基于遥感影像的单县土地利用动态变化分析

宋丹妮++匡鸿海

摘要：土地动态变化的研究对于土地资源的可持续利用、社会的和谐发展都有重要作用。运用遥感技术能够高效、精确地对土地利用动态变化进行分析。以单县为研究对象，运用ENVI软件，对山东省单县2000年和2009年两期遥感影像进行配准、裁剪、监督分类等操作，将该县土地分为耕地、林地、居民地、湖泊、河流、其他用地六种类型。结果表明，从2000年到2009年，居民用地、林地不断减少，耕地、湖泊的面积在扩大，其中湖泊的年变化速度最快，其他用地在大幅度减少。总之，该县要严格控制人口增长；实行退耕还林政策，提高耕地的质量；合理开发、规划土地，处理好单县的城市发展与耕地、林地之间的矛盾，实现该县土地资源的可持续发展。

关键词：遥感影像；土地利用；动态分析；单县

中图分类号：S127；F301.24 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）03-0550-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.011

Analyses of Dynamic Changes in Land Use in Shanxian County

Based on Remote Sensing Image

SONG Dan-ni，KUANG Hong-hai

（School of Geographical Sciences， Southwest University， Chongqing 400715，China）

Abstract： The studies on dynamic changes of land play an important role in the sustainable use of land resources and the harmonious development of society. Using remote sensing technology can efficiently and accurately analyze the dynamic changes of land use. Shanxian County and the ENVI software was used to registrate， clip and supervise classification and other operations with two remote sensing images of Shanxian County in 2000 and 2009. The county was divided into six types including cultivated land， forest land， lakes and other land. Results showed that the residential land and forest land continuously reduced. The area of cultivated land and lakes were expanded. Other land type reduced greatly. It is advised for the county to strictly control population growth， adopt a policy of returning farmland to forest， improve the quality of cultivated land， reasonably exploit and plan land to solve the conflict between urban development and cultivated land， forest land and to realize the sustainable development of the land resources.

Key words： remote sensing image； land use； dynamic analysis； Shanxian County

土地是人类赖以生存的地方，同时也是一种不可再生资源。随着现代社会的迅猛发展和人口激增，人们对土地的需求也迅速增加，对土地的利用范围、强度不断扩大，从而改变了地表形态，土地稀缺问题日益突出，因此土地的动态变化分析成为一个关键而迫切的研究课题[1]。遥感影像的多时相特征能够为土地利用动态监测提供丰富的可供定性、定量的分析数据，在国内外土地利用动态分析中应用广泛。

近年来，中国区域土地利用变化的研究一直受到众多研究者的高度重视[2]。他们一般都是利用同一地区两期或多期遥感影像，利用RS/GIS技术，研究土地利用的变化量、变化幅度、动态度等。在中国东北、华北、西南、华南等地区进行了较多的研究，主要是对城市等大尺度范围研究较多，对于中、小尺度范围，尤其是县级的研究较少。本研究利用单县的土地利用动态变化，研究小尺度范围的土地利用变化情况，为今后小范围的研究提供参考；同时，对产生土地动态变化的原因综合分析，提出可行性建议，为单县今后发展提供参考。

研究以单县2000年和2009年两期遥感影像为基础，利用RS技术定性和定量地分析单县近10年的土地利用的动态变化，为单县等小尺度区域今后更好地利用土地和生态环境促进社会可持续发展提供支持。

1 研究区域概况

单县隶属山东省菏泽市，位于东经115°48′-116°24′和北纬34°34′-34°56′，地处北温带黄河冲积平原，四季分明，光照充足，境内物产丰富。单县自古以来就是沟通中原和华东的要道，图1为单县在山东省的地理位置。endprint

2 土地动态变化分析方法

2.1 原始资料选取

遥感影像包含了地理目标的大量空间、光谱和专题信息，是土地分析很好的数据源。本研究选择分辨率为30 m的单县2000年和2009年两期遥感影像来分析土地的动态变化。

2.2 影像处理

ENVI软件能够实现影像处理、几何校正、矢量化等多种功能[3]。研究运用ENVI 4.7进行前期的图像处理和分类工作。多图像就是同一地区不同时刻的图像或者是不同传感器获得的多种图像[4]。本研究就是利用2009年影像对2000年影像作几何校正，均匀地选取20个同名控制点，利用多项式校正法，对影像进行几何配准。再利用单县的矢量轮廓进行精确裁剪。为了提高图像的可解译性，采用信息量最丰富的543波段合成效果很好的假彩色影像。

