北方農(nóng)牧交錯帶的生態(tài)脆弱區(qū)

北方農(nóng)牧交錯帶的生態(tài)脆弱區(qū)

土地使用變化研究是全球環(huán)境變化的研究項目之一，引起了人們的關(guān)注。區(qū)域土地利用變化動態(tài)、變化特征、預(yù)測與模擬、驅(qū)動機(jī)制等研究,是當(dāng)前國內(nèi)外土地利用變化研究的重要內(nèi)容。借助遙感影像和GIS分析工具,結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等資料,共同研究某地區(qū)的土地利用時空變化特征及其驅(qū)動機(jī)制,是目前主要的研究方法。北方農(nóng)牧交錯帶是農(nóng)業(yè)區(qū)與牧業(yè)區(qū)之間的過渡地帶,也是我國重要的生態(tài)脆弱區(qū)域。在全球環(huán)境變化的背景下,農(nóng)牧交錯帶內(nèi)面臨諸多的生態(tài)環(huán)境問題,如沙漠化等。生態(tài)脆弱區(qū)土地利用變化與自然因素如降水、氣溫變化和人類活動因素有關(guān),但具有區(qū)域差異性,如位于陜西省境內(nèi)農(nóng)牧交錯帶的榆林地區(qū),能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,人類活動對當(dāng)?shù)氐耐恋乩米兓a(chǎn)生直接影響。本文對位于榆林地區(qū)的靖邊縣土地利用時空變化和驅(qū)動因素進(jìn)行了分析,旨在為該區(qū)域土地資源的合理開發(fā)和生態(tài)環(huán)境改善提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。1地形地貌條件靖邊縣位于陜西省北部榆林市西南部,無定河上游,毛烏素沙漠南沿,地跨長城南北,縣城距榆林市184km。地勢南高北低,海拔1123~1823m,地處東經(jīng)108°17′15″—109°20′15″,北緯36°58′45″—38°03′15″,地形呈菱形,按地貌分為北部風(fēng)沙灘區(qū)、中部梁峁?jié)緟^(qū)和南部丘陵溝壑區(qū),分別約占總面積的1/3。全縣屬半干旱內(nèi)陸性季風(fēng)氣候,年平均降水量395.4mm,四季變化明顯,年平均氣溫7.8℃,無霜期125~179d,晝夜溫差大。1.1數(shù)據(jù)處理根據(jù)靖邊縣2009年土地利用變更數(shù)據(jù)庫,對靖邊縣1990,2000和2010年3期30m分辨率,6景TM/ETM+影像,利用ERDAS9.3軟件進(jìn)行解譯,將判讀結(jié)果與野外調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對比,解譯精度在80%以上,分類結(jié)果可靠。研究區(qū)土地利用類型分別為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地。驅(qū)動因素分析所用數(shù)據(jù)來自靖邊縣統(tǒng)計年鑒、靖邊縣國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報以及陜西年鑒等。1.2計算某時段內(nèi)某土地利用類型變化速度的動態(tài)度土地利用動態(tài)度表征區(qū)域土地利用類型的變化劇烈程度,單一土地利用類型動態(tài)度是研究區(qū)域在一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的變化速度情況。動態(tài)度絕對值越大,表示某段時間內(nèi)某種土地利用類型變化越劇烈。計算公式如下:K=(Ub-Ua)/(Ua×T)×100%(1)式中:K——研究時段內(nèi)某一土地利用類型的動態(tài)度;Ua,Ub——研究時段初期和末期某一土地利用類型的數(shù)量;T——研究時段長度。1.3土地利用轉(zhuǎn)移矩陣?yán)肊RDAS9.3軟件,對研究區(qū)1990年和2010年解譯的土地利用柵格圖像進(jìn)行空間疊加分析,得到靖邊縣20a的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,用以研究20a來靖邊縣土地利用面積的變化情況,并利用空間疊加的統(tǒng)計結(jié)果制作土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。2結(jié)果與討論2.1建設(shè)用地和草地、未利用地面積變化1990—2010年,靖邊縣全縣林地、建設(shè)用地面積呈現(xiàn)增加態(tài)勢,耕地、草地、水域和未利用地面積為減少態(tài)勢(圖1)。