1973-2014年景電灌區(qū)土地利用/覆蓋變化分析

張 忠，周蘭萍，魏懷東，陳 芳

(1.甘肅省治沙研究所，蘭州 730070；2.甘肅省荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治國家重點實驗室培育基地，蘭州 730070；3.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，甘肅 武威 730070)

0 引 言

隨著西部開發(fā)戰(zhàn)略的實施，人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響日益增大，對土地利用變化的影響也隨之增加。景電工程是干旱荒漠區(qū)的大型引水工程，是建設(shè)新綠洲、改善當(dāng)?shù)鼐用裆鏃l件，擴大墾殖面積的富民工程。分析該工程在運行過程中所引起土地變化行分析研究，不僅有助于深入了解該灌區(qū)景觀結(jié)構(gòu)與自然、生態(tài)過程和人類社會活動之間的關(guān)系，也有利于確定人類活動對該地區(qū)景觀改變的強度和方向及其有效性，從而為該灌區(qū)及其他灌區(qū)的資源、環(huán)境、社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

景電灌區(qū)位于36°43′～37°41′N,103°20′～1 04°15′E 之間，橫跨景泰、古浪兩縣，北倚騰格里沙漠，東臨黃河，南靠長嶺山，地處黃河上游的溫帶干旱荒漠氣候區(qū)。景電灌區(qū)由一期灌區(qū)和二期灌區(qū)兩大區(qū)域組成，一期灌區(qū)位于景泰縣中部，二期灌區(qū)位于景泰縣西北部至古浪縣東北部。灌區(qū)東西長60 km，南北最大寬25 km，海拔1 596～1 960 m。灌區(qū)年均降水量184.7 mm，年蒸發(fā)量3 040.0 mm，年日照時數(shù)2 714 h，無霜期190 d左右，多年平均氣溫8.2 ℃，實測最低氣溫-27.3 ℃，最高氣溫36.6 ℃，年平均風(fēng)速3.50 m/s，最大風(fēng)速21.00 m/s[12]。整個灌區(qū)地勢平坦，土層深厚，光熱資源豐富，水資源來自干黃河提灌，區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)為主產(chǎn)業(yè)，適宜多種農(nóng)作物生長，主要種植小麥、玉米、洋芋、油菜、胡麻、豆類等作物。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

本次景電灌區(qū)土地利用動態(tài)監(jiān)測區(qū)設(shè)置為灌區(qū)綠洲及其外圍5 km，總面積302 540.84 hm2。所用遙感影像數(shù)據(jù)包括研究區(qū)1973年MSS和1987、2003、2014年空間分辨率為30 m的landsat TM遙感影像。影像均選自夏秋季，因為在該時段內(nèi)植物長勢最好，植被蓋度高，不僅有利于在遙感影像上提取植被覆蓋信息，還易于與其他土地利用類型進行區(qū)分，有利于目視解譯工作的進行。非遙感信息主要包括地形圖、行政區(qū)劃圖及其他輔助圖件，同時收集研究區(qū)的氣候、水文、土壤、植被等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為了保證信息提取精度，對遙感影像進行幾何精糾正、配準(zhǔn)、融合、最佳波段選擇和遙感圖形增強等處理。

以1∶1萬地形圖及相關(guān)的專題圖為參考信息，采用人機交互目視解譯方法對研究區(qū)土地利用類型進行遙感解譯。根據(jù)土地用途、經(jīng)營特點、利用方式和覆蓋特征等因素對土地利用進行分類，并結(jié)合本次研究的目的，參照不同的標(biāo)準(zhǔn)和分類指標(biāo)將研究區(qū)景觀劃分為居民點、水域(河道)、草地、戈壁、沙地(流動沙地、半固定沙地和固定沙地)、耕地(水澆地和旱地)、鹽堿地(輕度鹽漬化土地、中度鹽漬化土地、重度鹽漬化土地)。根據(jù)土地利用分類系統(tǒng)，在遙感影像上選擇有若干明顯地物差異的典型區(qū)，并記錄其地理坐標(biāo)，然后通過GPS定位在實地進行野外觀測和記錄。隨后在地面調(diào)查結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合實地考察資料與Google Earth高分辨率影像進行對比，將解譯精度控制在95%以上。

2.2 土地利用變化率

土地利用變化率可以定量反映研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用/覆蓋類型的變化程度，其表達式為：

(1)

式中：K為某種土地利用/覆蓋類型的變化率；Ua和Ub為研究時段開始與結(jié)束時某種土地利用/覆蓋類型的面積；T為研究時段長度。

3 研究結(jié)果

3.1 不同時期土地利用類型變化

由表1可以看出，1973-2014年研究區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)發(fā)生了極大的變化，在1973年，研究區(qū)土地利用類型中，戈壁面積所占比率最大，達44.61%。其次是荒漠草地(占21.02%)和流動沙地(15.33%)。在各土地類型中，居民點、水域、人工林地、半固定沙地和人工林地面積較小，所占面積比例均低于1%。這是人為干擾強度較弱條件下干旱、半干旱氣候條件下形成的特定的土地利用結(jié)構(gòu)類型。隨著景電提灌工程實施，研究區(qū)內(nèi)耕地面積急劇增加。1973年，研究區(qū)耕地面積僅為的23 250.18 hm2(占7.68%)。到2014年，研究區(qū)水澆地面積增至107 842.37 hm2(占35.65%)，成為研究區(qū)內(nèi)面積比例最大的土地利用類型。2014年面積比例位于第二和第三位的是戈壁(占22.12%)和荒漠草地(占20.55%)。

