风沙化土地典型区滑县土地利用时空变化研究

2012-06-03方相林李根明董治宝党淑英

地域研究与开发 2012年5期

方相林，李根明，董治宝，党淑英

(1.安阳师范学院资源环境与旅游学院，河南安阳 455002;2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室，兰州 730000;3.河南省中牟县城乡规划局，郑州 451450)

0 引言

土地利用/覆被变化(LUCC)研究是全球变化研究的核心内容，也是区域生态环境建设的重要内容，在全球环境变化和可持续发展中占有重要的地位［1－4］。近些年，利用遥感对土地利用变化监测成为一种趋势，许多学者开展了基于3S技术对区域土地利用/覆被变化进行动态监测的研究［5－10］。

沙漠化是干旱半干旱和部分半湿润地带在干旱多风和疏松沙质地表条件下，由于人为强度利用土地等因素，破坏了生态平衡，使原非沙质荒漠的地区出现了以风沙活动为主要标志的土地退化过程［11－12］。处于这一退化过程中的土地称为沙漠化土地。在黄淮海平原，风沙化土地除具有类似沙漠化土地的特点外，因其地处半湿润地区，分布相对比较零星，土性较强，容易治理开发，在湿润的生长季节多为人工或天然植被覆盖［13］。这种季相分明的风沙化土地，从成因探究称为风沙化土地，从景观季相来定义称为季节性风沙化土地［11］。

早在20世纪80年代，中国科学院众多科研院所曾对黄淮海平原予以研究，成立了黄淮海平原农业开发风沙化土地利用课题组。本研究以滑县为研究对象，基于遥感数据，结合数理统计分析等方法，对1979—2009年的土地利用时空变化再次予以关注，查明近30年来研究区内土地利用情况，为改善与重建研究区生态环境、实现土地资源的可持续利用提供理论参考和科学依据。

1 研究区概况

河南省境内的黄淮海平原沙地面积81.5万hm2，占黄淮海平原沙地总面积的40.1%［14］，分布在新乡—内黄的沙带，其中又以延津、内黄等县最为集中［15］。滑县位于延津与内黄之间，介于东经 114°25'～114°58'，北纬35°12'～35°40'，面积 1 781 km2，东西处于太行山和泰山之间，海拔高度50～70 m。境内地形平坦，南北气流畅通，全年盛行偏北风(28%)和偏南风(27%)，属于暖温带大陆性季风气候，是季节性风沙化土地典型区。

滑县全县辖22个乡镇，1 019个行政村，2010年总人口133.9万人，人口密度752人/km2，国内生产总值136亿元，三产比38.5 ∶39.9 ∶21.6;年日照时数2 077 h，气温 13.9℃，降水量 764.9 mm，无霜期 204 d［16］。主要地貌类型有古黄河高滩区、故道区和低洼平原区3种基本地貌形态。研究区历史上由于“金堤崩溃，黄河屡湮”，加之风力作用，形成由西南向东北呈带状走向的风沙化土地。骚人墨客曾有“宜民最是中原土，沙漠何偏此地多”的感叹。2000年，沙地面积3.09万hm2，占全县总面积的17.0%［11］。研究区靠近黄河北岸，既有黄河灌溉之便利，又有黄河侧渗补给，素有“豫北粮仓”之美誉，是目前全国唯一荣获“全国粮食生产先进县标兵”称号“九连冠”的种粮大县。

2 研究方法

2.1 土地利用分类

土地利用类型的划分是进行有关土地方面研究的首要步骤，确定适宜的基本分类单元是关键。为了保证土地利用分类的科学性和精确性，以及满足土地利用类型变化规律分析的要求，按照2007年最新的全国土地利用分类标准进行划分，在结合地区特点的基础上，参考2007年全国农业区划委员会颁布的《土地利用现状调查技术规程》，根据研究区特点，将土地利用/覆被类型分为5个大类，即耕地、林地、水域、建设用地和未利用地。

新的土地利用分类标准将园地归入林地不再单独分类。研究区畜牧业主要饲料来源是庄稼秸秆，而不是草地，区内草地数量极少，所以草地也不单独分类而将其并入未利用地。分类基本可以满足研究区土地利用类型分析的需要。土地利用分类见表1。

表1 土地利用分类Tab.1 Land use classification

2.2 数据获取

研究区的1979，1995，2009年3期陆地卫星遥感影像，分别为MSS，TM和ETM 3种传感器接收到的数据，成像时间为夏季，每年均需4景，轨道号132035，132036，133035，133036，数据均以压缩包形式存放，经处理得到tiff格式的数据。

为了减少遥感数据误差，增强遥感图像识别效果，确保遥感图像解译能够准确、方便进行，在遥感数据分类之前，对图像进行几何校正、拼接和裁剪、数据融合及波段选择。首先对研究区2009年的遥感图像进行解译，并通过野外实地调查，对解译结果进行核实与纠正，然后根据取得的成果对其余2期影像资料进行解译。

2.3 土地利用数量变化分析

土地利用动态度可定量描述区域土地利用变化的速度，在比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势等方面具有广泛的应用。

单一土地利用类型动态度是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，其表达式为:

式中:K为研究时段内某一土地利用类型动态度;Ub为研究期末某一种土地利用类型的数量;Ua为研究期初某一种土地利用类型的数量;T为研究时段长。根据公式(1)计算本区单一土地利用类型年变化率，对研究区年际土地利用变化予以分析。

