付建新,曹廣超,郭文炯

(1.太原師范學(xué)院 城鎮(zhèn)與區(qū)域發(fā)展研究所,山西 晉中 030619: 2.青藏高原地表過(guò)程與生態(tài)保育教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧 810008; 3.青海師范大學(xué) 青海省自然地理與環(huán)境過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧 810008)

隨著人口增加、資源枯竭和環(huán)境污染等全球性問(wèn)題日益突出，在國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)和全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃(IHDP)的推動(dòng)下，土地利用變化成為了全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域[1]，尤其信息技術(shù)不斷更新，擴(kuò)大了土地利用研究的深度與廣度[2]，同時(shí)也是可持續(xù)發(fā)展研究的重要內(nèi)容之一[3]。土地利用變化是特定人—地關(guān)系下多種驅(qū)動(dòng)力因素共同作用的結(jié)果[4]。地形作為重要的自然因素之一，極大地影響著土地利用方向和方式的選擇[5]。

當(dāng)前，學(xué)者主要以行政區(qū)[6]、地形區(qū)等[7]區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)，從DEM中提取不同的地形因子，結(jié)合地形分布指數(shù)[8]、地形位指數(shù)等[9-10]方法，采用ArcGIS空間分析方法，從高程、坡度、坡向、地形起伏度等地形角度探討不同土地利用類型空間分布格局[11-14]以及單一土地利用類型和地形因子的關(guān)系[15]。早期利用DEM對(duì)土地利用的研究主要針對(duì)單一的地形因子，之后學(xué)者多以定性描述探討不同地形因子對(duì)土地利用變化的影響，就地形因子對(duì)土地利用類型的交互影響研究較少，且主要探討不同地形因子下土地利用的分布情況，對(duì)土地利用在不同地形條件下空間轉(zhuǎn)移狀況探討不多。

祁連山南坡是我國(guó)重要的水源涵養(yǎng)地和生態(tài)屏障，在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展中占有重要地位，研究區(qū)獨(dú)特。該區(qū)地形復(fù)雜多樣，垂直地帶性明顯，不同地形梯度上土地利用變化差異顯著。研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)發(fā)育年代短，穩(wěn)定性較差[16]，在寒旱生境中，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。研究區(qū)內(nèi)由于不合理開礦等工業(yè)行為，土地原有功能喪失[17-18]。受全球氣候變暖影響，冰雪及多年凍土面積消退顯著，土壤旱化、林地退化導(dǎo)致水源涵養(yǎng)力下降。草地作為該區(qū)土地利用類型的主體在高海拔地區(qū)出現(xiàn)退化現(xiàn)象[19-21]。自然和人為原因?qū)е略搮^(qū)土地利用發(fā)生顯著變化。如何實(shí)現(xiàn)不同地形條件下土地資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，是當(dāng)下山地土地利用變化研究的重點(diǎn)。

基于此，選取1980—2018年5期祁連山南坡土地利用數(shù)據(jù)，利用軟件ArcGIS 10.2對(duì)不同海拔、坡度和坡向上土地利用空間分布特征進(jìn)行分析，明晰不同地形條件下土地利用空間轉(zhuǎn)移的狀況，探測(cè)地形因子對(duì)土地利用的影響，以期為了解祁連山南坡土地資源狀況和規(guī)劃編修土地資源提供參考依據(jù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)土地資源持續(xù)利用具有重要的意義。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

祁連山南坡(37°3′—39°5′N，98°8′—102°38′E)地處青藏高原東北部邊緣，位于黃河上游地區(qū)，是我國(guó)地形第一、二階梯的分界線，行政區(qū)劃包括門源回族自治縣、祁連縣、天峻縣東北部、剛察縣北部和海晏縣北部。海拔2 254～5 218 m，地形復(fù)雜多樣，山高、坡陡、谷深，山河相間分布，地勢(shì)西北高東南低，山脈主要包括走廊南山、托勒山、托勒南山、大通山和冷龍嶺，山脈走向大致呈西北—東南走向。河流以內(nèi)流河為主，主要包括黑河、北大河和大通河。區(qū)域內(nèi)冰川地貌廣布。受高原氣候和大陸性氣團(tuán)控制，高原大陸性氣候特征明顯[22]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn/DOI)，其中1980年、1990年、2000年、2010年的遙感影像數(shù)據(jù)采用的是NASA陸地衛(wèi)星Landsat-TM遙感影像數(shù)據(jù)，2018年的遙感影像數(shù)據(jù)采用的是Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù)，成像時(shí)間集中在7—9月，空間分辨率為30 m，遙感解譯精度為95.7%。按照中國(guó)土地利用/土地覆蓋數(shù)據(jù)的三級(jí)分類系統(tǒng)，分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6大類(附圖12)。DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/sources/accessdata)，分辨率為30 m。

