黃土高原地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

黎雅楠

(1.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075)

引言

土地利用指人類有目的性地采取一系列生物、技術(shù)手段，對(duì)土地進(jìn)行周期性或長(zhǎng)期性開發(fā)利用和治理保護(hù)的過程[1]。黃土高原地勢(shì)起伏大、土層厚而松、降水較集中、植被覆蓋低，是世界上覆蓋面積最大的黃土堆積區(qū)，同時(shí)也是我國乃至世界上水土流失最嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一，人地關(guān)系矛盾較為突出[2]。黃土高原是研究生態(tài)過程的熱點(diǎn)區(qū)域，土地利用、水土保持和生態(tài)環(huán)境也是國內(nèi)外學(xué)者一直關(guān)注的焦點(diǎn)[3]。自20世紀(jì)中期以來，黃土高原地區(qū)開展了一系列的生態(tài)治理工程，土地利用發(fā)生了顯著變化?，F(xiàn)階段對(duì)黃土高原典型區(qū)域土地利用變化研究較多，而對(duì)于整個(gè)黃土高原地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間序列的研究較少。本研究利用整個(gè)黃土高原1995年、2000年、2005年、2010年和2015年5期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，基于ArcGIS平臺(tái)及土地利用動(dòng)態(tài)度模型，通過分析土地利用時(shí)間序列、動(dòng)態(tài)度特征，探討黃土高原地區(qū)土地利用的動(dòng)態(tài)演變過程及其空間差異，以期為黃土高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

黃土高原東起太行山，西至烏鞘嶺，南靠秦嶺，北抵長(zhǎng)城。從東南向西北，氣候依次為暖溫帶半濕潤氣候、半干旱氣候和干旱氣候。高原上覆蓋著深厚的黃土層，黃土厚度在50～80m，最厚150～180m，年均氣溫6～14℃，年均降水量200～700mm。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

本文所使用的數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(www.resdc.cn)，分辨率為1km，時(shí)間為1995年、2000年、2005年、2010年、2015年，土地利用類型主要?jiǎng)澐譃楦?、林地、草地、水體、建設(shè)用地和未利用地6類。

2.2 研究方法

本文基于5期土地利用/覆被數(shù)據(jù)，以土地利用動(dòng)態(tài)度模型[4]理論為基礎(chǔ)，對(duì)黃土高原地區(qū)20a(1995—2015)土地利用動(dòng)態(tài)變化過程和時(shí)空差異特征進(jìn)行分析。

單一土地利用動(dòng)態(tài)度：

(1)

式中，W為土地利用類型的動(dòng)態(tài)度；Ua和Ub分別為研究初期和研究末期某種土地利用類型的面積；T代表研究時(shí)間。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度：

(2)

式中，LC為綜合土地利用動(dòng)態(tài)度；LUi為第i類土地利用類型研究初期面積；LUi-j為第i類土地利用轉(zhuǎn)化為第j類土地利用類型面積絕對(duì)值；T為研究時(shí)間。

3 結(jié)果與分析

3.1 黃土高原土地利用年際變化分析

通過監(jiān)督分類方法將1995年、2000年、2005年、2010年和2015年研究區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地6類。1995—2000年，耕地、林地、水域、建設(shè)用地、未利用地分別增加了4440km2、5134km2、351km2、760km2、460km2，草地減少了11145km2，其中林地面積變化率最大為6.04%，未利用地面積變化率最小為1.08%。2000—2005年，耕地和草地分別減少了3629km2、2900km2，建設(shè)用地增加了1188km2，增幅達(dá)8.07%，林地、水域和未利用地分別增加了3987km2、101km2、1253km2。2005—2010年，林地、草地、建設(shè)用地分別增加了484km2、321km2、576km2，耕地、水域、未利用地分別減少了747km2、29km2、605km2。2010—2015年，建設(shè)用地以20.85%的增長(zhǎng)率大幅增加了3439km2，林地和水體分別增加了33km2、247km2，耕地、草地、未利用地分別減少了1280km2、1103km2、1336km2。在過去的1995—2015年20a間，建設(shè)用地以42.69%的速率大幅增長(zhǎng)了5963km2，林地和水體分別增加了9638km2、670km2，耕地、草地、未利用地分別減少了1216km2、14827km2、228km2，其中草地減少的變化速率最大為5.43%。

表1 黃土高原1995—2015年土地利用面積統(tǒng)計(jì)表

1995—2015年，隨著黃土高原小流域綜合治理、退耕還林還草及治溝造地等[5]生態(tài)治理工程的實(shí)施，林地面積增幅11.34%，耕地面積減幅0.6%；建設(shè)用地大幅增加了5963km2，可見黃土高原地區(qū)城市化建設(shè)成果顯著；未利用地先增加后減少，前期(1995—2005年)存在較多開墾荒地草地以及草地退化為未利用地的情況，后期(2005—2015年)則以退耕還林、未利用地變草地為主；水體面積增加了8.07%，水利設(shè)施建設(shè)是水體面積增加的主要原因。

