摘要：以吉林西部為例，基于遙感與GIS技術(shù)，應(yīng)用轉(zhuǎn)移矩陣分析用地數(shù)量格局變化，應(yīng)用景觀指數(shù)分析用地空間格局變化。結(jié)果表明，2000-2007年吉林西部耕地面積增加，林、草地面積減少，用地格局單一化發(fā)展；濕地退化，水域萎縮，水資源減少加劇了鹽堿化發(fā)展；鹽堿地數(shù)量得到控制，鹽堿化程度加重，治理難度增大。結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，吉林西部用地格局變化受自然因素的脅迫，人為因素的干擾加速了生態(tài)環(huán)境惡化，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、因地制宜配置土地資源是改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惟一途徑。

關(guān)鍵詞：農(nóng)牧交錯區(qū)；用地格局；轉(zhuǎn)移矩陣；景觀指數(shù)；遙感與GIS；吉林西部

中圖分類號：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）12-2763-04

Analysis on Land Use Pattern Changes in Agro-Pastoral Ecotone

ZANG Li-juan1，WANG Feng-yan1，REN Jian-chao2

（1.College of Geoexploration Science and Technology，Jilin University，Changchun 130026，China；

2.Jilin Province Department of Land and Resources，Changchun 130026，China）

Abstract： Based on the RS and GIS technologies， the quantity pattern changes and spatial pattern changes of land use in western Jilin were analyzed using transfer matrix and landscape indexs respectively. The results showed that from 2000 to 2007， the agricultural land in western Jilin increased， while the forest and grass land decreased， the land use pattern showed a single development. The wetland degenerating， lake waters atrophying， and water resource decreasing aggravated the salinization development. Although the quantity of saline-alkali soil was controlled， the degree of salinization became serious， thus the improving was difficult. The changes of land use in western Jilin province were stressed by natural factors and the disturbances of human factors made a quick environmental degeneration. So the adjustment of land use structure and being adapt to land resources was the only way to improve the regional entironment.

Key words： agro-pastoral ecotone； land use pattern； transfer matrix； landscape indexs； RS and GIS； Western Jilin province

農(nóng)牧交錯區(qū)屬于典型生態(tài)脆弱區(qū)，處在森林-草原-荒漠的“生態(tài)應(yīng)力帶”上，植被起源、土壤組成具有過渡性，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；降水少，變化大，風(fēng)多且大，外部環(huán)境脆弱；人類不合理的土地利用成為生態(tài)環(huán)境惡化的導(dǎo)火索[1-3]。吉林西部是農(nóng)牧交錯區(qū)，生態(tài)環(huán)境惡化，土地鹽堿化、沙化、土壤退化嚴(yán)重，生產(chǎn)力低下，威脅著區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?！度珖恋乩每傮w規(guī)劃綱要（2006-2020年）》明確指出：土地生態(tài)保護(hù)和建設(shè)要取得積極成效，退耕還林還草成果得到進(jìn)一步鞏固，土地荒漠化和“三化”草地治理取得明顯進(jìn)展[4]。面對新一輪土地利用規(guī)劃，吉林西部是土地利用調(diào)整的重點(diǎn)區(qū)域，迫切需要開展全面系統(tǒng)的土地利用研究，為區(qū)域生態(tài)恢復(fù)與重建提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