根據(jù)前人的研究成果，結(jié)合祁連山南坡的特點(diǎn)，采用ArcGIS的surface功能提取了海拔、坡度和坡向，海拔分為<2 700 m，2 700～3 200 m，3 200～3 700 m，3 700～4 200 m，4 200～4 700 m和>4 700 m。坡度分為<5°，5°～10°，10°～15°，15°～20°，20°～25°，25°～30°，30°～35°，35°～40°和>40°。坡向分為平面(-1)、北(0°～22.5°，337.5°～360°)、東北(22.5°～67.5°)、東(67.5°～112.5°)、東南(112.5°～157.5°)、南(157.5°～202.5°)、西南(202.5°～247.5°)、西(247.5°～292.5°)和西北(292.5°～337.5°)(附圖13)。

1.3 研究方法

使用ArcGIS 10.2的Spatial Analyst Tools模塊中的Extraction功能，提取不同海拔、坡度和坡向上土地利用數(shù)據(jù)，導(dǎo)出其屬性表的數(shù)據(jù)，分析土地利用的結(jié)構(gòu)變化，利用Raster Calculator進(jìn)行土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣分析。使用Create Fishnet功能對(duì)研究區(qū)進(jìn)行格網(wǎng)劃分，格網(wǎng)為12 km×12 km，共計(jì)224個(gè)，計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)的土地利用程度綜合指數(shù)[23]和統(tǒng)計(jì)每個(gè)格網(wǎng)土地利用類型的面積百分比，之后采用Clip Analyst模塊進(jìn)行制圖，最后統(tǒng)計(jì)因變量Y和自變量X1，X2，X3數(shù)據(jù)，使用地理探測(cè)器進(jìn)行分析。

地理探測(cè)器是由王勁峰等[24]開發(fā)用以揭示事件背后驅(qū)動(dòng)力的一種軟件。包括因子探測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)、交互探測(cè)和生態(tài)探測(cè)，其中因子探測(cè)和交互探測(cè)分別用來(lái)分析單一因子和雙因子對(duì)地理事物的解釋力。因子探測(cè)公式為：

交互探測(cè)用于不同影響因子之間的交互作用，即評(píng)估自變量地形因子X(jué)1和X2共同作用時(shí)是否會(huì)增加或減弱對(duì)因變量土地利用的解釋力或這些因子對(duì)土地利用的影響是相互獨(dú)立的。因子交互作用類型分為：非線性減弱、非線性增強(qiáng)、相互增強(qiáng)、相互獨(dú)立和單方減弱。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔、坡度和坡向土地利用空間分布

2.1.1 不同海拔土地利用空間分布 由附圖14可知，耕地主要分布在海拔<3 700 m區(qū)域，尤其集中在2 700～3 200 m區(qū)域，1980年、1990年、2000年、2010年、2018年此區(qū)域耕地面積占研究區(qū)的比例分別為2.18%，2.18%，2.16%，2.33%，2.31%，集中分布在大通河以北的門源盆地，耕地集中連片，破碎度小。3 200～3 700 m區(qū)域林地面積最大，主要分布在東南部耕地的外圍山地。3 700～4 200 m草地面積占研究區(qū)的比例最大，1980—2018年此區(qū)域草地面積占研究區(qū)的比例呈先升后降的趨勢(shì)，主要集中在西北部山地，包括央隆鄉(xiāng)、野牛溝鄉(xiāng)和木里鎮(zhèn)等。水域主要分布海拔3 200～4 200 m區(qū)域，占比由1980年的2.10%降低為2018年的1.88%，分布較為分散。55%左右的建設(shè)用地集中在2 700～3 200 m區(qū)域，占比由1980年的0.12%上升為2018年的0.14%，集中分布在門源縣城駐地浩門鎮(zhèn)北部地區(qū)，城鎮(zhèn)建設(shè)用地占主導(dǎo)地位。3 700～4 700 m區(qū)域分布有近90%的未利用土地，占比整體呈上升趨勢(shì)，主要分布在走廊南山、托勒山、托勒南山和冷龍嶺山地。

