扎龍濕地土地利用與土地覆蓋變化分析

1、扎龍濕地土地利用與土地覆蓋變化分析收稿日期:2009-08-23基金項(xiàng)目:黑龍江省留學(xué)歸國(guó)人員科學(xué)技術(shù)專項(xiàng)資金 (LC07C34作者簡(jiǎn)介:沃曉棠 (1976- ,女,博士研究生,研究方向?yàn)樯鷳B(tài)學(xué) 。 E-mail:woxiaotang-zhao *通訊作者:孫彥坤,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)闅庀笊鷳B(tài) 。 E-mail:YK_Sun沃曉棠,孫彥坤 *(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,哈爾濱150030摘 要:基于 1995年和 2004年兩個(gè)時(shí)段的 LandsatTM 影像數(shù)據(jù),運(yùn)用遙感 、 GIS 技術(shù),分析扎龍濕地19952004年土地利用與覆蓋動(dòng)態(tài)變化的數(shù)量特征和空間格局,運(yùn)用逐步回歸分析法

2、和主成分分析法,探討扎龍 濕地土地利用與土地覆蓋驅(qū)動(dòng)力機(jī)制 。 結(jié)果表明,扎龍濕地耕地變化是扎龍濕地土地利用變化的核心類型,扎龍 濕地的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)人口數(shù)是影響耕地變化的主要因素,對(duì)土地利用與覆被變化起著主要作用 。關(guān)鍵詞:扎龍濕地;土地利用;土地覆蓋;驅(qū)動(dòng)力 中圖分類號(hào):F301.24文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1005-9369(2010 01-0056-05Study on dynamic change of land use and land cover in Zhalong wetland/WO Xiaotang, SUN Yankun (Collegeof Resources a

3、nd Environmental Sciences , Northeast Agri-cultural University, Harbin 150030, China Abstract:In this study, two TM images of the study area were used, scalar properties and spatialpatterns of 10years (1995-2004land use and land cover changes in Zhalong wetland were analyzed, by using the remote sen

4、sing and GIS technology. Meanwhile, it explored Zhalong wetland land use and land cover driving force mechanism by using stepwise regression analysis and principal com-ponent analysis. The results showed that the change of cropland was the core type of land use change in Zhalong wetland, and Zhalong

5、 wetland rural economic development and rural population were the major factors in the change of land use and cover change.Key words:Zhalong wetland; land use; land cover; driving forces 土地利用與土地覆蓋變化研究是全球環(huán)境變化 研究的一個(gè)重要方面 。 目前,在土地利用與土地覆 蓋變化社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力研究方面,頗受重視的內(nèi)容 是社會(huì)經(jīng)濟(jì)機(jī)制及土地利用決策的影響 1。 濕地在 調(diào)節(jié)地區(qū)干旱氣候 、 平衡降雨 、 蓄

6、水 、 分洪等方面 發(fā)揮著重要作用,然而由于人口的增長(zhǎng)和盲目開 發(fā),濕地正遭受著嚴(yán)重破壞 2。 濕地墾植與泥沙淤 積,使?jié)竦孛娣e銳減,因此分析濕地土地利用與土 地覆蓋的驅(qū)動(dòng)力機(jī)制,摸清各種變化的聯(lián)系,成為 濕地 LUCC 研究的焦點(diǎn)和重點(diǎn) 。 本文運(yùn)用遙感 、 GIS 技術(shù)和數(shù)學(xué)模型方法 3-6,對(duì)扎龍濕地的土地覆 蓋動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行分析,并探討扎龍濕地土地利用與土地覆蓋驅(qū)動(dòng)力機(jī)制,為土地合理利用和濕地 資源的保護(hù)奠定基礎(chǔ) 。1研究區(qū)概況中國(guó)黑龍江扎龍自然保護(hù)區(qū)是以蘆葦沼澤為主的內(nèi)陸濕地和水域生態(tài)系統(tǒng)型的自然保護(hù)區(qū), 1992年被列入國(guó)際重要濕地名錄 。 扎龍濕地位于東經(jīng) 123°4

7、7124°37 ,北緯 46°5247°13 ,處于烏雙流 域下游,嫩江左岸低平原區(qū),地勢(shì)由東北向西南傾 斜,海拔高度 140146m ,土地鹽漬化比較普遍 。 扎龍濕地生物豐富多樣,水生 、 濕生和中生植物廣 泛分布 。 鶴類主要有丹頂鶴(Grus japonesis 、 白鶴 第 41卷 第 1期 東 北 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 41(1:56602010年 1月Journal of Northeast Agricultural UniversityJan. 2010(Grus iecugeranus 、 白頭鶴 (Grusmonacha 等珍稀 鳥類,是國(guó)際

