基于GIS与RS的大安市土地利用变化分析

马金峰，张文春

(吉林建筑大学 测绘与勘查工程学院，吉林 长春 130118)

0 前 言

土地资源在人们的日常生产生活中发挥着不可替代的作用，也是人类生存的根本，但土地资源始终是有限的，如何观测并合理利用有限的土地，逐渐成为当今学者研究的重点课题之一[1]。东北地区作为我国重要的商品粮基地、生态功能区与老工业基地，在我国经济社会发展的各个方面扮演着重要角色[2]。国内学者对于东北地区土地利用的相关研究，多聚焦于经济情况较好、产业结构丰富的大中型城市，如沈阳、长春、哈尔滨等[3-7]。而选择经济体量低、产业结构较为单一的县域小城为研究区的相对较少。县域小城工业化水平落后但长期保持着良好的自然生态和农业生态[8]。然而近年来随着城市化发展进程的推进，东北地区城市扩张速度明显加剧，这一变化严重威胁到东北地区的自然生态和农业生态安全[9]。因此，本文选择吉林省大安市作为研究区，以1986年、2000年、2018年Landsat系列卫星影像数据为数据源，基于GIS软件处理平台，通过人机交互的目视解译法来解译土地利用类型，分析大安市近30年的土地利用变化情况，本次研究的方法主要有土地利用转移矩阵和土地利用动态度两种，旨在为大安市合理利用土地资源以及城市规划、环境治理、可持续发展、土地政策制定等提供参考依据。

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

吉林省大安市(东经123°08′45″～124°21′56″、北纬44°57′00″～45°45′51″)位于吉林省西北部，白城市东部。西部与通榆县、洮南市相接，东部紧接黑龙江省肇源县，南与前郭尔罗斯蒙古族自治县、乾安县为邻，北与镇赉县以洮儿河为界。全区总面积4 936.8 km2，其中乡镇共计19个(见图1)。

图1 研究区概况图

大安市为温带大陆性季风气候，位于松嫩平原腹地，年平均气温5.2℃，年平均降水量410.8 mm。大安市素有“嫩江明珠”之称，市内有着多种类型湿地，其中有国家4A级景区-嫩江湾国家湿地公园，嫩江湾码头亦是吉林省最大的对外开放港口(内河)。西南部的姜家甸草原牧草资源丰富，是我国三大天然羊草草原之一，年产牧草近15万t。

1.2 数据来源及其处理

本文以三期Landsat影像数据作为大安市土地利用类型解译数据源，对遥感影像进行波段组合、影像融合、影像几何纠正、影像几何纠正等预处理。并根据遥感影像特征，结合前人野外调查相关资料，根据《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017)标准，分别建立大安市三期(1986年、2000年、2018年)土地利用遥感解译标志(见图2)，然后基于GIS软件平台，应用直判法、对比法、邻比法、综合判断法等方法，分析土地利用类型特点，利用“人机交互解译法”进行大安市土地利用类型信息提取工作。

图2 大安市土地利用类型遥感解译图

2 研究方法

2.1 土地利用动态度

土地利用动态能有效反映特定时间内该区域土地利用类型的变化情况。其数学表达式如下：

N=(mb-ma)/ma×1/T×100%

式中，N为土地利用动态度，%；ma、mb为研究起始与终止时的某土地利用类型面积，km2；T为间隔时间，年。

2.2 土地利用类型转移矩阵

分析研究转移矩阵，可以更好地了解土地利用变化空间特征以及内在演化规律。其公式如下：

式中，M为土地利用类型转移矩阵，且0≤M12≤1,其中M12值越大，说明状况1向状况2转移的倾向越大；n为土地利用类型数，i和j为研究起始和终止时的土地利用类型面积。

3 结果与分析

3.1 土地利用类型面积及变化分析

土地利用情况好坏可通过土地利用结构来评价，本文基于GIS软件，根据1986年、2000年和2018年三期遥感解译数据，建立大安市土地利用类型信息数据库，计算得到的不同时期土地利用类型的面积以及土地利用类型比重，分别如图3和表1所示。

