西遼河干流兩側(cè)土地利用類型時空變化分析

孟凡傲　吳計生　邵文彬　張宇

［關鍵詞］ 土地利用類型；動態(tài)度；時空變化；西遼河

［摘 要］ 收集西遼河干流兩側(cè)（中泓線兩側(cè)5 km范圍內(nèi)）1980年、2000年、2020年土地利用類型Landsat-TM衛(wèi)星影像等作為主要信息源，通過人機交互解譯生成土地利用類型圖層文件，采用數(shù)理統(tǒng)計、土地利用類型動態(tài)度及轉(zhuǎn)移矩陣對1980—2020年西遼河干流兩側(cè)土地利用類型時空分布特征進行分析。結(jié)果表明：2020年西遼河干流兩側(cè)土地利用類型以耕地為主，林地和草地等面積較?。?980—2020年耕地和城鄉(xiāng)、工礦、居民用地呈增加趨勢，草地、水域和未利用土地呈減少趨勢；1980—2020年部分草地、未利用土地、水域、林地轉(zhuǎn)化為耕地，部分草地、耕地轉(zhuǎn)化為城鄉(xiāng)、工礦、居民用地，其原因與近年來河道斷流、地下水埋深增加和人類活動加劇密切相關，因此實施“量水而行”方案對西遼河干流生態(tài)修復具有重要意義。

［中圖分類號］ S157［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1000－0941（2023）07－0046－05

土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，也是最基本的生產(chǎn)資料和環(huán)境條件[1]。土地利用類型受到多種因素的影響，人類活動和自然因素都會導致土地利用和覆蓋類型的改變[2]。隨著技術的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感（RS）技術的應用為土地利用類型研究提供了新的途徑[3]。目前土地利用類型的研究方法主要有數(shù)理統(tǒng)計學方法[4]、地理探測器層次分析法[5]、地理加權回歸[6]等。

西遼河流域位于干旱半干旱地區(qū)，年均降水量小于400 mm，年均蒸發(fā)量卻達1 200 mm以上，流域水資源稟賦條件較差，人均水資源量較少，是我國水資源嚴重短缺的區(qū)域之一。近年來氣候變化和過度開發(fā)導致流域內(nèi)水資源越發(fā)短缺，產(chǎn)生了一系列生態(tài)環(huán)境問題[7]，如地下水超采、主要河段常年斷流及生態(tài)系統(tǒng)退化等，對干流兩側(cè)一定范圍內(nèi)的土地利用/覆蓋產(chǎn)生了一定影響。本研究基于1980年、2000年、2020年西遼河干流兩側(cè)土地利用數(shù)據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計、土地利用類型動態(tài)度及轉(zhuǎn)移矩陣分析土地利用動態(tài)變化，希望能為西遼河干流生態(tài)治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

西遼河是遼河最大的支流，由南源老哈河HYPERLINK"https：//baike.so.com/doc/5701994-5914709.html"＼t"https：//baike.so.com/doc/_blank"與北源西拉沐淪河在內(nèi)蒙古自治區(qū)翁牛特旗大興鄉(xiāng)海流圖村匯合而成，流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、遼寧和吉林等省區(qū)，全長829 km。西遼河干流坐標為東經(jīng)122°42′～123°36′、北緯42°56′～43°52′，主要位于通遼市，河道平均比降0.4‰，干流河長403 km，其中：通遼以上河段長188 km，平均寬1 km左右；通遼以下河段長215 km，寬500～1 000 m，河道向下游逐漸變窄，水深增加。

西遼河流域生態(tài)環(huán)境本底脆弱，近年來流域來水銳減、頻繁斷流，導致湖泊濕地萎縮、草地沙化問題突出，嚴重影響了流域生態(tài)環(huán)境。特別是隨著干流兩側(cè)灌溉農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，大量的天然草原被改造為農(nóng)田，需水量陡增導致地下水埋深增加，草原植被物種減少、長勢變差，對草原生態(tài)系統(tǒng)的支撐能力減弱，平原區(qū)的生態(tài)格局已由天然草原為主轉(zhuǎn)化為草原和農(nóng)田交錯分布。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與處理

收集西遼河干流兩側(cè)（中泓線兩側(cè)5 km范圍內(nèi)）1980年、2000年、2020年土地利用類型數(shù)據(jù)。1980年、2000年西遼河干流兩側(cè)土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學院東北百年土地利用變化數(shù)字重建項目成果，其中：2000年土地利用數(shù)據(jù)選擇Landsat-TM衛(wèi)星影像作為主要信息源，通過人機交互解譯生成，最小圖斑控制為6個×6個像元，總體精度為93%，矢量數(shù)據(jù)庫尺度為1∶10萬；1980年土地利用數(shù)據(jù)采用Landsat-MSS作為遙感信息源，以2000年土地利用遙感解譯數(shù)據(jù)為本底，通過動態(tài)變化人工目視解譯生成。2020年土地利用數(shù)據(jù)是在2000年土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，基于Landsat 8遙感影像，通過人工目視解譯生成的。各年度土地利用分類均采用中國科學院數(shù)據(jù)中心的分類標準，結(jié)合研究區(qū)土地利用情況，采用二級分類系統(tǒng)，即一級類型分為耕地、林地、草地、水域、未利用土地，以及城鄉(xiāng)、工礦、居民用地6類，二級類型在一級類型基礎上進一步細分為22類。與1980年、2000年分類不同的是，2020年土地利用數(shù)據(jù)在建設用地的二級類型中增加了交通用地，用以反映高等級公路的建設情況?；谏鲜鰯?shù)據(jù)得到1980年、2000年、2020年西遼河干流兩側(cè)土地利用分類矢量圖。

