基于栅格的土地利用功能变化监测方法_李德一 (1)

文化 休闲 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 250 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 750 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0
3 指标空间化方法
对 1976 年和 2005 年两个时期分别进行计算，所有指标均落实到 1 km × 1 km 格网上。 由于 1976 年个别数据较难收集，笔者在考虑数据近似性的基础上，用邻近年份数据进行替 代参与计算，以便为后续土地利用功能的动态变化分析提供基础。 3. 1 土地利用类指标
2 土地利用功能表征体系
土地系统是指人类－ 环境耦合的陆地系统的简称，它包括土地利用、土地覆盖和生态系 统。土地系统是一个综合的概念，不同于简单的土地覆盖，也不同于自然生态系统，其鲜明 特征是把“人”在土地利用过程中形成的社会经济活动要素与生态系统看作一个相互影响、 彼此联系的整体。土地利用功能旨在研究土地作为这样一个系统其整体功能的发挥，换句 话说，土地利用功能就是指土地系统直接或间接提供人类福利（ 包括生产、生活资料以及生 活空间） 的能力。
本文把土地利用功能划分为资源功能、生态功能、经济功能和社会功能 4 类。具体而 言，资源功能主要指土地系统供给基本生产和生活资料的能力，包括提供可再生资源和不可 再生资源两部分； 生态功能主要指土地系统为人类提供高质量生产和生活的一系列自然条 件，包括景观维护功能、环境净化功能、生态防护功能三个子功能； 经济功能主要指保持经济 持续增长的能力，包括各种经济活动的产出和各部门人员收入与消费状况； 社会功能主要包 括人口承载功能、居住生活功能和文化休闲功能等。
摘要： 选择黑龙江省哈大齐地区（ 哈尔滨—大庆—齐齐哈尔） 为研究区，把土地利用功能划分为
资源功能、生态功能、经济功能和社会功能四项主功能，并进一步细分成资源供给、景观维护、生
态防护、环境净化、经济增长、人口承载、居住生活和文化休闲等 8 项子功能； 然后从土地利用、
生态环境和社会经济三方面选择指标，研究了 1976 年和 2005 年两个时段各指标的空间化方
各指标因子对各功能的影响程度不同，为了反映这种差异，采用层次分析法进行权重的 确定（ 表 2） 。在目前土地利用功能和指标之间关系的复杂性和不确定性较大的情况下，该 方法融入了专家因素，是较为可行的。
8期
李德一等： 基于栅格的土地利用功能变化监测方法
1299
指标分类 土地利用
类指标
生态环境 类指标
1298
自然资源学报
26 卷
县） 、大庆市区、齐齐哈尔市区以及双城市、肇东市、肇州县、安达市、肇源县、杜尔伯特蒙古 族自治县、兰西县、林甸县、富裕县等 12 个行政单元。该区地处松嫩平原的腹地，地理位置 处于东经 123°26'～ 127°18'，北纬 45°08'～ 48°01'，总面积 4. 71 × 104 km2 。该区属大陆性季风 气候，地貌类型以冲积、湖积平原为主，土壤类型以黑土和黑钙土为主，盐碱地和湿地面积广 大，后备建设用地丰富。2005 年底人口 1 180. 20 × 104 人，城市化率 56. 09% ，人均 GDP 11 643 元。自从上世纪 90 年代初期，由于体制和结构等方面原因，经济社会发展相对落后， 随着国家振兴东北老工业基地战略的实施，该区新的集聚空间开始形成，土地利用变化引起 的功能变化亟待关注。
计算方法或涵义 （ 旱地和水田面积） ÷ 总面积 （ 高覆盖度草地、中覆盖度草地和低覆盖度草地面积） ÷ 总面积 （ 林地、湿地面积） ÷ 总面积 （ 盐碱地、沙地和裸土地面积） ÷ 总面积 （ 城镇用地、农村居民地与其它建设用地面积） ÷ 总面积 （ 河流、湖泊、水库坑塘和滩地面积） ÷ 总面积 年平均归一化植被指数大小，反映植被生产能力 香农多样性指数，反映生物多样性大小 工业 SO2 排放量的相对程度，反映环境压力 评价单元内风蚀和水蚀的平均强度，反映生态压力 单位面积土地上居住的人口数，反映人口支撑能力 单位面积土地上的地区生产总值，反映经济发展状况
1 研究区概况与数据来源
选择哈大齐中心城市及其周边地区作为研究区，范围上包括哈尔滨市区（ 包括原呼兰
收稿日期： 2010－ 10－ 26； 修订日期： 2011－ 04－ 03。 基金项目： 黑龙江省主体功能区划项目； 滨州学院博士基金项目（ 2010Y03） ； 滨州市科技发展计划项目。 第一作者简介： 李德一（ 1983－ ） ，男，博士，讲师，研究方向为 GIS 在区域规划中的应用。E-mail： lideyinihao@ 126． com * 通信作者简介：张树文（ 1955－ ） ，男，研究员。E-mail： zhangshuwen@ neigae． ac． cn
中图分类号： F301
文献标志码： A
文章编号： 1000 － 3037（ 2011） 08 － 1297 － 09
过去十几年里，土地利用和土地覆盖变化在遥感和 GIS 技术的支持下得到了广泛而 深 入 的 研 究 ，结 果 表 明 ，从 全 球 到 区 域 不 同 尺 度 上 的 土 地 利 用 与 覆 盖 变 化 给 环 境 和 生 态 造 成 了 显 著 的 影 响［1］。 随 后 ，人 们 逐 渐 认 识 到 土 地 利 用 变 化 和 土 地 利 用 功 能 变 化 之 间 的 非线性关系，因此，在原有土地利用覆盖与变化（ LUCC） 数据集的基础上，开展土地利用 功能 的 评 估 与 制 图 正 得 到 重 视［2］，同 时 ，以 多 功 能 利 用 来 缓 解 当 前 的 土 地 利 用 冲 突 正 被 引 入 到 土 地 景 观 规 划 领 域［3-4］。 