基于GIS 和RS 大慶市轄區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

吳 昊 黃鳳榮

（遼寧師范大學(xué) 遼寧省自然地理與空間信息科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連116029）

土地利用變化研究已成為當(dāng)今土地利用研究的重大課題。由于地域不同，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也不同，做好土地利用演變規(guī)律研究，掌握土地開發(fā)利用的意義非常重大，除了能夠提升市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度之外，還能有效緩解人地矛盾。現(xiàn)如今土地動(dòng)態(tài)變化方面有：時(shí)間變化、空間變化及質(zhì)量變化[1]。如王光謙等借RS、GIS、數(shù)字模型等先進(jìn)工具，對(duì)20 世紀(jì)80-90 年代留存下來(lái)的黃河流域相關(guān)資料進(jìn)行了研究分析，指出人類活動(dòng)是導(dǎo)致該地區(qū)生態(tài)變化的主要因素[2]。如劉紀(jì)遠(yuǎn)，根據(jù)大規(guī)模的相關(guān)研究數(shù)據(jù)，制定動(dòng)態(tài)性研究計(jì)劃，分析土地使用時(shí)間變化的特征，并針對(duì)不同類型的土地使用，深入研究各種內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力[3]。本文基于大慶市轄區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)，對(duì)其土地利用的動(dòng)態(tài)性、土地利用程度等方面進(jìn)行了研究分析。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

圖1-3 2000、2009、2018 年大慶市轄區(qū)土地利用分類圖

大慶市位于黑龍江省西南，地處松嫩平原上，市轄區(qū)有薩爾圖區(qū)、讓胡路區(qū)、紅崗區(qū)、龍鳳區(qū)、大同區(qū)。該地區(qū)屬于北溫帶，大陸性氣候明顯，嫩江、松花江流經(jīng)此處，濕地面積大，油田眾多，素有“天然百湖之城，綠色油化之都”的美譽(yù)。大慶是一座典型的石油化工城市，自20 世紀(jì)80 年代起，該地區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建設(shè)城鎮(zhèn)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致該地區(qū)的土地利用類型和土地利用程度的顯著變化，從而研究該地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文使用了2000 年、2009 和2018 年Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)。利用ENVI 軟件，進(jìn)行幾何校正等處理，通過(guò)目視解譯對(duì)遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類，得到研究區(qū)內(nèi)各土地利用類型（圖1-3）[4]。根據(jù)2017《土地利用現(xiàn)狀分類》的土地分類管理標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)土地利用類型又進(jìn)一步劃分為：耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地和未利用地。再利用ArcGIS 軟件可以進(jìn)行各種土地利用類型的分析統(tǒng)計(jì)。

2 研究方法

2.1 土地利用面積的不斷改變，詮釋了土地利用類型的變化趨勢(shì)，并比較有效地解釋了土地利用結(jié)構(gòu)演變的規(guī)律[5]。表示的方法如下：

式中：ΔU 代表一種土地利用類型面積變化量；Ub、Ua代表研究末期與初期土地利用類型的面積

2.2 利用土地利用動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算出各種不同類型的土地利用變化速度[6]。其表示如下：

式中：K 代表某段土地實(shí)際使用面積類型的研究動(dòng)態(tài)；Ub、Ua代表研究末期與初期的土地使用面積；T 代表研究時(shí)段長(zhǎng)度。

2.3 土地利用變化在地域上存在很大差異，為了做好土地利用分類研究工作，需要對(duì)相對(duì)變化率進(jìn)行分析，并且做好數(shù)量解讀[7]。

其公式為

式中：代表類型的相對(duì)變化率；代表范圍內(nèi)特殊土地利用類型的研究時(shí)間以及最終的面積；Ga、Gb代表不同區(qū)域某種土地利用類型的最終面積。這當(dāng)中，如果R=1，那么代表著區(qū)域內(nèi)土地利用類型發(fā)生的變化，假如R<1，就代表著區(qū)域內(nèi)某種土地小于目標(biāo)區(qū)域的變化情況，相反就會(huì)大于被分析區(qū)域的土地變化數(shù)據(jù)。

3 研究結(jié)果

3.1 土地利用面積統(tǒng)計(jì)

根據(jù)ArcGIS 軟件統(tǒng)計(jì)得到的研究區(qū)內(nèi)各個(gè)年份土地利用的面積（圖4）。可知不同土地利用類型變化的趨勢(shì)差異明顯，其中以草地和建設(shè)用地為主導(dǎo)，除草地、水體和未利用地面積減少外，其余土地利用類型面積呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

面積變化的絕對(duì)值由大到小依次為：建設(shè)用地、草地、未利用地、耕地、水體、林地。其中建設(shè)用地面積變化量的絕對(duì)值最大，在18 年間共增加了496km2；草地和未利用地面積次之，分別減少了475km2和338km2；耕地和林地逐年增加，但增幅不大，水體在逐年減少，其中面積變化量絕對(duì)值最小的為林地，僅增加35km2。

