楊 飛，李長(zhǎng)苓，靳 昕，周利軍

(1.哈爾濱師范大學(xué);2.建三江分局局直子弟學(xué)校;3.綏化學(xué)院)

0 引言

土地利用是人類(lèi)根據(jù)土地的自然特點(diǎn)，按一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)目的，采取一系列生物、技術(shù)手段，對(duì)土地進(jìn)行長(zhǎng)期性或周期性的經(jīng)營(yíng)管理和治理改造［1］.土地利用既受到自然條件的制約，也受人口、經(jīng)濟(jì)、科技、政策等條件的影響.土地覆蓋是被自然營(yíng)造物和人工建筑物所覆蓋的地表諸要素的綜合體，包括地表植被、土壤、湖泊、沼澤、濕地及各種建筑物(如道路)，具有特定時(shí)間和空間屬性，其形態(tài)和狀態(tài)可在多種時(shí)空尺度上變化［2］.土地利用/土地覆蓋變化既是全球環(huán)境變化的原因，也是全球環(huán)境變化的結(jié)果.它不僅是人類(lèi)利用土地進(jìn)行生產(chǎn)、生活、活動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)的主要反映，而且也影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展［3］.上世紀(jì)90年代開(kāi)始，遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用和強(qiáng)調(diào)對(duì)自然地理因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的綜合，成為這段時(shí)間內(nèi)土地利用與覆蓋變化科學(xué)研究中的三個(gè)十分重要的趨勢(shì)［4］.1993年，在兩大國(guó)際性的組織IGBP和IHDP共同開(kāi)展“土地利用/覆蓋變化”的綜合科學(xué)研究之后，一些具有國(guó)際性影響的組織機(jī)構(gòu)和國(guó)家也陸續(xù)開(kāi)展了與土地利用/土地覆蓋變化相關(guān)的科學(xué)研究［5］.我國(guó)正式開(kāi)始遙感在土地利用方面的研究于20世紀(jì)70年代，但研究成果的正式出版是在20世紀(jì)80年代，在20世紀(jì)90年代開(kāi)始了全方位的土地利用/土地覆蓋變化方面的研究［6］.

該研究利用RS和GIS技術(shù)，結(jié)合海倫市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)海倫市1980年、1995年和2000年三個(gè)時(shí)段的土地利用/覆蓋進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及變化分析，為當(dāng)?shù)赝恋乩玫暮侠聿季趾土謽I(yè)規(guī)劃提供依據(jù)，為當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)提供定量的信息，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.

1 研究地區(qū)概況

海倫市位于黑龍江省中部，距哈爾濱市225km.地理坐標(biāo)為北緯 46°58＇～ 47°52＇，東經(jīng)126°14＇～127°45＇.東部隔克音河與綏棱縣為界，西部隔通肯河與青岡、明水、拜泉縣相望，北部與北安市接壤，南部與綏化市、望奎縣為鄰.全境從東北到西南 150 km;南北 78 km，總面積為4667 km2.2012年末人口數(shù)為84.7萬(wàn)人，其中農(nóng)業(yè)人口65萬(wàn)人.氣候類(lèi)型為大陸性季風(fēng)氣候，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，氣候干燥，夏季濕熱多雨，氣候濕潤(rùn).年平均氣溫1.5℃，最高氣溫37.7℃，最低溫度零下40.3℃.年降水量為500～600 mm，年日照 2600－2800 h，≥10℃ 積溫為 2400～2600℃.無(wú)霜期為120 d左右，終霜期多在5月中、下旬.地貌類(lèi)型以起伏臺(tái)地為主，是由小興安嶺向松嫩平原的過(guò)度地帶.地勢(shì)東北高西南低，東部為起伏的低丘陵，中部和南部為漫川漫崗區(qū)，西部沿河一帶為低洼平原，海拔為147～471 m，地形總體格局是二山一水七分田.海倫市植被類(lèi)型主要有森林、灌叢、草甸和沼澤.成土母質(zhì)絕大部分為河－湖相冰水沉積物，除沿河泛濫地具有砂礫、砂壤質(zhì)沖積物和丘陵區(qū)具有花崗巖風(fēng)化物外，在廣闊的高平原上均被黃土性粘土所覆蓋，粘土層厚度10～30 m或更深，本區(qū)是典型的黑土分布區(qū)，其中黑土地占81.53%，草甸土占17.77%［7］.

