泰安市东平县1985－2015年土地利用时空变化规律

王蒙,谭秀翠,徐望达,冯在香

泰安市东平县1985－2015年土地利用时空变化规律

王蒙1,谭秀翠2*,徐望达2,冯在香2

1. 华北水利水电大学水利学院, 河南 郑州 450046 2. 山东农业大学水利土木工程学院, 山东 泰安 271018

土地利用变化的时空特征和变化规律的分析对于一个城市的区域发展规划有着重要的科学指导作用。本文研究泰安市东平县1985-2015年土地利用时空变化规律，在RS/GIS技术支持下，以7个时段Landsat遥感影像为数据源，采用ERDAS软件进行影像融合、裁剪与监督分类，得到各时期的土体利用类型空间分布图，并对土地利用动态度进行了研究。结果表明:1985年到2015年各土地利用类型都有浮动，30年来，东平县土地利用类型以耕地为主，耕地面积1985－2005年变化较大，2005－2015变化较小，水体利用面积较为稳定，变幅较小。林地及裸岩石砾地利用面积呈先减少后增加状态，建设用地呈先增加再减少，再增加趋势。从2005-2015年的数据来看，建设用地，林地，裸岩砂砾地呈增长趋势，水体与耕地呈减少趋势。

东平县; 土地利用; 时空变化

土地利用与土地结构变化是全球环境变化的基础组成部分，也是造成全球环境变化的重要原因。随着我国城市化进程的加快，人多地少，土地资源分配不合理，利用率低的问题日益突出，资源环境问题日益严重。土地资源具有稀缺性和不可再生性。随着我国城镇化进程的不断加速，土地利用动态变化已成为当前众多学科研究领域的关注课题。近年来，随着遥感技术的快速发展，基于遥感技术对规划研究区的土地利用动态变化、演化趋势、格局变化进行定量分析与评价，已经形成了较为成熟的研究方法。何春阳等提出了在分类后比较法和变化分析矢量相结合的基础上新的混合遥感监测方法[1]。2007年尹发能等关于大九湖土地利用变化及其对湿地生态环境的影响研究[2]。在大量研究的基础上，众多学者已经意识到，只有在现有研究的基础上通过理论和方法的重新综合，并寻求新的土地利用研究思路，才能充分反映土地利用变化的复杂性，认识和理解土地利用变化的机制和各种生态影响，从而能够取得研究突破[3]。

十八大的召开，土地的合理分配以及均衡利用的实现，是党和政府“四化同步”、“美丽中国”以及建设生态文明重大战略的要求[4]，由于城市土地供给的稀缺性，盲目扩张必然是不可取的，土地利用结构的合理性一定程度上影响着城市的综合实力，城市结构不合理虽然短期能够快速发展，但这种牺牲坏境以谋求发展的道路是本末倒置。因此，找出与城市经济社会发展相适应的土地利用结构，能够有效协调好“资源节约-环境友好-快速发展”关系，提高土地开发利用效率[5]。

本文以东平县为研究对象，以LandsatTM影像、土地利用专题图作为资料源，借助RS技术和GIS技术对泰安市东平县1985-2015年7期遥感影像资料，研究分析土地利用的时空变化规律，了解各类型土地的面积、分布状况等变化规律、土地利用程度、土地利用结构及土地利用效率，总结其变化特征，能够进一步提高土地资源的使用，可以探究土地利用变化对生态环境效应的影响，有助于东平县土地的有效利用和生态环境的健康永续发展[6]。

1 研究区域概况

东平县位于山东省西南部，东望泰山，西临黄河，南临孔孟故里，北依省会济南，总面积1330.44 km2，下辖3个街道、9个镇、2个乡。东平县地势东北高、西南低，县境内拥有多种地貌类型，山地、丘陵、平原、洼地、湖泊、河流等，山地丘陵主要分布在县境北部地区，平原主要分布在南部地区，属大汶河冲积平原，地面高程在40 m以上，多数土层深厚，土壤构型良好，适宜农业种植。平县处于鲁西南平原北部，东部受鲁中山区的阻挡，境内受季风的影响，属温带季风型大陆性气候。具有四季分明的特点。

