陳學兄, 張小軍, 韓偉宏

快速城鎮(zhèn)化地區(qū)土地利用變化的地形梯度特征分析*——以榆次區(qū)為例

陳學兄1,2, 張小軍3, 韓偉宏4

(1. 山西農業(yè)大學資源環(huán)境學院 太谷 030801; 2. 山西農業(yè)大學農業(yè)資源與環(huán)境國家級實驗教學示范中心 太谷 030801; 3. 山西農業(yè)大學園藝學院 太谷 030801; 4. 山西農業(yè)大學經濟管理學院(農業(yè)資源與經濟研究所) 太原 030006)

為探討快速城鎮(zhèn)化地區(qū)——山西省晉中市榆次區(qū)不同地形梯度上的土地利用變化特征, 本研究以2000年、2008年和2016年3期影像和ASTER GDEM為數據源, 分析2000—2016年間土地利用變化的時空特征, 選用坡向、坡度變率、地形起伏度、地形位指數和土地利用類型分布指數對土地利用的地形梯度分布特征和變化過程進行分析。結果表明: 1)2000—2016年, 榆次區(qū)建設用地主要向西北方向擴張, 主要分布在地形起伏度<30 m、坡度變率<2°、陽坡和半陽坡及地形位為1~3級的地區(qū)。土地利用以建設用地、耕地和未利用地為主, 其中耕地所占面積最大, 2000年、2008年和2016年的平均比例為46.91%。2000—2008年建設用地面積增加43.07 km2, 未利用地面積減少37.33 km2; 2008—2016年未利用地面積減少221.00 km2, 而耕地面積和建設用地面積分別增加170.61 km2和37.36 km2。2)在坡度變率、地形起伏度和地形位梯度上, 建設用地、耕地和水域主要分布于低梯度帶, 而林地和未利用地分布于中高梯度帶; 建設用地和耕地在平地、陽坡和半陽坡呈分布優(yōu)勢, 林地在陰坡和半陰坡具有分布優(yōu)勢, 而未利用地的優(yōu)勢分布區(qū)為陽坡和半陽坡; 2000—2016年耕地的主要分布區(qū)向地形起伏度>30 m、坡度變率為2°~15°、地形位為4~11級的區(qū)域擴張。榆次區(qū)土地利用變化地形梯度差異明顯, 地形因素、人類活動、政策因素、交通和區(qū)位為其主導因素。該研究結果為區(qū)域城鎮(zhèn)化過程中的土地合理規(guī)劃利用提供科學依據, 為生態(tài)環(huán)境治理提供決策支持。

土地利用變化; 地形梯度; 地形位指數; 分布指數; 榆次區(qū)

土地利用/覆蓋變化是全球環(huán)境變化研究的核心內容之一[1-4], 已成為地理學、生態(tài)學、經濟學及相關交叉學科的研究熱點和重點領域之一。土地利用/覆蓋變化是在多種自然和人文因素共同影響下發(fā)生的, 涉及的自然因素很多, 比如地形、自然災害、氣候、水文等[3,5]。地形因素對土地利用變化的影響是土地利用/覆蓋變化研究的重要內容[1,6-8]。地形的特點及其變化在一定程度上決定著區(qū)域土地利用變化的方式和方向[1,9-10]。地形因子是土地利用格局形成的基礎, 且其空間特征影響土地利用的演變過程[11]。地形對土地利用變化的影響是不同地形因素綜合作用的結果, 單一地形因素無法綜合反映地形的影響作用[3]。地形梯度分析的主要指標有高程、坡向、坡度、坡度變率、地形起伏度、地形位指數、分布指數等[6]。其中, 地形位指數將高程和坡度合二為一分析地形梯度對土地利用的影響, 是當前應用較廣泛的一種方法[12]。目前國內外一些學者開展了有關土地利用變化地形梯度分異特征的研究, 研究區(qū)域集中在干旱半干旱區(qū)[1]、區(qū)域流域[2,9,13]、高原區(qū)[6,13-15]、珠江三角洲地區(qū)[7]、淺山丘陵區(qū)[8]、沿海低山丘陵區(qū)[16]、太行山區(qū)[17]、濕地[18]、冀西北間山盆地區(qū)[19]、典型城市(如: 運城[3]、哈爾濱[10]、重慶[12]、北京市[20]、井岡山市[21])以及國家森林重點區(qū)[22]等, 研究內容主要包括: 利用高程[23]或坡度因子[24]、高程和坡度2個因子[13,15]、高程和坡度及坡向3個因子[8-9,20,22]或者地形起伏度因子[25]分析地形對土地利用格局變化的影響; 使用高程和坡度構建的地形綜合指數分析土地利用變化與地形因子的關系[3-7]; 綜合高程和坡度, 結合地學信息圖譜理論分析土地利用變化的地形梯度特征[10-11,14,19]; 利用高程、坡度、地形位指數分析地形對土地利用類型分布、動態(tài)變化及景觀格局的作用[21]等方面, 已有的研究大多是將高程、坡度等作為單一因素進行分析, 且主要側重于分析微觀地形因子對土地利用格局變化的影響,而使用坡向、坡度變率、地形起伏度和地形位指數對土地利用變化地形梯度分布特征的研究相對較少。因此, 將單因素與多因素、微觀與宏觀地形因子相結合, 綜合系統(tǒng)地分析土地利用變化的地形梯度特征對合理利用土地資源具有重要意義。

