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土地利用及景观格局变化研究

2022-08-11 来源:步旅网
第39卷第10期 2008年lO月 东北农业大学学报 39(1 o1:51-56 Oct.2008 Journal of Northeast Agncultural University 文章编号1005—9369(2008)10—0051—06 土地利用及景观格局变化研究 白 涛,王宏燕 ,王江丽 (东北农业大学资源与环境学院,哈尔滨 150030) 摘要:基于Landsat MSS和TM影像数据,应用RS、GIS软件和景观生态学方法,以拜泉县为例分析了 1979—1990年、1990~2001年两个时段土地利用及景观格局的动态变化情况。结果表明,拜泉县以农田和建设用地 为主,林地大幅度增加,各土地利用类型相互转移,从1979年到2001年,农田面积减少了15.53%,林地、水 体、草地、建设用地面积分别增加了710.71%、66.44%、13.73%和133.69%,土地利用率逐渐提高。运用分维数、 优势度指数、破碎度指数、多样性指数等景观指数分析了拜泉县景观格局变化过程,斑块数总体呈增加趋势,表 明景观整体上破碎化程度增加,这是因为人类对生态环境的干扰越来越大。 关键词:土地利用变化;景观动态变化;拜泉县 中图分类号:F301.2 文献标识码:A 土地利用/土地覆被变化是全球环境变化及 目前,景观破碎化的过程、机制和影响是研究 可持续发展研究中的核心领域之一【”。景观生态 热点 。各景观要素类型在不同阶段破碎度变化不 学方法由于在分析空间格局变化上具有独特的优 一 ,景观破碎度与区域经济发展水平、交通道路 势,已逐渐成为评价土地利用变化的重要手段。 网络、土地经营模式等有关同,并对生态安全和系 研究土地利用变化对景观过程的影响对于了解区 统稳定性产生影响。其中,斑块数量结构的变动 域生态环境变化,促进区域可持续发展具有重要 是景观破碎化的重要方面,不同大小斑块的稳定 意义[2-31。 性也不同闻。本文应用RS和GIS技术,结合景观 拜泉县是全国著名的产粮大县,于1958年荣 生态学方法,分析了拜泉县1979~1990年、1990~ 获周恩来总理签发的“社会主义农业建设先进县” 2001年两个时段的土地利用及景观格局演变,以 奖状。但随着人口急剧增长,毁林开荒愈演愈烈, 期对同一地形区域土地资源的可持续利用与管理提 地表植被遭到严重破坏,导致2O世纪70年代末 供依据。 水土流失面积占幅员面积的59.9%,森林覆盖率仅 有1.4%。1986年拜泉县在先行试点并取得成功经 1 研究方法 验的基础上,实施了水土保持型生态农业发展战 1.1研究区概况 略。经过20多年的建设,拜泉县的生态县建设成 黑龙江省拜泉县位于我国黑龙江省中西部 绩显著。治理水土流失面积1.6×10 hm ,营造人 (125。30 ~126。31 E,47。20 ~47。55 N),小兴安 工林7.48×10 hm ,成为全国第一个平原地区人工 岭余脉向松嫩平原过渡地带,总面积3 597.59 km2。 造林百万亩县,尤其重要的是构建了10 629个 地形地貌主要为低丘陵和波状高平原,地带性土壤 500 m×500 m的农田保护网格,森林覆盖率达到 为黑土和黑钙土;垦前植被为草原和森林,温带大陆 11.6%,生态效益显著改善,并于1999年被评为 性季风气候,年均温1.2℃,年均降水量488.2 mm。 全国首批生态农业建设先进县。 耕地占总土地面积的70%,农业人口占总人口的 收稿日期:2007—03—15 90%,属于黑土丘陵漫岗区典型农业县。 基金项目:黑龙江省重点科技攻关项目(GAO3B611) 1.2土地利用变化分析 作者简介:白涛(1981一),男,内蒙古人,硕士研究生,研究 方向为景观生态学。 本研究利用遥感影像获取研究区的土地覆被信 通讯作者E—mail:wanghongyan@neau.edu.ca 息。选取的资料包括拜泉县相关的文献资料;拜泉 东北农业大学学报 第39卷 县1:100 000土地利用图及1979年的Landsat MSS、 优势度指数(D)反映斑块在景观中占有的地位 及对景观格局形成的影响,计算式为: D=L/2+R/2 1990年和2001年的LandsatM(或ETM )的影像数 T据,数据选择时相为8月l1 Et的图像。数据处理 所用的软件平台有Erdas 9.0遥感图像处理分析系 统和ArcGIS地理信息系统。野外调查方法:2006 年8月份,对研究区域进行全面调查。利用GPS 式中,L一斑块k的数目/斑块总数目;尺一斑 块k的面积/斑块总面积。D值越大,该斑块在景 观中的地位就越重要。 定位,拍照、记录确定的土地覆盖类型,并与卫星 破碎度指数(c)反映斑块的破碎化程度,计算 影像图比较分析。每种景观类型最少有3个考察 点。同时考察所有的控制点,并进行了精确定位拍 照、记录。调查位置尽可能准确地标注在土地利用 图上。