覆被变化范文

覆被变化范文（精选6篇）

覆被变化 第1篇

一、LUCC相关概念

土地覆被(Land Cover)曾被IGBP(国际地圈与生物圈计划)和IHDP(全球环境变化人文计划)定义成人类活动和自然过程共同作用后在近地面层及地球陆地表层所形成的自然状态[2],其他组织机构和学者也给出了其他定义,但其内涵均包括:(1)其本身是由植被、土壤和陆地表面的水体等构成;(2)其是构成陆地生物圈的重要成分[3]。

土地利用(Land Use)于1985年被世界粮农组织(FAO)定义为土地利用是由自然条件与人的干涉所决定的土地功能[4],但目前应用较广的定义是:人类所进行的一切有目的开发利用土地资源的行为活动的总称,如耕地、林地、牧草地、建设用地等都是不同的土地利用类型[1]。

可见,土地覆被和土地利用间具有巨大的关联性,前者的变化作用于后者,而后者又是造成前者变化的最重要影响因素,其二者共同构成了土地的社会、自然双重属性。

二、LUCC国外研究进展

1990年全球变化研究委员会最早提出了一个全球性LUCC研究框架。国际上真正意义上的LUCC研究开始于1992年,联合国在“21世纪议程”中明确提出将加强LUCC研究作为21世纪工作的重点[5]。1994年,联合国环境署(UNEP)启动了LCAM(土地覆被的评价与模拟)项目。次年,国际科学联盟组织的IGBP与国际社会科学联盟组织的I-HDP发起一项名为“土地利用/覆被变化(LUCC)”的研究计划,并发表两个纲领性文件,即“LUCC研究计划”(1995)和“LUCC执行战略”(1999)[6]。IIASA(国际应用系统与分析研究所)也在同一年开展了“欧洲和北亚的LUCC模拟”研究。1996年,美国开展了洲际尺(北美洲)的土地覆被变化研究,主要涉及土地覆被(主要是森林)变化监测及土地覆被变化与温室气体排放关系的研究。2003年,IGBP进一步提出了土地计划项目的研究重点并提炼了相关科学问题[7]。2005年,IGBP和IHDP又联合推出了全球土地计划(Global Land Project,GLP)。该科学计划是全球变化与陆地生态系统(GCTE)研究计划和LUCC研究计划的综合,其研究目标是量测、模拟和理解人类环境耦合的陆地生态系统[8]。

IGBP与IHDP在《LUCC研究计划》中提出了LUCC的三项研究重点(见下页图1):(1)从案例比较角度研究土地利用变化机制;(2)土地覆被变化机制研究,尤其是其直接观测、诊断模型的研究;(3)区域和全球模型的研究。

国际上按照研究目的、方法以及研究区域等方面的差异,将LUCC领域研究分成三种学术流派,即北美流派、欧洲流派及日本流派[10]。从宏观角度出发是北美学术流派的特点,其研究侧重大尺度上(如全球)的LUCC状况及其与全球变化之间的关系;基于福利分析(Welfare Analysis),欧洲流派重视对土地资源与食品政策的分析,并进行相应的情景模拟研究;数量及经济学模型是日本流派的研究优势,其更侧重对研究区的定量研究与预测。

三、LUCC国内研究进展

中国科学家在全球LUCC计划和全球土地计划的发起与组织实施过程中发挥过重要作用。早在1988年的第二十一届ICSU大会上,叶笃正等人就提出要将土地利用引发的全球环境问题作为除温室气体以外的另一类重大问题加以重视,这一提议在一定程度上促成了LUCC计划的形成与发展[11]。从相关中文数据库中(CNKI、万方、维普)文献可看出,国内LUCC研究热潮始于1996年,在已有的LUCC研究中,主要体现在以下四个环节:LUCC时空变化、LUCC的驱动机制、LUCC的生态环境效应以及LUCC的模型模拟研究。

1. LUCC时空变化研究。

LUCC时空变化研究分数量变化和空间变化两个层面:在数量方面,主要通过动态度、土地利用程度综合指数等指标来分析LUCC的变化速度和幅度等数量特征[12~13];在空间变化上,主要借助遥感影像,获取LUCC动态信息,并借助GIS的空间叠加分析功能定量、定位确定区域单元土地利用类型的变化,计算各个时期土地利用类型的转换矩阵,用以确定土地利用类型相互之间的转换情况[14~15]。

2. LUCC驱动机制研究。

LUCC驱动机制研究是LUCC研究的焦点[3],对于揭示LUCC的基本过程、驱动原因、未来变化预测、及相应政策的制定都起到关键作用[16]。在中国,基于经验统计的模型仍是LUCC时空过程驱动机理分析的主导路径。该模型包含的方法有主成分分析法、灰色关联度分析法、逐步回归法、典型相关分析法、系统动力学方法、空间统计模型及非线性回归模型等[17~26],主要侧重于研究LUCC时空过程与各种社会经济和自然驱动因子之间的关系,通过提取LUCC时空过程主要驱动因子,解释LUCC时空过程的原因。同时,在研究个案的选择方面,人文和自然驱动因素活跃的热点地区(如苏州、无锡、常州等),及人口、资源、环境、发展协调欠佳的生态脆弱区(如河西走廊、北方农牧交错带、干旱区等)皆为研究的重点区域[27]。

3. LUCC生态环境效应研究。

土地利用通过改变地表土地覆被状态而影响周围生态环境,是全球环境变化的一个“源”。现阶段,国内学者对LUCC环境效应的研究包括全球性系统变化和区域性累积变化两个方面。在全球性系统变化研究方面,李克让等通过研究认为LUCC对气候影响的生物物理反馈主要因为改变了地表光学特性、粗糙度和水文循环而影响了地面与大气间辐射、热量动量和水分交换,而生物地球化学反馈则因为生态系统碳和养分循环的变化影响了地面与大气间交换温室气体和气溶胶并导致气候变化[28];区域环境效应的研究集中在LUCC对水土流失、土地荒漠化、生物多样性、农业自然灾害灾情、生态系统服务价值、景观生态效应、局地气候与环境质量等[28~35]。研究表明,生态环境受制于土地利用,而土地利用合理往往会产生良好的生态环境效应。

4. LUCC模型模拟研究。

LUCC模型模拟是现国内LUCC研究的重要组成部分,其涉及到的模拟模型主要有MAS/LUC(Mufti-Agent Sys-tem for Land-Use/Cover Change)模型、元胞自动机模型(CA)和系统动力学模型。(1)MAS/LUC模型。该模型由元胞模型和Agent模型两部分组成,前者的作用是模拟自然因素,而后者是对人类决策过程的模拟,为土地利用决策行为提供了一个新的研究思路[36]。(2)CA模型。元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)是一种自下而上的动态模拟建模框架,具有模拟地理复杂系统时空演化过程的能力,也能表现出区域的环境条件、周围的土地利用类型以及土地利用类型之间的相互作用关系[37]。(3)系统动力学(System Dynamics,SD)模型。该模型以系统论、信息论和控制论为理论基础,从宏观方面研究土地利用系统,反映该系统的结构、功能和行为之间的相互作用关系,可以观察预测不同情景下系统的变化规律,从而为决策提供依据,该模型尤其适用于研究对象数据不足的情况[38]。