榆次區(qū)作為山西省晉中市政治、經濟和文化中心, 是城鎮(zhèn)化進程較快和研究環(huán)境資源變化的典型區(qū)域, 境內地形地貌復雜多樣, 地形對土地利用變化的影響較明顯; 同時, 榆次區(qū)作為省城太原市的衛(wèi)星城市, 是土地利用變化的敏感性區(qū)域。鑒于此, 本研究以快速城鎮(zhèn)化地區(qū)榆次區(qū)為研究對象, 利用2000年、2008年和2016年的Landsat系列影像和ASTER GDEM數據, 選用坡向、坡度變率、地形起伏度和地形位因子, 分析地形因素對該區(qū)土地利用格局變化的影響以及土地利用變化的地形梯度分布特征, 以期為該區(qū)城鎮(zhèn)化過程中的土地合理規(guī)劃利用和生態(tài)環(huán)境治理等方面提供依據。

1 研究區(qū)概況

榆次區(qū)地處山西省中部的晉中盆地(112°34′~113°08′E, 37°23′~37°54′N), 轄9個街道、6個鎮(zhèn)和4個鄉(xiāng), 總人口69萬, 其中鄉(xiāng)村人口14.8萬, 是晉中市城市化及市民人口比率最高的區(qū)縣, 距離省城太原25 km, 總面積1 328 km2。東部與壽陽縣相連, 西與清徐縣相鄰, 南和太谷縣接壤, 西北與太原市接壤, 東南與和順、榆社相鄰, 素有省城“南大門”之稱。地形總體東高西低, 向內漸趨平緩, 依海拔高度分為平川區(qū)、中低土石山區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)3類。境內土壤以褐土為主, 為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候, 農業(yè)氣候條件較優(yōu)越, 共有12條河流, 其中瀟河為汾河的主要支流, 在榆次境內長40 km, 徑流面積為467 km2。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據獲取與處理

基礎數據: 2000年9月的Landsat 7 TM影像、2008年9月的Landsat 4-5 TM影像、2016年9月的Landsat 8 OLI_TIRS影像、30 m分辨率的ASTER GDEM和榆次區(qū)行政邊界。運用ENVI 4.7對3期影像數據進行輻射定標、大氣校正等預處理, 利用行政邊界裁剪出榆次區(qū)范圍的遙感影像, 使用人機交互解譯方式提取土地信息。研究區(qū)土地利用類型劃分為5類(圖1), 因草地多為荒廢的土地, 與未利用地并為了一類。2000年、2008年和2016年的分類總體精度分別為97.635 1%、94.776 1%、96.629 2%, Kappa系數分別為0.950 7、0.889 6、0.950 7。將解譯所得3期土地利用矢量數據轉換為像元大小為30 m的柵格數據(圖1),以保持數據的統(tǒng)一性。

