近10年丹江流域土地利用時空動態(tài)演變

丁文峰，李欣欣，岑 奕

（1.長江科學院水土保持研究所，武漢 430010；2.長江流域水資源保護局，武漢 430010）

近10年丹江流域土地利用時空動態(tài)演變

丁文峰1，李欣欣2，岑 奕1

（1.長江科學院水土保持研究所，武漢 430010；2.長江流域水資源保護局，武漢 430010）

根據(jù)1990，2001年2期TM衛(wèi)星影像資料，通過3S技術手段，獲取了丹江流域20世紀90年代的土地利用變化時空數(shù)據(jù)。結果表明：丹江流域土地利用類型以林地、草灌和耕地為主，林地、草灌和耕地在1990年和2001年2個時期占研究區(qū)面積比例分別為71.73%，14.12%，9.15%和76.29%，10.57%，7.49%。1990－2001年間，丹江流域土地利用年變化率最大的是林地，達到34.73%，其次是草灌地，為－27.01%；未利用地和水域的年變化率較小，分別為0.24%和－0.32%。園地的空間動態(tài)度最大，其次是未利用地，說明這二者的空間轉化相對比較頻繁，尤其是近期園地的轉化。這主要與土地利用程度下降，耕地減少，園地、林地、建設用地等的比重增加有關。

土地利用；動態(tài)演變；丹江流域

土地利用是人類主要生產活動方式的反映，深受人類經濟、社會活動的影響，作為全球環(huán)境變化研究的一個重要組成部分，長期以來一直受到國內外學者的廣泛關注［1－7］。水土流失過程與土地利用之間有著緊密的聯(lián)系。一方面，由于土地利用方式的改變，將改變原有地表植被類型及其覆蓋度和微地形，從而影響土壤侵蝕的動力和抗侵蝕阻力，成為土壤侵蝕的誘發(fā)和強化因素；另一方面，土壤侵蝕的加劇反過來又限制土地利用的方式和結構，進一步激化人地矛盾，從而引發(fā)人們更大規(guī)模的土地開發(fā)。因此，對于區(qū)域尺度上的水土流失過程而言，土地利用變化與其有著密不可分的關系，探討土地利用時空變化將有助于從機理上深化對區(qū)域水土流失過程的認識，為今后土地資源的合理配置和有效利用提供參考依據(jù)［8－11］。

丹江流域作為近期南水北調中線工程的主要水源地，其生態(tài)環(huán)境問題一直受到社會各界的廣泛關注。特別是水土流失及其伴隨產生的面源污染問題，將對調水質量產生深遠影響。因此，為準確了解丹江口水庫水源區(qū)的水土流失狀況，科學分析20世紀90年代中期以來的土地利用和水土流失變化趨勢，為國家制訂南水北調中線工程水源區(qū)生態(tài)環(huán)境建設規(guī)劃和明確水土流失防治戰(zhàn)略目標提供科學詳實的決策依據(jù)。本文以南水北調中線水源區(qū)丹江流域為研究對象，通過運用遙感、地理信息系統(tǒng)等方法對流域內土地利用動態(tài)變化進行研究，分析10年來丹江流域土地利用變化趨勢，這對揭示土地利用與水土流失過程之間的耦合關系及今后南水北調中線水源區(qū)的水土流失防治具有重要的指導意義。

1 資料來源與數(shù)據(jù)處理方法

本文研究選用的基礎資料主要為1988－1990年和1999－2001年2期的TM影像，數(shù)據(jù)處理以1∶5萬地形圖、DEM為參考，采用目視解譯結合野外實測調查方法提取土地利用變化信息。研究使用1989年及2000年前后共6幅TM影像數(shù)據(jù)（由NASA公開網站下載），經過幾何校正、輻射校正等預處理，進行鑲嵌拼接裁剪，得到研究區(qū)域的整體影像。利用ENVI遙感處理軟件，通過監(jiān)督分類的方法，以1984年全國農業(yè)區(qū)劃委員會制定的《土地利用現(xiàn)狀調查技術規(guī)程》為分類依據(jù)，對研究區(qū)進行土地利用分類，分為：耕地、園地、林地、草灌地、居民點及工礦用地、交通用地、水域、未利用土地8類。

