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基于遥感与GIS的海口市土地利用结构动态变化研究式
（中国科学院 遥感应用研究所再生资源室,北京 100101）
利用遥感和地理信息系统研究区域土地利用/土地覆盖的变化，揭示其空间变化规律，建立引起其变化的驱动力模型，已经成为当前国际上开展土地利用、土地覆盖研究的最新趋势[1]。遥感对地观测技术的发展，使对土地利用的研究进一步深化。应用 TM、MSS 等遥感图像，可以很快获得地面矢量或栅格数据，为监测土地利用的动态变化提供方便。 改革开放以来，海口市经济快速增长，建成区面积扩大很快。1986 年海口市国内生产总值为 48.03 亿元，1998 年增长为 438.92 亿元，年均增长 20%。1986 年海口市人口为 30.03 万，1998 年达到 52.79 万，年均增长率为 4.8%，其中农村人口由 8.22 万增长为 8.96 万人，年均增长 0.72%；城市人口由 21.8 万增长为 43.83 万，年均增长 5.99%。城市化水平由 72.59% 上升到 83.03%[2]。人口和经济的快速增长，使城市占地大量增加，从而引起了土地利用结构的急剧变化。 1 数据来源 按照国家土地利用类型标准将海口市土地利用划分为耕地、林地、草地、水域、城镇、农村、工矿建设用地、未利用地等 8 种土地类型。采用 Landsat TM(地面分辨率为 30m×30m) 三期遥感图像，时间分别是 1986-11-01、1996-10-01 和 2000-04-30，天气状况均为良好。以 1996 年海口市 1∶10 万的地形图为基准，采用三次多项式方法，利用 MGE 软件对 1996 年 TM 影像进行几何纠正。对 1996 年的遥感影像进行解译，得到 1996 年的土地利用现状图。以 1996 年的现状图为基础，解译 1986 和 2000 年的 TM 图像，如果土地类型没有变化，则保持原先的状态；如果发生变化，则进行标记，如耕地转变为城镇用地，则标记为 10051。并利用地理信息系统软件 ARC/INFO 提取土地利用动态变化图。 2 海口市 1986～2000 年土地利用变化情况 从表 1 中可以看出，海口市土地利用结构变化很大。从 1986 到 1996 年，耕地、水域和未利用地大量减少，而城镇、农村居民点和工矿建设用地大量增加。1996～2000 年耕地有一定恢复增长，工矿建设用地增长，林地面积大量减少，未利用地几乎都被利用。从 1986 年到 2000 年，耕地面积减少 37.87%，年均减少 3.34% 林地面积减少 8% 水域面积减少 84%，年均减少 12.4%；城镇用地增长 211%，年均增长 8.43%；农村居民点面积增长 94.76%，年均增长 4.87%；独立工矿建设用地增长 51.95%，年均增长 3%。可见，海口市城镇、建设用地和农村居民点扩展较快，尤其是城镇、农村居民点用地增加幅度较大。 表 1 海口市 1986～2000 年土地利用结构及动态变化 |
（单位：hm2） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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3 海口市土地利用转移矩阵 地理信息系统可以对不同时期的遥感图像数据进行迭加，求出土地利用类型的转移矩阵，进而分析土地利用变化的过程[1]。我们在解译 TM 图像时即进行了动态编码，利用 ARC/INFO 提取动态变化矩阵，该矩阵的面积依赖于矢量数据，能较好地反映土地利用变化情况。 由表 2 可以看出各种土地类型的转移趋向，表中列为 i 年的土地利用类型，行是 i＋1 年的土地利用类型。1986～1996 年耕地主要转变为城镇用地、工矿建设用地和未利用地，林地转变为工矿建设用地、农村居民点和耕地。水体主要转变为城镇用地，在这里水体主要指海滩、海涂被改造成城镇用地。工矿建设用地主要转变为城镇用地，而未利用地主要转变为林地和耕地，在此时期，围海造陆增加了海口市的面积。1996～2000 年土地利用转化主要表现为林地转变为工矿用地、耕地，水体转为林地，未利用地转变为林地。城镇用地主要来源于耕地和海滩、海涂；农村居民点主要占用林地；工矿建设用地主要来源于林地和耕地。 表 2 海口市 1986～2000 年土地利用转移矩阵 |
（单位：hm2） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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4 海口市土地利用变化的景观特征 土地利用时空变化主要取决于经济、技术、社会以及政治的变化，在空间上表现为景观的变化。随着经济和社会的发展，人类对自然的干扰能力越来越强，因而导致景观异质性不断变化。Turner 提出了景观分析的度量标准，包括斑块面积和周长、景观类型比、分维度等概念[3]。人类对自然景观的作用表现为景观破碎程度增大，斑块平均面积减小，斑块数量增加，形状指数增加[4]；城市等人为景观面积扩大和斑块整合。 分形几何已广泛地应用于景观结构分析[5、6]。面积—周长指数 D( 即分维度 ) 描述了研究区周长随着面积变化而呈指数增长时，景观的复杂度增加。面积—周长的分维关系出现在大量的生态研究领域。 面积 A 与周长 P 的关系可以描述为 P＝A0.5D (1) 式中，D 表示景观类型的分维数，P 是斑块的周长，A 是斑块的面积。 转化为对数形式为 ln P＝ln c＋0.5D ln A＋e (2) 式 (2) 描述了周长与面积的分维关系。如果斑块边界比较平滑，分维度 D 将趋于 1；如果边界特别复杂，分维度将趋于 2。因此，分维度指数为 1＜D≤2。D 值越大，说明斑块的复杂度越大；D 值越小，斑块复杂度越小。 表 3 海口市土地利用变化的景观特征 |