四、结语

覆被变化 第2篇

浅谈土地利用覆被变化对面源污染的影响

摘要：土壤中营养物的流失,造成了面源污染,引起水体畜营养化,对环境造成严重的破坏,而且污染破坏范围很广.土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)对区域生态环境的影响是目前土地利用变化研究的热点之一.土地利用方式不同,地表覆盖及人为干扰影响程度不同,直接影响土壤养分物质的输入和输出,进而影响土壤的`养分贮量和养分有效性等肥力状况.结合数学模型的应用,研究LUCC对流域尺度上的元素输移过程以及对面源污染的影响,具有十分重要意义.作 者：董莉    DONG Li  作者单位：西南林学院,云南昆明,650224 期 刊：科技传播   Journal：PUBLIC COMMUNICATION OF SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010, “”(8) 分类号：X53 关键词：面源污染    土地利用    覆被变化   

覆被变化 第3篇

土地利用/覆被变化(LUCC)是环境变化的主要原因之一,其主要驱动力是自然条件的改变以及人为活动的影响[1]。目前国内外对于土地利用/覆被变化的研究主要集中在土地利用变化特征及趋势[2,3]、驱动机制以及生态环境效应[4,5]等方面。本研究基于Landsat卫星TM/ETM+的1995年、2005年和2014年3期遥感影像为基础,分析19年来西辽河平原区土地利用/覆被的演变特征,为预测未来土地利用变化的方向提供依据,并为西辽河流域土地资源合理利用和可持续发展提供决策支持。

1 研究区概况

西辽河平原地处中国北方农牧交错带的东段三北交界区,位于北纬41°05'~45°13'和东经116°32'~124°30'之间,大部分在通辽境内,局部位于赤峰境内,小部分属于辽宁省和吉林省,总面积为52 563 km2。地形总体趋势为自西、西南、西北方向向东、东南、东北方向缓倾斜,主要地貌单元为冲积平原。西辽河平原属于干旱和半干旱大陆性气候区,大部分地区多年平均气温5~6℃,多年平均降雨量在380 mm,主要集中在6-8月份。多年平均蒸发量在1 800~2 100 mm(蒸发皿为20 cm口径),以4-6月份蒸发量最大。西辽河平原土壤主要是钙栗土,质地为黏土、壤土和沙土。河流多为过境河流,主要河流有西辽河及支流老哈河、西拉木伦河、新开河、乌力吉木仁河和教来河。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究以地形图和Landsat卫星遥感影像为基础数据。运用1995年、2005年、2014年3期7景时相均为7-9月,云量低于10%,影像质量较好的TM/ETM+遥感影像,结合通辽市1∶50 000地形图以及实地调研资料对西辽河平原区土地利用变化时空演变特征进行分析。

2.2 数据处理

2.2.1 图像预处理

本研究对研究区3期7景遥感影像在ENVI遥感处理软件的支持下,进行了几何校正、辐射定标、大气校正、影像裁剪及图像增强等处理[6],首先在三期遥感影像范围内均匀选取15个地物特征位置,如主要的交通道路交叉口、规则建筑物的棱角及特殊点位等作为地面控制点(GCP)进行几何纠正,对控制点平差后的影像几何均方差(RMS)控制在一个像元内。对裁剪后的流域影像图使用基于概率统计的滤波法(Occurrence measures)进行图像增强处理,以突出影像中的线状地物及局部细部特征等纹理特征,使得图像中的色调在空间上的变化明显化,从而提高影像解译的精度。

2.2.2 监督分类

土地利用分类参考中国科学院资源环境科学数据中心的土地资源分类系统,结合西辽河平原的自然条件,将研究区划分为耕地、草地、林地、水域、建设用地和未利用地6大类型。

土地利用类型的解译采用ENVI软件人机交互的人工目视解译法对各时期的图像进行解译,选择最大似然法进行监督分类。该方法是根据已知训练区提供的典型样本,通过选择特征参数,求出特征参数作为决策规则,建立判别函数以对各个待分类影像进行的图像分类。分类精度能够满足研究要求,同时该分类器分类效果好,且适用性强。

2.2.3 分类后处理

分类后处理主要包括:主/次要分析(Majority/Minority A-nalysis)、聚类分析(clump)、过滤处理(Sieve)等。本研究主要进行了聚类分析以及过滤处理。通过上述处理,通过滤波功能消除被隔离的分类像元,并将临近的类似分类区域结合在一起,最终获得研究区土地利用分类结果。通过Arc GIS数据处理平台制作土地利用分类图,并通过计算统计出不同时期各土地利用类型的面积、动态度和转移矩阵。

2.3 研究方法

2.3.1 土地利用动态度

土地利用动态度是指某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况[7,8]。包括单一土地利用动态度和综合土地利用动态度。本研究选用单一土地动态度,其表达式为:

式中:K表示研究时段内某一种土地类型单一动态度;Ua,Ub分别表示研究期初与研究期末某一种土地类型的数量;T表示研究时段长,当T的单位为年时,K即为研究区内某一种土地利用类型的年变化率。

2.3.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵可以显示从某一年到另外一年间某一土地利用类型的动态变化[9,10]。它反映的是在特定的时间间隔下,某一类型由T1时刻向T2时刻转化的过程,即某一类型土地有多少发生了转变,又有多少保持不变。其模型表达如表1。

表1中,行表示T1时点土地利用类型,列表示T2时点土地利用类型。Pij表示T1-T2期间土地类型i转换为土地类型j的面积占土地总面积的百分比;Pii表示T1-T2期间i种土地利用类型保持不变的面积百分比。Pi+表示T1时点地类i的总面积百分比。P+j表示T2时点j种土地利用类型的总面积百分比。Pi+-Pii为T1-T2期间地类i面积减少的百分比;P+j-Pjj为T1-T2期间地类j面积增加的百分比。

3 结果分析

3.1 土地利用/覆被变化幅度

土地利用/覆被变化主要是指土地面积的变化,即通过各类型土地面积总量的变化来反映土地利用结构的变化形式。通过ENVI对研究区3期TM/ETM+遥感影像进行分类解译后,得到如图1所示结果。

通过分类后处理后,对分类结果进行评价,主要采用总体分类精度与Kappa系数来表示。评价结果如下:

其中:1995年总体分类精度=88.895 3%,Kappa系数=0.884 5;2005年总体分类精度=87.792 4%,Kappa系数=0.870 3;2014年总体分类精度=87.890 7%,Kappa系数=0.872 3。

分类统计结果表明:3期影像的分类结果均较好。各类型土地利用的面积统计结果如表2所示。

从表2可以看出,研究区1995年到2014年的土地利用发生了如下变化:

建设用地和耕地面积都发生了大幅增长。其中,建设用地面积19 a间从308.379 km2增加到701.904 km2,增长了一倍;耕地面积由1 4709.064 km2增加到22 389.084 km2,增长了52.2%。随着经济的发展,2005-2014年的土地利用面积变化幅度要比1995-2005年的增长幅度大。

km2

水域、未利用土地、草地的面积都有不同程度的缩减。其中,水域面积由644.290 km2缩减到176.982 km2,缩减了72.53%,这是由于在通辽境内的西辽河近些年出现了严重的断流现象所导致的;草地面积也由原来的26 208.472 km2减少到21 096.652 km2,这是由于近年来畜牧业发展较为迅速,因此草地的退化程度在逐渐恶化。

3.2 土地利用/覆被变化动态度

由上述单一土地利用动态度计算公式计算得到近19年西辽河平原区土地利用的动态度K的值,结果如表3所示。

由表3可知,综合19年的土地利用变化动态度可以发现,西辽河平原区的土地动态变化主要以建设用地的大幅增加以及水域与林地的缩减为主,其动态度分别达到了6.716%、-3.817%和-3.829%。其中:1995-2005年的10 a间,水域面积以-6.106%的年变化率大幅减少,未利用土地与林地也有一定程度的缩减;2005-2014年的9 a间,以建设用地的大幅增加为主,年变化率达到了13.235%,耕地面积也在以3.058%的年变化率增长,但水域与林地面积依然在逐渐缩减。

