（土地资源管理专业论文）北京市土地利用动态变化的研究.pdf

摘要 土地利用动态变化研究是目前全球变化研究的前沿和热点课题。而城市作为人类行为对自然 景观生态系统作用最频繁和最剧烈的区域，它的土地利用及其变化引起了人们的研究兴趣。本文 选择北京市作为研究平台，在土地利用调查数据和多时段遥感数据的支持下，试图从三个层次( 全 市、区域、样区) 来揭示t 9 9 2 2 0 0 1 年北京市土地利用动态变化时空特征。主要结论如下： ( 1 ) 1 9 9 2 2 0 0 1 年全市土地利用面积、空间和质量都发生很大变化，其中以耕地、居民点 及工矿用地变化最为显著：这两种土地类型的空间变化充分体现北京地形及区位特征对土地利用 分布格局的影响；土地利用类型之间转移的主要目标集中于林地、居民点及工矿用地。 ( 2 ) 在分区的基础下，运用数学模型结合景观生态学方法对北京市2 0 0 1 年土地利用格局的 区域差异性进行研究。北京市土地利用格局的区域差异呈现如下规律：土地利用多样性和土地利 用组合类型数由近郊向远郊平原、远郊半山区依次递增；土地利用的集中程度则刚好相反：远郊 山区由于受大环境背景山地控制，土地利用多样性在各区中是最小的。而集中程度则是最大的。 ( 3 ) 选取海淀作为样区，探讨地统计学在土地利用景观空间格局分析中的应用。结果表明： 地统计学方法在土地利用景观格局研究中同样有效，可以很好的揭示土地利用景观的空间分异性 及形成机制，有效地识别变量的变化方向性。 关键词：土地利用变化。区域差异，空间格局地统计，北京 a b s t r a c t l a n du s ed y n a m i cc h a n g ei sb e c o m i n gt h ei n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hf r o n t i e r a su r b a ni st h er e g i o n w h e r et h eh u m a nb e h a v i o rh a se f f e c to nn a t u r el a n d s c a p e e c o l o g i c a ls y s t e mm o s tf r e q u e n t l ya n da c u t e l y , t h er e s e a r c ho nl a n du s eo f a r b a na n di t sc h a n g eh a sa r o u s ep e o p l e si n t e r e s t s b a s e do nt h ed a t ao f l a n d u s ei n v e s t i g a t ea n dr e m o t es e n s i n g ，t h el a n du s ed y n a m i cc h a n g eo f b e i j i n gc h o s e na st h er e s e a r c hf l a t f r o m1 9 9 2t o2 0 0 1h a sb e e no p e n e df r o mt h r e el e v e l ( t o t a lc i t y , d i s t r i c t ，s a m p l ea r e a ) t h em a r e c o n c l u s i o n sw e r ea sf o 1 0 w s ： ( 1 ) g r e a tc h a n g e sf r o m1 9 9 2t o2 0 0 1h a v e b e e nt a k e no nt h ea r e a ，s p a c ea n dq u a l i t yo fl a n du s eo f t o t a l c i t y , t h e r e i n t o t h e c h a n g e so fc u l t i v a t e d f i e l da n dr e s i d e n t i a la n di n d u s t r i a la f e aw e r em o s t r e m a r k a b l e i n f l u e n c e0 1 1t h el a n du s ed i s t r i b u t e dp a r e m b y t h et o p o g r a p h ya n dl o c a t i o nw e r ee m b o d i e d f u l l yb yt h es p a f i a lc h a n g eo ft h e s et w ok i n d so fl a n dn s e f o r e s t r yl a n da n dr e s i d e n t i a la n di n d u s t r i a l a r e aw e r et h em a r e o b j e c tt ow h i c hm a n y l a n du s et y l ) e sc h o n g e d ( 2 ) b a s e do