2.1.2 不同坡度土地利用空間格局 由附圖15可知，74%左右耕地分布在坡度<10°區(qū)域，其中50%集中在坡度<5°區(qū)域，集中分布在門源盆地。34%左右的林地集中分布在坡度10°～20°的區(qū)域，以坡度15°為界，<15°區(qū)域林地面積隨坡度增加而增加，>15°區(qū)域林地分布則呈相反趨勢(shì)，林地分布呈現(xiàn)整體分散，局部集中的分布格局，其中坡度10°～15°的黑河南岸的山地林地面積分布較為集中。草地面積隨坡度增加呈減少趨勢(shì)，主要集中在西北部地區(qū)，其分布與山地走向大致一致。水域呈整體分散，居中集中的格局，坡度<5°區(qū)域水域面積占全部水域面積的比重逐漸擴(kuò)大。56%左右的建設(shè)用地主要集中在坡度<5°區(qū)域，研究時(shí)段內(nèi)建設(shè)用地整體呈增加趨勢(shì)，青海湖農(nóng)場(chǎng)、伊克烏蘭鄉(xiāng)和哈爾蓋鎮(zhèn)分布較為集中。坡度<30°區(qū)域未利用土地面積在不同坡度上的分布比例差異較小。

2.1.3 不同坡向土地利用空間格局 由附圖16可知，近40%的耕地分布在南坡和西南坡，即陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡。林地主要分布在北坡、東北坡、西坡和西北坡，走向大致呈西北—東南走向，托勒山和冷龍嶺分布集中。近26%的草地分布在西坡和西南坡，其中西坡的草地整體呈增加趨勢(shì)，走廊南山和托勒山分布較為明顯，而西南坡的草地整體呈降低趨勢(shì)。水域和未利用土地在不同坡向的分布比例差異較小，分布較為分散。近35%的建設(shè)用地分布在南坡和西南坡，主要集中在浩門鎮(zhèn)和木里鎮(zhèn)，建設(shè)用地分別來(lái)自縣城建設(shè)和礦區(qū)建設(shè)。

2.2 不同海拔、坡度和坡向土地利用數(shù)量變化

2.2.1 不同海拔土地利用數(shù)量變化 由圖1可知，耕地僅分布在海拔<3 700 m的區(qū)域，其中以海拔2 700～3 200 m區(qū)域?yàn)橹鳎?018年此區(qū)域耕地面積達(dá)55 537.83 hm2，占耕地總面積的93.29%，1980—2018年耕地面積共增加了3 690.18 hm2，其中此區(qū)域耕地面積增加最大，達(dá)3 290.31 hm2。海拔3 200～3 700 m林地面積最大，2018年達(dá)254 386.26 hm2，占林地總面積的59.47%，林地面積從3 700 m分別向高、低海拔區(qū)域逐漸減少，從變化來(lái)看，1980—2018年海拔>3 700 m區(qū)域的林地面積為增加趨勢(shì)，其中4 200～4 700 m區(qū)域林地面積增加最多，達(dá)2 154.60 hm2。草地以4 200 m為界，面積分別向高、低海拔逐漸減少，草地的變化趨勢(shì)以3 700 m為界，<3 700 m草地呈減少趨勢(shì)，>3 700 m區(qū)域?yàn)樵黾于厔?shì)。水域面積隨海拔升高呈先增后減趨勢(shì)，1980—2018年，水域面積整體減少18 237.10 hm2，其中4 200～4 700 m區(qū)域水域減少面積是水域減少總面積的70.73%。除>4 700 m區(qū)域無(wú)建設(shè)用地分布，其余海拔均有分布，分布規(guī)律呈“M”型，2 700～3 200 m和3 700～4 200 m區(qū)域建設(shè)用地面積增長(zhǎng)較快，分別增加568.71，412.56 hm2。2018年，3 700～4 700 m區(qū)域未利用土地面積達(dá)584 913.51 hm2，占未利用土地總面積的89.63%，以3 200 m為界，未利用土地在<3 200 m區(qū)域?yàn)闇p少趨勢(shì)，>3 200 m區(qū)域?yàn)樵黾于厔?shì)，其中4 200～4 700 m區(qū)域增加最大，達(dá)11 559.87 hm2。

