（土壤学专业论文）四川省土地利用时空变化研究.pdf

摘要 本文以四川省平原、丘陵、山地和高原四种地貌类型为研究对象，在平原区选取了 双流县、新津县和蒲江县，丘陵区选择三台县和西充县，山区选择了天全县和泸定县， 高原区选择了若尔盖县和黑水县，以1 9 9 0 年2 0 0 2 年的土地利用详查数据、土地利用 变更调查数据和相关的社会经济统计资料为研究基础资料，以实地调查为依据，以数理 统计分析、对比分析、计算机软件统计分析等为基本手段，结合土地利用动态度模型、 土地利用程度变化模型、土地利用变化区域差异模型，对四川省土地利用时空变化进行 了系统的研究，研究结果表明： 平原和丘陵区的土地利用以耕地为主，耕地占幅员面积的4 5 左右，山区土地利用 以林地为主，林地占幅员面积的5 5 以上，高原区土地利用以牧草地为主，牧草地占幅 员面积5 0 左右。从平原区- 丘陵区一山区一高原区，耕地、园地、居民点及工矿用地、交 通用地占幅员面积的比例呈下降趋势，牧草地的比例呈增加的趋势。山区的林地比例最 高，其次是高原区，平原区林地比例最低。水域面积的比例在平原和丘陵区较高，在山 地和高原区除了一些个别区域外，水域占土地总面积的比例都比较低。丘陵和山区的未 利用土地比例较高，占土地总面积的1 0 以上，但总体来看，四个区域未利用土地的比 例都较高。 平原和丘陵区耕地占总面积的比例下降最多，其次是山区，高原区下降较少。蒲江 县耕地占总面积的比例下降了1 0 7 9 ，西充县下降了1 1 9 2 ，若尔盖县却只下降了 0 0 2 。未利用土地除在西充县外，也都呈减少的趋势，但减少的面积远远低于耕地减 少的面积。耕地主要向园地、居民点及工矿用地和交通用地流动。园地、居民点及工矿 用地、交通用地变化的速度最快，且呈增加的趋势。除若尔盖县园地面积没有变化外， 其它各研究样点的园地增加速度都较快，黑水县的园地增加速度最快，年增加率为 1 3 8 9 ，其次是蒲江县，年增加率为1 3 1 1 。双流县交通用地的增加速度最快，年增 加率为5 8 1 ，其次是蒲江县，年增加率为2 9 3 。西充县居民点及工矿用地的增加速 度最快，年增加率为1 8 6 ，其次为双流县，年增加率为1 7 3 。牧草地、林地、水域 变化的速度较慢，林地基本上都呈面积增加的趋势，牧草地在高原区呈面积减少的趋势， 水域变化的趋势没有规律性。平原区和丘陵区的土地利用变化是趋于优化，城镇规模扩 大，水利设施和交通用地增多，未利用土地减少，森林覆盖率有所提高。山区和高原各 地类变化不显著。 对研究样点土地利用存在的问题进行了总结分析，在土地持续利用理论指导下，提 出了切实可行、科学合理、安全高效、可持续利用的土地利用对策，以引导有限的土地 资源朝有利、有序、持续的方向发展。 综上所述，本研究通过四川省不同地貌区域土地利用时空变化研究，旨在探索适合 四川省不同地貌经济区的土地利用的较佳途径，合理配置土地资源，调控区域人地矛盾 关系，确保地方经济建设持续发展，以期对四川省土地资源利用管理和制定地方经济发 展战略决策提供科学依据，也可为我国西部大开发战略在四川省的实施提供有益的参 考。 关键词：四川省土地利用空间结构 动态变化土地持续利用 i l 前言 土地资源是人类生存的物质基础，是人类繁衍生息不可缺少的生存条件和再生产条 件。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，以及人口的不断增长，人类对土地的 需要不断增加，可开发利用的土地越来越少，供求矛盾突出。如何合理利用有限的土地 资源，提高土地利用率和土地生产力，实现土地资源可持续利用已成为越来越重要的研 究课题。 由于土地问题涉及人类生存、生活和发展的方方面面，因此近几十年来，国际上 土地利用的研究发展迅速，美国、英国、澳大利亚、加拿大、荷兰、前苏联以及联合国 粮农组织已经进行了大量的土地利用研究工作。自从1 9 9 3 年国际科学联合会与国际社 会科学科学联合会联合成立了土地利用与土地覆盖变化核心项目计划委员会以来，一些 全球环境变化研究的组织和国家纷纷启动了与土地利用有关的研究项目。在中国，几千 年来人类对土地开发利用引起了土地利用的巨大变化，特别是目前随着经济的快速发 展、人口的大量增加、城市化水平的提高、自然资源需求量的激增，以及自下而上环境 压力的加大，使得土地利用的相关研究已经成为土地科学研究的重点。 土地作为最基本的资源，是人口和环境信托的空间基础。1 9 9 1 年泰国举行的“发 展中国家可持续土地利用管理评价国际研讨会”和1 9 9 3 年加拿大举行的“二十一世纪 可持续士地利用管理国际研讨会”上，提出了可持续土地利用的战略，即：1 生产性： 2 ，安全性；3 保护性；4 可行性；5 接受性。 中国是个农业大国，疆域辽阔，自然景观复杂多样，有着悠久的土地利用历史，土 地利用类型多种多样，地区分布差异显著，既有土地利用变化强烈的东部季风区，也有 人类活动影响较小的青藏高原、内陆沙漠地带等土地利用变化的敏感地区。历史发展的 实践证明，中国土地利用状况及土地覆盖变化都直接或间接地与资源环境的变化和社会 经济的发展存在着紧密的联系。 