nd i s t r i c t , t h er e g i o nd i f f e r e n c eo f l a n du s ep a t t e r ni nb e i j i n gw a sa n a l y z e db ym a t h m o d e lc o m b i n e dw i t ht h em e t h o do f l a n d s c a p ee c o l o g y t h er e g u l a t i o ns h o w e d ：l a n du s ed i v e r s i t ya n d c o m b i n a t i o nt y p e so fl a n du s cw e r ei n c r e a s e df r o ms u b u r bt od i s t a n ts u b u r bp l a i na n dh a l fc o t e a u t h e o p p o s i t i o nt r e n dw a sp r e s e n t e d0 nt h ec h a n g eo f t h ec o n c e n t r a t i o ni n d e xo fl a n du s e a sd i s t a n ts u b u r b c o t e a nw a sc o n t r o l l e db yt h eb a c k g r o u n do f m o u n t a i n ，t h el a n du s ed i v e r s i t yi n d e xw a sm i n j n u l na n d t h ec o n c e n t r a t i o ni n d e xw a sm l x i n l b m ( 3 ) t h eh a i d i a nd i s t r i c tw a s c h o s e na st h es a m p l ea r e a ，a n dt h ea p p l i c a t i o no f g e o s t a t i s t i cm e t h o d i nt h el a n du s el a n d s c a p es p a t i a l p a t t e r nw a sd i s c u s s e d 1 1 】e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h em e t h o do f g e o s t a t i s t i cw a sa l s oe f f i c i e n tt os t u d yl a n du s el a n d s c a p es p a t i a lp a r e m t h ec h a r a c t e r i s t i co f s p a t i a l d i f f e r e n c ea n di t sf o r m a t i o nm e c h a n i s mc o u l db ew e l lr e v e a l e d t h ed i r e c t i o nc h a n g eo f s p a t i a lv a r i a n t c o u l db ew e l lr e c o g n i z e & k e y w o r d s ：l a n du s ec h a n g e ，r e g i o nd i f f e r e n c e ，s p a t i a lp a r e m ，g e o s m t i s t i c ，b e i j i n g n 独创性声明 y 6 5 9 3 9 0 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 恢铀 时间：枷弹年6 肭日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名： 瑾张 0 p6 f 、炊 时问： l ，咋年e 月踟同 时间：如) 4 年多月日 1 1 研究背景与意义 第一章绪论 面对当前日益加剧的人口一资源一环境问题，全球变化研究成为近年来国际上最为活跃的研究 领域之一。在众多的全球变化问题中，土地利用土地覆被变化研究显得尤为重要，主要因为， 人类为了自身的生存和发展对士地的开发利用引起了土地覆被的巨大变化，在世界的许多地方， 天然的十地覆被格局已改变为受人类支配的土地利用十地覆被格局，这种变化己成为全球变化 的重要组成部分和气候变化的主要原因。因而国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 与全球环境变化人 文计划( h d p ) 于1 9 9 5 年联台提出“土地利用和土地覆被变化”( l u c c ) 研究计划，使土地利 用变化研究成为目前全球变化研究的前沿和热点课题。 城市是一个人口、资金、科学技术、信息等高度集中的人工生态系统。随着城市的发展，土 地利用方式和土地覆被类型也发生着剧烈变化。