張亞瓊 藺彬彬

(1.山西漳河水務(wù)有限公司，山西 太原 030000；2.太原理工大學(xué)，山西 太原 030000)

汾河是山西省最大的河流，是山西的母親河，黃河的一級(jí)支流及第二大支流。流域地跨山西省忻州、太原、晉中、呂梁、臨汾、運(yùn)城6個(gè)地級(jí)市，包括40個(gè)縣市區(qū)[1-2]。根據(jù)《山西省2018年水資源公報(bào)》[3]，流域內(nèi)總?cè)丝跒?445萬(wàn)，占全省總?cè)丝诘?9.0%；GDP為7157億元，占全省GDP的42.5%；流域內(nèi)糧食產(chǎn)量為530萬(wàn)t，占全省總產(chǎn)量的38.4%；流域內(nèi)灌溉面積為1671萬(wàn)畝，占全省總耕地面積的29.3%。由此可以看出，汾河流域在山西省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的地位。

土地利用土地覆被變化是地球系統(tǒng)科學(xué)核心研究主題之一，其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、物質(zhì)循環(huán)以及地氣耦合系統(tǒng)等具有重要的影響[4-6]。同時(shí)，作為生態(tài)環(huán)境的重要表征，是進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)、開(kāi)展生態(tài)環(huán)境修復(fù)及土地資源科學(xué)管理的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。另外，作為水文循環(huán)重要的下墊面條件，影響著降雨徑流產(chǎn)匯流過(guò)程[7]。在人類(lèi)活動(dòng)增強(qiáng)和自然環(huán)境不斷變化的背景下，全球的土地利用土地覆被都在不斷地發(fā)生著變化，汾河流域也不例外。在國(guó)家“綠水青山”發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，研究汾河流域土地利用土地覆被在時(shí)空上的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程具有重要的意義。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以具體而全面地分析不同土地利用類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)化量和轉(zhuǎn)化方向[8]。本文采用該方法分析了汾河流域1980—2015年的土地利用土地覆被的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程，并對(duì)驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了探析，以期為汾河流域大力開(kāi)展的生態(tài)環(huán)境修復(fù)和清水復(fù)流工程提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

汾河干流全長(zhǎng)716km，流域面積39826km2，占山西省總面積的25.5%。地處半干旱區(qū)，1978—2018年多年平均降水量為476mm，多年平均氣溫為8.65℃。汾河按河流特征分為上、中、下游3段：其中太原蘭村以上為上游，河道長(zhǎng)217.6km，為山區(qū)性河流，繞行于峽谷之中，平均縱坡為4.4‰；蘭村至洪洞石灘為中游，河長(zhǎng)266.9km，流域面積為20509km2，穿行于太原盆地(面積5000余km2)，地勢(shì)平坦，平均縱坡約1.7‰；洪洞至黃河口為下游，河長(zhǎng)231.5km，流域面積為11257km2，臨汾盆地(面積近5000km2)橫貫其間，平均縱坡為1.3‰[9]。

2 數(shù)據(jù)與方法

采用汾河流域1980年、2000年、2015年三期土地利用數(shù)據(jù)，來(lái)源于中科院地理所資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)的分辨率為1km×1km網(wǎng)格。采用3級(jí)分類(lèi)系統(tǒng)：一級(jí)主要根據(jù)土地資源及其利用屬性，分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6個(gè)類(lèi)型；二級(jí)主要根據(jù)土地資源的自然屬性，分為25個(gè)類(lèi)型；三級(jí)根據(jù)耕地的地貌部位，將耕地分為8個(gè)類(lèi)型。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是馬爾科夫模型在土地利用方面的具體應(yīng)用，可以具體且全面地分析土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)化方向和轉(zhuǎn)化數(shù)量[10-11]，它的一般形式見(jiàn)表1。

表1 轉(zhuǎn)移矩陣通用形式

一般采用土地利用的凈變化與交換變化來(lái)反映土地利用變化的特征。其中土地利用的凈變化反映了兩個(gè)不同時(shí)期區(qū)域土地利用類(lèi)型的絕對(duì)變化量，是進(jìn)行土地利用分析研究中最常用的一個(gè)特征參數(shù)，它的值為Si和Sj之差的絕對(duì)值。但是該參數(shù)并不能反映土地利用變化的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，如當(dāng)凈變化量為0時(shí)，并不代表土地利用類(lèi)型未發(fā)生轉(zhuǎn)變，很可能是土地利用類(lèi)型的空間位置發(fā)生了改變。如在一段時(shí)期內(nèi)，一片廢棄的工業(yè)用地重新被整理為耕地，而在另外一個(gè)地方為了新建工廠而占用了相同面積的耕地。像這樣的土地利用變化，在凈變化分析中并未反映出來(lái)，因?yàn)槟骋煌恋乩妙?lèi)型的增量和減量相互抵消了。因此，僅用凈變化量很可能會(huì)低估土地利用的真實(shí)變化情況，因此引入了交換變化來(lái)克服這一缺陷。土地利用的交換變化定量反映了在某一區(qū)域內(nèi)，某一地類(lèi)在一個(gè)地方轉(zhuǎn)化為另一種地類(lèi)，而在另外的一些地方其他的一些地類(lèi)又轉(zhuǎn)化為這一地類(lèi)，它可以真實(shí)反映土地利用變化過(guò)程中一些隱含的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化信息，其值為Si和Sj中最小值的2倍。

