鹤壁市土地利用变化及其生态效果研究.pdf

价值工程0 引言遥感技术和地理信息技术的发展为土地利用变化分析和环境影响研究提供了有效的技术支撑、索引信息，成为检测土地利用变化与评估生态环境质量的重要手段1-2。从定量分析上来看，地理学者研究了土地利用的数量、土地变化的速度和土地利用类型发展程度的变化，得出了土地利用动态和土地利用多样性模型指数模型3Koen 在研究菲律宾的土地利用变化时，运用了分层模型对其进行量化，可以分析多层次的土地利用变化4。国内学者王秀兰、刘纪远等学人提出了动态土地利用变化率模型和土地利用率模型，两者都被许多研究机构所认可5。近年来，土地垦殖指数模型6、土地利用重心转移模型、景观转移模型、景观多样性指数与变化趋势指数等模型相继被学者们提出，测量方法的多样化加深了研究内容和领域。何立恒等人以 DMSP-OLS 与 NPP-VIIRS夜间灯光遥感影像数据为数据源，研究土地利用变化。李亦佳等研究南昌市 20 年的土地利用的时空变化特征，对南昌市土地利用的时空变化特征和驱动力因素进行探讨7。黄英男等利用 2009 年-2017 年三期 Landsat 卫星影像数据采用土地利用转移矩阵法，对赵楼矿区的土地利用变化进行分析8。王燕等运用 GIS 技术和 In VEST模型分析了内蒙古巴林右旗 10 年间不同土地利用类型的空间分异特征9。1 研究内容与方法1.1 研究内容以鹤壁市作为研究区，通过地理空间数据云获取所需时间影像图，利用 GIS 解译获取的鹤壁遥感影像图，运用Arcgis 提取鹤壁市 2002、2012 和 2022 年的土地利用数据，对相关数据资料进行处理，分析土地利用变化。1.2 研究方法淤定量分析法：通过对鹤壁市 2002 年、2012 年和2022 年的五种土地利用类型的面积进行分析，根据鹤壁市的土地利用类型的数量特征、数量关系与数量变化分析鹤壁市的土地利用变化特征。于生态环境质量指数法：本文以生态环境质量指数模型为分析方法，通过研究区域不同土地利用类型所具有的生态环境质量，从宏观层面上分析区域生态环境质量，研究空间范围内生态环境质量的变化状况、空间变化特征，其数学表达式为：EVi=移ni=1Ati伊Ri/TAi（1）式中，EVi为 t 时期的生态环境质量指数；Ati为 t 时期第 i 类土地面积；Ri为第 i 类土地利用类型的生态环境质量指数（见表 1）；TAi为研究区总面积；n 为土地利用类型数，土地利用分类及其生态环境质量指数如表 1 所示。要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要基金项目院郑州工商学院2022年度“课程思政”示范课程建设项目“遥感原理与应用”（GSSZSFK2022037）；郑州工商学院2022年度校级一流本科课程建设项目“测量学”（GSYLKC2022007）。作者简介院周凤杰（1992-），女，河南项城人，讲师，硕士，研究方向为地理信息系统应用设计与空间数据挖掘。鹤壁市土地利用变化及其生态效果研究Research on Land Use Change and Ecological Effects in Hebi City周凤杰 ZHOU Feng-jie曰刘佳杰 LIU Jia-jie曰王军康 WANG Jun-kang（郑州工商学院，郑州451400）（Zhengzhou Technology and Business University，Zhengzhou 451400，China）摘要院本文以鹤壁市为研究区，以2002年、2012年、2022年Landsat卫星影像为信息源，采用ERDAS遥感软件对信息源进行监督分类，然后用ARCGIS软件进行解译获得研究区的土地利用数据，在对研究区的土地利用情况进行分析的基础上，运用生态环境质量指数对研究区各年度生态系统服务价值进行估算和分析。研究表明，研究区近20年土地利用变化较快，所产生的生态效应总体来说是积极的，从2002到2012年生态环境质量指数是呈上升趋势，2012至2022年生态环境质量指数略有下降，但总体比2002年高。Abstract:This article takes Hebi City as the research area,using Landsat satellite images from 2002,2012,and 2022 as informationsources.ERDAS remote sensing software is used to supervise and classify the information sources,and then ARCGIS software is used tointerpret and obtain land use data in the research area.Based on the analysis of the land use situation in the research area,the ecologicalenvironment quality index