一方面随着经济的发展，大城市在迅速的扩张： 同时，一些区位条件好的小城镇及其周围的农村地域也在经历着快速的城市化过程 ( u r b a n i z a t i o n ) 。城市化的过程引起土地利用及土地覆被的剧烈变化，进而影响区域生态环境或 全球生态环境，或通过区域生态环境以累积方式进一步影响全球生态环境( 史培军2 0 0 0 ) 。因 而城市成为地球表层系统中人类行为对自然景观生态系统作用最频繁和最剧烈的区域，也是使自 然景观发生变化最为明显的区域，更是自然景观生态系统较为脆弱的区域之一。因而，近年来城 市土地利用覆被及其变化，也越来越引起人们的研究兴趣( 顾朝林，1 9 9 9 ；史培军等，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ； 张镱锂等，2 0 0 0 ：刘盛和等，2 0 0 0 ；何流等，2 0 0 0 ；) 。国内对城市土地利用覆被变化的时空分异 规律研究及其对环境影响，虽然侧重点不同，但都是通过个案研究，探讨城市土地利用变化及其 对生态系统的影响，为城市持续发展提供可借鉴的依据。 北京是我国的首都，是一个拥有千万人口的特大都市，也是全国的政治、经济、文化、教育 中心、国际交往中心和一个有着3 0 0 0 多年历史和8 0 0 多年占都文化的世界文化名城。近1 0 年来， 伴随着我国经济的高速发展，北京也经历了一个经济和人口高速增长的时期，人口从1 0 9 9 8 万 ( 1 9 9 2 年) 增加到1 3 6 6 6 万( 2 0 0 1 年) ，g d p 从7 0 9 1 0 亿元( 1 9 9 2 年) 增加到2 8 4 56 5 亿元( 2 0 0 1 年) ， 城市建成区面积从3 4 60 k m 2 ( 1 9 9 2 年) 增加到6 5 45k m 2 ( 2 0 0 1 年) ，从而出现了以城市化为主要特 征的大规模的土地利剧覆被变化。这种变化，既具有自身特殊性，也具有一定的代表性，无疑为我 们提供了一个认识和理解中国改革开放背景下城市十地利用覆被变化过程和机制的有效平台。 因此，研究北京城市发展进程的演变规律分析其土地利用变化的时空分异特征、规律以及对环 境的影响，不仅能为北京市未来的发展规划提供理论依据，而且对我国其他城市的发展来说也具 有重要的参考价值。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 有关土地利用动态变化的研究进展 土地利用是指人类有目的地开发利用土地资源的一切活动，如农业用地、工业用地、交通用 1 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 地、居住用地等都是土地利用的概念；而土地覆被则是指地表自然形成的或者人为引起的覆盖状 况，例如与前面所述各种用地相关的物质现状包括各类作物、森林、草地、房屋、水泥及沥青路 面等。土地利用与土地覆被即有密切联系又有本质区别，土地利用变化是土地覆被变化的原因， 也是土地覆被变化的响应。土地利用和土地覆被变化之间的相互作用是一个自然科学和社会科学 的交叉研究领域。由于土地利用变化对环境的影响主要是通过改变土地覆被状况产生的，因此人 们常把土地利用变化与土地覆被变化联系在一起，简称l u c c 。 1 2 1 1 国外研究进展 早在2 0 世纪9 0 年代以前，人们在土地利用研究的过程中，已经认识到土地利用是一个动态 过程随着社会经济和科学技术的发展，土地利用方式、结构和水平都在不断变化。在这一认 识的基础上，开展了一些土地利用变化的研究，例如利用m a r k o v 随机过程分析方法对土地利用 变化趋势的分析，对农业土地利用方式转化的分析等。其目的是通过综合分析影响士地利用各种 因素的变化规律及其空间联系，研究土地利用类型与区域变化规律，从而根据土地自然适宜性、 经济合理性和技术可能性，探讨远景土地利用的方向、结构、规律、布局及改善途径，为远景土 地利用规划和决策管理提供依据( 徐志康，郭焕成，1 9 9 0 ) 。这一阶段的土地利用变化研究着眼于 土地利用本身的规划和管理。 进入2 0 世纪9 0 年代，随着全球变化研究的逐渐深化，着眼于土地动态的土地利用，覆被变化 研究引起科学界的重视，分别被“全球地圈与生物圈计划”( i g b p ) 和“全球环境变化人文计划” ( i h d p ) 列入核心研究区域( 冷疏影等，1 9 9 9 ) ，其中，土地利用覆被变化与其它全球环境变化 的关系是核心问题，而自然和社会经济驱动因子士地利用变化土地覆被变化环境效 应系统的机制是研究重点( 李秀彬。1 9 9 6 ) 。1 9 9 5 年，上述两组织发布了土地利用土地覆被变 化科学研究计划。征对土地利用土地覆被变化，该计划提出了三个研究重点：土地利用变化机 制、土地覆被的变化机制、区域和全球模型。此后，一些积极参与全球环境变化研究的国际组织 和国家纷纷跟进。1 9 9 4 年联合国环境署( u n d p ) 启动了以东南亚为研究区的“土地覆被评价和 模拟”( l c a m ) 项目；1 9 9 5 年国际应用系统研究所( i i a s a ) 开展了“欧洲和北亚土地利用土 地覆被变化模拟”研究：1 9 9 6 年美国开展北美洲土地覆被变化的研究，同年，欧盟也推出了欧洲 的l u c c 计划。