图像判读、分类和面积提取:运用RS和 GIS相结合的技术进行遥感影像预处理、辐射纠正 和几何纠正、图像配准;运用Erdas 9.0遥感影像 处理软件对遥感影像进行图象增强处理(主成分变 换);参照全国土地利用分类方法,将景观类型分 为农田、林地、草地、水体、建设用地(城乡工矿 居民用地)和裸地。运用监督分类和非监督分类相 结合的方法对遥感影像进行分类以及分类后面积 提取,得到1979、1990和2001年3期土地利用 图。根据地图代数原理,采用地图代数法求得由k 时期到k+l时期的土地利用变化图。据此进一步 求得反映土地利用类型相互转移定量关系的转移 矩阵。 土地利用程度的变化的研究方法:一般采用间 接指标来衡量土地利用程度,如土地利用率(已利 用土地面积/土地总面积)、土地垦殖率(耕地面积/ 土地总面积)、土地农业利用率(农业用地面积/土 地总面积)、土地建设利用率(建设用地面积/土地 总面积)和林地覆盖率等(林地面积/土地总面积)。 1.3土地利用景观动态变化分析 土地利用景观变化特征可通过一系列数量指 标来反映,本研究主要选取了斑块个数、斑块周 长、斑块平均面积、分维数、优势度指数、破碎 度指数、多样性指数等7种景观特征指数 蚓。斑 块个数、斑块周长和斑块平均面积可利用GIS软 件分析得到,它们是进行景观分析的基础数据。 分维数(FD)反映斑块形状的复杂程度,计算 式为: FD=21n(p/4)/ln(A) 式中, 某类斑块的平均周长;A一该类斑 块的平均面积;FD值的理论范围为1.0~2.0。FD 值越大,则斑块形状越复杂。 式为: ,c:∑ /∑A 式中,∑ 一某类斑块总个数;∑A 一该 类型斑块总面积。 多样性指数计算公式为: 日= Pc ×log(Pc ) i=1 式中,日一土地覆盖类型多样性指数;Pc 类型的斑块面积百分比;m一土地覆盖类型数。 值越大,表示多样性越大[11】。 本研究选取的分维数、优势度指数、破碎度 指数、多样性指数可以反映空间异质性变化的内 在特征。 2 结果与分析 2.1土地利用变化分析 从拜泉县3期土地利用数据(见表1)可以看 出,22年间,拜泉县农田面积和未利用土地面积 在不断减少,林地、城乡工矿用地水体在增加。70 年代末生态环境恶化,草地大面积减少,1986年 起拜泉县实行水土保持型农业战略,使生态环境有 了很大的改善,从而出现了草地面积先减后增的情 况。其中林地的变化最为剧烈,以20.30%的年平 均增长率不断增加,而农田面积变化最大,20年间 减少了492.84 km ,但由于旱田面积基数大,平均 年变化率仅为1.41%。林地面积增加了366.44 kmz。 这主要是由于拜泉县采取了退耕还林、还草和水土 保持的措施,大力建设农田防护林网的结果。同时 裸地面积也因此而减少。另一个值得关注的结果是 拜泉县水体面积增加了13.86 km ,年增加率为 6.04%。这可能是由于大量的植树造林起到了生物蓄 水的作用,使区域内的蓄水量明显增加。由于城市 的不断扩张,城乡工矿用地面积增加了1 80.61 km2, 年增长率为12.15%。 第l0期 白涛等:土地利用及景观格局变化研究 .53. 面积 1979年 Area 3 174.47 ~3 51.56 ~2 67.51  一一 135.10 148.09 20_86 3 597.59 Year 1979 比例(%) RatiO 踞一加 昭一趴 踞一~  1.43 昭一~∞  l_88 一~  3.75 4.12 0.58 lo0.0o 面积 1990正 Area 166.72 32.70 255.40 91.56 3O.92 3 597.59 Year 1990 比例(%) Ratio 4.63 0.91 7.10 2.55 0.86 1oo.0o 面积 2001矩 Area 418.00 76.78 315.71 70.75 34.72 3 597.59 Year 2001 比例(%) 11.62 2.13 8.78 1.97 0.96 10o.0o Ratio 1979—1990年面积变化 Area change in 1979 ̄1990 l15.16 —34_81 120-3O -56.53 1O.o6 平均年变化率(%) Change ratio per year 0.44 20.3O 4.67 8.1O 1990—2001年面积变化 -Area change in 1990-2001 338.66 251.28 44.O8 60-3l 平均年变化率(%) Change ratio per year 1.O2 13.70 12.25 2.15  ~喊 撕 2.2土地利用类型转移变化 展与人口的增多,工业化与城市化的发展,城乡工 由拜泉县1979 1990年、1990~2001年、1979~ 矿用地增加与农业产业结构的调整是农田减少的主 4  —3 l 2001年3个时段的土地利用类型转移矩阵(见表2) 要原因。 