張小虎，孫 茜，雷國平

（1.河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；2.河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院，河南 焦作 454003；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類賴土地而生存繁衍，依土地而不斷發(fā)展[1]。目前，人類以前所未有的深度和廣度對土地加以開發(fā)利用和改造，導(dǎo)致區(qū)域土地利用狀況劇烈變化。人類不斷改變著土地覆蓋、地表形態(tài)、生物化學(xué)循環(huán)以及生物多樣性的平衡等，造成全球氣候的顯著變化和生物物種不可逆轉(zhuǎn)的減少等問題日益突出。因此，土地利用變化（LUCC）研究已成為當前全球變化研究中的前沿和熱點問題[2-3]，研究區(qū)域土地利用變化可以深入了解土地利用與土地覆蓋在區(qū)域尺度上的互動與變化。目前通過土地利用變化模型分析區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)及其變化速率和動態(tài)度是研究區(qū)域自然條件、自然資源和社會經(jīng)濟發(fā)展的重要途徑。

大慶地處我國北方農(nóng)牧交錯帶，是我國北方生態(tài)環(huán)境脆弱帶的一部分。經(jīng)過50 a開發(fā)和建設(shè)，由一望無際的大草原變成高樓成群、油塔林立、采油井隨處可見的現(xiàn)代化石油城。石油開采極大地改變了大慶的土地利用狀況，由此引發(fā)的一系列環(huán)境問題已嚴重影響到大慶及周邊地區(qū)經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。同時，大慶是黑龍江省西部的龍頭，擔(dān)負著振興東北老工業(yè)基地的歷史重任，其土地利用動態(tài)變化在一定程度上關(guān)系到區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能否得到貫徹和實現(xiàn)。本研究采用RS和GIS相結(jié)合的方法對大慶市1987～2005年土地利用變化進行動態(tài)研究，以期為該地區(qū)土地科學(xué)合理利用提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

大慶是東北亞腹地重要城市，地處我國黑龍江省西部地區(qū)的松嫩平原中部、松遼盆地中央凹陷區(qū)的北部，屬松花江流域，位于北緯 45°46′～46°55′，東經(jīng) 124°19′～125°12′之間，是哈大齊軸線的中心。大慶同時又是重要的商品糧、畜牧業(yè)生產(chǎn)基地。截至到2005年，大慶又轄讓胡路區(qū)、紅崗區(qū)、大同區(qū)、薩爾圖區(qū)和龍鳳區(qū)五區(qū)，總?cè)丝跒?22.33萬人，土地總面積為510 700 hm2，其中耕地面積147 900萬hm2，占土地總面積28.95%；林地39 600 hm2，占7.76%；草地 94 000 hm2，占 18.41%；建設(shè)用地 66 300 hm2，占12.99%；水域51 400 hm2，占10.06%。

1.2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 （1）研究數(shù)據(jù)來源于大慶市1987年和2005年SPOT遙感影像；（2）大慶市1∶10萬地形圖。

1.2.2 研究方法 以經(jīng)過國家審定的大慶市1∶10萬地形圖為參照，在ERDAS8.6平臺上以多項式變換為幾何校正計算模型，使遙感影像的投影方式與地形圖的投影方式一致。在地形圖上選取足夠數(shù)量的控制點，誤差控制在0.5個像元以內(nèi)，通過最鄰近點插值法對原始圖像進行重采樣，實現(xiàn)遙感影像的幾何精糾正。然后將校正后的2005年影像作為標準影像，對1987年的影像進行校正，最后獲取兩期不同時相的標準影像。運用遙感信息與地學(xué)信息相結(jié)合，室內(nèi)判讀與專家經(jīng)驗、野外調(diào)查相結(jié)合的方法，建立影像判讀解譯標志，通過人機交互判讀得到圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。同時，采用MAPGIS6.7軟件進行土地利用現(xiàn)狀信息的提取和數(shù)據(jù)庫建設(shè)，大慶市土地利用現(xiàn)狀見圖1和圖2。根據(jù)研究區(qū)域土地利用方式、覆蓋特征等具體特點及中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫中的1∶10萬土地利用分類系統(tǒng)，將研究區(qū)的土地利用分為6大類型即耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地和18個二級地類。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地數(shù)量變化