吉林西部處于松嫩平原西部，科爾沁草原東部，地理范圍為東經(jīng)121°38′-126°11′、北緯43°59′-46°18′，是典型農(nóng)牧交錯區(qū)東北樣區(qū)東部邊緣。區(qū)域內(nèi)大部分為平原，地表坡度小于10°，少部分為丘陵、低山丘陵，海拔最高為480 m。水系主要為松花江水系，嫩江和西流松花江下游有大面積濕地和眾多湖泊，分布在低平原，形成閉流區(qū)。土壤類型從東到西呈地帶性分布著黑土、黑鈣土、暗栗鈣土，非地帶性分布著草甸土、沼澤土、草甸鹽土、草原風(fēng)沙土、暗棕壤等。年降水量400～550 mm，降水變率25%～50%，7～8級大風(fēng)日數(shù)30～80 d，生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)明顯脆弱性。20世紀(jì)30年代移民進(jìn)入，在土地利用方式上更是過度墾殖、超載放牧、亂砍濫伐，20世紀(jì)中葉土地出現(xiàn)鹽堿化、沙化和草原退化，以次生鹽堿化最為嚴(yán)重，由于三北防護(hù)林作用，部分“三化”土地有所控制，但還是處于不穩(wěn)定狀態(tài)[5，6]。吉林省政府在《吉林省土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年）》中明確提出因地制宜構(gòu)建環(huán)境友好型土地利用模式，并對吉林西部進(jìn)行部署，因此研究吉林西部土地利用格局變化具有重要意義。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)及其處理

研究數(shù)據(jù)以吉林西部2000年（TM）和2007年（中巴）遙感數(shù)據(jù)為主，輔以現(xiàn)有的土地利用圖及1∶100 000地形圖。遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用ERDAS軟件進(jìn)行彩色合成、幾何校正、投影變換等預(yù)處理，保證二期數(shù)據(jù)在空間位置上的精確匹配?；谕恋乩梅诸悾ū?），參照土地利用圖建立解譯標(biāo)志，利用MAPGIS軟件人工解譯，得到吉林西部2000年和2007年土地利用圖（圖1a、圖1b），土地利用圖采用蘭伯特等角圓錐投影，投影參數(shù)N43°、N47°、E123°。

2.2 用地格局變化分析方法

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能夠具體反映兩期土地利用數(shù)量格局及變化，被廣泛用于土地利用數(shù)量格局研究之中[7，8]。應(yīng)用GIS空間分析技術(shù)，兩期土地利用底圖疊加分析，提取土地利用類型數(shù)量變化信息，建立吉林西部2000-2007年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，通過土地利用類型面積變化分析土地利用變化宏觀趨勢，通過土地利用類型之間轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)一步探討土地利用變化機(jī)制。

景觀生態(tài)學(xué)為土地利用空間格局研究注入了活力，基于格局變化的空間過程建立的景觀參數(shù)指標(biāo)，成為分析土地利用空間格局的有效方法[9，10]。選擇景觀指數(shù)有景觀斑塊數(shù)NP、平均斑塊面積AREA、最大斑塊指數(shù)LPI、景觀形狀指數(shù)LSI、擴(kuò)散與毗鄰指數(shù)IJI，分別從景觀水平和景觀類型水平兩個層面定量分析土地利用空間格局及變化。景觀指數(shù)是在ARCGIS環(huán)境下，應(yīng)用Fragstats軟件計(jì)算得到。

結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析土地利用格局變化驅(qū)動因素。

3 吉林西部用地格局變化分析結(jié)果

3.1 數(shù)量格局變化分析結(jié)果

表2為吉林西部2000-2007年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，2000年耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、濕地、鹽堿地的利用比例約為60.4∶1.9∶6.0∶3.2∶3.2∶6.2∶19.0，2007年上述各地類的利用比例約為64.5∶1.2∶6.2∶3.2∶2.2∶4.3∶18.3，可見，耕地增加、林地減少、濕地退化、水域縮小，草地、建設(shè)用地與鹽堿地總面積變化不大。

