1980～ 2010年松花江流域 土地利用的时空变化分析 ^*

烟贯发¹，杜柏利^2**，张冬有¹，叶华香¹，景伟伟¹

(1.哈尔滨师范大学； 2.黑龙江水利水电勘测设计研究院)

【摘 要】 为了研究松花江流域土地利用变化，利用1980、1990、2000、2010年四期遥感影像数据，经过精确分类、空间叠加运算和数理统计分析，揭示了松花江流域在1980～1990年、1990～2000年、2000～2010年三个研究时段土地利用数量变化和空间变化特征.主要结论为：(1)松花江流域1980～2010年30年内土地利用发生了大幅变化，林地、耕地和草地面积都有不同程度减少，其中林地面积减少最多，减少了32620 km²；建设用地、水域和裸地面积都有不同程度增加，其中水域面积增加最多，增加了26455 km²；(2)松花江流域30年来土地利用年平均变化速度达到1.65%；(3)松花江流域30年来各种土地利用类型都发生了较大的转移变化，其中以林地、耕地和草地面积转移变化较多；(4)松花江流域土地利用变化表现出明显的区域时空差异特征，30年来只有其西北部、中东部和东南部的山地林区土地利用变化都较小.

【关键词】 土地利用；时空变化；遥感影像；GIS；松花江流域

0 引言

气候变化和土地利用覆被变化对地表径流过程的影响研究是当下研究流域水循环系统的重要领域^[1].气候变化和土地利用覆被变化改变了地表径流、水域面积以及土壤中水分，对自然环境有着深远的影响.流域内土地利用的变化影响着土壤、植被、水资源和生态系统等自然生产力因素，进一步影响着流域的可持续发展.对土地利用变化进行研究^[2-11]，可以揭示不同类型地物间的转移变化以及对某一类地物面积变化的影响.土地利用具有阶段性和空间差异性^[12-13]，土地利用变化包括时间变化、 空间变化和质量变化等三个方面.其中空间变化反映土地利用变化的空间类型、变化类型的空间分布以及区域差异，是土地管理和规划关注的焦点问题^[14].随着信息化技术的发展，利用遥感与地理信息系统技术对不同区域的土地利用变化进行了很多实例研究^[12-32].流域内各土地利用类型间的转换存在密切联系，土地利用的动态度和综合利用程度影响着各土地利用类型面积的变化.

该文以1980、1990、2000、2010年四期遥感影像数据为基础，利用遥感和地理信息系统方法，结合统计分析，揭示松花江流域土地利用的数量变化、土地利用类型转移变化及空间分布特征，明确其变化的主要类型和区域方向，为该流域内土地资源的合理利用、开发与保护，以及进一步深入研究奠定基础，对于流域内土地可持续利用具有重要意义.

1 研究区概况、数据来源与研究方法

1.1研究区概况

松花江流域位于中国东北地区的北部，流域西部为大兴安岭，北部为小兴安岭，东部和东南部为完达山脉和长白山脉，西南部的丘陵地带是松花江与辽河的分水岭，中部为松嫩平原.流域内山区占42.7%，丘陵区占29.1%，平原占27.4%，其他占0.8%^[33].流域内用地类型主要是林地和耕地，面积占比超过70%，水域面积占比超过5%.研究区的地理范围：119°24′～132°36′E，41°43′～51°39′N.

忻州的硬件条件不是最好的，但整个工作得到了老同志的普遍认可，工作成效非常好，可以说工作做的是最好的。忻州的思路和做法，是贫困地区做好老干部工作的一个贡献和一种引导。

1.2数据来源与处理

选用1980、1990、2000、2010年四期各50景Landsat MSS、TM/ETM+影像数据，应用ENVI遥感图像处理软件，对影像进行灰度调整、镶嵌等预处理.选用9景SRTM3数据，应用ArcGIS软件镶嵌后进行水文分析，同时参考1∶250万全要素中国地图.

