方相林，李根明，董治寶，黨淑英

(1.安陽師范學(xué)院資源環(huán)境與旅游學(xué)院，河南安陽 455002;2.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000;3.河南省中牟縣城鄉(xiāng)規(guī)劃局，鄭州 451450)

0 引言

土地利用/覆被變化(LUCC)研究是全球變化研究的核心內(nèi)容，也是區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要內(nèi)容，在全球環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展中占有重要的地位［1－4］。近些年，利用遙感對土地利用變化監(jiān)測成為一種趨勢，許多學(xué)者開展了基于3S技術(shù)對區(qū)域土地利用/覆被變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測的研究［5－10］。

沙漠化是干旱半干旱和部分半濕潤地帶在干旱多風(fēng)和疏松沙質(zhì)地表?xiàng)l件下，由于人為強(qiáng)度利用土地等因素，破壞了生態(tài)平衡，使原非沙質(zhì)荒漠的地區(qū)出現(xiàn)了以風(fēng)沙活動為主要標(biāo)志的土地退化過程［11－12］。處于這一退化過程中的土地稱為沙漠化土地。在黃淮海平原，風(fēng)沙化土地除具有類似沙漠化土地的特點(diǎn)外，因其地處半濕潤地區(qū)，分布相對比較零星，土性較強(qiáng)，容易治理開發(fā)，在濕潤的生長季節(jié)多為人工或天然植被覆蓋［13］。這種季相分明的風(fēng)沙化土地，從成因探究稱為風(fēng)沙化土地，從景觀季相來定義稱為季節(jié)性風(fēng)沙化土地［11］。

早在20世紀(jì)80年代，中國科學(xué)院眾多科研院所曾對黃淮海平原予以研究，成立了黃淮海平原農(nóng)業(yè)開發(fā)風(fēng)沙化土地利用課題組。本研究以滑縣為研究對象，基于遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析等方法，對1979—2009年的土地利用時空變化再次予以關(guān)注，查明近30年來研究區(qū)內(nèi)土地利用情況，為改善與重建研究區(qū)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用提供理論參考和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

河南省境內(nèi)的黃淮海平原沙地面積81.5萬hm2，占黃淮海平原沙地總面積的40.1%［14］，分布在新鄉(xiāng)—內(nèi)黃的沙帶，其中又以延津、內(nèi)黃等縣最為集中［15］?；h位于延津與內(nèi)黃之間，介于東經(jīng) 114°25'～114°58'，北緯35°12'～35°40'，面積 1 781 km2，東西處于太行山和泰山之間，海拔高度50～70 m。境內(nèi)地形平坦，南北氣流暢通，全年盛行偏北風(fēng)(28%)和偏南風(fēng)(27%)，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，是季節(jié)性風(fēng)沙化土地典型區(qū)。

滑縣全縣轄22個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，1 019個行政村，2010年總?cè)丝?33.9萬人，人口密度752人/km2，國內(nèi)生產(chǎn)總值136億元，三產(chǎn)比38.5 ∶39.9 ∶21.6;年日照時數(shù)2 077 h，氣溫 13.9℃，降水量 764.9 mm，無霜期 204 d［16］。主要地貌類型有古黃河高灘區(qū)、故道區(qū)和低洼平原區(qū)3種基本地貌形態(tài)。研究區(qū)歷史上由于“金堤崩潰，黃河屢湮”，加之風(fēng)力作用，形成由西南向東北呈帶狀走向的風(fēng)沙化土地。騷人墨客曾有“宜民最是中原土，沙漠何偏此地多”的感嘆。2000年，沙地面積3.09萬hm2，占全縣總面積的17.0%［11］。研究區(qū)靠近黃河北岸，既有黃河灌溉之便利，又有黃河側(cè)滲補(bǔ)給，素有“豫北糧倉”之美譽(yù)，是目前全國唯一榮獲“全國糧食生產(chǎn)先進(jìn)縣標(biāo)兵”稱號“九連冠”的種糧大縣。

2 研究方法

2.1 土地利用分類

土地利用類型的劃分是進(jìn)行有關(guān)土地方面研究的首要步驟，確定適宜的基本分類單元是關(guān)鍵。為了保證土地利用分類的科學(xué)性和精確性，以及滿足土地利用類型變化規(guī)律分析的要求，按照2007年最新的全國土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，在結(jié)合地區(qū)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，參考2007年全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會頒布的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)，將土地利用/覆被類型分為5個大類，即耕地、林地、水域、建設(shè)用地和未利用地。

