基于RS和GIS的四川省土地利用/覆盖变化及可持续利用研究

LUCC是全球变化研究的核心主题之一，也是社会经济可持续发展的关键问题。改革开放后四川的社会经济发展非常快，在各种因素的驱动下，土地利用/覆盖发生了深刻变化。目前四川省缺乏基于实际调查数据的、全域性的、具有连续时间序列的LUCC和驱动力分析及土地可持续利用研究成果，这对我们从全局上把握全省土地利用现状、发展变化趋势，利用土地政策参与宏观调控，实现长期可持续发展目标，建设资源节约型、环境友好型社会极为不利。本研究针对这一问题，选取全川八大土地利用类型作为研究对象，研究了全省1996年到2006年的土地利用/覆盖格局和变化情况，分析了不同尺度的驱动因素，对全省农用地和建设用地的集约利用状况、潜力进行了分析评价，并提出相应的对策措施。 1．1996年-2006年10年来整个省域的土地利用/覆盖格局变化。 （1）1996年-2006年全省的土地利用/覆盖格局 1996年，全省是一个以农用地为主的土地利用/覆盖格局，林地和牧草地属于优势覆盖类型（合占69.17%），居民点及工矿用地和交通用地合占只有3%左右。 2000年的LUCC格局较为明显的特点是耕地所占比重下降0.4个百分点，水域和未利用土地所占比重有所下降，牧草地保持不变，其余地类所占比重有所上升。 与2000年相比，2004年林草地的优势格局进一步得到强化（合占比重达到70.23%）。耕地面积占幅员面积的比重下降0.83个百分点，略有下降的有未利用土地、水域和牧草地。值得关注的是在“退耕还林还草”的大背景下，牧草地占幅员面积的比重下降0.04个百分点。 到2006年，仍为林草地为主导优势的格局，二者合占上升0.15%。在城市化快速推进的背景下，居民点及工矿用地中的城市用地和建制镇用地占比重超过15%，农村居民点占比重降至76%。交通用地中农村道路占比重降至57.8%,公路用地占比重升至37.5%。五个地貌区的土地利用/覆盖格局与全省的变化基本一致。值得关注的是盆西平原区的交通用地上升幅度和盆地丘陵区的未利用土地的开发利用力度明显大于其它地貌区。 （2）1996-2006年10年间土地利用/覆盖格局的变化 1996-2000年4年间，耕地、水域和未利用地三个地类下降，年均减少0.75、0.19和0.32个百分点。其中耕地年均减少49229.0公顷，约一半流向林地，13.77%流向园地，约20%流向建设用地。另外5个地类面积增长，增长绝对量最大的是林地，年均增长40063.7公顷，交通用地增幅最大，4年年均增长达1.95%。 2001-2004年是西部大开发逐步推进、“退耕还林还草”项目全面展开和土地整理深入实施的关键期，LUCC更为深刻。耕地、未利用地、水域和牧草地四个地类面积下降，其余地类按增长幅度依次是园地、交通用地、居民点及工矿用地和林地。耕地加速下降，年均降幅达到1.59%，其减少去向主要是林地（占66.75%）和园地（占19.84%），其增加来源主要是未利用地、园地和水域。交通用地的增幅最大，为3.96%,其增加主要来源于耕地、未利用土地和林地，分别占49.96%、16.63%和13.09%。居民点及工矿用地增长幅度为3.12%。 从1996年到2006年的10年间，耕地、未利用地、水域和牧草地下降幅度分别为10.36%、3.61%、1.34%和0.26%。园地增幅达23.61%。绝对面积增长最大的则是林地，达630733.3公顷。交通用地和居民点及工矿用地增幅也较大，分别为15.00%和9.31%。 10年间年均总变化量为310326.6公顷，2000年-2004年之间变化最大（为356865.8公顷），高于平均变化量，而1996-2000年间和2004-2006年间都小于平均变化量。 （3）10年间不同地貌区的LUCC变化 盆西平原区的特点是园地大幅上升达77%，居民点及工矿用地和交通用地也大幅上升，耕地、未利用地下降幅度大，该区耕地、水域、未利用地的减少强度和园地、居民点及工矿用地、交通用地的上升强度均居五区第一；盆地丘陵区的特点是牧草地下降幅度大，为-36.89%,交通用地、园地和林地上升幅度较大，该区耕地减少、未利用地减少、林地增加、居民点及工矿用地和交通用地增加的变化强度均居五区相应地类增减的第二位；盆周山地区的特点是耕地减少较多，交通用地和园地增长较大，该区林地变化强度居各区第一位，牧草地和水域变化强度居各区第二位，耕地、居民点及工矿用地和未利用地居各区第三位；川西南山地区的特点是园地、耕地、交通用地和居民点及工矿用地变化幅度大，另外四个地类变化较小。该区减少的牧草地占全省牧草地减少的97.91%，变化强度居各个地貌区的第一位，园地相对变化强度居五区的第二位；川西北高山高原区的特点是耕地大幅下降、园地大幅上升，交通用地升幅也较大，其余地类变化不大。