劉冠志，甄江紅，劉果厚，李紅穎，劉哲榮，希吉日

(1．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010019;2．內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010022)

近年來，土地利用/土地覆被變化(LUCC)已逐漸成為全球環(huán)境變化與可持續(xù)發(fā)展研究的重要內(nèi)容［1-4］。目前，國內(nèi)外對土地利用變化的研究主要有3 個方面:一是從全球尺度與區(qū)域尺度上對土地利用動態(tài)變化過程及宏觀影響的研究［5］;二是從定量角度，應(yīng)用理論模型和動態(tài)數(shù)量模擬等技術(shù)對土地利用的發(fā)展趨勢進行預(yù)測［6-9］;三是從自然與人文的相互作用角度對土地利用變化的驅(qū)動力進行綜合分析［8-10］。土地利用變化不僅引起了資源安全問題(如草地資源、耕地資源、水資源、生物資源存量的變化)，也引起了自然災(zāi)害的加劇(如沙漠化、洪澇、干旱、水土流失、鼠災(zāi)、生物入侵等)［11］。因此，區(qū)域土地利用變化及其驅(qū)動因素的研究，是揭示區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的重要途徑，同時，能夠促使區(qū)域土地利用更趨于合理，達到土地持續(xù)利用的目的。

內(nèi)蒙古草原地處典型的干旱、半干旱氣候區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，而以此為背景的文化遺址，加之其開放性和界線模糊性，致使其正遭受著嚴重的威脅。特別是近年來，在人類活動的沖擊下，這些遺址區(qū)正在成為生態(tài)退化與破壞的“孤島”，遺址區(qū)的破壞與消失正是璀璨文明消失的前奏。元上都是內(nèi)蒙古草原文化遺址的典型代表，是蒙元文化的發(fā)祥地，是中國農(nóng)耕文明和游牧文明的融合點，2012 年6 月29日，被正式列入《世界遺產(chǎn)名錄》［12］。這里曾是山清水秀的“古老生態(tài)城市”［13］。據(jù)古籍記載“龍崗蟠其陰，灤江經(jīng)其陽。四山拱衛(wèi)，佳氣蔥郁”(王惲《中堂事記》)。但近年來，周邊生態(tài)環(huán)境的破壞，威脅著遺址的保護與繼承。目前，以草原為背景的土地利用變化研究主要以行政單位［14-15］、典型地貌區(qū)［16］及農(nóng)牧交錯區(qū)［17］為對象，而以文化遺址區(qū)為對象進行土地利用變化的研究，及以土地利用變化分析遺址區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況，并對遺址進行保護的方法尚未見報道。為此，以元上都遺址地為研究區(qū)，通過實地調(diào)查并結(jié)合1990、2000、2010 年TM 影像解譯方法對遺址區(qū)周邊土地利用變化進行分析，并探討其驅(qū)動因素，以期從土地利用類型角度探究區(qū)域開發(fā)對草原生態(tài)環(huán)境影響，為草原文化遺址保護提供科學(xué)的理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1．1 研究區(qū)概況

元上都遺址位于錫林郭勒盟正藍旗政府所在地上都鎮(zhèn)東北約20 km，地處灤河上游閃電河北岸水草豐美的著名“金蓮川”草原上，北部為渾善達克沙地，中部為草甸草原，周圍有連綿的低山丘陵、典型草原和林地。海拔1 262 ～1 281 m，地理坐標為116° 09' 50″ - 116° 11' 40″ E，42° 20' 52″ -42°22'13″ N。遺址所在區(qū)域?qū)僦袦貛О敫珊荡箨懶詺夂?，年均氣?．1 ℃，1 月均溫-18．3 ℃，7 月均溫18．7 ℃;≥10 ℃的積溫為1 574 ～2 504 ℃·d;年均降水量366．8 mm，降水量集中且強度大，主要集中在6 ―8 月，占全年降水量的65% ～70%;年蒸發(fā)量1 920．5 mm;無霜期104 d，平均風(fēng)速4．7 m·s-1［18］。

