申懷飛，吳國(guó)璽，丁圣彥

(1．許昌學(xué)院 城市與環(huán)境學(xué)院，河南許昌461000;2．河南大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南開(kāi)封475004)

土地利用是自然基礎(chǔ)上人類活動(dòng)的直接反映，是人類有目的地開(kāi)發(fā)利用土地資源的一切活動(dòng)。土地利用/土地覆蓋(LUCC)是由各土地類型的斑塊組成，具有顯著的空間特點(diǎn)和時(shí)間特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)其空間格局分析可以把土地利用的空間特征與時(shí)間過(guò)程緊密聯(lián)系起來(lái)，從而更好分析土地利用的時(shí)空演變規(guī)律，同時(shí)也有助于了解各土地類型要素的形狀、大小、數(shù)量和空間組合;分析影響物種分布、動(dòng)物遷徙、河流徑流和土壤侵蝕等生態(tài)過(guò)程和邊緣效應(yīng)，探討土地利用空間格局與地理生態(tài)過(guò)程的關(guān)系［1-8］。土地利用格局受自然環(huán)境的限制與人類活動(dòng)的干預(yù)而發(fā)生變化，開(kāi)展土地利用格局研究，了解其成因機(jī)制，是理解人類社會(huì)與自然環(huán)境相互關(guān)系的重要途徑，對(duì)于大尺度區(qū)域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及發(fā)展趨勢(shì)分析也是十分有效的手段［9-12］。

地形因子作為影響土地利用空間格局形成及其變化的重要因子，受到學(xué)術(shù)界的高度重視。通過(guò)分析土地利用格局變化及其與地形因子之間的相互關(guān)系，可以探討土地利用空間格局及其變化的地形梯度特征，目前該方面的相關(guān)研究更多的是討論地形梯度與土地利用變化的關(guān)系［13-17］，而分析其與土地利用空間格局間相互關(guān)系的研究相對(duì)較少。黃河流域因其地理位置的獨(dú)特性和重要性，歷來(lái)受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注，成為各學(xué)科研究的熱點(diǎn)，地理學(xué)界和生態(tài)學(xué)界也進(jìn)行了許多卓有成效的研究。在前人研究工作的基礎(chǔ)上，利用河南省土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、2003—2009年河南省土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，對(duì)2009年豫西黃河流域土地利用空間格局地形梯度特征進(jìn)行深入地研究，從而為該區(qū)域的土地資源管理及規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等提供科學(xué)決策支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黃河中下游地區(qū)，河南省的西部，界于33°32'54″N ～ 35°21'37″N，110°20'48″E ～ 114°15'52″E，東西長(zhǎng)357．98 km，南北寬202．20 km，總面積38 517．40 km2，占河南省土地總面積的23．87%。研究區(qū)地處我國(guó)第二階梯和第三階梯的過(guò)渡地帶，地形復(fù)雜，山地、丘陵與平原分野明顯，地勢(shì)由西向東呈階梯狀逐漸降低;北、西、南3面分別有太行山、伏牛山環(huán)繞，間有斷陷盆地，東部為平原(圖1)。研究區(qū)位于暖溫帶和亞熱帶交錯(cuò)的邊緣地區(qū)，兼有南北之長(zhǎng)，屬典型的大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明，日照充分，降水豐沛。年平均氣溫13℃ ～15℃，年平均降水量600～1 200 mm，年平均日照時(shí)數(shù)2 000～2 600 h，光熱資源豐富，可以滿足農(nóng)作物一年兩熟或兩年三熟的需要。氣象災(zāi)害較多，干旱、雨澇、霜凍等常常交替發(fā)生。受氣候影響，該區(qū)域植被分布也明顯地兼有南、北方的特點(diǎn)，適于多種植物生長(zhǎng)。

圖1 研究區(qū)域范圍及位置示意圖Fig．1 The illustrative diagram of the study area

2 研究方法

2．1 研究數(shù)據(jù)