年代 |
1986 年 | 2000 年 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 土地利用类型 | 面积 (hm2) | 斑块数（块） | 平均面积 (hm2) | 分维度 | 面积 (hm2) | 斑块数（块） | 平均面积 (hm2) | 分维度 |
| 耕地 | 817886 | 30 | 273 | 1.302 | 5081.91 | 33 | 154 | 1.298 |
| 林地 | 6474.92 | 43 | 151 | 1.328 | 5955.12 | 49 | 122 | 1.252 |
| 草地 | 377.41 | 13 | 29 | 1.394 | 377.41 | 13 | 29 | 1.386 |
| 水体 | 2479.07 | 17 | 146 | 1.326 | 389.59 | 18 | 22 | 1.258 |
| 城镇用地 | 2805.21 | 19 | 148 | 1.296 | 8719.26 | 6 | 1453 | 1.212 |
| 农村居民点 | 253.31 | 19 | 13 | 1.273 | 493.34 | 23 | 21 | 1.285 |
| 矿建设用地 | 1155.08 | 19 | 61 | 1.326 | 1755.14 | 20 | 88 | 1.390 |
| 未利用地 | 950.92 | 5 | 190 | 1.258 | ||||
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利用回归分析的方法，计算出各种土地利用类型的分维度。1986～2000 年耕地、林地总面积减少，斑块数增加，斑块平均面积减小；草地基本保持不变；水体总面积减小，斑块数量稍微增加，平均面积减小。与此相反，城镇用地总面积急剧增加，斑块数量减少，城镇斑块逐渐合并，建成区面积增大。农村居民点面积增加一倍，数量稍微增加，斑块平均面积增加。工矿建设用地总面积增加，斑块数量稍微增加，斑块平均面积增加。城镇、农村居民点和工矿建设用地在逐渐扩大，并趋向集中；而耕地、林地、水体则在不断转化为城镇、农村等建设用地，斑块平均面积在缩小，趋向分散。 从景观的分维数可以看出，林地分维度减小，复杂性降低。由土地利用转移矩阵可以看出，大量的林地转移成为耕地、城镇工矿用地、农村居民点和工矿建设用地；现有林地主要是未利用地转移的人工林；人工林边缘相对平滑，复杂度降低。耕地分维度也在减小，因为大量耕地转化为工矿建设用地，而又有大量林地、未利用地改造为耕地，使耕地边缘复杂度降低。水体面积在不断缩小，复杂度也在降低。城镇用地破碎程度减小，斑块趋于合并，斑块形状逐渐规整，分维度降低。农村居民点和工矿建设用地规模在扩大，斑块数量增加，用地分散，分维度在增加。 5 海口市土地利用动态变化的驱动力分析 (1) 城镇用地扩张是海口市用地变化的主要因素。1988 年海南设立省一级行政机构，实行更优惠的特区政策。建省之初，房地产超高速发展，大量行政事业单位在海口市建立。房地产业的发展促使城镇用地急剧扩大，房地产投资大起大落。1991 年至 1998 年房地产投资分别比上年增长 156.8%、168%、49.7%、-72.8%、126.2%、-59.6%、-51.6% 和 67.9%；商品房施工面积分别比上年增长 39.6%、87.8%、20.7%、12%、-18.9%、-26.5%、-13.2% 和 -8.6%。房地产投资占固定资产投资的比重在 1992 年曾达 50%[2]，城镇用地在 1986 至 2000 年期间增长 192%，年均增长 7.95% 城镇用地增长占总用地增长的 84.7%，因此，城镇用地的快速扩张成为海口市用地增长的主导因素。 (2) 工矿建设和农村居民点占地增加较快。工矿建设占地增加占海口市用地增加的 9.7%，由于海口市国际机场的建设使交通用地在 1996 至 2000 年增长较快。农村人口增长较少，但农村居民点占地却增加一倍；农村人均居住占地由 30m2 增加到 55m2，因此农村居住用地增加较快。农村居民点占地主要由林地转移，对农村生态环境造成一定破坏。海口市城市人口的增加主要是外来迁移人口的增加，而周围农村人口迁入相对较少。 (3) 海口市土地利用有逐渐深化的趋势。大量耕地、林地转化为工矿建设用地、城镇用地，未利用地转化为林地，林地转化为耕地。海口市土地利用结构的变化，造成自然景观的减少和人为景观的增加，林地、水体等自然景观由于被转移为耕地及建设用地，复杂度降低。城镇用地斑块逐渐扩大，用地趋于集中，复杂度也在降低；农村居民点用地较为分散，复杂度增加。因此，必须在注重城镇用地节约的同时，加强对农村居民点用地的管理。随着海口市城市化水平的提高和外来人口的迁入，将会导致城镇用地的增加，从而使大量林地和耕地进一步转移为城镇用地。为此，必须节约土地资源，实行集约式开发，提高土地效益。 参考文献
第一作者简介： 田光进 (1970- )，男，山东人，在读博士生，主要从事遥感、GIS、土地利用等研究。E-mail: tianguangjin@sina.com
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