圖1 1980-2018年祁連山南坡不同海拔土地利用變化

2.2.2 不同坡度土地利用數(shù)量變化 由可圖2可知，耕地面積隨坡度增加呈降低趨勢(shì)，坡度<5°耕地分布面積最大，2018年達(dá)30 119.94 hm2，占耕地總面積的50.59%，1980—2018年各坡度上耕地面積均有所增加，其中坡度<5°區(qū)域增加最大，達(dá)2 063.07 hm2。林地面積由大到小分布的坡度依次為10°～15°，15°～20°，5°～10°，20°～25°，25°～30°，30°～35°，<5°，35°～40°和>40°，坡度10°～15°林地面積最大，2018年達(dá)75 013.29 hm2，1980—2018年，坡度<15°和>40°林地面積呈增加趨勢(shì)，其余坡度林地面積均為減小態(tài)勢(shì)，其中坡度5°～10°林地面積增加最大，達(dá)1 224.36 hm2。草地面積隨坡度增加呈減小趨勢(shì)，坡度<5°草地面積最大，從變化看，坡度<15°草地面積表現(xiàn)出縮減態(tài)勢(shì)，坡度<5°草地面積縮減最大，達(dá)4 644 hm2，而坡度>15°草地面積呈擴(kuò)大態(tài)勢(shì)，其中坡度20°～30°草地面積擴(kuò)大了3 003.39 hm2。水域面積隨坡度增加也呈減小趨勢(shì)，2018年，坡度<5°水域面積達(dá)27 738.63 hm2，坡度>40°水域面積僅為679.77 hm2，1980—2018年，除了坡度<5°的水域面積為增加趨勢(shì)，其余坡度水域面積均為減小趨勢(shì)。建設(shè)用地面積隨坡度增加呈遞減趨勢(shì)，坡度<5°建設(shè)用地面積最大，2018年為3 439.17 hm2，1980—2018年，坡度<30°建設(shè)用地面積表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，其中坡度<5°增加面積最多，達(dá)687.06 hm2，占建設(shè)用地增加面積的71.44%。隨坡度增加未利用土地面積整體表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，未利用土地面積在不同坡度均有所增加，其中坡度30°～35°增加最大，達(dá)2 816.55 hm2。

