近20年来长春市土地利用变化及其影响因素探讨

白含之，姜琦刚

(吉林大学 地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130026)

近20年来长春市土地利用变化及其影响因素探讨

白含之，姜琦刚

(吉林大学 地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130026)

以长春市区为研究区域，利用Landsat遥感数据为主要数据源，选择1995、2001、2014年为研究时间，运用遥感技术，研究了近20年长春市土地利用类型的变化，进行了动态对比研究，并探讨了影响其变化的驱动力，最后根据研究成果，为长春市土地利用保护提出了对策建议。

遥感；土地利用；动态变化；驱动力

土地利用/土地覆盖这一概念，在陆地表层系统及全球变化研究中被明确的定义为以下4个方面：土地覆盖、土地利用、土地覆盖变化和土地利用变化[1]。其中土地利用是指以人类活动所需要的地表土地被利用的情况，土地覆盖是表示地表各类地物的覆盖状况，研究土地利用变化和土地覆盖变化可以更好地了解土地的实际情况，及时调整土地利用结构，规划土地资源管理[2]。

本文主要采用Landsat遥感数据，运用遥感影像处理技术、遥感图像计算机自动分类技术对土地类型信息进行提取，并通过人工目视解译的方法加以修正。然后根据遥感图像分类结果，分析土地利用类型变化趋势及其驱动力。

1 研究区域与数据选择

长春市是吉林省的省会，下辖6区4市(县)，作为东北的新兴城市，长春市的GDP已连续近20年保持了两位数以上的增长，但与此同时，也伴随着土地利用不合理、资源浪费等问题。本文选取了长春市南关区、朝阳区、宽城区、二道区、绿园区、净月开发区、汽车产业开发区、经济技术开发区、高新技术开发区9个行政区为研究范围，总面积约为1110 km2。

选择长春市区1995年Landsat TM影像、2001年Landsat 7 ETM影像、2014年的Landsat 8影像为主要数据源、并利用长春市行政区划矢量图、长春市地图以及1995～2014年长春市社会经济统计资料为辅助资料。

2 土地利用信息提取

2.1 遥感图像处理

为了提高图像质量，更好地进行土地分类，需要对获取的遥感影像进行预处理。通过运用ENVI软件对Landsat影像进行校正、镶嵌、裁剪，得到覆盖整个研究区域的影像，并对其进行反差增强处理，以扩大地物间亮度差异，从而便能够分辨出尽可能多的亮度等级，使图像对比度增强，突出遥感影像的有用信息，便于土地专题信息提取[3]。

2.2 土地利用分类

本文参照《土地利用分类》国家标准[4]，根据长春市实际情况和研究内容需要，将研究区域土地利用类型分为6类：建设用地、耕地、绿地、水体、交通运输用地和未利用地。

遥感信息的提取方式主要有计算机自动分类和人交互解译2种方法。一般来说，计算机自动提取的方法速度较快，工作简单，但精度不能保证，而人机交互解译的方法精度较高，但耗费时间多,工作量大，效率低。因此本文将这2种方法结合起来使用。

首先运用监督分类的方法自动提取土地利用信息。监督分类是先在图像中选取已知样本(或训练区)的统计数据，从中找出分类的参数、条件，并建立判别函数，然后对整个图像或待分类像元做出判别分类的方法[5]。本文选择应用最大似然法。最大似然法是以似然度为分类指标，鉴定各类别总体的概率密度分布均为正态分布，通过待分类像元与各类别的似然率比较而将其划分至与之似然率最大的类别当中，这种方法的精度较高。

完成土地利用类型监督分类后，由于分类结果存在一定误差，因此需要将分类结果导入ArcGIS软件中进行人工修正，并统计每种土地利用类型的面积。结果如图1、图2、图3所示。

图1 1995年长春市土地利用分类图

3 土地利用变化分析

3.1 土地利用变化数量分析

土地利用变化的数量主要通过每种土地利用类型面积的变化反映出来。通过土地利用变化的数量，可以分析出某一时间段内土地利用变化的幅度，进而能够了解区域土地利用变化的总体趋势。

1995、2001、2014年长春市土地利用类型面积统计结果如表1、表2所示。

由表1、表2可以看出1995、2001、2014年长春市各土地类型的面积分布和所占比例，直接反映出土地利用类型的基本情况。而土地利用变化直方图展示了不同时间段内土地利用类型的变化，反映出土地利用变化趋势。如图4、图5所示。