8、重要的珍稀鶴類遷徙 、 繁殖基地 7。2方 法2.1土地覆蓋動(dòng)態(tài)變化特征分析方法本文采用扎龍濕地兩景 (1995年和 2004年 LandsatTM 陸地衛(wèi)星影像和土地利用現(xiàn)狀圖 (1995年和 2004年 ,同時(shí)進(jìn)行野外控制點(diǎn)測(cè)量和土地利 用與覆被分類訓(xùn)練區(qū)的野外調(diào)查,結(jié)合研究區(qū)實(shí)際 情況,將研究區(qū)土地利用類型劃分為耕地 、 沼澤 地 、 草地 、 湖泊 、 居民地及鹽堿地共 6個(gè)一級(jí)地 類,將沼澤地劃分為 2個(gè)二級(jí)地類 (蘆葦沼澤和明 水沼澤 ,采用遙感和地理信息系統(tǒng)相結(jié)合的方法, 制作研究區(qū)不同時(shí)期的土地利用分類圖,并將其進(jìn) 行空間疊置分析,獲得兩個(gè)時(shí)期的土地利用變化轉(zhuǎn) 移矩陣,并運(yùn)用景

9、觀多樣性 、 景觀破碎度和景觀優(yōu) 勢(shì)度指數(shù)等濕地景觀結(jié)構(gòu)要素 8-12,系統(tǒng)分析扎龍 濕地土地覆蓋動(dòng)態(tài)變化 。2.2土地利用 /覆被變化驅(qū)動(dòng)力分析方法選取每年的耕地面積來反映土地利用變化,以 社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的指標(biāo)體系作為影響土地利用變 化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子,應(yīng)用 SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行各統(tǒng) 計(jì)因子和耕地面積的相關(guān)分析,提取 10個(gè)相關(guān)性 大的因子作為主要驅(qū)動(dòng)因子,并將主要驅(qū)動(dòng)因子分解為 3個(gè)層面:人口層面 、 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件層面和農(nóng) 村經(jīng)濟(jì)層面,其中人口層面的指標(biāo)包括總?cè)丝?(X 1 、 總戶數(shù) (X 2 ;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件層面的指標(biāo)包括 糧食播種面積 (X 3 、 有效灌溉面積 (X 4 、 農(nóng)村用

10、電 量 (X 5 、 化肥施用量 (X 6 ;農(nóng)村經(jīng)濟(jì)層面的指標(biāo)包 括農(nóng)村居民總收入 (X 7 、 人均收入 (X 8 、 糧食總產(chǎn) 量 (X 9 和年末大牲畜存欄頭數(shù) (X 10 ,運(yùn)用因子層逐 步回歸分析和主成分分析相結(jié)合的方法,探討土地 利用變化和各主要驅(qū)動(dòng)因子的耦合關(guān)系 13-15。3土地覆蓋動(dòng)態(tài)變化特征分析3.1土地利用類型的數(shù)量變化分析兩期的遙感影像分析結(jié)果顯示了扎龍濕地的土 地利用變化在數(shù)量上的特征 (見圖 1 :19952004年 扎龍土地利用類型中除沼澤外其他類型土地面積 均呈增加的變化趨勢(shì),其中草地和鹽堿地面積變 化貢獻(xiàn)率分別為 22.66%和 21.74%,沼澤 (蘆葦沼

11、 澤和明水沼澤 10年間共減少了 136.26km 2,其對(duì) 土地利用結(jié)構(gòu)的變化貢獻(xiàn)率達(dá)到了 50%;從土地 利用數(shù)量結(jié)構(gòu)看, 1995年耕地 、 居民地 、 湖泊 、 草地 、 鹽堿地 、 沼澤所占的比例分別為 11.33%、 1.10%、 3.57%、 15.56%、 14.12%、 54.32%, 2004年 所占比例分別為 11.81%、 1.11%、 3.78%、 18.30%、 16.76%、 48.23% 。草地Grass land蘆葦沼澤Reed swamp明水沼澤Water swamp湖泊Lake居民地Settlement耕地Crop land鹽堿地BarrenN圖 1199

12、5和 2004年扎龍土地利用Fig. 1Zhalong land use in 1995and 2004沃曉棠等:扎龍濕地土地利用與土地覆蓋變化分析第 1期 ·57·3.2土地利用結(jié)構(gòu)的空間變化分析19952004年土地利用類型間轉(zhuǎn)化矩陣分析見 表 1。 耕地主要來自于蘆葦沼澤,同時(shí)蘆葦沼澤主 要向明水沼澤和草地轉(zhuǎn)變,草地向鹽堿地轉(zhuǎn)變的趨 勢(shì)較明顯,轉(zhuǎn)化率為 58.64%;湖泊主要來自于蘆 葦沼澤,其轉(zhuǎn)化率達(dá) 61.42%;鹽堿地主要來自于 耕地和草地,耕地和草地向鹽堿地的轉(zhuǎn)化率分別為 38.06%和 58.64%,由此說明扎龍濕地土壤鹽漬化現(xiàn) 象較嚴(yán)重 。3.3景觀類型斑