已有研究多采用GA解决货位分配问题。然而GA需要的种群规模大，且在迭代次数较高时才表现出明显的收敛性，又易陷入局部极小，其优化结果未必能满足企业的需求。

1.3研究方法

式中:K 为研究时段内某一土地利用类型的动态度；U _a 、U _b 分别为研究期初和期末某一土地利用类型的面积；T 为研究时段长，当T 的时段设定为年时，K 就为该研究时段内某一土地利用类型的年变化率.

分类类型根据第二次全国土地调查土地分类表，土地利用现状分类按两级分类，一级分类有12个，二级分类有127个，结合本次研究需要，共分为6类(见表1)，主要有耕地、林地、草地、建设用地、水域、裸地.

从表1看出，多年生茎和1年生茎在珍珠岩、蛭石及草炭土单一基质中的平均成活率分别为75%和66.67%、92.5%和52.50%、76.32%和80%，根系效果指数分别为32.60和19.70、31.01和18.64、45.91和28.63。说明，小花清风藤插穗以多年生茎较为适宜，建议在插穗选择时尽量选择已生长2～4 a的幼茎进行扦插。

将研究区范围内的四期土地利用类型分类结果影像，分别进行1980～1990年、1990～2000年、2000～2010年的精确配准，叠加分析，变化检测运算，计算流域内各土地利用类型面积转移，生成转移矩阵，分析流域内土地利用类型面积转移空间分布特征.研究路线如图2所示.

表 1松花江流域土地利用/覆盖类型分类

图 1松花江流域土地利用类型图

图 2研究技术路线图

2 松花江流域土地利用的数量变化

2.1松花江流域土地利用变化的幅度

林地和耕地是松花江流域主要用地类型，二者合计占比超过70%，由表2可知1980～2010年30a中，(1)林地面积呈现逐年减少的特点，从期初到期末减少32619.63 km²，减少幅度为13.45%；(2)耕地面积1990～2000年增加34524 km²，增加幅度达17.76%，2000～2010年减少32372 km²，减少幅度14.14%，1980～2000年随着人口的流入增长，不断开垦耕地致使耕地面积增加，到2000年退耕还林还草政策使耕地面积减少；(3)草地面积呈现逐年减少，1980～2000年减少33077.22 km²，到2010年有所恢复，主要是退耕还草政策的作用；(4)水域面积从期初到期末增加较多，增加26454.97 km²，增加幅度达254%，水域面积增加主要是期初降水量小蒸发量大，气候干旱，后期降水量增加，主要是气候因素的影响，增加幅度相对值大是因为期初值较小；(5)建设用地面积呈现逐年增加的趋势，从期初到期末增加13349.39 km²，增加幅度为82.95%，这主要是人口增长和城市发展对建设用地需求增加所致；(6)裸地面积从期初到期末有较多的增加，增加17816.08 km²，增加幅度达323.15%，这主要是土地开发利用不当导致沙化、盐碱化、退化.上述结果表明，主要受人口增长、城市化发展、退耕还林退耕还草政策的作用使本流域土地利用发生剧烈变化.

来不及查验，陈大勇赶忙带着三个人往打枪的那拨人方向奔跑，一边跑一边喊：别开枪，老子是师警卫连长陈大勇，老子是陈大勇……

表 2 1980-2010年土地利用类型面积及占比

2.2松花江流域土地利用变化速度

“天子之制，地方千里，公候皆方百里，伯七十里，子男五十里，凡四等。”[15]P786诸侯得到天子封赐的人民和疆土之后，再把土地和人民依次封赐给卿、大夫作采邑。总之，在五等爵制之下，土地和人民都归大小奴隶主贵族所有，奴隶则要世代受压迫。而军功爵制则不像西周五等爵制那样的“授民授疆土”的内容。诸侯根据其臣下军功的高低，赐予不同的封爵.封爵低的可以免去徭殺，减少税赋，或授予其相应数量的土地。功劳高的可封君食邑，在政治和经济上享有诸多特权，但也只是象征性食邑税收的而已，封地内的疆土和人口所有权并不完全归其领主所有。

将1980、1990、2000、2010年共四期土地利用分类结果遥感影像空间叠加变化检测分析，得到1980～1990年、1990～2000年、2000～2010年三个研究时段土地利用类型转移结果空间分布图(如图3所示).