圖2 1980-2018年祁連山南坡不同坡度土地利用變化

2.2.3 不同坡向土地利用數(shù)量變化 由圖3可知，西南坡耕地面積分布最多，2018年達(dá)12 462.03 hm2，除了東北坡耕地面積有所減少，其余各坡向均在擴(kuò)大，西南坡耕地?cái)U(kuò)大最大，達(dá)1 170.36 hm2，從北坡按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)耕地面積呈先增后減態(tài)勢(shì)，西南坡增加最大，之后減小，西南坡和南坡擴(kuò)大面積之和比其余坡向擴(kuò)大的面積之和還多256.14 hm2，說(shuō)明耕地主要集中在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡且在此坡向增加的面積最多。林地在北坡、東北坡和西北坡分布面積較大，2018年共212 230.89 hm2，占林地總面積的49.62%，東南坡和南坡林地分布較少，面積僅占林地總面積14.18%，說(shuō)明林地主要集中在陰坡和半陰坡；北坡、東北坡、西坡和西北坡的林地面積為減少趨勢(shì)，東坡、東南坡、南坡和西南坡的林地面積為增加趨勢(shì)，說(shuō)明林地面積在陰坡和半陰坡為減少狀態(tài)，在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡為增加狀態(tài)。草地在西南坡分布面積最大，2018年達(dá)176 854.68 hm2，和耕地、林地相比，草地在各個(gè)坡向上分布差異較小；1980—2018年草地在坡向上的變化與林地相反，北坡、東北坡、西坡和西北坡草地面積為增加趨勢(shì)，東坡、東南坡、南坡和西南坡的草地面積為減少趨勢(shì)，說(shuō)明林地面積在陰坡和半陰坡處于增加狀態(tài)，在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡為減少狀態(tài)。水域在東北坡和西南坡分布面積較廣，分別達(dá)8 060.31，8 835.57 hm2，除了無(wú)坡向，其余坡向的水域面積均有所下降，其中東北坡的水域面積下降最大，為3 782.16 hm2。南坡的建設(shè)用地面積最大，2018年達(dá)1 182.15 hm2，西南坡的建設(shè)用地面積次之，為963.72 hm2，建設(shè)用地面積在每個(gè)坡向上均有所增加，其中南坡增加最大，達(dá)207.18 hm2，說(shuō)明陽(yáng)坡的建設(shè)用地面積最大且增加最快。東北坡和北坡較其他坡向的未利用土地面積大，二者面積之和達(dá)183 536.46 hm2，占未利用土地總面積28.12%，每個(gè)坡向上未利用土地面積均呈增加態(tài)勢(shì)，其中東北坡增加最大，達(dá)4 794.66 hm2。

圖3 1980-2018年祁連山南坡不同坡向土地利用變化

2.3 不同海拔、坡度和坡向土地利用空間變化

2.3.1 不同海拔土地利用空間變化 由圖4可知，耕地在海拔2 700～3 200 m變化最大，增加了3 290.31 hm2，增加的區(qū)域主要分布在門源種馬場(chǎng)的東南部和北山鄉(xiāng)的中部，門源縣縣城駐地浩門鎮(zhèn)的北部耕地面積減少較為集中。3 700～4 200 m林地面積變化最大，減少了1 625.8 hm2，默勒鄉(xiāng)和蘇吉灘鄉(xiāng)交界處減少面積較為集中；海拔2 700～3 200 m林地增加了1 285.2 hm2，新增的林地面積主要集中在門源種馬場(chǎng)和蘇吉灘鄉(xiāng)的交界處。草地在海拔2 700～3 200 m減少達(dá)5 244 hm2，主要集中在種馬場(chǎng)的東部和西南部，在海拔4 200～4 700 m增加2 154.6 hm2，增加的區(qū)域主要為默勒鄉(xiāng)和蘇吉灘鄉(xiāng)交界處。水域面積在海拔3 700～4 700 m減少了17 916.2 hm2，減少區(qū)域集中在八寶鎮(zhèn)的北部、扎麻什鄉(xiāng)的西部和北部、野牛溝鄉(xiāng)的東北部。建設(shè)用地在海拔2 700～3 200 m增加568.71 hm2，在海拔3 700～4 700 m增加412.56 hm2，新增的面積集中在浩門鎮(zhèn)北部、北山、西灘、泉口的南部和峨堡鎮(zhèn)西部，木里鎮(zhèn)和吉爾孟鄉(xiāng)的交界處建設(shè)用地減少較多。海拔3 700～4 700 m未利用土地共增加17 371.17 hm2，在八寶鎮(zhèn)的北部、扎麻什鄉(xiāng)的西部和北部、野牛溝鄉(xiāng)的東北部和野牛溝鄉(xiāng)西北部增加面積較為集中。

注：A為2 700～3 200 m;B中a為2 700～3 200 m,b為3 700～4 200 m;C中a為2 700～3 200 m,b為4 200～4 700 m;D中a為3 700～4 200 m,b為4 200～4 700 m;E中a為2 700～3 200 m,b為3 700～4 200 m;F中a為4 200～4 700 m,b為3 700～4 200 m；U為未變部分;R為減少部分;I為新增部分，下同。