圖1 1987年大慶市土地利用現(xiàn)狀

圖2 2005年大慶市土地利用現(xiàn)狀

土地利用變化首先表現(xiàn)為各種土地利用/覆蓋類型面積在數(shù)量上的變化，因此土地利用數(shù)量變化是研究區(qū)域土地利用變化的重要內(nèi)容。通過對不同土地利用類型面積的總量變化進行研究，可以把握研究區(qū)域土地利用變化的總體趨勢以及結(jié)構(gòu)變化特征[4-9]。土地利用數(shù)量變化通?？梢杂猛恋乩米兓群屯恋乩盟俣缺硎?。

由表1可知，1987～2005年大慶市土地利用比重的變化幅度為：草地＞未利用地＞建設(shè)用地＞水域＞耕地＞林地，其中未利用地、建設(shè)用地、耕地和林地呈增加趨勢，草地和水域呈減少態(tài)勢。草地面積變化幅度最大，比重由45.41%下降到18.41%，減少面積137 922.21 hm2；未利用地比重則由0.98%激增到21.83%，增加面積106 490.84 hm2，18年間變化率高達2 134.65%。研究期內(nèi)油田的開發(fā)建設(shè)占用大量的草地、水域等，從而使得草地、水域大幅減少，建設(shè)用地持續(xù)增加。同時，在石油開采過程中忽視生態(tài)環(huán)境的保護，導(dǎo)致部分土地退化、鹽堿化，致使未利用地面積大量增加。為實現(xiàn)耕地數(shù)量動態(tài)平衡，通過開墾草地、未利用地等增加耕地數(shù)量。

土地利用動態(tài)度是指土地利用類型的數(shù)量速度變化，本研究采用土地利用單一動態(tài)度。土地利用單一動態(tài)度反映了研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況[10-12]。大慶市1987～2005年單一土地利用動態(tài)度：未利用地＞建設(shè)用地＞草地＞水域＞林地＞耕地（見表1），土地利用數(shù)量發(fā)生較大變化，其中未利用地變化最大，增加面積106 490.84 hm2；其次為建設(shè)用地，增加面積32 964.27 hm2；再次為草地，減少面積137 922.21 hm2。

表1 1987～2005年土地利用數(shù)量變化

2.2 土地利用結(jié)構(gòu)變化

土地利用結(jié)構(gòu)變化是反映土地資源在人類利用行為干預(yù)下土地利用的發(fā)展趨勢[13]，可以用信息熵、均衡度和優(yōu)勢度等指標進行反映和測度。

大慶市1987年和2005年的信息熵、均衡度、優(yōu)勢度指數(shù)（見表2）。由表2可知，1987～2005年大慶市的信息熵由1.39增加到1.70，優(yōu)勢度指數(shù)從0.23下降到0.05，均衡度指數(shù)從0.77升到0.95，說明大慶市的土地利用向無序方向發(fā)展，土地利用多樣性程度增加，各土地利用類型呈區(qū)域均勻分布態(tài)勢。信息熵變大的主要原因是建設(shè)用地，特別是未利用地面積增加以及草地面積的銳減。信息熵、優(yōu)勢度和均衡度指數(shù)的變化均說明，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，大慶市土地利用呈多樣化趨勢發(fā)展，各土地利用類型呈均衡化方向發(fā)展。但是也存在不容忽視的問題，1987～2005年大慶市建設(shè)用地、未利用地和耕地面積明顯增加，同期草地和水域大面積減少，這一變化不利于其社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)、持續(xù)、健康發(fā)展。

表2 土地信息熵、均衡度和優(yōu)勢度指數(shù)