(1)

对研究区的DEM数据进行了填洼、高程渐增(消除平行河道)、依据坡降法计算流向累积流量、生成河流(根据累积流量确定生成河流规模)连接成河网、提取松花江流域内的水系与流域边界.应用该边界范围图层对镶嵌后的影像进行裁剪，对裁剪后的松花江流域遥感影像进行精确分类(如图1所示)，最后对分类结果统计分析.

电气自动化的发展，得益于近现代科技的进步与相关理论的出现，总体来看，电气自动化的发展主要受以下三个方面因素的影响：

综合土地利用动态度，描述研究区土地利用变化的速度，其公式为：

(2)

由图3可知，图中白色区域是土地利用类型没有变化的，红色、绿色、蓝色区域分别代表耕地和建设用地、林地和水域、草地和裸地转移为了其它土地利用类型；在三个研究时段内松花江流域土地利用都发生了较大的变化，其中以耕地、林地、草地类型面积转移最为明显.土地利用类型的转移变化在各研究时段有很大不同，其中A图耕地、林地、草地转移变化最为剧烈，D图建设用地、水域、裸地转移变化最小.

根据上述公式计算出松花江流域土地利用6种类型的年变化率(见表3).结果表明松花江流域1980～2010年30 a间土地利用变化速度较快，年均变化率于1980～1990年、1990～2000年、2000～2010年分别达1.398%、1.824%、1.723%；各用地类型在不同研究时段，土地利用年均变化率有较大差异，其中裸地和水域在1980～1990年的面积变化速度最大，年变化率分别达15.64%和13.49%，耕地和林地面积变化速度较小，年变化率分别只有-0.66%和-0.61%；1990～2000年草地和裸地面积变化速度较大，年变化率分别达-2.71%和3.02%，建设用地和水域面积变化速度较小，年变化率分别只有0.44%和-0.46%；2000～2010年草地和水域面积变化速度较大，年变化率分别达3.86%和2.27%，林地和裸地面积变化速度较小，年变化率分别只有0.14%和-0.29%；耕地和林地面积在三个研究时段内年变化率都不大，是由于总量较大，其变化部分所占比例都较小.上述研究结果忽略了土地利用变化的内在过程，只反映了土地利用的数量上的变化.

表 3 1980～ 2010年单一土地利用动态度 %

2.3松花江流域土地利用变化空间分布特征

2.3.1 松花江流域土地利用类型转移矩阵

转移矩阵可以全面而又具体刻画区域土地利用变化的结构特征与各用地类型变化的方向^[35]，不仅可以反映研究初期、研究末期的土地利用类型结构，同时还可以反映研究时段内各土地利用类型的转移变化情况^[21]，便于了解研究期初各土地类型的流失去向和研究期末各土地利用类型来源与构成.

为了分析松花江流域各土地利用类型的转移去向和来源构成，分别将1980年的MSS遥感影像、1990、2000、2010年的TM遥感影像土地利用分类结果，进行1980～1990年、1990～2000年、2000～2010年空间叠加变化检测分析，得到松花江流域三个研究时段内土地利用类型转移矩阵(见表4、表5、表6).由结果可知，1980～2010年30 a间耕地、建设用地、水域、林地、草地、裸地之间都发生了明显的转移变化，在三个研究时段内耕地、林地与草地面积发生转移变化较多，其中耕地转入主要来源是林地和草地，转入面积分别为林地 22011.42 km²、19949.55 km²、7136.14 km²和草地33960.09 km²、22655.22 km²、7835.48 km²；林地转入面积主要来源于耕地和草地，转入面积分别为耕地29596.82 km²、8059.71 km²、13592.01 km²和草地17863.41 km²、19818.53 km²、15629.21 km²；草地转入面积主要来源于耕地和林地，转入面积分别为耕地23608.38 km²、8144.67 km²、17958.73 km²和林地28225.16 km²、20156.39 km²、21652.95 km².在三个研究时段内耕地的另外一个主要去向是被建设用地侵占.人口的增长和农业生产的发展使得耕地拓展面积增加，退耕还林退耕还草政策作用使得耕地与林地、草地间转移变化.