此外，日本等其他国家和地区也开展了诸如“为全球环境保护的土地利用研究” 等一系列土地利用与土地覆被变化的项目研究，并且在一些领域已经取得了重大进展( 李秀彬， 1 9 9 6 ) 。这一阶段土地利用变化研究的特点是注重。f 土地利用和土地覆被变化对全球变化的影响 和响应，尤其对气候变化和痕量气体排放的影响。土地利用变化研究的目的是为理解土地覆被变 化机制和建立全球动态模型提供依据。 1 2 1 2 国内研究进展 我国有关士地利用土地覆被内容的研究由来已久。不过最初的研究主要集中于分类、分区 以及开发、管理等方面的研究工作，在2 0 世纪8 0 年代出舨了l ：1 0 0 万中国土地利用图集， 1 9 9 2 年出版了与之相关联的专著中国土地利用。近年来跟随着国际上对土地利用土地覆被变 2 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 化研究的热点，我国学者对土地利用土地覆被开始加强，自2 0 世纪9 0 年代起，我国学者紧跟 国际研究动态，开展了一些对土地利用变化的监测与驱动力研究。重要研究领域包括：利用遥感影 像对土地利用与土地覆被变化的监测分析、土地利用与土地覆被变化研究数据库的构建、土地利 用与土地覆被变化对农业生态系统及全球变化的影响、土地利用与土地覆被变化驱动力研究以及 土地利用与土地覆被变化建模型等方面，已经完成了多项研究任务并取得了不少成果，包括“中 国陆地生态系统对全球变化响应的模式研究”( 张新时，1 9 9 7 ) ，“景观动态及其驱动因素和效应 分析”( 岳天祥，1 9 9 7 ) ，“深圳市土地利用与覆被变化的动力学研究”( 摆万奇，1 9 9 7 ) ，“深圳市 土地利用变化机制分析”( 史培军，1 9 9 9 ) ，“喀斯特山区土地利用变化的人类驱动力机制研究”( 蔡 运龙，1 9 9 9 ) ，“人类活动对北京东灵山区景观格局影响分析”( 傅伯杰，1 9 9 9 ) ，“基于g i s 的内 蒙古耕地时空变化研究”( 王秀兰，1 9 9 9 ) ，“我国北方的土地利用与沙漠化”( 王涛，1 9 9 9 ) ，“北 京土地利用僵被变化机制研究”( 顾朝林，1 9 9 9 ) ，“区域土地利用结构及其驱动因子的统计分析” ( 张明，1 9 9 9 ) ，“欧亚大陆桥土地利用变化机制及其对全球碳循环的影响”( 刘纪远，2 0 0 0 ) ，“环 渤海地区土地利用变化与土地可持续利用”( 傅伯杰，蔡运龙，李秀彬，朱会义，2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) ， “土地利用变化驱动力系统分析”( 摆万奇，赵士洞，2 0 0 1 ) 等。此外，响应联合国的倡导，我 国于1 9 9 4 年制定了中国2 1 世纪议程，并把合理利用国土资源和实施可持续发展作为我国现 代化建设的基本战略之一，启动了“支持黄河三角洲可持续发展优先项目”、“我国北方农牧交错 带农牧生产力动力学研究”、“农业资源高效利用与管理技术”等一系列研究项目，并把土地利用 与覆被变化列为“中国全球变化研究方向”的重要内容之一( 陈宣瑜，1 9 9 9 ) 。 1 2 2 有关景观格局分析方法的研究进展 自1 9 3 9 年德国区域地理学家t r o l l 第一次提出“景观生态学”以来，研究者一直着重景观的 三个特征( 结构、功能和变化) 的研究( 肖笃宁，1 9 9 1 ；许慧，1 9 9 3 ；h a b i nl ，1 9 9 4 ：h u s l s h o f f r m ，1 9 9 5 ；俞孔坚，1 9 9 8 ：j o h a n n k ，1 9 9 9 ；k e b r o m ，2 0 0 0 ；王仰麟2 0 0 0 ) ，而景观的结 构( 即组成单元的特征及其空间格局) 的研究是景观功能和动态研究的基础( 邬建国，2 0 0 0 ) 。 因此，景观格局分析一直以来成为景观生态学研究的核心内容之一( r o b e r th m ，1 9 9 2 ；c a r o l y n t ，1 9 9 4 ；m a u r e e nh r ，1 9 9 5 ；a r a n t h ar k1 9 9 9 ；s e i 堍lr 1 9 9 9 ；z h o uz a i z h i ，2 0 0 0 ) ，它分析的主 要内容是景观元素在空间分布中的数量、位置、类型、形状、大小和方向，研究表明景观格局研 究是揭示区域生态状况及空间变异特征的有效手段( 许慧，1 9 9 3 ) 。而景观生态学中的空间格局 分析方法有多种，它们分别适应于不同的研究目的和数据类型，笼统地讲可分为两大类：格局指 数方法和空间统计方法。 八十年代初期开始，景观生态学家们在景观元素的基本特征参数的基础上，提出了许多描述 景观格局的参数( f o r m a n 和g a r d n e r , 1 9 8 1 ；o n e i l l ，1 9 8 8 ) 。