中国人多地少，随着人口增加和社会经济发展，耕地逐年减少，人地矛盾日益突出， 合理丌发利用土地资源，协调人地关系，改善生存环境，已成为我国的一项重大决策和 行动。因此，我国开展土地利用土地覆盖变化的研究将在全球范围内起到举足轻重的 作用。 近年来，四川省由于加大开发力度，经济取得了巨大的发展，消耗了大量的土地 资源，但也伴随着出现了一系列的关于土地利用方面诸如耕地面积减少、土地环境污染、 l l i 水土流失等问题，生态环境良性循环已经受到了影响。土地利用变化对四川省经济的持 续快速增长有很大的影响。四川省作为南方地区重要的生态屏障，土地利用的合理与否 直接影u 问到南方以及更远地区的生态环境。如果不及时解决，会带来不可挽回的后果。 综观国内外土地利用的研究，可以发现，现有研究基本局限于土地利用研究本身， 包括区域土地利用的动态变化，及其驱动力和驱动因素分析，而对于区域土地利用空间 结构的研究相对来说较为薄弱。就研究区域而言，现有土地利用研究大多集中于山区和 丘陵区而平原和高原区的研究较少，像四川省地貌差异如此显著的地区研究更为空白。 因此本文选择四川省具有较典型的自然条件、经济条件的双流县、新津县、蒲江县、三 台县、西充县、天全县、泸定县、若尔盖县作为研究对像，以期通过这一研究，揭示出 四川省土地利用的数量结构、空间结构、组合结构及土地结构的时空变化特征和规律。 本文基于以上情况，通过研究四川省不同地貌和经济的县域的土地利用现状，土地 利用存在的问题以及土地利用变化，力图为四川经济建设、生态环境建设和可持续发展 提供科学依据t 使四川省不仅保住了绿色环境，且促进经济发展水平和生活水平不断提 高。 i v 1 立题的背景、目的和意义 1 1 土地利用研究的背景 土地是地球表层一定范围内的地域单元，是兼具有自然特性和社会特性的复杂综合 体，它是由土壤、岩石、地貌、气候、水文、植被等自然要素相互作用而形成，又长期 受到人类活动的影响，是具有一定厚度的立体实体，它的存在形式具有明显的空间上和 时间上的变化差别，表现为地带性和非地带性的分布规律，区位特征明显旺3 。 土地是万物之源，万物之依，对土地的定义必须从其利用入手。土地利用，广义是 指人类出于各种目的对土地的使用行为。严格意义上的“土地利用”概念可以定义为： 人类为追求一定的土地基本功能的实现，而按一定的利用方式对土地施加作用与影响的 行为1 4 。土地利用总的目的是为了满足自身生存对物质资源的需要，主要表现为两点： 一是向土地索取生产和生活资料；二是向土地索取活动场所和生活基地。土地利用涉及 人与人、人与地的关系。 土地利用变化是在自然、社会、经济条件综合作用下的一系列景观空间格局的变化 垆。j 。土地利用变化正加速改变着全球土地覆盖状况。土地利用土地覆盖的变化与资源、 环境和社会经济的发展密切相判7 1 。通过土地利用研究，可以认识农业生产结构，地理 分布特点及其开发潜力，从而揭示农业生产上存在的问题，探索出提高土地生产潜力、 合理利用与可持续的方法与途径。 土地利用类型一方面反映出土地的自然属性，另一方面也反映出人类活动所赋予土 地的社会属性，它是土地利用地域组合的基本单位，表现为人类对土地利用与改造的方 式和成果，反映了土地利用形式和功能 2 】o 具体而言，土地利用类型是指一定区域内土 地利用中具有不同特征与功能的空间地域组成单元，是历史与现实中自然条件、社会经 济技术水平以及利用目标与方式等诸因素综合作用下，土地景观生态上的必然分异的结 果1 。 由于土地利用类型是人类依据长期利用、改造土地的结果对土地利用现状的一个分 类，因而土地利用类型直接反映了人类对土地利用的特点。土地利用类型的研究既是认 识土地利用的开始，又是调整土地利用结构、合理利用土地资源、以及实施土地利用动 态监测和有效控制的重要环节。不同的土地利用类型在空间分布上都各有其相应的部 位，但彼此之间又是相互联系的，即构成了一定的空间组合形式。所以土地利用结构是 指在某一区域内，各种土地利用类型在质和量上的对比关系，以及它们组合而成的一定 格局或图式9 1 。也可以说，土地利用结构是指一定区域范围内各类用地的搭配关系1 0 】。 本文所研究的土地利用结构包括：土地利用数量结构、土地利用空间结构及土地利用组 合结构。土地利用结构是土地资源在各产业的配黄与利用状况及各类用地比例关系的反 映。土地利用结构处于动态变化的过程中，其变化既受自然因素的制约，也受人们自身 改造自然能力、经济实力和科学技术水平的制约。 我国土地利用现状有若干不同的分类，为了便于资料的收集、整理与分析，本研究 采用全国土地利用现状详查使用的土地利用分类系统，即8 个一级类型( 包括耕地、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) ，4 6 个二级类 型。 1 2 土地利用变化研究的意义 随着全球人口的不断增加，土地资源的超量开发，人类生存环境受到严重的威胁 “i o l u c c 的研究成为当今全球变化研究的焦点，使得土地利用变化研究成为目前全 球变化研究的热点和前沿 1 2 1 0 对于发展中的中国来说，近几十年来工业化进程不断加强， 人口也迅猛增长，结果造成土地利用变化范围广、速度大、随意性强。