基于rs和gis的海南八门湾土地利用覆盖空间变化及其驱动因素分析

基于rs和gis的海南八门湾土地利用覆盖空间变化及其驱动因素分析

土地是人类生存的必要基础设施。土地资源配置的合理性与人类的生存发展密切相关。土壤使用改变（lucc）源于人们对全球气候变化和环境变化的关注。国际生物圈计划（igbp）、全球环境变化（iwdp）和联合国家粮农组织（fao）先后建立了各自的特别委员会，并在相关领域进行了研究。随着土壤利用的快速发展，利用gis方法提取土地利用信息，并对土地利用变化、土地质量、水文和碳循环之间的环境效应进行了探讨。海湾是深入陆地形成明显水曲的海域,是进行现代海洋开发的重要基地,也是人类从事海洋活动的重要场所.处于陆域生态系统与海域生态系统过渡带上的海湾区域对于全球气候和人类活动影响十分敏感,其土地利用变化可以深刻的反映沿海区域经济发展对生态环境所造成的影响.本文以海南八门湾地区为例,分析研究区域1988年、1998年、2009年土地利用类型的空间变化,探讨了八门湾地区土地利用/覆盖的时空变化特征及驱动力因素.1研究区域概况八门湾位于文昌市东南部,地理坐标范围为:北纬19°28′15″～19°43′44″,东经110°42′35″～110°57′14″.八门湾因东边的文教河与西边文昌河在海湾出海口交汇,形成一个“八”字,故而得名八门湾,所辖湾内海域面积约680多hm2.流经研究区域的河流众多,主要以文教河、文昌河及其各支流所形成的水系为主.本文研究范围包括清澜镇、文城镇、头苑镇、东阁镇、文教镇和东郊镇,总面积约35377.73hm2,年平均气温为23.9℃,最冷月平均气温14.8℃.日照充分,日照数为2068.1h/a,年总太阳辐射量为125.0kPa/cm2.年降雨量为1740.5mm,蒸发量为1115.7mm.八门湾区域降雨主要集中在5～10月,雨量占全年总降雨量的79%,拥有优越的发展热带农业的自然条件.研究区域的地理位置见图1.2数据来源和调查依据本文分别选取1988、1998、2009年三期多波段扫描(TM)影像,目视解译标志采用海南省生态监测2009年、2010年两期野外定点数据建立目视解译数据库.本文的数据调查依据有《海洋生态调查指南》、《土地利用现状调查技术规范》、《近岸海域环境监测工作管理暂行规定(试行)》(中国环境监测总站海字49号)、《海洋监测规范》.相关资料有《文昌市土地利用总体规划(2006—2020年)》、《文昌市产业布局图》、《海南省环境公报(1998—2009》、《海南统计年鉴》.3学习方法3.1万地形校正软件.r本文采用ERDASIMAGINE2011的raster模块,在其中完成影像的波段组合、影像镶嵌、大气校正、去云等操作.利用数字化海南省1∶10万地形图对影像进行几何校正,校正后的像元误差控制在0.5个像元以内进行重采样.3.2解译和定位本文的土地覆盖类型分类参照《土地利用现状调查技术规范》和全国生态环境监测评价体系要求分为19个类型(见表1).解译的标准参考海南省环境监测总站2009、2010年生态监测解译标志和野外全球定位系统(GPS)定点记录土地覆盖类型特征确定.3.3基于遥感影像的解译首先,影像需要根据地物形状和波谱信息进行多尺度初步分割,本文参考eCongniton公司《面向对象分类用户培训手册》中参数尺度设置的40种组合对比,并考虑本文选取影像的质量和类型,选取分割效果较好的分割参数,即形状尺度0.4,紧致度0.3.面向对象的分类是“人机交互”操作的过程,在分类参数设置板中对于色调、形状、纹理、层次、位置关系等信息需要反复的对比和验证,充分了解对象信息.本文利用解译标准信息,通过影像的波谱信息及其组合变化,综合纹理、相互位置关系、上下关系、形状、影像运算的NDVI值等在分类器中建立分类信息知识库.最终的分类结果需进行人工目视解译来消除部分局部分类错误,对某些地类进行合并或分割.从目前遥感影像上来看,同物异谱、同谱异物普遍存在.如同一地类可由于雨水淹没和覆盖植被生长时期的不同而产生不同的光谱特征.因此,对于室内解译的结果要结合野外定点进行修正,本文的解译结果经2010年海南生态监测40个定点观测数据验证,其中同物异谱点4个,同谱异物点1个,分类精度达到85.71%.3.4单一土地利用动态度为了更加直观、科学地反映单一土地覆盖类型变化的程度,本文采用衡量土地覆盖面积变化速度的单一土地利用动态度来进行分析.土地利用动态度模型在一定程度上真实地放映了土地利用类型的变化剧烈程度,单一土地利用类型动态度的表达式为:式中,K为单一土地利用类型动态度;Ua、Ub分别表示某土地利用类型研究初期和研究末期的土地面积;t1表示研究初期;t2表示研究末期.4土地覆盖类型变化率分析对1988、1998、2009年3年的土地覆盖类型统计结果(见表2)进行对比分析发现,土地的利用方式发生了较为显著的变化.1988年至1998年10年间养殖水面迅猛增长,由1988年的577.81hm2增至1998年的2009.63hm2,面积增长了近2.5倍;观之1998年至2009年11年间,面积增长率有所回落,但2009年养殖水域面积较1998年仍然增长了54.87%.