基于rs和gis的海南八門灣土地利用覆蓋空間變化及其驅(qū)動(dòng)因素分析

基于rs和gis的海南八門灣土地利用覆蓋空間變化及其驅(qū)動(dòng)因素分析

土地是人類生存的必要基礎(chǔ)設(shè)施。土地資源配置的合理性與人類的生存發(fā)展密切相關(guān)。土壤使用改變（lucc）源于人們對(duì)全球氣候變化和環(huán)境變化的關(guān)注。國(guó)際生物圈計(jì)劃（igbp）、全球環(huán)境變化（iwdp）和聯(lián)合國(guó)家糧農(nóng)組織（fao）先后建立了各自的特別委員會(huì)，并在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了研究。隨著土壤利用的快速發(fā)展，利用gis方法提取土地利用信息，并對(duì)土地利用變化、土地質(zhì)量、水文和碳循環(huán)之間的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了探討。海灣是深入陸地形成明顯水曲的海域,是進(jìn)行現(xiàn)代海洋開(kāi)發(fā)的重要基地,也是人類從事海洋活動(dòng)的重要場(chǎng)所.處于陸域生態(tài)系統(tǒng)與海域生態(tài)系統(tǒng)過(guò)渡帶上的海灣區(qū)域?qū)τ谌驓夂蚝腿祟惢顒?dòng)影響十分敏感,其土地利用變化可以深刻的反映沿海區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境所造成的影響.本文以海南八門灣地區(qū)為例,分析研究區(qū)域1988年、1998年、2009年土地利用類型的空間變化,探討了八門灣地區(qū)土地利用/覆蓋的時(shí)空變化特征及驅(qū)動(dòng)力因素.1研究區(qū)域概況八門灣位于文昌市東南部,地理坐標(biāo)范圍為:北緯19°28′15″～19°43′44″,東經(jīng)110°42′35″～110°57′14″.八門灣因東邊的文教河與西邊文昌河在海灣出?？诮粎R,形成一個(gè)“八”字,故而得名八門灣,所轄灣內(nèi)海域面積約680多hm2.流經(jīng)研究區(qū)域的河流眾多,主要以文教河、文昌河及其各支流所形成的水系為主.本文研究范圍包括清瀾鎮(zhèn)、文城鎮(zhèn)、頭苑鎮(zhèn)、東閣鎮(zhèn)、文教鎮(zhèn)和東郊鎮(zhèn),總面積約35377.73hm2,年平均氣溫為23.9℃,最冷月平均氣溫14.8℃.日照充分,日照數(shù)為2068.1h/a,年總太陽(yáng)輻射量為125.0kPa/cm2.年降雨量為1740.5mm,蒸發(fā)量為1115.7mm.八門灣區(qū)域降雨主要集中在5～10月,雨量占全年總降雨量的79%,擁有優(yōu)越的發(fā)展熱帶農(nóng)業(yè)的自然條件.研究區(qū)域的地理位置見(jiàn)圖1.2數(shù)據(jù)來(lái)源和調(diào)查依據(jù)本文分別選取1988、1998、2009年三期多波段掃描(TM)影像,目視解譯標(biāo)志采用海南省生態(tài)監(jiān)測(cè)2009年、2010年兩期野外定點(diǎn)數(shù)據(jù)建立目視解譯數(shù)據(jù)庫(kù).本文的數(shù)據(jù)調(diào)查依據(jù)有《海洋生態(tài)調(diào)查指南》、《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)范》、《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)工作管理暫行規(guī)定(試行)》(中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站海字49號(hào))、《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》.相關(guān)資料有《文昌市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》、《文昌市產(chǎn)業(yè)布局圖》、《海南省環(huán)境公報(bào)(1998—2009》、《海南統(tǒng)計(jì)年鑒》.3學(xué)習(xí)方法3.1萬(wàn)地形校正軟件.r本文采用ERDASIMAGINE2011的raster模塊,在其中完成影像的波段組合、影像鑲嵌、大氣校正、去云等操作.利用數(shù)字化海南省1∶10萬(wàn)地形圖對(duì)影像進(jìn)行幾何校正,校正后的像元誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi)進(jìn)行重采樣.3.2解譯和定位本文的土地覆蓋類型分類參照《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)范》和全國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)體系要求分為19個(gè)類型(見(jiàn)表1).解譯的標(biāo)準(zhǔn)參考海南省環(huán)境監(jiān)測(cè)總站2009、2010年生態(tài)監(jiān)測(cè)解譯標(biāo)志和野外全球定位系統(tǒng)(GPS)定點(diǎn)記錄土地覆蓋類型特征確定.3.3基于遙感影像的解譯首先,影像需要根據(jù)地物形狀和波譜信息進(jìn)行多尺度初步分割,本文參考eCongniton公司《面向?qū)ο蠓诸愑脩襞嘤?xùn)手冊(cè)》中參數(shù)尺度設(shè)置的40種組合對(duì)比,并考慮本文選取影像的質(zhì)量和類型,選取分割效果較好的分割參數(shù),即形狀尺度0.4,緊致度0.3.