13、塊特征扎龍濕地景觀結(jié)構(gòu)要素特征見圖 2。 1995 2004年景觀多樣性和破碎度兩項(xiàng)指數(shù)值增大,而 景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)值減小,主要是由于沼澤地為扎龍 濕地的主體優(yōu)勢(shì)景觀,沼澤地面積的減少使景觀優(yōu) 勢(shì)度呈下降趨勢(shì) 。 近年來,人類活動(dòng)范圍不斷擴(kuò) 大,干擾活動(dòng)加劇,造成耕地和居民工礦建設(shè)用地 增加,在一定程度上加速了景觀的破碎化程度,造 成景觀格局趨向復(fù)雜化,不利于扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng) 的穩(wěn)定 。2.52.01.51.00.519952004景觀多樣性指數(shù)景觀破碎度指數(shù) 景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)圖 2扎龍濕地景觀格局要素特征Fig. 2Zhalong landscape indices in 1995and 200

14、4表 11995和 2004年扎龍濕地土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 1Zhalong wetland land use transfer matrix in 1995and 20041995年2004年蘆葦沼澤Reed swamp耕地Crop land明水沼澤Water swamp草地Grass land湖泊Lake鹽堿地Barren居民地 Settlement蘆葦沼澤Reed swamp4. 4453. 6729. 566. 335. 990耕地Crop land25. 652. 0633. 440. 7438. 060. 05明水沼澤Water swamp51. 034. 9438. 920

15、. 274. 840草地Grass land22. 1714. 995. 660. 5258. 640. 01湖泊Lake61. 429. 058. 496. 9514. 030. 07鹽堿地Barren17. 1744. 763. 1232. 112. 510. 33居民地 Settlement 8. 7034. 7808. 702. 9044. 93(%4耕地的驅(qū)動(dòng)力分析4.1耕地與主要驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)性分析耕地與人口層面的關(guān)系分析見表 2。 耕地的變 化與總?cè)丝谟泻芎玫南嚓P(guān)性,二者之間的相關(guān)系數(shù) 達(dá) 0.992,這是因?yàn)槭澄锸侨祟惿娴淖罨疽? 而土地是食物生產(chǎn)的最終要素,所以人口作為一

16、種 持續(xù)的外界壓力,對(duì)耕地?cái)?shù)量變化起著重要作用;就農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件層面而言,有效灌溉面積和農(nóng)村用 電量?jī)身?xiàng)指標(biāo)值增加不明顯,耕地與化肥使用量和 糧食播種面積有很大相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為 0.974和 0.954;在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展層面上,耕地與農(nóng) 村居民總收入和糧食總產(chǎn)量?jī)身?xiàng)指標(biāo)有較大相關(guān) 性,相關(guān)系數(shù)分別為 0.943和 0.984。 以上分析結(jié) 果表明,農(nóng)業(yè)收入的增長(zhǎng)在一定程度上激發(fā)了農(nóng)民 “ 開荒 ” ,進(jìn)而導(dǎo)致了沼澤和草地面積的減少 。·58·東 北 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 41卷4.2驅(qū)動(dòng)因子主成分分析扎龍濕地耕地驅(qū)動(dòng)因子主成分分析結(jié)果見表 3, 有 3個(gè)主成分的特征

17、根大于 1, 3個(gè)主成分的累計(jì) 方差貢獻(xiàn)率為 80.08%。 第一主成分中各變量載荷系 數(shù)除了有效灌溉面積 (X 4 和年末大牲畜存欄頭數(shù) (X 10 之外,其他變量載荷系數(shù)都較大,說明所選的 各變量對(duì)耕地?cái)?shù)量變化的驅(qū)動(dòng)作用都很大,其相對(duì)重要性依次為:農(nóng)村居民總收入 (X 7 、 糧食總產(chǎn)量 (X 9 、 化肥施用量 (X 6 、 糧食播種面積 (X 3 、 農(nóng)村 用電量 (X 5 ;在第二主成分中,有效灌溉面積 (X 4 的載荷系數(shù)較高 。 第一主成分載荷主要是突顯了總 收入 、 糧食總產(chǎn)量和總?cè)丝诘闹匾绊?其載荷值 均達(dá) 0.9以上,由此可知,扎龍濕地的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā) 展和農(nóng)業(yè)人口數(shù)是影響耕

