基于Landsat影像的石家庄市土地利用变化分析

李伟妙　邢倩　董坤　张雪梅

摘要：由于城市的飞速发展，土地利用变化越来越受到人们的重视，以石家庄市为研究区，基于RS和GIS技术手段，分析了2000年～2010年10年间的土地利用变化格局，在此基础上，分析了石家庄市土地利用变化的驱动力，研究结果表明：（1） 石家庄市在2000年至2010年间，土地利用类型发生了较大的变化，主要表现在耕地河流和未利用地的面积在减少，园地、建设用地的面积迅速增加，林地和草地的面积变化保持稳定。（2） 石家庄市土地利用变化的主要驱动力是人口、经济和城市化。

关键词：土地利用变化；驱动力；石家庄市

土地利用/覆被及其变化是人类活动与自然环境结合最为密切的方面[1-2]，国内外很多学者都在研究，目前已经成为全球变化研究的热点问题。土地利用/覆盖变化能体现人类活动的过程，对它的研究有助于增强对人类活动在全球变化中作用机制的认识[3]。土地利用变化研究涉及两方面的问题，一是对土地利用变化过程的研究，二是对土地利用变化驱动力的研究。研究土地利用变化过程是研究其驱动力的基础[4]。分析土地利用变化的时空过程，找到影响其变化的驱动机制，对可持续利用土地有着重大的意义。

1. 研究范围与研究方法

图1—1 研究区范围

1.1 研究区概况

石家庄市地处东经113°18ˊ～115°30′，北纬37°30ˊ～38°40ˊ之间，地处河北省中南部，环渤海湾经济区，距首都北京283公里，为河北省省会，是华北地区重要的工商业中心城市，河北省政治经济文化中心，被誉为火车拉来的城市。

研究区位于河北省中南部，地势西高东低。西部为中低山丘陵区，东部为辽阔的华北平原，气候本区属温带半湿润、半干旱大陆性季风气候，其特点温差大，四季明显，人口达1000万以上，成为特大城市，GDP破5000亿财政收入公共财政收入均居全省第一。

1.2 数据来源与研究方法

数据来源于2000年、2005年和2010年的三期LandsatTM遥感影像，将影像进行预处理，得到研究区的三期影像，如下图：

图1-2 研究区2000年、2005年、2010年TM遥感影像

通过人工解译和野外数据验证，得到研究区的数据，依据国土资源部制定的《第二次全国土地调查技术规程（TD/T 1014—2007）》和《全国土地分类（试行）》提出的分类标准，考虑信息源的空间分辨率和石家庄土地利用的特点，将土地利用类型分为：耕地、居民点、林地、草地、园地、工业用地、采矿场、交通用地、河流、水面用地、运河/水渠和未利用地。

利用多张同地区不同时段的遥感资料，运用图像处理工具，研究方法和过程，本研究选用的时间跨度为2000年到2010年，选取了3个时段，得到3期土地利用现状图，对研究区域的土地利用状况进行动态监测，通过分析比较得出研究时段内土地利用动态变化的特征[5-6]。

2. 石家庄市土地利用变化过程分析

区域土地利用变化包括土地利用类型的面积变化、结构变化和空间变化等。面积变化反映在不同类型的总量变化上，通过分析土地利用类型的总量变化，可了解土地利用变化总的态势和土地利用结构的变化。