研究區(qū)以元上都遺址為中心，向周邊擴展至城鎮(zhèn)與農(nóng)村(牧區(qū))居民點或其他大型建設(shè)用地邊界。即南部以上都鎮(zhèn)和多倫縣為界;北、西、東界以元上都為中心，分別向周邊擴展20 ～40 km，總面積達4 014．70 km2。

1．2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

研究區(qū)1990、2000 及2010 年TM(30 m ×30 m)遙感影像由中科院遙感衛(wèi)星地面接收站提供，以研究區(qū)1∶ 50 000 地形圖及土地利用二次普查數(shù)據(jù)作為補充信息，利用ERDAS 遙感影像處理軟件和GIS 軟件對TM 圖像進行幾何糾正、配準、遙感影像的波段合成、鑲嵌裁剪及圖像增強等處理，從中提取出主要的土地利用類型，并結(jié)合野外實地踏察結(jié)果及各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對錯分的類型進行修改，采用分類后對比法提取出土地利用變化信息。再次進行實地抽樣調(diào)查，確定判讀正確率在91%以上。通過查閱統(tǒng)計年鑒［19］與文獻獲取其他自然、經(jīng)濟與人口數(shù)據(jù)信息。

通過以下指標進行土地利用變化動態(tài)分析:

(1)單一土地利用類型動態(tài)度:指某一研究區(qū)域一定時期范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化［20-22］，其表達式為:

式中，K 為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度;Ua、Ub分別為研究初期及末期某一土地利用類型的數(shù)量;T 為研究時段長，當(dāng)T 的時段設(shè)定為年時，K值就是該研究區(qū)某種土地利用類型年變化率。

(2)綜合土地利用動態(tài)度:指某一研究區(qū)域一定時間內(nèi)綜合土地利用類型的數(shù)量變化［20-22］。其表達式為:式中，ΔLUi為監(jiān)測起始時間第i 類土地利用類型面積，ΔLUi-j為監(jiān)測時段內(nèi)第i 類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i 類土地利用類型面積的絕對值;T 為監(jiān)測時段長度，當(dāng)T 的時段設(shè)為年時，LC 值即為研究區(qū)的土地利用年變化率。

(3)土地利用程度綜合指數(shù)及其變化模型:根據(jù)劉紀遠［23］提出的土地利用程度的綜合分析方法，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為若干等級，并賦予分級指數(shù)(表1)，從而給出土地利用程度變化模型。

土地利用程度變化模型為:

式中，ΔLb-a為土地利用程度變化量;R 為土地利用程度變化率;Lb和La分別為研究末期和初期的區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù);Al為第l 級土地利用程度分級指數(shù);Cl，b和Ll，a分別為研究末期和初期第l 級土地利用程度面積百分比。如果R ＞0，則說明該區(qū)域處于土地非農(nóng)化調(diào)整時期;否則處于農(nóng)業(yè)用地結(jié)構(gòu)調(diào)整時期。

表1 土地利用類型分級表Table 1 Land use/cover classification

2 元上都遺址區(qū)域土地利用變化分析

2．1 土地利用數(shù)量變化動態(tài)分析

基于元上都遺址區(qū)的土地利用現(xiàn)狀及生態(tài)環(huán)境特征，將研究區(qū)的土地利用類型劃分為12 類(圖1)，即耕地、林地、高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地、居民點與工礦用地、草原文化遺址區(qū)、水域、沙地、裸地、鹽堿地、沼澤與濕地。

對1990、2000 和2010 年元上都遺址周邊土地利用情況進行分析(表2)，結(jié)果表明，3 個時期，研究區(qū)面積比重最大的均為草地(高/中/低覆蓋草地)，即基質(zhì)景觀為草地［24］，但20 年間草地總體呈遞減趨勢，所占比例減少6．28%;其次是耕地，總體呈遞增趨勢，所占比例增加1．92%;沙地比重僅次于耕地，總體亦呈遞增趨勢，所占比例增加3．33%。林地、城鎮(zhèn)與工礦用地、裸地面積在20 年間逐漸增大;低覆蓋草地、沼澤與濕地面積在20 年間逐漸減少。說明1990 -2010 年元上都遺址周邊土地利用面積有較明顯的變動。