本研究選用河南省土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、2003—2009年河南省土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)、野外實(shí)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)和1∶5萬(wàn)河南省DEM數(shù)據(jù)為主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 9．2和Excel作為數(shù)據(jù)處理分析平臺(tái)。土地利用類型的劃分以中國(guó)地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)提供的河南省土地利用數(shù)據(jù)中的土地資源分類系統(tǒng)為參考，根據(jù)研究區(qū)土地類型特征，將土地利用類型劃分為16種類型(表1)。

表1 豫西黃河流域各土地利用類型統(tǒng)計(jì)表Tab．1 The statistics of land-use types in study area in 2009

2．2 研究方法

地形是土地利用空間分異的重要影響因子，因此土地利用結(jié)構(gòu)及其變化往往在地形梯度上表現(xiàn)出一定的分布規(guī)律［13］。為了定量分析土地利用變化與地形梯度之間的相互關(guān)系，根據(jù)研究區(qū)土地利用分布格局，利用ArcGIS軟件對(duì)研究區(qū)土地利用類型圖按照不同的地形因素梯度進(jìn)行疊加分析，并統(tǒng)計(jì)各土地利用類型隨地形因子梯度的變化的分布特征。具體分析了高程和坡度兩個(gè)地形指標(biāo)，其中高程分300m以下、300～500m、500～800 m、800～1 000 m、1 000 m 以上共5級(jí)，坡度分5°以內(nèi)、5°～10°、10°～15°、15°～30°、30°以上共5 級(jí)。

3 結(jié)果與分析

3．1 土地利用總體特征分析

將研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)與DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，可以看出在東部平原區(qū)是典型的農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，其中旱地占主導(dǎo)地位。而在西部山地區(qū)，土地類型較為復(fù)雜，林地、草地、灌木林等各類型交錯(cuò)分布，其中有林地的面積最大，該類型可以看作該分區(qū)的基質(zhì)類型，其后是高覆蓋度草地。具體來(lái)說(shuō)，旱地面積為1 320 760．00 hm2，約占總面積的34．29%，主要分布在東部平原區(qū)，而有林地面積990 270．00 hm2，約占總面積的25．71%，主要分布在西部山地區(qū)。水澆地和高覆蓋度草地，面積分別為 456 219．00 hm2，359 164．00 hm2，占總面積的11．85%和9．33%;其他類型面積較小，面積比例都小于總面積的5%，其面積從大到小依次排序?yàn)?農(nóng)村居民地、水田、灌木林、中覆蓋度草地、稀疏林地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、濕地、水域、果園、其他建設(shè)用地、低覆蓋度草地和未利用地。各土地利用類型總的斑塊數(shù)目達(dá)到20 144個(gè)，其中，斑塊數(shù)目最多的是農(nóng)村居民地，其數(shù)目達(dá)到7 641個(gè)，該類型比較均勻地分布在研究區(qū)內(nèi)。緊隨其后的為旱地、高覆蓋度草地和灌木林，分別有4 581，2 913和1 061個(gè)斑塊，未利用地的斑塊數(shù)目最少(表1)。

3．2 土地利用/覆被地形梯度特征分析

3．2．1 土地利用/覆被海拔梯度特征。利用ArcGIS軟件對(duì)2009年土地利用/覆被數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，并統(tǒng)計(jì)各土地類型在不同海拔上的面積比例(表2)以及不同海拔段內(nèi)各類型的面積百分比。經(jīng)過(guò)分析可以看出，研究區(qū)內(nèi)各土地利用/覆被類型的分布規(guī)律隨海拔變化有以下顯著特點(diǎn)。①農(nóng)田中的水田和水澆地主要分布在300 m以下的區(qū)域，在高于800 m的地方?jīng)]有水田及水澆地分布;旱地隨海拔的變化比例為32．17%，37．11%，23．60%，5．10% 和 2．02%。② 有林地隨著海拔的增高分布面積逐漸增大。灌木林和稀疏林地則是先增后減，但是幅度較小，比較均勻地分布在各個(gè)高程段。③草地的分布比較均勻，其中高覆蓋度草地和中覆蓋度草地都在500～800 m的高程段分布較多，占其總面積的1/3左右;而低覆蓋度草地在300～500 m的高程段內(nèi)分布最多，超過(guò)其總面積的50%。④城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民地以及其他建設(shè)用地則主要集中在500 m以下的高程范圍內(nèi)，并隨高程的增加而減少。⑤水域和濕地也主要集中在500 m以下，并且濕地主要分布在一些水域的周圍，與水域的分布密切相關(guān)。

