28卷第3期2006年5月
文章编号:1007-7588(2006) 03-0052-07
资 源 科 学RESOURCES SCIENCE Vol. 28, No. 3May, 2006
内蒙古森林草原交错带土地利用变化的
区域差异特征分析
张 峰, 王 桥, 王文杰, 申文明, 罗海江, 刘晓曼
(中国环境监测总站, 北京 100029)
摘 要:本文基于20世纪80年代中后期和2000年两期共10景Landsat TM P E TM +影像, 通过解译, 生成土地利用图, 对内蒙古森林草原交错带各旗市的近15年土地利用变化进行了分析。对比结果表明:土地利用结构变化表现出耕地明显增加, 草地和林地呈减少趋势, 反映出研究区开垦和砍伐现象严重; 土地利用变化的区域差异明显, 林地转为草地主要在新巴尔虎左旗, 草地转化为耕地主要发生在鄂温克自治区, 在生态环境保护和管理上要区别对待; 土地利用变化导致研究区内景观破碎度增加, 内部生境更容易遭受外部的侵袭干扰; 生境质量下降。两期土地利用变化结果总体上以耕地增加, 各种土地类型流向耕地为主, 土地利用变化的主要趋动力为人口总数的增加。 关键词:森林草原交错带; 土地利用变化; 区域差异; 生态环境效应
1 引言
土地利用P 土地覆盖变化研究是当前国际全球
[1]
变化研究计划中的重要组成部分。越来越多的研究表明, 土地利用变化在空间上存在很大分异性, 驱动力主要取决于经济、技术、社会及政治的变化。土地利用变化研究有很强的区域性, 区域不同, 变化特征和驱动因子也不相同, 其生态现状和生态环境效应等问题也有所不同, 因此仍需针对具体的研究区域分别进行研究。内蒙古自治区呼伦贝尔盟境内的森林草原交错带, 在我国北方中温带农牧交错带的东端, 是典型的生态脆弱区域, 己成为全球变化研究的重点、热点区域。区内各种生态系统的有机结合构筑了我国东北地区的重要生态屏障, 是内蒙古确保北京和/三北0地区免受风沙侵袭的安全线。本文利用遥感信息, 结合地理信息系统技术, 通过对其各旗市近15年土地利用变化动态监测, 反映各旗市土地利用变化的数量、空间格局及变化趋势, 探讨土地利用变化的驱动机制和生态环境效应, 以期为该地区土地管理决策、生态环境保护, 以及土地资源的可持续发展的进一步研究奠定基础。
[2~10]
牙克石市、额尔古纳右旗、鄂温克自治区、新巴尔虎左旗、陈巴尔虎旗6个市P 旗, 面积约11166@10km , 具体范围见图1(阴影部分) 。研究区由大兴安岭山地, 呼伦贝尔高原组成, 自然条件区域差异明显。区内的典型景观类型包括荒漠化草原、典型草原、森林草原和森林等。该区属温带半湿润和半干旱气候, 年均温-3e ~0e , 年降水量在240mm~400mm 之间, 集中于7月~8月。212 基础数据
本文采用数据包括遥感数据、
社会经济统计数
4
2
2 研究区与数据
211 研究区概况
研究范围包括内蒙古呼伦贝尔盟的海拉尔市、
图1 研究区范围
Fig 11 Location of the s tudy area
收稿日期:2005-09-20; 修订日期:2005-11-02
基金项目:国家科技部/十#五0科技攻关项目(编号:2003BA614A -06-04) ; 国防科工委项目(编号:科工技[2004]186) ; 国家/十五0863计划项目(编号:2003AA131060) 。
作者简介:张峰(1976~) , 男(满族) , 辽宁北镇人, 博士, 工程师, 主要研究领域为生态环境遥感应用。E -mail :z hang -fengs@163. com
28卷第3期张 峰等:内蒙古森林草原交错带土地利用变化的区域差异特征分析
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据等。遥感数据主要是10景美国LandSat TM P E TM +数据, 轨道号分别为:122P 26、122P 27、123P 25、123P 26、123P 27, 时相分别为1986年、1987年和2000年。遥感影像经过几何较正和影像镶嵌, 采用监督自动分类和目视解译相结合的办法, 进行土地利用P 土地覆盖分类, 生成19世纪80年代中后期和2000年土地利用数据。土地利用数据共分为6个大类, 包括耕地、草地、林地、水域、建设用地和未利用地6个大类和25个小类。经验证, 本次土地利用分类大类的分类精度约为92192%, 可以满足本次研究的需要。社会经济统计数据包括1986年至2000年的年未总人口等数据项
[12]
[11]
3 土地利用格局与土地利用变化总趋势
311 土地利用格局