由1990—2000年和2000—2010年2個階段可以看出,耕地和水域面積前一階段減少較少,態(tài)勢不明顯,后一階段減少態(tài)勢較為明顯;草地、未利用地在2個階段均為減少態(tài)勢;林地和建設(shè)用地面積在2個階段均為增加態(tài)勢(圖1a)。從靖邊縣3個地貌單元來看,1990—2010年北部風(fēng)沙灘區(qū)耕地和水域面積變化較小,態(tài)勢不明顯;林地為持續(xù)增加態(tài)勢,草地相反,為減少態(tài)勢;建設(shè)用地在1990—2000年變化態(tài)勢不明顯,后一階段2000—2010年呈顯著增加態(tài)勢;未利用地經(jīng)歷了先減少后增加的變化過程(圖1b)。中部梁峁?jié)緟^(qū)耕地與未利用地變化態(tài)勢一致,同為1990—2000年面積增加,2000—2010年面積減少,總體為減少態(tài)勢;水域變化態(tài)勢不明顯,而建設(shè)用地在后期表現(xiàn)為略微的增加;林地總體增加,草地總體面積變化較小(圖1c)。南部丘陵溝壑區(qū)1990—2010年耕地、水域總體為減少態(tài)勢;林地、草地和建設(shè)用地總體表現(xiàn)為增加態(tài)勢;未利用地總體呈減少態(tài)勢(圖1d)。2.2土地利用變化表1根據(jù)式(1)計算得到,表1中“-”表示某種土地利用類型在某一階段為減少態(tài)勢,“+”表示增加態(tài)勢。1990—2010年,靖邊縣耕地、草地、水域和未利用地減少,其中以未利用地減少幅度最大,耕地減少幅度最小,二者相差近5倍;林地和建設(shè)用地增加,以建設(shè)用地增加幅度最大,增加16.4%。1990—2000年和2000—2010年2個階段中,除未利用地前一階段減少速度快于后一階段外,其他土地利用類型后一階段增加或減少速度都要快于前一階段(表1)。以上結(jié)果反映出2000—2010年是靖邊縣土地利用發(fā)生變化的主要階段,建設(shè)用地的快速增加是研究時段內(nèi)土地利用變化的主要特征。北部風(fēng)沙灘區(qū)1990—2010年林地、建設(shè)用地為增加態(tài)勢,仍以建設(shè)用地的較高增幅為主要特征,高于靖邊縣平均增加幅度;草地、水域、未利用地減少,草地減少幅度大于未利用地,水域減少幅度最小;耕地變化幅度最小。1990—2000年和2000—2010年2個階段中,耕地、未利用地面積先減少后增加,增減幅度基本相當(dāng);草地、水域持續(xù)減少,減少幅度有逐漸增大之態(tài)勢;林地增加在前一階段幅度較大,而建設(shè)用地增加主要集中于后一階段。中部梁峁?jié)緟^(qū)1990—2010年建設(shè)用地增加幅度大于北部風(fēng)沙灘區(qū),是其近2.5倍,遠(yuǎn)高于靖邊縣平均增加幅度;林地、草地變化幅度小于北部風(fēng)沙灘區(qū);耕地、水域和未利用地中,以未利用地減少幅度最大。1990—2000年和2000—2010年2個階段中,建設(shè)用地的增加主要集中于前一階段,這一特征與北部風(fēng)沙灘區(qū)具有較大的差異;除水域表現(xiàn)為2個階段的持續(xù)減少外,中部梁峁?jié)緟^(qū)域的各土地利用類型前一階段與后一階段的變化態(tài)勢相反。南部丘陵溝壑區(qū)1990—2010年建設(shè)用地增加幅度是3個區(qū)域當(dāng)中最小的,僅是靖邊縣平均增加幅度的1/3;耕地、水域和未利用地中,耕地減少幅度最小,未利用地最大;林地增加幅度略高于草地。1990—2000年和2000—2010年2個階段中,建設(shè)用地持續(xù)增加,后一階段增加幅度明顯,是前一階段的2倍;水域減少幅度2個階段基本相同;其他各土地利用類型,在2個階段中表現(xiàn)出相反的變化態(tài)勢,但均表現(xiàn)出增加幅度高于減少幅度的態(tài)勢。2.3土地利用類型的轉(zhuǎn)變在ArcGIS10軟件中,對1990年和2010年靖邊縣土地利用圖進(jìn)行疊加分析,并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到1990—2010年的土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣如表2所示。土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣可以直觀地表明在研究時段內(nèi)各種土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)變情況?；?990年和2010年靖邊縣土地利用疊加分析結(jié)果,可以得到2010年耕地、林地、草地和建設(shè)用地由1990年其他土地利用類型轉(zhuǎn)變的空間分布圖(附圖1)。