李梦圆 陈小敏 肖巧玲 李苗

摘要：本研究选取三江平原1990年、2000年、2010年和2018年四期遥感影像为数据源，提取研究区水体、耕地、林地、湿地、建设用地、草地和未利用地七种土地利用类型，并通过土地利用动态度和土地利用转移矩阵对三江平原近30年土地利用动态变化展开分析。结果表明：近30年间，耕地和建设用地面积变化均处于增加状态，且耕地面积保持较大幅度的持续增加趋势，其中耕地面积增加主要由草地、湿地和未利用地转化而来;而草地、湿地、水体和未利用地的面积持续减少，其中草地和湿地减少最为显著;林地的面积呈波动趋势，变化不显著。

关键词：遥感;三江平原;土地利用变化;地理信息系统

中图分类号：X144 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）11-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.086

Analysis on the change of cultivated land area in Sanjiang Plain in the past 30 years

Li Mengyuan，Chen Xiaomin，Xiao Qiaoling，Li Miao

（School of Geographical Sciences，Harbin Normal University，Harbin Heilongjiang 150025，China）

Abstract：In this study， the four remote sensing images of Sanjiang Plain in 1990， 2000， 2010 and 2018 were selected as data sources to extract seven land use types：water， cultivated land， forest land， wetland， construction land， grassland and unused land in the study area.And through the land use dynamic degree and land use transfer matrix to analyze the dynamic changes of land use in the Sanjiang Plain in the past 30 years.The results show that over the past 30 years or so， the changes in the area of cultivated land and construction land have been increasing， and the cultivated land area has maintained a large and continuous increasing trend. Among them， the increase in cultivated land area is mainly derived from the conversion of grassland， wetland and unused land; The area of grassland， wetland， water body and unused land continued to decrease， among which the decrease of grassland and wetland was the most significant; the area of forest land showed a fluctuation trend， and the change was not significant.

Key words：Remotesensing;Sanjiang Plain;Land use;GIS

土地利用变化的研究一直是热点问题，耕地是土地利用类型中极其重要的一种，其时空变化与综合利用程度更是备受关注[1]。目前的研究主要是在农业安全、生态建设、景观格局变化、耕地占用与补偿平衡等背景下，对耕地面积变化、驱动力影响因素进行分析。耕地面积变化研究主要基于不同时期的遥感影像，提取不同类型的土地，结合地理信息系统分析国家或区域尺度上的时空变化。如刘纪远等基于遥感数据，对中国1990～2010年二十年间土地利用变化的空间格局与时空特征进行分析，指出气候变化对北方地区耕地变化有一定的影响，但是国家宏观政策的调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因[2];庄大方和刘明亮等利用遥感技术提取了中国耕地空间数据及中国土地利用矢量图，对中国耕地资源的来源、去向及其空间分布特征进行了深入分析;杜国明等利用遥感数据分析三江平原北部的耕地变化特征，在数据支持方面，为土地整改项目、生态工程建设、高标准农田建设提供了强有力的保障[3];赵晓丽等采用遥感技术对中国耕地空间数据进行统计处理，并利用该数据对耕地变化的整个过程展开深入研究，透彻分析了近30年来耕地面积的变化特征[4];欧名豪和李鑫以江苏省1980～2009年耕地数据为数据源，建立了耕地和耕地变化指数，探究了耕地的空间分布格局和变化规律[5]。

习近平总书记到黑龙江考察，首站来到三江平原的建三江。三江平原的人均耕地面积大致相当于全国平均水平的5倍。由于该区域土地利用模式在过去的30年期间有了显著的变化。因此，本研究選择三江平原区为研究区域，利用3S技术对三江平原区土地利用类型变化进行分析，以期为该区域土地合理利用和生态保护提供决策支持和科学依据。

