区域土地利用变化分析

区域土地利用变化分析

——以吉林省镇赉县为例

摘要：利用遥感专题地图及自然与社会经济统计等数据，在GIS技术的支持下，建立了吉林省镇赉县土地利用变化专题数据库；利用SPSS软件，对引起镇赉县土地利用变化的驱动力因子进行分析，建立因子分析模型，分析该区域土地利用变化的驱动因素；提出土地优化利用策略，为区域土地可持续利用及环境保护提供科学依据。

关键词：土地利用因子分析主成分分析

一、前言

吉林省镇赉县生态环境脆弱，属于土地利用变化敏感地区，也是全球变化响应比较突出的区域运用遥感和GIS技术，完成了1958-1999年镇赉县土地利用动态变化调查，建立了土地利用动态数据库；利用SPSS进行统计分析，对镇赉县的土地利用变化的驱动力进行了因子分析，提出了区域土地利用优化措施，对提高土地利用，增加土地的集约化程度，实施土地持续利用有一定的借鉴意义。

二、研究方法介绍

通过对不同时相遥感数据的组合或融合，提取土地变化信息，并利用实地调查与变更详查数据对监测变化信息进行检查；采用Arc/Info的数据处理模块进行录入和编辑，提取各类变化信息；在GIS空间分析基础上，运用SPSS强大的数据分析功能分析处理空间数据，对镇赉县的土地时空变化进行分析研究。

1、数据来源

（1）Landsat TM图像。选取1999年9月16日镇赉县TM卫星图像（TM3 TM4 TM5波段假彩色合成，进行几何精纠正）。

（2）专题地图。1981年和1990年1：10万镇赉县农业土地利用现状图、农作物分布图、优质农产品分布图、水资源分布图、植被分布图、行政区划图、地形图。

（3）文献资料。1958年和1962年土地利用调查信息的文字和统计数据等。

2、数据处理

（1）遥感影像数据处理。使用ERDAS图像处理软件对TM3、TM4、TM5波段进行假彩色合成和增强；以1：10万地形图和Landsat图像上选取多个典型目标作为控制点重采样采用三次卷积算法，配准精度尽量小于0.5个像元，以确保影像的高精度叠加分析，将遥感图像与地形图配准。

根据研究需要，用Arc/Info对镇赉县不同时期的土地利用现状图进行数字化输入，建立图形库及相应属性库；在Arc/Info软件环境下，根据影像特征建立判读标志，通过目视判读，运用地学知识进行遥感影像的解译，提取遥感土地利用信息；对提取的信息进行输入和编辑，运用Arc/Info空间分析功能，将多期土地利用矢量数据进行“Intersect”两两叠加，并用“Eliminate”去除掉因叠加而产生的碎屑多边形，可大范围内地发现土地利用的变化区域，得到土地利用动态变化的数据，确定土地利用发生变化的区域，提取出土地利用的变化信息，并采用“重点地区”逐个图斑对照的检查方法，对变化信息提取技术和监测结果反复修改，直至满足精度要求。（2）因子分析方法。根据国家制定的土地利用分类系统，结合镇赉县实际情况，选取耕地林地、草地、居民地、水域、盐碱地和沙地几个因子，用SPSS软件进行研究区的结果分析。其表达式为

=+

X BZε

式中，X为原始变量向量；B为负荷系数矩阵；Z为公因子向量；ε为残差向量。

针对研究区的情况，数据变量分别为耕地、林地、草地、居民地、水域、盐碱地、沙地。

通过对相关专题数据的处理，得到镇赉县1958-1999年土地利用面积变化情况（表1）：

各种专题数据进行因子分析，得到原始变量相关分析表（表2）、总方差分解表（表3）、因子得分阵（表4）、旋转矩阵（表5）以及各成分特征的碎石图（图1）和旋转后的主成分图（图2）：

图1 各成分特征的碎石图

图2 旋转后的主成分图

三、结果分析

（1）1958-1999年间土地利用变化的基本情况。耕地、林地、居民地和未利用地面积增加，草地面积减少。其中耕地面积从117 610 hm2增加到184 932 hm2；林地面积从44 482 hm2增加到50 453 hm2；居民地面积从14 370 hm2增加到30 326 hm2；盐碱地面积从23 017 hm2增加到45 094 hm2；草地面积从219 630 hm2减少到114 425 hm2；沙地面积1999年已经减少到336 hm2。（2）总方差分解表给出了相关矩阵中各个因子的特征值，并按特征值从大到小进行排列。在分析过程中，采用Kaiser准则，设定提取公因子的因子特征值不小于1，第一主成分、第二主成分的特征值分别为4.810和2.019，占总方差的97.554%，其后面5个点的特征值几乎为零。从各主成分特征值的碎石图（图1）分析前两个因子的分析能代表原有数据。两个主成分表达式（使用变量名）分别为：

F1=0.204耕地-0.037林地-0.199草地+0.210居民地-0.213水域+0.205盐碱地+0.027沙地

F2=0.039耕地+0.485林地-0.069草地-0.004居民地+0.063水域-0.099盐碱地-0.483沙地

通过主成分的选取，发现耕地、居民地和盐碱化可以综合为第一主成分，与人口的发展有关，即为人口因子；另一个则是水域和森林，可以认为是绿化方面的因子，即生态环境建设。（3）第一主成分分析结果说明，随着人口的增加，土地利用程度不断增高，人们对土地资源掠夺式开发和不合理地利用，如过量施肥、滥垦滥伐、过度放牧等的土地利用方式，造成土地沙化和盐碱地，加剧了土地退化，增加了现有的土地压力，使生态环境脆弱区荒漠化程度加强，使土地逐渐地陷入了“人口增加→过度开发→土地盐碱化→生产力低下→经济更加贫困→过度开发”的恶性循环中。

（4）第二主成分分析结果表明，沙地仅与林地呈极显著的负相关关系，林地面积增减直接影响到沙地的面积变化，说明植树造林是控制土地沙化的一项重要措施。镇赉县地处农牧交错带，是典型的生态脆弱区。该区过去一直以防风固沙为主，投入多产出少，经济效益低，影响了植树造林的积极性。20世纪80年代以后，随着改革开放的深入，农村经济发展较快，乱砍滥伐现象得以缓解，植树种草，林地面积逐年增加。

四、土地利用的优化策略

（1）根据区位条件统筹安排各类用地，农用地与非农用地，农业用地内部之间要统筹兼顾，在区域内建立良性的生态平衡，制定合理的土地利用规划促进区域土地的开发利用与环境的协调发展。

（2）保护耕地资源，加强高产田的建设，植树造林。经济的发展，人口的增加，使土地利用类型发生较大变化。因此，对耕地资源的保护、改善和改良耕地资源，在保护原有高产田的基础上，把低产田变为高产田成为迫切的任务。沙化和盐碱化是限制当地农业生产最主要的因素，为了抑制生态环境的恶化在保护现有的植被下，应大力造林种草，因地制宜，使农业生产进入良性循环。

（3）加强对植被建设的管理，努力解决林牧矛盾。通过大力推广种草养畜，改造现有草地，实施圈养舍饲和限牧、禁牧措施，保护植被建设成果。加强植被建设的科技投入，充分挖掘生物资源的生产潜力，选择和推广适应性更强、效益更高的树种、草种。

（4）加强科技投入，使区域内土地利用结构合理化。农业技术的投入，能使单位面积生产产量得到提高，较少的投入得到较高的产出，使整个经济结构也随之发生变化。