2.3.2 不同坡度土地利用空間變化 坡度<5°耕地新增最多(圖5)，新增區(qū)域主要分布在門源種馬場(chǎng)東南部，坡度5°～10°新增的耕地面積主要分布在北山鄉(xiāng)中西部。坡度<5°和5°～10°林地面積增加了2 010.87 hm2，門源種馬場(chǎng)、蘇吉灘鄉(xiāng)和默勒鎮(zhèn)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)交界地帶的林地變化明顯。坡度5°～10°草地面積減少3 031.02 hm2，主要分布在門源種馬場(chǎng)東南部及其與北山鄉(xiāng)、蘇吉灘鄉(xiāng)的交界處，坡度30°～35°草地面積新增區(qū)域集中在扎麻什鄉(xiāng)的中西部。坡度25°～35°水域面積減少最集中，共減少3 342.2 hm2，集中在扎麻什鄉(xiāng)北部和中西部、野牛溝鄉(xiāng)、八寶鎮(zhèn)東北部、木里鎮(zhèn)西南部和皇城鄉(xiāng)西北部。坡度<5°建設(shè)用地面積增加最大，達(dá)687.06 hm2，主要集中在浩門鎮(zhèn)北部、木里鎮(zhèn)、吉爾孟鄉(xiāng)和峨堡鎮(zhèn)西部。坡度15°～35°未利用土地共新增10 108.08 hm2，八寶鎮(zhèn)東北部、扎麻什鄉(xiāng)北部和野牛溝鄉(xiāng)東北部變化較為集中。

2.3.3 不同坡向土地利用空間變化 由圖6可知，西南坡耕地面積新增最多，西坡和南坡增加次之，主要集中在門源種馬場(chǎng)東南部和北山鄉(xiāng)中西部。南坡和西南坡林地面積分別增加了3 089.88，3 030.75 hm2，北坡減少了2 692.20 hm2，門源種馬場(chǎng)、蘇吉灘鄉(xiāng)和默勒鎮(zhèn)附近變化較大。西南坡和南坡的草地分別減少了3 003.4，2 790.9 hm2，主要集中在北山鄉(xiāng)中西部、種馬場(chǎng)東南部和西南部，草地增加區(qū)域位于默勒鎮(zhèn)東部邊緣和扎麻什鄉(xiāng)中西部。東北坡和北坡水域面積分別減少3 782.2，2 671.5 hm2，其中減少的區(qū)域主要集中在八寶鎮(zhèn)的東北部、扎麻什鄉(xiāng)和皇城鄉(xiāng)，新增面積集中在種馬場(chǎng)、蘇吉灘鄉(xiāng)和默勒鎮(zhèn)的交處。各個(gè)坡向建設(shè)用地面積均有增加，其中南坡增加面積最大，達(dá)207.18 hm2，西南坡增加了176.49 hm2，增加較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為浩門鎮(zhèn)、北山鄉(xiāng)、西灘鄉(xiāng)、泉口鎮(zhèn)和木里鎮(zhèn)與吉爾孟鄉(xiāng)交界處。東北坡和北坡未利用土地面積增加最大，分別達(dá)4 794.65，3 682.53 hm2，新增面積主要集中在八寶鎮(zhèn)北部和扎麻什鄉(xiāng)中北部，減少面積主要集中在央隆鄉(xiāng)和野牛溝鄉(xiāng)西北部。

圖6 祁連山南坡不同坡向土地利用空間變化

2.4 不同海拔、坡度和坡向土地利用程度變化

由圖7可知，土地利用綜合指數(shù)隨海拔升高呈降低的趨勢(shì)，隨坡度增加整體呈先降后增又降的態(tài)勢(shì)，坡度35°～40°處為最大值，2018年不同海拔、坡度上土地利用綜合指數(shù)較1980年均略有下降。不同坡向上綜合指數(shù)從北坡按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)整體呈先增后減趨勢(shì)，2018年不同坡向上土地利用綜合指數(shù)較1980年均有上升。

圖7 祁連山南坡不同海拔、坡度和坡向土地利用綜合指數(shù)

2.5 地形因子地理探測(cè)

