基于GIS的庄河市土地利用变化及驱动力

李雪莹，王方雄，薛忠跃，周 洲，魏志明

（1.辽宁师范大学 城市与环境学院，辽宁 大连 116029）

基于GIS的庄河市土地利用变化及驱动力

李雪莹1，王方雄1，薛忠跃1，周 洲1，魏志明1

（1.辽宁师范大学 城市与环境学院，辽宁 大连 116029）

以庄河地区为研究对象，采用遥感、GIS一体化技术，以2000年和2010年2期遥感影像为主要数据源，对庄河市10 a来土地利用的变化进行了研究。通过相关分析、主成分分析等方法对庄河市2000～2010年间的土地利用变化的驱动因子进行定量分析，并采用因子分析法将影响庄河市土地利用变化的因素概括为社会经济发展、人口增长和城市化水平3个方面。结果表明，2000年以来10 a间各类建设用地增加了3．21万hm2, 占总面积的比重增加了8．78%；旱地减少了3．76万hm2,占总面积的比重减少了10．29%；水田面积增加了0．57万hm2，占总面积的比重增加了1．56%；林地和水域面积略有减少，草地和其他利用类型土地面积略有增加，土地利用不合理现象严重。

土地利用变化；驱动因素；GIS；庄河市

土地利用/土地覆被变化研究（LUCC）是当前全球环境变化研究领域的重要课题[1]。近年来，随着土地资源稀缺矛盾的日益突出，如何对土地进行科学合理的利用已成为人们关注的热点问题[2-14]。本文以庄河市为研究区，借助遥感和GIS工具分析了该区2000～2010年土地利用变化的时空特征，旨在为该区制定重大战略决策提供科学依据。

1 研究区概况

庄河位于辽东半岛东侧南部，大连东北部，地理坐标为东经122°29′～123°31′，北纬39°25′～40°12′，东与丹东接壤，西与普兰店为邻，北与营口的盖州、鞍山的岫岩县相连，南濒黄海与长海县隔海相望，自然海岸线长285 km。近年来庄河市大力发展工业经济，2008年全市实现生产总值286．2亿元，按可比价格计算比上年增长18．3%；同时加快了城市建设步伐，使得庄河地区的土地开发和利用情况大为改变。2000年的建设用地总数为444．43 km2，2010年为765．46 km2，增加了321．03 km2。由于经济发展、土地利用和劳动力分配等因素使沿海地区人口和外来人口增加。庄河市的总人口数从2000年的89．8万增加到2010年的90．5万；农业人口减少了2．5万人，非农业人口增加了3．2万人。

2 研究方法与过程

2.1 土地利用分类

在充分分析庄河市土地利用现状的基础上，利用全国土地分类系统进行分类，并考虑到研究需要和遥感影像可分辨的最小图斑、人工判读的可能性等，本文将研究区内的土地分为7种：旱地、林地、草地、水田、水域、建设用地和其他利用类型。

2.2 数据来源与方法

本文遥感数据选取了Landsat卫星2000年、2010年2个时段的ETM、TM影像数据，共2景，各景影像的云覆盖率均小于5%；非遥感信息源主要包括1∶5万庄河市地形图、行政区划图、2010年土地利用现状矢量数据及野外调查数据等。

庄河市土地利用变化研究的技术流程如图1所示。首先将研究区的1∶5万地形图等进行扫描，应用ArcGIS软件进行处理，建立统一的投影坐标，利用 ENVI 4．7遥感数据处理软件对2个时段的遥感影像进行几何校正，对校正后的影像图进行掩膜处理，按照行政区划范围切出2个时相影像的相同范围，再利用TM/ETM（5，4，3）波段合成假彩色图像。对合成后的影像进行非监督分类，建立分类模板，依照全国土地利用分类系统的解译标志选择训练样本对模板进行修改，用改后的模板进行监督分类，结合土地利用现状矢量数据、地形图、野外调查数据等非遥感资料对分类结果进行人工目视解译，分类后处理得到2个时相的分类结果。利用ArcGIS软件绘制出2个时相的土地利用现状分布图如图2、图3所示。

图1 技术流程图

图2 庄河市2000年土地利用分布图

图3 庄河市2010年土地利用分布图

3 土地利用变化分析

3.1 土地利用结构的变化

土地利用面积变化的统计结果表明，10 a来，庄河市的旱地面积减少了近37 613 hm2，占总面积的比重减少了10．29%；旱地占总面积的比重由变化初期的24．08%减少为2010年的13．79%。；水域面积减少了511 hm2，占总面积的比重减少了近0．14%；而林地只增加了约2 hm2。草地、水田、建设用地和其他利用类型土地面积均增加了。其中，建设用地面积增加最多，净增面积高达3．21万hm2, 占土地总面积的比重增加了8．78%；水田次之，净增面积约为5 696 hm2, 占总面积的比重增加了1．56%；草地面积增加了208 hm2,占总面积的比重增加还不到0．06%；其他利用类型土地面积增加了119 hm2, 占总面积的比重约增加0．033%，净变化很小。由庄河地区2000年和2010年2期土地利用影像数据得到各种土地利用类型的面积，见图4。