图3 土地利用类型面积统计

表1 1986年、2000年、2018年土地利用类型面积及比重 %

对图3和表1进行分析，结果表明：1986年，大安市土地利用方式主要是草地、水域以及耕地。其中，草地占总面积47.48%，水域占比18.97%，耕地占比16.16%。2000年，大安市土地利用方式发生变化，以草地、耕地及其他用地为主，其中草地占总面积30.79%，耕地占比23.55%，其他用地占比21.35%，耕地和其他用地面积明显增大，水域面积则有所减少。2018年，大安市土地利用方式依旧是耕地、草地和其他用地，耕地占总面积43.3%，草地占比28.73%，其他用地占比11.03%。从总体情况来看，三个时期，耕地和草地一直作为大安市主要的土地利用方式，且耕地呈现稳步上升的趋势，比重由16.16%增长到43.3%，草地则呈现下滑趋势，说明大安市注重开发耕地，因此天然草地资源遭到一定程度的破坏。

3.2 土地利用动态度分析

利用GIS软件中土地利用动态模型得到的不同时期土地利用类型动态度(见表2)。

表2 1986年、2000年、2018年土地利用类型动态度 %

分析表2可以得出：1986年、2000年，大安市的土地利用类型面积均产生了变化。其中其他用地、建设用地变化尤为突出，分别达到27.57%和11.36%，呈现出明显的增长趋势，相比之下，水域则出现大面积减少的情况，达到-3.09%，说明随着城市化进程的快速推进，其他用地和水资源均收到严重影响；2000年、2018年，大安市土地利用类型变化幅度最大的是建设用地和耕地，分别达到了5.21%和3.26%，说明人口的快速增多，导致建设用地与耕地面积也随之增大；1986年、2000年、2018年，大安市土地利用类型面积有着十分明显的变化，其中建设用地、耕地和其他用地面积发生巨大变化，增幅分别达到12.56%、5.25%和4.72%，与之相比，水域面积出现了-1.95%的减少，林地面积出现了-1.35%的减少，草地面积出现了-1.23%的减少。

3.3 土地利用转化特征分析

利用GIS软件强大的分析功能，生成转移矩阵，主要包括数据的融合、叠加分析、面积计算，最终形成了大安市1986年、2000年的土地利用转移矩阵见表3，2000年、2018年的土地利用转移矩阵见表4。

表3 1986年、2000年大安市土地利用转移矩阵 单位：km2

表4 2000年、2018年大安市土地利用转移矩阵 单位：km2

从表3可以看出，在1986年至2000年的14年间，草地总体面积减少了1 300.87 km2，主要是向耕地和其他用地转化，向耕地转化340.22 km2，向其他用地转化836.82 km2，其余类型转化量较小，分别是向建设用地转化13.2 km2，向林地转化63.23 km2，向水域转化47.39 km2，分析可知，可能由于过度的放牧，导致草地资源遭到破坏，转化为其他用地，也有一部分草地被有效地开发利用，转化为耕地，提高粮食生产效率；水域面积出现了468.41 km2的减少，多向草地转化，转化量为342.84 km2，向其他用地转化61.1 km2，向耕地转化52.89 km2，其次有部分面积转化为建设用地和林地，转化量分别是11.12 km2和0.46 km2，由统计数据可知，水资源的利用率不断提高，从而导致水域用地方式变更，水域面积减少。

由表4可得，2000年、2018年，其他用地和草地面积减少较大。其中其他用地面积减少789.54 km2，向草地转化529.75 km2，向耕地转化166.54 km2，其余类型转化量较小，分别是向水域转化44.05 km2，向林地转化37.11 km2，向建设用地转化12.09 km2。经研究分析，人们开始注重环境资源的保护，大力开发治理沙地、盐碱地等其他用地。草地面积减少764.22 km2，主要转化为耕地，转化量为331.51 km2，向林地转化164.45 km2，向其他用地转化182.78 km2，向建设用地转化19.56 km2，向水域转化65.92 km2。由统计数据分析，草地大面积转化为耕地，可能是由于大安市的城市建设，导致大安市人口增多，因此人们对粮食的需求增大，对耕地的开发力度增大。

4 结 论

1)大安市已利用土地达到60%以上，土地利用类型以耕地和草地为主，且耕地面积逐年扩大，扩大幅度为5.25%，草地面积逐年缩小，缩小幅度为1.23%；建设用地增速最快，增幅高达12.56%，水域面积降幅为1.95%，减少速度最快；其他用地面积略有增大，增幅为4.72%，林地面积则有所减少，降幅为1.35%。

2)大安市的土地利用转化特征较为明显。在1986年、2000年，转化量最多的是草地，水域>林地>耕地>其他用地，转化量最低的是建设用地；在2000年、2018年，转化量最大的是其他用地，草地>林地>水地>耕地，转化量最低的是建设用地。

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