2．2 土地利用變化速度分析

根據(jù)單一土地利用類型動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度指數(shù)，對研究區(qū)不同時期內(nèi)土地利用變化進行分析(表3)。

20 年來土地利用綜合變化速度較快，年變化率達0．72%。其中，1990 -2000 年，研究區(qū)土地利用變化的速度相對較快，年變化率為0．92%。耕地、林地、城鎮(zhèn)居民點與工礦用地、水域、沙地和裸地面積均有不同程度的增加，其中沙地面積的增加速度最快，年均增長率為12．43%;其次是水域面積，年均增長率為5．70%。高、中、低覆蓋草地，鹽堿地及沼澤與濕地面積則有所減少，尤其低覆蓋草地減少速度最快，年均遞減率為2．95%。2000 -2010 年，城鎮(zhèn)化建設(shè)與工業(yè)快速發(fā)展的同時，生態(tài)環(huán)境保護得到一定的關(guān)注。研究區(qū)土地利用變化速度趨于緩慢，年變化率為0．42%。沙地、耕地、沼澤與濕地有所減少，年遞減率分別為2．66%、0．21%和0．11%。林地，高、中覆蓋草地，城鎮(zhèn)居民點與工礦用地，裸地及鹽堿地面積有所增加，其中裸地面積增加速度最快，年增長率為7．05%;林地增加速度次之，增加率為3．40%;城鎮(zhèn)與工礦用地面積增長也相對較快，增長率為1．98%。

2．3 土地利用程度分析

對元上都遺址區(qū)周邊土地利用程度變化量及變化率進行分析(表4)，結(jié)果表明，1990 -2000 年間研究區(qū)土地利用程度變化率R ＜0，表明，土地利用變化是以農(nóng)牧業(yè)用地為主。2000 -2010 年間土地利用程度變化率R ＞0，表明土地利用處于非農(nóng)牧化調(diào)整時期，這主要與近年來研究區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)化發(fā)展及工礦建設(shè)有關(guān)。

3 元上都遺址周邊土地利用變化驅(qū)動力分析

3．1 氣候變化與地理因素是導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)變化最基本因素

分析1959-2012 年元上都遺址周邊氣溫與降水量變化(圖2)，可以得出，元上都遺址周邊年均氣溫和年均降水量分別呈逐漸增高和下降趨勢，即暖干化。其中，2000-2010 年10 年的年均氣溫和降水量分別為3．2 ℃和341．9 mm，1990-2000 年10 年的年均氣溫和降水量分別為2．7 ℃和395 mm，前者較后者的年均氣溫升高0．5 ℃，年均降水量下降53．1 mm。

暖干化的氣候變化趨勢導(dǎo)致了草地退化、水域面積縮小，20 年內(nèi)草地、水域向各地類轉(zhuǎn)化面積分別為131．56 和8．01 km2。同時，農(nóng)民在保證耕地利用的情況下，大量開采地下水進行灌溉，造成地下水減少，地下水位下降，加速了農(nóng)牧交錯地帶草地不同程度的退化。因此，元上都遺址周邊土地利用結(jié)構(gòu)總體受氣候暖干化影響。

沙地是元上都遺址周邊土地利用變化速度最快的地類，變化率為3．23%，其面積變化與草地面積變化呈顯著負相關(guān)關(guān)系(F= -0．99，P ＜0．05)。渾善達克沙地位于元上都遺址以北，其本身是環(huán)境變化的敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)，在氣候變化與人類活動的驅(qū)動下，20 世紀80 年代中期至90 年代末其荒漠化發(fā)展迅速，21 世紀以來開始發(fā)生逆轉(zhuǎn)，荒漠化逐漸得到遏制［25］。作為元上都遺址北面最大的地貌類型，渾善達克沙地的變化動態(tài)影響和威脅著元上都遺址及周邊的土地利用。

圖1 1990、2000 和2010 年元上都遺址周邊土地利用現(xiàn)狀Fig．1 Land use of the area around Xanadu site in 1990、2000 and 2010