2 結果分析

2.1 近10年來丹江流域土地利用結構變化

利用RS和GIS技術得到研究區(qū)不同時期土地利用圖，利用2期土地利用圖形數(shù)據(jù)分別進行統(tǒng)計分析，結果見表1。從表1可以看出研究區(qū)土地類型以林地、草灌和耕地為主，林地、草灌和耕地在1990年和2001年2個時期占研究區(qū)面積比例分別為71.73%，14.12%，9.15%和76.29%，10.57%，7.49%。但3類土地利用類型變化趨勢不同，10年來林地面積增加幅度最大，增加了416.76 km2，草灌面積減小幅度最大，減小324.17 km2，耕地面積減少了152.16 km2，園地面積增加了12.31 km2，居民用地及交通用地都增加了，水域面積呈減少趨勢。這一方面反映了流域進行水土保持綜合治理，退耕還林，發(fā)展園地和林地的趨勢；另一方面反映了人口增加和經濟的發(fā)展導致居民點和建設用地的擴張態(tài)勢。

2.2 近10年來丹江流域土地利用程度變化

土地利用程度變化可采用單個土地利用類型因子來測度，如耕地、建設用地、林地等，也可采用復合因子來測度。由于單個因子測度只能反映土地利用程度中某一側面的特點，不能反映土地利用總體程度。為此，本文采用單一土地利用類型動態(tài)度模型和土地利用綜合程度指數(shù)模型來表示研究區(qū)土地利用程度變化情況［12－14］。

2.2.1 土地利用變化空間動態(tài)變化率

土地利用空間動態(tài)度Q的計算公式如下：

式中：ΔUin為研究時段T其他類型轉變?yōu)樵擃愋偷拿娣e之和；ΔUout為某一類型轉變?yōu)槠渌愋偷拿娣e之和；Ua為研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量；T為研究時段。當T設定為年時，Q的值就是該研究區(qū)土地利用年綜合變化率。通過計算分析，丹江流域1990－2001年土地利用變化空間動態(tài)度如表2所示。

從表2可以看出，園地的空間動態(tài)度是最大的，其次是未利用地的空間動態(tài)度，說明這二者的空間轉化相對比較頻繁，尤其是近期園地的轉化。耕地、林地、交通用地和水域相比之下，其空間動態(tài)度是較小的，可見耕地、林地、交通用地和水域的轉化不如草灌頻繁。

2.2.2 單一土地利用動態(tài)度變化趨勢和狀態(tài)

單一土地利用類型變化的趨勢和狀態(tài)可采用以下表達式計算：

式中：k為某一時段內的土地利用類型面積變化量；ΔUin為研究時段T其他類型轉變?yōu)樵擃愋偷拿娣e之和；ΔUout為某一類型轉變?yōu)槠渌愋偷拿娣e之和；Ub，Ua分別為研究期初及研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量；T為研究時段。

根據(jù)公式計算得出丹江流域1990－2001年土地利用類型變化的狀態(tài)指數(shù)，計算結果如表3所示。耕地、草灌、水域、未利用地狀態(tài)指數(shù)都小于0，說明這4種土地利用類型都處于“減少”狀態(tài)，以轉換為其他類型用地為主。狀態(tài)指數(shù)分別為－0.57，－0.22，－0.43，－0.15，說明它們的轉換規(guī)模依次是耕地＞水域＞草灌地＞未利用地。園地、林地、居民點及工礦用地、交通用地狀態(tài)指數(shù)都大于0，說明這4種土地利用類型都處于“增長”狀態(tài)，以其他類型用地轉換為該類土地利用類型為主。其狀態(tài)指數(shù)分別是0.33，0.61，0.61，0.34，說明其他類型轉換為他們的規(guī)模依次是林地＞居民點及工礦用地＞交通用地＞園地。

表1 1990－2001年期間丹江流域土地利用面積變化情況Table 1 Variation of land use from 1990－2001 in Dan jiang watershed

表2 1990－2001年丹江流域土地利用變化空間年綜合變化率Table 2 The comprehensive annual rates of land use change from 1990 to 2001%

表3 1990－2001年丹江流域土地利用變化狀態(tài)指數(shù)Table 3 The state indexes of different land uses from 1990 to 2001

2.2.3 土地利用程度

研究土地利用程度的變化，可以進一步認識土地利用變化的發(fā)展程度和驅動力系統(tǒng)的作用方式。一般采用間接指標來衡量土地利用程度，如土地利用率（已利用土地面積／土地總面積）、土地墾殖率（耕地面積／土地總面積）、坡地墾殖率（坡度＞25°耕地的面積／土地總面積）、土地建設利用率（建設用地面積／土地總面積）、林草覆蓋率（林草用地的面積／土地總面積）。丹江流域各研究期各種土地利用程度指標如表4所示。

