环渤海地区土地利用的时空变化分析，本文主要内容关键词为：土地利用论文,环渤海论文,时空论文,地区论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F301.24
文献标识码 A
文章编号:0375-5444(2001)03-0253-08
区域土地利用变化研究是全球变化研究的重要方面[1～3]。目前我国虽已进行了大量区域土地利用变化的研究[4～11]，但多侧重于城市土地利用变化以及土地利用变化对生态环境的影响。本文以土地资源遥感调查数据为基础，利用遥感和地理信息系统方法，结合统计分析，揭示环渤海地区1985～1995年间土地利用的数量变化和空间变化特征，明确其变化的主要类型和区域方向，为该区土地管理决策、生态环境保护以及进一步深入研究奠定基础，对于区域土地可持续利用具有重要意义。
1 研究范围、方法及资料来源
1.1 研究区的范围
本文研究的环渤海地区包括北京、天津、河北（部分）、山东（部分）、辽宁（部分）等3省2市的24个地级行政单位，152个县级行政单位，土地总面积233630km[2]。
1.2 研究方法
数据的采集与处理采用遥感和地理信息系统方法以及数理统计方法。在土地利用卫星影像的判读中引进了机助解译方法。解译结果以矢量格式转入地理信息系统软件ARC/INFO中。进而在GIS环境下，对2期图形数据进行空间叠置分析，获得土地利用变化的空间与属性数据。在此基础上，进行土地利用变化的动态分析。
1.3 资料来源
所用数据是国家“八五”（1984～1985年）和“九五”（1994～1995年）2期土地资源遥感调查的部分工作成果，时段前后相差10年。需要说明的是两期的数据比例尺不同，第一期数据的比例尺为1∶25万，第二期数据的比例尺为1∶10万，制图综合工作中对第二期数据进行了一定的简化处理，剔除25万图中难以反映的类型图斑，使之与第一期的数据匹配。2期遥感调查的结果，除了在比例尺上不同之外，精度也存在差异，第一期数据中包含一小部分不明地类，分析中作土地利用未发生变化来处理。此外，各土地类型的解译精度也有一定的差异，主要表现在耕地、城乡居住建设用地、未利用土地的精度较高，经抽样调查在95%以上；林地、草地，尤其灌木林地、疏林地与草地有时难以区分，精度较低，在85%上下。
1.4 土地利用分类系统
土地资源遥感调查中，根据土地的利用方式属性，将其分为耕地、林地、草地、水域、城乡居住建设用地、未利用土地等6个一级类型。一级类型又进一步分为22类二级类型，包括水田、旱地；有林地、灌木林、疏林地、其它林地；高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地；河渠、湖泊、水库坑塘、永久性冰川雪地、滩地；城镇用地、农村居民点、其它建设用地；沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地等。
在利用地理信息系统软件对图形数据进行空间叠置分析过程中，采用二级土地分类系统。而对分析结果进行统计处理时，考虑到采用二级分类系统数据过于庞杂，故采用分类系统中的一级类型。
2 环渤海地区土地利用的数量变化
2.1 土地利用变化的幅度
区域土地利用变化包括土地利用类型的面积变化、空间变化和质量变化。面积变化首先反映在不同类型的总量变化上，通过分析土地利用类型的总量变化，可了解土地利用变化总的态势和土地利用结构的变化。
利用上述资料，对环渤海地区2期土地利用图形数据（图1，图2）分别进行统计分析，得出表1的结果。可以看出：(1)10年来该地区耕地面积减少180多万hm[2]；(2)林地面积增加了600389hm[2]，其中果园等园地面积大幅度增加，增加了364607hm[2]，占林地增加面积的60%以上；(3)草地面积有所减少，但幅度不大；(4)居民点等建设用地面积大幅度增加，其中以农村居民点面积的扩大最为显著，主要是由于人口增长的压力以及城市化的发展所致；(5)坑塘水面面积有所扩大，反映了水产养殖业的发展。上述结果表明，人口增长、人均居住条件的改善、城市化的发展以及农业结构调整是该区土地利用变化的主要动因。
表1 10年来环渤海地区土地利用变化分类面积表
Tab.1 The area of classified land-use change in Bohai Rim in recent 10 years
（单位：hm[2]）
土地利 1985年土地1995年土地10年间土地
用类型利用分类面积
利用分类面积
利用面积变化
耕地 14771330.46
12907291.55-1864038.91
林地
4639809.575240198.57 600388.99
草地
1641752.401588180.30 -53572.10
水域637232.771057451.24 420218.47
城乡用地
1657564.372718527.70 1060963.32
未利用地364549.62 420852.24
56302.62
不明地类220262.39 0.00