2.1 土地利用现状特征

从表2-1可以看出，2000年～2010年10年间，石家庄地区的土地利用结构发生了显著变化。

表2-1 土地利用数量与结构变化（hm2，%）

[＼&2000年＼&2005年＼&2010年＼&＼&面积＼&比例＼&面积＼&比例＼&面积＼&比例＼&耕地＼&749967.99＼&53.03＼&693803.46＼&49.06＼&675839.49＼&47.79＼&居民点＼&155586.16＼&11.00＼&163896.71＼&11.59＼&171057.70＼&12.10＼&林地＼&381250.59＼&26.96＼&388101.00＼&27.45＼&393234.53＼&27.81＼&草地＼&96827.21＼&6.85＼&110395.16＼&7.81＼&106651.84＼&7.54＼&园地＼&9810.36＼&0.69＼&32724.66＼&2.31＼&40570.64＼&2.87＼&工业用地＼&1497.96＼&0.11＼&2917.00＼&0.21＼&5192.22＼&0.37＼&采矿场＼&446.67＼&0.03＼&467.26＼&0.03＼&479.41＼&0.03＼&交通用地＼&4673.54＼&0.33＼&5913.68＼&0.42＼&7911.38＼&0.56＼&河流＼&1666.99＼&0.12＼&1688.05＼&0.12＼&1076.38＼&0.08＼&水面用地＼&9177.47＼&0.65＼&12686.01＼&0.90＼&10282.75＼&0.73＼&运河/水渠＼&1180.43＼&0.08＼&310.03＼&0.02＼&310.03＼&0.02＼&未利用地＼&2016.65＼&0.14＼&1198.73＼&0.08＼&1495.64＼&0.11＼&]

2.1.1 数量特征和空间分布特征

（1）2000年，占主体地位的土地利用类型是耕地、林地、居民点和草地，上述四种地类占全区土地总面积的比例分别为53.03%、26.96%、11%和6.85%，四者比例之和达到97.85%（表2-1）。

2000年，土地利用变化的空间分布表现出如下主要特点：耕地主要分布在东部平原地区；居民点主要镶嵌在东部平原区；林地和草地主要分布在西部太行山地區；园地主要分布在位于东南方向的赵县和晋州两个县市；采矿场分布在西部井陉矿区（图2-1）。

图2-1 2000年石家庄土地利用现状图

（2）2005年，与2000年相比城市化速度有所加快，在城市化拉动下，耕地数量开始减少；居民点面积增加；在追求经济利益的指导思想带动下，园地面积大幅度增加，同时未利用地也呈快速减少态势，在全球气候变暖的大趋势下，运河/水渠面积大幅度减少。由于自然土地的快速减少，区域生态系统服务功能明显下降。上述土地利用类型的转换是2000年～2005年间土地利用变化的突出特点。2005年，占主体地位的土地利用类型依然是耕地、林地、居民点和草地，上述四种地类占全区土地总面积的比例分别为49.06%、27.45%、11.59%和7.81%，四者比例之和达到95.91%。这一期的土地利用类型变化最明显的是园地，由2000年的0.69%增加到2.31%，几乎是2000年的四倍。在主导用地类型中，直接为农业服务的用地面积继续保持优势地位（表2-1）。

图2-2 2005年石家庄土地利用现状图

2005年，土地利用变化的空间分布表现出如下主要特点：由于居民点和建设用地呈摊大饼模式发展，主要由原来的分布区向四周发展，4%的耕地转化为居民点和工业用地；在退耕还林（草）的生态工程影响下，西部山区的林地和草地有所增加；在比较利益下，园地比耕地的经济效益更高，因此这一时间，园地在2000年的基础上迅速扩大（图2-2）。

（3）2010年，这一时期土地利用变化的仍延续耕地减少的趋势，交通用地、居民点用地、工业用地等建设用仍是增长的趋势。水资源紧缺的局面开始出现，导致河流大幅度萎缩；同时在比较效益作用下，园地数量呈增长态势。上述土地利用类型的转换是2005年～2010年间土地利用变化的突出特点。2005年，占主体地位的土地利用类型仍然是耕地、林地、居民点和草地，上述四种地类占全区土地总面积的比例分别为47.79%、27.81%、12.1%和7.54%，四者比例之和达到95.24%。在主导用地类型中，直接为农业服务的用地面积继续保持优势地位（表2-1）。

2010年，土地利用变化的空间分布表现出如下主要特点：在粮食安全的引导下，耕地面积减少趋势变缓；园地、工业用地面积继续增加；伴随着几条重要高速公路的通车，交通用地面积迅速增加，占据了部分耕地；今后区域土地利用变化主要有以下可能走势：东部地区在比较效益等市场力影响下土地利用在工业用地、交通用地和园地之间转化，西部地区在政府生态环境保护政策的作用下，林地和草地面积有所增加，但增幅有限（图2-3）。

2.2 土地利用变化特征分析

由图2-4可以看出，2000年～2005年主要地类是耕地、居名点、林地和草地，这四类在2000年所占比例为97%左右，其他地类总和所占比例低于3%，到了2005年，仍是以这四种为主要用地类型，但是所占比例有过下降，将至95%左右，这也是平原地区的土地利用类型的主要特征。在各地类中，耕地、河流、运河/水渠是转出大于转入，其他类型用地是转入大于转出。