一∞ 可以得出以下结论:①各地类间都存在着相互转 2.3土地利用程度分析 移,其中1979~2001年林地、水体和农田是相对 由表3可以看出,拜泉县土地利用程度很高, 稳定的土地利用类型,向其它土地利用类型转化 高于全国平均水平的77.60%;土地垦殖率远远高 的面积只占很小的比例(<20%),其中前两者表明 于全国平均水平的14.21%,但呈快速下降趋势; 拜泉县注重生态环境保护,后者表明拜泉县是一 土地农业利用率高于全国平均水平65.88%,略呈 个农业大县,农田基数相当大,水土条件比较优 下降趋势;土地建设利用率呈快速增长趋势;林地 越;②草地、裸地均属变化较大的土地利用类型 覆盖率略低于全国平均水平的13.93%t ,呈增长 (变化率>50%),两种土地利用类型大量的向农田 趋势。其中土地垦殖率变化绝对值总和最大,表明 和城乡工矿用地转移,表明由于人口的不断增加, 研究区耕地面积近22年来减少速度非常快;其次 对裸地的开发力度加大,土地利用率不断增加,但 为林地覆盖率,这是研究时段内拜泉县实施水土保 同时草原生态环境遭到破坏;③22年间城乡工矿 持型农业战略,大力营造农田防护林的结果。 用地转移率不断下降,表明随着对生态环境保护的 2.4土地利用景观动态变化分析 日趋重视,城市扩张的不断延缓。但建设用地面积 2.4.1景观动态变化分析 一直呈上升趋势,很大一部分由裸地转化而来,但 由表4可以看出,林地斑块数、平均周长、平 建设用地在空间上仍然表现出一定的向外转移, 均面积都呈上升趋势,分别增加了603.9%、14.O%、 1979~1990年主要向农田转移,1990—2001年主要 82.9%,这主要是大力营建防护林的结果;建筑用 向林地转移,这也表明在重视农业生产的同时也加 地斑块数增加470.7%,但平均周长和平均面积分 大了生态环境保护力度;④从农田的变化来看, 别减少了27.5%和66.3%,说明拜泉县新建了大量 主要流向是林地和建设用地。因此,随着经济的发 的小型的建筑及公路;草地斑块数增加了54.0%, ・54 东北农业大学学报 第39卷 但平均周长、平均面积分别减少了8.2%、26.4%, 说明草地在被其它地类所分割,1990~2001年,草 地周长和面积有所回升,这是生态建设的结果; C周长变化不大,但平均面积减少60.4%,说明未利 用土地在被开发,土地利用率逐步提高;农田的  一 一一  一 一斑块数增加了110.0%,平均周长、平均面积分别 —A 一 一 B 一  一一 C—A B C—A B C—A B C—A B C 水体斑块平均周长和面积呈下降趋势,说明拜泉 减少了4.一 0%、60.O%, 一 主要是农田防护林网格建设 兴建了许多小型水库及鱼塘;裸地斑块数和平均 的结果。一 一 一  一 一 一 一 表2 1979—1990、1990—2001、1979—2001年拜泉县土地利用类型转移矩阵 Table 2 Land use transition matrix of Baiquan county from 1979 to 1990,1990 ot 2001 and 1979 to 2001 (%) A 86.8O 2.74 1.o5 0.18 O.29 8.94 林地 B 71.77 4.7l 4.46 O.81 0.55 17.7O Wood land 65.O2 4.86 2.84 1.O1 0.84 25.44 3.06 66.70 1.02 OI28 6.97 21.96 建设用地 Construction land 2.55 59.69 2_38 1.81 9.65 23.92 17_33 57_32 1.88 1.28 7-36 14.84 33.35 5.84 30.38 O.15 O.77 29.5l 草地 5.98 6.47 49I3O 0.87 l-31 36.07 Green land 5.76 7.49 45.71 0.57 1.27 39.19 3.12 4.05 0.87 82.75 0.37 8-38 水体 8.60 0.72 9.90 61.98 3-36 15.44 Water bodv 4.73 5.25 2.08 40.80 O.76 46-37 2.42 43.64 0.87 0.17 46.61 6-30 裸地 0.43 55.88 0‘35 O.33 26.67 16.35 Fallowing land 2.26 3 8_42 l_75 0.94 16.00 40.62 2.87 2.98 0.27 0.40 0_39 93.9O 农田 9.50 3.37 1.45 0_3O 0.46 84.74 Farilllnad l1.11 5.4 1.23 0.70 1.12 80.40 注:1.A:1979~1990年,B:1990~2001年,C:1979~2001年;2.行表示 时期的土地利用类型转化为 +l时期各种类型的面积。 Node:1.A:From 1979 to 1990,B:From 1990 to 2001,C:From 1979 to 2001;2.Data indicate transition area between two land use types from time Tto n1. 表3拜泉县1979、1990、2001年土地利用程度指标 Table 3 Indices of land use level in 1979,1990 and 2001 in Baiquan county (%) 第1O期 白涛等:土地利用及景观格局变化研究 .55. 