魏麗麗 畢如田 曹 毅

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801)

涑水河流域近18年土地利用/覆被變化及驅(qū)動(dòng)力研究*

魏麗麗 畢如田 曹 毅

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801)

本研究以涑水河流域的1990年和2008年兩期TM影像為主要數(shù)據(jù)源，在ENVI和ArcGIS軟件支持下，采用土地資源數(shù)量變化模型、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用程度變化模型分析了涑水河流域18年間土地利用時(shí)空演變的情況及驅(qū)動(dòng)機(jī)制。研究表明:涑水河流域林草地、耕地、建設(shè)用地呈現(xiàn)出較快增長(zhǎng)的趨勢(shì)，水域、未利用地呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢(shì);土地利用單一動(dòng)態(tài)度變化不大，土地綜合利用動(dòng)態(tài)度為4.383。人口、政策以及城鎮(zhèn)化經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是該流域土地利用/覆蓋變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。

LUCC;涑水河流域;驅(qū)動(dòng)力

隨著氣候變化、人口增長(zhǎng)、環(huán)境污染、能源短缺等諸多全球性問(wèn)題的日益突兀［1］，土地利用/覆蓋變化(LUCC)研究正成為全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題［2］，并且取得了一系列的重大研究成果。目前針對(duì)生態(tài)脆弱區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)研究較多［3－8］，而對(duì)黃土高原典型流域土地利用時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)力研究的尚不多見(jiàn)。本研究通過(guò)對(duì)山西省涑水河流域土地利用/覆被變化及驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究，可為區(qū)域土地資源利用與管理提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

涑水河流域位于山西省西南部，介于北緯40.80°－43.70°和東經(jīng)110.25°－111.13°之間，涑水河發(fā)源于絳縣陳村峪，自東北向西南流經(jīng)聞喜、夏縣、運(yùn)城、臨猗，在永濟(jì)弘道園以西匯入黃河，全長(zhǎng)196km，流域面積約5 679km2，多年平均徑流量為2.17億m3，多年平均流量為6.88m3/s，徑流模數(shù)為1.24m3/(s.km2)。涑水河流域處于黃土高原的丘陵與溝壑地帶，有山地、溝壑、盆地、平川等多種地形地貌，流域內(nèi)土壤類(lèi)型包括褐土、草甸土、沼澤土、鹽土等，流域?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)氣候區(qū)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究數(shù)據(jù)源采用覆蓋該區(qū)域的1990－08－22和2008－08－23的Landsat－5 TM影像，共8景，分辨率均為30m。同時(shí)收集了研究區(qū)1:5萬(wàn)的土地利用現(xiàn)狀圖和1:5萬(wàn)地形圖。

根據(jù)TM影像的實(shí)際解譯能力和國(guó)土資源部制定的分類(lèi)體系，將該區(qū)土地利用的遙感分類(lèi)體系劃分為耕地、水體、建設(shè)用地、未利用地、林草地共5大類(lèi)。在ENVI軟件環(huán)境下對(duì)遙感影像進(jìn)行土地利用類(lèi)型的目視判讀，采用監(jiān)督分類(lèi)的方法，得到分類(lèi)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)1990年和2008年2期涑水河流域的土地利用分類(lèi)圖進(jìn)行空間分布疊加分析，利用ArcGIS 9.2的統(tǒng)計(jì)功能，得出研究區(qū)1990－2008年土地利用/覆被變化的動(dòng)態(tài)變化信息及轉(zhuǎn)移矩陣。

3 土地利用/覆被變化結(jié)果與分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)比較及變化幅度

根據(jù)遙感解譯分類(lèi)結(jié)果可得出1990－2008年不同土地利用類(lèi)型面積、比例、變化面積和變化率(見(jiàn)表1)。從表1可以看出建設(shè)用地、林草地出現(xiàn)了逐漸增加的趨勢(shì)，增加面積分別為159.483km2，188.746km2，變化幅度分別為45.18%，29.78%。耕地、水域、未利用地則出現(xiàn)了減少的趨勢(shì)，減少面積分別為71.069km2，89.486 km2，187.674 km2，變化幅度分別為2.03%，35.27%和19.99%，說(shuō)明了該地區(qū)水域用地和未利用地轉(zhuǎn)向其他用地，土地利用程度得到了加強(qiáng)，土地利用結(jié)構(gòu)日趨合理。