随着人口持续增 加以及其它社会因素导致人们不断向山要地、要钱，从而引起土地利用结构不合理，水 土流失严重，土壤曰趋贫瘠，人地关系更加紧张。 中国作为四大文明古国之一，数千年来人类对土地的开发利用，导致土地覆盖发生 了翻天覆地的变化，产生了多种多样的土地覆盖类型与土地利用类型。特别是在当今， 随着中国经济以及生存环境压力的加大，使得在中国土地利用与土地覆盖变化的深度、 广度以及速度较之以前都呈现出急剧增加的趋势，由此所造成的对环境的影响也已跨出 了国界，中国土地利用与土地覆盖变化已成为全球变化的重要组成部分“。 我国近年来发生的许多重大资源、生态和环境问题，如9 8 年长江和松花江流域的 大洪水以及2 0 0 0 年春季的沙尘暴等，无不与土地利用变化密切相关。随着我国社会经 济的持续快速发展和工业化、城市化进程的加快，可以预见我国的土地利用与土地覆被 变化在2 1 世纪将更加剧烈，由此而引发的土地利用冲突及人地矛盾也更为尖锐1 5 1 。 由于当代的土地覆盖变化主要是人类的利用造成的，所以，认知土地利用变化是了 解土地覆盖变化的首要条件“。研究土地利用时空变化的目的，就是通过分析和比较不 同地域空间土地利用特征，揭示产生和控制土地利用格局的因子及其作用机制，从而为 土地利用优化与管理提供科学依据【1 7 1 。土地利用是全球变化研究的核心领域与热点问 题，是“中国西部环境和生态科学研究计划优先资助的研究课题”，对西部开发，退耕 还林( 草) 和生态建设具有重要的指导意义。加强对土地利用结构动态变化的研究，有助 于了解上地利用的变化原因与机制，并通过调整人类社会经济活动，促使区域土地利用 结构更趋于合理，从而达到区域土地持续利用的目的1 1 引。 中国占全球陆地面积的6 4 ，境内既有土地利用的历史悠久、土地覆被变化剧烈 的东部季风区，还有大范围的农牧交错带、农林交错带、农渔交错地带等土地覆被变化 敏感的地区，人类活动对土地利用土地覆被影响之深，历史之长，在全球范围内是不 多见的。此外，我国也有人类活动影响较小的青藏高原、内陆沙漠等地理单元。所以中 国部分的研究在全球土地利用土地覆盖研究中将起到举足轻重的作用。同时也可以加 强我国对资源、环境、人口与发展之间相互关系的认识，在整体把握人类驱动力与土地 覆被之间因果关系的基础上提高土地覆被变化模拟与预测水平，合理引导我国的土地覆 被变化”。 准确地测算区域及各种土地利用类型的变化速率和程度，是客观判断现状形势和未 来趋势，制订出合理且有针对性的土地政策的基本要求和必要前提【1 4 1 。我国地域辽阔， 自然资源与社会经济发展的空间差异显著，特别是随着近年来的经济发展，土地资源的 利用方式、区域土地利用结构、土地利用程度同样具有明显的区域特点。只有开展我国 广大区域的土地利用空间信息特征及其变化的空间差异性对比研究，y j + 能充分了解土地 利用结构的时空演变过程，保证国家宏观战略决策的针对性、有效性，从而可以从国土 资源与环境的可持续利用来保证区域经济发展的可持续性，实现国民经济的高速、协调 发展f 1 8 2 饼。 由于不同区域有着不同的自然和人文因素的组合，相应地对l u c c 的影响也就不同， 因而，l u c c 研究区域类型的选择就成为l u c c 研究的关键。我国幅员辽阔，土地利用 土地覆被状况极为复杂，人类驱动力作用也各不相同，为此可以选择具有足够代表性的 不同类型，在每个类型区内选取1 2 个区域优先开展研究工作。通过优先研究区域的 工作，为制定或充实完善全国的研究方案及关系与状态框架提供依据。“。 目前，我国的l u c c 研究主要集中在下列两类地区。一类是“热点地区”，即人文和 自然驱动力极为活跃的地区。”。在“热点地区”的研究中，研究者多选择了那些人文因 素高度复合的地区，如深圳市“2 = ”、北京市。、长江三角洲等”“。另一类是“脆弱地区”， 对这类地区的l u c c 研究，有利于人们对脆弱性的认识，揭示脆弱区的形成演变机制、 揭示各种自然和人文因素对土地利用可持续性的影响。我国的研究多选择了“生态环境 脆弱区”进行l u c c 研究，如中国东北样带”( 内含牧区、农牧交错区、农区、林区) 、 地处于旱、半干旱过度地带的榆林地区“1 等。1 通过土地利用的研究，不仅可以了解一个地区用地分配与需求是否吻合，与土地的 适宜性是否相适应，而且可以让各种用地之间的内在联系以及土地资源治理、保护方面 的问题有机结合，为调整土地利用结构，建立合理的农业生态系统和农村经济系统提供 依据 i o l 。通过对区域土地利用结构的分析，可以有效地揭示土地利用变化的机制与驱动 力，找出合理利用土地的途径，从而实现合理的土地利用结构及其最佳的空间布局，实现 土地资源的可持续利用。 1 3 四川省土地利用时空变化研究的原因与目的 四川省由于受自然地理、地质和地形地貌等因素的影响，自然资源空间差异显著， 东部和西部有明显的差异，根据热量、光能、降水的差异大致可分为3 个区域：一是四 川盆地区，属亚热带湿润气候，气温较高，无霜期长、雨量多、日照少。二是川西南山 区，冬暖夏凉，四季不分明，但干湿季明显，垂直变化大，冬暖更甚于四川瓮地区；三 是川西高山峡谷高原区，气候垂直变化显著，从河谷至山顶和自南而北依次出现暖温带、 温带、寒温带气候类型，冬寒夏凉，水热条件差，同照不足，多风、干燥、干湿季节分 明1 。 