图4 庄河地区土地利用类型结构图

3.2 土地利用的转变

基于遥感和GIS技术分析的关键是在明确各类用地结构变化前提下，还能确定各类用地的转换关系以及空间分布情况。对庄河地区2期土地利用影像数据进行统计分析得出，10 a间主要土地利用类型之间面积的变化情况如表1所示。

表1 庄河市10 a来土地利用转移的面积统计表/hm2

由其他利用类型土地、林地和水田转变成的建设用地的面积分别占增加总面积的44．14%、32．50%和23．16%。从表1可知，虽然有大量的林地转变为建设用地，但2006年在市政府的带领下开展了大规模的植树造林活动，所以森林总面积并没有太大的波动。由水域转变成的建设用地虽然占增加总面积不多，为11．52%，但却占其流失总面积的52．81%；由旱地转变为建设用地的面积很少，约占流失总面积的0．06%；由草地转变的建设用地占总增加总面积最少，约为0．08%。

4 土地利用变化的驱动因素

4.1 指标选取

在土地利用变化机制研究中，驱动力问题一直占据着重要地位[12]。为分析庄河市土地利用的变化机制，结合研究区的实际情况，选取总户数（X1）、非农业人口（X2）、农业人口（X3）、总人口（X4）、人口密度（X5）、地区生产总值（X6）、农林牧渔总产值（X7）、农业产值（X8）、粮食产量（X9）、农机总动力（X10）、农村居民人均纯收入（X11）、房地产开发面积（X12）、实际利用外资（X13）和工业总产值（X14）共14个社会经济指标作为自变量，即驱动因素。

4.2 土地利用变化与驱动因素的相关分析

在进行相关分析之前，需对所有原始数据采用极差标准化方法进行标准化处理，以消除量纲影响[15]。再采用SPSS19．0进行相关分析，得出2000～2010年庄河市土地利用面积变化与其驱动因素的相关系数多在0．84以上，说明高度相关。其中土地利用变化与总人口、地区生产总值、农机总动力、房地产开发面积、工业总产值的相关系数依次为0．957、0．882、0．876、0．913和0．834，表明驱动因素的选取很合理。庄河市土地利用变化受人口增长、经济发展、农业生产力提高、城市化程度和工业化等因素的综合作用。

4.3 土地利用变化与驱动因素的主成份分析

主成份分析方法是指把多个指标化为少数几个综合指标，而这少数几个综合指标又能最大限度地反映原来变量(指标)信息的一种多元统计分析方法[16]。应用SPSS19．0对14个变量进行主成份分析。对样本进行分析计算，得出相关系数矩阵、特征值、主成份贡献率与累计贡献率（见表2、表3）。由表2可知，所选取的驱动因子之间存在着不同程度的相关性，其中X1与X4、X4与X5、X8与X9、X10与X8具有较强的相关性，其相关系数分别为0．999、0．998、0．998和0．999。这表明它们之间拥有着较强的因果关系，也表明了运用主成份分析的可行性。

表2 驱动力因子相关系数矩阵

由表3可知，第一个因子的累计贡献率为82．844%,第二个因子的特征值大于1，且其贡献率为14．030%，因此，前2个因子的累计贡献率为96．874,达到了分析的要求且分析效果较好。只提取前2个因子，进一步得出主成份载荷矩阵。从表4可以看出，第一种主成份可很好地表达总户数、非农业人口、农业人口、人口密度、地区生产总值、农林牧渔总产值、农业产值、粮食产量、农机总动力、房地产开发面积和工业总产值等11种指标，其中与农业人口成高度负相关。第一种主成分与非农业人口、农村居民人均纯收入和实际利用外资相关性较差甚至不相关；但第二种主成份却可很好地表达这3种指标。可将总户数、非农业人口、总人口、农业人口和人口密度等5种指标看成是人口因素，将地区生产总值、农林牧渔总产值、农业产值、粮食产量、农村居民人均纯收入、实际利用外资、农机总动力和工业总产值等8种指标看成是经济发展因素，将房地产开发面积看成是城市化水平因素，因此可以将影响庄河市土地利用变化的各种指标归纳为人口、经济和城市化水平3个方面。

表3 驱动因子特征值及主成份贡献率

表4 主成份载荷矩阵

5 结 语

庄河市的自然地理位置优越，地理海岸线长285 km，有利于海洋产业的发展。庄河濒临黄海北岸，海岸线绵延曲折，有利于港口的建设进而推进海洋交通运输业的发展。庄河海域属内陆浅海，水温具有明显的季节性变化。因此可以利用海水温差发展海洋电力。海底地貌类型主要为水下浅海和浅海堆积平原，有利于海水养殖业、海洋化工产业等发展。因此，发展海洋产业使之成为庄河市经济的新增长点尤为重要。在土地的利用上找出山、水、田、林、路综合治理的最佳模式，让庄河市更好更快地发展。

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P208

B

1672-4623（2014）01-0119-04

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.041

李雪莹，研究方向为土地利用规划。

2013-05-14。

项目来源：辽宁省教育厅创新团队资助项目（WT2010031）；辽宁省大学生创新创业训练计划项目（201310165022）。