2.2 分析方法

1）土地利用類型動態(tài)度。土地利用類型動態(tài)度（K）反映了研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的面積變化情況。K值越高，表明該土地利用類型面積變化越劇烈、穩(wěn)定性越低；反之，表明該土地利用類型面積變化越輕微、穩(wěn)定性越高[8]。K值計算公式為

2）土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣反映了不同土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)換關系，即同一區(qū)域一定時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為其他地類的面積[9]，其表達式為

將1980年、2000年、2020年土地利用分類矢量圖導入ArcGIS，使用Tabulate Areas工具進行土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣計算。

3 西遼河干流兩側(cè)土地利用類型時空分布特征

3.1 現(xiàn)狀土地利用類型分布特征

2020年西遼河干流兩側(cè)各土地利用類型面積統(tǒng)計結(jié)果見表1。對于一級類型，按照面積大小排序分別為耕地，城鄉(xiāng)、工礦、居民用地，林地，草地，水域，未利用土地，占土地總面積比例分別為78.05%、10.39%、6.15%、3.14%、1.83%、0.44%。進一步細分，耕地中旱地占絕對優(yōu)勢，占比為98.49%；草地以中覆蓋草地為主，占比為49.60%；林地以疏林地為主，占比為49.85%；城鄉(xiāng)、工礦、居民用地以農(nóng)村居民地為主，占比為52.57%；未利用土地以沙地為主， 占比為49.74%；水域以河灘地為主，占比為49.86%。各二級類型中，旱地面積最大，占土地總面積的76.873%，其他二級類型占比均在10%以下。從各土地利用類型空間分布來看，西遼河干流兩側(cè)土地利用類型中耕地分布面積最廣；林地和草地面積較小，主要分布于西遼河干流下游；城鄉(xiāng)、工礦、居民用地主要分布于通遼市區(qū)。

3.2 土地利用結(jié)構(gòu)變化特征

1980年、2000年、2020年西遼河干流兩側(cè)各土地利用類型面積動態(tài)變化見表2。對于土地利用類型一級類型而言，1980—2020年耕地和城鄉(xiāng)、工礦、居民用地面積呈增加趨勢，其中城鄉(xiāng)、工礦、居民用地增加幅度最大；草地、水域和未利用土地面積呈減少趨勢，其中未利用土地減少幅度最大，水域和草地減少幅度也高于70%；還有林地呈先增加后減少、總體增加的變化趨勢。

對于二級類型而言，1980—2020年面積呈增加趨勢的有4個地類，增加幅度從大至小依次為工礦用地、城鎮(zhèn)居民用地、旱地、農(nóng)村居民用地，其中工礦用地、城鎮(zhèn)居民用地增加幅度均在300%以上；呈減少趨勢的有8個地類，減少幅度從大至小依次為其他林地、沼澤地、鹽堿地、河灘地、中覆蓋草地、沙地、高覆蓋草地、低覆蓋草地，其中其他林地、沼澤地、鹽堿地減少幅度均在90%以上；呈先增加后減少的有2個地類，分別為水田、有林地；呈先平穩(wěn)后增加的地類有2個，分別為河流、疏林地；呈先平穩(wěn)后減少的地類有2個，分別為湖泊、灌木林；一直呈平穩(wěn)變化的地類1個，為水庫；另外，1980年、2000年未監(jiān)測交通用地數(shù)據(jù)，而裸土地和裸巖監(jiān)測數(shù)據(jù)均為0，因此未分析這3個地類1980—2000年比例變化幅度和變化趨勢。

3.3 土地利用類型動態(tài)度和轉(zhuǎn)移矩陣

1980—2000年、2000—2020年西遼河干流兩側(cè)不同土地利用類型面積變化及動態(tài)度見表3，土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣見表4、表5。由上述結(jié)果知，1980—2020年耕地面積持續(xù)增加，且主要是由草地、未利用土地、水域和林地轉(zhuǎn)化而來；1980—2000年林地面積增加較多，主要是由耕地和草地轉(zhuǎn)化而來，2000—2020年面積減小，主要轉(zhuǎn)化為耕地；草地面積持續(xù)減少，主要轉(zhuǎn)化為耕地和林地，這與耕地開發(fā)和人工造林有關；水域面積一直處于減少狀態(tài)，主要轉(zhuǎn)化為耕地，這是因為旱化后的水域土壤肥沃，適于農(nóng)業(yè)種植；城鄉(xiāng)、工礦、居民用地一直處于增加的狀態(tài)，尤其是2000—2020年增加幅度較大，主要是由耕地和草地轉(zhuǎn)化而來；未利用土地一直處于減少狀態(tài)，主要轉(zhuǎn)化為耕地和草地。