具體變化特點(diǎn)：①耕地面積增加1 939 km2，與其余用地類型的轉(zhuǎn)換都表現(xiàn)為轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，來源于各類用地的比例為林地18%、草地20%、濕地31%、鹽堿地25%、水域5%，耕地增加主要源于退化濕地開發(fā)、鹽堿地治理及林草用地墾殖。②林地面積減少357 km2，主要轉(zhuǎn)化為耕地，約95%。草地總面積增加80 km2，草地與耕地之間轉(zhuǎn)換，使草地減少391 km2，但是草地總面積有所增加，主要是濕地退化、鹽堿地治理的結(jié)果，濕地退化使草地增加288 km2，鹽堿地治理使草地增加159 km2。林、草地與耕地之間頻繁轉(zhuǎn)換，體現(xiàn)農(nóng)牧交錯區(qū)土地利用特點(diǎn)。③水域面積減少457 km2，約40%轉(zhuǎn)為濕地，約36%轉(zhuǎn)化鹽堿地。濕地面積減少887 km2，轉(zhuǎn)化為耕地約68%，草地約32%，鹽堿地約19%。水域與濕地的變化，反映出水資源減少促進(jìn)了土地鹽堿化發(fā)展，有植被水域轉(zhuǎn)化為濕地，無植被水域轉(zhuǎn)化為鹽堿地，退化的濕地大部分被開發(fā)為耕地，未被開發(fā)的荒草地發(fā)生鹽堿化。④鹽堿地面積減少312 km2，鹽堿化發(fā)展勢頭得到控制，但是其與其他類型用地轉(zhuǎn)換頻繁發(fā)生，說明鹽堿地不穩(wěn)定，原有鹽堿地得到治理的同時，也有其他土地發(fā)生鹽堿化，鹽堿化的潛在威脅普遍存在，各類用地都有鹽堿化趨勢。鹽堿地轉(zhuǎn)化為耕地、草地比例大，說明鹽堿地治理重視耕地和草地，經(jīng)濟(jì)效益是土地利用變化的驅(qū)動力。⑤鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地面積穩(wěn)定，鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地變化表現(xiàn)出與耕地之間轉(zhuǎn)換，30%左右鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地位置有所變化。

3.2 空間格局變化分析結(jié)果

表3為吉林西部景觀水平指數(shù)。從表3可以看出，景觀斑塊數(shù)（NP）減少，平均斑塊面積（AREA）增大，最大斑塊指數(shù)（LPI）增大，景觀優(yōu)勢度增大；景觀形狀指數(shù)（LSI）減小，斑塊形狀規(guī)則化；擴(kuò)散與毗鄰指數(shù)（IJI）減小，景觀混雜程度降低。綜合說明景觀聚集程度增大，景觀異質(zhì)性降低，土地利用系統(tǒng)向簡單的人工生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展。

表4為吉林西部景觀類型水平指數(shù)。從表4可以看出，2007年與2000年相比，①耕地斑塊數(shù)從1 069個快速減少到579個，平均斑塊面積AREA從2 642 hm2快速增加到5 212 hm2，最大斑塊指數(shù)由19.00%增加到49.34%，擴(kuò)散與毗鄰指數(shù)從75.33%減小到72.77%，說明耕地利用越來越集中，隨著林地、草地與濕地等嵌塊體消失，耕地混雜程度減小，格局單一，抗干擾能力差。②林地斑塊數(shù)略有增加，但平均斑塊面積從1 019 hm2快速減小到579 hm2，最大斑塊指數(shù)由0.53%減小到0.38%，說明大斑塊減小，小斑塊消失，優(yōu)勢度降低。草地斑塊數(shù)NP略有增加，最大斑塊指數(shù)略有增大，說明草地不再破碎化，得到一定程度保護(hù)。③濕地斑塊數(shù)從681個快速增加到1 069個，平均斑塊面積從426 hm2快速減小到188 hm2，最大斑塊指數(shù)由1.58%減小到0.98%。說明濕地景觀破碎化，受干擾加強(qiáng)，優(yōu)勢度減小。水域斑塊數(shù)從931個快速減少到360個，平均斑塊面積從162 hm2增加到292 hm2，結(jié)合水域總面積減小，可以說明大斑塊萎縮，小斑塊消失，優(yōu)勢度增大。④鹽堿地斑塊數(shù)從1061個快速減少到912，平均斑塊面積從838 hm2快速增大到940 hm2，最大斑塊指數(shù)由6.84%減小到6.12%。說明大斑塊面積不再擴(kuò)展，小斑塊消失。擴(kuò)散與毗鄰指數(shù)由55.96%減小到50.26%，說明斑塊聚集程度增大，混雜程度降低，大斑塊外部邊緣得到治理，向內(nèi)部擴(kuò)展，鹽堿化程度加重。⑤鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地斑塊數(shù)增加，形狀指數(shù)減小，擴(kuò)散與毗鄰指數(shù)減小。鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地為分散用地，形狀不規(guī)則，混雜程度低，景觀面積相對穩(wěn)定。