总面积23932501.5923932501.59
2.2 土地利用变化的速度
土地利用动态度可定量描述区域土地利用变化的速度，它对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都具有积极的作用[12]。
单一土地利用动态度的计算。单一土地利用类型动态度可表达区域一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，公式表达为：
U[,b]-U[,a] 1
K=───────×──×100%
(2-1)
U[,a] T
式中 U[,a]、U[,b]分别为研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量；T为研究时段长。当T设定为年时，K为研究时段内某一土地利用类型的年变化率。
综合土地利用动态度的计算。区域综合土地利用动态度可描述区域土地利用变化的速度，用公式表示为：
式中 LU[,i]为监测起始时间第i类土地利用类型面积；△LU[,i-j]为监测时段第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值；T为监测时段长度。当T设定为年时，LC的值就是该研究区土地利用年变化率。
图1 1985年环渤海地区土地利用图
Fig.1 Land use map of Bohai Rim,1985
根据上述公式计算出环渤海地区土地利用6种类型的年变化率（表2）。结果说明，环渤海地区10年来土地利用变化速度很快，年均变化速度达0.85%，其中以城乡居住建设用地和水域面积的变化速度最大，年变化率分别达6.40%和6.59%；耕地由于总量较大，土地利用变化的部分所占比例较小，年变化率只有1.26%。上述结果忽略了土地利用变化的内在过程，只反映出土地利用数量上的变化速度。
图2 1995年环渤海地区土地利用图
Fig.2 Land use map of Bohai Rim,1995
表2 环渤海地区土地利用的年变化率 （单位：hm[2]）
Tab.2 The change rate of classified land-use in Bohai Rim
2.3 土地利用数量变化的区域差异
引入单一土地利用类型相对变化率来反映土地利用数量变化的区域差异。区域某一特定土地利用类型相对变化率可表示为：
│K[,b]-k[,a]│×C[,a]
R=─────────────
(2-3)
K[,a]×│C[,b]-c[,a]│
式中 K[,a]、K[,b]分别为区域某一特定土地利用类型研究期初及研究期末的面积；C[,a]、C[,b]分别代表全研究区某一特定土地利用类型研究期初及研究期末的面积。
根据上述公式，我们计算了环渤海地区北京市、天津市、河北省（部分）、山东省（部分）、辽宁省（部分）等区域的土地利用相对变化率（表3）。结果显示土地利用数量变化存在明显的区域差异，其中耕地的变化以北京地区、辽宁地区为最大，相对变化率达到1.53和1.36，河北地区变化最小，仅0.62；林地的变化以北京市最大，辽宁地区最小；草地变化辽宁地区最大，天津市最小；水域变化北京市最大，辽宁地区最小；城乡居住建设用地变化辽宁地区最大，北京次之，天津最小；未利用土地变化山东地区最大，天津市最小。上表中土地利用相对变化率大于1的区域类型，其土地利用变化幅度大于全区该类土地的变化，反之则小于全区该类土地的变化。
表3 环渤海地区分区各类土地利用相对变化率(%)
Tab.3 The relative change rate of classifiedland-useindifferent parts of the region
3 环渤海地区土地利用的空间变化
3.1 变化的主要类型
对全区土地利用数据空间叠置分析的结果进行统计排序（表4），发现环渤海范围内，占总面积70%的图斑10年内土地利用方式没有发生变化，而其余约30%的土地则发生了利用方式变化，其中变化最大的类型为耕地转化成城乡居住建设用地，其次是耕地转化为林地包括果园、有林地、灌木林地等以及草地。空间数据统计结果与数量变化结果相比，反映了土地利用的内在变化而不是土地利用变化的净量。
表4 环渤海地区土地利用变化的主要类型面积统计表
Tab.4 The major types of land-use change in Bohai Rim
土地利用变化类型分类变化面积占总面积的
（单位：hm[2]）
百分比(%)
土地利用没有变化 16755663.20 70.01
耕地变为建设用地 1202923.18 5.03
耕地变为林地 1093893.91 4.57
耕地转化为草地 736758.44 3.08
林地转化为耕地 688834.71 2.88
草地转化为林地 642159.76 2.68
城乡用地整理为耕地 461381.29 1.93
草地复垦为耕地 431330.64 1.80
林地退化为草地 373868.58 1.56
耕地转化为水面 308468.89 1.29