面向?qū)ο蟮姆诸愂恰叭藱C(jī)交互”操作的過(guò)程,在分類參數(shù)設(shè)置板中對(duì)于色調(diào)、形狀、紋理、層次、位置關(guān)系等信息需要反復(fù)的對(duì)比和驗(yàn)證,充分了解對(duì)象信息.本文利用解譯標(biāo)準(zhǔn)信息,通過(guò)影像的波譜信息及其組合變化,綜合紋理、相互位置關(guān)系、上下關(guān)系、形狀、影像運(yùn)算的NDVI值等在分類器中建立分類信息知識(shí)庫(kù).最終的分類結(jié)果需進(jìn)行人工目視解譯來(lái)消除部分局部分類錯(cuò)誤,對(duì)某些地類進(jìn)行合并或分割.從目前遙感影像上來(lái)看,同物異譜、同譜異物普遍存在.如同一地類可由于雨水淹沒(méi)和覆蓋植被生長(zhǎng)時(shí)期的不同而產(chǎn)生不同的光譜特征.因此,對(duì)于室內(nèi)解譯的結(jié)果要結(jié)合野外定點(diǎn)進(jìn)行修正,本文的解譯結(jié)果經(jīng)2010年海南生態(tài)監(jiān)測(cè)40個(gè)定點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,其中同物異譜點(diǎn)4個(gè),同譜異物點(diǎn)1個(gè),分類精度達(dá)到85.71%.3.4單一土地利用動(dòng)態(tài)度為了更加直觀、科學(xué)地反映單一土地覆蓋類型變化的程度,本文采用衡量土地覆蓋面積變化速度的單一土地利用動(dòng)態(tài)度來(lái)進(jìn)行分析.土地利用動(dòng)態(tài)度模型在一定程度上真實(shí)地放映了土地利用類型的變化劇烈程度,單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度的表達(dá)式為:式中,K為單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度;Ua、Ub分別表示某土地利用類型研究初期和研究末期的土地面積;t1表示研究初期;t2表示研究末期.4土地覆蓋類型變化率分析對(duì)1988、1998、2009年3年的土地覆蓋類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見(jiàn)表2)進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),土地的利用方式發(fā)生了較為顯著的變化.1988年至1998年10年間養(yǎng)殖水面迅猛增長(zhǎng),由1988年的577.81hm2增至1998年的2009.63hm2,面積增長(zhǎng)了近2.5倍;觀之1998年至2009年11年間,面積增長(zhǎng)率有所回落,但2009年養(yǎng)殖水域面積較1998年仍然增長(zhǎng)了54.87%.其次,增加幅度較大的是果園和水田,對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),1988年至1998年10年間兩者面積分別增加了1353.29hm2和1741.06hm2,增長(zhǎng)率分別為41.53%和24.56%;1998年至2009年11年間,果園面積由1998年的4612.17hm2增至2009年的5698.43hm2,增長(zhǎng)率為23.55%,而2009年水田面積較1998年增長(zhǎng)了23.31%.同樣,分析土地覆蓋類型變化減少幅度可知,減少幅度較大的是天然林、紅樹(shù)林和旱作耕地,對(duì)比1988年至1998年天然林面積減少了83.39%,而1998年至2009年11年間天然林面積變化率有所提升,但仍然降低了21.36個(gè)百分點(diǎn);觀之紅樹(shù)林的減少幅度,1988年至1998年10年間紅樹(shù)林面積減少了752.16hm2,降低了49.35個(gè)百分點(diǎn),而2009年紅樹(shù)林面積較1998年降低了16.71%,這主要是由于八門灣海域沿岸大力發(fā)展高位池塘養(yǎng)殖而造成對(duì)紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)的破壞,從而導(dǎo)致紅樹(shù)林面積的減少.如圖3所示,為對(duì)比明顯的需要,本文選取清瀾鎮(zhèn)與文教河附近紅樹(shù)林TM影像進(jìn)行對(duì)比,可從中看到原來(lái)大面積的紅樹(shù)林覆蓋區(qū)域(紅色標(biāo)記區(qū)域)如今已經(jīng)被開(kāi)辟為養(yǎng)殖水塘,紅樹(shù)林四周利用其肥沃的土壤環(huán)境種上了水稻或其他農(nóng)作物.由于近年來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人口增長(zhǎng)較快,城鎮(zhèn)化的步伐也不斷加快,而城鎮(zhèn)化的進(jìn)程必然占用大量的耕地,引起旱作耕地面積銳減,1988年至1998年10年間耕地較少了4607.21hm2,減少幅度為32.11個(gè)百分點(diǎn),而2009年耕地面積相比1998年減少了4802.03hm2,降低了49.29%,是減少面積較大的土地覆蓋類型之一.從表2中還可以看出,1988年至1998年10年間、1998年至2009年11年間,養(yǎng)殖水面、果園、漿紙林均呈現(xiàn)較高的正動(dòng)態(tài)度,表明這三大土地覆蓋類型的面積在這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)增加迅速.