图2 2001年长春市土地利用分类图

图3 2014年长春市土地利用分类图

图4 长春市土地利用数量变化直方图

由以上结果可以看出，近20年来长春市土地利用类型变化总体趋势：建设用地、交通运输用地面积持续增长，耕地面积、绿地面积不断减少，水域面积先减少后增多，总体变化比较平稳，而未利用地面积有所减少，土地利用率一直较高。其中，耕地和建设用地是变化较为明显的2种土地利用类型，且1995～2001年的变化幅度小于2001～2014年，20年间绿地面积一直在减少，而水域面积在20年间的浮动不超过0.1%，几乎没有产生变化。

表1 长春市土地利用类型分类面积 km2

表2 长春市土地利用类型分类比重 %

图5 长春市土地利用类型比重变化直方图

3.2 土地利用变化速度分析

土地利用动态度是定量描述区域土地利用变化

速度的变化指标，它对比较土地利用变化的区域差异和预测土地利用未来变化趋势都具有一定的指示意义[6]。单一土地利用动态度用于表示某一区域在一定时间段内某种土地利用类型数量的变化速度，其表达式为：

K=(Ub-Ua)×Ua-1×T-1×100%

(1)

式中，K为研究期间内某一种土地利用类型动态度，Ua、Ub则分别表示研究期初、期末某一种土地利用类型的数量，T为研究时间长度，一般设定为年[7]。

通过计算，可以得出长春市1995～2001年和2001～2014年2个时间段的土地利用变化动态度，结果如表3所示。

表3 长春市土地利用动态度 %

由此可见，长春市土地利用变化动态度在这2个时间段差别不是很大，正值表示土地利用类型的面积增加，负值代表土地利用类型的面积减少，绝对值即反映了土地利用变化的幅度。

结果显示，绝对值最大的数值为1995～2001年未利用地的9.15%，说明该时间段内未利用地变化明显，其次是1995～2001年建设用地的6.35%，反映了这一时期建设用地的面积明显增加,同时,2001～2014年建设用地面积变化仍然比较明显；绝对值最小的数值为2001～2014年绿地的0.04%，说明这一时间段内绿地面积的变化十分微小。总体而言，长春市土地利用类型的变化比较平稳，速度变化差距不大，可以预测在未来一段时间内土地利用变化程度不会出现太大起伏。

3.3 土地利用变化结构分析

土地利用结构决定土地利用系统，土地利用系统的良性循环，取决于合理的土地利用结构，土地利用结构变动速度指标可以表示某个时间段内土地利用类型变化的速度，计算公式为:

(2)

其中,K表示土地利用结构变动速度，Qit和Qi0表示某种土地类型，在期末和期初在区域整体土地利用中所占的比重，T为研究时间段的时间间隔，一般以年为单位。

根据前面得到的数据，可以算出1995～2001年土地结构变动速度为0.0301，而2001～2015年的变动速度为0.03497。由此得出，长春市的土地利用结构变化逐步增加，但总体速度较慢，即反映了长春市近20年来土地利用结构没有发生明显的实质性变化，土地利用类型种类没有发生明显变化。

4 土地利用变化驱动力分析

土地利用与土地覆盖是地球表层系统最突出的景观标志，其动态变化主要受控于变化的驱动力[8]。驱动力问题在土地利用规划机制的研究中一直占据着主导地位，驱动力指主要的生物物理和社会经济因素导致土地利用的方式和目的发生变化[9]。在城市发展过程中，驱动力作用主要从自然因素、经济因素、社会因素3个方面影响着城市土地利用变化。

4.1 自然因素

自然环境的变化往往能够给区域土地利用类型的变化带来很大影响，自然因素主要包括地貌、水文、土壤、气候等因子。其中，地貌是土地利用基础，地貌类型的不同，可以导致不同的水文、土壤、气候条件，从而影响土地利用的类型和结构。水文则决定一定区域范围内的水资源情况，对土地的生产状况和生产方式有很大影响，土壤是植物生长的重要基础，具有供应和调节水分、养分等植物生长要素的能力[10]。

长春市地处东北平原，地势平坦，气候四季分明，水资源比较丰富。地势平坦有利于城市交通运输用地的建设，同时稳定的地质环境为城市建设用地提供了牢固的基础。气候条件决定了长春市农业生产一年一熟的特征，制约了农业的全年发展，但与此同时，良好的光照，充足的水资源以及肥沃的土壤，提高了长春市的农业产值，粮食产量较高。总体来说，自然因素决定了长春市土地利用的基本类型，但对土地利用类型的变化影响较小。

