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基于遥感与GIS的海口市土地利用结构动态变化研究式_地理论文

作者:佚名  来源:不详  发布时间:2006-12-14 12:21:56  发布人:yujklj68kfg

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摘要:利用 1986、1996 和 2000 年三期 TM 遥感图像,得到海口市 1986~1996 和 1996~2000 年土地变化情况及土地利用转移矩阵。海口市的土地变化规律表现为耕地、林地、滩涂及未利用地转化为城镇、农村居民点和独立工矿建设用地。通过分维度的分析可以看出,海口市林地、水体等自然景观随着人类的干扰,分维度降低;耕地面积大量减少,分维数降低;城镇扩大,斑块数量减小,用地趋于集中;农村居民点和工矿建设用地增加,用地趋于分散,复杂度增加。海口市土地结构变化的主导因素是城镇面积的扩大,其次是农村居民点和工矿建设用地的扩大。随着城市化的发展和农村用地扩大,海口市土地结构表现为利用程度逐渐深化的趋势。

关键词:海口市;土地利用;动态变化;转移矩阵;分维度;驱动力

中图分类号:TP79;F301.24

文献标识码:A

文章编号:1000-3037(2001)06-0543-04

  利用遥感和地理信息系统研究区域土地利用/土地覆盖的变化,揭示其空间变化规律,建立引起其变化的驱动力模型,已经成为当前国际上开展土地利用、土地覆盖研究的最新趋势[1]。遥感对地观测技术的发展,使对土地利用的研究进一步深化。应用 TM、MSS 等遥感图像,可以很快获得地面矢量或栅格数据,为监测土地利用的动态变化提供方便。

  改革开放以来,海口市经济快速增长,建成区面积扩大很快。1986 年海口市国内生产总值为 48.03 亿元,1998 年增长为 438.92 亿元,年均增长 20%。1986 年海口市人口为 30.03 万,1998 年达到 52.79 万,年均增长率为 4.8%,其中农村人口由 8.22 万增长为 8.96 万人,年均增长 0.72%;城市人口由 21.8 万增长为 43.83 万,年均增长 5.99%。城市化水平由 72.59% 上升到 83.03%[2]。人口和经济的快速增长,使城市占地大量增加,从而引起了土地利用结构的急剧变化。

1 数据来源

  按照国家土地利用类型标准将海口市土地利用划分为耕地、林地、草地、水域、城镇、农村、工矿建设用地、未利用地等 8 种土地类型。采用 Landsat TM(地面分辨率为 30m×30m) 三期遥感图像,时间分别是 1986-11-01、1996-10-01 和 2000-04-30,天气状况均为良好。以 1996 年海口市 1∶10 万的地形图为基准,采用三次多项式方法,利用 MGE 软件对 1996 年 TM 影像进行几何纠正。对 1996 年的遥感影像进行解译,得到 1996 年的土地利用现状图。以 1996 年的现状图为基础,解译 1986 和 2000 年的 TM 图像,如果土地类型没有变化,则保持原先的状态;如果发生变化,则进行标记,如耕地转变为城镇用地,则标记为 10051。并利用地理信息系统软件 ARC/INFO 提取土地利用动态变化图。

2 海口市 1986~2000 年土地利用变化情况

  从表 1 中可以看出,海口市土地利用结构变化很大。从 1986 到 1996 年,耕地、水域和未利用地大量减少,而城镇、农村居民点和工矿建设用地大量增加。1996~2000 年耕地有一定恢复增长,工矿建设用地增长,林地面积大量减少,未利用地几乎都被利用。从 1986 年到 2000 年,耕地面积减少 37.87%,年均减少 3.34% 林地面积减少 8% 水域面积减少 84%,年均减少 12.4%;城镇用地增长 211%,年均增长 8.43%;农村居民点面积增长 94.76%,年均增长 4.87%;独立工矿建设用地增长 51.95%,年均增长 3%。可见,海口市城镇、建设用地和农村居民点扩展较快,尤其是城镇、农村居民点用地增加幅度较大。

表 1 海口市 1986~2000 年土地利用结构及动态变化
Table.1 The land use structure and dynamic change in Haikou in 1986,1996,2000