图2为研究区20世纪80年中后期和2000年两期土地利用状况, 土地利用划分为耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地以及未利用地等6类。从图中可以看出, 研究区内林地、草地和耕地的空间分布特征非常明显, 由东到西依次为林地区、耕地区和草地区。林地主要分布在牙克石市和额尔古纳右旗及鄂温克自治区等部分地区, 草地主要分布在陈巴尔虎旗和新巴尔虎旗, 耕地总体上占的比例较小, 主
要集中在林地和草地过渡地区。
。
图2 呼伦贝尔盟森林草地交错带土地利用类型
Fig 12 Lan d -u se pat tern of hulu nbei re in (a) later 1980. s, (b) 2000
312 土地利用变化总趋势
通过对20世纪80年代中后期和2000年土地利用图的空间分布叠加分析, 得出研究区的土地利用变化的空间分布情况, 具体见图3。从图中可以看出, 土地利用变化主要发生在森林和草原过渡地区, 而相对的林地区和草地区较少。
31211 土地利用变化转移矩阵 为便于两期土地利用变化信息的提取, 将土地利用数据的矢量格式转换为分辨率为30m 的栅格格式。在此基础上, 将两期数据进行空间叠加运算, 求出近15年的土地利用变化转移矩阵, 具体的方法是:根据地图代数原理, A k 和k 1, 采用下
式的地图代数方法:
k k +1
C ij =A ij @10+A ij (土地利用类型
[13]
54
资 源 科 学28卷第3期
31212 土地利用变化总体特征(1) 区域土地利用变化的核心类型为耕地和草地的变化。近15年来, 森林草原交错带的土地变化类型主要有15种类型(图4) 。根据其变化的面积的大小, 主要为草地转化为耕地、林地转为草地、耕地转为草地, 以及草地转为未利用地、林地转为耕地等, 这6种转换类型占全区域土地利用变化的9515%, 所以耕地和草地变化是呼伦贝尔盟森林草原交错带土地利用变化的核心, 因而也是分析该地区土地利用变化驱动机制的突破口。
(2) 耕地面积明显增加, 草地、林地面积减少。耕地明显增加(图5) 。近15年期间, 新增耕地14157@4242
10hm , 减少1141@10hm , 净增加
图3 研究区土地利用变化空间分布
Fig 13 The sp atial dis trib ution of land -use chan ge form later
1980. s to 2000in the s tud y area
13116@10hm 。增加的来源是草地、林地、未利用地和水域。反映出森林
草原交错带近年来扩大耕地面积的直
接结果。草地、林地减少明显(图5) 。15年期间, 草地减少15100@10hm , 增加5110@10hm , 净减少9190@10hm , 减少主要是转化为耕地, 反映了监测
4
2
4
2
4
2
42
表1 研究区80年代中后期土地利用类型转向2000年情况
Ta ble 1 Trans itio n matrix o f land -use in hulunbeire city
(land -use in la ter 1980. s to 2000)
1985耕地林地草地水域建设用地未利用地
2000
耕地971182
林地01002
草地2172411132
水域[**************]
建设用地[***********][1**********]0
未利用地[***********][1**********]57
区近年来开荒的情况。林地减少4105@10hm , 增
4242
加了0127@10hm , 净减少3179@10hm , 减少的林地主要转化为草地, 反映了森林的砍伐情况。
42
[***********][1**********]84
[***********]00001000
4 土地利用变化区域差异分析
研究区内共包括6个旗P 市, 自然地理条件不同, 土地利用变化类型也存很大的差异性。本文采
用各种土地利用变化类型在研究区和旗P 市内占的比例和相对变化率, 反映各种土地利用类型变化的空间分异情况。具体计算方法如下:
某种土地利用变化类型占本旗P 市土地利用总变化的比例:
|K bi -K a i |
AP a i =(1)
E |K bi -K a i |
i =1
[***********]604
0100001055
表2 森林草原交错带2000年土地利用类型来自
80年代中后期情况
Ta ble 2 Trans itio n matrix o f land -use in hulunbeire city
(la nd -use in 2000fro m la ter 1980. s)