其次,增加幅度较大的是果园和水田,对比分析发现,1988年至1998年10年间两者面积分别增加了1353.29hm2和1741.06hm2,增长率分别为41.53%和24.56%;1998年至2009年11年间,果园面积由1998年的4612.17hm2增至2009年的5698.43hm2,增长率为23.55%,而2009年水田面积较1998年增长了23.31%.同样,分析土地覆盖类型变化减少幅度可知,减少幅度较大的是天然林、红树林和旱作耕地,对比1988年至1998年天然林面积减少了83.39%,而1998年至2009年11年间天然林面积变化率有所提升,但仍然降低了21.36个百分点;观之红树林的减少幅度,1988年至1998年10年间红树林面积减少了752.16hm2,降低了49.35个百分点,而2009年红树林面积较1998年降低了16.71%,这主要是由于八门湾海域沿岸大力发展高位池塘养殖而造成对红树林生态系统的破坏,从而导致红树林面积的减少.如图3所示,为对比明显的需要,本文选取清澜镇与文教河附近红树林TM影像进行对比,可从中看到原来大面积的红树林覆盖区域(红色标记区域)如今已经被开辟为养殖水塘,红树林四周利用其肥沃的土壤环境种上了水稻或其他农作物.由于近年来社会经济的不断发展,人口增长较快,城镇化的步伐也不断加快,而城镇化的进程必然占用大量的耕地,引起旱作耕地面积锐减,1988年至1998年10年间耕地较少了4607.21hm2,减少幅度为32.11个百分点,而2009年耕地面积相比1998年减少了4802.03hm2,降低了49.29%,是减少面积较大的土地覆盖类型之一.从表2中还可以看出,1988年至1998年10年间、1998年至2009年11年间,养殖水面、果园、浆纸林均呈现较高的正动态度,表明这三大土地覆盖类型的面积在这两个时间段内增加迅速.反观天然林、红树林和旱作耕地这几种土地覆盖类型,分别在这两个时间段内表现出较大的负动态度,反映出这三种土地利用方式的地类面积呈现逐年减少的相对稳定态势.观察图4可知,八门湾区域的土地利用类型以旱作耕地、水田和果园为主,其面积所占百分比较高,三者的面积总和约占到该区域土地总面积的一半以上,其中1988年这三种土地利用类型各占该区域总面积的百分比约40%、20%、10%;1998年其各占该区域总面积的百分比约28%、25%、17%;2009年其各占该区域总面积的百分比约15%、30%、17%.5年度动力因子分析5.1特色农业模式研究区域所处地域具有明显的热带季风岛屿型气候特征,光、热、水、湿条件优越,终年温暖无冬.研究区域水资源较为丰富,文昌市两个重要的水源保护区就分布于辖区内,分别是位于头苑镇和文城镇交界处的下园水闸饮用水水源保护区,以及位于清澜镇的深田水库饮用水水源保护区.加之区域内大量湿地区域的存在,为区域的水域提供了更丰富的营养物质来源和良好的环境容纳量.这一特点使得研究区域具有发展水产养殖和水田种植业的较大优势,使得1988年至2009年间以围海养殖和高位池养殖为主的水产养殖水面面积大量出现.但区域存在降雨时间上分布不均衡的制约,旱雨季分明,每年雨季在8～11月伴随着强热带风暴和台风.这一特点决定了区域不适合大片高位芽植被类型生长,也不适合大面积橡胶林等经济林木的栽种.因此,天然林和橡胶林的分布面积较小,且分布取决于局域小气候,使得空间分布较为分散.同时应注意到,海南地处亚热带、热带气候区,一般农业耕作采取水旱轮作的方式,以充分利用不同季节的水文、光照和热量条件.因而区域内的旱作耕地与水田间的相互转换随季节更替而变化,变化速率较快.5.2社会经济支持因素5.2.1水产养殖业年增长量,选型土地覆盖类型变化增加幅度最大的是养殖水面,由于近年来文昌市大力发展养殖业,观察前文图2可知,沿文教河入海口至八门湾出海口沿岸一线布设建造了大量的围栏养殖塘.水产养殖业的年人均纯收入可以达到2000～7000元/hm2,而种植业的年均纯收入仅200～1400元/hm2,利益差异显著.5.2.2文昌市和文昌市水稻优势区面积增加除去自然因素的原因,果园面积的增长与近年来文昌市大力发展香蕉、芒果等热带水果种植产业密切相关,而根据国家农业部制定的种植业优势产品区域布局规划,海南省12个市县被列入东南沿海水稻优势区,文昌市作为水稻优势区之一,在稳定水稻面积的基础上,水田面积已呈现逐年增加的趋势.6区域土地利用/覆盖空间格局变化的主导因素本文采用遥感(RS)与GIS相结合的技术手段,对八门湾地区的土地利用/覆盖时空变化进行了分析,结合自然和社会经济两个方面的驱动因子探讨了典型地类的变化的内资驱动力.结果表明,在1988年至2009年的21年间,养殖水面、水田和果园保持较高的增长速度,而红树林、天然林和旱作耕地则呈现大面积的减少.这其中包含自然条件的因素,如导致旱作耕地的减少与水田面积的增加,自然驱动因子是区域内土地利用/覆盖空间基本分布格局的主导因素.更重要的是,经济生产用地的迅速增长反映出经济利益的驱使和产业政策、产业布局对土地利用的方向选择的影响,是土地利用/覆盖空间格局变化的主