近幾年，海倫市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速提高.地區(qū)生產(chǎn)總值實(shí)現(xiàn)53.9億元同比增長(zhǎng)13.7%.其中:第一產(chǎn)業(yè)增加值28.5億元，增長(zhǎng)19.1%;第二產(chǎn)業(yè)增加值9.8億元，增長(zhǎng)18.3%;第三產(chǎn)業(yè)增加值15.6億元，增長(zhǎng)3.3%，取得可喜成績(jī).2011年，海倫市集中建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)、工業(yè)示范園區(qū)、海西新區(qū)，“三區(qū)”建設(shè)齊頭并進(jìn)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展提速.在城區(qū)的北郊規(guī)劃建設(shè)了面積10 km2的工業(yè)園區(qū)，內(nèi)設(shè)農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)區(qū)、新能源產(chǎn)業(yè)區(qū)、機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)區(qū)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)、輕化工產(chǎn)業(yè)區(qū)和生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)區(qū)等六個(gè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)板塊.海倫市著重推進(jìn)海西新區(qū)的開(kāi)發(fā)，將建成集現(xiàn)代化辦公寫(xiě)字樓、賓館、現(xiàn)代商務(wù)中心、高檔社區(qū)為一體的城市新區(qū)，為實(shí)現(xiàn)海倫由農(nóng)業(yè)大市向農(nóng)業(yè)強(qiáng)市轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ).到2015年，力爭(zhēng)再新入駐規(guī)模企業(yè)60戶(hù)以上，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)利稅120億以上，將園區(qū)建成基礎(chǔ)設(shè)施齊全，各項(xiàng)功能配套，項(xiàng)目擺放科學(xué)的省級(jí)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)園區(qū).

2 數(shù)據(jù)處理與土地分類(lèi)體系

2.1 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用遙感方法監(jiān)測(cè)土地利用變化是一項(xiàng)具有周期性的連續(xù)性工作，在試點(diǎn)工作中，選擇衛(wèi)星數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)考慮以下因素:數(shù)據(jù)的連續(xù)性、數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)的精度、數(shù)據(jù)的價(jià)位、數(shù)據(jù)的可獲取性［9］.根據(jù)以上因素，該文選自美國(guó)陸地資源衛(wèi)星MSS和TM遙感影像，具體為1980年的MSS遙感影像、1995年和2000年的TM遙感影像，該影像可以從馬里蘭大學(xué)網(wǎng)站上直接下載(http://glcf.umiacs.umd.edu/data/landsat/).輔助資料有1968年1∶10萬(wàn)的地形圖用于糾正遙感影像，其他資料還有2003土地詳查資料、1980—2000黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù).

利用1∶10萬(wàn)的地形圖對(duì)所獲取的2000年的TM遙感影像進(jìn)行幾何糾正，糾正方法采用三次多項(xiàng)式，然后以2000年的影像為參考影像來(lái)糾正另外兩景影像，把糾正的影像以海倫市輪廓矢量圖為范圍進(jìn)行裁切，獲得研究區(qū)域的遙感影像，三期影像均選用TM4、3、2波段進(jìn)行假彩色合成，以便建立不同土地利用類(lèi)型的判讀標(biāo)志并進(jìn)行人機(jī)交互解譯，再進(jìn)行實(shí)地效驗(yàn)，修改無(wú)誤后建立海倫市土地利用數(shù)據(jù)庫(kù).數(shù)據(jù)格式Coverage，投影方式為等面積割圓錐投影(Albers)，中央經(jīng)線(xiàn)為105°E，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線(xiàn)分別為25°N和47°N，坐標(biāo)原點(diǎn)為(0，0).

2.2 土地利用分類(lèi)體系

參照我國(guó)土地利用編碼，采用兩級(jí)分類(lèi)系統(tǒng)，包括6個(gè)一級(jí)類(lèi)型和21個(gè)二級(jí)類(lèi)型［8］.海倫市涉及到16類(lèi)(如表1所示)，其中一級(jí)類(lèi)型包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地以及未利用地;二級(jí)類(lèi)型則根據(jù)土地的覆蓋特征、覆蓋度及人為利用方式上的差異做進(jìn)一步的劃分，例如將水域劃分為湖泊、水庫(kù)坑塘和灘地等.根據(jù)研究需要，該文將土地利用類(lèi)型分為7類(lèi)，即采用一級(jí)分類(lèi)類(lèi)型前提下，耕地進(jìn)一步劃分為水田和旱地.

表1 土地利用/覆蓋變化分類(lèi)體系

續(xù)表1

表2 海倫市1980—2000年土地利用類(lèi)型及現(xiàn)狀圖

3 結(jié)果分析

3.1 海倫市土地利用/覆蓋總體狀況

利用ArcMap將3個(gè)時(shí)段的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖和分類(lèi)匯總，具體見(jiàn)圖1、圖2、圖3和表2.

