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土地是人类赖以生存的最基本的自然资源。土地利用状况及其变化,不仅影响当地社会经济的可持续发展,而且对区域乃至全球的生态环境也有重要影响。当前,我国正处于高速发展期,每年因经济建设、生态建设和环境改变等因素都有大量的土地用途发生改变。为保证经济和社会的可持续发展,尤其对我国“人多地少”矛盾较突出的国家,及时准确地获取土地利用变化信息,发现土地利用变化的特点及规律,掌握土地利用变化的驱动机制等问题就显得尤为迫切。
本论文进行的主要工作如下:
①分析了TM影像的光谱特征,计算各光谱参数,进行光谱特征比较,发现各波段的规律,得出最佳波段组合为TM3、TM4、TM5的组合。分别计算波段组合的OIF值,也得出适合土地利用研究的最佳波段组合为TM3、TM4、TM5。
②根据研究区土地利用的实际情况,将研究区土地利用类型分为耕地、园地、林地、水域、建设用地和未利用地共6个类型,采用融合空间信息,结合目视解译的分层分类法进行分类,提取各土地利用类型的面积。
③分析了土地利用的变化特点,总趋势是耕地面积、未利用地面积和水域面积减少,而林地面积、建设用地面积和园地面积增加。1996-2000时段,研究区各类型土地利用变化均属于极缓慢变化型;2001-2002时段,土地利用变化剧烈,各类型相互转化明显;2002-2004时段,建设用地和未利用地属于慢速变化型,其他土地类别在该时段年变化率相对较小,属极缓慢变化型。土地利用程度方面,各年份的排序为2004年>2001年>2002年>2000年>1996年。除2001-2002时段,土地利用处于调整期外,其他时段,土地利用均处于发展期。在土地利用安全保障度方面,1996年的土地安全保障度为0.435,以后逐年减少,到2004年达到0.300。
④计算了研究区土地利用的多样性指数,其排列顺序为2004年>2002年>2001年>2000年>1996年。1996年土地利用类型多样化指数是该区域最大多样性指数的84.75%,2004年达到该区域土地利用最大多样性指数的89.64%。说明研究区土地利用类型逐年丰富,耕地、园地、林地、水域和建设用地的分布更加均匀。在土地利用的有序度方面,研究区土地利用结构的信息熵的排列顺序为2004年>2002年>2001年>2000年>1996年,表明1996年土地利用有序程度最高,而2004年,土地利用则比较混乱。土地利用均衡度的变化规律为2004年>2002年>2001年>2000年>1996年,优势度的变化规律为2004年<2002年<2001年<2000年<1996年。因此,在土地利用系统中,土地利用的多样性、结构信息熵和均衡度的变化规律是一致的。
⑤提出了基于地球系统科学理论的驱动力指标优选原则,构建了样本数小于自变量数的复杂土地利用系统变化的驱动机制模型。分别用逐步回归、主成分回归、岭回归和偏最小二乘回归建立了土地利用系统各类型,即耕地、园地、林地、水域、建设用地和未利用地的社会人文驱动模型,实现了对研究区整个土地利用系统的全覆盖。系统分析表明:总人口、国内生产总值和全社会固定资产投资额是推动研究区土地利用系统变化的最主要驱动力,非农人口和人均国内生产总值是次强驱动力,农林牧渔产值对整个土地利用系统变化的驱动作用最弱。
⑥基于土地资源有限性和稀缺性的基本特征,用偏最小二乘回归构建了土地利用系统内部竞争模型。分析表明:未利用地与建设用地、林地、园地之间存在较强的竞争关系,耕地与建设用地、林地、园地之间也存在较强的竞争关系,水域与其他土地利用类型无竞争关系。
⑦基于回归原理和回归模型,全面分析了逐步回归、主成分回归、岭回归和偏最小二乘方程回归的特点。结果表明:逐步回归自变量存在取舍。因此,不能全面反映各驱动因子对系统变化的作用,但计算简单;主成分回归从自变量中寻找主成分,达到了很好的降维效果,但主成分与因变量在算法上关系不密切;岭回归存在岭参数的选择问题,不利于结构分析,但拟合效果较好;偏最小二乘回归从因变量出发,提取的成分不但能最好地概括自变量系统中的信息,而且对因变量也有较好的解释性。
⑧综合内部竞争模型和社会人文驱动模型,得出研究区的土地利用变化的动因主要是经济发展、政府政策和人口增长。