利用ENVI软件，假彩色影像为底图，按照目视解译标志和国家土地利用类型标准等，运用最大似然法，掩膜处理后，对单县进行监督分类（图2、图3），结果分离性精度均大于1.95，目译为耕地（紫色）、林地（绿色）、河流（淡蓝）、湖泊（深蓝）、居民用地（红色）和其他（橘黄）六类。然后选取5×5大小平滑窗口进行滤波方法处理噪声[5]。最后采用混淆矩阵进行精度评定，2000年分类结果的Kappa系数为0.985 7，2009年的Kappa系数为0.994 8。

2.3 分析流程

对单县土地动态变化的分析，主要进行了收集研究区域资料、影像预处理、监督分类、分类后处理、土地统计分析等工作，最后对单县土地的动态变化进行驱动力分析，工作的流程如图4所示。

3 结果与分析

3.1 土地数据分析

在ENVI中，得到单县各类型面积统计结果如表1所示。从表1可以看出，从2000年到2009年单县用地类型为其他用地的变化最大，所占比例由1.90%下降为0.02%。林地、居民用地在不断减少，其中林地的变化较大，所占的比例由69.07%下降到55.46%，而耕地和湖泊用地在大幅度增长，其中湖泊用地增长最快，所占比例由0.22%增加到1.92%，河流的变化比较平稳。

把表1分类的数据导入Excel中，制作了单县土地利用分类图如图5、图6所示。

3.2 土地利用变化分析

3.2.1 土地利用变化幅度 土地利用的变化幅度是指土地利用类型在面积方面的变化幅度，体现在不同土地利用类型的总量变化上，通过分析土地利用类型面积的总量变化，可反映区域土地利用变化总态势和土地利用结构变化信息[6]，表达式为：

？驻U=■×100%

在上面的公式中，？驻U表示研究区域所研究的时段内土地利用变化的程度，Ub和Ua分别表示研究区末期和初期某种土地类型的面积。对单县两期影像进行分析，结果见表2。

在表2中，负值表示减少。由表2可以看出，从2000年到2009年，湖泊变化幅度最大，达到762.7%，面积增加了27.84 km2。耕地也有很大的变化，增加了259.31 km2，变化幅度为100.26%。划分为其他用地的土地，减少的幅度最大，为-99.00%，面积减少了30.9 km2。居民用地的面积在不断缩小，变化量为-39.63 km2，变化幅度为-21.65%。林地在10年间也不断减少，变化量和变化幅度分别为-223.57 km2、-19.70%。河流的面积变化不大，比较平稳。

3.2.2 单一土地利用变化速度 单一土地利用的变化速度又称为动态度，是指在一定的时间段内，某种类型土地利用的数量变化情况[7]。土地利用动态度可定量描述区域土地利用变化的速度，它对比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势具有积极的作用[8]。一般情况下，单一土地利用动态度公式为：

R= ■×■×100%

在上面的公式中，T为研究的时间，分析的结果如表2所示。由表2数据制作了更为直观的各类土地利用动态度的比较图（图7）。

通过图7的分析，湖泊的面积增长速度最快，达到了年均增长76.27%。其次是耕地也在不断增加，年均增长速度为10.03%。土地利用类型为其他用地的土地在急剧减少，年均减少为9.90%。居民用地、林地的用地也在不断地减少，动态度依次为-2.17%、-1.97%。单县土地利用变化的特点是，不断占用居民用地、林地的面积，由此会产生一些负面问题。

3.3 驱动力分析

驱动力主要指引起各个土地类型的面积发生变化的自然和社会人文因素。影响单县土地动态变化的驱动力主要从以下方面来分析。

3.3.1 自然因素 影响单县土地动态变化的主要自然因素有气候、土壤、地形。

1）气候影响。单县地处黄河冲积平原，主要受到温带季风气候的影响，季节间的先旱后涝，涝后又旱，年际间的旱涝，多年间的连旱连涝，使农业生产长期以来不稳定，农作物产量减少，因而一些其他用地的土地被开发为耕地、湖泊等，其他用地面积大幅度减少。

2）土壤地形的影响。单县南邻黄河故道，由于历史上黄河多次决口，泛滥冲积形成各种微地貌类型，有河滩高地、河槽地等。土壤主要包括潮土、盐土和风沙土三大类，潮土占据了该县土地的90%以上，由于该种土壤大部分属于中、低产土壤，作物产量低而不稳，对于土质较差的土壤便转换成了湖泊等用地，林地的面积却在不断减少。

3.3.2 人文因素

1）人口增长。人口作为土地利用变化研究最为活跃的因素，一直以来都作为研究的热点。人口的密度与土地利用变化速度呈正相关关系，人口增长的速度越快，土地利用变化也越快[9]。人口因素对土地的影响主要体现在两方面：首先是人口增长对土地的压力；其次是改革、治理和开发土地的生产力[10]。人口增长对单县土地变化的影响主要有以下表现：单县近年来人口增长，首先是来自人口的自然增长，其次是旅游的发展带动外来流动人口的增加，全县每年接待国内外游客10多万人次，该县湖泊的面积在旅游业带动下大幅度增长。endprint