表 4 1980～ 1990年松花江流域用地类型转移矩阵 km²

表 5 1990～ 2000年松花江流域用地类型转移矩阵 km²

表 6 2000～ 2010年松花江流域用地类型转移矩阵 km²

2.3.2 松花江流域土地利用类型转移空间分布特征

单一土地利用动态度，表达的是研究区一定时间范围内某种土地利用类型数量变化情况，其表达式为：

式中:ΔLU _i-j 为研究时段内第i 类用地类型转为非i 类用地类型面积的绝对值；LU _i 为研究期初第i 类用地类型的面积；n 为该研究区土地利用类型总数.T 为研究时段长，当T 时段设定为年时，LC 为研究时段内综合土地利用动态度的年变化率.

图 3土地利用类型转移结果空间分布图

在1980～1990年、1990～2000年、2000～2010年三个时段内土地利用变化表现出明显的区域时空差异特征，其中松花江流域的西北部大兴安岭地区、中东部的小兴安岭地区、东南部的长白山部分地区土地利用变化在三个时段内都较小，主要是山区的林地.

在1980～1990年时段内松花江流域耕地减少主要集中在中西部，转出为草地和裸地，西北部、西南部和东部耕地转出主要呈现出零星、零散分布特征，转出为林地和草地；林地的转出主要集中在大、小兴安岭的北部，长白山北部，林地转出为耕地；草地转出主要集中在松嫩平原和三江平原，草地转出为耕地.

在1990～2000年时段内耕地转出主要分布在嫩江和松花江上游部分地区；林地转出主要分布在大、小兴安岭北部、松花江流域西部的大兴安岭部分地区、松花江流域南部和东部的部分山区；草地转出主要分布在松花江流域的东南部和嫩江与松花江交汇的西部，在松花江流域的西北部、南部和东部草地转出呈现零星零散分布.

在2000～2010年时段内耕地转出不很集中，主要分布在松花江流域的中部和东部；林地转出主要分布在大小兴安岭北部和松花江流域南部的山区；草地转出主要分布在松花江流域的西部、东南部、北部的山麓地区.

松花江流域1980～2010年30a内土地利用变化主要发生在大小兴安岭、长白山的山麓地区，盐碱沼泽和草地沼泽地区，沙地土地贫瘠地区.

3 结论

(1)松花江流域1980～2010年30 a内土地利用发生了大幅变化，林地面积减少32620 km²，耕地面积减少11528 km²，草地面积有所减少，但幅度不大，建设用地面积逐年增加，增加了13350 km²，水域面积增加26455 km²，裸地面积增加17816 km².

土地利用动态度可以定量描述区域土地利用变化的速度，它对比较土地利用变化的的区域差异和预测未来土地利用变化趋势都有积极的作用^[34].

(2)松花江流域30 a来土地利用年平均变化速度达到1.65%，其中1980～1990年时段水域和裸地面积变化速率最大，分别以年均20.24%和23.46%增加，建设用地面积年均变化速率达到了5.35%，耕地和林地面积变化速率最小，分别以年均0.66%和0.61%的速度减少.

1990～2000年时段草地、林地和水域面积都有不同程度减少，其中草地面积减少速率最快，达到了年均2.71%，裸地、耕地和建设用地面积都有不同程度增加，其中裸地面积增加速率最快，达到年均3.02%，建设用地面积增加速率较小，年均只有0.44%.