3.2 土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)移

運(yùn)用ENVI軟件將1990年和2008年的兩期土地利用分類(lèi)圖進(jìn)行空間疊加分析，可得到土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣(見(jiàn)表2)。

表1 1990－2008年不同土地利用類(lèi)型的變化

1990－2008年間流域未利用地變化了283.474km2，其中有105.347km2流轉(zhuǎn)成耕地，91.807km2流轉(zhuǎn)成林草地，說(shuō)明了對(duì)黃土丘陵地區(qū)、荒草地以及河灘地的開(kāi)發(fā)整理工作良好，以及還林政策實(shí)施的效果顯著，使減少的未利用地主要是流向了耕地和林草地。水域用地變化了167.446km2，其中有34.739km2流向了建設(shè)用地，77.701km2流向了林草地，主要是受到該地區(qū)降雨量逐漸減少以及地下水位不斷下降的影響，使得水域面積不斷減少，加之對(duì)部分溝渠的整理，使得這些用地中的大部分轉(zhuǎn)變成耕地和林草地，土地利用有可持續(xù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

表2 1990－2008年涑水河流域土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣(km2)

3.3 土地利用動(dòng)態(tài)度

單一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度表達(dá)的是某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某一種土地利用類(lèi)型的數(shù)量變化情況，即土地利用類(lèi)型的年變化率。通過(guò)計(jì)算可得出1990－2008年之間土地利用類(lèi)型年變化(見(jiàn)表3);用于表達(dá)區(qū)域土地利用變化的速度。

表3 1990－2008年土地利用類(lèi)型年變化率

根據(jù)國(guó)內(nèi)學(xué)者劉紀(jì)元［10］按照土地利用動(dòng)態(tài)度大小對(duì)中國(guó)土地利用的時(shí)間動(dòng)態(tài)特征劃分，研究區(qū)1990－2008年土地綜合利用動(dòng)態(tài)度為4.383，屬于土地利用慢速變化型，說(shuō)明由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地資源的不斷開(kāi)發(fā)利用，使得土地利用結(jié)構(gòu)處于不斷的調(diào)整中，該地區(qū)土地利用類(lèi)型發(fā)生緩慢的變化，并且日趨合理。

3.4 土地利用程度變化分析

土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度，通過(guò)對(duì)其利用程度及定量變化研究來(lái)體現(xiàn)該地區(qū)土地利用的綜合水平和變化趨勢(shì)。按照劉紀(jì)元［10］等提出的土地利用程度綜合分析法，分別計(jì)算土地利用程度綜合變化量、土地利用程度變化率，可以計(jì)算得出，1990年和2008年的土地利用綜合程度指數(shù)分別為254.23和265.18，后者大于前者，變化率為0.043。這反映出18年來(lái)涑水河流域土地利用正處于平穩(wěn)的發(fā)展期，土地的利用強(qiáng)度大幅度提升。

4 土地利用/覆被變化驅(qū)動(dòng)力分析

土地利用動(dòng)態(tài)變化是自然、社會(huì)和生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)演變的直接表現(xiàn)，是人地系統(tǒng)耦合作用的產(chǎn)物，其變化的驅(qū)動(dòng)因素主要包括自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。涑水河流域的LUCC時(shí)空過(guò)程主要受到自然條件、人口變化、政策因素、城鎮(zhèn)化及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因子的影響。

(1)自然因素。研究區(qū)東、南、北三面被山地、臺(tái)地環(huán)繞，中部低平。因此，盆地內(nèi)的農(nóng)用地開(kāi)發(fā)利用程度較高，而丘陵和山地則受地形、坡度、坡向的限制，墾殖系數(shù)較低。對(duì)研究區(qū)而言，氣溫與降水狀況是主要限制因子。