表2 1990 －2010 年元上都遺址周邊土地利用數(shù)量變化Table 2 Land use area change in the area around Xanadu site during 1990 －2010

表3 1990 －2010 年元上都遺址周邊土地利用動態(tài)變化Table 3 Land use dynamic change in the area around Xanadu site during 1990 －2010 %

表4 元上都遺址周邊土地利用程度變化量與變化率Table 4 Quantity and rates of land use degree in the area around Xanadu site

圖2 1959 －2012 年元上都遺址周邊氣溫和降水量Fig．2 The temperature and precipitation of the surrounding aeras of Xanadu site during 1959 －2012

3．2 制度因素是導(dǎo)致土地利用變化的主要因素

制度政策在驅(qū)動區(qū)域土地利用變化中發(fā)揮著重要作用［22］。元上都遺址周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)、蘇木在20 世紀90 年代開始響應(yīng)自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的總目標［19］，大面積的墾草種糧和飼養(yǎng)牲畜。1990 -2000 年耕地總面積達到663． 49 km2，占研究區(qū)總面積的16．53%。耕地的增加主要由草地、沼澤與濕地轉(zhuǎn)化而來。以元上都遺址所在地五一種畜場為例，其載畜量在1980 ―1995 年呈逐漸上升趨勢，并在1995年達最大值，為43 329 頭(圖3)。載畜量的增加需要大量的草地，部分貧瘠的耕地被迫轉(zhuǎn)為草地或飼料地，同時，載畜量也增大了草地的壓力，導(dǎo)致草地不同程度的遭到破壞，使較高覆蓋草地向較低覆蓋草地，甚至沙地和裸地轉(zhuǎn)化。由于對大自然的過度索取，再加上土地的不合理利用導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。2000 年國家開始實施退耕還林(草)、京津風(fēng)沙源治理等一系列生態(tài)建設(shè)工程，耕地和沙地面積開始減少;林地、草地面積增加。同期，為加快城鎮(zhèn)化建設(shè)，引進開發(fā)建設(shè)項目，研究區(qū)內(nèi)先后建成了發(fā)電廠、水泥加工廠等大型企業(yè)，并在2008 年完成了旅游環(huán)線建設(shè)。以五一種畜場為例，城鎮(zhèn)化的發(fā)展為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝烁嗟木蜆I(yè)崗位，扭轉(zhuǎn)了人口流失的局面，在2000 年以后，人口數(shù)量不斷增加(圖4)。城鎮(zhèn)與工礦企業(yè)的發(fā)展使得建設(shè)用地不斷增加，驅(qū)動了耕地、草地等向城鎮(zhèn)工礦用地轉(zhuǎn)化。1999 年為進行元上都遺址保護和修復(fù)工作，將遺址內(nèi)五一種畜場原四分場103 戶職工進行搬遷，部分耕地、草地被征為城鎮(zhèn)建設(shè)用地。

