基于遥感的彰武土地利用变化分析

张海丹 王东升 雷泽勇

摘要 选用辽宁省阜新市彰武县1985与2016年的遥感影像，通过对影像的定标、大气校正、影像融合、影像拼接和剪裁，然后进行监督分类，从而提取出2个年份的土地利用数据，并在此同时结合对该县的实地调查，对其土地利用情况进行了分析，得出该县不同时期的土地利用动态变化。结果表明，1985—2016年彰武县土地利用类型以耕地和林草地为主，土地利用变化以林草地、建筑用地面积增多，耕地、水域面积和未利用土地面积减少为特征，其中人文和政策因素占主导作用。

关键词 土地利用；监督分类；动态变化；彰武

中图分类号 S127 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）22-0049-03

Abstract Remote sensing images of 1985 and 2016 in Zhangwu County of Fuxin， Liaoning Province were selected to calibrate the images， atmospheric correction， image fusion， image mosaic and cropping， and supervised classification was performed to extract land use data for two years. At the same time， combined with field surveys in the county， the land use situation was analyzed and the dynamic changes in land use in different periods in the county were obtained. The results showed that：from 1985 to 2016， the land use types in Zhangwu County were mainly cultivated land， forestry and grassland， and the land use change was characterized by the increase of forest grassland， cultivated land and construction land area， and the reduction of water area and unused land area.Among them， humanistic and policy factors played a leading role.

Key words Land use；Supervision classification；Dynamic change；Zhangwu

土地利用变化与生态环境变化有密切关系，深入的研究区域土地利用变化可以为生态环境的研究和治理提供重要依据，而且是当今社会与经济可持续发展的核心问题之一。土地利用变化一方面为人类带来生存益处，与此同时，如若不合理利用有限的土地资源，则会导致水土流失、土地退化，甚至土地沙漠化等生态环境的恶化[1]，那么，由此可见，怎么合理规划、开发和利用有限的土地资源，最大程度地实现社会经济的可持续发展，已然成为每个国家所关注的重要议题，同时也是当今学术界关注的焦点问题[2]。

彰武位于科尔沁沙地的南部，历史曾是水草丰茂的草原，但由于人类的长期不合理利用土地资源，使得这一景观遭到破坏，并且有流动沙丘形成，自20世纪50年代开始，彰武便开始了以防沙治沙为主的环境治理活动，使区域生态环境得到了改善，但是随之而来的工农业发展使得土地利用强度增大，土地利用的过度开采问题也频频出现，引发了一系列的生态环境问题[3-4]。目前有关彰武县的土地利用变化的研究比较少，并且利用遥感技术方法来研究彰武县的土地利用动态变化鲜见报道。笔者依据遥感技术[5-6]，利用ENVI软件对彰武县遥感影像进行监督分类，通过对影像解译后提取数据的动态分析，得出彰武县的土地利用变化情况，最后分析彰武县的土地利用变化的主导因素，从而揭示该县土地利用变化规律，为今后保护和合理利用土地资源及改善区域生态和环境提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 研究区域概况

彰武县地处辽宁省的西北部，沙漠化严重的科尔沁沙地的边缘，有着北高南低的地势特点，地形包括沙丘、平原及沙荒土地。彰武县属于温和半湿润的干旱季风大陆性气候[7]，雨季主要集中在夏季，该地区常年多风，大风季多为春季，冬季寒冷且为期较长，四季气候特点分明。

1.2 数据来源 该研究采用的卫星遥感影像数据来源于地理空间数据云，选取辽宁阜新市彰武县1985和2016年的遥感影像为基础数据，结合矢量数据为1∶10 000的研究地行政区划图、土地利用情况现状图以及当地的实地调查。

1.3 研究方法

1.3.1 遥感影像数据分析。

1.3.1.1 影像下载。

首先，在中国科学研究院遥感数据共享网站（地理空间数据云）注册账号、选择数据集，之后按照行政区域检索彰武县历年数据资料，根据数据年份、云量等条件筛选出合适的影像资料。该研究选取遥感影像来自1985年的Landsat TM影像和Landsat8的2016年遥感影像（图1）进行下载，由于遥感影像的清晰度受云量和分辨率的影响较大，因此，在此选取的是云量极低、空间分辨率尽可能高的影像，以便地表物形能够更好地显现，更有利于信息的提取，为之后的数据处理做好基础。