2000耕地林地草地水域建设用地1985
耕地761936
林地01815
草地[**************]02
水域[**************]
建设用地[***********]00951439未利用地[***********]1001000
[***********][***********][***********]28101000 某种土地利用变化类型占研究区该种土地利用
总变化的比例:
|K bi -K ai |
BP ai =(2)
|C bi -C ai | 某种土地利用变化类型的相对变化程度:
|K bi -K ai |
CP ai =
a i
(3)
28卷第3期张 峰等:内蒙古森林草原交错带土地利用变化的区域差异特征分析
表3 土地利用变化区域差异分析
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T able 3 Analy sis for la nd -u se ty pe chang e of each regio n in hulunbeire
(%)
变化
旗P 市
类型
占本县市比例
耕地转
占全区域比例
草地
相对变化率占本县市比例
林地转
占全区域比例
耕地
[***********][***********][1**********]
[***********][***********][1**********]02
[***********][***********][1**********]
[***********][***********][1**********]3
[***********][***********][1**********]01
[***********][***********][1**********]
11572122
01317105
01234170
21260100
71541118
71763179
4119
2140
2113
16151
30182
43194
尔市12151
石市1127
纳右旗1113
自治区3109
左旗9106
虎旗15137
海拉
牙克
额尔古
鄂温克
新巴尔虎
陈巴尔
图4 森林草原交错带土地利用变化的
主要类型面积统计
Fi g 14 The maior forms of land -use chan ge i n s tu dy
area from las ter 1980. s to 200
林地转草地
相对变化率占本县市比例占全区域比例相对变化率占本县市比例
草地转
占全区域比例
耕地
相对变化率占本县市比例
草地转
占全区域比例
林地
相对变化率
横向比较, 全面地反映各类型土地利用变化的综合情况。表3为主要的5种土地利用变化类型统计计算结果, 具体分析如下:
(1) 各旗P 市内部土地利用变化特征。呼伦贝尔盟的海拉尔市土地利用变化主要是草地转化为耕地, 其次为耕地变为草地, 还有耕地、草地、未利用地等转化为建设用地。牙克石市土地变化类主要以草地转化为耕地为主; 其次为林地转化为草地, 以及林地转化为耕地。额尔古纳右旗的土地利用变化中, 主要以草地转化为耕地为主, 其次为林地转化为耕地, 还有耕地变化草地。鄂温克自治区土地利用变化中, 主要以草地转耕地为主, 其次为林地转化草地, 还有耕地转化为草地。新巴尔虎左旗土地利用变化, 主要以林地转为草地为主, 其次是草地转化为耕地, 还有未利用地转化为草地和草地转化为未利用。陈巴尔虎旗土地利用变化中, 主要以草地转化为耕地, 其次为耕地转化为草地、林地转化为耕地和林地转化草地。土地利用变化的区域差异反映了不同地区由于自然环境的不同, 人们开发利用土地的方式存在很大的变化, 也要求我们在生态环境管理和恢复中要分别对待。
(2) 研究区内土地利用变化类型的旗P 市分布图5 1985至2000年土地利研究区土地利用类型变化
Fig 15 Lan d -u se changes b etween la ter 1980. s and 2000in stud y area
式中:AP a i 为某一土地利用变化类型占总旗P 市内总土地利用变化的比例; BP ai 为某一土地利用变化类型占研究区该土地利用变化的比例; CP ai 为某一土地利用变化类型的相对变化率; K a i 、K bi 分别为某一旗P 市内特定土地利用类型研究期初和研究期末的面积。C ai 、C bi 分别为研究内特定土地利用类型研究期初和研究期末的面积。