这些景观格局参数的提出，大大丰富 了景观结构描述和分析的途径，特别是在景观元素组合、空间分布形式和相互关系分析方面，景 观格局指数具有其它方法难以替代的直观和准确的优点，因此成为了大多数学者进行景观结构描 述的主要方法( l u q u e ，1 9 9 4 ；m i l l e r , 1 9 9 5 ；r e e d ，1 9 9 6 ；肖笃宁等，1 9 9 0 ；曾辉等，1 9 9 8 ：王献礼， 1 9 9 7 ：角嫒梅等。2 0 0 3 ；徐建华等，2 0 0 3 ；高峻等，2 0 0 3 ) 。在不断用景观格局指标描述景观空 间结构的研究中，景观格局指标库不断得到完善，涌现了许多新指标( t u m e r 1 9 9 0 ；l ih ，1 9 9 3 ； 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 g u s t a f s o n e j ，1 9 9 4 ；s e h u m a k e r n h 。1 9 9 6 ；d e z o n i a b ，2 0 0 0 ) ，但新出现的指标基本上属于对现有 指数的完善和修正，未出现新的描述思路，并且研究者还不断探讨景观格局指标代表的实际意义， k u i p e rj ( 1 9 9 8 ) 分析了景观格局的三个指标( 多样性、相邻度、连续性) 及其代表的意义：常学 礼( 1 9 9 8 ) 用修改分维数( d m ) 分析荒漠化地区景观格局，研究表明d m 比分维数d 能更好的 描述景观格局：g u n i l l a a e ( 2 0 0 0 ) 分析了景观格局指标在植被类型变化中的意义。 空间统计分析是在传统统计学基础上发展起来的新的分析方法，不仅能够有效地揭示景观结 构特征变量在空间上的分布、变异和相关特征，而且可以将景观格局与生态过程联系起来，有效地 解释所观测到的某种格局对生态系统的功能与过程的影响( 曾辉，1 9 9 9 ；陈浮，2 0 0 1 ) ，因此，成为 景观生态研究中常用的数学工具( t u r n e r & g a r d n e r , 1 9 9 1 ；李哈滨伍业钢，1 9 9 2 ：曾辉，1 9 9 9 ； 陈浮，2 0 0 1 ) 。目前比较常用的空间分析方法主要有空间自相关分析，地统计学分析( 包括变异函 数分析和空间局部插值) 、趋势面分析和分维分析( t u r n e r , 1 9 9 1 ) 等，这些方法各自都有一定的约 束条件而且研究目的也不尽相同，在实践应用中要根据数据的结构和分析目的而有所选择。 1 3 本文的研究内容和研究方法 1 3 1 本文的研究内容 1 3 1 1 北京市士地利用动态变化及其驱动因子分析 本文在地理信息系统的支持下。通过土地利用动态度模型、土地利用程度时空演变模型、土 地利用分类指数演变模型、土地利用类型转移模型等对北京市1 9 9 2 2 0 0 1 年间的土地利用时空变 化进行了定量的研究，并对其相关驱动因子进行了分析。 1 3 1 2 北京市土地利用格局的区域差异性分析 本文运用多种数学模型结合景观生态学中的格局定量分析方法，对2 0 0 1 年北京市的土地利 用格局的区域差异性进行定量分析，并探讨下土地利用结构地域差异现象背后隐藏的本质：地域 分异的规律和成因。 1 3 1 3 基于样区的土地利用景观格局特征分析 本文选取城市边缘区海淀区作为样区，采用景观生态学中的景观格局指数与空间统计分析方 法( 地统计学) ，探讨下海淀区的土地利用景观格局特征以及地统计学方法在空间格局分析中的 庶用。进而就空间捂局所反映的生态学意义做个初步性的探讨。 13 2 本文的研究方法 本文采用地理信息系统、数理统计分析、地统计等定量分析方法与文献调查、理论分析等定 性的分析方法相结合的去分析北京市土地利用动态变化的时空特征。 4 中国农业大学硕士学位论文 第二章研究区概况 第二章研究区概况 2 1 行政区划、地理位置 北京是伟大祖国的首都，是全国的政治中心和文化中心，也是全国交通运输的枢纽，又是一 座举世闻名的历史名都。北京位于华北平原的西北部，地理坐标为北纬3 9 0 2 8 4 1 0 2 5 ，东经1 1 5 0 2 5 1 1 7 03 0 。南北长约1 7 6 公里，东西宽约1 6 0 公里，全市总面积为1 6 4 2 7 2 平方公里，其中 山地约占6 1 ，平原约占3 9 。 北京北与燕山山地与内蒙古高原接壤，西与太行山与山西高原毗连，东北与松辽大平原相通， 东南距渤海约1 5 0 公里，往南与黄淮海平原连片。北京傍山面海，腹地辽阔，自然条件优越+ 地 理位置极为重要。北京市共辖十八个县、区即东城，西城、崇文、宣武四个城区，朝阳、海淀、 石景山、丰台四个近郊区，门头沟、房山、大兴、通县、顺义、平谷、密云、怀柔、昌平和延庆 十个远郊区县。北京除东南与天津蓟县、武清县接壤以外。其余部分均在河北省的包围之中。东 面和南面是廊房地区的三河、大厂、香河、安次、固安等县，西南面是保定地区的涿县、涞水， 西北面是张家口地区的怀来、赤城、涿鹿等县，北面和东北面是承德地区的丰宁、滦平、承德和 兴隆。 2 2 自然环境 2 2 1 地貌条件 北京市地质、气候的复杂性导致了多种多样的地貌类型，决定着水热条件的再分配和物质的 迁移，为土地利用的多样性创造了条件。北京的北部，东北部及西部被山地环绕，而中部及东南 部为坦荡平原，地势呈西北高，东南低，形成由中山、低山、丘陵过渡到冲洪积台地，冲积扇地 及冲积平原的地貌组合。 