圖1 1980年海倫市土地利用類(lèi)型分布圖

從以上圖表可以得出:海倫市土地利用類(lèi)型以旱作耕地為主，遍布整個(gè)海倫市，水田面積較小，主要分布在河流兩邊，林地主要分布在東北

圖2 1995年海倫市土地利用類(lèi)型分布圖

圖3 2000年海倫市土地利用類(lèi)型分布圖

地區(qū)地勢(shì)較高的地區(qū)，未利用地主要分布在西部.以2000年為例:旱地占總面積的74.95%，林地占總面積的13.54%，未利用地占總面積的7.83%，其他幾種土地利用類(lèi)型較少.

3.2 海倫市土地利用/覆蓋變化狀況

利用Excel軟件將不同時(shí)段不同土地利用類(lèi)型的數(shù)量制成柱狀圖，如圖4.

圖4 海倫市1980～2000年土地利用變化圖(km2)

從圖4可以看出，海倫市林地面積在持續(xù)減少，20年間減少了163.46 km2，平均每年減少8.17 km2，旱田面積在持續(xù)增加，到2000年面積達(dá)到3502.52 km2，比1980年增加了219.5 km2，平均每年增加10.98 km2，草地的面積在1980～1995年間減少了12.79 km2，減少了將近一半，到2000年雖然有所增加，但增加的幅度很小，只有0.39 km2，未利用地呈現(xiàn)先增加后減少的狀態(tài)，水田出現(xiàn)先減少后增加的狀態(tài)，水域和建筑用地變化不大.

3.3 單一類(lèi)型的土地利用/覆蓋動(dòng)態(tài)度變化

單一類(lèi)型的土地利用動(dòng)態(tài)指數(shù)是研究區(qū)域在一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類(lèi)型的數(shù)量變化情況［9－10］，其表達(dá)式為:

式中Lc表示研究時(shí)段某一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度指數(shù)，若Lc＞0，則表示該土地利用類(lèi)型面積減少，若Lc＜0，則表示該土地利用類(lèi)型面積增加，Ua和Ub分別表示研究初期和末期某類(lèi)型土地的數(shù)量，T表示研究時(shí)段.根據(jù)計(jì)算公式可以得出各土地利用類(lèi)型的動(dòng)態(tài)度指數(shù)，1980—2000年動(dòng)態(tài)度指數(shù)見(jiàn)表3.

在第一時(shí)段主要表現(xiàn)草地大量減少，其動(dòng)態(tài)度指數(shù)為3.22%，其次為未利用地增加，動(dòng)態(tài)度指數(shù)為－0.59%，林地的變化與未利用地相當(dāng)，只是呈減少狀態(tài).在第二時(shí)段主要是未利用地和林地減少，動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別為3.50%和2.62%，是所有土地利用類(lèi)型中變化最大的，水田和旱田以增加為主，動(dòng)態(tài)度指數(shù)分別為 －1.91%和－1.02%，該指數(shù)明顯大于前一時(shí)段，水域和建筑用地也表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，二者的動(dòng)態(tài)度指數(shù)大小相當(dāng).從整個(gè)研究時(shí)段來(lái)看，動(dòng)態(tài)度指數(shù)為正且大于1的有草地、林地，分別為1.03%、2.34%，水田和旱田的動(dòng)態(tài)度指數(shù)為負(fù)，雖然很小，但其基數(shù)很大，特別是旱田變化的數(shù)量最大，其他幾種土地利用類(lèi)型的動(dòng)態(tài)度指數(shù)均為正值，說(shuō)明在整個(gè)時(shí)段面積在減小.

根據(jù)1980年的MSS遙感影像、1995年和2000年的TM遙感圖像，結(jié)合2003年土地詳查資料，運(yùn)用 GIS軟件，制作1980年、1995年和2000年的土地類(lèi)型分布圖，并提取了20年間的土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù).結(jié)果表明海倫市在1980年至2000年間土地利用情況發(fā)生了大幅度的變化.全區(qū)耕地面積20年內(nèi)增加了219.5 km2，未利用土地減少了41.46 km2，林地面積減少了 163.46 km2，草地面積減少了12.79 km2，建筑用地和水域面積變化幅度不大.分時(shí)段來(lái)看，在第一個(gè)時(shí)段內(nèi)，主要表現(xiàn)為草地減少，耕地和未利用地增加為主要趨勢(shì)，在第二個(gè)時(shí)段內(nèi)，主要表現(xiàn)為耕地增加，未利用地和林地減少.

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