人口数量增多，需要更多的耕地来养活激增的人口，因而耕地大增，压缩了居住用地、林地的面积。人们对森林不加节制地砍伐，肆意地毁林开荒、破坏植被，导致林地的面积减少，不仅减弱了森林净化空气的能力，而且很容易引发一些次生的自然灾害如泥石流的发生。为了缓解人地之间的矛盾，该县一部分土地类型为其他用地的土地被开发，这也是近10年来单县未利用地大量减少的一个重要原因。

2）经济发展。自2000年以来，单县的经济发展很快，直接影响了土地开发利用的规模、结构等。首先，近年来单县经济飞速发展，城镇建设增加，乡镇企业迅速发展，农村城镇化的加快，大量的居住用地、林地转变为了湖泊、耕地；其次，跟随全国旅游热的大潮，单县旅游产业也飞速发展，该县西南的浮龙湖水库被开发成了风景旅游区，水库周围的林地、居住用地也被大量占用，极大地扩张了湖泊的面积；单县拥有丰富的矿产资源，如煤、石油、天然气、铁矿等，经济的发展，矿产资源的需求量增加，导致了该县地表植被、林地的破坏，当地的环境也遭到了破坏。

3）国家政策。作为土地利用的直接决定因素，国家的政策在社会经济发展中一直起着重要作用，宏观调控社会经济的发展，深刻影响区域土地利用结构变化[11]。单县积极响应国家建设环境友好型社会的号召，促使该县湖泊面积增加，从而较好地改善了当地的环境。

在农业方面，自从2006年国家全面减免农业税以后，极大地调动了农民的积极性，很多农户调整了自己的生产结构，经营以杨树、桐树为主的速生丰产林、经济林，单县还形成了粮棉、油料等10个标准化生产基地。在工业方面，单县运用产业集聚效应，已经逐渐成为海内外企业进入中国市场和沿海企业转移内地的首选地之一。这些生产基地、企业需要大量占用林地、居民用地，在利益的驱动下，导致居民用地、林地被开垦为耕地，面积在不断增加。

4 结论与建议

通过对单县两期遥感影像的分析，运用遥感知识和相关的软件，总体上了解了单县土地利用变化的情况。自2000年到2009年，该县的土地利用还是发生了较大的变化。总体来说，居民用地、林地不断地减少，耕地、湖泊的面积在扩大，其中湖泊的年变化速度最快，其他用地在大幅度减少。

单县土地利用结构的变化可能引发一些问题。居民用地面积减少很容易造成人口住房难、房价大幅度上涨的严重后果。另外，该县其他用地在大幅度减少，后备土地资源严重不足。耕地增加、林地减少，植被的覆盖度降低、矿产资源的开发利用，直接或间接地造成水土流失、土地污染、地面塌陷等问题。

对于单县土地利用结构变化可能引发的问题，提出以下建议。首先，严格控制人口增长。当一个地区的人口数量超过当地的承载能力时，违背了客观规律，必然导致土地资源和环境的恶化。控制人口的增长速度，也就意味着降低了人们对农、副产品的需求量，从而能够很好地缓解对耕地的压力。人口减少了，对住房的需求也会减少，能够缓解居民用地不足的问题。其次，实行退耕还林政策，提高耕地的质量。耕地的保护是作为解决粮食问题的重要途径，但该县耕地近年来的增加，从另一方面也说明了耕地的质量在下降，今后要合理地改造中低产田，加强潮土的合理利用与改良，实施水、旱、风、沙、碱、渍综合治理的措施。尽量使用土壤肥力低的土地来进行非农业建设。可以把一些土质较差的耕地退耕还林，种植一些经济林、速生丰产林等，既美化了当地的环境，还发展了单县的经济。最后，合理开发、综合规划土地也很重要。单县的煤炭、油气资源较为丰富，大量开采造成了部分地区的地面塌陷、沉降，给今后的土地利用带来很大的困难，要进行有效的改造、适度的开发利用。进行土地资源的合理规划，合理用地、集约用地，采取有效措施解决土地后备资源不足的问题。

通过以上的分析，为单县政府制定相应的土地利用政策服务，是积极应对单县人口不断增长和未来可能出现巨大人口压力的迫切需要；也是为该县建设资源节约型、环境友好型社会提供智力支持。

由于研究方法有限，没有更精确地分析出土地利用动态变化具体的位置、变化量的多少，改进研究方法是今后研究要解决的问题。

总之，单县要提高土地的利用率，坚持走可持续发展道路，处理好单县的城市发展与耕地、林地之间的矛盾，逐步实现经济、政治、文化、社会、生态文明建设的统一，为建设美丽中国作出应有的贡献。

参考文献：

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