3 結(jié)果與分析

在1980年、2000年、2015年土地利用土地覆被數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按照汾河流域范圍進(jìn)行裁剪分類(lèi)后，得到汾河流域土地利用土地覆被分布圖，見(jiàn)圖1。按照一級(jí)的6個(gè)分類(lèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，汾河流域內(nèi)耕地的面積最大，約占41%；其次是林地，約占28%；第三是草地，約占25%；第四是建設(shè)用地，約占4.5%；水域面積不到1%；未利用土地可以忽略不計(jì)。從空間位置上進(jìn)行分析(見(jiàn)圖1)，耕地主要分布在中游的太原盆地和下游的臨運(yùn)盆地；林地主要集中在流域邊緣的山區(qū)；草地主要集中在從盆地向山區(qū)的過(guò)渡帶上。

圖1 土地利用分布

表2 汾河流域土地利用類(lèi)型統(tǒng)計(jì)

基于1980年、2015年兩期土地利用類(lèi)型，進(jìn)行1980—2015年的汾河流域土地利用土地覆被轉(zhuǎn)移矩陣分析和變化特征分析，結(jié)果見(jiàn)表3和表4。由表3可以看出，到2015年由其他地類(lèi)轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的面積最大，轉(zhuǎn)入面積為496km2，主要由耕地轉(zhuǎn)入(占總轉(zhuǎn)入面積的82%)；其次是轉(zhuǎn)為耕地的面積，轉(zhuǎn)入面積為155km2，主要由草地轉(zhuǎn)入(占總轉(zhuǎn)入面積的60%)。對(duì)于從1980年轉(zhuǎn)出的地類(lèi)，耕地的轉(zhuǎn)出面積最大，為512km2，主要轉(zhuǎn)向了建設(shè)用地(占總轉(zhuǎn)出面積的80%)；

表3 汾河流域1980—2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 單位:km2

表4 汾河流域1980—2015年土地利用變化信息 單位:km2

其次是草地，面積為195km2，主要轉(zhuǎn)向了耕地和建設(shè)用地。

由表4可以看出，1980—2015年流域內(nèi)有1674km2的地類(lèi)發(fā)生了改變，占總面積的4%左右，其中耕地的變化量最大，為667km2，占總變化量的39.8%；其次是建設(shè)用地，為497km2，占29.7%；第三是草地，占16.8%；之后是水域和林地，占比合為13.3%。另外從變化結(jié)構(gòu)上來(lái)看，耕地凈變化占總變化的比重約為54%，凈減少了512km2，其他的155km2表現(xiàn)為空間位置上的轉(zhuǎn)移；建設(shè)用地的變化基本是凈變化，面積凈增加了496km2；林地、草地及水域主要由交換變化主導(dǎo)，凈變化占總變化量的比例分別為19%、39%和9%，說(shuō)明三者的變化主要表現(xiàn)在空間位置的轉(zhuǎn)移上。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)土地利用土地覆被的空間區(qū)位的固定性和獨(dú)特性，采用轉(zhuǎn)移矩陣分析方法，定量分析了山西省汾河流域1980—2015年土地利用的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，包括了空間轉(zhuǎn)移和數(shù)量的變化過(guò)程。結(jié)果表明：汾河流域內(nèi)占比最大的土地利用類(lèi)型為耕地，我國(guó)改革開(kāi)放后，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市的不斷擴(kuò)張，驅(qū)動(dòng)了建設(shè)用地面積的增加，1980—2015年汾河流域建設(shè)用地面積增加了495km2，主要由耕地轉(zhuǎn)化而來(lái)，貢獻(xiàn)率為82%。鑒于此，在以后的土地資源管理過(guò)程中，尤其要重點(diǎn)關(guān)注建設(shè)用地對(duì)耕地的侵占，嚴(yán)守耕地面積紅線，保障糧食安全。另外，當(dāng)前汾河流域正大力開(kāi)展的生態(tài)修復(fù)工程要從整個(gè)流域出發(fā)，堅(jiān)持山水林田湖草系統(tǒng)治理，優(yōu)化土地利用方式，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)土地資源的節(jié)約、集約、高效利用。