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南水北調中線水源區土地利用/覆被變化驅動機制分析
摘要:綜合運用統計資料及1990、2000和2010年3個年份衛星遙感數據研究了南水北調中線水源區土地利用/覆被變化(LUCC)過程及驅動機制。結果表明,研究區域坡度因子、高程因子對研究區LUCC有明顯的驅動作用,高程因子是自然因素中主要的驅動因子,兩個時段在500~1 000 m高程范圍上的土地利用/覆被變化面積均較大。社會經濟因素中人口因子、經濟因子(GDP)主要影響耕地、林地和草地的變化,人口因子是建設用地變化的主要驅動因子,水域、未利用地轉化主要由經濟因子(GDP)變化引起。
關鍵詞:土地利用/覆被變化;空間格局;驅動機制;南水北調中線工程水源區
中圖分類號:F301.24 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2013)19-4634-04
土地利用格局受自然環境的限制與人類活動的干預而發生變化,開展土地利用變化研究,分析其成因機制和驅動機制,是了解人類社會與自然環境相互關系的重要途徑,也是大尺度區域生態環境現狀評價及發展趨勢分析十分有效的手段[1-6]。土地利用變化過程中自然因素是人類開發利用土地的先天條件,也是土地利用/覆被變化(LUCC)的影響因素[7]。土地利用/覆被變化對氣候等自然因素則具有反饋作用,能夠引起自然環境的改變。可以說,土地利用/覆被變化和自然因素的變化二者是相互影響、相互作用的[8]。自然因素在短期內發生的變化不夠顯著,在較長時期內才能看到其發生明顯變化和影響效應,而社會經濟因素則不同,在科技和生產力推動下短期內就會發生較大變化,具有活躍性,對其所引發的伴隨效應進行研究是比較容易進行的,因而成為土地利用/覆被變化驅動力研究的一個重要方面?偨Y眾多研究會發現,社會經濟因素是區域土地利用/覆被變化的主要驅動因素[9,10]。在許多相關研究中,對自然因素、社會經濟因素進行驅動機制分析的過程中所選取的研究重點是高程因子、坡度因子、人口因子、降水因子、經濟因子(GDP)、農林牧漁業增加值因子、土地利用政策因子[10,11]。
南水北調中線工程水源區近年來土地利用/覆被變化較大,水土流失加劇,植被涵養水源功能下降?陀^地把握研究區土地利用/覆被變化的時空特征,弄清這一過程的關鍵驅動因素及其作用方式,進而找到通過土地利用科學規劃來調整人地關系的有效途徑,是進一步保護性開發利用研究區土地資源、保護和改善水源區生態環境、促進水源區社會經濟可持續發展戰略順利實施的重要基礎[12]。對該區域LUCC驅動機制的研究,也是保證南水北調引水水質,追求引水地與供水地的人地和諧,實現南水北調工程預期效益的現實需要。
1 研究區概況
南水北調中線工程水源區(丹江口庫區及其上游)具體范圍包括丹江口水庫大壩以上的整個集水區即漢江中上游流域,包括漢江、丹江兩大流域,流域海拔范圍為13~3 566 m,研究區屬于北亞熱帶季風氣候,年平均氣溫16 ℃左右,年降水量800~1 000 mm,有落葉-常綠闊葉混交林、落葉闊葉林-黃棕壤等地帶性景觀,具有明顯的亞熱帶與暖溫帶過渡性特征[12]。研究區包括陜、鄂、豫、川、渝、甘6省(市)共計48個縣(市、區),2010年人口7 368萬,2010年國內生產總值近17 000億元,土地總面積達9.54×104 km2。
2 研究數據來源
研究數據包括: 30 m分辨率的數字高程模型(DEM);1980、1995、2000年1 km網格土地利用柵格數據;1990年中國縣級尺度統計數據矢量圖;2003年1 km網格GDP數據和人口密度數據,F行土地利用分類系統分類龐雜,為方便數據計算分析,將土地利用二級類型合并分為耕地、林地、草地、建設用地、水域用地、未利用土地6個一級類型。
3 結果與分析