1979 8 020 8 116 7 769 1 197 10 272 1 396 ra[cn num挚 量‘ ber 1990 48 083 42 124 6 125 236 9 342 2 o94 2001 56 451 46 316 11 961 4 075 12 097 2 931 斑块平均周长(m) 1979 334-19 594・40 399-80 671.550 821.48 6 308.620 Average patch 1990 279.53 368.92 335.34 628.450 885.40 8 198.o()o pe 。t 2001 381.06 431.16 367 376.140 877.88 6 058.250 1979 0.35 1.66 0.87 1.740 1.44 227.400 块平均面 (hm2) 1990 0.74 o.64 0.53 2.100 0.98 144.240 Average patch area 2001 0.64 0.56 0.64 0.850 0.57 91.490 1979 1.Ol 1.O3 1.02 1.050 1.11 1.010 二 13 1990 1.04 1.03 1.03 1.070 1.18 1.070 2001 1.O2 1.O2 1.O3 1.10o 1.24 1.070 1979 0.12 0.13 0.12 0.020 0.16 0.460 度 199o o-25 o_23 o.o3 0.一 002 o.o6 0.430 Dominance index 2001 0.27 0.21 0.06 0.020 0.05 0.380 1979 1.56 0.60 1.15 0.570 0.69 0.004 一rragment破碎 指警,auon index  1990 2.86 1.56 1.89 0.480 1.o2 0.006 20o1 1_35 1.79 1.56 1.180 1.75 0.010 1979 O.53 多样性指数 1990 0.63 Diversity index 200l 0.86 2.4.2空间异质性变化分析 1990年后其斑块逐渐分散开来。林地、草地的破 从表2可以看出,裸地、水体的分维数最大, 碎度指数先增后减,表明1990年以后其斑块逐渐 表明它们形状比较复杂,受人类的干扰比较少,其 整合成空间聚集状态。1979~2001年拜泉县斑块多 次为农田和草地,林地大多为农田防护林网,它和 样性指数增加了0.33。 建筑用地的形状比较均匀。1979~1990年,林地、 草地、水体、裸地、农田分维数增大,表明它们的 3结论与讨论 斑块形状呈现复杂化趋势,建筑用地分维数不变, a.本文借助黑龙江省拜泉县1979年MSS影 其斑块形状没有变化。1990~2001年林地、建筑用 像、1990和2001年2期LandsatMT(ETM )影像数 地分维数减小,表明斑块形状逐渐均匀,水体、裸 据,得出3个时段土地利用结构,依据3个时段土 地分维数增大,表明它们的斑块形状日趋复杂。 地利用数据和景观数据,分析拜泉县土地利用变化 1979年,优势度指数依次为农田>裸地>建筑用地> 情况和景观格局动态变化情况。运用分维数、优势 林地>草地>水体;1990年依次为农田>林地>建筑 度指数、破碎度指数、多样性指数反映空间异质性 用地>裸地>草地>水体;2001年依此为农田>林地> 变化的内在特征。拜泉县土地利用类型变化的驱动 建筑用地>草地>裸地>水体。可见农田的优势度虽 力主要是拜泉县近2O年来的水土保持型生态农业 然在减小,但农田的主导地位没有改变;裸地被大 建设,而其中关键点是拜泉县区域复合农林生态系 量地开发利用,优势度大幅度下降;2001年草地 统的构建,使区域生态系统功能得到完善。 的优势度提高,这是生态建设的成就。就破碎度指 b.22年间,拜泉县农田比重减少了13.7%, 数而言,农田、建筑用地增加较多,破碎化程度变 林地和草地的比重分别增加了10.19%和0.25%, 化快,水体、裸地破碎度先减小后增加,表明 政府一方面采取“退耕还林、退耕还草”的措施,另 【 【 【 【 l 1J・2 】 3 】 4 】  56・ 东北农业大学学报 第39卷 一方面大力建设农田防护林,既促进了生态平衡又 应用生态学报,2005,l6(7):1366—1369. Zhang L,Wu J,Zhen Y,et a1.A GIS-based gradient analysis of 有效地保护了农田。水体有了一定程度增加,农田 防护林的网格化增加了生物蓄水功能,这可能是造 urban landscape pattern of Shanghai metropolitan area,China【J/. Landsc Urban Plan,2004,69:1—6. 成该地区水体面积增加的关键因素之一。 c.斑块数总体呈增加趋势,表明景观整体上破 碎化程度增加,这是由于人类对生态环境的干扰越 来越大。