针对每一种土地利用变化类型进行分析, 更能突出其变化的特点, 反映区域的生态问题。AP ai 主要反映旗P 市内土地利用转化的特点; BP ai 可以反映研究区内主要土地利用变化类型的旗P 市分布情况; CP ai 主要比较研究区内各旗P 市各种土地变化类型的强度。AP ai 、BP a i 、C P a i 3个比例不但可以对旗P 市内部各土地利用变化类型进行纵向分析, 也可以就某一土地利用变化类型在研究区内各旗P 市间进行
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资 源 科 学28卷第3期
旗, 其次是新巴虎左旗和鄂温克自治区。林地转为耕地主要在牙克石市, 其次为陈巴尔虎旗和额尔古纳右旗。林地转为草地主要在新巴尔虎左旗, 其次为牙克石市和鄂温克自治区。草地转化为耕地主要发生在鄂温克自治区、其次为陈巴尔虎旗和额尔古纳右旗。草地转林地主要在鄂温克自治区。
(3) 各旗P 市土地利用变化率对比分析。从耕地转化为草地上来看, 新巴尔虎左旗和陈巴尔虎旗变化较大, 其变化面积占耕地面积的比例较大, 牙克石市和额尔古纳右旗变化很小。在林地转耕地方面, 海拉尔市变化较大, 鄂温克自治区变化最小。林地转草地方面, 海拉尔市变化大, 新巴尔虎左旗变化较大, 额尔古纳右旗变化最小。草地转耕地方面, 鄂温克自治区相对变化面积最大, 其次为额尔古纳右旗和海拉尔市, 新巴尔虎左旗最小。草地转林地方面, 各旗P 市相对变化较小, 都小于011%。
从草地转化而来, 意味着土地荒漠化加剧, 草地退化加重, 载畜能力下降, 生态环境遭到严重破坏。城镇
用地的增加主要从耕地和草地而来, 反映了城镇进城化加剧和生态环境恶化的趋势。总体而言, 林地和草地是内蒙古森林草原交错带的主体植被, 其面积的增加与减少是导致各旗P 市生态环境改善和恶化程度差异的主要原因。人类采用不合理的土地利用开发必然引起生态环境质量的下降, 而生态环境的恶化又制约着经济的进一步发展。
本文两期土地利用变化结果总体上以耕地增加, 各种土地类型流向耕地为主, 因此驱动力分析主要针对这种变化。耕地是最基本的自然资源, 保持一定数量的耕地面积是人类赖以生存的基本条件。耕地的动态变化与社会经济发展、人口增长、农业结构调整等有密切关系
[14, 15]
。人是生产者, 同时也是
5 土地利用变化生态环境效应与驱动
力分析
土地利用变化不仅改变了自然景观面貌, 而且影响景观中的物质循环和能量分配, 从而影响生态环境质量。森林草原交错带的土地利用变化造成了景观的破碎程度增加。80年代中后期至2000年, 斑块数由19810个增加到21965个, 增加了2155个(占10%) ; 斑块平均面积由481115hm 减小到433194hm , 减小了47120hm , 减小了918%, 斑块边缘长度由约22142@10km 增加到约23141@10km, 增加了99131517km(占412%) 。监测区内平均斑块面积的减少, 景观的破碎程度增加, 景观内部生境更易遭受外部的侵袭干扰, 降低了内部生物的抵抗灾害的能力, 生态环境更易遭到破坏。另外由于斑块周长的增加, 相邻的生态系统边缘隔离程度加剧, 其暴露在其他生态系统中的边缘比例增加, 不同生态系统之间产生边缘效应更加显著。如草地边缘的植物、动物和微生物等会沿着草地边缘-草地内部的梯度发生不同程度的变化, 使草原从内向外产生生态环境梯度, 原有的生境质量下降。
土地利用结构变化表现出耕地明显增加, 草地和林地呈减少趋势, 这也是区域生态环境变化的主要原因。各旗P 市耕地面积的增加, 主要是从草地和林地转化而来, 这就导致了天然植被的减少, 生态环境的自我保护和恢复能力的减弱, 土地更易产生水4
4
2
2
2
消费者, 占有一定的生存空间, 人口增多, 增加对土
地的压力, 而且人口的生活质量提高必然导致土地输出压力加大。1986年至2000年, 研究区年未总人
44
口从8017@10人增加到96115@10人, 增加了19114%, 平均年递增1127%。同期耕地增加23%, 草地减少2188%, 林地减少1134%, 总体上显示出各种土地利用类型流向耕地的趋势, 揭示了人口增长与耕地之间增加的关系。因此总人口增长是土地利用变化的主要驱动因子。说明监测区内急剧的人口增长及其相应的粮食需求造成其垦殖活动的不断扩大, 结果以牺牲草地, 林地等自然资源为代价来换取耕地的增加。
综上所述, 内蒙古森林草原交错地带应以加强天然草场建设为主, 禁止开荒, 毁林草和超载放牧, 加强植被保护, 恢复生态功能和水源涵养能力。因此, 人们在充分利用土地资源时, 必须考虑其生态环境效应, 注重生态环境保护。
6 结论与讨论
(1) 基于两期土地利用数据, 通过对比、统计分析方法, 计算了各种土地利用类型变化的面积、比例, 以及统计了各种土地利用变化类型占旗P 市内变化、研究区该土地类型变化的比例, 和计算了变化类型的相对变化率, 反映了近15年呼盟森林草原交错带内的土地利用数据和空间上的变化特征, 可为区域管理和开发, 生态环境保护等决策提供支持服务。