4.2 人口因素

城市化一词起源于18世纪工业革命后，是人类由传统的农耕技术转化为现代科技技术的一种动态过程[11]。城市化伴随着城市人口增多、经济发展，从而影响着城市土地结构的变化。城市是人类的聚集地，在城市化进程中人口的增减变动不可避免。

表4显示了1995、2001、2014年长春市及长春市区总人口、非农业人口比重及变化。

表4 1995、2001、2014年长春市人口变化

注：数据来源于《中国城市统计年鉴》[12]、《长春市统计年鉴》[13]。

20年来，无论是长春地区人口还是长春市区人口都成持续增加态势，长春地区非农人口比例持续上升，而长春市区非农人口比例先上升后下降,且比例一直较高。根据人口变化趋势可知，长春市区周边城镇因为城市化进程，大量务农人员涌进城市，农业人口比例下降，导致耕地面积减少，反之，城市人口增多，城市面积必然扩张，城市用地增多。

4.3 经济因素

经济活动是人类最主要的活动之一，土地作为经济发展的重要载体，其利用方式势必会受到经济发展的影响而发生变化，反之土地利用的变化也会影响到地区或区域的经济发展[14]。

经济因素对土地利用的影响体现在经济的发展提高了人们的生活水平，促使城市向外扩张，城市建设用地的面积不断增多，耕地面积随之减少，进一步引起了城市产业结构的变化，导致了土地利用类型变化。表5为长春地区及长春市辖区1995、2001、2014年国内生产总值变化情况。

由表5可看出，长春市经济20年来取得了快速发展，国内生产总值及人均国内生产总值均大幅提升，且长春市区的国内生产总值占长春地区国内生产总值的50%以上，人均国内生产总值也高于长春地区的人均国内生产总值。由此说明，长春地区的发展还不平衡，市区发展较快，周围城镇发展速度较慢，这也一定程度上影响了土地利用变化，使长春市城区范围不断扩大，城市建设用地增多。

表5 长春市国内生产总值(GDP)变动情况

注：数据来源于中国城市统计年鉴、长春市统计年鉴、吉林统计年鉴[15]。

表6反映了20年间长春市产业结构的变化，长春地区和长春市区的第一产业比重均大幅减少，第二、第三产业比重上升，表明长春市的产业结构已经发展到了以第二、第三产业为主。产业结构的变化必然影响到土地利用类型的变化，工业、运输业、餐饮商贸等产业的发展使城市建设用地被大量开发，土地利用速度逐渐增快。

表6 长春市产业结构变化 %

5 结论及建议

本文利用遥感技术，研究了近20年来长春市的土地利用类型变化，结果显示，20年间长春市城市发展迅速，建设用地显著增加，耕地、绿地减少。同时对近20年来长春市的土地变化和驱动力进行了分析，发现长春市土地利用结构变动较小，速度较为平稳，人口因素、经济因素对城市土地利用的影响较为明显。城市建设仍然需要理性规划，避免土地资源的浪费，以实现土地资源与经济发展的协调发展。

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[12] 国家统计局城市社会经济调查司.中国城市统计年鉴[M].北京：中国统计出版社,1996，2002，2015.

[13] 长春市地方志编纂委员会.长春年鉴(2015)[M].长春：吉林人民出版社，2015.

[14] 王新玉.北京市土地利用遥感信息提取及动态变化研究[D].北京：北京林业大学，2006.

[15] 吉林省统计局，国家统计局吉林调查总队.吉林统计年鉴2002[M].北京：中国统计出版社，2002.

(责任编辑：管珊红)

Change of Land Use and Its Influencing Factors in Changchun in Last Twenty Years

BAI Han-zhi, JIANG Qi-gang

(College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China)

According to the data of Landsat remote sensing in 1995, 2001 and 2014, the author studied the dynamic change in land use type in Changchun city in recent 20 years, and explored the driving force affecting land use change, finally put forward several countermeasures and proposals for the utilization and protection of land in Changchun city according to the results of this research.

Remote sensing; Land use; Dynamic change; Driving force

2017-05-14

白含之(1992—)，女，吉林长春人，硕士研究生，研究方向：资源遥感。

S-9；TP79

A

1001-8581(2017)09-0132-05