表4 丹江流域各研究期土地利用程度指標Table 4 Indices of different land use degrees in two periods of Danjiang watershed indicated in percent%

從表4中可以看出，丹江的土地利用率是比較高的，1990年達到了99.57%，2001年達到了99.60%，遠高于全國的平均水平77.60%。土地墾殖率從1990年的9.15%下降到2001年的7.49%。坡地墾殖率從1990年的5.89%下降到2001年的4.58%，表明退耕還林發(fā)揮效益。土地建設利用率呈上升趨勢，表明研究區(qū)在近12年的時間內，建設用地的增加非常大。林草覆蓋率比較高，呈增加的趨勢。

土地利用程度綜合指數(shù)是反映土地利用的廣度和深度的一個指標。通過對土地利用程度綜合指數(shù)的研究，不僅可以了解土地本身的自然屬性，還可以了解人類活動因素與自然環(huán)境因素共同作用的綜合效應。反映了人類對土地開發(fā)利用的尺度，人類活動強度越大，則指數(shù)越高。其計算方法為

式中：La為土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為第i級土地程度分級指數(shù)；Ci為第i級土地程度分級面積百分比；n為土地利用分級數(shù)。土地利用分級指數(shù)采用表5進行賦值。

表5 土地利用程度分級賦值表Table 5 Values given of land use degree classification

根據(jù)以上方法，得到流域2期土地利用程度綜合指數(shù)，如表6所示。從表可看出，該區(qū)土地利用程度呈下降趨勢，主要是耕地減少，而園地、林地、建設用地等的比重增加形成的。

表6 土地利用程度綜合指數(shù)表Table 6 Indices of different land use degrees in two periods

3 結 論

（1）丹江流域在研究的2個時期內，土地類型均以林地、草灌和耕地為主，林地、草灌和耕地在1990年和2001年2個時期占研究區(qū)面積比例分別為71.73%，14.12%，9.15%和76.29%，10.57%，7.49%。但3類土地利用類型變化趨勢不同，10年來林地面積增加幅度最大，增加了416.76 km2，草灌面積減小幅度最大，減小324.17 km2，耕地減少了152.16 km2，園地面積增加了12.31 km2。

（2）1990－2001年間，丹江流域土地利用年變化率最大的是林地，達到34.73%，其次是灌草地，為－27.01%；未利用地和水域的年變化率較小，分別為0.24%和－0.32%。園地的空間動態(tài)度是最大的，其次是未利用地，說明這二者的空間轉化相對比較頻繁，尤其是近期園地的轉化。這主要與土地利用程度呈下降趨勢，耕地減少，而園地、林地、建設用地等的比重增加有關。

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（編輯：王 慰）

Study on Land Utilization Spatial and Temporal Dynam ic Evolution in Danjiang Basin during Past 10 Years

DINGWen-feng1，LIXin-xin2，CEN Yi1
（1.Soil and Water Conservation Department of Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Yangtze Valley Water Resources Protection Bureau，Wuhan 430010，China）

The spatial and temporal data of the land utilization changes in Danjiang basin in the 1990s were acquired bymeans of 3S-technology，according to the TM satellite image data of 1990 and 2001.The result shows that the land use types in Danjiang basin aremainly woodland，grassland and farm land，and the percentages in the study area ofwoodland，grassland and farmland in 1990 and 2001 were 71.73%，14.12%，9.15%and 76.29%，10.57%，7.49%，respectively.From 1990 to 2001，the biggest annual changing rate came from woodland，reaching 34.73%，followed by 27.01%of grassland.The annual changing rates of unutilized land and water areas were comparatively small，being 0.24%and 0.32%，respectively.The biggest space dynamic degree came from garden land，followed by unutilized land.It shows that the spatial transformation of both types of land use is relatively frequent，particularly for the recent garden land，which is related to the decrease of land use degree，farmland reduction and the proportion increases of garden land，woodland，construction land，etc.

Danjiang basin；land utilization；evolution

S157.1

A

1001－5485（2010）11－0071－04

2010-09-10

中國水利水電科學研究院開放研究基金項目（QTGY0834／TB04）；“十一五”科技支撐項目（2008BAD98B02）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費項目（YWF0904、YWF0901）；國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目（2007CB407203）

丁文峰（1975-），男，河南汝州人，博士，高級工程師，主要從事土壤侵蝕與水土保持方面的研究，（電話）027-82926357（電子信箱）wenfengding＠163.com。