新的土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)將園地歸入林地不再單獨(dú)分類。研究區(qū)畜牧業(yè)主要飼料來源是莊稼秸稈，而不是草地，區(qū)內(nèi)草地數(shù)量極少，所以草地也不單獨(dú)分類而將其并入未利用地。分類基本可以滿足研究區(qū)土地利用類型分析的需要。土地利用分類見表1。

表1 土地利用分類Tab.1 Land use classification

2.2 數(shù)據(jù)獲取

研究區(qū)的1979，1995，2009年3期陸地衛(wèi)星遙感影像，分別為MSS，TM和ETM 3種傳感器接收到的數(shù)據(jù)，成像時間為夏季，每年均需4景，軌道號132035，132036，133035，133036，數(shù)據(jù)均以壓縮包形式存放，經(jīng)處理得到tiff格式的數(shù)據(jù)。

為了減少遙感數(shù)據(jù)誤差，增強(qiáng)遙感圖像識別效果，確保遙感圖像解譯能夠準(zhǔn)確、方便進(jìn)行，在遙感數(shù)據(jù)分類之前，對圖像進(jìn)行幾何校正、拼接和裁剪、數(shù)據(jù)融合及波段選擇。首先對研究區(qū)2009年的遙感圖像進(jìn)行解譯，并通過野外實(shí)地調(diào)查，對解譯結(jié)果進(jìn)行核實(shí)與糾正，然后根據(jù)取得的成果對其余2期影像資料進(jìn)行解譯。

2.3 土地利用數(shù)量變化分析

土地利用動態(tài)度可定量描述區(qū)域土地利用變化的速度，在比較土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測未來土地利用變化趨勢等方面具有廣泛的應(yīng)用。

單一土地利用類型動態(tài)度是某研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式為:

式中:K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度;Ub為研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量;Ua為研究期初某一種土地利用類型的數(shù)量;T為研究時段長。根據(jù)公式(1)計(jì)算本區(qū)單一土地利用類型年變化率，對研究區(qū)年際土地利用變化予以分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用結(jié)果

土地利用解譯結(jié)果見表2和圖1。研究區(qū)土地利用類型以耕地居多。其中，1979年耕地面積為12.36萬hm2，占全區(qū)總面積68%，1995年為10.93萬 hm2，占總面積的60%，2009年9.84萬 hm2，占54%。位居第二的土地利用類型，1979年是未利用地2.17萬hm2，占研究區(qū)面積的12%，主要是廣泛分布的難利用沙地;1995和2009年皆以林地位居第二，1995年為2.81萬 hm2，占16%，2009年為3.96萬 hm2，占22%。最少的土地利用類型均為水域，1979年為6 873 hm2，僅占4%，1995和2009年約占總面積的2%。

表2 1979，1995，2009年滑縣土地利用類型 hm2Tab.2 The land use types of Hua County in 1979，1995 and 2009 hm2

3.2 土地利用數(shù)量變化分析

滑縣夏季的土地利用數(shù)量變化表3。從研究區(qū)單一土地利用類型年變化率可以看出，1979—2009年夏季土地利用類型呈減少趨勢的是耕地、水域和未利用地，呈增長趨勢是林地和建設(shè)用地。

3.2.1 耕地動態(tài)演變。1979年夏季到2009年夏季，耕地面積持續(xù)下降，1995年比1979年減少約14 347 hm2，2009年比1995年減少約10 814 hm2，總計(jì)減少了25 162 hm2。1979—1995年和1995—2009年2個時段耕地年變化量分別為－897 hm2和－772 hm2，耕地年變化率分別為－0.73%和－0.71%。耕地面積減少有減緩趨勢。整個研究時段耕地年變化量為－839 hm2，年變化率為－0.68%，主要轉(zhuǎn)化為林地和建設(shè)用地。

3.2.2 林地動態(tài)演變。1995比1979年增加面積達(dá)10 441 hm2，2009比1995年增加11 430 hm2，林地面積總共增加了21 872 hm2。1979—1995年和1995—2009年2個時段林地年變化量分別為653 hm2和816 hm2，林地年變化率分別為3.69%和2.90%，林地面積年變化量有增加趨勢。整個研究時段林地年變化量為729 hm2，年變化率為4.12%，耕地和未利用地對林地的增加貢獻(xiàn)較大。

