近10年中国耕地资源时空变化特征

第18卷第1期2003年2月地球科学进展A DVANC E I N E AR TH S C I ENCE SV o l.18　N o.1F e b.，2003文章编号：1001-8166（2003）01-0030-07近10年中国耕地资源时空变化特征田光进1，2，庄大方2，刘明亮2（1．中国科学院遥感应用研究所，北京　100101；2．中国科学院地理科学与资源研究所，北京　100101）摘　要：利用80年代末与90年代末期遥感图像解译得到的中国土地利用矢量图，分析了近10年来全国耕地资源的动态变化及空间特征，利用土地利用转移矩阵的方法分析了中国耕地资源的来源、去向及其空间分布特征。

研究表明，城乡建设用地扩张、生态退耕是耕地资源减少的主要原因，城镇扩张造成耕地减少最大的依次是江苏、山东、河南、河北、广东、北京、浙江、四川、广西、上海；农村居民点扩张造成耕地减少最大的依次是江苏、河北、安徽、山东、广东、新疆、河南。

退耕还林主要集中在浙江、东北、西南、内蒙古、广东等地区，退耕还草主要分布在内蒙古及宁夏地区。

广东、湖北、江苏、山东由于农业结构调整，部分耕地被转变为库塘。

新开垦耕地资源主要来源于草地、林地，毁林开荒主要发生在东北及内蒙古东部地区，开垦草地主要发生在内蒙古、黑龙江和新疆地区。

中国耕地资源的动态变化表现为沿海地区耕地资源的减少及东北、西北地区耕地资源开垦，耕地开垦的结果是对西北及东北的生态环境造成破坏。

关　键　词：中国；耕地资源；动态变化；空间特征中图分类号：P96 文献标识码：A0　前　言在全球环境变化研究中，土地利用/土地覆盖变化（L a nd U s e a nd L a nd C ove r C h a n g e，简称L UC C）越来越被认为是一个关键而迫切的研究课题［1，2］。

土地利用/土地覆盖变化成为研究地球地表化学过程、碳循环、生物多样性等生态环境问题的基础。

土地利用对全球C O2含量增加起着重要作用，其作用仅次于化石燃料的燃烧；由土地覆盖变化释放的C O2的量为同期化石燃料释放量的30％［3，4］。

土地利用变化也是大气中C H4和N2O浓度增加的最主要原因。

因此，人类活动导致地表覆盖的改变，从而加快了温室气体的排放，并作用于全球变化。

在国际地圈与生物圈计划（I GB P）和全球环境变化人文因素计划（I H D P）的推动下，土地利用/土地覆盖变化成为全球变化研究的核心和热点［2，5，6］。

人类活动从地理学、资源与环境科学的角度可以概括为农业化过程、工业化过程、城市化过程和政治化过程四个方面［7］。

中国是人多地少的国家，耕地资源开垦是保持耕地资源动态平衡的重要途径。

耕地资源动态变化的空间格局直接反映了城乡居民点扩展、退耕还林、还草、国土资源开发等宏观政策对中国土地利用/土地覆盖变化的影响。

因此，探讨中国耕地资源的动态变化及空间特征对于理解中国土地利用/土地覆盖变化的空间格局具有重要意义。

1　数据来源与研究方法1.1　遥感数据利用80年代末期和90年代L a nd s a t T M遥感图像提取信息，因为全国幅员辽阔，一年的遥感图像很难满足要求，90年代末期全国遥感图像利用陆地卫　收稿日期：2002-06-04；修回日期：2002-08-09.*基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目“国土环境遥感时空信息分析与数字地球相关理论技术预研究”（编号：K Z C X1-Y-02）资助.　作者简介：田光进（1970-），男，山东沂水人，在读博士生，主要从事遥感、地理信息系统、土地利用等方面的研究.E-m a i l：t i anguang j i n＠s i na. c om星2000年数据359景，1999年数据149景。