is used to estimate and analyze the annual ecosystem service value of the research area.Research shows that theland use change in the research area has been rapid in the past 20 years,and the ecological effects generated are generally positive.Theecological environment quality index showed an upward trend from 2002 to 2012,and slightly decreased from 2012 to 2022,but overallhigher than in 2002.关键词院土地利用变化；鹤壁市；生态环境质量指数Key words:land use change；Hebi City；ecological environment quality index中图分类号院F301.24文献标识码院A文章编号院1006-4311（2023）23-020-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.23.007一级编号大小说明12345耕地林地水域建设用地未利用地0.270.760.540.180.11表1土地利用分类及其生态环境质量指数Value Engineering2 研究区概况与数据来源2.1 研究区概况鹤壁市，地处河南省北部。位于新乡市北部，安阳市南部，总面积 2182 平方公里，是中原城市群核心发展区。作为典型的资源型城市，自然资源产业在经济发展中占有很大比重，研究鹤壁市土地利用变化及其造成的环境影响，可为鹤壁市及其他资源型城市的可持续发展提供一定的发展建议。2.2 数据来源与数据处理本 文 均 选 取 2002 年、2012 年 及 2022 年 的 4 月Landsat8 遥感影像作为主要数据源，从地理空间数据云获取 Landsat 遥感影像，通过 ERDAS 遥感软件进行波段融合，除噪，得到鹤壁市 2005 年、2012 年、2022 年遥感影像图，如图 1 至图 3 所示。2.3 分类标准本文采用地理空间数据云平台提供的 30m伊30m 的Landsat 遥感影像，按照国家标准土地利用现状分类（GB/T21010-2017）一级用地的标准，把土地利用类型分为五类，分别为耕地，建筑用地，林地，水体和未利用地。2.4 数据处理结果根据相关土地分类标准，通过 ERDAS 监督分类后，得到土地利用分类图。如图 4 至图 6。3 鹤壁市土地利用变化特征分析3.1 土地利用现状分析通过 GIS 软件的波段融合和影像处理，得到鹤壁市不同 土 地 类 型 的 面 积 与 比 重。鹤 壁 市 土 地 总 面 积213897.15hm2，其中耕地面积最大，为 142496.16hm2，占整个鹤壁市土地面积的 66.12%。林地面积为 16072.29hm2，占整个鹤壁市土地面积的 7.51%。水体面积为 710.28hm2，占整个鹤壁市土地面积的 0.33%。未利用地为 1.08hm2，占整 个 鹤 壁 市 土 地 面 积 的 0.00%。建 筑 用 地 面 积 为图1 2002年鹤壁市遥感影像图图2 2012年鹤壁市遥感影像图图3 2022年鹤壁市遥感影像图0 3.75 7.51522.530KMNNN0 3.75 7.51522.530KM0 3.75 7.51522.530KM图4鹤壁市2002年土地利用分类图图5鹤壁市2012年土地利用分类图图6鹤壁市2022年土地利用分类图NNN图例未利用地水体建设用地耕地林地048162432KM图例未利用地水体建设用地耕地林地048162432KM图例48162432KM未利用地水体建设用地耕地林地价值工程43977.69hm2，占整个鹤壁市土地面积的 20.56%。3.2 土地利用面积变化幅度分析在 2002-2022 年间鹤壁市的整体土地利用变化情况较为剧烈，在 2002-2022 年间，从整体面积上来看，耕地面积在减少，而林地、建筑用地、水体面积在增长。通过表 2 可知：从不同时期的土地面积及占比情况来看，各时期耕地面积和建筑用地面积占鹤壁市总面积较大，耕地和建筑用地是鹤壁市最主要用地类型。2002、2012 及2022 年耕地占比都超过 60%。建筑用地都超过 14%。水体面积未超过 0.4%。林地面积都超过 6%。未利用地都低于 0.1%。2002 年、2012 年及 2022 年，鹤壁市的耕地面积占鹤壁市总面积的比例分别为 72.11%、69.09%、66.62%，呈减少趋势，总的来说，从 2002 年到 2022 年鹤壁市的耕地面积减少了 11742.3hm2。林地面积占总面积比例分别为 6.89%、7.3%、7.51%，呈现增长趋势，从 2002 年到 2022 年鹤壁市的林地面积总共增加了 1337.85hm2。