北方農(nóng)牧交錯帶靖邊縣土地利用變化及其驅(qū)動因素

崔曉臨，白紅英，王 濤，郭 琳，張加利

（1．西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710127；2．西安科技大學(xué) 測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710054；3．靖邊縣國土資源局，陜西 靖邊718500）

土地利用變化研究是全球環(huán)境變化的重點研究項目之一，受到廣泛關(guān)注［1－3］。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［4－6］。借助遙感影像和GIS分析工具，結(jié)合社會經(jīng)濟數(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)動機制，是目前主要的研究方法［1，7－8］。

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［9］。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［10］，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［11－12］。

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 材料與方法

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1 123～1 823m，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)來源

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ERDAS 9．3軟件進行解譯，將判讀結(jié)果與野外調(diào)查結(jié)果進行對比，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)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報以及陜西年鑒等。

1．2 土地利用動態(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［13］：

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

利用ERDAS 9．3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［5］。

2 結(jié)果與討論

2．1 靖邊縣土地利用變化總體分析

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）。

圖1 1990－2010年靖邊縣土地利用類型面積變化

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?。▓D1c）。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 土地利用變化動態(tài)分析

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。

表1 靖邊縣1990－2010年單一土地利用動態(tài)度

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 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

在ArcGIS 10軟件中，對1990年和2010年靖邊縣土地利用圖進行疊加分析，并進行數(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?/p>

從區(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)橹鳎晃蠢玫刂饕蛄值睾筒莸剞D(zhuǎn)變?？傮w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)橹鳎蛭蠢玫剞D(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。

表2 靖邊縣1990－2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

2．4 土地利用變化驅(qū)動因素分析

2．4．1 人口因素 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)用地范圍進一步擴展及其用地結(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。

圖2 1990－2010年靖邊縣人口數(shù)量

2．4．2 經(jīng)濟發(fā)展 經(jīng)濟發(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)用地擴展主要是經(jīng)濟發(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。

圖2 1990－2010年靖邊縣GDP變化情況

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 政策因素 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?！叭薄狈雷o林體系的建設(shè)，促進了該區(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 結(jié) 論

（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。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區(qū)。北部風(fēng)沙灘區(qū)建設(shè)用地增加主要發(fā)生在2000年之后，中部梁峁?jié)緟^(qū)主要發(fā)生在2000年之前。

（3）1990—2000年，靖邊縣耕地、林地和草地之間的相互轉(zhuǎn)變數(shù)量較大，且共同向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，主要集中于北部風(fēng)沙灘區(qū)。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)。

（4）經(jīng)濟的快速發(fā)展尤其是油氣等資源的開采是靖邊縣建設(shè)用地變化的主要驅(qū)動因素，其驅(qū)動效果要高于人口增加。退耕還林還草等政策的實施，是耕地、林地、草地發(fā)生變化的主要驅(qū)動因素。

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