反觀天然林、紅樹(shù)林和旱作耕地這幾種土地覆蓋類型,分別在這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)表現(xiàn)出較大的負(fù)動(dòng)態(tài)度,反映出這三種土地利用方式的地類面積呈現(xiàn)逐年減少的相對(duì)穩(wěn)定態(tài)勢(shì).觀察圖4可知,八門灣區(qū)域的土地利用類型以旱作耕地、水田和果園為主,其面積所占百分比較高,三者的面積總和約占到該區(qū)域土地總面積的一半以上,其中1988年這三種土地利用類型各占該區(qū)域總面積的百分比約40%、20%、10%;1998年其各占該區(qū)域總面積的百分比約28%、25%、17%;2009年其各占該區(qū)域總面積的百分比約15%、30%、17%.5年度動(dòng)力因子分析5.1特色農(nóng)業(yè)模式研究區(qū)域所處地域具有明顯的熱帶季風(fēng)島嶼型氣候特征,光、熱、水、濕條件優(yōu)越,終年溫暖無(wú)冬.研究區(qū)域水資源較為豐富,文昌市兩個(gè)重要的水源保護(hù)區(qū)就分布于轄區(qū)內(nèi),分別是位于頭苑鎮(zhèn)和文城鎮(zhèn)交界處的下園水閘飲用水水源保護(hù)區(qū),以及位于清瀾鎮(zhèn)的深田水庫(kù)飲用水水源保護(hù)區(qū).加之區(qū)域內(nèi)大量濕地區(qū)域的存在,為區(qū)域的水域提供了更豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源和良好的環(huán)境容納量.這一特點(diǎn)使得研究區(qū)域具有發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和水田種植業(yè)的較大優(yōu)勢(shì),使得1988年至2009年間以圍海養(yǎng)殖和高位池養(yǎng)殖為主的水產(chǎn)養(yǎng)殖水面面積大量出現(xiàn).但區(qū)域存在降雨時(shí)間上分布不均衡的制約,旱雨季分明,每年雨季在8～11月伴隨著強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng).這一特點(diǎn)決定了區(qū)域不適合大片高位芽植被類型生長(zhǎng),也不適合大面積橡膠林等經(jīng)濟(jì)林木的栽種.因此,天然林和橡膠林的分布面積較小,且分布取決于局域小氣候,使得空間分布較為分散.同時(shí)應(yīng)注意到,海南地處亞熱帶、熱帶氣候區(qū),一般農(nóng)業(yè)耕作采取水旱輪作的方式,以充分利用不同季節(jié)的水文、光照和熱量條件.因而區(qū)域內(nèi)的旱作耕地與水田間的相互轉(zhuǎn)換隨季節(jié)更替而變化,變化速率較快.5.2社會(huì)經(jīng)濟(jì)支持因素5.2.1水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)年增長(zhǎng)量,選型土地覆蓋類型變化增加幅度最大的是養(yǎng)殖水面,由于近年來(lái)文昌市大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè),觀察前文圖2可知,沿文教河入?？谥涟碎T灣出?？谘匕兑痪€布設(shè)建造了大量的圍欄養(yǎng)殖塘.水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的年人均純收入可以達(dá)到2000～7000元/hm2,而種植業(yè)的年均純收入僅200～1400元/hm2,利益差異顯著.5.2.2文昌市和文昌市水稻優(yōu)勢(shì)區(qū)面積增加除去自然因素的原因,果園面積的增長(zhǎng)與近年來(lái)文昌市大力發(fā)展香蕉、芒果等熱帶水果種植產(chǎn)業(yè)密切相關(guān),而根據(jù)國(guó)家農(nóng)業(yè)部制定的種植業(yè)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品區(qū)域布局規(guī)劃,海南省12個(gè)市縣被列入東南沿海水稻優(yōu)勢(shì)區(qū),文昌市作為水稻優(yōu)勢(shì)區(qū)之一,在穩(wěn)定水稻面積的基礎(chǔ)上,水田面積已呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì).6區(qū)域土地利用/覆蓋空間格局變化的主導(dǎo)因素本文采用遙感(RS)與GIS相結(jié)合的技術(shù)手段,對(duì)八門灣地區(qū)的土地利用/覆蓋時(shí)空變化進(jìn)行了分析,結(jié)合自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面的驅(qū)動(dòng)因子探討了典型地類的變化的內(nèi)資驅(qū)動(dòng)力.結(jié)果表明,在1988年至2009年的21年間,養(yǎng)殖水面、水田和果園保持較高的增長(zhǎng)速度,而紅樹(shù)林、天然林和旱作耕地則呈現(xiàn)大面積的減少.這其中包含自然條件的因素,如導(dǎo)致旱作耕地的減少與水田面積的增加,自然驅(qū)動(dòng)因子是區(qū)域內(nèi)土地利用/覆蓋空間基本分布格局的主導(dǎo)因素.更重要的是,經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)用地的迅速增長(zhǎng)反映出經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使和產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)業(yè)布局對(duì)土地利用的方向選擇的影響,是土地利用/覆蓋空間格局變化的主