值得注意的是，该区牧草地和水域面积增加，与全省该地类的变化相反。其余地类的相对变化强度均是五个地貌区中最小的。 用变化强度分值考量变化强度，盆西平原区的变化强度最大，盆地丘陵区和盆周山地区的变化强度相当，川西北高山高原区的变化强度则要小得多。 （4）1996年及2006年全省土地利用/覆盖格局的景观生态学分析 全省是以自然景观占优势（占约70%）、农业景观为补充、建设用地景观居于从属地位的土地利用景观格局。景观多样性和均匀度不高。到2006年，全省总的景观格局并无大的改变。总体情况是随着时间的推移和人类活动的加强，区内景观优势度上升、多样性和均匀度变小。但斑块数减少，斑块面积和斑块孔隙度有所增大。斑块的形状指数和分维数均有所下降，表明受人为干扰有加剧的趋势。反映景观格局结构的破碎度指数有轻微下降。景观指数的变化表明全省土地利用有缓慢集中、规模聚集的趋势。 （5）三大生态建设工程对土地利用/覆盖变化的影响 1996-2006年间LUCC与三大生态建设工程实施的耦合分析，发现退耕工程对耕地、林地、牧草地等地类覆盖变化的影响最大，天保工程次之，长防工程最小。 2.四川省LUCC驱动力分析 （1）总体分析： 从整体上分析，人为因素对区域整体LUCC的影响从1996年的63.32%增加到2006年的66.99%，变得日益强烈。同时人为因素影响强度表现出明显的区域差异，地势平缓、经济区位条件好的区域其人为影响强度明显较高。 政策体制转变下的经济高速增长、快速的城市化、工业化过程和生态建设是四川省LUCC宏观尺度的驱动因素。区域的LUCC主要受到了由内向外(从城市到乡村)和由外向内(从山顶向平地)两种作用力的共同推动。局部尺度上，如距离交通线、水利线、中心城市的远近，地形凸起、大型独立项目落址、重污染项目的阻隔等，甚至一些乡规民俗等因素也会成为LUCC的驱动影响因素。在较小的尺度上,人类个体行为选择对LUCC的影响也是存在的。 　　根据驱动因子的特性作者将其划分为驱变、阻变、良性、惰性因子等类型。 （2）分地貌区的驱动因子分析 各地貌区都存在城市化、工业化、生态工程实施、自然灾害等驱动因子，但主次不一。对于盆西平原和盆地丘陵区，城市化、工业化是前两位的因子，而对另外三个地貌区，生态工程实施和产业结构调整则成为第第一、二位的驱动因子。 （3）分地类的驱动因子分析（以坡耕地为例） 分坡度的耕地变化分析发现，耕地减少主要集中在2°以下的平地、15°-25°和25°以上三个坡度级，是其它坡度级耕地减幅的三倍左右。这表明耕地减少受城市化进程和“退耕还林还草”工程驱动影响尤为巨大。 3.土地利用格局优化、集约利用评价和可持续利用及对策研究 （1）土地利用格局优化的战略选择及调整预测 土地利用格局调整的战略是农业生产用地、建设用地和生态及其他用地占幅员的比重分别稳定在13%、7%和80%左右，重点是三大类别内部二级和三级地类的合理调整。 （2）全省土地集约利用评价 全省农用地利用集约度为0.46，总体上集约度不高，处于较适度利用阶段。建设用地利用集约度为0.38，处于较适度利用阶段。集约利用提升空间较大。 农用地的潜力主要在于加强土地保育、完善利用制度、提高单产。城市建设用地的包括存量潜力、强度潜力、结构潜力，空间很大。农村居民点整理潜力可以逐步挖掘。 （3）新增建设用地集约利用的统筹安排 据测算，到2020年，四川省城市建设用地需求量在463850-492360hm2之间，城镇各业新增建设用地规模为361276.79hm2，占用耕地200565.94 hm2。2004-2020年间四川省农村居民点整理潜力33.86万hm2。农村居民点建设用地需求量为70.57万公顷。 （4）土地集约利用措施与坡耕地可持续利用战略 提出了土地集约利用的措施。在对坡耕地生态系统结构与功能分析的基础上，提出坡耕地可持续利用战略与生态恢复战略，并从技术和政策层面提出了坡耕地合理利用和生态退耕的措施和建议。 