图1 东平县位置图

2 数据来源与信息提取

本文选用的东平县遥感数据来源于地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/），数据时段为1985-2015年。根据《东平县土地利用总体规划（2006-2020年）》及其他图纸资料，进行数据进行筛选与统计。根据《全国土地分类标准》[7]和《全国土地利用现状分类》[8]分类标准，将东平县的土地类型划分为水体、耕地、林地、建设用地、裸岩石砾地五个利用类型。

本研究的数据处理主要采用ERDAS与ArcGIS软件。具体步骤如下:

1）使用ERDAS进行影像融合。ERDAS遥感影像融合是将在空间、时间、波谱上冗余或互补的多源遥感数据按照一定的规则进行运算处理，获得比任何单一数据更精确、更丰富的信息，生成具有新的空间、波谱、时间特征的合成影像数据；

2）在ArcGIS中进行县图的矢量化。图片矢量化是重要的地理数据获取方式之一，是把栅格数据转换成矢量数据的处理过程[9]；

3）使用ERDAS进行影像裁剪与监督分类。监督分类首先显示东平县的影像图，打开分类模板编辑器，再调整分类属性字段，获取分类模板并评价分类结果是否满意，再执行监督分类并评价监督分类结果。这里将东平县的区域划分为耕地，林地，建设用地，裸岩石砾地，水体五个利用类型；

4）ERDAS进行分类后处理。为了对监督分类结果产生的一些面积很小的图斑进行剔除，首先在图像解译里完成聚类统计，再进行过滤分析与去除分析[10]。得到土地利用数据，见图2。

图2 2015年东平县土地利用图

3 土地利用动态度计算

人类活动的影响，不同区域的土地利用方式存在差异，各时期变化的速度和幅度也有所不同。单一土地利用动态度表征在一定时间段内不同土地利用类型的变化速度和幅度[11]，用来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[12]。其数学模型为：

式中，为计算期间研究的某类土地利用类型的动态度，可以表示为某土地利用类型年变化率。U为研究初始，某类土地利用类型面积；U为研究末期某类土地利用类型面积；为研究的时长。

4 结果与分析

4.1 土地利用面积分析

利用ERDAS进行监督分类，得到东平县1985-2015年土地利用数据（见表1）。将东平县土地利用类型制成柱状图，如图3。通过对土地利用类型每五年变化情况的对比，可以直观地反映东平县主要土地类型的变化。可以观察出1985年到2015年各土地利用类型或多或少都有浮动，30年来，东平县土地利用类型以耕地为主，耕地面积1985-2005年变化较大，2005-2015变化较小，水体利用面积较为稳定，变幅较小。林地及裸岩石砾地利用面积呈先减少后增加状态，建设用地呈先增加再减少，再增加趋势。从2005-2015年的数据来看，建设用地，林地，裸岩砂砾地呈增长趋势，水体与耕地呈减少趋势。

表1 1985-2015年东平县土地利用面积/km2

图3 1985-2015年东平县土地利用变化分布图

4.2 土地利用动态度分析

1985-2015年东平县不同阶段不同地类的土地利用动态度有着明显的差异。1985-1990年，建设用地的年均增加率为9.82%，变化最快，裸岩石砾地次之，年均减少率为6.90%，耕地年增加率为5.03%，林地年减少率为5.43%，水体最慢，年减少率为4.55%。1990–1995年，裸岩石砾地用地的年均减少率为15.79%，变化最快，耕地次之，年均减少率为49.32%，建设用地年减少率为2.22%，林地年减少率为3.54%，水体最慢，年减少率为0.43%。1995–2000年，裸岩石砾地用地的年均增加率41.02为%，变化最快，林地次之，年均增加率为9.00%，耕地年增加率为7.70%，建设用地年减少率为7.75%，水体最慢，年减少率为0.46%。2000–2005年，裸岩石砾地用地的年均增加率为6.54%，变化最快，水体次之，年均增加率为3.53%，耕地年减少率为3.19%，建设用地年减少率为0.33%，林地最慢，年减少率为0.18%。2005–2010年，裸岩石砾地用地的年均增加率为5.27%，变化最快，建设用地次之，年均增加率为2.08%，耕地年减少率为0.31%，水体年减少率为1.30%，林地最慢，年增加率为0.90%。2010–2015年，林地用地的年均增加率为6.94%，变化最快，水体次之，年均减少率为3.30%，建设用地年增加率为3.06%，裸岩石砾地年减少率为0.69%，耕地最慢，年减少率为0.10%。由多年平均土地利用动态度可知，1985-2015年，东平县土地利用动态度排序，依次为裸岩石砾地>林地>水体>建设用地>耕地[13]。