圖1 黃土高原土地利用變化

3.2 黃土高原土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是馬爾科夫模型[6]在土地利用變化方面的應(yīng)用，該模型可以定量化不同土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化率，還可以揭示不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)移速率，從而更好地表述土地利用時(shí)空演變的動(dòng)態(tài)變化過程[7,8]。由表2～4可知，1995—2005年，黃土高原地區(qū)有23.2萬km2的土地利用類型發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，占區(qū)域總面積的37.2%，其中，2005—2015年，占區(qū)域總面積的2.21%土地利用類型發(fā)生動(dòng)態(tài)變化；1995—2015年，占區(qū)域總面積的37.88%土地利用類型發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。

由表2～4可知，在1995—2005年、2005—2015年和1995—2015年3個(gè)時(shí)期內(nèi)土地利用變化具有相似的規(guī)律。2005—2015年期間，耕地有97%左右沒有變化，而在1995—2005年和1995—2015年2個(gè)時(shí)期，耕地發(fā)生變化的百分比增大，只有60%左右沒有變化，在這2個(gè)時(shí)期，耕地主要是變?yōu)椴莸?；除?005—2015年期間，草地有98%左右沒有變化外，1995—2005年和1995—2015年2個(gè)時(shí)期只有63%左右的草地沒有發(fā)生變化，而且在這3個(gè)時(shí)期草地的主要流向?yàn)楦?。林地、水域和建設(shè)用地發(fā)生變化的部分主要流向草地和耕地。未利用地發(fā)生變化的部分也都主要向草地、耕地轉(zhuǎn)化。

表2 1995—2005年黃土高原地區(qū)土地利用覆被變化轉(zhuǎn)移特征

表3 2005—2015年黃土高原地區(qū)土地利用覆被變化轉(zhuǎn)移特征

表4 1995—2015年黃土高原地區(qū)土地利用覆被變化轉(zhuǎn)移特征

3.3 黃土高原土地利用變化動(dòng)態(tài)度分析

根據(jù)單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度模型，定量分析1995—2005年、2005—2015年、1995—2015年3個(gè)時(shí)期內(nèi)土地利用動(dòng)態(tài)度變化特征。

由表5可知，1995—2005年，耕地、林地、水域、建設(shè)用地、未利用地土地利用動(dòng)態(tài)度>0，草地面積減少了，動(dòng)態(tài)度為0.51%。2005—2015年，耕地、草地、未利用地動(dòng)態(tài)度<0，分別為0.10%、0.03%、0.43%，林地、水域和建設(shè)用地土地利用動(dòng)態(tài)度>0。1995—2015年，林地、水域、建設(shè)用地土地利用動(dòng)態(tài)度>0，耕地、草地、未利用地土地利用動(dòng)態(tài)度<0。建設(shè)用地增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它類別。

表5 土地利用變化動(dòng)態(tài)度

1995—2005年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為1.86%，2005—2015年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.11%，1995—2015年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.95%。由這3個(gè)時(shí)期綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可以看出，1995—2005年土地利用類型流轉(zhuǎn)遠(yuǎn)高于2005—2015年，表明前10a人類活動(dòng)更加強(qiáng)烈。這一現(xiàn)象與黃土高原開展的一系列工程治理以及生物治理相對(duì)應(yīng)，表明1995—2005年黃土高原整體發(fā)展水平較快，有效促進(jìn)了黃土高原區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

圖2 黃土高原土地利用動(dòng)態(tài)度

黃土高原地區(qū)耕地和未利用地土地利用動(dòng)態(tài)度在3個(gè)時(shí)間段呈現(xiàn)先>0后<0，表明面積先增加后減少；林地、水域和建設(shè)用地土地利用動(dòng)態(tài)度在3個(gè)時(shí)間段均>0，說明面積持續(xù)增加，其中建設(shè)用地增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過林地和水域；草地土地利用動(dòng)態(tài)度在3個(gè)時(shí)間段一直<0，呈現(xiàn)出持續(xù)減少的趨勢(shì)。

4 結(jié)論

本文基于黃土高原5期土地利用數(shù)據(jù)，分析了近20a黃土高原地區(qū)土地利用變化情況，得出以下結(jié)論。

黃土高原地區(qū)林地面積增幅為11.34%，耕地面積減幅為0.6%，未利用地先增加后減少，水體面積增加了8.07%，城市化建設(shè)成果顯著，建設(shè)用地大幅增加了5963km2。

土地利用轉(zhuǎn)移特征為耕地發(fā)生變化的部分60%以上變?yōu)椴莸?，同時(shí)草地的主要流向?yàn)楦兀渌恋乩妙愋桶l(fā)生變化的部分主要也都是向草地和耕地轉(zhuǎn)化。

林地、水域、建設(shè)用地土地利用動(dòng)態(tài)度>0，耕地、草地、未利用地土地利用動(dòng)態(tài)度<0；1995—2005年土地利用類型流轉(zhuǎn)遠(yuǎn)高于2005—2015年，表明前10a人類活動(dòng)相對(duì)更加強(qiáng)烈。