從表2和附圖1可以看出,靖邊縣1990—2010年,耕地依次主要向林地、草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)變;林地依次向草地、耕地、未利用地和建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變也較為明顯;草地表現(xiàn)出依次向林地、耕地、未利用地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)變的特征;水域、建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙愋偷拿娣e較少;未利用地最為顯著的是向林地、草地的轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e較少。以上反映出,研究時段內(nèi)靖邊縣土地利用類型之間的轉(zhuǎn)變,以耕地、林地、草地之間的轉(zhuǎn)變,以及三者向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變和未利用地向林地的大面積轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕卣鳌膮^(qū)域來看,北部風(fēng)沙灘區(qū)在1990—2010年,耕地向林地、草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)變,其中向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變數(shù)量高于向草地的轉(zhuǎn)變;林地以向耕地和草地轉(zhuǎn)變?yōu)橹?向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變的數(shù)量也較為可觀;草地向林地和耕地轉(zhuǎn)變?yōu)橹?與林地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變的數(shù)量較為相近;未利用地向林地轉(zhuǎn)變數(shù)量較大,占全縣的比例接近2/3。中部梁峁?jié)緟^(qū)在1990—2010年,耕地向林地、草地轉(zhuǎn)化居多,向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變的面積不及向林地、草地轉(zhuǎn)變面積的8%;林地主要向耕地、草地和未利用地轉(zhuǎn)變;草地以向耕地、林地和未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)橹?未利用地主要向林地和草地轉(zhuǎn)變。總體上,中部梁峁?jié)緟^(qū)各土地利用類型向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變的數(shù)量都比較小。南部丘陵溝壑區(qū)在1990—2010年,耕地以向林地和草地轉(zhuǎn)變?yōu)橹?向建設(shè)用地和未利用地轉(zhuǎn)變的數(shù)量相近;林地向草地和耕地轉(zhuǎn)變?yōu)橹?向未利用地轉(zhuǎn)變的數(shù)量高于向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變數(shù)量;草地向林地和耕地轉(zhuǎn)變,向未利用地轉(zhuǎn)變的數(shù)量是向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變數(shù)量的2倍;未利用地向耕地、林地和草地的轉(zhuǎn)變居多,向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變的數(shù)量較少。從以上分析可以看出,靖邊縣1990—2010年土地利用類型轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)主要包括:(1)耕地、林地和草地之間的相互轉(zhuǎn)變數(shù)量較大,是主要土地利用轉(zhuǎn)變類型;(2)耕地、林地和草地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變是研究時段內(nèi)該區(qū)域的主要特征;(3)未利用地向林地和草地的轉(zhuǎn)變數(shù)量較大;(4)區(qū)域分布上,北部風(fēng)沙灘區(qū)耕地、林地和草地之間相互轉(zhuǎn)變的規(guī)模和數(shù)量高于中部梁峁?jié)緟^(qū)和南部丘陵溝壑區(qū),中部梁峁?jié)緟^(qū)高于南部丘陵溝壑區(qū);(5)耕地、林地和草地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變主要集中于北部風(fēng)沙灘區(qū),未利用地向林地的轉(zhuǎn)變也主要集中在該區(qū)域。