2.2 研究方法

2.2.1 地形梯度等級劃分

本研究選取坡向、坡度變率、地形起伏度、地形位指數分析地形對土地利用變化的影響, 使用ASTER GDEM高程數據提取各地形因子。

1)坡向影響局部地面接收陽光和重新分配太陽輻射量, 影響局部地區(qū)氣候特征差異、作物生長適宜程度、土壤水分等[1]。

2)坡度變率, 即在所提取的坡度基礎上再求一次坡度, 它在一定程度上反映地形的剖面曲率信息[1]。

3)地形起伏度為描述一個區(qū)域地形特征的宏觀性指標, 可使用鄰域分析法提取[26-27]。

4)地形位指數是高程和坡度的組合, 公式如下[1-2,10-12,14,16-19,28]:

對不同地形因子進行分級, 并計算不同等級所對應面積、面積比例, 結果如表1所示。

2.2.2 地形梯度特征分析

利用分布指數(D)分析各土地利用類型在不同地形梯度上的分布特征, 公式如下[1-2,10-12,14,16-19,29]:

D=(A/A)/(A/) (2)

式中:A為第種土地利用類型在第級地形區(qū)的面積,A為第種土地利用類型的總面積,A為第級地形區(qū)的土地總面積,為研究區(qū)總面積。若D>1, 說明第種地類在第級地形上屬于優(yōu)勢分布,D值越大, 優(yōu)勢度就越高, 表示第種土地利用類型在級地形上的適宜程度和分布程度高; 若D<1, 則相反。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化分析

榆次區(qū)2000年、2008年和2016年土地利用現狀如圖1所示。為掌握研究區(qū)2000年和2016年不同土地利用類型之間的動態(tài)變化轉移情況, 利用ArcGIS的空間分析工具(Tabulate Area), 使用2000年和2016年的土地利用類型數據求得2000—2016年不同土地利用類型面積轉移矩陣, 結果如表2所示。并對2000—2016年各類土地利用類型所占面積和面積比進行了統(tǒng)計計算, 結果如表3所示。

由圖1和表2可知, 2000—2016年榆次區(qū)建設用地外擴明顯, 16年間建設用地面積增加118.52 km2, 主要來源于耕地和未利用地, 且向西北部方向擴張明顯, 尤其是與太原市交匯處擴張情況更加明顯, 其主要原因是太榆同城化政策對榆次區(qū)北部和太原市南部的城市建設產生了重大影響; 2016年耕地增加298.84 km2, 約91%由未利用地轉化而來, 在榆次東南部地區(qū)增加明顯; 2000—2016年間, 未利用地面積減少330.44 km2, 主要轉化為了耕地、建設用地和林地。

圖1 2000—2016年榆次區(qū)土地利用現狀圖

表1 研究區(qū)不同地形因子分級、面積及面積百分比

表2 2000—2016年榆次區(qū)土地利用轉移矩陣

2000—2016年不同土地利用類型所占面積差異顯著(表3)。建設用地、耕地和未利用地為主要地類, 三者占研究區(qū)總面積的93%以上。其中耕地比例最大, 2000年、2008年和2016年平均為46.91%, 而未利用地和建設用地的平均比例分別為33.79%和12.99%。2000—2016年林地平均面積僅占總面積的6.18%, 水域所占面積最小, 均不超過總面積的0.2%。2008—2016年榆次區(qū)土地利用變化的主要特征為耕地和建設用地面積增加, 未利用地面積減少;其中, 耕地面積增幅最大, 增加了170.61 km2, 建設用地面積增加了37.36 km2, 而未利用地面積減少了221 km2; 林地和水域面積變化不顯著。2000—2008年榆次區(qū)建設用地面積增加了43.07 km2, 未利用地面積減少了37.33 km2; 耕地和林地面積有所減少, 二者減少的面積相當, 而在2008—2016年是增加的, 且耕地較林地增幅顯著。建設用地和水域各時段均增加, 水域面積為小幅增加, 其變化并不明顯。2008—2016年間, 除未利用地面積明顯減少外, 其他土地利用類型的面積均有所增加, 未利用地主要轉化為了耕地、建設用地和林地, 城市擴張顯著, 影響了該區(qū)的土地利用變化模式。

表3 2000—2016年榆次區(qū)土地利用變化情況

3.2 土地利用結構變化的地形起伏度梯度差異

將2000年、2008年和2016年的土地利用類型數據分別與地形起伏度做疊加分析, 統(tǒng)計不同土地利用類型在不同地形起伏度的面積, 并對其分布指數進行計算, 結果如表4所示。