2.3 土地利用程度變化

在研究中采用根據(jù)莊大方、劉紀遠[14]1997年提出的土地利用程度綜合分析方法，對研究區(qū)的土地利用程度進行分析，結(jié)果見表3。

由表3可知，研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)（La） 從 1987年的 238.97減少到 2005年的233.10，18年間減少5.87，總體上說明其土地利用程度下降，主要是由于草地大量轉(zhuǎn)化為未利用地，而未利用地的土地利用程度分級指數(shù)僅為草地的50%。1987～2005年大慶市土地利用程度變化率R＝-0.024 6＜0，表明大慶市土地利用整體處于調(diào)整期。其中耕地、林地、建設(shè)用地和未利用地的R值均大于零，即處于發(fā)展期，這說明大慶市在社會經(jīng)濟發(fā)展中正確處理了建設(shè)用地需求增加與補充耕地的關(guān)系，但是未利用地的增加警示大慶市在今后的社會經(jīng)濟發(fā)展中要協(xié)調(diào)好發(fā)展與環(huán)境保護之間的關(guān)系；同時草地和水域的R值為負值，說明這兩類土地利用處于調(diào)整期或衰退期，今后應(yīng)加大對草地和水域的保護力度。

表3 土地利用程度指數(shù)

3 結(jié)論

本研究運用RS和GIS相結(jié)合的技術(shù)對大慶市1987～2005年土地利用變化進行動態(tài)研究，得到如下結(jié)論：

（1）1987～2005年大慶市土地利用數(shù)量變化幅度為：草地＞未利用地＞建設(shè)用地＞水域＞耕地＞林地。在土地利用單一動態(tài)度研究中：未利用地＞建設(shè)用地＞草地＞水域＞林地＞耕地，耕地、林地、建設(shè)用地和未利用地呈增加態(tài)勢，其中未利用地增幅最大，主要是由于開采石油侵占了大量草地、污染部分水域，加之不合理的開發(fā)利用導(dǎo)致土地鹽堿化，從而致使未利用地面積大量增加。

（2）大慶市1987～2005年土地利用向無序方向發(fā)展，土地利用多樣性程度增加，各土地利用類型呈區(qū)域均勻分布態(tài)勢。土地信息熵從1.39增加到1.70，優(yōu)勢度指數(shù)從0.23下降到0.05，均衡度指數(shù)從0.77上升到0.95。

（3）從土地利用程度分析，1987～2005年大慶市土地利用程度綜合指數(shù)由238.97下降為233.10，總體上說明其土地利用程度下降，主要是由于草地大量轉(zhuǎn)化為未利用地。土地利用程度變化率R＝-0.024 6＜0，表明大慶市土地利用整體處于調(diào)整期。

[1]張小虎，雷國平，袁 磊，等.黑龍江省土地生態(tài)安全評價[J].中國人口資源與環(huán)境，2009，19（1）：88-93.

[2]Fresco L.Land use and cover change（LUCC）open science meeting proceedings[R].Institute Cartografic de Ctalunya.1997.

[3]Lambin E F.，Baulies X，Bockstacl N，et al.Land-use and landcover change（LUCC）Implementation Strategy[R].IGBP report No.48，IHDP report No.10.1999.

[4]張樹文，張養(yǎng)貞，李 穎，等.東北地區(qū)土地利用/土地覆蓋時空特征分析[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[5]封建民，李曉華.基于遙感和GIS的五陵原土地利用動態(tài)變化研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（7）：4241-4243.

[6]陳 旭，何 寬，常 強.GIS和RS支持下的城市土地利用空間演變研究——以武漢市為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，（2）：973-975.

[7]王德麗，殷淑燕，劉富剛.山東陵縣土地利用變化的時空特征及驅(qū)動因素分析[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，21（11）：159-162.

[8]羅 珊，關(guān) 欣.衡陽市新農(nóng)村城鎮(zhèn)化土地利用戰(zhàn)略初探[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，（6）：144-147.

[9]張軼秀，千懷遂.廣州城市邊緣區(qū)土地利用變化及其對生態(tài)服務(wù)價值的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，37（9）：294-298，304.

[10]王秀蘭，包玉海.土地利用動態(tài)變化研究方法探討[J].地理科學(xué)進展，1999，18（1）：81-87.

[11]嚴海濤，劉學(xué)錄.基于生態(tài)效益的蘭州市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，（4）：126-129.

[12]郭勇飛，千懷遂.華南坡耕地土地利用問題以及對策探討[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，38（2）：207-208.

[13]王秋兵.土地資源學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.

[14]莊大方，劉紀遠.中國土地利用程度的區(qū)域分異模型研究[J].自然資源學(xué)報，1997，12（2）：105-111.