由于天气、季节等因素影响，全国尚有18景数据无法获得，利用中巴1号卫星（C BER S－1）的C C D数据予以补充。

考虑到植被对遥感图像判读的影响，北方一般选取植被长势较好的季节；南方则选取植被长势较差的季节。

同时，还要考虑天气对遥感图像的影响，一般选取天气状况良好、无云的日期；但在四川、云南、贵州、广西等西南地区，一景图像很难满足需要，往往需要多景图像相结合。

遥感数据利用遥感与地理信息系统软件M G E 进行辐射纠正，采用5、4、3波段R G B假彩色波段合成，利用全国分县级行政区划，得到全国分县TM遥感影像。

图像的处理最费时的是几何纠正，图像对图像的几何纠正采用二次多项式方法，每个方向精度低于0.3个像元，只有在山区等特殊情况下低于0.5个像元。

遥感图像在全国1∶10万及1∶5万地形图的辅助下对遥感图像进行人机交互判读解译，得到90年代末分县级土地利用矢量图。

在判读过程中，充分利用该地区的地形、地貌、植被、降雨、温度等辅助数据，其目视判读的最小图斑大小为6个像元。

利用A R C/I N FO地理信息系统软件将其合并为分省土地利用矢量图，数据被统一到标准的坐标系和等面积割圆锥投影下。

中央经线为105°E，双标准纬线为25°N和47°N，所采用的椭球体为K RA S OV S K Y椭球体。

在分析近10年来土地利用动态变化时，80年代末期遥感图像尽可能与90年代末期处在同一季节。

利用遥感图像得到土地利用动态变化时有各种数据处理方法，包括主成分变换、缨帽变换、G r a m m-S c hm i dt变换、图像分类等。

在本项目中，主要采用了分类比较法来获取土地利用动态图斑，即利用土地利用分类系统对90年代末期的遥感图像进行判读；然后利用2期遥感图像经过几何纠正进行比较判读解译得到土地利用动态变化数据。

如土地利用类型没有发生变化，则保持原先的标志。

如80年代中期为有林地，则标识为21；90年代末期土地类型没有改变则仍为21。

如果改变为城镇用地，则标志为210510。

这样可以利用A R C/I N FO提取各种现状即动态变化图。

虽然分类比较法费时费力，但确是目前应用最广泛的方法之一。

这是因为遥感图像的判读涉及到地形、地貌、植被等各种复杂因素影响，单纯利用遥感图像处理方法很难对全国进行自动分类。

先进行分类，然后人工判读，并对2景图像进行比较判读，有利于减少太阳高度角、太阳辐射、植被情况差异引起的误差。

1.2　土地分类系统根据土地利用分类方法，将土地利用类型分为林地、草地、耕地、水体、城乡及独立工矿建设用地和未利用地等6种一级类型［8，9］。

将土地利用类型再进一步分为有林地、灌木林地、疏林地、其它林地；高覆盖草地、中覆盖草地、低覆盖草地；平原旱地、丘陵旱地、山地旱地、平原水田、丘陵水田、山地水田；河渠、湖泊、水库坑塘、冰川永久积雪、海涂、滩地；城镇用地、农村居民点用地、工交建设用地；沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石砾地、其它等29种二级土地利用类型。

1.3　精度分析在遥感图像解译时，需要进行野外训练。

通过不同区域、不同季节的比较，加强对遥感图像的感性认识。

在对90年代末期数据抽查中，质量检查组以10％的抽样比例，在每个抽样县布设3～4条样线，对样线穿过的所有图斑进行了图斑定性和界线定位等方面的检查，符合本底数据库技术规范者视为合格。