驮子说的这些话让我们岭北周村的人很感动，很多人都说驮子是个明事理的主儿。现在又不是古代社会了，不是非要读书一条路的。尽管说这些话的人内心里依然希望自己的孩子能够读好书，能够在学校里获奖，当三好学生。我们岭北人的感动主要是觉得驮子没有给周小羽施加压力，这在我们岭北人看来着实不容易。这样一来，驮子在我们岭北人的眼里就更加完美了，这个被人说黄色笑话都要脸红的男人，不仅大方，而且还没有掉在只有读书才能成才的筐里。

2000～2010年时段耕地和裸地面积分别以年均1.41%和0.29%的速率减少，林地、草地、水域和建设用地面积都有不同程度增加，其中草地面积增加速率较快，达到了年平均3.86%.

第一，本研究领域尚未形成稳定的核心期刊。在本次统计范围内，刊登有关文献6篇及以上的期刊仅20种，共刊登有关文献160篇，占同期有关文献总量的18.120%。即使把刊登有关文献4篇及以上的刊物计算在内，也不过刊登有关文献207篇，占23.443%。与核心期刊应当达到的标准相去甚远。

(3)根据土地利用类型转移矩阵计算分析，松花江流域30 a来各种土地利用类型都发生了较大的转移变化，其中以林地、耕地和草地面积转移变化较多.

(4)通过土地利用类型转移变化空间分布图分析，松花江流域土地利用变化表现出明显的区域时空差异特征，30年来其西北部、中东部和东南部的山地林区土地利用变化都较小.

怎样进行知识点复习，才能让学生愿意听讲，切实提高复习效率呢？这是我们每位数学教师都应思考的问题.本文将结合《等差、比数列》的知识点复习，与读者交流复习方法，以期抛砖引玉.

1980～1990年耕地、林木和草地面积转移变化较多，其中耕地转移变化主要发生在松花江流域的中西部，草地转移变化主要发生在松嫩平原和三江平原，林地转移变化主要集中在小兴安岭和长白山；1990～2000年和2000～2010年两时段内林地、耕地和草地面积转移变化有所减少，主要发生在大、小兴安岭和长白山山麓地带.

参 考 文 献

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Spatial -temporal Change of Land Use in the Songhua River Basin during 1980～2000

Yan Guanfa¹, Du Baili²,Zhang Dongyou¹, Ye Huaxiang¹, Jing Weiwei¹

(1.Harbin Normal University,2.Water Conservancy and Hydropower Survey Design Institute of Heilongjiang Province)

Abstract :To study the changes of land use in the Songhua River basin，remote sensing image data of 1980, 1990, 2000 and 2010 were used. After precise classification, spatial superposition operation and mathematical statistical analysis, the quantitative and spatial changes of land use in Songhua River Basin during 1980-1990, 1990-2000 and 2000-2010 were revealed. The main conclusions are: (1) Land use in the Songhua River Basin has changed significantly in the 30 years from 1980 to 2010. The area of forest, arable land and grassland has been reduced to varying degrees, of which the area of forest has decreased most, reducing 32,620 km². The area of construction land, waters and bare land has increased to varying degrees, of which the area of water areas has increased the most, by 26,455 km²; (2) The average annual rate of land use change in the Songhua River basin over the past 30 years has reached 1.65 %; (3) The Songhua River Basin has undergone major changes in various types of land use in the past 30 years, among which there have been many changes in the transfer of forest land, arable land and grassland areas; (4) Land use changes in the Songhua River basin show obvious regional spatial and temporal differences. In the past 30 years, land use changes in mountain forest areas in the Northwest, Middle East and Southeast have been relatively small.

Keywords : Change of land use; Spatio-temporal change; Remotesensing image; GIS;The Songhua River Basin

中图分类号： F301.24

文献标识码： A

文章编号： 1000-5617( 2019) 04-0086-08

收稿日期： 2019-05-13

*基金项目： 黑龙江省教育厅项目(12541228)

**通讯作者

(责任编辑：季春阳)

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