由表4可知, 2000—2016年, 建設用地和耕地面積隨地形起伏度增大而減少, 而林地面積在不斷增加, 未利用地所占面積呈先增大后減小趨勢, 2000年和2008年水域面積呈先增加后減少趨勢, 而2016年的水域面積不斷減少。2000—2008年在0~30 m梯度建設用地增加43.73 km2, 耕地減少51.93 km2, 說明由于人口增加和城市化進程的加快, 建設用地面積相應增加, 耕地被占用。2008—2016年, 在30~70 m梯度耕地所占面積增加最為顯著, 增加112.18 km2, 而未利用地面積減少129.48 km2, 說明耕地的主要分布區(qū)域逐漸向較高的地形起伏度區(qū)域擴張; 在>70 m梯度林地面積增加7.59 km2, 水域面積在0~30 m梯度增加最明顯。

地形起伏度<30 m梯度為建設用地和耕地的優(yōu)勢分布區(qū), 二者的分布指數隨地形起伏度的增加而持續(xù)減小; 30~70 m和>70 m梯度是未利用地的優(yōu)勢分布區(qū); 2000—2016年水域的分布指數在0~30 m梯度逐年增加, 而在30~70 m和>70 m梯度逐年減少; 林地的分布指數隨地形起伏度的增加而持續(xù)增大, 在地形起伏度>70 m梯度具有分布優(yōu)勢。

表4 2000—2016年榆次區(qū)土地利用類型的地形起伏度梯度差異

3.3 土地利用結構變化的坡度變率梯度差異

將2000年、2008年和2016年的土地利用類型數據分別與坡度變率做疊加分析, 統(tǒng)計不同坡度變率上不同土地利用類型的面積, 并計算相應的分布指數, 結果如表5所示。

由表5可知, 坡度變率0°~15°是研究區(qū)各土地利用類型的主要分布區(qū)域。2000—2016年, 在各坡度變率梯度建設用地的面積均為逐年增加, 其中2000—2008年在坡度變率0°~2°梯度增加最為顯著, 增加了28.88 km2, 建設用地面積隨著坡度變率的增大而持續(xù)減小, 而林地、水域和未利用地的面積在2°~6°梯度有所增加, 在>6°梯度上三者的面積又逐漸減少; 2000年隨著坡度變率的增大耕地的面積逐漸減小, 而2008年和2016年耕地所占面積呈現先增大后減少的趨勢, 其增加面積在2°~6°梯度。2000—2016年建設用地和耕地均在坡度變率0°~2°梯度具有分布優(yōu)勢; 林地在6°~35°梯度具有分布優(yōu)勢, 且在15°~25°梯度分布優(yōu)勢最為顯著; 水域主要分布在坡度變率為<25°的區(qū)域; 未利用地在2°~25°梯度的分布指數均大于1, 為其優(yōu)勢分布區(qū)。

表5 2000—2016年榆次區(qū)土地利用類型的坡度變率梯度差異

3.4 土地利用結構變化的坡向梯度差異

將2000年、2008年和2016年的土地利用類型數據分別與坡向做疊加分析, 統(tǒng)計不同土地利用類型在不同坡向上的面積, 并對其分布指數進行計算, 結果如表6所示。

由表6可知, 2000—2016年, 在不同坡向上建設用地的面積逐年增加, 在陽坡2008年較2000年增加最為顯著, 增加13.92 km2; 未利用地的面積均為減少趨勢, 且2008—2016年減少較為明顯, 尤其在半陽坡和陽坡, 分別減少59.15 km2和70.50 km2; 耕地面積在平地、半陽坡和陽坡呈先下降后增加趨勢, 其中在陽坡變化最明顯, 2008年較2000年減少4.16 km2, 2016年較2008年增加58.88 km2, 而在陰坡和半陰坡是逐年增加的; 林地面積在平地略有增加, 其他坡向上呈先下降后增加趨勢, 其中在陰坡增加最多, 增加6.60 km2; 水域面積在平地、陰坡和半陽坡逐年增加, 而在其他坡向先下降后增加, 變化相差不大, 總體面積均略有增加。