LUCC is one of the key questions of global change and sustainable development of society. After the opening and reform of China, the society and economy of Sichuan Province developed very fast ,the land-use/cover changed very strong droved by many factors .But nowadays we have no constant spatial-temporal study and driving force analysis about the whole province based on investigation. And it is lack of land sustainable utilization study based on correlative study. So we choose all the land resource in Sichuan, combine RS and GIS and field investigation, and take statistic-mathematic means and system analysis, to study the LUCC patterns and different scale driving force of different physiognomy regions, land cover types and periods; to analyze the current situation and potential of land resource intensive utilization, and gave out corresponding measurements. We found that forest and grassland are the dominant cover types of Sichuan provincial land –use/cover pattern, and becoming more and more stronger from 1996 to 2006,the natural landscape is the metric and occupy 70%,the diversity and evenness index are not high; the totally change quantity from 2000 to 2004 is the biggest; cultivated land especially steep cultivated land ,garden plot, forestry land ,settlement and industry land and traffic land changed relative stronger; among five physiognomy regions ,the changing intensity of PEN XI PING YUAN QU is the biggest, CHUAN XI BEI GAO SHAN GAO QU is smallest; under the background of policy system changing, the fast developing of economy, fast urbanization and industrialization and ecology construction are the macro-scale driving force of Sichuan provincial LUCC; to compare the impacts of “TUI GENG GONG CHENG” on LUCC especially to cultivated land ,forestry land and grassland is strongest, “TIAN BAO GONG CHENG ” is stronger,“ HANG FANG GONG CHENG” is smallest; the intensive utilization level of farmland and construction land of whole province is relative moderation, there is huge potential to excavate and fulfill the increasing demand of construction land；we must take synthetic measurements to accelerate the sustainable utilization of land resource, including administrative, economical ,technological and ecological policies.