3.3 土地转移矩阵

除了通过统计地类面积、计算动态度来反映土地利用在数量上的变化以外,还可以根据土地利用转移矩阵来定量描述始末状态土地利用的转移情况。根据西辽河平原区3期遥感影像的分类结果统计出1995-2005年和2005-2014年两个时段的土地利用转移矩阵,分别如表4、表5所示。

%

%

由转移矩阵可以得出:两个时段内各土地利用类型均有转入与转出。

1995-2005年间:除了耕地与草地的转化比例较低外,其他类型土地的转移比例均超过50%。其中:有40.442%的未利用土地转化为草地,49.491%的林地转化为耕地,草地与耕地面积的增加与人口的增长以及畜牧业的发展具有很大的关系。此外,有20.864%的水域面积转化为未利用土地,这是由于1999年开始西辽河因干旱出现连续6年的断流现象造成的。

2005-2014年间:建设用地与耕地的转化比例较小,其他类型土地的转移比例仍然高于40%。其中:草地面积的27.999%与林地面积的38.920%均转化为耕地,这是由于社会经济的发展迅速,城镇化进程加快,导致人口持续增长,造成粮食需求量增大;同时由于干旱断流造成部分河滩地也被开垦成耕地,因此耕地面积增长迅速。此外,由于西辽河平原降水量较少,干旱影响林草地的生长,同时畜牧业发展迅速,这两方面原因就导致11.351%的草地与21.536%的林地转化为未利用地。

3.4 驱动力分析

土地利用/覆被变化受自然与人文因素的影响,其中自然因素在较短的十几年间的变化较社会经济因素变化缓慢,影响也相对较小,因此社会经济因素占据主导地位。

(1)自然因素方面,西辽河平原区主要受气温与降水的影响。西辽河平原区降水量较少,且夏季气温较高,蒸发量大,干旱导致西辽河常年断流,致使水域面积在不断缩减,林、草地有一定程度的退化,而未利用土地有一定程度的增加。

(2)社会经济方面,主要是人类活动与经济发展两方面的影响。人口是影响土地利用/覆被变化的主要驱动力之一。其中人口增长最主要的影响即为建设用地与耕地面积的增加。因为人类通过改变土地利用的类型与结构来满足对生存环境的需求,因此直接影响了土地利用/覆被的变化。除此之外,社会经济因素也影响着土地利用/覆被的变化。社会经济的发展,导致城镇化进程加快,同时西辽河平原区GDP的增长主要依靠第一产业,其中农业与畜牧业占据很大比重,农业的发展就要求耕地面积需要不断增长,而畜牧业的发展则导致草地面积逐步缩减。

4 结语

本研究综合运用RS与GIS技术,通过对西辽河平原区1995年、2005年和2014年3期遥感影像分类解译,分析结果得出土地利用/覆被变化的特征如下:水域、林地与未利用土地发生了大面积的流出,这反映出西辽河流域生态的脆弱性;草地的面积波动较小,主要受到自然条件与畜牧业的影响;建设用地与耕地面积在大幅增加,这反映了西辽河平原区人口增长与社会经济发展迅速,因此,社会经济因素对该地区的土地利用影响较为强烈。

土地利用/覆被变化的驱动因子较多。其中:经济发展、人口增长与国家宏观政策的调控是西辽河平原区建设用地与耕地面积变化的主要影响因素;而气候的变化与畜牧业的发展则共同驱动着草地面积的变化。因此自然因素与社会经济因素是影响西辽河平原区土地利用/覆被变化较大的两种驱动力。

摘要：以西辽河平原区为研究区,在RS和GIS技术的支持下,基于Landsat卫星TM/ETM+遥感影像与全国土地分类系统,结合通辽市1∶50 000地形图与实地调研数据,借助人机交互的人工目视解译法分别编制出1995年、2005年和2014年三期土地利用/覆被分类图,采用土地利用动态度与转移矩阵对西辽河平原区土地利用/覆被变化进行定量分析,并进一步分析了自然、人文等驱动因素对土地利用/覆被的影响。结果表明:19 a间,水域、林地与未利用土地发生了大面积的缩减,而建设用地与耕地面积则在大幅增加,这与社会经济的发展以及人类活动的影响具有密切的关系。

关键词：西辽河平原,土地利用/覆被变化,动态度,转移矩阵,驱动力

参考文献

[1]李传哲,于福亮,刘佳,等.近20年来黑河干流中游地区土地利用/覆被变化及驱动力定量研究[J].自然资源学报,2011,26(3):353-363.

[2]黄方,张学敏.白山市土地利用/覆被变化轨迹分析与趋势预测[J].应用基础与工程科学学报,2015,23(3):439-451.

[3]孙小舟,周致远,刘双圆,等.鄂北岗地土地利用变化特征研究[J].西北师范大学学报(自然科学版),2015,51(4):109-113.

[4]张杨,刘艳芳,顾渐萍,等.武汉市土地利用覆被变化与生态环境效应研究[J].地理科学,2011,(10):1 280-1 285.

[5]赵锐锋,姜朋辉,陈亚宁,等.塔里木河干流区土地利用/覆被变化及其生态环境效应[J].地理科学,2012,32(2):244-250.

[6]邓书斌,陈秋锦,杜会建,等.ENVI遥感图像处理方法[M].北京:高等教育出版社,2014.

[7]姚安坤,张志强,郭军庭,等.北京密云水库上游潮河流域土地利用/覆被变化研究[J].水土保持研究,2013,20(2):53-59.

[8]杨霞,卫智军,运向军.北方典型草原区近30年土地覆被变化研究——以锡林浩特市为例[J].中国农业大学学报,2015,20(4):196-204.

[9]王丰,刘书明,卢文虎,等.基于遥感的天津滨海新区土地利用/覆被变化分析[J].海洋通报,2014,33(6):683-689.

覆被变化 第4篇

基于覆盖番禺区域4个时相的TM遥感影像,综合运用遥感与GIS技术手段,结合FRAGSTATS景观格局分析软件,从数量结构、空间信息及位置转移和景观指数等方面,分析了番禺区土地覆被与景观格局的`动态特征.数量结构分析结果显示,城市化过程中番禺区的耕地、园地、林地等自然资源利用程度在加大,自20起,这种变化的趋势开始减缓;番禺区土地覆被各类型之间频繁地发生数量与空间位置的变化,空间位置转换面积大于其数量变化面积,而且集中发生在邻近广州市中心城区的西北地区及南沙区;景观指数分析表明,番禺区土地覆被向破碎化方向发展,景观格局动态变化迅速.