(2) 土地利用变化的区域差异明显, 研究区内耕地转为草地主要发生在陈巴尔虎旗; 林地转为耕地;
旗; 草地转化为耕地主要发生在鄂温克自治区; 草地转林地主要在鄂温克自治区。
(3) 近15年呼盟森林草原交错带土地利用类型斑块数据和边缘总长度增加, 研究区内景观的破碎程度增加; 土地利用结构变化表现出耕地明显增加, 草地和林地呈减少趋势, 反映出研究区开垦和砍伐现象严重。
(4)土地利用变化导致研究区内景观破碎度增加, 内部生境更容易遭受外部的侵袭干扰; 边缘效应增加, 使草地从内向外产生生态环境梯度, 生境质量下降。耕地、未利用地和建设用地的增加, 以草地和林地的减少为代价, 从而使天然植被减少, 草地退化加重、生态环境的自我保护和恢复能力减弱, 更易遭到破坏。
(5) 两期土地利用变化结果总体上以耕地增加, 各种土地类型流向耕地为主, 土地利用变化的主要趋动力为人口总数的增加。人们在充分利用土地资源时, 必须考虑其生态环境效应, 注重生态环境保护。
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(Ch ina Nationa l En viron me nta l Mon ito rin g Cen tre , Bei j in g 100029, Ch ina )
Abstract :Land -use P land cover change is an important research field world wide. In this study the
vulnerable ecological area of Hulunbeir was selected as study area and land -use change was analyzed with the transformation matrix and spatial ditribution of 9important land -use change forms during the periods of late 1980. s to 2000based on Landsat TM P ETM +imagine of Hulunbeir ecotone between forest and grass. The result shows that great changes have taken place in land -use in study area in fifteen years. The increase of cultivated land is one of the most important changes, which was mainly transformed from grassland, forestland. The grassland and forestland tend to decrease. Differences of land use changes among regions are evident. The change from forestlands to grassland mainly occurred in Xinbarehu city. And the change from grassland to cultivated land mainly happened in Ewenke city. The number of patches and the total length of patch edges tend to increase, which shows that the landscape fragmentation was strengthened. These changes reflect the deterioration of eco -environment. In addition, cultivated land 、idle land and land for construction increased with the cost of decrease of grassland land and forest land and general vegetation cover decease. The ability of sel-f recovery of eco -environment has been weakening.