1 研究区与数据

1.1 研究区概况

三江平原包括黑龙江、松花江和乌苏里江的冲积平原，以及完达山以南由乌苏里江和兴凯湖冲积而成的低地平原[6]。行政区划包含哈尔滨市依兰县、富锦市、同江市、双鸭山市、密山市、七台河市、鹤岗市等23个区县。三江平原气候属于温带湿润、半湿润大陆性季风气候，从平均状况看，其冻结期可维持7～8个月，最大冻深可达1.5～2.1m。1月平均气温多在-21～-18℃之间，7月平均气温在21～～22℃之间，10℃以上活动积温介于2 300～2 500℃。全年日照时数可达2 400～2 500h，无霜冻期介于120～140d之间，年降水量500～650mm，其中6～10月占比相对较大，可占75%～85%。区域水资源丰富，总水量187.64亿m?[6]。在低山区和丘陵地区，有针叶林和阔叶混交林面积252万hm?。三江平原耕地广阔，海拔较低，一般在45～602m之间，降水主要集中于夏秋寒湿季节;水面变宽，水流速度减慢，携带泥沙能力减弱，加上季节性的重冻融土壤的促进作用，形成地表大面积沼泽植被、沼泽水体和土壤沼泽化，构成了奇特的沼泽景观。目前，三江平原人口862.5万，环境条件良好。所建成的10个保护区得到了国际生态环境保护组织的重视和支持，6个国家级湿地自然保护区中有3个已被列入国际重要湿地名录。三江平原具有相对较大的生产规模及农业机械化程度，其中农业机械化程度位居全国榜首，粮食产量可达每年1 500万吨，人均耕地面积和粮食产量均超过全国平均水平。

1.2 数据来源及预处理

本研究采用1990年、2000年、2010年及2018年的四期遥感影像，影像均从地理空间数据云网站下载，同时收集高分影像地图、下载三江平原统计年鉴等相关资料。对三江平原遥感影像进行裁剪、几何纠正、降噪处理及图像增强等预处理。

2 研究方法

2.1 地物信息提取方法

监督分类需要先在研究区内选择足够的训练样区，再根据训练样区的特征建立各个训练样区的判别函数，通过这些特征来对研究区的像元进行分类处理。本文综合考虑研究区的遥感影像特点，利用支持向量机分类方法（SVM）提取1990-2018年三江平原土地利用信息。根据研究区的特点，划分七类土地利用类型，分别为水体、耕地、林地、建设用地、草地、湿地和未利用地。分类后进行图斑合并，并根据高分影像及高清地图验证分类精度，最终得到了土地利用的影像解译结果。

2.2 土地利用动态度

土地利用动态度表示一定时间范围内某研究区中某种土地利用类型的数量变化情况，是表征土地利用变化速率的重要模型[6]，其表达式如下：

式中：K表示研究时段内某一土地利用类型动态度;Ua、Ub分别为研究期初期和研究末期某一种土地利用类型的数量;T为研究时段长;当T的时段设定为年时，则K表示该研究区某种土地利用类型的年变化率。

2.3 土地利用与土地覆盖类型转移矩阵

马尔可夫模型以目前的时间状况为基础，根据马尔可夫链，预测其在将来的各个时期变化情况的方法，是土地利用与土地覆盖类型变化研究中较为重要的一种模型，具体表达式为：

在式（2）中，i行表示从研究时段起始时间到终止时间，该土地利用与土地覆盖类型转移为其他土地利用与土地覆盖类型时的面积，j列表示研究时段起始时间到终止时间，其他土地利用与土地覆盖类型转化为该种土地利用与土地覆盖类型的面积，则表示在整个研究时段内，i种土地利用与土地覆盖类型转化为j种土地利用与土地覆盖类型的面积。

3 结果与分析

3.1 土地利用时空变化分析

1990年、2000年、2010年和2018年土地利用类型如图2所示。1990～2018年期间，耕地面积持续增加，而湿地、草地、水体和未利用地的面积有减少的趋势，林地面积基本保持稳定，其中1990～2000年湿地面积减少明显，2010～2018年期间建设用地的面积增加显著。

表1为三江平原各研究时段单一土地利用与土地覆盖面积变化情况。由表1可知2018年耕地占地面积最多，为63 470.8km2。近30年间，耕地面积呈增加趋势，增加了27 485.3km2;而湿地、草地、水体和未利用地的面积呈减少趋势，分别减少了7 052.9km2、6 285.8km2、214.2km2和713.1km2;林地面积呈现波动趋势，略微增加了0.96km2;建设用地的面积增加了273.9km2。综合来看，近30年间，耕地面积一直保持增加的趋势，共增加了27 485.3km2。