作 者：邓珊珊 夏丽华 龚建周 王晓轩 DENG Shan-shan XIA Li-hua GONG Jian-zhou WANG Xiao-xuan  作者单位：广州大学,地理科学学院,广东,广州,510006 刊 名：云南地理环境研究 英文刊名：YUNNAN GEOGRAPHIC ENVIRONMENT RESEARCH 年，卷(期)： 21(4) 分类号：Q149 X87 关键词：土地覆被   景观格局   空间位置转换   景观指数  

覆被变化 第5篇

随着科学技术的进步、计算机、地理信息系统与遥感技术的快速发展及其在相关方面的成功应用,为我们获取不同分辨率土地利用数据提供了强有力的技术支持,也为不同学者对于LUCC相关方面的研究提供了一定数据支撑[6,7,8,9]。作为大多数河流发源地的高寒山区,由于近年来受气候变化与人类活动的影响,不同区域的土地利用/土地覆被状况、景观格局、动植物群落已经或正在发生变化,并且由于强烈的人类活动,降水分布规律、水文循环规律、流域产汇流规律等也受到了较大的影响,加之近年来极端水文气象事件的频发,给所在区域造成了巨大的经济损失。这就迫使不同学者与决策部门面对新的变化形势开展了与LUCC相关方面的工作,更好的预知与顺应自然规律的变化,并提前制定相应的应对措施。高寒山区作为河流的发源地、水源的涵养区、水利工程的重点开发区域及部分耕作区,受人类活动影响较强烈,加之其他因素的影响,下垫面变化较明显,随之传统的产汇流规律也发生了较大的变化,对已建或待建水利工程的运行提出的更大的挑战,削弱了人们对一些极端水文气象事件的预估能力,这就要求我们必须面对新的形势,开展强人类活动下水文变化规律的研究,而要更好的预知变化环境下的流域产汇流规律的变化,就必须了解下垫面的变化规律,即LUCC的情况,以扩充人们对新形势下产汇流规律的认知能力,并采取合理、科学的方法进行刻画,更好地服务于社会、生产实践。因此,本研究对于更好的理解寒区强人类活动下的下垫面变化情况,推动寒区产汇流规律的研究提供了一定的技术支撑。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

本研究以位于天山西部山区的喀什河流域为研究区,喀什河发源于依连哈比尔尕山冰川地带,介于东经81°40′~85°10′,北纬43°25′~44°15′之间(见图1)。流域形状呈狭长的柳叶形,为羽状水系,河道顺直,支流短小而广布,河流全长304km,集水面积9 541km2。流域地势西南高,北部低,海拔介于469~4 604m之间。气候特征表现为雨量充沛、昼夜温差大的特征。多年平均降水量334.02mm,多年平均蒸发量(20cm蒸发皿)1 961.04mm。由于特殊的地理位置和下垫面因素,河流水量主要以冰川、积雪融水、雨水以及地下水混合补给为主。流域上各种冰川共551条,冰川面积为421.60km2,冰储存量为28.18m3,冰川平均面积0.77km2,雪线高度为3 680m,最大冰川面积为35.06km2,长度为11.0km[10]。流域通常在12月封冻,次年3月解冻。

1.2 资料来源

本研究选用1980年末(1990年)、1995年、2000年、2005年和2010年5期新疆维吾尔自治区1∶10万土地利用数据集,数据来源于中国西部环境与生态科学数据中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn)与中国科学院资源环境科学数据中心(http:∥www.resdc.cn);数字高程数据(DEM)来源于美国EOS/MODIS数据中心提供的分辨率为30 m×30 m的AS-TER DEM数字高程数据;选用研究区尼勒克气象站1959-2010年年降水量数据进行与水域面积变化相关方面的分析,数据来源于新疆地面气候数据集。研究所选用的土地利用数据与气象数据是经国家相关部门进行相关现场实际勘校与校准,并达到相关标准与规范要求后公开发布供生产与科研使用的科学数据,因此选取的资料具有一定的代表性。结合GIS平台在对各类土地利用数据类型分类汇总的基础上对喀什河流域LUCC的时空分布特征及变化规律进行分析,以期更好的指导与土地利用/土地覆被变化相关方面的研究工作。

1.3 研究方法

以新疆维吾尔自治区1∶10万土地利用数据集为基础,基于GIS平台及研究区流域边界,充分考该数据集的土地覆盖分类系统一级分类标准(耕地、林地、草地、水域、城乡、工矿、居民用地和未利用土地),对研究区不同类型的土地利用数据分类汇总,结合研究区DEM数据分析了研究区土地利用/土地覆被时空变化特性,并基于土地利用转移矩阵分析研究了人类活动是否对研究区不同土地利用类型的变化产生了影响。所采用的土地利用转移矩阵如表1所示,行表示T1时点土地类型,列表示T2时点土地类型;Aij与Pij表示T1-T2期间土地类型i转换为土地类型j的面积与转换变化比例;Aii与Pii表示T1-T2期间i种土地利用类型保持不变的面积与百分比;Bi与Ci表示T1-T2期间i种土地利用类型总面积的增减与增减比例[11]。

2 土地利用/土地覆被时空变化特性分析

2.1 空间分布特征分析

借助GIS平台及研究区矢量边界对不同时期1∶10万土地利用数据进行裁切,并对初步处理的数据进行合并处理,得到研究区不同时期土地利用数据。研究区土地利用主要以林地、草地、水域和未利用土地为主,以草地所占的面积最大,占全流域面积的66%,其中水域包括河渠、湖泊、水库坑塘、永久性冰川雪地、滩涂、滩地和沼泽,其他土地利用类型面积较小(见图2)。结合研究区DEM数据分析可知,从空间分布特征来看耕地和居民点及工矿用地主要分布在喀什河下游区域,此处海拔多在2km以下,多分布在喀什河谷两侧;草地主要分布在喀什河中下游区域,空间上比较连续;林地主要分布在喀什河中下游区域,且主要分布在该流域北坡,南坡及高海拔区域只有零星分布,海拔多在3km以下;水域主要分布在喀什河流域的中高山带且多以永久性冰川雪地为主,海拔高度多在3 500m以上,南北坡均有分布;未利用土地主要包括沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石砾地及指其他高寒荒漠和苔原等,而喀什河流域多以裸土地和裸岩石砾地为主,主要分布在该流域中上游区域且以上游区域为主,中游区域只有零星分布且主要集中在北坡,中游区域南坡无未利用土地,但总体趋势南坡未利用土地面积大于北坡,海拔高度主要在2 100~4 150m的范围。

2.2 时间变化特征分析

对研究区不同时期不同类型的土地利用数据进行分类统计,不同时期土地利用结构及动态变化如表2和表3所示。从表2和表3中可以看出,研究区土地利用类型的变化主要以2000年为临界期进行变化,2000年前研究区土地利用类型变化差异不大,2000年后随着所在区域社会经济发展的强烈需求、国家西部大开发政策的实施以及“富民兴牧”、“安居富民、定居兴牧”等相关工程的加速推进,2000年后土地利用类型发生了一系列的变化。总体上,水域面积从1990-2010年表现为持续增加,这主要与当地降水的变化情况有关外,还与近年来水利工程的大量新建有关;林地与草地面积表现为先增后减的趋势,即1995年前表现为面积增加趋势、1995年后表现为减少趋势;耕地、居民点及工矿用地面积表现为先减后增的趋势,以2000年临界点;未利用土地动态变化较明显,表现为先减后增、再减再增的反复趋势。近20年间,水域增加速度最快、居民点及工矿用地增加最为突出、林地与草地面积持续减少。总体上土地利用/土地覆被具有如下动态变化特征。