(单位:hm2

土地类型 1986 年各类型面积 (%) 1996年各类型面积 (%) 2000年各类型面积 (%) 1986~1996
年变化值
1996~2000
年变化值
1986~2000
年变化值
耕地8178.8636.074572.6220.085081.9122.32-3606.24509.29-3096.95
林地6474.9228.566493.2428.515955.1226.1518.23-538.12-519.80
草地377.411.66377.411.66377.411.66    
水域2479.0710.93418.331.84389.591.71-2060.74-28.74-2089.48
城镇2805.2112.378719.2638.298719.2638.295914.05 5914.05
农村253.311.12493.342.17493.342.17240.03 240.03
工矿建设用地1155.085.091535.116.741755.147.71380.03220.03600.06
未利用地950.924.19162.460.71   -788.46-162.46-950.92
总计22674.77 22771.76  22771.76  96.99 96.99


  3 海口市土地利用转移矩阵

  地理信息系统可以对不同时期的遥感图像数据进行迭加,求出土地利用类型的转移矩阵,进而分析土地利用变化的过程[1]。我们在解译 TM 图像时即进行了动态编码,利用 ARC/INFO 提取动态变化矩阵,该矩阵的面积依赖于矢量数据,能较好地反映土地利用变化情况。

  由表 2 可以看出各种土地类型的转移趋向,表中列为 i 年的土地利用类型,行是 i+1 年的土地利用类型。1986~1996 年耕地主要转变为城镇用地、工矿建设用地和未利用地,林地转变为工矿建设用地、农村居民点和耕地。水体主要转变为城镇用地,在这里水体主要指海滩、海涂被改造成城镇用地。工矿建设用地主要转变为城镇用地,而未利用地主要转变为林地和耕地,在此时期,围海造陆增加了海口市的面积。1996~2000 年土地利用转化主要表现为林地转变为工矿用地、耕地,水体转为林地,未利用地转变为林地。城镇用地主要来源于耕地和海滩、海涂;农村居民点主要占用林地;工矿建设用地主要来源于林地和耕地。

表 2 海口市 1986~2000 年土地利用转移矩阵
Table.2 Land use conversion matrix from 1986~1996 in Haikou

(单位:hm2

年代土地类型耕地林地城镇用地农村居民点工矿建设用地未利用地
1986~1996耕地  3692.089.85194.73139.45
林地201.91 30.03218.62244.8 
水体 5.672055.07   
城镇用地 19.62    
工矿建设用地  59.5   
未利用地227.96688.39  11.56 
海域  96.99   
1996~2000林地509.29   220.03 
水体 28.74    
未利用地 162.46    

  4 海口市土地利用变化的景观特征

  土地利用时空变化主要取决于经济、技术、社会以及政治的变化,在空间上表现为景观的变化。随着经济和社会的发展,人类对自然的干扰能力越来越强,因而导致景观异质性不断变化。Turner 提出了景观分析的度量标准,包括斑块面积和周长、景观类型比、分维度等概念[3]。人类对自然景观的作用表现为景观破碎程度增大,斑块平均面积减小,斑块数量增加,形状指数增加[4];城市等人为景观面积扩大和斑块整合。

  分形几何已广泛地应用于景观结构分析[5、6]。面积—周长指数 D( 即分维度 ) 描述了研究区周长随着面积变化而呈指数增长时,景观的复杂度增加。面积—周长的分维关系出现在大量的生态研究领域。

  面积 A 与周长 P 的关系可以描述为

P=A0.5D (1)

  式中,D 表示景观类型的分维数,P 是斑块的周长,A 是斑块的面积。

  转化为对数形式为

ln P=ln c+0.5D ln A+e (2)

  式 (2) 描述了周长与面积的分维关系。如果斑块边界比较平滑,分维度 D 将趋于 1;如果边界特别复杂,分维度将趋于 2。因此,分维度指数为 1<D≤2。D 值越大,说明斑块的复杂度越大;D 值越小,斑块复杂度越小。

表 3 海口市土地利用变化的景观特征
Table.3 The landscape characteristics of the land use change in Haikou