3.2 土地利用动态度分析

三江平原各研究时段的单一土地利用动态度如表2所示。近30年间，水体、耕地、林地、草地、湿地、建筑用地、未利用地的单一土地利用动态度分别为-0.15%、1.44%、0.01%、-2.56%、-2.6%、0.41%、-1.67%。综合各研究时段来看，耕地的单一动态度一直呈增长趋势，草地、湿地和未利用土地的变化呈较明显的下降趋势，说明三江平原逐渐重视对未利用土地的开发和再利用，使土地资源能够得到合理利用。

3.3 土地利用类型转移分析

从三江平原1990～2018年不同土地利用类型面积转移矩阵（见表3）及三江平原1990～2018年土地利用与土地覆盖类型面积转移概率矩阵（见表4）可以看出，从1990～2018年，耕地88.7%保持不变，面积为

31 912.4km2 ，4.66%转变为林地，转变的面积为1 675.86 km2，3.71%转变为建筑用地，转化面积为1 337.6km2;林地63.3%保持不变、32.1%转变为耕地，转化面积为12 491.0 km2，其余类型面积转化不明显;未利用地91.3%转为耕地，转化面积为1 884.4km2 ;湿地 86.5%转化为耕地，转化面积为21 303.7km2，7.0%转化为林地，转化面积为1 742.0km2 ;水体36.6%转化为耕地，转化面积为1 165.4km2，11.1%转化为林地，转化面积为352.2km2 。综上可知，水体的变化相对稳定，草地、湿地、未利用地的减少对耕地面積的增加贡献相对较大，其中未利用地转移概率最大，为91.3%，未利用土地的面积也明显减少，使土地的利用程度加大。其中建设用地转变为耕地的部分可能与政府禁止建筑物占用耕地有关，再加上退耕还林等政策，林地的面积也略微有所增加。

4 结束语

三江平原位于我国东北偏远地区，之前被称为“北大荒”。中华人民共和国成立后，经过半个世纪大规模的开垦，使“北大荒”成为年产70亿kg的重要粮食基地，三江平原也变成了“北大仓”。由于农田大面积的开垦，耕地、居民地、建設用地面积不断扩大，林地、湿地、草地与未利用地面积不断减少，尤其是在自然条件优越、交通便利、人口密度较大的区域，大量适宜开垦的林地、草地、湿地被开垦为农田[6]。20世纪90年代末期，由于人为过度改造生态环境，致使三江平原自然灾害频发，湿地、耕地面积锐减，给生态环境带来了巨大创伤。因此国家决定建立自然保护区，退耕还林，保护湿地。从本研究也可以看出1990～2000年林地持续减少，2000年之后研究区林地面积持续增加。从三江平原1990～2018年土地利用类型面积转移概率矩阵可以看出，有4.7%耕地转变为林地。

参考文献

[1]刘纪远，匡文慧，张增祥，等.近10年中国耕地资源时空变化特征[J].地理学报，2014（01）：1-4.

[2]庄大方，刘明亮.近10年中国耕地资源时空变化特征[J].地球科学进展，2003（01）：2-5.

[3]杜国明，李昀，张树文，等.基于遥感的2000-2009年三江平原北部耕地变化特征分析[J].农业工程学报，2012，28（1）： 225-229.

[4]赵晓丽，张增祥，汪潇，等.中国近30a耕地变化时空特征及其主要原因分析[J].农业工程学报，2014，30（3）：1-11.

[5]李鑫，欧名豪.江苏省耕地空间分布与变化研究[J].农业现代化研究，2011，32（06）：730-734.

[6]陈文波，郑蕉，鄢帮有.鄱阳湖区土地利用景观格局特征研究[J].农业工程学报，2007，23（4）：79-83.

收稿日期：2020-10-01

基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（编号：201910231005）;黑龙江省普通本科高等学校青年创新人才项目（编号：UNPYSCT-2017176）;哈尔滨师范大学博士启动基金项目（编号：XKB201807）。

作者简介：李梦圆（1999-），女，汉族，大学本科，研究方向为遥感信息分析与应用。