18、地變化的主要因素 。表 2耕地與主要驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)性分析Table 2Analysis of correlation between cropland and dynamic factors模型 Model 復(fù)相關(guān)系數(shù)R決定系數(shù) R 2R 2校正的決定系數(shù)Adjusted R 2估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差 Estimated standard error總?cè)丝?(X 1Population0. 992(a 0. 9850. 9830. 61480化肥施用量 (X 6Amount of fertilizer0. 974(a 0. 9490. 9431. 11209糧食播種面積 (X 3Area of grain

19、0. 954(a 0. 9100. 8991. 48200糧食總產(chǎn)量 (X 9Grain output0. 984(a 0. 9680. 9640. 89037農(nóng)村居民總收入 (X 7Total income of rural residents0. 943(a 0. 8890. 8751. 64814表 3耕地驅(qū)動(dòng)因子主成分分析Table 3Principal component analysis of cropland dynamic factors各變量 Total variance主成分 1Component 1主成分 2Component 2主成分 3Component 3特征根Ch

20、aracteristic root累計(jì)百分比 (% Cumulative percentage總?cè)丝?(X 1Population0. 908-0. 116-0. 0185. 22352.229總戶數(shù) (X 2Total Households0. 654-0. 734-0. 0201. 56967.921糧食播種面積 (X 3Area of grain0. 6950. 1040. 1481. 21680.081有效灌溉面積 (X 4Effective irrigation area0. 2030. 863-0. 4300. 97689.842農(nóng)村用電量 (X 5Lectricity in ru

21、ral areas0. 6800. 034-0. 4440. 59195.751化肥施用量 (X 6Amount of fertilizer0. 8850. 3160. 0430. 24298.175農(nóng)村居民總收入 (X 7I ncome of rural residents0. 9230. 1170. 2290. 11399.301人均收入 (X 8Per capita income0. 709-0. 143-0. 0340. 06899.985糧食總產(chǎn)量 (X 9Grain output0. 9190. 0330. 1010. 002100.000年末大牲畜存欄頭數(shù) (X 10 Large

22、 livestock herd-0. 0030. 3540. 863-1. 14×10-15100.000沃曉棠等:扎龍濕地土地利用與土地覆蓋變化分析第 1期 ·59·5討論與結(jié)論文章將扎龍濕地 10年間土地利用與覆蓋動(dòng)態(tài) 變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素動(dòng)態(tài)變化相結(jié)合,對(duì)扎龍濕地 土地利用與覆蓋動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究, 結(jié)果表明: 除沼澤外其他類型土地面積均呈增 加的變化趨勢(shì),其中耕地主要來自于蘆葦沼澤,草 地向鹽堿地轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)較明顯; 景觀結(jié)構(gòu)要素 特征顯示土地利用趨于多樣化和均勻化,但是完整 性較差; 扎龍濕地的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)人口 數(shù)是影響耕地變化的主要因素,對(duì)

23、土地利用與覆被 變化起著主要作用 。通常對(duì)于不同空間尺度的土地利用 /覆蓋變化 與社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律分析,多采用典型 相關(guān)分析和多元線性回歸模型,然而在實(shí)際研究 中,影響土地利用與土地覆蓋變化的因素很多,采 用較多的變量來擬合回歸方程,得到方程的穩(wěn)定性 差,這就給系數(shù)的估計(jì)帶來不合理的解釋 。 鑒于以 上原因,文章從經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)入手,通過驅(qū)動(dòng)因子的分 層,從包含全部變量的回歸方程中逐次剔除不顯著 因子,采用 “ 有進(jìn)有出 ” 的逐步回歸分析法,分析土 地利用變化的原因 。 希望在今后研究中加強(qiáng)遙感影 像數(shù)據(jù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的融合,進(jìn)一步分析各 種土地利用類型變化的驅(qū)動(dòng)力及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制間的關(guān)

24、 系 。參 考 文 獻(xiàn) 1劉紀(jì)遠(yuǎn) , 劉明亮 , 莊大方 , 等 . 中國(guó)近期土地利用變化的空間格 局與驅(qū)動(dòng)力分析 J.中國(guó)科學(xué) :D 輯 , 2002, 32(12:1031-1040. 2吳長(zhǎng)申 . 扎龍國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)自然資源研究與管理 M.哈爾濱 :東北林業(yè)大學(xué)出版社 , 1999.3Eric F, Lambina B L, Turnerb H G, et al. The causes of land-use and land-cover moving beyond the mythsJ.Global Environmental Change, 2001(11:269.4Metternieht G. Assessing temporal and spatial changes of salinity using fuzzy logic, remote sensing and GIS. foundations of an expert systemJ.Ecological Modelling, 2001, 144:163-179.5BuKrgi M, Russell E W B. Integrative methods to study landscape changesJ.Land Use Policy, 2001, 18:9-16.