(1)耕地呈先减后增的趋势。耕地面积1990与1995年基本未发生变化,分别为445.31与445.40km2,占所在流域面积比例一致,为4.63%。1995年后耕地表现为先减后增的趋势,2000、2005与2010年耕地面积分别为412.40、435.76、440.05km2,分别占流域面积的4.29%、4.53%与4.58%。1995-2005年耕地面积减少33.00km2,年际变化率为-7.41%,年均增长率为-1.48%;2000-2005年耕地面积增加23.36km2,年际变化率为5.66%,年均增长率为1.13%;2005-2010年耕地面积增加4.29km2,年际变化率为0.98%,年均增长率为0.20%。2000年前耕地面积减少可能的原因有两个方面:一方面是国家为保护生态环境大力实行退耕还林还草及保护水源政策使得研究区耕地面积有减少的趋势;另一方面是由于研究区居民点及工矿用地面积快速增加部分耕地被占用。2000年后耕地面积增加可能的原因为由于当地为发展经济,为提高部分牧民的收入开垦部分荒地用于种植经济作物,其次由于“安居富民、定居兴牧”的大力推进及人口的增加,使得所在区域相应的增加了部分耕地面积,以解决部分牧民的粮食及提高收入的问题。

(2)林地、草地呈减少的趋势。林地、草地面积1990与1995年变化不大,基本一致,可能产生的较小的误差与遥感解译有关,其中林地面积分别为889.3与890.45km2、草地面积分别为6 388.08与6 388.05km2,占所流域面积的比例一致,其中林地占9.25%、草地占66.47%。1995-2000、2000-2005、2005-2010年林地面积分别减少了7.80、2.87、0.18km2;草地面积分别减少了54.07、27.58、29.72km2;1995-2010年林地与耕地面积年际变化率分别为1.22%和1.75%、平均年均增长率为-0.08%与0.12%。尽管研究区林地、草地面积呈减少趋势,但相对而言变化不是很明显,其主要与过度放牧、降水时空分布不均匀、开垦耕地以及植物群落发生变化等原因有关。

(3)水域面积呈持续增大趋势。水域面积1990与1995年几乎持平,变化不大,分别为702.68和702.86km2,占所在流域面积比例一致,为7.31%,1990-1995年面积增加了0.18km2,年际变化率为0.03%,年均增长率为0.005%。1995年后水域面积增大较快,2000、2005与2010年分别为785.08、795.31与812.16km2,占流域面积的比例分别为8.17%、8.27%、8.45%;1995-2000年面积增加了82.22km2,年际变化率为11.70%,年均增长率为2.34%;2000-2005年面积增加了10.23km2,年际变化率为1.30%,年均增长率为0.26%;2005-2010年面积增加了16.85km2,年际变化率为2.12%,年均增长率为0.42%。水域面积持续增大的可能原因为1997年后的降水量明显偏多,尤其是冬季,使得研究区永久性冰川及雪地面积增大,从图3阶段平均降水量也可以看出1995年后年降水量呈增多趋势,且高于多年平均水平(1959-2010年),因此水域面积有增大的趋势,并且2000年后该区域有较多的水利工程建设,主要是蓄水水库,使水域面积持续增大。

(4)居民点及工矿用地面积呈先减后增的趋势。居民点及工矿用地面积1990与1995年相差不大,分别为68.87与68.95km2,未发生变化,占全流域面积的比例也一致,为0.72%。1995后发生了相应的一系列变化,表现为先减后增的趋势。2000年居民点及工矿用地面积为60.55km2、占全流域面积的比例为0.63%,与1995年相比面积减少8.40km2,减少达12.18%。2000年后居民点及工矿用地面积呈增加趋势,2005与2010年面积分别为60.55与60.65km2,2000年后面积累计增加4.17km2,并且2005-2010年年际变化率较大,为6.71%,2000-2005、2005-2010年年均增长率为分别为0.033%与1.34%。

2000年前居民点及工矿用地面积减少的主要原因可能为所在区域梯级水利开发、相应水库的建设存在移民的问题,2000年后居民点及工矿用地面积增加的原因主要有两个方面:一方面是国家在2000年左右为保护自然生态大力实行退耕还林还草和退牧还草的政策,使得一些牧民放异游牧的生活方式;另一方面是国家“富民兴牧”、“安居富民、定居兴牧”等相关工程的加速推进,使得所在区域牧民得益于相关政策,改变生活方式。

(5)未利用土地面积呈弱的“减-增-减-增”动态变化趋势。未利用土地面积呈“减-增-减-增”动态变化趋势,但总体上变化趋势不明显,与其他不同类型地利用面积的增减存在一定的联系,1990、1995、2000、2005、2010年的面积分别为1 116.86、1 115.39、1 136.44、1 133.20、1 137.89km2,所占流域面积的比例分别为11.62%、11.61%、11.82%、11.79%、11.84%。1990-1995、1995-2000、2000-2005、2005-2010年未利用土地面积的增减分别-1.47、21.05、-3.24、4.69km2;年际变化率分别为-0.13%、1.89%、-0.29%、41%。

3 土地利用转移矩阵分析

借助GIS平台对前期处理好1990、1995、2000、2005与2010年5期土地利用数据进行相应的剪切和叠加处理,得到不同时期年土地利用图,进行分类统计并提取了相关的土地利用变化信息,创建了研究区以5a为一阶段的土地利用变化转移矩阵(见表4~表7)。总体可以看出,研究区不同时期,以1995-2000年期间土地利用类型变化较为明显,并且以耕地、林地与居民点及工矿用地为主,其中耕地未变比例为74.36%、林地为76.41%、居民点及工矿用地为60.07%,其中耕地与林地主要向草地转换,而居民点及工矿用地主要向耕地转换;其他各时期不同土地利用类型变化幅度不大,未变比例达到90%以上,未变比例非常高。研究区土地利用变化规律可以总结为耕地与林地向草地、居民点及工矿用地向耕地的转换构成了土地利用变化的主导过程,其他土地利用类型几乎保持不变,并且主要发生在1995-2000年。从表4~表7中各土地利用类型之间的转化情况可以看出土地利用转移的具体情况如下。

(1)1990-1995年期间土地利用转化规律。由表4可知,1990-1995年期间研究区不同土地利用类型未发生明显的相互转化,呈弱的变化趋势,不同土地类型未变比例较高,达到91%以上。耕地保持不变的比例为96.79%(431.02km2)、有较小面积转化为林地、草地与居民点及工矿用地,其中转化为林地的比例为0.14%(0.64km2)、转化为草地的比例为2.24%(9.97km2)、转化为居民点及工矿用地的比例为0.83%(3.69km2),相对而言耕地主要转化为草地最为明显;林地面积保持不变的比例达92.86%(825.82km2)、部分转化为耕地、草地、水域、居民点及工矿用地与未利用土地,但转化面积较小,其中转化比例分别为0.08%、6.53%、0.03%、0.01%与0.49%,相对而言林地主要向草地转化最为明显;草地面积保持不变的比例达98.32%(6 280.69km2),向各不同土地利用类型转变的比例非常小,相对而言主要向林地与未利用土地类型转化,转化比例分别为0.98%与0.45%;水域面积保持不变的比例达96.76%(679.89km2),除未向耕地转化外,向其余各不同土地利用类型均有较小比例转换,相对而言主要向未利用土地类型转换,转化比例为2.49%;居民点及工矿用地未变比例达91.53%(63.04km2),部分面积分别向耕地、林地与草地转化,转化比例分别为4.25%、0.28%、3.93%;未利用土地面积未变比例达95.36%(1 065.04km2),部分面积分别向林地、草地与水域转化,转化比例分别为0.11%、2.82%、1.71%。