年代

1986 年2000 年
土地利用类型面积 (hm2)斑块数(块)平均面积 (hm2)分维度面积 (hm2)斑块数(块)平均面积 (hm2)分维度
耕地817886302731.3025081.91331541.298
林地6474.92431511.3285955.12491221.252
草地377.4113291.394377.4113291.386
水体2479.07171461.326389.5918221.258
城镇用地2805.21191481.2968719.26614531.212
农村居民点253.3119131.273493.3423211.285
矿建设用地1155.0819611.3261755.1420881.390
未利用地950.9251901.258     

  利用回归分析的方法,计算出各种土地利用类型的分维度。1986~2000 年耕地、林地总面积减少,斑块数增加,斑块平均面积减小;草地基本保持不变;水体总面积减小,斑块数量稍微增加,平均面积减小。与此相反,城镇用地总面积急剧增加,斑块数量减少,城镇斑块逐渐合并,建成区面积增大。农村居民点面积增加一倍,数量稍微增加,斑块平均面积增加。工矿建设用地总面积增加,斑块数量稍微增加,斑块平均面积增加。城镇、农村居民点和工矿建设用地在逐渐扩大,并趋向集中;而耕地、林地、水体则在不断转化为城镇、农村等建设用地,斑块平均面积在缩小,趋向分散。

  从景观的分维数可以看出,林地分维度减小,复杂性降低。由土地利用转移矩阵可以看出,大量的林地转移成为耕地、城镇工矿用地、农村居民点和工矿建设用地;现有林地主要是未利用地转移的人工林;人工林边缘相对平滑,复杂度降低。耕地分维度也在减小,因为大量耕地转化为工矿建设用地,而又有大量林地、未利用地改造为耕地,使耕地边缘复杂度降低。水体面积在不断缩小,复杂度也在降低。城镇用地破碎程度减小,斑块趋于合并,斑块形状逐渐规整,分维度降低。农村居民点和工矿建设用地规模在扩大,斑块数量增加,用地分散,分维度在增加。

5 海口市土地利用动态变化的驱动力分析

  (1) 城镇用地扩张是海口市用地变化的主要因素。1988 年海南设立省一级行政机构,实行更优惠的特区政策。建省之初,房地产超高速发展,大量行政事业单位在海口市建立。房地产业的发展促使城镇用地急剧扩大,房地产投资大起大落。1991 年至 1998 年房地产投资分别比上年增长 156.8%、168%、49.7%、-72.8%、126.2%、-59.6%、-51.6% 和 67.9%;商品房施工面积分别比上年增长 39.6%、87.8%、20.7%、12%、-18.9%、-26.5%、-13.2% 和 -8.6%。房地产投资占固定资产投资的比重在 1992 年曾达 50%[2],城镇用地在 1986 至 2000 年期间增长 192%,年均增长 7.95% 城镇用地增长占总用地增长的 84.7%,因此,城镇用地的快速扩张成为海口市用地增长的主导因素。

  (2) 工矿建设和农村居民点占地增加较快。工矿建设占地增加占海口市用地增加的 9.7%,由于海口市国际机场的建设使交通用地在 1996 至 2000 年增长较快。农村人口增长较少,但农村居民点占地却增加一倍;农村人均居住占地由 30m2 增加到 55m2,因此农村居住用地增加较快。农村居民点占地主要由林地转移,对农村生态环境造成一定破坏。海口市城市人口的增加主要是外来迁移人口的增加,而周围农村人口迁入相对较少。

  (3) 海口市土地利用有逐渐深化的趋势。大量耕地、林地转化为工矿建设用地、城镇用地,未利用地转化为林地,林地转化为耕地。海口市土地利用结构的变化,造成自然景观的减少和人为景观的增加,林地、水体等自然景观由于被转移为耕地及建设用地,复杂度降低。城镇用地斑块逐渐扩大,用地趋于集中,复杂度也在降低;农村居民点用地较为分散,复杂度增加。因此,必须在注重城镇用地节约的同时,加强对农村居民点用地的管理。随着海口市城市化水平的提高和外来人口的迁入,将会导致城镇用地的增加,从而使大量林地和耕地进一步转移为城镇用地。为此,必须节约土地资源,实行集约式开发,提高土地效益。

参考文献

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