目 前 ，欧 洲 国 家 已 经 认 识 到 了 多 功 能 在 土 地 利 用 中 的 重 要性，并在农业多功能利用等领域积极开展了相关研究［5-6］，一些长期的监测研究计划已 经开展，如德国在 Saxon 州开展的 SALMA［7］，该计划在 2005 年启动，旨在提出一套面对 “普通”景观的功能评估方案，而不是局限于保护区或者特殊景观类型。我国在主体功能 区 的 研 究 热 潮 下 ，土 地 利 用 功 能 的 研 究 也 有 所 进 展 ，谢 高 地 等 就 主 体 功 能 的 识 别 流 程 和 分区方法进行了探讨［8］； 甄霖等对中国 1985 年和 2005 年两个时期土地利用功能变化进 行了 数 量 化 对 比［9］。 总 体 而 言 ，目 前 土 地 利 用 功 能 在 研 究 方 法 、数 据 收 集 与 空 间 制 图 以 及功能的价值评估等方面仍较为初步。本文以黑龙江省哈大齐地区（ 哈尔滨—大庆—齐 齐哈尔） 为研究案例，着重探讨土地利用功能的表征体系、指标空间化和集成方法，为在 千米栅格尺度上开展土地利用功能变化监测提供途径。
表 2 哈大齐地区土地利用功能指标权重
Table 2 Evaluation indices and weights of land use functions in the study area
权重
耕地面积比例 草地面积比例 建设用地面积比例 水域面积比例 年均 NDVI 值 景观多样性指数 高景观功能斑块面积比 SO2 排放量指数 退化土地面积比例 土壤侵蚀程度指数
土地利用数据包括研究区 1976、2000、2005 年土地利用矢量图，是中国科学院创新项目 “东北地区 100 年 LUCC 数字重建”和“全国土地利用数据库 2005 年更新”的系列成果，总 精度可达 90% 以上［10］。遥感数据包括研究区 2、5、8、11 四个月月初 15 天合成的 1982 年 AVHRR NOAA NDVI 和 2005 年 MODIS NDVI，像元大小分别为 8 km 和 250 m； 土壤侵蚀数 据是全国第三次（ 2000 年） 土壤侵蚀动态遥感调查的成果； 社会经济数据主要有研究区内 1976 年和 2005 年各县人口和 GDP 统计数据和 2000 年第 5 次乡镇人口普查数据，此外还有 SO2 污染物排放量等。
人口 承载 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 1. 000 0
社会 功能
居住 生活 0. 000 0 0. 000 0 0. 634 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 106 0 0. 260 0
生态 功能
环境 净化
生态 防护
0. 000 0 0. 000 0
0. 000 0 0. 000 0 0. 204 7* 0. 000 0 0. 102 1 0. 000 0
0. 000 0 0. 093 9 0. 000 0 0. 000 0
0. 049 8 0. 643 4 0. 000 0
0. 000 0 0. 000 0 0. 221 2
为科学、客观地表征土地利用功能，首要任务是构建指标体系。针对哈大齐地区的自然 环境和社会经济状况，从土地利用、生态环境和社会经济三方面，提出了研究区土地利用功 能指标体系（ 表 1） 。其中，土地利用类指标有 6 个，其数量大小一定程度上可以反映对应功 能的大小； 生态环境类指标包括 4 个，主要从质量和结构上反映其对功能的影响； 社会经济 类指标有 3 个，主要反映了土地系统对人类活动的承载能力。所选指标遵循以下原则： ①完 备性，能全面反映土地利用功能的各个方面； ②独立性，指标之间尽量避免相互包涵或重叠； ③可获得性，指标的获取比较容易，能够在千米格网上进行空间展布或模拟； ④动态性，指标 具有动态变化特征，能够在空间和时间上进行对比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0. 000 0 0. 684 9 0. 000 0 0. 000 0
0. 000 0 0. 000 0
经济 功能
经济 增长 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 1. 000 0 0. 000 0
第 26 卷 第 8 期 2011 年 8 月
自然资源学报
JOURNAL OF NATURAL RESOURCES
Vol. 26 No. 8 Aug．，2011
基于栅格的土地利用功能变化监测方法
李德一1，张树文2* ，吕学军1，董立峰1
（ 1. 滨州学院 建筑与城乡规划系，山东 滨州 256603； 2. 中国科学院 东北地理与农业生态研究所，长春 130012）
地均 GDP 人口密度 注： * 黑体表示负向作用。
资源 功能
资源 供给 0. 643 2 0. 208 4 0. 000 0 0. 100 5 0. 047 9 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0
景观 维护 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 000 0 0. 283 0 0. 643 8 0. 000 0 0. 000 0 0. 073 2 0. 000 0 0. 000 0
法，并采用层次分析法进行了各土地利用功能的识别，在千米格网尺度上对土地利用功能变化
热点进行了监测，采用相关分析研究了不同土地利用功能之间的消涨关系，实现了土地利用功
能的空间化、定量化和动态化研究，其结果可为土地利用功能的协调配置提供参考。
关 键 词： 土地系统； 土地利用功能； 地理格网； 热点监测
社会经济 类指标
表 1 土地利用功能指标体系
Table 1 Indices of land use functions
指标 耕地面积比例 草地面积比例 高景观功能斑块面积比 退化土地面积比例 建设用地面积比例 水域面积比例 年均 NDVI 值 景观多样性指数 SO2 排放量指数 土壤侵蚀程度指数
人口密度 地均 GDP