1.3.1.2 影像处理。

影像的处理可分为定标、大气校正、影像融合、影像拼接和剪裁等预处理，在预处理之后采用监督分类方法进行土地类型分类等主要处理步骤[8]，根据研究的需要，将土地利用類型分为建设用地、耕地、林草地、水域及未利用地[9-10]。首先选取各类型土地的训练区域若干，并且必须极具代表性；然后利用这些区域进行监督分类，最后进行影像解译，建立解译标志。

1.3.2 土地利用动态变化分析方法。各类土地数量的变化特征采用单一土地利用类型动态度K表示[11]为：

式中，K表示研究时段某一土地利用类型动态度指数；Ua、Ub分别表示研究初期和末期某类型土地的数量；T表示研究时段，当T设为年时，K值就是该地区某种土地利用类型的年变化率[12]。

2 结果与分析

通过使用ENVI软件，对1985和2016年的遥感影像进行预处理及处理后的监督分类（图2），可以得到各类型土地利用面积的具体数据（由于受影像的空间分辨率的影响，监督分类的结果可能存在误差，但经过实地考察，准确精度在85%以上，监督分类的结果在可靠范围内），彰武县1985和2016年主要土地利用类型的数据如图3所示。经计算，得出彰武县不同土地类型的土地利用动态度（表1）。

结合以上数据，再利用直接比较法对其进行动态分析，同时结合实地考察可以发现，1985—2016年彰武县建设用地的使用面积、林草地面积呈明显的增加趋势，建设用地的面积比例由1985年的4.77%增长至2016年的11.01%，林草地的面积占比由1985年的22.02%增长至2016年的40.91%；耕地面积则有小幅度的减少，减少了近5.29%，引起这一变化與地方政府大力宣传并推出退耕还林还草工程的实施有密切关系；而水域面积则呈现出减少的趋势，面积占比由1985年的7.34%减少至2016年的3.67%，未利用土地面积大幅度

减少，由1985年的27.15%减少至2016年的11.19。结合土地利用变化度来看，1985—2016年建设用地的面积变化幅度是最大的，缘于近32年来彰武县工农业的迅速发展及交通运输方面的发展建设；变化幅度其次是林草地，与近32年来当地开展植树造林、各种防沙固沙工程林的建设是分不开的；除此之外未利用土地的面积变化程度和水域面积变化最为明显，基于此，彰武县的土地利用类型仍以耕地和林草地为主，只是各类型土地面积之间存在着转化。

近32年来，引起彰武县土地利用变化有很多因素，例如人口方面因素，1985—2016年彰武县的人口数量已增长至42万人，人口的增加对区域内的土地利用造成了很大的压力，一方面需要增加耕地面积来满足人口对粮食的需求，增加的耕地面积主要来自未利用土地、林草地；另一方面则是增加建设用地来满足人口增长的需要，增加的建设用地主要来自林草地和耕地[13]。

人口的增加除了引起土地利用形式上的变化外，也带来了一系列的社会和生态问题。人口数量增加，则耕地面积增加，农业生产用水和居民饮用水量就会增加，而这些农业用水及饮用水的来源主要是地下水，这就使得地下水位下降，为了弥补地下水的消耗，地表水也发生了下渗等改变，导致水域面积也受到一定的影响[14]。

除了人口因素，彰武县的政策也影响着当地的土地利用。20世纪50年代开始，彰武县开展防风固沙为主的环境治理工程，开始大面积造林，林地面积增加，后来随着三北防护林体系建设工程启动[15]，以及国务院下发的退耕还林、退草还林政策，保护森林资源开始受到人们的重视，同时由于退耕还林的优惠政策，人们的积极性大增，有一定面积的耕地转化为林地，区域内的林草地面积大幅度增加，未利用土地面积大幅减少，也就出现了耕地面积减少的现象，土地利用类型变化明显。