表2 1985-2015年东平县土地利用动态度统计

5 结论

1985年到1995年各地物动态度较低，从1995年开始到2015年，各地物变化幅度较大，耕地自2000年-2015年均呈现减少状态，结合实际情况可知这段时间中国经济飞速发展。耕地多被建设用地占用，这是城镇化建设不可避免的附加影响。但耕地仍是土地类型中，占地面积最多的，说明东平县仍然是农业为主，耕地是所有地物中需要尤其注意的内容，不管经济发展如何，粮食都是必不可少的生活必需品。而且东平县耕地面积在研究期间呈现逐年下降趋势，为了确保经济社会协调可持续发展，保障人民安居乐业，必须守好耕地这条“红线”。东平县应继续根据国家政策，协调好经济发展与土地利用之间的关系。

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[2] 李璇琼.基于RS和GIS的土地利用变化动态监测研究[D].四川:成都理工大学,2010

[3] 李颂.基于遥感监测的喀斯特地区土地利用变化研究[D].四川:四川师范大学,2016

[4] 赵晶.上海城市土地利用与景观格局的空间演变研究[D].上海:华东师范大学,2004

[5] Firman T. Rural to urban land conversion in Indonesia during boom and bust periods [J]. Land Use Plz, 2000,17:13-20

[6] 张大勇.土地资源有效利用与生态平衡发展研究[D].北京:北京地质大学,2009

[7] 中华人民共和国国土资源部.全国土地分类(试行).2002

[8] 国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会.土地利用现状分类GB/T 21010-2017[S].北京:中国标准 出版社,2017

[9] 李明栋,苗良磊.基于ArcGIS软件的数据扫描矢量化与数据转换[J].计算机光盘软件与应用,2014(14):95-95

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Spatial and Temporal Change Law of Land Use in Dongping County Tai’an City from 1985 to 2015

WANG Meng1, TAN Xiu-cui2*, XU Wang-da2, FENG Zai-xiang2

1450046,2271018,

The analysis of the temporal and spatial characteristics and change rules of land use change plays an important role in guiding the regional development planning of a city. In this paper, the spatial and temporal variation of land use in Tai’an City dongping county from 1985 to 2015 was studied. With the support of RS/GIS technology, Landsat remote sensing images in 7 periods were taken as data sources, and ERDAS software was used for image fusion, cropping and supervision classification to obtain the spatial distribution diagram of soil mass utilization types in each period, and the dynamic attitude of land use was studied. The results showed that the land use types in Dongping county fluctuated more or less from 1985 to 2015. In the past 30 years, the land use types in Dongping County were mainly cultivated land, and the cultivated land area changed a lot from 1985 to 2005, but changed a little from 2005 to 2015. The water body use area was relatively stable and the variation was small. The utilization area of forestland and bare rock and gravel land decreased first and then increased, and the construction land increased first and then decreased, and then increased. According to the data from 2005 to 2015, construction land, forest land, bare rock, sand and gravel land show an increasing trend, while water body and cultivated land show a decreasing trend.

Dongping County; land use; spatial and temporal change

F301.24

A

1000-2324(2021)05-0860-05

2020-10-20

2021-01-04

山东省重点研发计划项目(2019GSF111043);高等学校博士学科点专项科研基金(20133702120016)

王蒙(1999-),女,硕士研究生,水利工程专业. E-mail:2861801171@qq.com

通讯作者:Author for correspondence. E-mail:tanxiucuiqq@163.com