拜泉是以农业为主的大县,农田始终占主 曾辉,江子瀛.深圳市龙华地区快速城市化过程中的景观结构 研究.农业用地结构及异质性分析【J].北京大学学报:自然科 学版,2000,36(2):221—230. 导地位,裸地被不断开发利用,优势度明显下降; 林、草地的优势度呈不断上升的趋势。 [参考文献] 李伟峰,欧阳志云,王如松,等.城市生态系统景观格局特征及 形成机制【JJ_生态学杂志,2005,24(4):428—432. 钱乐祥,李爽,李红伟,等.伊洛河流域森林景观要素斑块特征 分析一以河南省洛宁县为例l J1.中国农业生态学报,2003,l 1(3): 22—24. Mertens B,Lambin E.Land-cover change trajectories in southern 【 【 [ [ 【 【王思远,张增祥,周全斌,等.中国土地利用格局及其影响因子 分析fJ1.生态学报,2003,23(4):649—656. _  【 [ Cameroon【J/.Annals of Association of American Geographers, 9 5 6 7 8 】 】 ] 1 】 m _“ J u __ 2000,90(3):467-494. 臧淑英,黄樨,郑树峰.资源型城市土地利用变化的景观过程响 应一以黑龙江省大庆市为例明.生态学报,2005,25 1699-1706. Chert Liding,Wang Jun,Fu Bojie,et a1.Land-use changes in a small catchments of northern Loess Plateau,China『J].A c Ecosyt Environ,2001,86:163-172. 李宏,邓良基,吴金涛.成都平原县域景观格局时空变异与驱动 因子分析一以成都市双流县为例叨.资源科学,2005,27(2):147— 153. 张镱锂,阎建忠,刘林山,等.青藏公路对区域土地利用和景观 格局的影响一以格尔木至唐古拉山段为例【Jj.地理学报, 2002,57(3):253-266. Yu X S,Gao H Z.Study on land use/cover change in urban and its edges—a case study of Linyi city/J/.Areal Res Dev,2003,22 (2):47-5l_ 孙亚杰,王清旭,陆兆华.城市化对北京市景观格局的影响『J]. Changes of land use and landscape patterns BAI Tao,WANG Hongyan,WANG Jiangli (Resources and Environmental Sciences College,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China) Abstract:Based on Landsat MSS and TM images,dynamic changes of the land use and the landscape between 1979——1990 and 1990-2001 were analyzed by applying RS and GIS softwares and the method of land—— scape pattern.The results indicated that the land use types transfered from one to another,between 1979—2001, the farm land area reduced 15.53%,the areas of wood land,water body,grass and construction land were relatively increased 710.71%,66.44%,13.73%,133.69%,land use ratio gradually increased.The process of the landscape change of Baiquan county were analyzed by applying fractal dimension,dominance index,fragmenta- tion index and diversity index.The patch number trend was increasing,which indicated that the fragmentation degree of landscape was increased due to the disturb from human action to the eco—environment. Key words:land use change;landscape dynamic change;Baiquan county 

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