4 結(jié)論與討論

利用GIS和RS技術對1980年、2000年、2020年西遼河干流兩側(cè)土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用類型動態(tài)度和轉(zhuǎn)移矩陣特征進行分析，得到以下結(jié)論：①西遼河干流兩側(cè)土地利用類型一級類型中以耕地為主，占土地總面積的78.05%；二級類型中以旱地為主，占土地總面積的76.873%，其他二級類型面積占比均在10%以下。②對于一級類型而言，1980—2020年耕地和城鄉(xiāng)、工礦、居民用地面積呈增加趨勢，草地、水域和未利用土地面積呈減少趨勢；對于二級類型而言，工礦用地、城鎮(zhèn)居民用地增加幅度均在300%以上，其他林地、沼澤地、鹽堿地減少幅度均在90%以上。③1980—2020年部分草地、未利用土地、水域和林地等轉(zhuǎn)化為耕地，部分草地和耕地轉(zhuǎn)化為城鄉(xiāng)、工礦、居民用地，未利用土地面積持續(xù)減小，主要轉(zhuǎn)化為耕地和草地，這與當?shù)貙嵭小傲克小焙蜕鷳B(tài)恢復的各種措施有關。

近年來西遼河干流流量較小，特別是2000—2020年經(jīng)常處于斷流狀態(tài)，導致水域面積持續(xù)減小[10]。干涸的水域土壤肥沃且地下水埋深較淺，因此部分轉(zhuǎn)化為耕地。隨著經(jīng)濟發(fā)展和人口增多，耕地和城鄉(xiāng)、工礦、居民用地面積持續(xù)增加，特別是在2000—2020年增加幅度較大，與當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀相符[11]。草地面積持續(xù)減小，主要轉(zhuǎn)化為耕地和林地，這主要與耕地開發(fā)和人工造林有關。2019年以來，為了解決西遼河流域水資源過度開發(fā)利用問題，水利部及內(nèi)蒙古自治區(qū)制定了“量水而行”“以水定需”的治理方案，強化水量調(diào)度，實現(xiàn)生態(tài)流量下泄，已經(jīng)初見成效，西遼河干流生態(tài)環(huán)境得到初步修復[12]。未來要樹立流域可持續(xù)發(fā)展思想，合理布局產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，加強水資源監(jiān)管，多部門協(xié)同參與“量水而行”方案，共同努力實現(xiàn)西遼河流域生態(tài)復蘇。

[參考文獻]

[1] 劉紀遠，張增祥，莊大方，等.20世紀90年代中國土地利用變化時空特征及其成因分析[J].地理研究，2003，22（1）：1-12.

[2] 烏日娜，王妍，張興東，等.河北省土地利用類型動態(tài)變化及驅(qū)動機制研究[J].遼寧師范大學學報（自然科學版），2022，45（2）：252-259.

[3] 李鵬，祁月基，封志明，等.地緣合作背景下柬老越發(fā)展三角區(qū)農(nóng)進林退動態(tài)特征[J].資源科學，2021，43（12）：2416-2427.

[4] 劉吉平，趙丹丹，田學智，等.1954—2010年三江平原土地利用景觀格局動態(tài)變化及驅(qū)動力[J].生態(tài)學報，2014，34（12）：3234-3244.

[5] 童威，郎豐鎧.基于地理探測器的武漢市土地利用變化及其驅(qū)動機制探討[J]. 水利水電技術（中英文），2021，52（4）：45-56.

[6] 邵一希，李滿春，陳振杰，等.地理加權回歸在區(qū)域土地利用格局模擬中的應用：以常州市孟河鎮(zhèn)為例[J].地理科學，2010，30（1）：92-97.

[7] 宮正.西遼河平原區(qū)水資源評價分析[J].水土保持應用技術，2021（2）：49-51.

[8] 蘇明偉，張偉峰，杜鵑，等.2010—2018年陜西省LUCC動態(tài)變化分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2021，60（5）：29-34.

[9] 馬歡，馮朝陽，宋婷，等.1990—2018年赤水河流域土地利用變化分析[J].環(huán)境工程技術學報，2021，11（3）：428-436.

[10] 吳夢紅.西遼河流域濕地演變特征及其驅(qū)動力研究[D].長春：吉林大學，2018：21-34.

[11] 蘇茹梅.西遼河平原農(nóng)業(yè)活動對地下水環(huán)境的影響研究[D].長春：長春工程學院，2019：49-59.

[12] 唐世南，丁躍元，于麗麗，等.內(nèi)蒙古西遼河流域量水而行以水定需治理思路[J].水利規(guī)劃與設計，2019（11）：28-31.

收稿日期： 2023-02-20

第一作者： 孟凡傲（1990—），男，山東鄆城人，工程師，博士，研究方向為土地利用與區(qū)域發(fā)展研究。

E-mai：mengfanao2014@163.com

（責任編輯 李楊楊）