不同坡向各土地利用類型的分布優(yōu)勢差異明顯。建設用地在平地、陽坡和半陽坡呈現分布優(yōu)勢, 尤其在平地最為顯著; 平地和陽坡為耕地的主要優(yōu)勢分布區(qū); 陽坡和半陽坡是未利用地的主要優(yōu)勢分布區(qū), 而林地在陰坡和半陰坡具有分布優(yōu)勢; 水域在不同坡向上的分布程度相差不大。

3.5 土地利用結構變化的地形位梯度差異

將2000年、2008年和2016年的土地利用類型數據分別與地形位做疊加分析, 統(tǒng)計不同土地利用類型在不同地形位上的面積, 并對其分布指數進行計算, 結果如表7所示。

由表7可知, 2000—2016年隨著地形位的增大, 建設用地所占面積不斷減小, 主要分布在低級(1~3級)、中低(4~7級)地形梯度區(qū), 且在低、中低地形梯度區(qū)其面積逐年增加, 尤其在2000—2008年的低地形梯度區(qū)變化明顯, 增加37.23 km2。2000—2008年低地形梯度區(qū)耕地面積減少40.24 km2, 而2008— 2016年的中低地形梯度區(qū)其面積增加105.37 km2。2000—2016年在不同地形位梯度上林地的面積均呈先減少后增加的趨勢, 中高(8~11級)地形梯度區(qū)為其主要分布區(qū)。水域主要分布在1~7級地形位。2000—2016年在低、中低地形位梯度上未利用地的面積呈先增加后減少的趨勢, 而在中高(8~11級)、高(12~15級)地形位梯度上其面積逐漸減少; 其中在2008—2016年的中低地形梯度區(qū)其面積顯著減少, 減少125.08 km2。

2000—2016年1~3級地形位是建設用地和耕地的優(yōu)勢分布區(qū), 建設用地的分布指數隨地形位的增加而不斷減小, 耕地的地形梯度分布優(yōu)勢逐年降低; 隨地形位的增大, 林地的分布指數持續(xù)增大, 8~15級地形位為其優(yōu)勢分布區(qū), 尤其在12~15級地形位最為顯著; 未利用地的優(yōu)勢分布區(qū)主要集中在4~11級地形位。

4 討論與結論

地形作為土地的重要背景, 影響著農業(yè)生產活動、農業(yè)用地的開墾和建設用地的空間分布, 并導致土地利用類型發(fā)生變化, 它對土地利用變化的影響是不同地形因素綜合作用的結果。對單一地形因素進行分析無法反映其影響作用[3], 而已有相關研究大多是對高程、坡度、坡向等單一因素[8-9,13,15,20,22-25]或者結合地學信息圖譜理論[10-11,14,19]等進行分析, 且側重于分析微觀地形因子對土地利用格局變化的影響。本文在已有研究的基礎上, 選取快速城鎮(zhèn)化地區(qū)為研究區(qū), 將單因素與多因素、微觀與宏觀地形因子相結合, 綜合系統(tǒng)地分析了土地利用變化的地形梯度特征, 這對城鎮(zhèn)化過程中土地資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境治理等具有重要指導意義。

榆次區(qū)土地利用梯度變化受多種因素影響, 主要為地形因素、人類活動、政策因素、交通和區(qū)位等。研究區(qū)坡度為0°~25°的區(qū)域占總面積的98.17%, 高程<1 200 m的區(qū)域占80.92%, 這決定了該區(qū)土地利用空間分布的格局, 與孫丕苓等[1]、李京京等[2]的研究結論相似。地形因素會影響人類活動(如農耕、工程建設等), 所以與人類生產生活密切相關的土地利用類型, 如建設用地、耕地和水域均分布在低地形梯度上, 而林地和未利用地主要分布在人類活動干擾較弱的中高地形梯度上; 另外, 人口壓力導致建設用地和耕地的需求不斷增加, 未利用地大量轉化為了建設用地、耕地等, 導致研究區(qū)土地利用的格局發(fā)生了變化, 前人研究[2,10,30]也表明人類活動影響土地利用格局變化。太榆同城化政策對榆次區(qū)北部和太原市南部的城市建設產生了重大影響, 2000—2016年榆次區(qū)建設用地不斷地向外擴張, 主要向西北部方向擴張, 尤其是與太原市交匯處擴張情況更加明顯(圖1)。榆次地處三晉腹地, 距離太原市25 km, 境內鐵路、公路交通運輸網呈輻射狀連接山西省內外, 這對該區(qū)域土地利用格局變化起推動作用?？梢钥闯? 榆次區(qū)土地利用變化地形梯度差異明顯, 地形因素、人類活動、政策因素、交通和區(qū)位為其主導因素。本研究并未深入分析相鄰城市的吸引、交通、區(qū)位等對土地利用變化地形梯度所造成的影響, 今后還有待進一步研究。