四川省由于受地貌格局的影响，土地利用方式和程度差异很大。东部土地的利用、 开发充分，以农业利用为主，垦殖系数、复种指数高，多数地区为一年二熟，少数地区 一年可三熟，利用类型以耕地、居民点及工矿用地、园地为主，工、农、副、渔业都较 发达；西部地区土地的利用和开发均不充分，农业用地不多，垦殖系数、复种指数低， 多数地区一年只一熟，林牧业用地占优势，土地利用类型垂直分布明显。 随着四川省近年来经济发展，土地利用方式、区域土地利用结构、土地利用程度具 有明显的时空变化。开展的土地利用的空间信息特征及其变化特征的空间差异性分析和 对比研究，并结合各地的实际情况和自然条件及社会因素，对导致土地利用时空变化的 差异性做对比性分析，充分了解土地利用的时空演变过程，对于生态经济迅速发展和自 然理条件特殊地区的土地利用动态变化进行研究，不仅能够揭示区域土地利用动态演变 规律，而且有利于揭示类似的其它地区的土地利用动态演变规律，从而为区域经济的可 持续发展提供理论依据，实现区域经济的快速、协调发展。 2 国内外研究内容及研究方法综述 2 1 国内外研究内容 2 1 1 国外研究内容 随着社会经济的发展，人类活动给自然带来了极大的影响，使得土地覆盖类型与土 地利用形式有了很大的改变。对于这些变化发生的过程和原因，人们给予了很大的关注。 早在1 9 3 1 年，w e b b 在对美国大平原农业社会的研究中，认为当地土地利用类型是由当 地干旱程度决定的。对于这类地区土地覆盖类型与土地利用方式改变的过程与机理，人 们主要是从社会经济的角度进行探讨。考虑土地利用与土地覆盖形式的经济价值以及形 成因素，即忽视了在土地利用研究中人类行为、文化及政治因素的作用，又很少涉及到 土地利用与土地覆盖变化对全球变化特别是气候方面所造成的影响。”“。 2 0 世纪7 0 年代以气候动态研究为开端，随着研究的进展，作为引起全球变化的两 大基本人类因素之一的土地利用与土地覆盖变化在全球变化中所发挥的作用，引起了人 们极大的关注，对其研究也进入到了一个新阶段“1 。 从8 0 年代末以后，随着人们对土地资源开发利用所带来的环境变化问题的关注， 国际土地科学家对研究土地利用开发活动造成的资源环境影响给予了更多的注意。土地 利用与土地覆被变化己成为9 0 年代国际土地科学研究的前沿领域“3 ”- ”1 。 目前，一些国际组织和国家启动了各自的土地利用土地覆盖变化研究项目，并取 得了一些成果。国际应用系统研究所于1 9 9 5 年启动了“欧洲和北亚土地利用土地覆盖 变化模拟”的三年期项目，旨在分析1 9 0 0 年到1 9 9 0 年间和预测未来5 0 年该区域土地 利用土地覆盖的现状和变化，为区域可持续发展决策服务，采用美国宇航局分辨率雷 达影像和1 ：1 0 0 万比例尺进行区域土地覆盖制图与监测。美国全球变化委员会将土地 覆盖变化列为全球变化研究计划的核心内容。日本国立科学院全球环境研究中心在日本 环境署的支持下，提出为“为全球环境保护的土地利用研究”( l u g e c ) 项目，该项目也 将采用地方性案例分析、遥感与g i s 监测和空间模型分析等方法，研究土地利用覆盖 变化的空间分布、时间动态及驱动因子，同时强调相应对策和技术的研究。泰国近几年 来借助航空像片、陆地卫星s p o t 综合影像结合野外调查编制了泰国北部1 9 5 4 1 9 9 2 的 土地覆被图，并将图件数字化建立数据库，建立了土地覆盖随时间转移的概率矩阵，定 量分析了该地区热带森林变化的时间与空间格局，并以此说明热带森林景观如何受物 理、生物参数以及社会经济参数的控制“。“。“。1 。 2 1 2 国内研究内容 我国有关土地利用与土地覆盖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。对于将土地利用与土地覆盖变化与全球变 化联系起来进行综合研究，则只是近年来随着国际上有关的l u c c 研究大量开展、各种 研究计划纷纷涌现的背景下，才逐渐开展起来的。 随着我国科学技术的发展，通过卫星遥感和地理信息系统( g i s ) 技术监测环境的时 间动态和空间变化特征在我国具有良好的应用基础和技术优势。我国已相继在天津、北 京、广州、上海、太原、沈阳、大连等城市开展了遥感研究，内容涉及城市土地利用及 其变化等等。“八五”期间中科院将“国家资源环境遥感宏观调查与动态分析”列为院 “八血”重大应用项目，完成了中国东部区l ：2 5 万比例尺，西部地区1 ：5 0 万比例尺 的以土地资源与环境动态为主要内容的资源环境遥感调查，建立了包括土地利用土地 覆被类型及其次一级类型，以及土地资源的生态环境背景在内的动态数据库，并在g i s 支撑下建立了相关的信息系统。 陈佑启“”等利用多尺度的统计方法建立的多元回归模型，比较研究了不同尺度规 模、不同区域类型上中国土地利用的空间分布变化及其影响因素。王良健“3 1 等建立的梧 州市耕地面积变化与驱动因子的多元线性回归模型，定量解释了耕地面积的变化及与八 种主要驱动因子之间的关系。史培军“等利用马尔柯夫模型定量研究了深圳市1 9 8 0 - - 1 9 8 4 年各种土地利用类型的变化及其空间转化。