内蒙古东部地区土地利用变化的空间特征

内蒙古东部地区土地利用变化的空间特征

耿山市位于蒙古国西部，属于温带半干旱地区。地势由东南向西北缓缓降低,地面起伏不大,沙地边缘为剥蚀低山、丘陵,沙区沙丘、湖泊、盆地及剥蚀高原交错分布。行政区包括赤峰市的克什克腾旗的西部地区、苏尼特左旗、苏尼特右旗、阿巴嘎旗、锡林浩特市南部地区、镶黄旗、正镶白旗、正蓝旗、多伦县的北半部,属生态环境脆弱区,是国内外开展荒漠化、全球变化、LUCC研究的较理想区域。本文将浑善达克沙地地区风沙土的分布范围与2000年的TM卫星影像图相结合,界定了研究区的范围(图1)。近年来频频发生在我国北方春季的沙尘天气与该地区生态环境恶化,人地关系严重失调相关。浑善达克沙地地面多为沙地,植被稀少,特别是春季地面回暖解冻,地表裸露,多细沙土,狂风起时沙尘弥漫,形成沙尘天气。浑善达克沙地近10年的土地利用动态变化研究,对京·津·唐地区的沙尘天气以及华北地区生态屏障的建设可提供可靠的科学依据。1土地异质性分析利用1990年和2000年接收的5号和7号陆地卫星TM图像4、3、2波段合成的标准假彩色影像数据作为本次研究的主要信息源,在ArcVeiw,Photoshop4.0、MGE图像处理软件的支持下对2期的TM影像进行图像合成,增强,纠正,图像镶嵌处理(图2)。按国家“八五”科技攻关KY—85—13项目技术总体组制定的土地利用分类系统建立的内蒙古地区各地类判读标志为标准,分6个一级土地利用类型和25个二级土地利用类型,在GIS图像处理软件ArcVeiw4.0的支持下对2期的遥感影响进行解译分析,建立1990年和2000年的空间数据库。本文采用遥感和地理信息系统方法以及数理统计方法为主要研究方法。在土地利用卫星影像的判读中引进了机助解译方法,其解译结果以矢量格式输入地理信息系统软件ARC/INFO中。进而在GIS环境下,对2期图形数据进行空间叠加分析,获得土地利用变化的动态数据,对其进行动态变化的特征分析。研究区总面积为311.55万hm2,占9个旗县(市)面积的21.19%。从各旗县(市)范围内的浑善达克沙地所占据的面积看,正蓝旗境内的浑善达克沙地面积最大,面积为79.25万hm2,占正蓝旗总土地面积的79.55%。锡林浩特市范围内的面积最小。2土地使用的动态变化分析2.1土地使用数量的变化分析2.1.1土地利用面积区域土地利用变化包括土地利用类型的面积变化、空间变化和质量变化。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。解译、分析1990年和2000年TM卫星影像,获得浑善达克沙地土地利用面积变化的数据。浑善达克沙地10年间的土地利用结构有明显的变化(表1)。工矿居住用地、未利用地、耕地面积在增加,增量分别为89.73hm2、24.17万hm2、1.445万hm2。其中,未利用地面积的增量最大,占现状面积的27.3%。工矿居住用地面积增量最小,占现状面积的4.4%。林地、牧草地、水域面积分别减少了0.14万hm2、25.01万hm2、0.47万hm2。其中,牧草地面积减少量为最大,占现状面积的11.76%,林地面积减少量最小,占现状面积的2.93%。克什克腾、锡林浩特、苏尼特左、苏尼特右、正蓝旗和多伦县境内的沙区变化不明显,正镶白旗沙区林地面积有所增加,阿巴嘎旗沙区的北部灌木林面积减少量最大,这是由灌木林变牧草地所致,面积为1299.46hm2。2.1.2土地使用坚持案例分析土地利用动态度是用来定量描述区域土地利用变化的速度、土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势。(1)土地利用类型的年变化率单一土地利用类型动态度可表述区域一定时间域内某种土地利用类型的数量变化情况,其公式为:K=Ub−UaUa×1T×100%Κ=Ub-UaUa×1Τ×100%式中Ua、Ub分别表示研究初期与研究末期某种土地利用类型的面积;T为研究时段。当T设为年时,K为研究时段内某一种土地利用类型年变化率。根据以上公式计算出了浑善达克沙地6种土地利用类型的年变化率(表2)。可见,浑善达克沙地近10年来土地利用变化速度较快,未利用土地和耕地的面积变化率最大,分别为3.76%、2.57%;工矿居住用地和耕地的面积变化率最小,分别为0.46%、0.28%。从各旗县沙区土地利用类型的变化速度来看,镶黄旗沙区林地的减少速度最快,动态值为-9.70%。锡林浩特市沙区的牧草地增加速度非常快,动态度为0.27%,而正镶白旗沙区的牧草地减少速度最大,为-4.99%。