水体面积在总面占比持续增加，2002 年-2022 年占比分别为 0.11%、0.30%、0.33%，鹤壁市 20 年的水体面积共增长了 479.79hm2。建筑用地在 2002 年-2022 年在鹤壁市的总面积占比分别为 14.58%、18.13%、20.56%，呈现不断增长的趋势，在这 20 年间建筑用地面积增长了 12785.58hm2。未利用地在研究期间占鹤壁市总面积中占比最小，在2002 年-2022 年在鹤壁市的总面积中占比分别为 0.00%、0.01%、0.00%，呈现先增后减的趋势 2002 年未利用低的面积为 1.35hm2，2022 年为 1.08hm2。4 鹤壁市土地利用变化的生态效果分析计算得出鹤壁市 2002、2012、2022 年的生态环境质量指数，分别为 0.2742、0.2766、0.2762，整体上鹤壁市的生态环境质量比较稳定。2002-2012 年生态环境质量指数有所升高，可知：在 2002、2012 及 2022 年区域生态环境指数先增后减，从 02742 增至 0.2766，后又降低到 0.2762，总体呈先升后降趋势。鹤壁市各土地利用类型生态环境质量指数如表 3 所示，根据演变趋势可以得出 2002 至 2012 这十年间的变化幅度大，变化幅度达到 0.0024。2012 至 2022 年这十年的变化幅度为-0.0004，呈现出不断降低的趋势。从整体趋势来看，2002-2022 年这 20 年间生态环境指数升高幅度较大，一共升高了 0.0020。生态环境质量指数较高的、土地状况良好的农用地和林业用地对单位空间内的生态环境指数提升作用明显。根据生态环境质量指数对鹤壁市各土地利用类型进行分析，通过 GIS 自然间断法把鹤壁市土地类型分为四个等级：较低质量区、低质量区、中质量区和高质量区。中质量区、高质量区一般是林地和耕地，较低质量区为建设用地，较低质量区为水域或未利用地。占比最大的是高质量区，其次为中质量区。占比最小的是较低质量区，其次为低质量区，在 2002-2012 年间，低质量区的占比在增大，高质量区、较低质量区的面积占比在缩小。中质量区的面积占比基本保持不变。在 2012-2022 年间，低质量区的面积占比持续扩大，较低质量区、高质量区的面积持续缩小，中质量区面积占比开始有所下降。5 结论本文基于生态环境质量指数法对鹤壁市生态环境服务价值进行分析评价，研究结果表示鹤壁市近 20 年的生态环境质量指数基本区域稳定，为 0.27 左右，变动幅度最大的为耕地和建筑用地。此次对生态效果分析用了生态环境质量指数法进行分析，在受人类活动影响的区域可持续发展过程中，还要充分考虑生态环境的可持续发展。本文研究仅将土壤因子作为研究对象进行分析，在未来的研究过程中，可以通过社会经济、自然和环境因素的组合来综合分析土地利用转型对生态环境的影响。参考文献院1王晓东，蒙吉军.土地利用变化的环境生态效应研究进展J.北京大学学报（自然科学版），2014，50（06）：1133-1140.2朱明水.基于GEE的黄河下游地区土地利用变化及其生态效应研究D.济南：山东建筑大学，2022.3高志强，刘纪远，庄大方.基于遥感和GIS的中国土地利用/土地覆盖的现状研究J.遥感学报，1999（02）：51-55，83.4张德平.内蒙古呼伦贝尔市土地利用现状及变化分析J.中国土地科学，2011，25（11）：43-48.5王家慧，梁亮，黄婷，等.徐州市区的土地利用变化及其生态环境效应J.水土保持通报，2018，38（06）：113-120，126，2.6周广胜，王玉辉.全球生态学M.气象出版社，2003.7刘纪远，dls.iogac.on，布和敖斯尔.中国土地利用变化现代过程时空特征的研究冥冥基于卫星遥感数据J.第四纪研究，2000（03）：229-239.8王思远，刘纪远，张增祥，等.中国土地利用时空特征分析J.地理学报，2001（06）：631-639.9王思远，张增祥，周全斌，等.近10年中国土地利用格局及其演变J.地理学报，2002（05）：523-530.表2 2002年-2022年鹤壁市土地利用数据及结构情况土地利用类型2002年2012年2022年面积/hm2比例/%面积/hm2比例/%面积/hm2比例/%耕地林地水体建筑用地未利用地154238.4914734.44230.4931192.111.3572.11%6.89%0.11%14.58%0.00%147784.4115617.16631.9838770.3822.569.09%7.3%0.30%18.13%0.01%142496.1916072.29710.2843977.691.0866.62%7.51%0.33%20.56%0.00%表3鹤壁市各土地利用类型生态环境质量指数年份耕地林地水域建设用地 未利用地 综合指数2002201220220.19470.18650.17990.05230.05550.05710.00050.00150.00170.02620.03260.03700.00050.00050.00050.27420.27660.2762