王良健h ”等模拟了梧州市人口多耕地 少的矛盾将更加尖锐。摆万奇”利用系统动力学模型模拟了深圳市1 9 5 0 2 0 5 0 年的土 地利用变化过程及城镇用地呈“s ”型增长趋势。认为1 9 8 0 - - 2 0 3 0 年是深圳市城镇用地 的快速增长阶段，之后基本保持稳定的状态。另外，史培军等人采用三维紊乱闭和模型 研究了深圳市1 9 8 0 、1 9 8 8 和1 9 9 4 年l u c c 的气候效应“。 上述工作大体上摸清了我国土地资源利用方式、程度与区域差异，为开展土地利用 土地覆盖变化的研究奠定了良好的基础，但由于上述研究目标的不尽致，所得结果 与数据难以用在统一体系中，更难以直接用于社会驱动力一土地利用一全球变化一环境反 馈的关系框架下开展的跨学科综合研究。我国应尽可能与国际上l u c c 项目的基本目标 与内容接轨，同时又要反映出中国的特点，为此，陈百明先生提出了我国土地利用i 地覆盖变化的研究内容和优先研究区域：内容包括原因与覆盖状态的类别划分，土地覆 盖状态的演化过程及土地利用变化的模拟与预测三方面“2 。“14 。 2 2 国内外研究方法 目前，研究土地利用土地覆盖变化的手段主要有两种：一是利用遥感技术对大地 域的土地利用土地覆盖变化进行研究；二是土地利用专题地图( 如土地利用现状图等) 通过变更调查和统计资料，对小地域的土地利用覆盖变化进行研究。在研究中，通过 划分土地利用类型，分析各地类面积的变化来反映土地利用土地覆盖变化情况”3 。 2 2 1g l s 空间分析方法 为了准确掌握各种用地的变更情况，单纯依靠历年的土地利用变更调查，获取历年 土地利用现状图和遥感图像是无法对土地利用变化进行深入分析的，因不能全面地反映 土地利用的空间变化的发展趋势。地理信息系统( g i s ) 则可方便地将各种统计数据空间 化，能把反映地理事物的属性数据与空间数据进行结合，将地物置于一定的空间位置 上进行分析。通过g i s 的空间分析方法，使土地利用的各种数据与相应的历年土地利用 现状图和遥感图像进行综合处理，为土地利用结构研究向动态化、空间精确定位、全面 综合分析的方向发展提供基本的信息源“”1 。 土地利用变化研究尤其是空间变化研究，离不开g i s 的空间分析方法。该方法的数 据基础主要是矢量格式的土地利用图件和遥感解译制图成果；模型基础包括g i s 的时空 数据模型、属性数据模型和提取土地利用变化特征的原理模型；而数据处理过程则涉及 g i s 系统的数据转换功能、编辑功能、空间分析功能、数据库操作功能、空间统计分析 功能以及图形显示功能等4 “。 2 2 2 土地利用的时空演变建模研究法 土地利用是人类对土地的利用方式和使用状态，在空间变化上多呈边界清晰的类型 变化状态，时间变化上完全依赖于人类对土地利用方式转变的速率 s a o 由于土地利用、 土地覆盖涉及的因素繁多，过程错综复杂，因而以减少和抽象化为特征的各种模型对于 理解和预测土地利用土地覆盖格局具有不可替代的作用1 。 从土地利用土地覆盖变化的涵义及研究内容出发，构建土地利用变化模型是深入了 解土地利用变化成因、过程，预测未来发展变化趋势及环境影响的重要途径，也是研究 土地利用变化的主要方法。土地利用变化研究中的模型可概括为以下三种模型 5 5 - 6 0 】： ( 1 ) 系统诊断模型 系统诊断模型是深入了解土地利用变化机制的主要手段，可分为两种类型模型： a 基于经验的概念化逻辑诊断模型，如土地利用变化驱动力诊断模型，概念化诊 断模型是一种基于经验的定性分析模型，它是建立定量分析模型的基础。 b 基于经验的统计诊断模型，如土地利用变化机制统计诊断模型。由于土地资源 7 是一个自然一人文综合体，土地利用土地覆盖变化不仅受自然因素的影响，而且受社会、 人文因素的综合影响，仅仅通过直接测量无法充分分析土地利用变化的驱动力，因此需 要将在一系列时空尺度下的观测结果同经验模型相联系，用一组观测变量( 如地貌、气 候、土壤、地表植被、地势等自然因素) ，结合一组辅助性变量( 如统计数据) 进行统 计分析，这样既能提供一个综合的方法来认识土地利用变化，同时也为政策的制定提供 了依据，统计诊断模型的建立为地理相关性预测及土地利用环境影响评价提供了依据。 ( 2 ) 土地利用动态变化模型 土地利用动态变化包括土地资源的数量、质量随时问的变化，也包括土地利用的 空间变化及土地利用类型组合方式的变化，同时还包括未来土地资源需求量的变化。因 此，土地利用动态变化模型包括土地资源数量变化模型、土地资源生态背景质量变化模 型、土地利用空间变化模型、土地利用变化区域差异模型、土地利用程度变化模型、土 地需求量预测模型，此外还包括土地利用变化驱动力模型。建立土地利用动态模型是研 究土地利用变化过程、土地利用变化程度及未来发展变化趋势的主要手段。 ( 3 ) 土地利用变化综合评价模型 气候和生物地球化学变化会影响土地利用土地覆盖变化，而土地覆盖土地利用变 化反过来又会影响到生物地球化学作用，从而影响地区农业可持续发展。因此，建立土 地利用变化综合评价模型有极其重要的意义。这类模型包括：土地利用变化对环境影响 评价模型、对区域持续发展影响评价模型、对区域水循环影响模型等。