根据全国抽查结果，总体定性正确率98.72％。

在土地利用类型判读正确率中，从高到低依此是居民点与工矿建设用地、水域和未利用地、耕地、林地、草地。

经过质量检查组检查，可将判读过程中出现的问题得到解决，从而提高判读精度。

2　中国耕地资源减少的去向及空间分布特征近10年来，中国耕地面积减少3.24×106hm2。

在耕地资源去向中，耕地转变为建设用地占耕地面积减少的46.29％，生态退耕占耕地面积减少的38.28％，耕地转变为水体占耕地面积减少的11.29％，沼泽化、盐碱化、沙漠化、撂荒等占耕地面积减少的4.14％。

因此，建设用地成为全国耕地面积减少的主导因素，其次是生态退耕，沙漠化、盐碱化等造成的耕地面积损失不容忽视。

在建设用地中，农村居民点占用耕地22.25％，城镇建设占用耕地20.02％，独立工矿建设占用耕地4.02％；在生态退耕导致耕地减少中，退耕还草占19.89％，还林占18.40％。

在耕地资源的沼泽化、盐碱化、沙漠化、抛荒中耕地变成沼泽地占1.74％，耕地变成盐碱地占1.7％，变成沙地占0.43％，变成裸土地占0.26％，变成裸砾地占0.01％。

2.1　城乡居民点及独立工矿建设占用耕地城乡居民点主要位于地势较为平坦的地区，这13第1期 田光进等：近10年中国耕地资源时空变化特征 些地区也是中国主要的农业区。

根据遥感动态监测结果，城镇扩展占用的主要是耕地，占城镇扩展面积的80.2％；城镇扩展占用林地、草地、其它未利用地和农村居民点扩展为城镇用地占19.8％。

利用城乡居民点及工矿交通建设用地矢量图与全国省级行政图迭加可得建设用地占用耕地分布情况（图1）。

近10年来，建设用地占用耕地资源比重最高的依次是江苏、河北、山东、河南、安徽、广东、北京、浙江，这些地区建设用地造成耕地资源流失分别占全国的15.07％、14.23％、8.3％、7.68％、7.06％、6.84％、5.17％和4.11％，这些地区除安徽与河南外，都是沿海地区，经济发展速度块，城镇的迅速扩展占用大量耕地，尤其是北京市耕地资源减少速度很快。

河南地处华北平原，城镇与农村居民点扩展较快，造成耕地资源大量流失。

安徽农村居民点扩展速度较快，耕地大量减少。

其次是沿海地区与地势较为平坦，耕地资源较多的地区，如上海占全国的2.63％，四川占3.69％；新疆居民点占用耕地面积较大占全国的3.03％，但主要以农村居民点扩展为主。

东北地区城乡居民点扩展相对较慢，辽宁占全国的2.02％，吉林占0.98％，黑龙江占1.04％；天津比重也较小，占0.5％。

西北地区的内蒙古、宁夏、青海建设用地扩展较慢，分别占0.41％、0.39％和0.21％。

从城镇占用耕地来看，城镇扩展造成耕地面积减少最大的依次是江苏、山东、河南、河北和广东，这些地区是中国重要的粮食产区，经济发展较快，城镇扩展占用耕地较多，占全国城镇扩展造成耕地面积减少的50.99％；其次是北京、浙江、四川、广西和上海，这些地区占全国的22.85％。

贵州、宁夏、甘肃、内蒙古、青海、西藏所占比重较小，这些地区占全国的1.74％。

如果将第一和第二种类型相加，其城镇占用耕地面积占全国的74.48％。

除河南、四川面积较大，人口较多，城镇占用耕地面积较大外；其它地区都位于沿海地区，城镇扩展速度较快。

从农村居民点占用耕地面积来看，耕地面积减少最多的依次是江苏、河北、安徽、山东、广东、新疆、河南；其次是北京、陕西、浙江、四川、甘肃、辽宁、上海。

农村居民点分布零散，规模较小，但占用耕地面积超过城镇用地，这是在城市化过程加快，农村人口比重不断减少的情况下产生的，因此，必须加强农村居民点用地的管理，切实保护农村居民点周围的耕地。