因子探測(cè)分析表明(表1—2)，1980年和2018年地形因子對(duì)土地利用程度綜合指數(shù)影響程度由大到小依次為海拔、坡度和坡向，說(shuō)明海拔對(duì)土地利用程度解釋力最強(qiáng)，而坡向則解釋不顯著。交互探測(cè)結(jié)果顯示，海拔和坡度、海拔和坡向?qū)ν恋乩贸潭扔绊懘?，而坡度和坡向則影響小。從q值可得，地形因子對(duì)不同土地利用類型的影響存在差異，海拔、坡度和坡向?qū)Ω鼐杏绊?，研究區(qū)內(nèi)約93%和51%的耕地集中在海拔2 700～3 200 m和坡度<5°區(qū)域內(nèi)，耕地分布以陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡分布為主，主要因?yàn)楹０蔚停疅釛l件更能滿足農(nóng)作物的種植和生長(zhǎng)；坡度>25°時(shí)，因水土流失嚴(yán)重，土壤養(yǎng)分流失，不僅不適宜發(fā)展耕地，而且加劇水土流失，造成生態(tài)環(huán)境破壞，但坡度>25°區(qū)域仍然存在約4%的耕地，故應(yīng)該退耕還林還草；陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡光照能滿足農(nóng)作物的生長(zhǎng)。交互探測(cè)結(jié)果表明，任意兩種因子交互影響均比單個(gè)因子影響大。海拔對(duì)林地的影響最大，q值分別為25.86%，22.62%，林地近60%集中在海拔3 200～3 700 m，此海拔區(qū)域既是山地迎風(fēng)坡降水多的區(qū)域，同時(shí)也是受到人類活動(dòng)干擾較少的區(qū)域，故林地在此海拔區(qū)域分布較廣。交互探測(cè)對(duì)林地的影響程度由大到小依次為：海拔和坡度>海拔和坡向>坡度和坡向。由q值分析可得，坡度對(duì)草地影響最大，之后為海拔、坡向，53%的草地分布在海拔3 700～4 200 m區(qū)域，此區(qū)域相對(duì)于3 200～3 700 m區(qū)域降水減少，水分降低，植被由林地變?yōu)椴莸?，也和人為干擾少有關(guān)，坡度>10°的草地減少面積隨坡度增大呈降低趨勢(shì)，坡度越大，人為干擾因素較少。交互探測(cè)結(jié)果和林地相似。海拔和坡度對(duì)水域影響大，坡向影響小，任意兩種因子交互影響均比單個(gè)因子影響大。通過(guò)q值可知，海拔、坡度和坡向?qū)ㄔO(shè)用地均影響較大，且2018年比1980年影響程度增強(qiáng)，q值分別由1980年的9.57%，7.21%，6.71%增大到2018年的17.08%，12.46%，18.76%，建設(shè)用地在海拔、坡度和坡向上受到人類活動(dòng)的干擾不斷增強(qiáng)。海拔較低、坡度較小、陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡人類活動(dòng)干擾程度大，建設(shè)用地面積大。任意兩種因子交互影響均比單個(gè)因子影響大。海拔對(duì)未利用土地的影響最大，近90%的未利用土地分布在海拔3 700～4 700 m的區(qū)域，研究區(qū)內(nèi)未利用土地包括沙地、裸土地、裸巖石質(zhì)地等，許多未利用土地是由草地退化或冰川消退形成，故未利用土地分布在高海拔地區(qū)，受海拔影響大。