圖3 五一種畜場牲畜數(shù)量Fig．3 Wuyi breeding stock farm’s livestock amount

圖4 五一種畜場總?cè)丝跀?shù)Fig．4 Wuyi breeding stock farm’s total population

3．3 經(jīng)濟與技術(shù)因素是導(dǎo)致土地利用變化的關(guān)鍵因素

元上都遺址周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)、蘇木在響應(yīng)國家致富奔小康的政策制度下，大力發(fā)展農(nóng)牧業(yè)，不斷的追求經(jīng)濟的發(fā)展。然而，粗放的放牧管理，落后的耕作制度，導(dǎo)致草畜失衡、水資源枯竭，從而導(dǎo)致草地退化、耕地沙化。20 世紀90 年代開始設(shè)施農(nóng)業(yè)和規(guī)?；N植，科學(xué)經(jīng)營飼草料基地，降低畜牧業(yè)成本，提高經(jīng)營效益。以五一種畜場為例，2007 年種植經(jīng)濟作物面積占耕地總面積的98．1%，主要以馬鈴薯(Solanum tuberosum)為主。2012 年以來共建立大型噴灌設(shè)施52 套，小機電井247 眼，灌溉面積達90%，極大地促進了農(nóng)牧業(yè)發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)推動了經(jīng)濟發(fā)展的同時，使單位面積耕地、草地的產(chǎn)出增大，減緩了土地利用類型的轉(zhuǎn)變。同時，科學(xué)的耕作制度與合理的放牧管理，也降低了耕地沙化、草地退化的風(fēng)險。經(jīng)濟的發(fā)展離不開第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2007 年正藍旗第二產(chǎn)業(yè)增速為59%，生產(chǎn)總值占總產(chǎn)值的77．6%。第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如采礦業(yè)，嚴重影響著土地類型的轉(zhuǎn)變，對遺址周邊生態(tài)環(huán)境造成了一定的威脅。自元上都開始申請世界文化遺產(chǎn)以來，帶動周邊旅游景點及服務(wù)設(shè)施建設(shè)，如元上都遺址博物館、旅游環(huán)線公路等，當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展十分迅速，年均接待旅客7．5 萬人次，2012 年申遺成功，當(dāng)年接待旅客9．1 萬人次，比上一年增加了2．1 萬人次(圖5)。元上都申遺的成功必然會帶動當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)長遠的發(fā)展。旅游業(yè)配套設(shè)施建設(shè)用地的不斷增加，致使大面積草地、耕地被占用。然而，不合理的管理制度以及游客的不良行為，又增加了遺址內(nèi)外草地生態(tài)環(huán)境破壞的風(fēng)險。因此，旅游業(yè)的發(fā)展將成為研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化的重要驅(qū)動力。

圖5 元上都遺址旅游人數(shù)Fig．5 The tourist number of Xanadu site

4 討論與結(jié)論

元上都遺址周邊土地利用結(jié)構(gòu)是該區(qū)一定時期的自然生物因素、制度因素、經(jīng)濟與技術(shù)因素共同作用的結(jié)果［17］。在全球氣候變化的背景下，草原氣候變化是對其局部的響應(yīng)。氣候暖干化導(dǎo)致了草地的退化和沙地面積的增加，是影響該區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的最基本要素，控制著土地利用變化的基本趨勢與過程。北緣沙地的擴展與蔓延也是導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)變化的主要原因。退耕還林還草、城鎮(zhèn)化建設(shè)等制度因素發(fā)揮著巨大的驅(qū)動作用，宏觀調(diào)控著人類對土地的主要開發(fā)類型，使各種土地類型之間相互轉(zhuǎn)變。農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)的發(fā)展等經(jīng)濟建設(shè)，以及先進技術(shù)的引進，決定著土地利用方式與程度的變化，它們通過供給和需求形成研究區(qū)的土地利用格局。元上都遺址被列入世界文化遺產(chǎn)后，帶動了該區(qū)旅游業(yè)的迅猛發(fā)展，將會成為其重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，相關(guān)的設(shè)施建設(shè)將成為研究區(qū)土地利用類型變化的重要驅(qū)動力。濫砍亂伐、過度放牧等人類活動貫穿于自然、制度、經(jīng)濟與技術(shù)因素，如不進行有效管理和控制，也會導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)的變化。元上都遺址周邊土地利用類型的變化是其生態(tài)環(huán)境變化的潛在危機，如不進行合理規(guī)劃和管理，將會造成生態(tài)文明的喪失。

研究區(qū)始終以草地、耕地為主，沙地及其他土地類型鑲嵌分布。但是，20 年間草地總體呈減少趨勢，所占比例減少6．28%;耕地與沙地總體呈增加趨勢，所占比例分別增加1．92%和3．33%。土地利用類型變化速度較快，具有明顯波動性。1990 ―2000 年土地綜合動態(tài)度為0．92%，2000 ―2010 年為0．42%。其中，沙地變化速度最為迅速，年均變化速度達3．23%。土地利用程度逐漸增大，由農(nóng)牧業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)牧業(yè)。氣候暖干化、北緣沙地的擴展與蔓延、退耕還林還草、城鎮(zhèn)化建設(shè)、農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)與旅游業(yè)的發(fā)展、濫砍亂伐、過度放牧等因素相互作用，共同影響著元上都周邊土地利用的變化。

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