32年间对彰武县土地利用的影响因素少不了自然因素。该县地处辽宁西北部，位于科尔沁沙地南部，属于辽西北沙漠化较严重的地区。根据该县气象资料显示，1985—2016年彰武县的蒸发量大幅增加，而干燥度也在增加[16]，导致了该县的干旱化更加趋于恶化。那么河流水域的蒸发量大，径流流入量较少，同时，人类的生活、工农业等过度开采地下水的现象加剧，地表水又得不到及时的补充，致使地表水域断流、干涸，面积减小，甚至消失。因此，干旱化和降雨量少是导致水域面积减少的一个重要原因。

3 结论

（1） 1985—2016年彰武县土地利用形式以耕地和林草地为主，土地利用类型变化以林草地、建设用地的增加和未利用土地、耕地及水域面积的减少为特征，即使如此，部分地区仍有集中成片的沙地存在。因此该研究为以后彰武县沙漠化等生态环境的治理提供理论基础。

（2）彰武县土地利用情况受人口因素、政策因素和自然因素的综合影响，其中自然因素虽然是决定土地利用形式的重要因素，但由于1985—2016年的时间尺度长达30余年，因此人口因素和政策因素仍然是主导因素。

（3） 针对彰武县土地利用情况有如下建议：首先，要做到因地制宜，使每一寸土地都得到合理的利用；充分考虑土地的自然因素，以土地本身特点为依据，在区域社会经济发展中，使有限的土地资源发挥其最大的价值；其次，要注意加强动态监测与管理，优化土地资源配置，重视精准农业等技术的应用[17]，不断优化制度建设，加大公众参与的力度，建立有利于土地资源合理利用的组织管理体系与政策监督机制[18]，在保证土地资源经济效益最大化的同时注意保护好每一寸土地。

参考文献

[1]李宁，丁四保，佟志军，等.主体功能区战略优化区域经济发展的机理与制度建设研究：以吉林省为例[J].中国人口·资源与环境，2012，22（5）：289-292.

[2]李兆富，杨桂山.湖州市50年耕地资源变化与经济发展关系研究[J].农业系统科学与综合研究，2006，22（2）：128-131.

[3]彭鹏.阜新市彰武县养息牧河流域地下水水质分析[J].水利技术监督，2016，24（3）：73-76.

[4]赵宏亮，侯立白，王萍.彰武农田土壤风蚀物垂直分布规律的研究[J].水土保持研究，2006，13（2）：150-152.

[5]计丽红.海岛开发生态风险评估[D].杭州：浙江大学，2016.

[6]林文鹏.遥感影像屏幕数字化在土地利用现状信息提取中的应用：以福州市城门镇为例[J].东北测绘，2000，23（3）：16-17.

[7]李海燕，蔡银莺.武汉市土地利用动态变化及其驱动因素分析[J].国土与自然资源研究，2011（1）：11-13.

[8]张泊平，吴国玺，李荷香.河南省土地资源利用现状与可持续利用模式研究[J].安徽农业科学，2008，36（24）：10610-10611.

[9]张愉飞.六安市土地利用变化及驱动力分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2009，9（4）：61-63.

[10]黄翠婷.广东省土地利用变化与土地生态安全评价研究[D].广州：广东工业大学，2012.

[11]刘茂国，曾永年，马正龙，等.湘西北喀斯特山区土地利用变化及驱动力研究：以张家界市永定区为例[J].国土与自然资源研究，2012（5）：25-27.

[12]张明亮.近10年临沂市LUCC及驱动力分析[J].济南大学学报（自然科学版），2007，21（3）：252-255.

[13]刘茂国，曾永年，马正龙，等.湘西北喀斯特山区土地利用变化及驱动力研究：以张家界市永定区为例[J].国土与自然资源研究，2012（5）：25-27.

[14]袁俊.湖北省土地利用变化及其驱动力分析[J].国土与自然资源研究，2003（4）：33-35.

[15]郑水林.基于GIS的章古台樟子松固沙林水资源承载力研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2011.

[16]郑水林，吴祥云，闫巧玲，等.基于RS和GIS的科尔沁沙地南缘章古台地区土地利用变化及其驱动力[J].生态学杂志，2011，30（3）：576-583.

[17]王荣珍.优化土地资源配置 加快新农村建设[J].河北农业科学，2008，12（2）：100-101.

[18]张泊平，吴国玺，李荷香.河南省土地资源利用现状与可持续利用模式研究[J].安徽农业科学，2008，36（24）：10610-10611.