转出面积最大的是耕地，转出面积为56164.53公顷，占2000年耕地总面积的7.49%，另外两种主要转出地类为运河/水渠和未利用地，比例分别为73.74%和40.56%。

园地是转入面积最大的，转入面积为22914.31公顷，比2000面积增加将近4倍（图2-5），主要原因是市场因素。

图2-5 2000年～2005年园地所占比例（%）

工业用地和交通用地也是增幅较大的，增加比例为94.73%和26.54%；居民点、林地、草地也成缓慢增长趋势。

图2-6 2005年～2010年主要地类所占比例（%）

2005年～2010年土地利用类型变化特点：耕地减少速度放慢，河流和水面用地减少速度较快，其他用地则是增长趋势。

耕地主要转出为居民点、园地、工业用地和交通用地，较少面积占2005年面积的2.59%，可见耕地减少速度变慢，这一时期在经济发展的同时，耕地得到一定的保护。河流、水面用地仍是快速减少的趋势，这是石家庄地区缺水的反映。工业用地、交通用地和园地仍是大幅度增加的趋势，两者增加的比例是2005年的78%、33.78%和23.98%，這是经济发展的需要。居民点、林地等其他地类的增加比例在1%～4%之间。

3. 石家庄市土地利用变化的驱动力分析

土地利用变化的影响因素主要包括自然因素和人文因素两大类[7]，在短时间尺度上，土地利用系统的自然因子对土地利用变化的影响非常小，通常作为生产要素投入到人类生产经济活动中，因此文中主要从人文社会经济因素考虑。

3.1 人口因素

人口是人类社会经济生产发展的主体，是土地利用变化中最具活力的驱动因素之一[8]，人口增加必然要求更多的居住、交通、服务设施用地等，然而土地总量有限，在未利用地减少到一定程度时建设用地必定占用农用地。石家庄市2000年人口数量是9241751人，到2010年增长为10163788人（石家庄市2010年第六次全国人口普查主要数据公报），增加了922037人，增长比例为9.98%，同期耕地面积减少了5.24%，居民点增加了9.9%，交通用地增加了69.3%，可见人口变化与土地利用变化明显相关。

3.2 经济因素

经济因素往往会改变使土地的利用方式，由于生活水平的提高，消费结构在发生变化，人们对食物结构和质量有了更高的要求，促使新的土地利用结构的出现，2010年全市实现生产总值3401亿元，比2000年的1001.2亿元，增加了239.7%。全市规模以上工业企业达到2537个，（石家庄市2010年国民经济和社会发展统计公报）同期建设用地增加了112.3%。，因此，经济因素也是导致土地利用变化的重要因素。

3.3 政策因素

土地利用变化受政策的导向，它对土地利用结构影响最为直接。由于各县市大搞开发区建设以及石家庄三年大变样政策是实施，很多市内的污染性企业逐步外迁，使的建设用地比例迅速增加，农用地大量流失。

石家庄作为省会城市，城市化水平在不断提高，城市化通过人口、产业集中、地域扩散占用土地，使土地利用非农化，从而改变原来的土地利用结构。石家庄市2000年城市化水平为24%，到2010年增长为 50%，大量的农业人口转变为非农业人口，对应的生产方式也发生变化，造成了非农业用地的急剧增加。

4. 结论

通过上述分析，石家庄市人口空间分布具有以下特征：

（1）石家庄市在2000年～2010年间，土地利用现状发生了一定变化，主要表现在耕地、河流、运河/水渠和未利用地面积在减少，居民点、建设用地、园地面积在增加，林地、草地等生态用地面积基本稳定。

（2）经分析得出，影响石家庄市土地利用变化最主要的因素有三个，分别是人口的增长、经济因素和政策因素。

为了保证石家庄是土地资源的可持续利用和区域经济的可持续发展，应该继续控制人口的增长，编制科学的土地利用总体规划，做好土地利用的宏观调控，严格保护好耕地，坚持节约用地与集约经营，提高土地利用效率，最终实现土地资源的合理利用和可持续发展。

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