未利用地在锡林浩特市沙区有所减少外,其它地区均有增加。正镶白旗沙区增加速度最快,动态度为54.89%。除正镶白旗沙区耕地变化速度最快,其动态度为894.13%之外,各旗县境内沙区的耕地动态度均较小,近于零。(2)土地利用类型的年变化率区域综合土地利用动态度可描述区域土地利用变化的速度,公式为:LC=⎡⎣⎢⎢∑i=1n△LUij2×∑i=1nLUi⎤⎦⎥⎥×1T×100%LC=[∑i=1n△LUij2×∑i=1nLUi]×1Τ×100%式中LUi为监测起始时间第i类土地利用类型的面积;ΔLUij为监测时段第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值;T为监测时段长度。当T设为年时,LC是该研究区土地利用类型年变化率。根据上述公式算出浑善达克沙地近10年来综合土地利用变化速度。其年变化速度为0.81%。可见,各土地利用类型相互转换的综合年变化率不大。2.1.3土地利用类型的比较引入单一土地利用相对变化率来反映土地利用数量变化的区域差异。区域某一特定土地利用类型相对变化率公式为:M=∣∣Ca×(Kb−Ka)Ka×(Cb−Ca)∣∣×100%Μ=|Ca×(Κb-Κa)Κa×(Cb-Ca)|×100%式中,Ka、Kb分别表示区域(旗县市)某一特定土地利用类型研究初期及研究末期的面积;Ca、Cb分别代表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。根据公式计算了9个旗县(市)范围内浑善达克沙地土地利用相对变化率(表3)。结果显示,土地利用数量变化存在明显的区域差异。其中林地的变化以镶黄旗境内为最大,相对变化率达到34.1%;牧草地的变化以正镶白旗和苏尼特右旗沙区为最大,相对变化率为4.74%、1.36%。克什克腾旗和苏尼特左旗境内最小,其值分别为0.15%、0.13%;未利用土地以正镶白旗沙区为最大,相对变化率为14.62%,锡林浩特市沙区最小,其值为0.04%;耕地以正镶白旗沙区为最大,锡林浩特市、阿巴嘎旗、苏尼特左旗、苏尼特右旗沙区内耕地变化不明显。2.2土地使用和空间变化2.2.1土地利用类型分布利用1990年和2000年的2期TM卫星影像的空间数据,对浑善达克沙地土地利用变化类型进行分析。由表4可见,具有土地利用类型变化的土地面积为29.54万hm2,占研究区面积的9.36%。研究区12种土地利用类型存在显著变化。牧草地向未利用地的转变量最大,为25.51万hm2,占土地利用类型变化总面积的86.32%,各旗县境内均有分布。其中,正蓝旗沙区变化面积最大,其面积为2.34万hm2;其次是未利用土地转变为牧草地和牧草地转变为耕地,变化面积分别为2.15万hm2、1.43万hm2,占总变化面积的7.28%和4.85%。未利用土地转变为牧草地的变化类型主要分布在锡林浩特市境内,牧草地转变为耕地的变化类型主要分布在正镶白旗境内。水域变耕地、牧草地变林地、牧草地变工矿居住用地、未利用地变耕地、牧草地变水域的变化类型面积最小。2.2.2浑善达克沙地土地利用变化主要类型的多度土地利用变化类型的多度是指某种土地利用变化类型在区域内的个体数,占区域土地利用变化类型总数的百分比,可定量地表示土地利用变化类型在区域内的分布状况。其计算公式为:Di=Ni/N×100%式中Di为某种土地利用变化类型的多度,Ni为该种土地利用变化类型的个体数,N为该区全部土地利用类型的个体总数。根据上述公式,计算了浑善达克沙地土地利用变化主要类型的多度。结果表明,在整个研究区内牧草地变未利用地和未利用地变牧草地的变化类型分布最广,占土地利用总图斑数的4.67%和1.05%。从旗县(市)部分的分布情况来看,牧草地变未利用地的变化类型在锡林浩特市和正镶白旗的分布最广,克什克腾旗、苏尼特左旗、镶黄旗分布最少。2.2.3土地利用变化类型的重要度土地利用变化类型重要度可定量地表示土地利用变化类型对区域的重要程度,是确定土地利用变化方向的重要依据。重要度是多度与面积比的综合表示,公式为:IV=Di+Bi式中IVi为i种土地变化类型的重要度;Di为i种土地利用变化类型的多度;B为i种土地利用变化类型的面积。根据以上公式计算出了土地利用变化类型的重要度,结果发现,整个浑善达克沙地土地利用变化的主要方向为牧草地变未利用地,重要度高达12.75%,其它土地利用变化类型的重要度较低。从各旗县(市)沙区来看,正镶白旗和锡林浩特市沙区的牧草地变未利用地的重要度最高,重要值分别高达57.85%、22.47%。