分時段來看，1973-1987年，水澆地、固定沙地、半固定沙地、人工林地面積增加，增長幅度分別為26 831.98、6 664.42、3 939.49和2 078.31 hm2，面積減少的主要類型為戈壁、流沙和旱地。1987-2003年，面積增加的主要是水澆地，增加了3 288.37 hm2。由于很多平緩、適合開墾的戈壁都變成了耕地，在這一時段，面積減少最為迅速的依然是戈壁。2003-2014年，耕地和居民點面積增加，增長幅度分別為25 378.13和71.26 hm2。除了水域其他土地利用類型面積均有所減少，減少最多的依然是戈壁，減少了19 185.75 hm2。草地和流動沙地在不同時段均呈減少的趨勢。

圖1 1973-2014年景電灌區(qū)土地利用類型分布Fig.1 Distribution of Land Use in Jingdian irrigation area from 1973 to 2014

土地利用類型1973年面積/hm2比例/%1987年面積/hm2比例/%2003年面積/hm2比例/%2014年面積/hm2比例/%居民點369.510.12430.870.141305.270.431376.540.45水域345.160.11345.150.11343.960.11343.960.11荒漠草地63585.1321.0262721.8220.7362365.2220.6162176.8920.55戈壁134966.2144.61113227.6637.4386099.0428.4666913.2922.12流動沙地46372.2215.3331802.2410.5131450.1710.4031233.3010.32半固定沙地2475.940.826415.432.125529.381.834441.781.47固定沙地14518.024.8021182.447.0016226.665.3615494.585.12水澆地23250.187.6850082.1516.5582370.5227.23107748.6535.61旱地11533.473.819168.343.039880.703.276214.972.05人工林地002078.310.692326.130.772047.250.68鹽漬地5124.781.695086.331.684643.621.534549.511.50合計302540.6299.99302540.7499.99302540.67100302540.7299.98

3.2 土地利用變化速率

荒漠草地、戈壁、沙地(包括流動沙地、半固定沙地和固定沙地)、水澆地、旱地和鹽漬地是研究區(qū)主要土地利用類型，因此，從土地利用動態(tài)度角度對這幾類土地利用變化進行進一步分析。從圖2可以看出除了水澆地，其他幾種土地利用變化都呈負增長，土地利用變化速率最大的是水澆地，在1973-1987年其年變化率高達8.24%，呈增長趨勢。旱地和戈壁變化率次之，呈減少趨勢，在2003-2014年間最大，其年變率分別為3.37%和2.03%。沙地、鹽漬地和荒漠草地在不同監(jiān)測時段都以較慢的速度減少。

圖2 1973-2014年單一土地利用動態(tài)度Fig.2 Single land use dynamic degree from 1973 to 2014

3.3 鹽漬地變化分析

研究表明，鹽漬化土地整體所占比例較小，且在研究時段內(nèi)其所占面積比例也在逐年減少，但在綠洲內(nèi)部呈現(xiàn)增加的趨勢。遙感圖像分析結(jié)果顯示，1973-2014年，景電灌區(qū)鹽漬地總面積呈減少趨勢，1973年鹽漬地面積最大，為5 124.78 hm2，占研究區(qū)總面積的1.69%；2014年面積最小，為4 549.51 hm2，占研究區(qū)總面積的1.50%。但對鹽漬化土地空間分布的分析發(fā)現(xiàn)，景電灌區(qū)鹽漬化在不同區(qū)域呈不同的變化趨勢。一方面，在有原生鹽漬地分布的白墩子灘等地，受耕地擴張影響，大面積的輕度、甚至中度的原生鹽漬地被逐步開墾為耕地。而另一方面，在綠洲內(nèi)部，本來是耕地的地區(qū)卻逐步變成鹽漬地，而這種變化趨勢隨灌溉面積的增加卻逐年增加。

圖3 1973-2014年灌區(qū)內(nèi)鹽漬化變化過程Fig.3 Salinization process of change within the irrigation area from 1973 to 2014

4 結(jié) 語

(1)1973-2014年研究區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，在1973年，研究區(qū)土地利用類型中，戈壁面積所占比率最大，為44.61%，其次是荒漠草地(占21.02%)和流動沙地(占15.33%)。在各土地類型中，居民點、水域、人工林地、半固定沙地和人工林地面積較小，所占面積比例均低于1%。分時段來看，1973-1987年，水澆地、固定沙地、半固定沙地、人工林地面積增加，面積減少的主要類型為戈壁、流沙和旱地。1987-2003年，面積增加的主要是水澆地。2003-2014年，耕地和居民點面積增加，除了水域其他土地利用類型面積均有所減少，減少最多的依然是戈壁。草地和流動沙地在不同時段均呈減少的趨勢。

(2)荒漠草地、戈壁、沙地、水澆地、旱地和鹽漬地是研究區(qū)主要土地利用類型，除了水澆地，其他幾種土地利用變化都呈負增長，土地利用變化速率最大的是水澆地，呈快速增長模式。旱地和戈壁變化率次之，以較快速度減少。沙地、鹽漬地和荒漠草地在不同監(jiān)測時段都以較慢的速度減少。

(3)1973-2014年，景電灌區(qū)鹽漬地總面積由1973年的5 124.78 hm2減少至2014年的4 549.51 hm2。在有原生鹽漬地分布的白墩子灘等地，受耕地擴張影響，大面積的輕度、甚至中度的原生鹽漬地被逐步開墾為耕地。而在綠洲內(nèi)部，本來是耕地的地區(qū)卻逐步變成鹽漬地，而這種變化趨勢隨灌區(qū)建成逐年加劇。

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