Based on the remote sensing monitor result and the social statis tic, it is found that the rapid growth of population and the economic development are the main driving forces of land -use change in study area during the past 15years. Furthermore, macro -policies on land exploitation and ecological protection are also important human driving forces of land use change.
Key words :Ecotone between forest and grass; Land use change; Eco -environment
28卷第3期2006年5月
文章编号:1007-7588(2006) 03-0052-07
资 源 科 学RESOURCES SCIENCE Vol. 28, No. 3May, 2006
内蒙古森林草原交错带土地利用变化的
区域差异特征分析
张 峰, 王 桥, 王文杰, 申文明, 罗海江, 刘晓曼
(中国环境监测总站, 北京 100029)
摘 要:本文基于20世纪80年代中后期和2000年两期共10景Landsat TM P E TM +影像, 通过解译, 生成土地利用图, 对内蒙古森林草原交错带各旗市的近15年土地利用变化进行了分析。对比结果表明:土地利用结构变化表现出耕地明显增加, 草地和林地呈减少趋势, 反映出研究区开垦和砍伐现象严重; 土地利用变化的区域差异明显, 林地转为草地主要在新巴尔虎左旗, 草地转化为耕地主要发生在鄂温克自治区, 在生态环境保护和管理上要区别对待; 土地利用变化导致研究区内景观破碎度增加, 内部生境更容易遭受外部的侵袭干扰; 生境质量下降。两期土地利用变化结果总体上以耕地增加, 各种土地类型流向耕地为主, 土地利用变化的主要趋动力为人口总数的增加。 关键词:森林草原交错带; 土地利用变化; 区域差异; 生态环境效应
1 引言
土地利用P 土地覆盖变化研究是当前国际全球
[1]
变化研究计划中的重要组成部分。越来越多的研究表明, 土地利用变化在空间上存在很大分异性, 驱动力主要取决于经济、技术、社会及政治的变化。土地利用变化研究有很强的区域性, 区域不同, 变化特征和驱动因子也不相同, 其生态现状和生态环境效应等问题也有所不同, 因此仍需针对具体的研究区域分别进行研究。内蒙古自治区呼伦贝尔盟境内的森林草原交错带, 在我国北方中温带农牧交错带的东端, 是典型的生态脆弱区域, 己成为全球变化研究的重点、热点区域。区内各种生态系统的有机结合构筑了我国东北地区的重要生态屏障, 是内蒙古确保北京和/三北0地区免受风沙侵袭的安全线。本文利用遥感信息, 结合地理信息系统技术, 通过对其各旗市近15年土地利用变化动态监测, 反映各旗市土地利用变化的数量、空间格局及变化趋势, 探讨土地利用变化的驱动机制和生态环境效应, 以期为该地区土地管理决策、生态环境保护, 以及土地资源的可持续发展的进一步研究奠定基础。
[2~10]
牙克石市、额尔古纳右旗、鄂温克自治区、新巴尔虎左旗、陈巴尔虎旗6个市P 旗, 面积约11166@10km , 具体范围见图1(阴影部分) 。研究区由大兴安岭山地, 呼伦贝尔高原组成, 自然条件区域差异明显。区内的典型景观类型包括荒漠化草原、典型草原、森林草原和森林等。该区属温带半湿润和半干旱气候, 年均温-3e ~0e , 年降水量在240mm~400mm 之间, 集中于7月~8月。212 基础数据
本文采用数据包括遥感数据、
社会经济统计数
4
2
2 研究区与数据
211 研究区概况
研究范围包括内蒙古呼伦贝尔盟的海拉尔市、
图1 研究区范围
Fig 11 Location of the s tudy area
收稿日期:2005-09-20; 修订日期:2005-11-02
基金项目:国家科技部/十#五0科技攻关项目(编号:2003BA614A -06-04) ; 国防科工委项目(编号:科工技[2004]186) ; 国家/十五0863计划项目(编号:2003AA131060) 。
作者简介:张峰(1976~) , 男(满族) , 辽宁北镇人, 博士, 工程师, 主要研究领域为生态环境遥感应用。E -mail :z hang -fengs@163. com
28卷第3期张 峰等:内蒙古森林草原交错带土地利用变化的区域差异特征分析