(2)1995-2000年期间土地利用转化规律。由表5可知,1995-2000年期间为研究区不同土地利用类型发生相对变化明显的主要时期,并且以耕地、林地与居民点及工矿用地发生变化为主。耕地面积保持不变的比例为74.36%(331.22km2),部分面积转化其他不同类型土地利用面积,其中转化为林地的比例为2.26%、转化为草地的比例为15.01%、转化为水域面积的比例为1.49%、转化为居民点及工矿用地面积的比例为2.62%、转化为未利用土地面积的比例为4.16%,相对而言耕地主要转化为草地最为明显;林地面积保持不变的比例达76.41%、部分转化为耕地、草地、水域、居民点及工矿用地与未利用土地,其中转化比例分别为0.49%、20.42%、1.98%、0.08%与0.62%,相对而言林地主要向草地转化最为明显;草地面积保持不变的比例达93.94%,向各不同土地利用类型转变的比例非常小,向耕地、林地、水域、居民点及工矿用地与未利用土地类型转换比例分别为0.97%、2.91%、1.11%、0.10%、0.96%;水域面积保持不变的比例达92.33%,除未向耕地转化外,向其余各不同土地利用类型均有较小比例转换,相对而言主要向草地与未利用土地类型转换,转化比例分别为1.56%与2.49%;居民点及工矿用地未变比例达60.07%,部分面积主要分别向耕地、林地、草地与水域转化,转化比例分别为21.36%、3.19%、11.62%、3.68%;未利用土地面积未变比例达90.40%,部分面积分别向林地、草地与水域转化,转化比例分别为0.29%、5.84%、3.47%。

(3)2000-2005与2005-2010年期间土地利用转化规律。由表6和表7可知,鉴于2000-2005与2005-2010年期间不同类型土地利用转化不明显,不同土地利用类型未变比例均在95%以上。2000-2005年耕地面积保持不变的比例为98.94%,只有小部分面积向草地、水域与居民点及工矿用地转换,转换比例分别为0.24%、0.74%、0.08%;林地面积保持不变的比例为99.67%,只有小部分面积向草地与水域转换,转换比例分别为0.09%、023%;草地面积保持不变的比例为99.44%,只有小部分面积向耕地、水域与居民点及工矿用地转换,转换比例分别为0.41%、0.07%、0.07%;水域面积几乎保持不变,其比例为99.99%,只有0.01%比例的面积向耕地转换;居民点及工矿用地面积不变比例达99.64%,其余较小面积向耕地与草地转换,转换比例分别为0.05%与0.31%;未利用土地保持不变比例较高,达99.71%,且面积仅向草地转换,转换比例为0.29%。

2005-2010年土地利用面积转换规律与2000-2005年期间相似。耕地面积保持不变的比例为94.91%,只有小部分面积向草地、水域、居民点及工矿用地与未利用土地转换,转换比例分别为1.23%、2.77%、0.03%、1.07%;林地面积保持不变的比例为99.98%,仅有小部分面积向水域转换,转换比例为0.02%;草地面积保持不变的比例为99.44%,只有小部分面积向耕地、水域与居民点及工矿用地转换,转换比例分别为0.41%、0.07%、0.07%;水域面积几乎保持不变,其比例为99.98%,只有0.02%比例的面积向耕地转换;居民点及工矿用地面积不变比例达98.98%,其余较小面积向耕地、草地与水域转换,转换比例分别为0.30%、0.28%与0.45%;未利用土地面积几乎不变,不变比例达99.99%,仅0.01%面积向耕地转换。

从1990-2010年研究区不同土地利用/土地覆被变化以草地与居民点及工矿用地面积的减少、水域与未利用土地面积的增加为主,总体上耕地面积减少0.74%、林地面积减少了1.09%、草地面积减少了1.75%、水域面积增大了15.15%、居民点及工矿用地面积减少了5.19%、未利用土地面积增大了1.88%。

4 结语

随着区域社会经济发展的必然趋势以及国家近年来对西部地区发展的卓有成效的政策、项目与资金等方面的支持,加之强烈人类活动与气候变化的影响,所在区域土地利用情况已经或多或少的受到了一定的影响,植被群落也相应地发生了一定的变化,进而影响到了与LUCC相关的方方面面。研究区所在区域为喀什河流域的源流区,若LUCC发生明显的变化必将影响到产汇流规律、人们对一些极端水文事件的预知与应对能力,进而影响到所建水利工程的正常运行与兴利效益的充分发挥,也将影响到正常的工农业生产。因此,为合理的了解的研究多年来的LUCC变化规律,更好地服务于与LUCC变化相关方面的研究与生产实践工作,本研究以1990、1995、2000、2005与2010年5期1∶10万LUCC数据为基础,开展了研究区LUCC时空变化特性研究,可以看出:

(1)研究区不同土利用类型中以林地、草地、水域和未利用土地为主,以草地所占的面积最大,占全流域面积的66%,其他土地利用类型面积较小。

(2)从空间上可以看出,耕地和居民点及工矿用地主要分布在喀什河下游河谷两侧区域;林地主要分布在喀什河中下游区域,且主要分布在该流域北坡,南坡及高海拔区域只有零星分布;水域主要分布在喀什河流域的中高山带且多以永久性冰川雪地为主,南北坡均有分布;未利用土地多以裸土地和裸岩石砾地为主,主要分布在该流域中上游区域且以上游区域为主,总体趋势南坡未利用土地面积大于北坡。

(3)从时间上看,土地利用类型的变化主要以2000年为临界期进行变化,2000年前研究区土地利用类型变化差异不大。总体上,水域面积从1990-2010年表现为持续增加;林地与草地面积以1995年为界表现为先增后减的趋势;耕地、居民点及工矿用地面积表现为先减后增的趋势,以2000年临界点;未利用土地动态变化较明显,表现为先减后增、再减再增的反复趋势。近20年间,水域增加速度最快、居民点及工矿用地增加最为突出、林地与草地面积持续减少。

(4)基于土地利用变化转移矩阵可以看出,研究区不同时期以1995-2000年期间土地利用类型变化较为明显,并且以耕地、林地与居民点及工矿用地为主,其中耕地与林地主要向草地转换,而居民点及工矿用地主要向耕地转换;其他各时期不同土地利用类型变化幅度不大,未变比例达到90%以上,未变比例非常高。

(5)喀什河流域土地利用变化规律可以总结为耕地与林地向草地、居民点及工矿用地向耕地的转换构成了土地利用变化的主导过程,其他土地利用类型几乎保持不变,并且主要发生在1995-2000年。

研究区LUCC的主要诱因主要有以下几个方面:一是2000年左右国家实行退耕还林、退耕还草的政策初见成效;二是随着新疆“富民兴牧、安居富民、定居兴牧”政策的实施,部分牧民结束了游牧的生活方式,进而影响到了所在区域LUCC的变化;三是所在区域2000年左右水利工程的相继开发,且研究区降水量较丰富,高于多年平均情况,使水域面积持续增大。总体而言从1990-2010年研究区LUCC变化不大,并且主要以草地与居民点及工矿用地面积的减少、水域与未利用土地面积的增加为主要特征。

随着人类社会的快速发展、人民生活水平的提高、城市的扩展,加之全球气候变化的影响,区域LUCC类型的改变已不可避免,进行会影响到与LUCC相关的方方面面,如产汇流规律、水利工程的正常运行、生物的多样性及植物种群等,有可能加剧与之相关自然灾害出现的概率与频次,因此,在新形势下对防洪减灾提出了更高的要求,也必将得到更多学者与政府决策部门的关注,适时、及时采取相关决策,并且随着航天技术与计算机术的快速发展,高分辨率土地利用数据的获取成为可能,进而可更好的时时动态监测土地利用类型,使之朝着有利用于人类社会进步方面改变及发展,能够更好地实现不同土地利用类型区化功能的保护。