GIS应用数据库设计方法

空间信息数据概念模型的建立和业务数据库结构设计是GIS应用数据库建立过程中最主要的两部分工作。能否选择恰当的数据概念模型和数据库结构设计方法是数据库设计能否获得成功的关键所在。通过分析二阶分析模式,一阶分析采用面向对象整体数据模型建立GIS数据库的底层空间数据模型,二阶分析采用语义对象模型设计出实用的数据库结构。并提出了用象形图结合UML的模型表达方式。并以具体实例验证了二阶分析模式及其表达方式的可行性。

GIS支持下的辽宁省地表水环境功能区划

辽宁省现执行的地表水环境功能区划存在着环境功能与实际情况的差别,对水功能区目标期望值过高,难以适应当前环境管理需要。在GIS技术支持下,对辽宁省地表水环境功能进行了调整、核定和重新划分。建议将辽宁省地表水主要水系共划分781个水环境功能区,其中源头水域15个,自然保护区7个,饮用水源保护区204个,渔业用水区287个,景观娱乐用水区54个,工业用水区35个,农业用水区179个;采用基于组件的GIS开发技术,设计实现了辽宁省地表水环境功能区划信息系统,从而为辽宁省水环境功能区划信息管理、水资源保护及科学制定水环境管理方案提供决策支持。

GIS支持下岷江上游土壤侵蚀动态研究

利用TM数据,采用3S技术和通用土壤侵蚀方程(RUSLE)研究岷江上游地区3个典型时期的土壤侵蚀动态,并对影响侵蚀的主要因子进行初步分析.结果表明,研究区3个时期侵蚀面积分别占研究区总面积的1.28%、1.84%和1.70%;年平均侵蚀模数分别为832.64、1048.74和1362.11t.km-2,以微度侵蚀、轻度侵蚀为主,伴有少量的中度侵蚀.侵蚀面积比较小,侵蚀程度比较轻.侵蚀与坡度呈显著正相关,侵蚀大多发生在>25°的区域,1986年占总侵蚀量的93.65%,1995年为93.81%,2000年为92.71%;在海拔上,中山、亚高山、高山以及干旱河谷是侵蚀发生的主要地带,1986年占总侵蚀量的98.21%,1995年为97.63%,2000年为99.27%;不同类型的植被直接影响到侵蚀的发生,灌木林地以及新退耕的疏林地是3个时期侵蚀的主要发生地,过度放牧导致草场退化,也产生了微度侵蚀;侵蚀的发生和土壤类型密切相关,燥褐土、石灰性褐土最易发生侵蚀,是控制侵蚀的重点区域;人口的增长、户数的增加是侵蚀发生的驱动因子,人口与户数增长导致资源需求压力的增大,侵蚀呈线性增加.

RS&GIS支持下的模糊数学宗地评估应用研究

利用RS技术实时、丰富的信息量对宗地估价底图进行定期更新,利用GIS强大的图形数据和属性数据管理和分析功能对宗地资料进行有效管理,建立GIS宗地估价信息系统,从系统中提取相似交易宗地。根据市场比较法原理,运用模糊数学方法进行宗地地价评估。结果表明该方法减少了因素修正时的主观性,提高了评估的精度和效率。

RS与GIS在城市热岛效应研究中的应用

以 TM热红外波段的遥感图象数据 ,结合遥感图象处理软件和地理信息系统软件分别对各种城市用地类型及市内各城区的光谱反射值进行统计 ,同时 ,也对市区和郊区的气象数据进行统计。根据热岛效应的特征、空间分布及其变化 ,提出了相应的防治对策。