3 结果与分析

3.1 土地利用结果

土地利用解译结果见表2和图1。研究区土地利用类型以耕地居多。其中，1979年耕地面积为12.36万hm2，占全区总面积68%，1995年为10.93万 hm2，占总面积的60%，2009年9.84万 hm2，占54%。位居第二的土地利用类型，1979年是未利用地2.17万hm2，占研究区面积的12%，主要是广泛分布的难利用沙地;1995和2009年皆以林地位居第二，1995年为2.81万 hm2，占16%，2009年为3.96万 hm2，占22%。最少的土地利用类型均为水域，1979年为6 873 hm2，仅占4%，1995和2009年约占总面积的2%。

表2 1979，1995，2009年滑县土地利用类型 hm2Tab.2 The land use types of Hua County in 1979，1995 and 2009 hm2

3.2 土地利用数量变化分析

滑县夏季的土地利用数量变化表3。从研究区单一土地利用类型年变化率可以看出，1979—2009年夏季土地利用类型呈减少趋势的是耕地、水域和未利用地，呈增长趋势是林地和建设用地。

3.2.1 耕地动态演变。1979年夏季到2009年夏季，耕地面积持续下降，1995年比1979年减少约14 347 hm2，2009年比1995年减少约10 814 hm2，总计减少了25 162 hm2。1979—1995年和1995—2009年2个时段耕地年变化量分别为－897 hm2和－772 hm2，耕地年变化率分别为－0.73%和－0.71%。耕地面积减少有减缓趋势。整个研究时段耕地年变化量为－839 hm2，年变化率为－0.68%，主要转化为林地和建设用地。

3.2.2 林地动态演变。1995比1979年增加面积达10 441 hm2，2009比1995年增加11 430 hm2，林地面积总共增加了21 872 hm2。1979—1995年和1995—2009年2个时段林地年变化量分别为653 hm2和816 hm2，林地年变化率分别为3.69%和2.90%，林地面积年变化量有增加趋势。整个研究时段林地年变化量为729 hm2，年变化率为4.12%，耕地和未利用地对林地的增加贡献较大。

3.2.3 水域动态变化。1979年夏季到2009年夏季，水域面积减少，减少量为3 227 hm2，其中1995年比1979年减少了2 390 hm2，2009年较1995年减少837 hm2。1979—1995年和1995—2009年2个时段水域年变化量分别为－149 hm2和－60 hm2，水域年变化率分别为－2.17%和－1.33%，水域面积减少有放缓趋势。整个研究时段水域年变化量－108 hm2，年变化率－1.57%。

图1 1979(a)、1995(b)和2009(c)年夏季滑县土地利用结构图Fig.1 The graph of land use structure of Hua County in the summer of 1979，1995 and 2009

表3 滑县夏季土地利用年际变化Tab.3 The annual variety of land use of Hua County in summer

3.2.4 建设用地动态变化。建设用地不断增加，1995年比1979年增加了9 349 hm2，2009年比1995年增加14 262 hm2，总共增加了23 611 hm2。1979—1995年和1995—2009年2个时段建设用地年变化量分别为584 hm2和1 019 hm2，建设用地年变化率分别为5.03%和4.86%，建设用地面积增加有加快趋势。整个研究时段建设用地年变化量为787 hm2，年变化率为6.78%。年变化量大幅增加，说明在后一阶段研究区随着社会经济的发展，城镇、交通及厂矿建设规模速度加快。

3.2.5 未利用地动态变化。1979年夏季到2009年夏季，未利用地呈现下降态势。总共减少了17 094 hm2，其中1995年比1979年减少了3 053 hm2，2009年较1995年减少14 041 hm2。1979—1995年和1995—2009年2个时段未利用地年变化量分别为－191 hm2和－1 003 hm2，未利用地年变化率分别为－0.88%和－5.38%，未利用地面积减少有加快趋势。整个研究时段未利用地年变化量为－570 hm2，年变化率为－2.63%。说明随着社会经济的发展，未利用地的开发利用一定程度上弥补了耕地林地的数量，使耕地减少的势头得到遏制。

由土地利用变化可以看出，滑县1979—2009年林地和建设用地不断攀升，生态环境质量不断提高，居住和交通等条件迅速改善。这与当地基础教育较好、人口素质相对较高、经济发展较快、政府和人民重视生态环境等［11］有着直接关系。

4 结论及建议

借助3S技术，解译了1979，1995，2009年3期遥感影像，对滑县土地利用状况进行了研究。滑县1979—2009年土地利用时空变化明显。

1)土地利用类型以耕地居多，耕地、未利用地和水域逐年减少，林地和建设用地逐年增加。1979—2009年间，耕地占总土地面积比例由68%下降到54%，未利用地由12%下降到3%，林地则由10%上升到22%，建设用地由6%上升到19%，最少的土地利用类型水域由4%下降到不足2%。

2)土地利用演变规律性较强。除耕地在1979—1995年时段年变化量绝对值大于1995—2009年时段外，林地、水域、建设用地和未利用地的年变化量绝对值1979—1995年时段均小于1995—2009年时段。所有土地利用类型由于基数不同，年变化率规律不明显，但林地的年变化量和年变化率都是最高的。

3)社会经济的发展对林地、建设用地和耕地变化影响明显。良好的生态环境是精神文明、政治文明和物质文明的基础。林地的增加为社会主义新农村建设提供了生态环境质量改善的物质基础。建设用地的增加极大地改善了居民的居住和出行条件。林地、建设用地的增加主要源自耕地，而耕地保有量在区内风沙化土地的开发利用已接近极限情况下不断下滑。因此，从粮食安全角度考虑，有必要对土地利用变化做更深层次的研究，为增加耕地保有量提供科学思路。

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