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据等。遥感数据主要是10景美国LandSat TM P E TM +数据, 轨道号分别为:122P 26、122P 27、123P 25、123P 26、123P 27, 时相分别为1986年、1987年和2000年。遥感影像经过几何较正和影像镶嵌, 采用监督自动分类和目视解译相结合的办法, 进行土地利用P 土地覆盖分类, 生成19世纪80年代中后期和2000年土地利用数据。土地利用数据共分为6个大类, 包括耕地、草地、林地、水域、建设用地和未利用地6个大类和25个小类。经验证, 本次土地利用分类大类的分类精度约为92192%, 可以满足本次研究的需要。社会经济统计数据包括1986年至2000年的年未总人口等数据项
[12]
[11]
3 土地利用格局与土地利用变化总趋势
311 土地利用格局
图2为研究区20世纪80年中后期和2000年两期土地利用状况, 土地利用划分为耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地以及未利用地等6类。从图中可以看出, 研究区内林地、草地和耕地的空间分布特征非常明显, 由东到西依次为林地区、耕地区和草地区。林地主要分布在牙克石市和额尔古纳右旗及鄂温克自治区等部分地区, 草地主要分布在陈巴尔虎旗和新巴尔虎旗, 耕地总体上占的比例较小, 主
要集中在林地和草地过渡地区。
。
图2 呼伦贝尔盟森林草地交错带土地利用类型
Fig 12 Lan d -u se pat tern of hulu nbei re in (a) later 1980. s, (b) 2000
312 土地利用变化总趋势
通过对20世纪80年代中后期和2000年土地利用图的空间分布叠加分析, 得出研究区的土地利用变化的空间分布情况, 具体见图3。从图中可以看出, 土地利用变化主要发生在森林和草原过渡地区, 而相对的林地区和草地区较少。
31211 土地利用变化转移矩阵 为便于两期土地利用变化信息的提取, 将土地利用数据的矢量格式转换为分辨率为30m 的栅格格式。在此基础上, 将两期数据进行空间叠加运算, 求出近15年的土地利用变化转移矩阵, 具体的方法是:根据地图代数原理, A k 和k 1, 采用下
式的地图代数方法:
k k +1
C ij =A ij @10+A ij (土地利用类型
[13]
54
资 源 科 学28卷第3期
31212 土地利用变化总体特征(1) 区域土地利用变化的核心类型为耕地和草地的变化。近15年来, 森林草原交错带的土地变化类型主要有15种类型(图4) 。根据其变化的面积的大小, 主要为草地转化为耕地、林地转为草地、耕地转为草地, 以及草地转为未利用地、林地转为耕地等, 这6种转换类型占全区域土地利用变化的9515%, 所以耕地和草地变化是呼伦贝尔盟森林草原交错带土地利用变化的核心, 因而也是分析该地区土地利用变化驱动机制的突破口。
(2) 耕地面积明显增加, 草地、林地面积减少。耕地明显增加(图5) 。近15年期间, 新增耕地14157@4242
10hm , 减少1141@10hm , 净增加
图3 研究区土地利用变化空间分布
Fig 13 The sp atial dis trib ution of land -use chan ge form later
1980. s to 2000in the s tud y area
13116@10hm 。增加的来源是草地、林地、未利用地和水域。反映出森林
草原交错带近年来扩大耕地面积的直
接结果。草地、林地减少明显(图5) 。15年期间, 草地减少15100@10hm , 增加5110@10hm , 净减少9190@10hm , 减少主要是转化为耕地, 反映了监测
4
2
4
2
4
2
42
表1 研究区80年代中后期土地利用类型转向2000年情况
Ta ble 1 Trans itio n matrix o f land -use in hulunbeire city
(land -use in la ter 1980. s to 2000)
1985耕地林地草地水域建设用地未利用地
2000
耕地971182
林地01002
草地2172411132
水域[**************]
建设用地[***********][1**********]0
未利用地[***********][1**********]57
区近年来开荒的情况。林地减少4105@10hm , 增
4242
加了0127@10hm , 净减少3179@10hm , 减少的林地主要转化为草地, 反映了森林的砍伐情况。
42
[***********][1**********]84
[***********]00001000
4 土地利用变化区域差异分析
研究区内共包括6个旗P 市, 自然地理条件不同, 土地利用变化类型也存很大的差异性。本文采