本研究以快速城鎮(zhèn)化地區(qū)榆次區(qū)為研究對象, 利用2000年、2008年和2016年3期土地利用類型和ASTER GDEM數據, 選用坡向、坡度變率、地形起伏度和地形位因子, 對該區(qū)土地利用變化的地形梯度分布特征進行了分析, 結論如下:

1)2000—2016年榆次區(qū)建設用地主要向西北部方向擴張, 尤其是與太原市交匯處擴張更加明顯, 結合不同地形因子分析得出, 榆次區(qū)城市擴張主要分布在地形起伏度為0~30 m、坡度變率<2°、陽坡、半陽坡和地形位為1~3級的地區(qū), 其次是地形起伏度為30~70 m、坡度變率為2°~6°、半陰坡、陰坡和地形位為4~7級的地區(qū); 2000—2016年榆次區(qū)不同地類的面積比例差異明顯。土地利用以建設用地、耕地和未利用地為主, 三者占研究區(qū)總面積的93%以上; 耕地面積和建設用地面積分別增加170.61 km2和37.36 km2, 而未利用地面積減少221 km2。

2)2000—2016年隨著地形起伏度的增大, 建設用地和耕地所占面積不斷減小, 0~30 m梯度為二者的優(yōu)勢分布區(qū); 林地的分布指數隨地形起伏度的增加而持續(xù)增大, 在>70 m梯度具有分布優(yōu)勢; 未利用地所占面積呈先增大后減小趨勢, 30~70 m和>70 m梯度是未利用地的優(yōu)勢分布區(qū); 2000—2016年水域的分布指數在0~30 m梯度逐年增加, 而在30~70 m和>70 m梯度逐年減少; 2000—2008年在0~30 m梯度建設用地面積變化最為明顯, 增加43.73 km2; 2008—2016年, 在30~70 m梯度耕地所占面積增加最為顯著, 增加112.18 km2, 而未利用地面積減少最多, 減少129.48 km2, 在>70 m梯度林地面積增加7.59 km2, 水域面積在0~30 m梯度增加最大。

3)榆次區(qū)各土地利用類型主要分布在坡度變率為0°~15°的區(qū)域。2000—2016年隨著坡度變率的增大建設用地的面積逐漸減小, 建設用地和耕地在0°~2°梯度具有分布優(yōu)勢; 林地、水域和未利用地所占面積在2°~6°梯度有所增加, 而在>6°梯度的區(qū)域逐漸減少; 林地在6°~35°梯度具有分布優(yōu)勢, 水域主要分布在坡度變率為<25°的區(qū)域, 未利用地主要分布在2°~25°梯度的區(qū)域。

4)2000—2016年, 在不同坡向建設用地的面積逐年增加, 陽坡2008年較2000年增加13.92 km2, 平地、陽坡和半陽坡為其主要優(yōu)勢分布區(qū); 未利用地的面積均為減少趨勢, 在半陽坡和陽坡分別減少59.15 km2和70.50 km2; 耕地的優(yōu)勢分布區(qū)主要為平地和陽坡, 在陽坡面積變化最為明顯, 2008年較2000年減少4.16 km2, 2016年較2008年增加58.88 km2;林地面積在陰坡增加最大, 增加6.60 km2, 林地在陰坡和半陰坡具有分布優(yōu)勢, 而陽坡和半陽坡是未利用地的主要優(yōu)勢分布區(qū); 水域在不同坡向上的分布程度相差不大。

5)2000—2016年隨著地形位的增大, 建設用地所占面積不斷減小, 在低(1~3級)地形梯度區(qū)2008年較2000年增加37.23 km2; 耕地面積在2000—2008年的低地形梯度區(qū)減少40.24 km2, 而在2008—2016年的中低(4~7級)地形梯度區(qū)顯著增加, 增加105.37 km2, 1~3級地形位是建設用地和耕地的主要優(yōu)勢分布區(qū); 隨地形位的增大, 林地的分布指數持續(xù)增大, 8~15級地形位為其優(yōu)勢分布區(qū), 尤其在12~15級地形位最為顯著; 水域主要分布在1~7級地形位; 不同地形位梯度上未利用地的面積均為減少, 在2008—2016年的中低地形梯度區(qū)其面積顯著減少, 減少125.08 km2, 4~11級地形位為其優(yōu)勢分布區(qū)。