北京山地分属两个山系，西部山地称为西山，属太行山系统，山体走向呈北北东，与地层走 向一致。主峰有东灵山，海拔2 3 0 3 米，白草畔2 0 3 5 米，百花山1 9 9 1 米。北部山地和东北部山 地统称军都山，属燕山山脉，山脉走向近东西向，主峰海坨山2 3 3 4 米，为全市的最高点。北山 和西山，在地质构造、岩性、山地垂直结构上都各有特色。受中生代末构造运动作用，西山柔性 褶皱明显，形成复向斜构造，形成由三条向斜轴组成的山脊。北山断裂作用较发育，河谷多沿断 裂带分布，断裂交汇处谷地较开阔，由于差异性的块状升降作用，形成一些山间盆地。丘陵一般 相对高度( 2 0 0 米。较集中地分布在山前地区。山区河谷与沟谷是山地中的负地形，为山区的主要 农业区和居民点。北京平原区地貌组合是有规律分布的。从山前地带到平原区可以划分出山麓坡 积裙、台地、洪积扇裙、冲积扇平原阶地、河漫滩、冲积扇平原面上的泛滥堆积以及扇形平原面 上的洼地类型，岛山或基岩岛状小丘几个地带。 中国农业大学硕士学位论文第二章研究区概况 2 2 2 气候条件 北京的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，由于背山面海的地形条件，使得本市光、 热、水的分布与特征复杂多样。夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥春、秋短促。年平均气温1 0 2 ，1 月7 4 ，7 月2 5 2 6 。极端最 f 氏- 2 7 4 。c ，极端最高4 2 以上。全年无霜期1 8 0 2 0 0 天，西部山区较短。年平均降雨量6 0 0 多毫米，为华北地区降雨最多的地区之一，山前迎风坡可 达7 0 0 毫米以上。降水年内分配极不均匀。主要集中在6 9 月，而其中又以七、八月降水最多， 占全年降水量的6 5 7 0 ，冬春降水最少，春旱严重。北京市太阳辐射值平均为1 1 2 1 3 6 千卡 c n l 2 年。有两个高值区，一为延庆盆地，另一为密云县的西北至怀柔县东部，总辐射值为1 3 5 千卡c 1 3 0 2 年以上。一个低值区在房山县霞云岭附近，总辐射值为1 1 5 千卡c m 2 年。大部分 平原区为1 3 0 1 3 5 千卡c l t l 2 年。 2 2 3 土壤条件 北京市地貌类型复杂，植物多样，气候垂直差异性明显，形成了多种多样的土壤类型，主要 有山地草甸土、山地棕壤、褐土、潮士、沼泽土、水稻土以及风砂土等。 由于受到气候、地貌、母质、植被、潜水和人为因素等的影响，北京市的土壤随海拔由高到 低，其特性呈现出有规律的变化。在海坨山、百花山、白草畔、东灵山等中山山地，阳坡海拔1 9 0 0 米以上阴坡1 8 0 0 米以上的山地平台、缓坡，或局部山顶洼地，分布着山地草旬土；海拔8 0 0 米至1 9 0 0 米的中山山地主要分布有落叶阔叶林下的棕壤；海拔8 0 0 1 0 0 0 米至4 0 0 5 0 0 米的广 大低山地区，主要分布山地淋溶褐土，上接山地棕壤，下接山地褐土；海拔3 5 0 5 0 0 米以下的 丘陵圾山麓平原中的残丘，直至山前岗台地区，为果粮闻作及灌草丛区，主要分布有山地褐土， 粗骨性褐土及碳酸盐褐土；山麓阶地及洪积冲积扇中上部沿山麓以狭长带状分布有普通褐土，潮 褐土分布在平原区；位于北京东南部及东部的广阔冲积平原，地势低平，主要土类潮土，母质为 永定河及潮白河冲积物。 2 2 4 水文条件 北京属于海河流域，从东到西分布有蓟运河、潮自河、北运河、永定河和大清河等五大水系。 除北运河发源于北京市境内以外，其他四条水系均发源于境外的河北、山西和内蒙古。北京共有 大小河流6 0 多条，绝大部分由西北流向东南，由天津注入渤海。河的上游有大小水库8 0 余座， 其中较著名的有密云水库、官厅水库、怀柔水库、海子水库和十三陵水库等。 北京地区的河流，其水量的大小及变化与分布，受降水多少等条件制约。北京境内多年平均 降水量6 0 0 m m ，年均降水总量折合水体9 9 9 6 亿立方米，其中形成地表径流量2 】6 2 亿立方米， 地下水资源2 8 9 7 亿立方米，扣除地表水地下水重复计算量1 1 2 6 亿立方米，当地自产天然水资 源总量为3 9 t 3 3 亿立方米。受水气补充条件和地理位置、地形等条件的影响，境内降水具有时空 分布不均、丰枯交替发生等特点。 北京市多年平均入境水量1 2 2 1 亿立方米，入境水量是北京市地表水可利用量的重要组成部 6 中国农业大学硕士学位论文 第二章研究区概况 分，但入境水的水量和水质状况受上游地区水资源开发的限制。近年来水量减少，水质恶化比较 严重，特别是永定河流域的官厅水库上游，来水量锐减，水质污染非常严重。 2 2 5 植被条件 北京地区受暖温带大陆性季风气候的影响，地带性植被为暖温带落叶阔叶林及草原植物成 分。境内地形复杂，生态环境多样，是植被组成较丰富的地区之一。本区植被种类比较丰富，区 系成分比较复杂。根据植物区系分析，以温带成分占优势，约占种子植物总属数的7 0 ，其中尤 以北温带和温带欧亚成分为主，如落叶松、松、杨、桦、鹅耳枥、榛、栎、榆、槭、椴等，草本 植物有蒿、风毛菊、报春花等，此外，还有热带、亚热带的成份，表明与热带的亲缘关系，表现 出第四纪以来植物区系演化特征。 