研究區土地利用/覆被類型在時空變化上以林地、耕地和草地之間的相互轉變為主。耕地的變化呈現出先減少后增加的狀況;林地在1990~2000年間有較大的增加,2000~2010年略有減少。建筑用地在這兩個時段均有較大增加,增長幅度分別為24.5%、33.1%,以其他土地利用/覆被類型轉入為主。水域面積在1990~2000年有所下降,在2000~2010年又有所回升,整體上沒有太大變化。而這些發生變化的土地利用/覆被類型在空間上仍然多分布于人類活動較多的低海拔、低坡度的河谷地區。這里將從高程、坡度、人口、GDP等6個方面對研究區土地利用/覆被變化驅動機制進行討論。
3.1 高程因子
3.2 坡度因子
3.3 降水因子
降水在宏觀上影響了一個地區土地利用/覆被類型,同時對土地利用/覆被變化也有重要作用。如中國南部、東部降水多,北部、西部降水較少的降水空間分異決定了南部、東部土地利用/覆被類型主要為耕地、林地,北部、西部土地利用/覆被類型主要為牧地、戈壁荒漠的格局。研究區域降水較多(800~1 000 mm),年際降雨量差異不大,生存條件較好,農業發展條件優越,水稻種植占有一定面積。這就使得研究區河谷地帶、地勢較低的聚水區、一部分土質較好的低矮丘陵被開發成水田種植產量較高的水稻,這些地區土地利用/覆被變化就表現為夏季是種植水稻的水田,水稻收割以后則變成種植其他作物的旱地,這也是研究區農作物熟制的客觀使然。
3.4 人口因子
人是各種社會活動的主體,人類通過各種手段改變土地利用/覆被變化來滿足自身生存發展的需要,人口因子成為了影響土地利用/覆被變化中最主要的社會經濟因素,成為土地利用/覆被變化最具活力的驅動力之一[11]。這里以2000~2010年的數據為例進行人口因子分析(圖1)。
經濟發展離不開土地資源的支撐,土地資源的承載能力也制約著經濟的發展[11]。影響土地利用/覆被變化的經濟因素有多種,在研究中代表性較好的數據是國內生產總值(GDP),以2000~2010年的數據為例,將研究區2000~2010年土地利用/覆被變化空間分布圖與2003年1 km網格GDP數據進行疊加分析得到不同等級GDP土地利用/覆被變化空間分布圖(圖2)。從圖2可以看出,GDP變化為0~1萬元的區域LUCC是整個研究區域中最大的部分,主要分布在漢中市、安康市、十堰市和南陽市等地形平緩、海拔較低的區域。各GDP等級內變化最大的仍是耕地、林地、草地之間的轉變,除此之外,各個等級對其他LUCC的驅動效應又都各有其特征。具體表現在GDP變化為0~1萬元的區域中主要是水域同其他土地利用/覆被類型的轉變,轉變比例為水域-耕地1.75%,水域-林地0.50%;而此變化特征在GDP變化1 000萬~7 000萬元的區域表現更為突出,水域-耕地變化的比例達8.50%,水域-林地變化的比例達3.58%;GDP變化為110萬~1 000萬元的區域其他土地利用/覆被類型之間的轉變也主要以此2種為主;GDP變化為15萬~110萬元的區域最明顯的是林地-未利用地的變化,變化幅度為1.90%,其次是未利用地轉變為林地,變化面積占該等級總變化面積的1.67%;建設用地變化主要分布在GDP變化為15萬~110萬元的區域,在該等級內其變化狀況和幅度為耕地-建設用地1.78%,林地-建設用地0.50%,建設用地-耕地0.90%。 3.6 土地利用政策因子
土地利用政策是人為因素中對LUCC影響最大的,也是促使土地利用/覆被發生變化最為直接、明顯的因素,研究區人為規劃興建丹江口水庫,進行南水北調,使研究區水域面積短時期內大量增加。研究區是重要的糧食生產區,在守住國家耕地紅線和地方耕地紅線,保護和合理利用農用地宏觀政策之下,該區域尤其是山區在城市化中退耕還林、將其他土地劃作建設用地也是較常見的土地利用/覆被變化。地區迅速發展的實際導致城市用地總量增加,而土地利用政策要求保證耕地、林地等其他用地的總量,因此研究區就出現了一方面占用耕地、林地、草地,而另一方面又開發新的耕地、林地、草地以實現土地利用政策規劃和保護生態環境。政策是區域土地利用/覆被“既占用又開發保護”這種變化局面的主要因素。
4 結論
以遙感數據和統計數據為基礎,應用RS和GIS相關技術,對南水北調中線水源區1990~2010年的土地利用/覆被時空變化特征及其驅動機制進行了分析,可以得出以下結論:
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