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Land use change with topographic gradients in the Yuci District rapid urbanization area*

CHEN Xuexiong1,2, ZHANG Xiaojun3, HAN Weihong4

(1. College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 2. National Experimental Teaching Demonstration Center for Agricultural Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 3. College of Horticulture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 4. College of Economics & Management, Shanxi Agricultural University (Institute of Agricultural Resources and Economics), Taiyuan 030006, China)

The influence of topographic factors on land use change is significant for land use and cover change research. In order to explore the characteristics of land use change with different topographic gradients, in this study, ASTER GDEM data and remote sensing data of Yuci District in 2000, 2008, and 2016 were used to analyze the spatio-temporal characteristics of land use change from 2000 to 2016. The distribution characteristics and varying development of each land use type with aspect gradient, slope change rate, landform relief, and terrain niche were analyzed. The results showed the following: 1) from 2000 to 2016, construction land expanded primarily to the northwest and was mainly distributed in areas with a landform relief less than 30 m, a slope change rate less than 2°, a sunny slope or semi-sunny slope, and a terrain niche grade area of 1–3. The land uses of Yuci District were mainly construction, crop land, and unused land, which accounted for more than 93% of the research area. The crop land area is the largest, accounting for an average 46.91% of total land area in 2000, 2008, and 2016. The land use change was characterized by a decrease in unused land area and an increase in crop and construction land areas. The construction land area increased by 43.07 km2, while the unused land area decreased by 37.33 km2from 2000 to 2008. However, from 2008 to 2016, the unused land area decreased by 221.00 km2, while the crop and construction land areas increased by 170.61 km2and 37.36 km2, respectively. 2) Construction land, crop land, and water were mainly distributed on low gradients of landform relief, slope change rate, and terrain niche. Conversely, forest land and unused land were mainly distri-buted on middle and high gradients of the three topographic factors. The construction land and crop land was predominantly distri-buted on flat land, with sunny or semi-sunny slopes, while forest land was predominantly distributed along shady and semi-shady slopes. The distribution of unused land was predominantly along sunny and semi-sunny slopes. From 2000 to 2016, the main distribution area of crop land gradually expanded to areas with a landform relief greater than 30 m, a slope change rate of 2°–15°, and a terrain niche of 4–7 grade area. There were evident differences in the topographic gradient of land use change as a result of topographic factors, human activity, policy factors, transportation, and location. Therefore, this study provides a scientific basis for rational planning and utilization of land in the process of regional urbanization and decision support for ecological environment management.

Land use change; Topographic gradient; Terrain niche index; Distribution index; Yuci District

F301.24

10.13930/j.cnki.cjea.200224

陳學兄, 張小軍, 韓偉宏. 快速城鎮(zhèn)化地區(qū)土地利用變化的地形梯度特征分析——以榆次區(qū)為例[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報(中英文), 2020, 28(10): 1637-1648

CHEN X X, ZHANG X J, HAN W H. Land use change with topographic gradients in the Yuci District rapid urbanization area[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(10): 1637-1648

* 山西省高等學?？萍紕?chuàng)新項目(2020L0136)、山西省重點研發(fā)計劃重點項目(201703D211002-1-2)和山西農業(yè)大學引進人才博士科研啟動項目(2014YJ02)資助

陳學兄, 主要研究方向為“3S”技術及應用研究、基于GIS的水土流失評價研究。E-mail: chenxx0505@126.com

2020-03-26

2020-07-25

* This study was supported by the Scientific and Technological Innovation Programs of Higher Education Institutions in Shanxi (2020L0136), the Key Research and Development Project of Shanxi Province (201703D211002-1-2) and the Introduced Talent Doctoral Research Project of Shanxi Agricultural University (2014YJ02).

, CHEN Xuexiong, E-mail: chenxx0505@126.com

Mar. 26, 2020;

Jul. 25, 2020