其它变化类型 1237219.00 5.17
3.2 土地利用变化的空间分布特征
借鉴土地空间结构的分析方法[13]，我们提出土地利用变化类型的多度和重要度的计算方法，来表征土地利用变化的空间分布特征和变化的区域方向。
土地利用变化类型的多度，表示某种土地利用变化类型在区域内的个体数，可定量地表示出土地利用变化类型在区域内的分布状况。多度的计算方法如下：
N[,i]
D=────×100%
(3-1)
N
式中 D为某种土地利用变化类型的多度，N[,i]为该种土地利用变化类型的个体数，N为该区全部土地利用类型的个体数。
根据公式3-1，我们计算了环渤海地区土地利用变化主要类型的多度（表5）。结果表明，在整个区域内耕地转化为林地和耕地转化为城乡居住建设用地这2种变化类型分布最为广泛，占土地利用图斑总数的10%以上。通过对土地利用变化图的进一步解析分析，我们发现上述第一种变化类型集中分布于山丘与平原的交错地带，平原地区则呈离散分布，主要表现为耕地向园地的转化；第二种变化类型集中分布于大中小城市的边缘区以及原有的农村居民点附近。
表5 环渤海地区土地利用变化主要类型的多度(%)
Tab.5 The frequency of the major types of land-use changein Bohai Rim
结果还说明，各种土地利用变化类型在不同地区的空间分布存在明显的差异，天津、河北（部分）、山东（部分）以耕地转化为城乡居住建设用地这一变化类型分布最广，而辽宁（部分）、北京则以耕地转化为林地的变化类型最为广泛。此外，同一种土地利用变化类型在不同地区的空间分布状况也不相同，比较各地区耕地到城乡居住建设用地变化的分布可以看到其在北京、天津等地区的类型多度明显不同。
3.3 土地利用变化的区域方向
重要值可定量地表示土地利用变化类型对区域的重要程度，是确定土地利用变化方向的重要依据。重要值为多度与面积比的综合表示，用公式可描述为：
IV=D+B
(3-2)
式中 IV为某种土地变化类型的重要值；D为该种土地利用变化类型的多度；B为该种土地利用变化类型的面积比。
从土地利用变化重要值的计算结果（表6）。环渤海地区土地利用变化的主要方向为城乡居住建设用地不断扩张，大量侵占耕地，同时林地与耕地在不同的空间区位上发生转化。就北京等各地区而言，北京市以林草转化和城乡居住建设用地扩张为主；天津市以城乡建设、土地整理和水域扩大为主；河北地区以城乡建设、土地整理和林果扩大为主；辽宁地区以耕地林地转化和城乡建设为主，山东地区以城乡建设、土地整理、土地退化为主。
表6 环渤海地区主要土地利用变化类型的重要度(%)
Tab.6 The importance degree of the major types of land-usechange in Bohai Rim
4 结论
(1)环渤海地区在1985～1995年10年内，土地利用发生了大幅度的变化。全区耕地面积减少180多万hm[2]，林地、园地面积增加了600389hm[2]，草地面积有所减少，但幅度不大，居民点等建设用地面积大幅度增加，坑塘水面面积有所扩大。
(2)环渤海地区10年来土地利用年变化速度达到0.85%。耕地以平均每年1.26%的速度减少；同时城镇建设用地、水域、林地和未利用土地的面积具有不同程度的增加，其中以城镇建设用地和水域面积的变化速度最大，年变化率分别达到6.40%和6.59%。
(3)环渤海地区土地利用数量变化存在明显的区域差异，其中耕地的变化以北京部分、辽宁部分为最大，相对变化率达到1.53和1.36，河北部分变化最小，仅0.62；林地的变化以北京市最大，辽宁部分最小；草地变化辽宁部分最大，天津市最小；水域变化北京市最大，辽宁部分最小；城乡居住建设用地变化辽宁部分最大，北京市次之，天津市最小；未利用土地变化山东部分最大，天津市最小。
(4)通过空间分析，环渤海范围内，占总面积70%的图斑10年内土地利用方式没有发生变化，而其余约30%的土地则发生了利用方式变化，其中变化最大的类型为耕地转化成城镇建设用地，其次是耕地转化为林地包括果园、有林地、灌木林地等以及草地。
(5)在整个区域内，耕地转化为林地和耕地转化为城乡居住建设用地这2种变化类型分布最为广泛，占土地利用图斑总数的10%以上。第一种变化类型集中分布于山丘与平原的交错地带，平原地区则呈离散分布，主要表现为耕地向园地的转化；第二种变化类型集中分布于大中小城市的边缘区以及原有的农村居民点附近。说明环渤海地区土地利用变化的主要方向为城乡居住建设用地不断扩张，大量侵占耕地，同时林地与耕地在不同的空间区位上发生转化。
(6)各种土地利用变化类型在不同地区的空间分布存在明显的差异，天津、河北（部分）、山东（部分）以耕地转化为城乡居住建设用地这一变化类型分布最广，而辽宁（部分）、北京则以耕地转化为林地的变化类型最为广泛。同一种土地利用变化类型在不同地区的空间分布状况也不相同，比较各地区耕地到城乡居住建设用地变化的分布可以看到其在北京、天津等地区的类型多度明显不同。
收稿日期：2001-01-02；修订日期：2001-03-17