表2 各土地利用類型面積的海拔段百分比構(gòu)成 %Tab．2 The area com position of altitudinal belts for different land-use types

在不同的海拔段內(nèi)各類型的面積變化有一定的規(guī)律性:在海拔500 m以下，各類型均有分布，但是所占比重有較大差異，總體而言農(nóng)田(旱地、水田和水澆地)占據(jù)了主導(dǎo)地位，總的分布面積接近70%，其中在海拔300 m以下的區(qū)域內(nèi)，分布的主要類型有旱地和水澆地;而在300～500 m的海拔段主要的類型為旱地，其面積占到62．13%。在500～800 m的海拔范圍內(nèi)，沒(méi)有水田分布，主要有旱地和有林地。在800～1 000 m的海拔段內(nèi)，沒(méi)有水田、水澆地、水域以及城鎮(zhèn)，其類型以各類林地為主體，其面積比例達(dá)到70%左右;當(dāng)高程超過(guò)1 000 m后，林地的主導(dǎo)地位更加明顯，其面積比例更是高達(dá)80%以上，其間也分布有少量的旱地、灌木林、草地。

3．2．2 土地利用/覆被坡度梯度特征。利用ArcGIS軟件統(tǒng)計(jì)不同土地利用類型在各坡度段中的面積百分比(表3)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)以下變化特點(diǎn):①水田、水澆地、果園、水域、濕地、城鎮(zhèn)及農(nóng)村建設(shè)用地基本分布在5°以下，而該坡度段也正是人類活動(dòng)聚集的區(qū)域，所以與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)的土地利用類型大多分布在該區(qū)域，在5°～15°之間也有一定的分布，但比例較小。未利用地以及其他建設(shè)用地的分布則隨著坡度的增大而減少，其中又以其他建設(shè)用地減少的速率最快，這是由于其他建設(shè)用地主要是為人類的生產(chǎn)生活服務(wù)的，所以其也與人類的主要活動(dòng)范圍關(guān)系密切。② 大于30°的坡度范圍內(nèi)，由于坡度較大，人類的定居以及動(dòng)物的棲息都相對(duì)較為困難，所以人類活動(dòng)干擾影響較大的土地利用類型在該坡度段內(nèi)呈現(xiàn)零星分布;該坡度段內(nèi)有林地的分布面積較大，其占到該坡度段總面積的85．28%。③灌木林、稀疏林以及各類草地在小于30°的坡度范圍內(nèi)均有分布，且分布較為均勻。而有林地則在小于30°的坡度范圍內(nèi)，隨著坡度的增加其面積比例也隨之增加。其中在15°～30°坡度段內(nèi)分布最廣，不僅是該坡度范圍內(nèi)分布最多的類型，而且也是該類型在各坡度段中分布最多的坡度范圍。

表3 不同土地利用類型在各坡度段的面積百分比 %Tab．3 The area percentage com positions of the slope classes for different land-use types

