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基于遥感和SVM模型的松嫩平原南部耕地质量评价

欧阳玲  
【摘要】:耕地是支撑社会经济发展的重要土地资源,是人类食物和生态安全的重要保障。随着中国城市化进程加快,耕地面积减少、耕地质量持续下降等问题日益突出,给粮食安全和生态环境构成严重威胁。结合遥感及实测数据,开展粮食主产区耕地质量综合评价,对于实现耕地数量与质量的动态平衡,保证耕地生产力总量不减少具有重要的现实意义。松嫩平原是中国重要的粮食主产区和商品粮生产基地,2000年以来,由于国家政策的牵引,当地政府实施了重大土地整理工程,耕地的数量及土地覆被类型与耕地之间的转换发生了巨大变化,对耕地质量产生了显著影响。本文选择松嫩平原南部为研究区,以土壤实测数据、Landsat TM/ETM+和Landsat 8 OLI影像、MODIS遥感数据集等为主要数据源,根据支持向量机算法的原理构建模型,结合GIS空间分析技术,对松嫩平原南部耕地质量进行评价。首先,根据2000年和2013年耕地空间分布数据,对松嫩平原南部的耕地数量及耕地景观格局动态变化进行分析;其次,以Matlab为平台,构建耕地质量评价体系,以耕地质量分类为输出目标,开发了SVM_GUI耕地质量评价模型,对松嫩平原南部耕地质量进行评价;最后对松嫩平原南部耕地质量动态变化进行分析,探讨耕地质量与粮食产量、植被指数、植被净初级生产力、植被覆盖度之间的关系。通过上述研究得出的主要结论如下:(1)2000-2013年期间,吉林省中西部耕地总量稍有增加,面积由5.61×104km~2增加到5.64×104 km~2,其中旱田面积增加645 km~2,水田面积减少350 km~2。研究区耕地在空间格局上具有显著的区域分异特征,表现出明显的西部增加、东部减少的趋势;新增耕地最主要来源于湿地(66.04%)和草地(21.12%),传统耕作区(主要为城市周边)耕地大面积减少,其中45.08%转化为人工表面;水田与旱田之间的相互转化比较剧烈。湿地被开垦的速度远远高于退耕还湿的速度,“退耕还湿还林还草”与耕地面积扩张的矛盾在松嫩平原南部仍然突出。(2)耕地质心逐渐向西北方向平移,其中水田质心偏移距离最大。研究区耕地景观指数均有波动,耕地生态系统景观优势度持续增加,形状逐步趋于规则化,耕地景观聚集度增高,碎化程度减小,旱田景观优势度提升,水田景观优势度减弱。(3)以Matlab为平台,基于SVM构建松嫩平原南部耕地质量评价模型。评价结果分析可知,松嫩平原南部耕地质量大都在中上等水平,质量等级由东向西呈递减趋势。近14a来,耕地质量总体呈下降趋势,优质耕地流失严重,劣质耕地净增加,其中优质水田减少最多,净减少的耕地为一、二等地,其中一等地净减少305km~2,长春占96%,净增加的耕地是三、四和五等地,分别为235、148和218km~2,主要分布在研究区西部的白城和松原。存在突出的占优补劣问题。(4)耕地质量与粮食产量、NDVI、NPP、FVC、EVI之间密切相关,结果显示R2分别为0.29、0.41、0.3、0.39、0.31,均呈显著相关,根据遥感数据作物的长势和实际产量间接评价耕地质量成为可能,为后期基于遥感研究耕地资源动态监测及可持续利用提供了思路。(5)松嫩平原南部建设用地扩张导致优质耕地资源流失严重,仅长春市城区建设用地占研究区优质耕地资源净减少的78.06%;退耕还林、还草、还湿是耕地面积减少的另一驱动因素;西部地区的劣质耕地呈净增加趋势,研究区西部土地开发整理重大项目等耕地保护政策的实施是耕地增加的主要驱动力。


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