基于GIS、RS和RUSLE的林区土壤侵蚀定量研究——以大兴安岭呼中地区为例

U SL E是美国农业部 (U SDA)土壤保持局建立的以大量试验数据为基础的经验性方程 ,主要应用于农业区域的土壤侵蚀的监测 ,现已被广泛应用。 RUSL E是 U SL E的改进方程 ,尽管它们的表达式相同 ,但 RUSL E从技术性和确定因子的两方面进行了改进 ,具有更广泛的应用范围和更高的精度。以地理信息系统 (GIS)、遥感 (RS)和修正的通用土壤流失方程 (RU SL E)为核心 ,根据呼中地区 1990年遥感影像解译数据、统计资料和实地考察得到地貌、植被、降雨量 ,林业采伐 ,火烧迹地等资料 ,确定方程中各因子 ,并介绍林区各因子确定的方法 ,对大兴安岭呼中地区土壤流失量进行了定量化分析 ,评价该区森林采伐和火烧对土壤流失的影响 ,进行水土流失的定量评价。结果表明呼中地区总水土流失量为 4 2 75 37.5 t/ a,大部分地区小于 3.5 t/ (hm2 · a) ,低于水利部 1984年颁布的允许流失量标准 (2～ 10 t/ hm2 · a) ,总体水土保持良好。但是研究区内水土流失严重地区十分集中 ,主要分布在坡度较陡处和火烧、采伐迹地。在无人类和火烧干扰的情况下坡度对水土流失影响最显著。

基于GIS的鞍山市水土流失敏感性评价

基于地理系统系统GIS技术,结合水土流失通用方程,应用DEM和土地利用数据对鞍山市的水土流失敏感性按照生态功能区划暂行规程进行了评价。结果表明:鞍山市土壤侵蚀敏感性较低,轻度敏感性以下区域占大部分,约为72.90%;中度敏感区次之,约为26.08%;高度敏感区所占比例最低,约为约为1.02%,但由于易发生土壤侵蚀应引起特别注意。最后对各敏感区提出了治理建议。

基于GIS的大兴安岭森林火险区划

以黑龙江省大兴安岭图强林业局育英林场和奋斗林场为研究区,以GIS技术为支撑,选取植被类型、海拔、坡度、坡向和离居住区远近作为主要林火影响因子,采用因子加权叠置法,对研究区森林火险情况进行了定量评价,将火险等级分为无、低、中、高和极高5类.结果表明,无、低、中、高和极高火险区分别占研究区的0.37%、0.63%、38.67%、58.63%和1.70%,符合正态分布;中及以上火险区占60.33%,说明研究区森林火灾管理任务仍相当繁重;森林火险等级的地域分异明显,中部高四周低,在不同林火影响因子上的分异十分明显;火险等级与1987年的火烧强度具有较强的一致性,说明火险区划结果具有较高的可靠性,可为林业部门进行森林火灾管理提供有价值的参考.

基于GIS的喀斯特高原山区石漠化景观格局变化分析

石漠化是广泛存在于中国西南地区的一种生态-地质灾害,目前已成为备受关注的研究热点和难点。为了解喀斯特高原山区石漠化景观的时空变化,以贵州省普定县南部的典型喀斯特高原山区后寨河流域为例,以3期遥感影像(1987年和1995年的TM影像与2004年的SPOT-5影像)作为数据源,借助于ArcGIS9.0等软件和数理统计分析方法,从石漠化强度分级的角度对近18a来石漠化的动态变化进行了研究。结果表明:从整体上来看,整个流域的石漠化出现扩展的趋势,其中前期(1987-1995年)的扩展速度为6.55hm2/a,后期(1995-2004年)的扩展速度为29.64hm2/a,扩展速度呈现增加的趋势。其中,轻度石漠化的面积呈现出先减少后增加的趋势;而中度石漠化和强度石漠化的面积均呈现出逐渐增加的趋势。

基于GIS的磷流失指数实施的影响评估

利用GIS技术研究美国宾夕法尼亚州土壤磷素 (P)的空间分布特征 ,对可能受到P流失指数影响的地区进行识别和预测。结果表明 :近一半的土壤中P质量分数高于作物需求 ,土壤中速效P质量分数依次为农田 >草地 >牧场。 2 )土壤P质量分数随着养殖动物数量的上升而增高 ,在动物密度最高的地区河流水质恶化最严重。 3)大部分地区将会由于不同原因受到P流失指数的限制 ,其中东南部受到的影响最大。农民对P流失指数实施的适应性对策 ,决定着P流失指数实施的影响程度和政府援助的必要性