摘要：鉴于强烈人类活动与气候变化的影响,所在区域土地利用/土地覆被变化(LUCC)已经或正在受到了一定的影响,进而可能影响到与LUCC相关方面。为合理的预知河流源区所在区域LUCC的变化情况,指导产汇流研究工作、制定变化环境下的自然灾害预警机制及水利工程兴利效益的发挥等,借助1990、1995、2000、2005、2010年5期1∶10万土地利用/土地覆被数据,以天山西部山区的喀什河流域为典型区开展了土地利用/土地覆被时空变化特性研究。研究结果表明:1研究区不同土利用类型中以林地、草地、水域和未利用土地为主,以草地所占的面积最大,占全流域面积的66%;2从空间上可以看出,耕地和居民点及工矿用地主要分布在下游河谷两侧区域,林地主要分布在中下游区域,水域主要分布在喀什河流域的中高山带且多以永久性冰川雪地为主;3从时间上看,土地利用类型的变化主要以2000年为临界期进行变化,2000年前研究区土地利用类型变化差异不大,总体上,近20年间,水域增加速度最快、居民点及工矿用地增加最为突出、林地与草地面积持续减少;4耕地与林地向草地、居民点及工矿用地向耕地的转换构成了研究区土地利用变化的主导过程,其他土地利用类型几乎保持不变,并且主要发生在1995-2000年。

关键词：土地利用/土地覆被,时空变化,山区,变化规律

参考文献

[1]李秀彬.全球环境变化研究的核心领域——土地利用/土地覆被变化的国际研究动向[J].地理学报,1996,51(6):553-558.

[2]王宗明,国志兴,宋开山,等.2000-2005年三江平原土地利用/覆被变化对植被净初级生产力的影响研究[J].自然资源学报,2009,24(1):136-146.

[3]唐华俊,吴文斌,杨鹏,等.土地利用/土地覆被变化(LUCC)模型研究进展[J].地理学报,2009,64(4):456-468.

[4]李勉,姚文艺,陈江南,等.坡面草被覆盖对坡沟侵蚀产沙过程的影响[J].地理学报,2005,60(5):725-732.

[5]Brown A E,Zhang L,Mcmahon T A,et al.A review of paired catchment studies for determining changes in water yield resulting from alterations in vegetation[J].Journal of hydrology,2005,310(1):28-61.

[6]刘晓娜,封志明,姜鲁光,等.西双版纳土地利用/土地覆被变化时空格局分析[J].资源科学,2014,36(2):233-244.

[7]王少伟,张晓祥,杨晓英.太湖湖滨敏感区的土地利用遥感分类研究[J].遥感技术与应用,2014,29(1):114-121.

[8]刘纪远,匡文慧,张增祥,等.20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局[J].地理学报,2014,69(1):3-14.

[9]王范霞,毋兆鹏.近40a来精河流域绿洲土地利用/土地覆被时空动态演变[J].干旱区资源与环境,2013,27(2):150-155.

[10]施雅风.简明中国冰川目录[M].上海:上海科学普及出版社,2005.

覆被变化 第6篇

1 研究区域概况

盘锦市地处辽宁省的西南部,辽河三角洲中心地带,东经121°31′-122°28′,北纬40°41′-41°27′之间。西北邻锦州,东界鞍山,南临辽东湾。现辖兴隆台、双台子2个区及大洼、盘山2个县。盘锦市地貌属于退海冲积平原,地势平坦,土质肥沃;属温带大陆性半湿润季风气候,历年平均气温8.3℃,平均降水量611m m,年日照时数为2787h,比同纬度的其他地区日照充足。

盘锦市自然资源十分丰富,有石油天然气、芦苇湿地、海洋滩涂、连片草场、井盐、野生动植物资源等,为实施可持续发展战略提供了得天独厚的物质基础。盘锦市位于辽宁中部城市群与京津唐城市群之间的联结带,地处辽东半岛开发区与辽西经济开发区的结合部,置身于东北经济区与华北经济区的融汇处,居于东北亚经济圈与环渤海经济区的交叉点。这种得天独厚的地域优势,为盘锦的发展提供了良好的机会和空间。

2 研究区土地利用/土地覆被变化分析

2.1 研究区土地利用类型的面积变化

该研究使用的主要资料有1990年1:10000地形图、1988年的TM遥感影像图和2005年的中巴卫星图、1:50000土地利用图、2005年土地详查资料及1991-2005年辽宁省统计年鉴社会经济发展统计资料数据。依据国家土地利用现状分类标准,可将盘锦市土地利用分为耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地和未利用地6种类型(其中未利用地主要是指湿地)。在ER D A S软件下,通过对TM遥感影像的监督分类,获取土地遥感分类图,并在A rc V iew G IS 3.3软件支持下,对1988年和2005年的土地利用图进行空间叠加量算,并结合2005年土地详查资料,得出两个时期的土地利用/土地覆被变化的基本数据(表1)。从数量方面反映区域土地利用变化,分析土地利用变化总的态势和土地利用结构的变化。

由表1可见,盘锦市2005年土地利用类型以耕地为主(占总面积的73.41%),其次为城镇工矿居民用地和水域,分别占土地总面积的11.21%和10.50%,而林地、草地和未利用土地所占比例很小,三种土地类型合计不足土地总面积的5%。对1988-2005年盘锦市土地利用/土地覆被现状的数据分析可得:17年间共增加了耕地7.21万hm 2,草地减少了0.9万hm 2,占1988年草地总面积的95.7%,林地也在减少,后备资源数量也越来越少,2005年未利用地(主要是指湿地)减少了21.01%。

2.2 土地利用变化动态模型分析

2.2.1 转换矩阵模型

为了分析土地类型转换的内部结构,利用A rcview软件的空间叠加分析功能,做出了1988-2005年盘锦市土地利用转换矩阵(表2)。

1988-2005年盘锦市土地利用类型之间相互转化明显。城市迅速扩张,主要是靠占用大量耕地得以实现,17年间有0.6万hm 2的耕地转变为城乡工矿居住用地。同期,耕地增加了7.21万hm2,主要是由林地(占25.44%),草地(占1.66%),水域(占2.52%)和未利用地(占0.62%)转化而来。林地总量减少了72557 hm 2,主要转向耕地、水域和城乡工矿居住用地,转换面积分别是66766 hm 2,5548hm 2,1978 hm 2;草地总量减少8990 hm 2,主要转换为耕地、水域、城乡工矿居住用地,面积分别为4367hm 2、4356 hm2、339 hm2。总体上看,耕地的流出量小于其流入量,即耕地总量有所增加,这虽然使粮食生产得到一定保障,但由于该地区林地、草地和湿地大面积的减少,也会对当地生态环境和可持续发展造成潜在威胁。

2.2.2 动态变化模型

本文对于盘锦市土地利用/土地覆被变化的描述是通过资源数量变化模型和土地利用程度变化模型来反映的,目前用来描述土地资源数量模型主要有土地利用动态度,土地利用动态度指数以土地利用类型的面积为基础,关注研究时段内类型面积变化的结果。其意义在于可以直观的反映类型变化的幅度和速度,也易于通过类型间的比较反映变化的类型差异。通过分析土地利用类型的总量变化,可以了解区域土地利用变化总的态势和土地利用结构的变化;通过分析土地利用类型变化的速度,可以反映区域土地利用变化的剧烈程度,对于比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势都有积极的作用。