表1 1980年和2018年土地利用類型地形影響因子q值

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

通過(guò)分析可知海拔>3 700 m區(qū)域無(wú)耕地分布，說(shuō)明海拔對(duì)耕地的影響最大；隨坡度增大耕地分布逐漸收斂，說(shuō)明坡度對(duì)耕地分布較為明顯，結(jié)論與臧玉珠等[11]的研究結(jié)論一致；耕地集中分布在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡，與前人研究結(jié)論基本一致[25]。綜合來(lái)看這些區(qū)域耕地分布較為集中，因?yàn)楹０屋^低、熱量充足，坡度小，土壤水分易被保持，土壤肥力不易流失，陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡，光照充足區(qū)域，容易發(fā)展種植業(yè)，加上人類活動(dòng)行為在此區(qū)域較為頻繁，土地易受到干擾，耕地和建設(shè)用地分布集中。林地和草地在海拔上的分布規(guī)律存在異同點(diǎn)，相同的是林草地均存在主要高海拔分布區(qū)域，不同的是林地和草地分布的最高海拔范圍不同，分別為3 200～3 700 m和3 700～4 200 m，并且分布規(guī)律分別向高海拔和低海拔遞減，說(shuō)明海拔對(duì)林草地分布影響大；冀西北林地主要集中在海拔>900 m的區(qū)域[26]，與本區(qū)域的林地集中的海拔范圍3 200～3 700 m有差異，主要因?yàn)閮蓚€(gè)研究區(qū)所處的氣候基帶和山地海拔不同。草地分布與坡度關(guān)系密切，坡度愈大草地面積愈小，這和坡度對(duì)井岡山草地的影響的結(jié)論有差異[11]，這與祁連山南坡的氣候、土壤等有關(guān)，祁連山南坡降水量不如井岡山地區(qū)多，土壤的含水量比井岡山地區(qū)少，所以祁連山南坡地區(qū)坡度愈大，土壤含水量少，植被生長(zhǎng)條件變差，草地分布面積愈少。林草地與坡向的關(guān)系大致相反，林地面積的分布以北坡、東北坡、西坡和西北坡為主，即以陰坡和半陰坡為主，草地面積的分布以西南坡、南坡、東南坡和東坡為主，即以陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡為主，此結(jié)論與前人的研究成果基本一致[23]。海拔2 700～3 200 m，3 700～4 200 m和坡度<5°區(qū)域的建設(shè)用地分布面積較多，說(shuō)明建設(shè)用地受海拔和坡度影響大，2 700～3 200 m區(qū)域建設(shè)用地以城鎮(zhèn)和農(nóng)村建設(shè)為主，3 700～4 200 m區(qū)域建設(shè)用地以山區(qū)礦區(qū)建設(shè)為主，坡向?qū)ㄔO(shè)用地影響小。未利用土地受到海拔影響明顯，坡度和坡向?qū)ξ蠢猛恋赜绊戄^小。

表2 1980年和2018年土地利用類型地形影響因子交互作用q值

3.2 結(jié) 論

(1)1980—2018年，耕地、建設(shè)用地、未利用土地處于增加趨勢(shì)，其中耕地、建設(shè)用地在海拔2 700～3 200 m區(qū)域增加最多，未利用土地在海拔4 200～4 700 m區(qū)域增加最多；林地、草地、水域?yàn)闇p少趨勢(shì)，三者在3 700～4 200 m，2 700～3 200 m，4 200～4 700 m區(qū)域減少最多；坡度<5°的區(qū)域，耕地和建設(shè)用地增加最多，草地減少最多；30°～35°的區(qū)域，增加最多和減少最多的地類分別為未利用土地和水域；耕地、建設(shè)用地和未利用土地分別在西南坡、南坡和東北坡增加最多，林地、草地、水域分別在北坡、西南坡和東北坡減少最少。

(2)耕地和建設(shè)用地主要分布在2 700～3 200 m、坡度<5°、南坡和西南坡的門源盆地；3 200～3 700 m、坡度10°～20°和陰坡、半陰坡的區(qū)域林地分布較多，大致呈西北—東南走向，托勒山和冷龍嶺分布集中。3 700～4 200 m和西坡、西南坡區(qū)域草地面積分布較大。水域在海拔和坡向上分布差異較小，未利用土地在坡度和坡向上分布差異較小。

(3)耕地增加的區(qū)域主要分布在原來(lái)耕地分布區(qū)域的西北部，主要來(lái)源于林地；林地的變化較大的區(qū)域主要集中在門源縣和祁連縣交界處；草地變化較大的區(qū)域是門源縣和祁連縣交界處與祁連縣、天峻縣和剛察縣交界處；建設(shè)用地主要集中在門源縣城駐地和天峻縣的木里煤礦附近；研究區(qū)西北部的山地區(qū)域未利用土地變化較為明顯。

(4)地形單因子探測(cè)顯示，對(duì)土地利用影響程度由大到小依次為海拔、坡度和坡向，交互探測(cè)結(jié)果顯示，海拔和坡度、海拔和坡向?qū)ν恋乩贸潭扔绊懘蟆?/p>