其次是苏尼特右旗和多伦县沙区,重要度值分别为13.62%、13.77%。克什克腾旗和镶黄旗的重要度最低,其值分别为2.09%、3.11%。从以上分析可以得知,10年间研究区内牧草地退化和沙化现象最明显,其中正镶白旗和锡林浩特市沙区的牧草地退化和沙化最明显,克什克腾旗和镶黄旗沙区的草地退化和沙化不明显。3沙地的风蚀浑善达克沙地处于干旱半干旱地区,是一个沉积巨厚第四纪湖相沉积物的沉积盆地。湖相盆地构成了丰厚的沙源。由于气候干燥少雨,风大而又多,加上缺少植被覆盖,风成为其它地貌塑造的主要营力。以丰富的沙物质为基质的疏松地表,在风的作用下发生强烈的风蚀、搬运堆积过程构成了沙地。近些年来我国干旱半干旱地区降雨量减少,故自然沙漠化过程也在加剧,这是浑善达克沙地沙漠化过程加深、加快的重要原因之一。3.1牧草地、耕地变化类型及面积变化浑善达克沙地生态环境比较脆弱,加上近些年来我国北方干旱半干旱地区降雨量减少,气候干旱加剧和部分地区盲目开垦,耕地面积的加大使浑善达克沙地生态环境进一步恶化。从近10年的耕地变化情况来看(表4),总面积变化为14478.03hm2,年变化率为2.57%。耕地的变化类型来看,牧草地变为耕地的变化最大,面积变化为14318.72hm2,占总耕地面积变化的98.9%。其中,正镶白旗部分的变化面积最大,为12060hm2,其次为克什克腾旗,变化面积为1047.08hm2。以上数据充分说明,浑善达克沙地虽然耕地面积不大,但部分地区耕地扩大速度很快,例如正镶白旗沙区的耕地增加速度最快。而且研究区内没有退耕还林还草的措施,耕地面积的增加是以大面积的牧草地开垦为代价的。这种土地利用方式显然不符合浑善达克沙地的自然环境条件。3.2牧草地变化特征牧草地是浑善达克沙地最主要的土地利用类型,面积为212.71万hm2,占总面积的67.42%,在各旗县沙区广泛分布。牧草地质量和分布面积的变化直接影响整个沙地生态环境的质量。牧草地面积减少,质量下降的最本质最直接的原因是利用过度、盲目开垦、滥垦乱伐。首先从不同土地利用类型间的转变来看,研究区牧草地减少面积远大于增加面积。牧草地变未利用地土地面积为25.51万hm2,占整个土地利用变化面积的86.32%,而未利用地变牧草地的面积为2.15万hm2,占土地利用变化面积的7.28%。说明研究区牧草地退化速度较快,沙地生态环境质量不断下降。其次从牧草地内部的变化特征看,其质量变化非常明显。研究区内的退化牧草地面积为9.26万hm2,其中高覆盖度牧草地变中覆盖度草地的变化面积最大,为7.95万hm2,占整个退化草地面积的85.86%,主要分布在阿巴嘎旗和苏右旗境内的沙地。说明以上两个旗县沙区的牧草地退化非常严重,应及时实施相应措施控制牧草地的退化,遏止沙地生态环境的进一步恶化。研究区牧草地逆转面积为0.96万hm2,远低于牧草地退化面积。意味着近10年来浑善达克沙地的牧草地退化比较严重,生态环境质量在不断下降。从各旗县沙区的逆转情况来看,苏尼特右旗沙区的牧草地逆转面积最大,克什克腾旗、锡林浩特市、阿巴嘎旗沙区没有明显变化。3.3研究区林地减少、多样性分析浑善达克沙地现有林地面积为4.78万hm2,林地覆盖率为1.51%,10年间林地面积减少了0.14万hm2。其中,阿巴嘎旗沙区的林地减少最严重,其它旗县沙区没有明显的变化。从变化类型的角度分析,阿巴嘎旗沙区的灌木林变高覆盖度草地的变化最明显,变化面积为1240.33hm2。正镶白旗沙区的林地少有增加,面积为82.99hm2。从以上数据分析可以了解到:研究区林地总量和覆盖率均非常低,且近10年来总量在不断减少。其中,阿巴嘎旗沙区的灌木林减少量最明显。因此整个浑善达克沙地的防风固沙等保护生态环境的能力在减退。3.4沙化土地现状利用分析未利用地面积扩大是土地荒漠化,生态系统严重受损而质量下降的具体表现。从近10年的土地利用变化看,未利用土地面积增加了24.17万hm2。其中,沙地的变化面积为21.81万hm2,占未利用地变化面积的90.26%;盐碱地、沼泽地等的变化相对较小。整个研究区新沙化土地面积为23.21万hm2,其中牧草地的沙化面积为21.60万hm2,占新沙化土地面积的93.08%,正镶白旗境内沙地增加面积最大,为13.56万hm2。其它旗县的沙化面积也较大,说明近年来浑善达克沙地未利用土地继续扩大是土地沙化进一步加重的结果,其中牧草地的沙化面积最大,土地利用变化的主要方向为牧草地变未利用地,重要度高达12.75%,而其它土地利用变化类型的重要度较低。4