圖4 2000-2018 年各土地類型面積統(tǒng)計(jì)圖

3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

計(jì)算研究區(qū)內(nèi)各土地利用類型的變化速度分析（圖5），可知2000-2018 年間，該研究區(qū)的土地利用變化主要是以建設(shè)用地為主，改變的速度是2.56%，即在此期間，說(shuō)明該研究區(qū)的建設(shè)用地使用變化很大。

其次土地利用類型的動(dòng)態(tài)絕對(duì)值高的為草地1.86%，未利用地1.64%和耕地1.15%，其他的土地利用類型的發(fā)展速度均小于1%，沒(méi)有特別明顯的變化，尤其是林地利用變化速度最慢為0.41%。

總體而言，建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)變化最快，草地和未利用地面積總體呈下降趨勢(shì)，而整個(gè)時(shí)間段內(nèi)草地減少速度最快。

圖5 2000-2018 年各土地利用動(dòng)態(tài)度圖

根據(jù)研究成果可以發(fā)現(xiàn)，在研究時(shí)間段內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)用地發(fā)生顯著擴(kuò)展；未利用地、草地和水體減少被耕地、林地和建設(shè)用地占用，表明城鎮(zhèn)擴(kuò)建的同時(shí)對(duì)未利用地和草地的利用不斷加深，使生態(tài)發(fā)生了改變，各土地類型發(fā)生了顯著的變化，從而對(duì)建設(shè)用地的使用率增加。

3.3 土地利用空間變化區(qū)域差異分析

根據(jù)土地利用變化區(qū)域內(nèi)存在的巨大差異，計(jì)算得出相對(duì)變化率并進(jìn)行分析（圖6）。

可知，耕地主要分布在大同區(qū)和紅崗區(qū)，其中大慶市耕地變化率大于1 的區(qū)域主要分布在大慶市的東北、北以及西北方向，總體呈現(xiàn)出北高南低的格局，具體涉及的區(qū)域有讓胡路區(qū)和薩爾圖區(qū)最高，分別為1.63 和1.49，表明這兩個(gè)區(qū)的耕地變化率大于整體變化程度；建設(shè)用地主要集中在大慶市北部的主城區(qū)，從2000 年至2018 年間，建設(shè)用地的面積變化呈持續(xù)上升的幅度，但其變化分布不均衡, 相對(duì)變化率以讓胡路區(qū)為最大為2.19, 其中建設(shè)用地各區(qū)域變化幅度均大于總體變化幅度；在未利用地方面，主要分布于大同區(qū)和紅崗區(qū)，其中未利用地相對(duì)變化率大于1 的區(qū)域主要分布在大慶市的西北部和南部，具體涉及的區(qū)有讓胡路區(qū)、大同區(qū)，分別為1.16 和1.09。

圖6 2000-2018 年各區(qū)土地利用變化區(qū)域差異圖

表明，該地各區(qū)整體的土地利用程度提高，土地開發(fā)力度增強(qiáng)，主要原因是由于建設(shè)用地、耕地和未利用地的相對(duì)變化率大于1，而水體、林地和草地相對(duì)變化率較低。而在此（轉(zhuǎn)下頁(yè)）期間內(nèi)，研究區(qū)的建設(shè)用地的迅速增長(zhǎng)和未利用地的減少，使土地利用程度持續(xù)上升，從土地利用角度來(lái)看，各區(qū)土地得到了有效的開發(fā)和利用。

4 結(jié)論

本文對(duì)大慶5 個(gè)市轄區(qū)為研究對(duì)象，以RS、GIS 為技術(shù)支撐，選取了三個(gè)不同時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)，從時(shí)空兩個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行了研究，從土地利用變化趨勢(shì)、變化速度和空間地域差異等方面進(jìn)行了分析，得出結(jié)論：近20 年來(lái)大慶市轄區(qū)土地利用格局有較大變化，其中建設(shè)用地面積增長(zhǎng)最大增速也最快，共增長(zhǎng)496km2，而草地和未利用地面積則減少475km2和338km2；從空間變化角度來(lái)看，大慶市建設(shè)用地、耕地和未利用地變化主要分布在西北、北、東北方向，薩爾圖區(qū)和讓胡路區(qū)等區(qū)變化較快，而大同區(qū)、紅崗區(qū)等地變化緩慢。

因此，該地區(qū)近20 年間土地利用程度得到迅速提高，但同時(shí)天然濕地面積減少，自然生態(tài)景觀遭到了破壞。所以，在加速土地利用開發(fā)的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)草地、水體和未利用的土地類型進(jìn)行選擇性的開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。