3.2.3 水域動態(tài)變化。1979年夏季到2009年夏季，水域面積減少，減少量為3 227 hm2，其中1995年比1979年減少了2 390 hm2，2009年較1995年減少837 hm2。1979—1995年和1995—2009年2個時段水域年變化量分別為 －149 hm2和 －60 hm2，水域年變化率分別為－2.17%和－1.33%，水域面積減少有放緩趨勢。整個研究時段水域年變化量－108 hm2，年變化率－1.57%。

圖1 1979(a)、1995(b)和2009(c)年夏季滑縣土地利用結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The graph of land use structure of Hua County in the summer of 1979，1995 and 2009

表3 滑縣夏季土地利用年際變化Tab.3 The annual variety of land use of Hua County in summer

3.2.4 建設(shè)用地動態(tài)變化。建設(shè)用地不斷增加，1995年比1979年增加了9 349 hm2，2009年比1995年增加14 262 hm2，總共增加了23 611 hm2。1979—1995年和1995—2009年2個時段建設(shè)用地年變化量分別為584 hm2和1 019 hm2，建設(shè)用地年變化率分別為5.03%和4.86%，建設(shè)用地面積增加有加快趨勢。整個研究時段建設(shè)用地年變化量為787 hm2，年變化率為6.78%。年變化量大幅增加，說明在后一階段研究區(qū)隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)、交通及廠礦建設(shè)規(guī)模速度加快。

3.2.5 未利用地動態(tài)變化。1979年夏季到2009年夏季，未利用地呈現(xiàn)下降態(tài)勢?？偣矞p少了17 094 hm2，其中1995年比1979年減少了3 053 hm2，2009年較1995年減少14 041 hm2。1979—1995年和1995—2009年2個時段未利用地年變化量分別為－191 hm2和－1 003 hm2，未利用地年變化率分別為 －0.88%和－5.38%，未利用地面積減少有加快趨勢。整個研究時段未利用地年變化量為－570 hm2，年變化率為－2.63%。說明隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，未利用地的開發(fā)利用一定程度上彌補(bǔ)了耕地林地的數(shù)量，使耕地減少的勢頭得到遏制。

由土地利用變化可以看出，滑縣1979—2009年林地和建設(shè)用地不斷攀升，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷提高，居住和交通等條件迅速改善。這與當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)教育較好、人口素質(zhì)相對較高、經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、政府和人民重視生態(tài)環(huán)境等［11］有著直接關(guān)系。

4 結(jié)論及建議

借助3S技術(shù)，解譯了1979，1995，2009年3期遙感影像，對滑縣土地利用狀況進(jìn)行了研究。滑縣1979—2009年土地利用時空變化明顯。

1)土地利用類型以耕地居多，耕地、未利用地和水域逐年減少，林地和建設(shè)用地逐年增加。1979—2009年間，耕地占總土地面積比例由68%下降到54%，未利用地由12%下降到3%，林地則由10%上升到22%，建設(shè)用地由6%上升到19%，最少的土地利用類型水域由4%下降到不足2%。

2)土地利用演變規(guī)律性較強(qiáng)。除耕地在1979—1995年時段年變化量絕對值大于1995—2009年時段外，林地、水域、建設(shè)用地和未利用地的年變化量絕對值1979—1995年時段均小于1995—2009年時段。所有土地利用類型由于基數(shù)不同，年變化率規(guī)律不明顯，但林地的年變化量和年變化率都是最高的。

3)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對林地、建設(shè)用地和耕地變化影響明顯。良好的生態(tài)環(huán)境是精神文明、政治文明和物質(zhì)文明的基礎(chǔ)。林地的增加為社會主義新農(nóng)村建設(shè)提供了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的物質(zhì)基礎(chǔ)。建設(shè)用地的增加極大地改善了居民的居住和出行條件。林地、建設(shè)用地的增加主要源自耕地，而耕地保有量在區(qū)內(nèi)風(fēng)沙化土地的開發(fā)利用已接近極限情況下不斷下滑。因此，從糧食安全角度考慮，有必要對土地利用變化做更深層次的研究，為增加耕地保有量提供科學(xué)思路。

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