山地植被垂直分带性明显，可划分为：位于1 5 0 0 m 以上的山岭或山脊顶部亚高山草甸及亚高 山灌丛带：位于1 0 0 0 1 8 0 0 m 的中山落叶阔叶林及暖温性针叶林或针阔叶混交林带；位于8 0 0 r n 以下低山丘陵区的低山落叶阔叶灌丛带；分布于8 0 0 m 以下的阳坡和干旱的阴坡地段的低山丘陵 灌草丛带；分布于山麓及黄土台地上的丘陵、黄土台地暖温性草原带；平原区植被以人工栽培植 物为主，有少数天然植被分布在一些洼地，河滩地周围。 2 3 社会经济条件 23 1 人口和劳动力 据2 0 0 2 年统计资料，北京常住户籍人口为1 1 3 6 3 万人，其中非农业人口8 0 6 9 万人，占总 人口的7 1 o ；农业人口3 2 9 4 万人，占总人口的2 9 0 。人口密度为6 7 5 人平方公里。人均土 地面积为2 1 7 亩。北京属人口稠密地区，人口密度大和人1 2 中非农业人口比重高，表明北京市城 镇化水平高，同时也反映人口对土地的压力大，对土地利用集约化有较高的要求。 2 0 0 2 年，北京市社会劳动力总数为6 7 9 2 万人，其中城市劳动力为5 1 3 6 万人，占7 5 6 ， 农村劳动力为1 6 5 6 万人占2 4 4 。表明绝火多数劳动力从事着与城市七地利用有关的活动。 从劳动力产业结构构成看，从事第一产业的劳动力6 7 6 万人，占劳动力总数的1 0 6 ；从事第二 产业的劳动力2 3 5 3 万人。占3 4 6 ，从事第三产业的劳动力3 7 6 3 万人，占5 5 4 。表明北京市 第二、三产业劳动力占绝对优势，占到劳动力总数的9 0 o ，劳动力的分布必然反映到土地利用 的结构上。 2 3 2 经济发展水平 2 0 0 2 年统计资料表明，首都经济进一步转入到持续、快速、健康发展的轨道。全市国内生产 总值实现3 2 1 2 7 亿元，比2 0 0 1 年增长1 3 o ，人均国内生产总值为3 5 5 6 美元。经济的高速增长 为城乡居民收入的提高奠定了一定基础。2 0 0 1 年城镇居民人均可支配收入1 1 5 7 7 8 元，与2 0 0 0 年相比，实际增长8 5 ：农民人均可支配收a 突破5 0 0 0 元大关，达到5 0 9 9 元，与2 0 0 0 年相比， 中国农业大学硕士学位论文第二章研究区概况 实际增长8 9 ，山区农民生活得到改善。居民消费水平提高。住房、通讯、旅游等新兴消费升温， 假日经济成为新的亮点。全市竣工住宅1 8 0 4 9 万平方米，城镇居民人均住房使用面积达到1 7 6 平方米。 2 3 3 产业结构 在国民经济持续快速增长的同时，北京市的经济结构调整取得了明显进展。通过优先发展第 三产业，积极培育高新技术产业，推动产业结构的改造和升级，形成了新的经济发展格局。第三 产业的比重从1 9 9 5 年开始超过了5 0 ，而且一直呈上升趋势第三产业年均增长超过l o 。在 全市的经济结构中，一、二、三产业之间的比例关系由1 9 7 8 年的5 ：7 1 2 4 转变到1 9 9 9 年的4 ： 3 9 ：5 7 ，进入2 0 世纪9 0 年代后，第三产业对全市经济增长的贡献巨大，成为带动经济增长的主 要力量。在第二产业中，传统重化工业逐步萎缩，高新技术产业高速增长，1 9 9 6 、1 9 9 7 、1 9 9 8 年高新技术产业增加值占工业增加值的比重都在2 2 以上。第一产业的比重呈下降趋势，逐步向 精品农业、籽种农业、无公害农业、绿色农业等科技含量高的农业方向转变。 8 中国农业大学硕士学位论文 第三章北京市土地利用动态变化分析 第三章北京市土地利用动态变化分析 土地利用土地覆被变化( l u c c ) 是全球变化研究的重要领域之一，而区域土地利用变化研 究是全球土地利用变化研究的重要方面。自1 9 9 3 年国际科学联合会与国际社会科学联合会联合 成立了l u c c 核心项目计划以来各国际组织和国家纷纷开展相应的研究项目。我国也启动了全 国性和地区性l u c c 研究。北京是中国的政治、文化、经济中心，随着经济的迅猛发展、社会进 步和技术改进，北京的土地利用发生了巨大的变化。本文在地理信息系统的支持下，通过数学模 型对北京市1 9 9 2 2 0 0 1 年间的土地利用时空变化进行了定量的研究，并应用典型相关分析方法， 对其驱动因子进行了分析。这不仅为该区域土地管理决策、生态环境保护以及进步深入研究奠 定一定的基础，而且对于区域土地可持续利用的研究也具有重要意义。 3 1 数据收集及处理 本文主要数据来源于北京市1 9 9 2 年和2 0 0 1 年的两次土地利用详查数据，2 0 0 1 年土地利用现 状图，是将印度i r s 5 8 米分辨率和美国t m 3 0 米分辨率遥感影像融合，通过解译，外业调绘，内 业处理得到的。这两期现状数据根据中国土地利用现状调查技术规程和土地的用途、经营特 点、利用方式和覆盖特征等因素作为土地利用的分类依据，区分差异性，归纳共同性，从高级到 低级逐级划分，将土地利用类型分为耕地、园地、林地、牧草地、居民点及工矿用地、交通用地、 水域和未利用土地共8 个一级类型。