建立土地利用变 化综合评价模型是综合评价土地利用变化环境效应的主要手段。 2 3 土地利用动态变化的影响因素分析 土地利用空间变化是一个十分复杂的过程，是各种影响因素共同作用下土地利用耳 的与方式的改变1 ，既包括自然因素，比较明显的因素有地形、气候、土壤、自然灾害 等；也包括社会经济因素，如：人口变化、经济增长、政策等。 3 研究目标、研究内容和技术路线 3 1 研究目标 由于不同区域的土地资源状况、人口数量、经济发展水平等方面存在较大差异，所 以土地利用变化的速度、变化程度和变化方向也呈现出显著差异，因此，对四川省不同 经济发展水平、不同地貌区开展土地利用的时空变化特征及其人类驱动力的研究，对合 理调控区域土地供需矛盾，促进土地资源的可持续利用和地区经济的持续发展具有非常 8 重要的蒽义。 结合土地利用现状调查，土地利用变更调查，对区域土地利用时空动态变化进行分 析，阐明土地利用动态变化的速度、强度以及土地利用变化的原因。揭示这一类型区的 土地利用时空变化规律，了解土地利用变化的原因与机制，并通过调节人类的活动，达 到土地的合理利用，实现区域性土地可持续发展 2 6 。 3 2 研究内容 ( 1 ) 土地利用现状空间变化； ( 2 ) 土地利用动态变化； ( 3 ) 土地利用存在的主要问题； ( 4 ) 土地可持续利用对策。 3 3 研究区的范围 四川省按地貌学划分为平原、丘陵、山地和高原四大类。本文选取了平原区经济较 发达的双流县，经济欠发达的新津县和蒲江县；丘陵区选择了经济较发达的三台县和经 济欠发达的西充县：山区选择了经济较发达的天全县和经济欠发达的泸定县；高原区选 择了经济较发达的若尔盖县和经济欠发达的黑水县作为研究样点。典型区的选择主要考 虑到各区域在气候、地貌和土地利用方式上具有典型特征，又有漫长而富于变化的土地 开发史，土地利用与土地覆被变化的内容、方式都较为丰富。 3 ，4 研究方法 本研究主要采用实地调查研究、对比分析和数理统计分析方法，结合土地利用动态 度模型、土地利用程度变化模型、土地利用变化区域差异模型，对土地利用的时空变化 进行分析和研究。 3 4 1 土地利用变化数量分析 a 单一土地利用类型动态度 单一土地利用类型动态度反映的是某一研究区域一定时期范围内某种土地利用类 型的数量变化情况”，其表达式为： k ：望n 二竺! 三。1 0 0 u 。 丁 式中，k 为研究时段内某一土地利用类型动态度；u 。、分别为研究期初( 1 9 9 0 年) 及研究期末( 2 0 0 2 年) 某一土地利用类型数量；t 为研究时段长，当t 的时段设定 为年时，k 的值就是该研究区某种土地利用类型年变化量。 b 综合土地利用动态度 某一研究样区的综合土地利用动态度可表示为： 三c = 址u ， 2 l u 。 二1 0 0 式中，l u 为监测起始时间第i 类土地利用类型面积，工u 。为监测时段内第i 类土地利用类型转化为非i 类土地利用类型面积的绝对值：t 为研究时段长，当t 的时 段设为年时，l c 的值即为研究区的土地利用年变化率。 342 土地利用程度变化模型分析 a 土地利用程度不同综合指数 某研究区土地利用程度综合指数可表达为”： 三。= l o o x a ，x c 式中，l 为某研究区域土地利用程度综合指数；a 。为研究区域内第i 级土地利用 程度分级指数；c 为研究区域内第i 级土地利用程度分级面积百分比；n 为土地利用程 度分缴数。 b 土地利用程度变化 一个地区的土地利用程度变化是多种土地利用类型变化的综合结果，土地利用程度 及其变化可定量地表达该地区土地利用的综合水平和变化趋势。土地利用程度变化量和 土地利用程度变化率可表达为”： l 一。= l 一，。= ( 善一，c 。 一( 喜4 ，x c 。) ) ，。 ( 爿，c ，。) 一( 4 ，c , o ) r = 上l _ 型一 ( 4 c ) ， 式中：，。、，。分别为a 时间和b 时间的分析区域土地利用程度综合指数；a ，为i 级土 地利用程度分级指数( 分级指数见表1 ) ；c 。、c 。分别为b 时间和a 时间第i 等级的土 地利用程度所占区域的百分比。如。或r o ，则该区域土地利用处于发展期；否则处 于衰退期。根据1 9 9 0 年和2 0 0 2 年的数据统计资料，根据上式计算出研究样点区1 9 9 0 年、2 0 0 2 年的土地利用程度综合程度指数以及1 2 年来土地利用程度变化量和变化率。 表1土地利用类型分级表 3 4 3 土地利用变化区域差异模型分析 土地利用变化存在着显著的地区差异，我们可以用各区域某种土地利用类型相对变 化率及各区域土地利用动态度( 单一土地利用动态度、综合土地利用动态度) 的不同来反 映土地利用变化的区域差异。关于土地利用动态度，前面已经作了详细的说明，下面主 要介绍土地利用相对变化率的计算方法。某研究区某一特定土地利用类型相对变化率 可表示为： r = 褂( 邑) 式中，k 。、k 。分别代表区域某一土地利用类型研究期初及研究期末的面积；c 。、 c 分别代表全研究区某一特定土地利用类型研究期初及研究期末的面积。 