而在研究土地利用程度变化模型时,土地利用程度主要反映土地利用的广度和深度,它不仅反映了土地利用中土地本身的自然属性,同时也反映了人类因素与自然环境因素的综合效应。

(1)土地利用动态。单一类型的土地利用动态指数是研究区域在一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况,其表达式为[3]:

式中:Lc表示研究时段某一土地利用类型动态度指数,Ua和Ub分别表示研究初期和末期某类型土地的数量,T表示研究时段。当T设为年时,Lc值就是该研究区域某种土地利用类型的年变化率。

从表3中可以看出,17年间盘锦市草地的动态指数变化最大,动态度指数达-5.62%。草地、林地、未利用土地的动态度是以负数出现,这表明在1988-2005年间它们的面积总量是递减的;同时耕地、城镇居民工矿用地、水域动态度以正值出现,表明它们的面积总量呈递增趋势。并且,草地递减的趋势较大,而耕地递增的趋势较大。林地、草地和湿地的急剧减少会直接导致生态系统调节气候、涵养水源、土壤保持及生物多样性保护等功能减弱,这就要求盘锦市政府各部门要在今后的工作中,在保护耕地的同时更应该重视草地、林地的保护,进而维持区域生态环境的稳定。

(2)土地利用程度变化模型。参照中科院刘纪元等的土地利用的综合分析方法[4],将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡态分为4级(表4),并赋予分级指数,从而求出土地利用程度的综合指数。

注:本表引自刘纪元等[4]。

土地利用综合指数的大小可以反映土地利用总体程度的高低,其表达式为:

式中:D表示土地利用程度综合指数;Ai表示第i级土地利用程度分级指数;CCi表示第i级土地利用面积;H J表示土地利用评价区域内土地总面积;n为土地利用程度分级数。由公式可知,土地利用综合量化指标体系是一个100-400之间连续变化的指标,综合指标大小反映了土地利用程度的高低。

经计算,盘锦市1988和2005年的土地利用程度综合指数分别是245.51和292.79,高于全国平均水平的231.92,表明土地的总体利用水平较高。该区域在以后的开发利用中,应充分合理的利用现有资源,保护好耕地,维护好生态环境,有计划的进行城市开发。

3 研究区土地利用/土地覆被变化的驱动力分析

土地利用变化受到自然因素和人类因素的双重作用,且在短期内人文因素是土地利用变化的主导因素。而耕地是盘锦市土地利用变化的核心类型,与耕地有关的土地利用变化面积也比较大,也是分析土地利用变化驱动力的突破口。因此,本文在分析盘锦市土地利用变化的人文驱动力时,侧重对耕地变化驱动力的分析。

3.1 经济发展的动态因素

经济发展是盘锦市土地利用/土地覆被变化的主要因素。随着油田的开发建设,盘锦市经济高速发展,1991-2005年国民生产总值由63.9亿元增长到441.32亿元,平均年增长率为14.8%;全社会固定资产投资额由30.84亿元增长到201.21亿元,平均年增长率为14.3%;城市化(非农业人口/总人口)水平由45.78%增长到61.8%。由于经济的开发(农业综合开发和油气综合开发),土地利用类型会发生相应的转化,而在转化的过程中也会对生态平衡产生一定的影响。如随着经济的发展,城市迅速扩张,侵占城市周围大面积的良田,尤其是耕地;在油田的开发过程中需要修路建井,由于数量巨大,由此引起的土地利用变化同样是不容忽视的,而且这些活动过程中所产生的废弃物又必然会对土地性质产生重要影响;湿地是多种动物的栖息地,在维持生物多样性方面具有重要作用[5],由于经济的开发使大面积的湿地开垦为农田,近海滩涂(湿地的一种)脱离海水的直接影响,野生动物栖息地受到破坏,许多物种濒临灭绝。

3.2 人口因素

在众多人类活动中,人口作为影响土地利用变化的主要因素是不容忽视的。人口的增长必然导致居住用地的扩大和土地利用系统输出产品需求量的增加,造成过多的毁林开荒、乱占耕地以及破坏植被,以及生态环境恶化等问题的出现,并引起土地覆被格局发生变化,加重了人口、资源和环境的矛盾。盘锦市1991年总人口为106.6万人,而到2005年总人口增加为125.9万人,增长了24.9%。迅速增加的人口必然会增加对城市建设用地的需求,促使城市周边地区的土地转变为城市建设用地。人口的迅速增加必然会增大对粮食的需求,盘锦市主要是靠将林地、草地、未利用土地等转变为耕地来实现的。随着盘锦市人口的增长,供人类生活、生存所需要的耕地资源数量在不断发生变化,土地利用结构与生态环境质量也在发生着相应的变化。

3.3 政策影响因素

通过对盘锦市土地利用结构的变化分析发现,国家宏观政策对盘锦市土地利用变化及土地资源的可持续利用产生重大影响。耕地总量动态平衡政策的制定对盘锦市土地利用结构的影响较大。盘锦市近20年来发展以石油、化工为重点产业的工业格局,提高工业经济总量和规模效应。随着盘锦市工业经济的快速发展以及非农业人口的不断增长,城市规模迅速扩张,非农用地在不断增加,促进了城市周边的土地尤其是耕地向城乡工矿居住用地的转化。而“耕地总量动态平衡”政策出台以来,盘锦市积极响应国家的政策,不仅较好地实现了“耕地占补平衡”目标,而且还使耕地面积有所增加。但要清楚地看到,盘锦市耕地面积的增加,主要是以林地、草地和湿地的减少为代价,这将对其原有生态环境及土地资源的可持续利用产生一定的影响。因此,如何制定和执行有关土地利用政策,协调盘锦市经济发展与土地资源利用的关系,实现经济社会可持续发展将是今后的重要研究课题。

4 结论

4.1 研究区在1988-2005年间,土地利用/土地覆被发生了很大的变化,11年间共增加了耕地7.21万hm 2,草地减少了0.9万hm 2,占1988年草地总面积的95.7%。同时,林地也在减少,后备资源数量也越来越少。

4.2 1988-2005年间城市迅速扩张,有0.6万hm2的耕地转变为城乡工矿居住用地;17年间耕地面积虽然有所增加,但这主要是以林地、草地和湿地的减少为代价,对当地生态环境和可持续发展造成潜在威胁。

4.3 从1988-2005年盘锦市草地和林地的动态指数变化最大,动态度指数分别达到-5.62%和-5.42%;盘锦市土地利用程度较高,土地利用程度综合指数由1988年的245.51提高到2005年的292.79,高于全国平均水平的231.92。

4.4 研究区内土地利用/土地覆被变化的驱动力主要是经济发展、人口增长和政府政策等。

参考文献

[1]Sara Brogaard, Zhao Xueyong. Rural reforms and changes in land management and attitudes a case study from InnerMongolia[J].China Ambio, 2002, 31(3): 212-218.

[2]Lam bin E F. Modeling and monitoring land-cover change processes in tropical regions[J].Progress in Physical Geography, 1997,21(3):375-393.

[3]赵永华,何兴元,胡远满,等.岷江上游土地利用覆被变化及其驱动力,应用生态学报,2006,17(5):862-866.

[4]刘纪元.中国资源环境遥感宏观调控动态研究[M].北京.中国科学技术出版社,1996.

[5]王秋兵.中国湿地资源可持续开发利用问题的探讨[A].沈阳农业大学土地与环境学院.中国农业资源与环境持续发展的探讨——庆贺唐耀先教授八十华诞纪念论文集[C].辽宁科学技术出版社,1998.50-57.