(2)人口因素。涑水河流域1990年人口為215.18萬(wàn)人，到2008年達(dá)到261.39萬(wàn)人，年增長(zhǎng)率為1.19%，耕地從1990年的3499.938km2，減少到2008年的3428.87km2，人均耕地從1990年的0.16265hm2，減少到2008年的0.13118hm2。反映出人口變化是土地利用變化中最具活力的驅(qū)動(dòng)力之一，可導(dǎo)致整個(gè)土地利用類(lèi)型結(jié)構(gòu)及其空間分布的變化。

(3)政策因素。流域是典型的黃土丘陵區(qū)，天然林保護(hù)工程、退耕還林工程、三北防護(hù)林工程以及干果經(jīng)濟(jì)林工程政策貫徹實(shí)施的較好，流域內(nèi)的坡耕地面積急劇減少。通過(guò)調(diào)查，研究區(qū)果園、菜地的平均經(jīng)濟(jì)收益是599.97萬(wàn)元/km2，耕地為194.99萬(wàn)元/km2，果園和菜地的經(jīng)濟(jì)效益是耕地的3.07倍。農(nóng)戶(hù)受到經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)，主動(dòng)地進(jìn)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部調(diào)整。

(4)城鎮(zhèn)化及經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素。涑水河流域1990年－2008年間建設(shè)用地面積年均增長(zhǎng)率為2.51%，人均綠地面積從1990年的2.6m2/人增長(zhǎng)到了2008年的8.2m2/人，年均GDP增長(zhǎng)率達(dá)9%。由于城市化水平的提高，城市發(fā)展中建設(shè)用地和綠地面積也會(huì)不斷的增加。

5 結(jié)論

1990年和2008年涑水河流域各類(lèi)用地面積所占的比重變化基本不大，比重最大的仍然是耕地，比重最小的是水域。18年間研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化總體上表現(xiàn)為林草地和建設(shè)用地呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，耕地、水域和未利用地呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，變化幅度最大的是建設(shè)用地和林草地。1990～2008年間涑水河流域土地利用/覆被動(dòng)態(tài)度變化不大，土地利用動(dòng)態(tài)度從大到小是建設(shè)用地＞未利用地＞林草地＞水域＞耕地。研究時(shí)段內(nèi)總體上土地利用程度較低，處于土地利用平穩(wěn)發(fā)展期，土地利用程度會(huì)逐漸加強(qiáng)。

(編輯:李琪)

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AbstractLand use/cove change(LUCC)situation and its driving forces in Sushui River watershed had been investigated by monitoring an analytical research of phases of Landsat TM data of 1990 and 2008，supported by ENVI and ArcGIS，and by employing the land resource quantity change model，the land utilization transfer matrix and the land utilization degree change model to study the land use tendency and driving forces of LUCC for the period of 1990～2008.The result indicated that the cultivated land，build－up land，grassland and forestland area had presented a rapid growth tendency，while water area and moorland had an opposite tendency.Sole dynamic degree of land use had a little change and the sequences of land use dynamic degree were build－up land＞moorland＞grassland and forestland＞water area＞cultivated land.Comprehensive dynamic degree of land use was 15.83，belonging to land－use fast change type.Integrated index of land use change was 58.37 and the land use change rate was 0.23.Land development degree of utilization was strengthened in this area，which was the result of the rapid development of economy and society.Population，policy as well as urbanization economic growth were the main driving factors of the land use/coverage in Sushui River watershed.

Key wordsLUCC;Sushui River watershed;driving forces

Study on Land Use/Cover Change and Its Driving Forces of Sushui River Watershed During the Last 18 years

WEI Li-liBI Ru-tianCAO Yi
(College of Resource and Environmental，Shanxi Agricultural University，Taigu Shanxi 030801，China)

F301.2

A

1002－2104(2010)05專(zhuān)－0122－03

2010-06-15

魏麗麗，碩士生，主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源信息技術(shù)。

畢如田，博士，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)橘Y源環(huán)境信息技術(shù)。

*山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2008011061－1)。