一级类型又进一步分为4 6 类二级类型，包括灌溉水田、望天 田早地等；果园、桑园等；林地、灌木丛、疏林地、其它林地等4 6 种二级类，就北京而言， 总共有4 2 类。数据存储格式是m a p g i s 平台下的文件格式进行存储的。由于二级分类系统数据 过于庞杂故将m a p g i s 格式的数据格式转换为a r c v i e w 的s h p 格式，利用a r c f i e w 中的d i s s o l v e 功能对两期进行归类处理，并结合e x c e l 软件对研究区土地利用变化进行时空动态分析。 3 2 北京市土地利用动态变化分析 由于土地利用土地覆被的变化涉及因素繁多，过程错综复杂，因而以简化和抽象化为特征的 各种模型对于理解和预测土地利用格局具有不可替代的作用，本章是以土地利用类型的时空变化 为研究重点，通过数学建模，来研究北京市土地利用时空演变。区域土地利用变化主要包括土地 利用类型的面积变化、空间变化和质量变化。 3 2 1 北京市土地资源的数量变化 3 2 1 1 土地利用变化的幅度 区域土地利用变化幅度是指土地利用变化面积方面的变化幅度，它反映了不同类型在总量上 9 中国农业大学硕士学位论文 第三章北京市土地利用动态变化分析 的变化。通过分析土地利用类型的总量变化，可了解土地利用变化总的态势和土地利用结构的变 化。其公式为： f ：u b - u o( 3 一1 ) u 。 式中：u o ， 7 卜玢。别为研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量，f 为土地利用变化幅度。 因此，本文利用公式( 3 1 ) 计算了研究区1 9 9 2 2 0 0 1 年间的土地利用变化情况。 表3 - 11 9 9 2 2 0 0 1 年北京市土地利用变化( h m 2 ) t a b l e 3 1l a n du c h a n g eo f b e i j i n gf r o m1 9 9 2t o2 0 0 1 ( h r n z ) 圈3 - 11 9 9 2 年和2 0 0 1 年的土地利用结构图 f i g3 1 t h e p i c t u r eo f l a n du s es t r t l c t u r c i n l 9 9 2a n d2 0 0 1 从表3 1 和图3 - 1 可以看出，( 1 ) 北京1 9 9 2 年土地利用分类面积居前四位的是林地( 3 8 ) 、 耕地( 2 5 ) 、未利用地( 1 3 ) 和居民点及工矿用地( 1 2 ) ：到了2 0 0 1 年居前四位的是林地 ( 4 t ) ，耕地( 1 8 ) ，居民点及工矿用地( 1 5 ) ，未利用地( 1 1 ) 。( 2 ) 北京市在这9 年间耕 地、牧草地和未利用地面积分别减少了1 1 6 5 6 7 8 6 2 1 h m 。，2 0 5 0 7 4 3 9 m 。和3 1 6 9 4 5 8 7 0h m 2 , 牧草 地的减少幅度最大，达到4 9 4 0 ，耕地减少幅度次之，为2 8 5 8 ；而从增加的土地利用类型的 情况来看园地的增加幅度达到4 3 1 2 ，而居民点及工矿用地增加幅度次之，达到2 8 3 2 。上 述结果表明9 年来，城市化进程的加进，北京经济迅猛发展，大量耕地减少，来利用地被开发， 1 0 中国农业大学硕士学位论文 第三章北京市土地利用动态变化分析 居民点及工矿用地、交通用地增加；而牧草地的减少，林地面积的增加则源于北京市开展大规模 的植树造林，草地面积不断减少，特别是丘陵山区不少草地转为林地、果园和经济林。 3 21 2 土地利用变化的速度 土地利用动态度可以定量描述区域土地利用变化的速度，它不仅可以反映区域土地利用变化 的剧烈程度，而且对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都具有积极的作 用。 单一土地利用动态度可定量描述区域一定时间范围内某种土地利用类型变化的速度，表达式 为： 尺单2u b u - 。u a 。 式中：乩，巩分别为研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量 段长。当t 设定为年时r # 为研究时段内某一土地类型的年变化率。 综合土地利用动态度用于表征区域土地利用变化的速度，其表达式为： 驴陲 1 1 0 0 丁 ( 3 2 ) 卜研究期时 ( 3 3 ) 式中：工 ，| _ 研究初期第f 地类研究期末转为其它土地利用类型的面积；d 从7 厂第i 地 类研究期末转为其它土地利用类型的面积；卜研究时段。当r 设定为年时，ra 为研究时段内 某一土地利用类型的年变化。 根据单一士地利用动态度和综合土地利用动态度公式计算结果( 表3 1 ) 可知：北京市1 9 9 2 2 0 0 1 年间土地利用变化速度较快，区域土地利用动态度达到1 1 2 。在八种土地利用类型中，牧 草地动态度最高，为5 4 8 ，是区域综合水平的5 倍，变化比较剧烈，园地、耕地、居民点及工 矿用地和交通用地次之，分别为4 7 9 ，。3 1 8 ，3 1 5 和2 2 0 。1 9 9 2 2 0 0 1 年问由于政府加 强植树造林的政策，加之北京市林地初期丽积最大，占全区土地总面积的3 8 ，因此尽管9