3.3 用地格局變化驅(qū)動因素分析

土地利用變化是自然因素與人文因素共同作用的結(jié)果。區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、地貌形態(tài)、水系結(jié)構(gòu)、氣候條件、資源稟賦等自然因素對土地利用變化的影響體現(xiàn)在長時間尺度上，也是人類無法主宰的；區(qū)域的人口、土地利用方式、土地利用水平、土地利用結(jié)構(gòu)等人文因素是短時段因子，不僅直接改變土地利用狀態(tài)，而且會促進(jìn)土地利用自然因素的變化。

吉林西部干旱半干旱季風(fēng)氣候加快濕地退化、水域萎縮，水資源減少，促進(jìn)鹽堿化發(fā)展。土壤里含有大量的鉀和鈉等易溶性碳酸鹽類，被水浸成堿泡與暗堿，在干旱半干旱季風(fēng)氣候條件下，降雨集中，干旱期長，積鹽過程大于淋鹽過程，促使鹽堿化發(fā)展。地表湖泊、坑塘都是閉流水域，蒸發(fā)作用使鹽分濃度增高，水位降低后堿泡周圍呈現(xiàn)鹽堿化[11]。2007年與2000年相比，吉林西部降水量從583.1 mm減少到292.4 mm，最高溫度升高，雖然最大風(fēng)速有所減小，但是降水量減少，溫度升高，氣候因素干擾壞境變化。吉林西部總?cè)丝趶?000年的472.71萬人增加到2007年的484.24萬人，糧食總產(chǎn)量從2000年的398.7萬t增加到2007年的613.3萬t，人口增長給土地利用帶來壓力，“重農(nóng)業(yè)輕牧業(yè)”思想導(dǎo)致耕地用地格局單一化發(fā)展，景觀異質(zhì)性降低，抗干擾能力差。耕地?zé)o論從數(shù)量上、空間上都是優(yōu)勢用地，2000-2007年間，耕地增加1 939 km2，林地、草地、濕地等被開墾為耕地，破壞植被與土壤結(jié)構(gòu)，潛水埋深變淺，使地下水中的水溶性鹽上升，暗堿變成明堿，加速鹽堿化（表5）。

4 結(jié)論與討論

2000-2007年，吉林西部土地利用特點(diǎn)：①耕地、林地、草地相互轉(zhuǎn)化不斷發(fā)生，具有典型農(nóng)牧交錯區(qū)的特點(diǎn)，總體上，耕地面積增大，林草面積減少，耕地用地格局單一化發(fā)展。②水域萎縮，濕地退化，水資源減少促進(jìn)了土地鹽堿化發(fā)展。③鹽堿化潛在威脅普遍存在，隨著土地利用方式改變，局部鹽堿化土地有所改善，同時其他土地發(fā)生鹽堿化，總體上鹽堿化土地面積得到控制，但鹽堿化程度加重，治理的難度增大。④建設(shè)用地總面積變化不明顯，比較穩(wěn)定。

吉林西部生態(tài)環(huán)境脆弱性來自兩個方面：特殊地質(zhì)地貌環(huán)境及干旱半干旱氣候構(gòu)成區(qū)域生態(tài)環(huán)境內(nèi)部結(jié)構(gòu)的脆弱性；經(jīng)濟(jì)落后、不合理的土地利用方式及管理不善等潛在人為因素，直接促進(jìn)自然因素演化，加速土地生態(tài)環(huán)境惡化。調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、因地制宜配置土地資源是改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惟一途徑。

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