根据上式和1 9 9 0 年、1 9 9 6 年、2 0 0 2 年的统计数据资料，计算出研究样区某种土 地利用类型相对变化率，如果r i ，则表示该区域这种土地利用类型变化较全区域大。 相对变化率是一种反映土地利用变化区域差异的很好的方法。 3 5 资料来源 主要靠调查和收集得到：土地详查时的土地利用资料；1 9 9 6 和2 0 0 2 年土地利用变 更调查数据；自然条件、社会经济等方面的资料包括土壤、植被、气候、水文、人口贫 富状况、城镇化和工业化资料、人口增长资料、政策以及价值观念等等方面的文字资料 和数据资料。 3 6 技术路线 根据研究内容，拟定出本文的技术路线如图1 所示。 l ：j 四川省土地利用空问变化分析 土地利用数量变化 土地利用变化速度 土地利用程度变化 土地利用变化区域差异 土地利用变化影响因素定性分析 土地利用存在主要问题 土地可持续利用对策 图1技术路线框 4 研究区域自然特征 四川省土地资源丰富，地貌类型极其复杂，土地总面积4 8 5 万平方千米，按地貌 学划分为平原、丘陵、山地和高原四大类，山地面积占7 7 1 ，丘陵占1 2 9 ，平原占 5 - 3 ，高原占4 7 。 复杂的自然环境和社会经济条件使土地利用受到了深刻的影响，特别是在不同地貌 条件下，土地形成不同的利用方式，具有不同的利用特色。东部盆地区提供了大面积的 耕地，肥沃的成都平原历来有“天府之国”的美称，是全省农业用地的精华和粮食主产 区。笳周山地及川西高山峡谷区，密布着古木参天的原始森林，是重要的林业基地。而 川西北高原绿草如茵，是天然的牧业用地。 4 1 平原区 当 平原指海拔小于6 0 0 米，相对高度小于2 0 米的平坦地面，一般由河流及洪流的冲 积和洪积物堆积而成，地势平坦、土层深厚、灌溉方便，是主要的农耕区。 盆西平原区气候温和，降水丰沛，地势平坦，土壤肥沃，灌溉便利，适宜农业及 多种经营发展，土地利用率高，自然灾害少，工业、农业、交通发达，号称“天府”。 本研究选择的双流、新津、蒲江的气候和地貌特征明显，具有较强的代表性。 4 1 1 气候特征 双流县和新津县属于四川盆地热带湿润气候区( 见表2 ) ，气候温和，雨水充沛， 四季分明，大陆性季风气候显著。冬季易旱，夏多暴雨，秋多阴雨、低温、冰雹、洪 涝等自然灾害出现。 蒲江县属北亚热带湿润大陆性季风气候区( 见表2 ) ，其特点是：全年皆温暖，无 酷暑严寒；常年降雨充沛，光热水集中；春夏日照充足，秋冬云雾多。主要的气象灾害 有低温、绵雨、干旱、洪涝、冰雹等。 4 12 地貌特征 双流县位于川西平原东南边缘，成都市南郊。海拔最高9 6 7 米，最低海拔4 3 5 米， 按其地貌类型分为冲积平原，相对高差1 0 米以下，占土地总面积的3 2 8 ；缓丘平坝 ( 相对高差1 0 1 5 米) 和低山丘陵( 相对高差5 0 1 5 0 米) ，占土地总面积的6 1 6 ； 中等切割低山，海拔6 0 0 米以上，占土地总面积的5 6 。 新津县位于四川盆地西部、成都平原西南，地貌以平坝、台地、浅丘为主，分别占 幅员面积的7 4 7 、1 1 5 、1 3 6 ，海拔高度4 4 2 米至6 7 3 米，高差2 3 1 米。 蒲江县位于成都市西南部，地处川西平原西部边缘地带，海拔最低点4 6 5 米，最 高点1 0 2 2 米。坝、丘、山俱全，其面积分别占土地总面积的2 4 、5 4 、2 2 。 42 丘陵区 丘陵指海拔小于5 0 0 米，相对高度小于2 0 0 米的起伏地面，一般由产状平缓的岩 层经流水侵蚀而成。其相对高度划分为缓丘平坝( 相对高度小于2 0 米) 、浅丘( 相对高 度2 0 5 0 米) 、中丘( 相对高度5 0 1 0 0 米) 和深丘( 相对高度1 0 0 2 0 0 米) 四大类。 笳地中部丘陵连绵起伏，沟谷纵横，经长期过度垦殖，耕地类型占丘陵区面积的 4 0 5 0 ；土地利用率高，是四川省粮、油、棉、经的重要产区。 本研究选择的三台、西充县的气候和地貌特征，具有较强的代表性。 42 1 气候特征 三台县属四川盆地中亚热带湿润季风气候区( 见表2 ) ，气候温和，雨量充沛，四 季分明，春旱冬暖，夏热多雨。西充县气候属中亚热带湿润季风气候区( 见表2 ) ，具 有冬暖春早、无霜期长、日照时数少、秋多阴雨、夏多伏旱的特点。 422 地貌特征 三台县位于绵阳市南部，地处四川盆地中部偏北，全县地貌属川北红层丘陵区，海 拔高度为3 0 7 2 6 7 2 米之间，地形以平坝、丘陵、低山为主，其中平坝占3 3 7 7 ，丘 陵占4 5 8 3 ，低山占1 3 9 0 ，台地占5 0 1 ，江河水面占1 ，4 8 。 西充县地处笳地中偏北部，属嘉陵江和涪江中游之间，平均海拔3 0 0 4 0 0 米，是川 中盆地典型的丘陵区，丘峦起伏，沟谷纵横，丘坝相间，台阶分明。 43 川西南山区 山地指海拔高度大于5 0 0 米，相对高度大于2 0 0 米，起伏明显并形成山体的地面。 山地按其海拔高度和地理环境特点而划分为低山( 5 0 0 1 0 0 0 米) 、中山( 1 0 0 0 3 5 0 0 米) 、 高山( 3 5 0 0 5 0 0 0 米) 、极高山( 5 0 0 0 米) 。 本研究选择的天全县和泸定县，下面详细介绍其气候、地貌特征。 