2.4土地使用變化驅(qū)動因素分析2.4.1居民用地需求持續(xù)增長1990—2010年,靖邊縣人口持續(xù)增長(圖2)。人口由1990年的24.06萬人上升到2010年的32.86萬人,人口年均增長率達(dá)2.20%,人口增長必然導(dǎo)致對居住地、公共用地以及水資源的需求加大,居民用地需求不斷增長,從而推動建設(shè)用地范圍進(jìn)一步擴(kuò)展及其用地結(jié)構(gòu)的相應(yīng)變化。比較明顯的是交通用地和工礦用地的增加,而人們對地表水資源的開采導(dǎo)致靖邊縣水域面積萎縮,人口增加所引起的對土地的需求,促進(jìn)人們加大對未利用土地的規(guī)劃、使用,導(dǎo)致未利用地減少,人口增加是靖邊縣土地利用變化的驅(qū)動因素之一。2.4.2出臺了建設(shè)用地擴(kuò)展的主要產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是土地利用變化的重要驅(qū)動因素,主要表現(xiàn)為建設(shè)用地的迅速增加。圖3表明,1990—2010年靖邊縣GDP呈指數(shù)增長,尤其是2000年之后,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。結(jié)合表2中靖邊縣建設(shè)用地變化主要發(fā)生在2000—2010年,充分反映出建設(shè)用地擴(kuò)展主要是經(jīng)濟(jì)發(fā)展所推動。圖3表示1990—2010年第1,2,3產(chǎn)業(yè)占GDP的變化情況,可以看出第1產(chǎn)業(yè)呈逐年下降的態(tài)勢,第3產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,反映出2000年之前,靖邊縣第1產(chǎn)業(yè)比重迅速減少,第2,3產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快,所占比例保持上升態(tài)勢。2000—2010年,第2產(chǎn)業(yè)逐漸成為靖邊縣的主要產(chǎn)業(yè),所占比例達(dá)到GDP的80%以上。以上分析表明,靖邊縣建設(shè)用地的快速增加主要是由第2產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展所驅(qū)動。建設(shè)用地包括居住地、交通用地、工礦用地等類型。靖邊縣在國家政策“發(fā)展中小城鎮(zhèn)”以及縣政府“兩基地、兩中心、一樞紐”政策的推動下,城市化進(jìn)程加快,城鎮(zhèn)面積逐年增加。靖邊縣第2產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要源自該地區(qū)石油、天然氣開采和石油加工為主導(dǎo)的工業(yè)迅猛發(fā)展。2.4.3政策導(dǎo)向?qū)Ω剞D(zhuǎn)化加1990—2010年,對靖邊縣土地利用變化影響較為重要的政策有“三北”防護(hù)林體系建設(shè)、退耕還林還草工程的實施等,這些政策導(dǎo)向驅(qū)動了該地區(qū)耕地向林地、草地的轉(zhuǎn)化。“三北”防護(hù)林體系的建設(shè),促進(jìn)了該區(qū)域北部風(fēng)沙灘區(qū)林地面積數(shù)量的增加。西部大開發(fā)等國家層面政策因素促進(jìn)了靖邊縣油氣資源的快速開發(fā)和開采,興建油井、氣井以及公路的修建等是驅(qū)動靖邊縣建設(shè)用地面積增加的主要因素。3不同地區(qū)建設(shè)用地的變化(1)1990—2010年,靖邊縣林地、建設(shè)用地面積呈現(xiàn)增加態(tài)勢,耕地、草地、水域和未利用地面積為減少態(tài)勢。北部風(fēng)沙灘區(qū)林地增加和草地減少態(tài)勢明顯。中部梁峁?jié)緟^(qū)耕地面積減少,林地增加態(tài)勢明顯。南部丘陵溝壑區(qū)耕地減少,林地、草地增加態(tài)勢明顯。建設(shè)用地的增加主要集中于2000—2010年。(2)1990—2010年,靖邊縣土地利用變化主要發(fā)生在2000年之后,其中尤以建設(shè)用地的快速增加為特點(diǎn)。北部風(fēng)沙灘區(qū)和中部梁峁?jié)緟^(qū)建設(shè)用地增加速度高于南部丘陵溝壑