不同坡度段內(nèi)各土地利用類型的面積比例也具有一定的規(guī)律:在各坡度段的范圍內(nèi)都有一個(gè)比較有優(yōu)勢(shì)的土地利用/覆被類型，比如在小于5°的坡度段內(nèi)農(nóng)田(包括旱地、水澆地、水田)占據(jù)較大優(yōu)勢(shì)，其比例達(dá)到70%以上，其中旱地的比例最大，占42．2%;而在5°～10°以及10°～15°坡度段內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位的3個(gè)土地利用類型為:旱地、有林地和高覆蓋度草地，只不過(guò)各類型的比重有所不同而已，這說(shuō)明該坡度段的土地利用類型是由農(nóng)田向林地過(guò)渡的區(qū)域，其中在10°～15°坡度段內(nèi)，林地面積比例接近50%;而在15°～30°以及大于30°的坡度范圍，林地類型占據(jù)著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，林地面積比例分別達(dá)到70%和85%以上。這說(shuō)明在大于15°的坡度范圍內(nèi)，森林分布較為廣泛，這也說(shuō)明國(guó)家制定的大于15°的土地進(jìn)行退耕還林、還草政策符合自然規(guī)律和人類發(fā)展要求。

需要說(shuō)明的是由于不同土地利用/覆被類型的面積基數(shù)不同，勢(shì)必影響了不同海拔段和坡度段內(nèi)各土地利用類型的分布比例，面積基數(shù)較大的旱地和林地在各坡度段的面積比例都具有相對(duì)較大的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論與討論

豫西黃河流域土地利用/覆被空間格局在水平方向上規(guī)律性明顯:東部平原丘陵地區(qū)為典型的農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，而西部山地區(qū)則以林草地為主體;同時(shí)，由于土地利用/覆被空間格局在形成過(guò)程中受地形地貌和人類活動(dòng)的雙重影響，其土地利用/覆被空間格局在垂直方向上也具有一定的規(guī)律，利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)土地利用/覆被空間格局的地形梯度特征進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論:

(1)研究區(qū)各土地利用類型的空間分布規(guī)律隨海拔的變化具有顯著的特點(diǎn):受人類活動(dòng)干擾影響較大的各類農(nóng)業(yè)用地、各類建筑用地、果園、水域和濕地主要分布在500 m以下的區(qū)域，特別是農(nóng)業(yè)用地中的水田和水澆地受海拔影響最為明顯，集中分布在高程小于300 m的區(qū)域;而受人類活動(dòng)干擾影響較小的各類林地(除果園外)、草地和未利用地在各高程段的分布則相對(duì)比較均勻，特別是有林地的分布隨海拔升高而增大。

(2)各土地利用類型隨坡度變化的分布規(guī)律與隨海拔變化的分布規(guī)律具有較高的相似性:受人類活動(dòng)干擾影響顯著的土地利用類型多集中分布在坡度較小(小于5°)的區(qū)域，而受人類活動(dòng)影響小的各類林地和草地以及未利用地則多分布在坡度較大(大于30°)的區(qū)域內(nèi)，隨著坡度的增大，有林地的主導(dǎo)地位不斷增強(qiáng)。

(3)就不同的海拔段和坡度段內(nèi)各土地類型的面積比例而言，也存在一定的分布規(guī)律:農(nóng)業(yè)用地類型和林地類型在各個(gè)地形梯度內(nèi)都占有較大的面積比重，這是由于其面積基數(shù)較大、在區(qū)域內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位決定的;在低海拔、小坡度段內(nèi)農(nóng)業(yè)用地具有相對(duì)的面積優(yōu)勢(shì)，其他土地利用類型分布相對(duì)較為均勻;隨海拔的升高，有林地的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，在海拔1 000 m以上區(qū)域，其面積比例高達(dá)80%以上，其間除分布有少量的旱地、灌木林和草地，在此高程段幾乎沒(méi)有其他土地利用類型分布。

綜合以上分析可知，除人類活動(dòng)的影響之外，地形地貌在區(qū)域土地利用空間格局形成過(guò)程中也起到了重要的作用，建議相關(guān)部門在以后的土地利用規(guī)劃中要充分考慮到地形地貌的影響，因地制宜地進(jìn)行土地綜合開(kāi)發(fā)利用和管理保護(hù)。

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