4 3 1 气候特征 天全县属四川翁地亚热带湿润气候区( 见表2 ) ，气候温和，四季分明，是全国日照 时数最少的地区之一，光能资源不充足，冬春长、夏秋短，早春寒潮频繁，秋季降温快。 泸定县地理位置位于中亚热带季风气候( 见表2 ) ，但因地处康滇横断山区边缘， 山高谷深，海拔高差极为悬殊，地势相对高差大，具有明显的垂直气候带谱递变规律。 全县境内气候特殊：垂直递变显著、水平过渡明显，干湿季节分明，自然灾害频繁，具 有冬无严寒，夏无酷暑，冬春干旱，夏秋多雨，春季升温快，秋季降温快，春季长夏季 短，干燥、多风、光、热资源充足，降水不足，时空分布不均，昼夜温差大的特点。 43 2 地貌特征 天全县在地貌分区上属龙门山区，具有西高东低，高差较大，河流纵横，强烈切割， 山地广布，丘陵坝区甚少的特点，最高点为海拔5 1 5 0 米，最低点海拔约6 0 0 米，岩石 以沉积岩为主，地表土壤多为水稻土及紫色土。 泸定县位于四川省西部、甘孜藏族自治州东南部，大渡河中游，界于邛崃山脉与横 断山脉大雪山之间。贡嘎山到大渡河谷相对高差6 4 0 0 米，是罕见的高山峡谷区。贡嘎 山大部分长年为冻雪覆盖或为裸岩地，不能生长植物。 天全县和泸定县水、热条件差，故化学风化及流水侵蚀明显减弱，人为活动也少见， 土地利用以林地为主，是我省的主要林区。 4 4 川西高原区 高原指高海拔的平坦地面，又称高平原。我省高原海拔多在4 0 0 0 米以上，仅若 尔盖、红原一带的平坦高原在3 5 0 0 米左右。我省高原地面起伏程度又分为平坦高原( 相 对高度 3 5 。的约占5 5 ，2 5 。3 5 。的约占3 5 ，2 5 。以 下约占1 0 。东部盆地有7 0 的林地集中在盆周山地海拔8 0 0 2 3 0 0 米的地带，坡度 一般都大于2 5 。由于林地坡度大，一旦森林被破坏，土壤表层和枯枝落叶层受到破 坏，极易引起水土流失。棕壤是四川木材产量最高的土壤，主要分布于川西南山地和高 山峡谷区，自然肥力高，木材产量高。 ( 4 ) 四川省牧草地分布空间变化分析 牧草地主要分布于凉山、甘孜、阿坝三州高山高原地带，约占全省7 0 以上。四川 牧草地土壤主要有两类：一是亚高山草甸土和高山草甸土，分布于海拔3 9 0 0 3 8 0 0 米的 山地或高原，处于森林线以下的无林开阔地带，土壤具有明显的草根盘结层，其下部为 腐殖层，整个土层比高山草甸土厚，淋溶和生物作用均较强烈，产草量和草质也较高山 草甸土高。二是高山草甸土，主要分布于海拔3 8 0 0 - 4 8 0 0 米地带，土壤具有融冻风化的 特点，土内多砾石碎片，土层一般厚3 0 一7 0 厘米，表层为砾石壤土，干燥无结构，下接 根系盘结具有弹性的草根层，腐殖层厚1 0 - 2 0 厘米。 ( 5 ) 四川省居民点及工矿用地和交通用地分布空间变化分析 居民点及工矿用地的7 0 集中于成都平原和盆地丘陵区，特殊用地主要是自然保 护区的军工用地，大都分布在盆周山区。交通用地主要分布在人口稠密、经济发达的成 都平原和盆地丘陵区，约占全省6 0 ，而三州交通用地较少，交通运输不便。 ( 6 ) 四川省水域、未利用土地分布的空间变化分析 相对其它地类来说，水域用地在我省分布较为均衡，没有特别稀疏和特别密集的分 异，只在笳地内部平原浅丘区较高，而川西、西南高山高原地区较低，盆周地区的水域 用地分布密度略高于全省平均水平。从二级地类的分布看，冰川及永久积雪只分布于甘 孜州、阿坝州、成都市和凉山州，湖泊水面主要分布于甘孜州、阿坝州和凉山州，山区 和高原的水工建筑面积低于平原和丘陵。 未利用土地主要分布于甘孜、阿坝两州，裸岩、裸土石砾地、陡岩等难利用土地占 全省土地总面积的7 4 ，在目前的经济和技术条件下，难于开发利用。全省宜农荒地 后备资源严重不足，据调查统计，宜农未垦土地即使全部开垦，全省人平也不过增加 o 0 2 亩左右。因此四川耕地后备资源严重不足，保护和经营好现有耕地应是当务之急。 5 2 土地利用动态变化 上个世纪9 0 年代以来，土地利用与土地覆盖变化成为国际上有关全球环境变化研 究的重点领域，科学家们从不同角度、不同尺度上，采用不同方法对l u c c 进行了深 入探讨。我国在这一领域的研究多集中在对土地资源的调查和空间分异规律上，虽然对 单一土地类型，如耕地和草地动态变化机制等也进行了一定的探索，但对土地整体的动 态变化所做的研究较少。 在收集资料的过程中，考虑到土地详查的幅员面积和2 0 0 2 年的幅员面积有一些变 化，但变化面积相对来说很小，在咨询当地国土局及调查研究以后，确定其以2 0 0 2 年 幅员面积为准，对土地详查中变化的幅员面积依据其土地利用类型，从土地详查的幅员 面积中减去。 5 2 1 土地利用数量动态变化 从面积入手，来反映区域土地利用变化，面积变化首先反映在不同类型的总量变化 上，通过分析土地利用类型的数量变化( 见表5 ，表6 ) ，可了解土地利用变化总的态势和 土地利用结构变化的相对快慢。 表5 土地利用分类面积变化表单位：h m 2 双流新津蒲江三台西充天全泸定 若尔盖黑水 耕地 1 司地 林地 牧草地 居民点驶丁矿用地 交通用地 水域 朱利用十地 l 旧员山积 - 7 2 2 9