用各种土地利用变化类型在研究区和旗P 市内占的比例和相对变化率, 反映各种土地利用类型变化的空间分异情况。具体计算方法如下:
某种土地利用变化类型占本旗P 市土地利用总变化的比例:
|K bi -K a i |
AP a i =(1)
E |K bi -K a i |
i =1
[***********]604
0100001055
表2 森林草原交错带2000年土地利用类型来自
80年代中后期情况
Ta ble 2 Trans itio n matrix o f land -use in hulunbeire city
(la nd -use in 2000fro m la ter 1980. s)
2000耕地林地草地水域建设用地1985
耕地761936
林地01815
草地[**************]02
水域[**************]
建设用地[***********]00951439未利用地[***********]1001000
[***********][***********][***********]28101000 某种土地利用变化类型占研究区该种土地利用
总变化的比例:
|K bi -K ai |
BP ai =(2)
|C bi -C ai | 某种土地利用变化类型的相对变化程度:
|K bi -K ai |
CP ai =
a i
(3)
28卷第3期张 峰等:内蒙古森林草原交错带土地利用变化的区域差异特征分析
表3 土地利用变化区域差异分析
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T able 3 Analy sis for la nd -u se ty pe chang e of each regio n in hulunbeire
(%)
变化
旗P 市
类型
占本县市比例
耕地转
占全区域比例
草地
相对变化率占本县市比例
林地转
占全区域比例
耕地
[***********][***********][1**********]
[***********][***********][1**********]02
[***********][***********][1**********]
[***********][***********][1**********]3
[***********][***********][1**********]01
[***********][***********][1**********]
11572122
01317105
01234170
21260100
71541118
71763179
4119
2140
2113
16151
30182
43194
尔市12151
石市1127
纳右旗1113
自治区3109
左旗9106
虎旗15137
海拉
牙克
额尔古
鄂温克
新巴尔虎
陈巴尔
图4 森林草原交错带土地利用变化的
主要类型面积统计
Fi g 14 The maior forms of land -use chan ge i n s tu dy
area from las ter 1980. s to 200
林地转草地
相对变化率占本县市比例占全区域比例相对变化率占本县市比例
草地转
占全区域比例
耕地
相对变化率占本县市比例
草地转
占全区域比例
林地
相对变化率
横向比较, 全面地反映各类型土地利用变化的综合情况。表3为主要的5种土地利用变化类型统计计算结果, 具体分析如下:
(1) 各旗P 市内部土地利用变化特征。呼伦贝尔盟的海拉尔市土地利用变化主要是草地转化为耕地, 其次为耕地变为草地, 还有耕地、草地、未利用地等转化为建设用地。牙克石市土地变化类主要以草地转化为耕地为主; 其次为林地转化为草地, 以及林地转化为耕地。额尔古纳右旗的土地利用变化中, 主要以草地转化为耕地为主, 其次为林地转化为耕地, 还有耕地变化草地。鄂温克自治区土地利用变化中, 主要以草地转耕地为主, 其次为林地转化草地, 还有耕地转化为草地。新巴尔虎左旗土地利用变化, 主要以林地转为草地为主, 其次是草地转化为耕地, 还有未利用地转化为草地和草地转化为未利用。陈巴尔虎旗土地利用变化中, 主要以草地转化为耕地, 其次为耕地转化为草地、林地转化为耕地和林地转化草地。土地利用变化的区域差异反映了不同地区由于自然环境的不同, 人们开发利用土地的方式存在很大的变化, 也要求我们在生态环境管理和恢复中要分别对待。
(2) 研究区内土地利用变化类型的旗P 市分布图5 1985至2000年土地利研究区土地利用类型变化
Fig 15 Lan d -u se changes b etween la ter 1980. s and 2000in stud y area
式中:AP a i 为某一土地利用变化类型占总旗P 市内总土地利用变化的比例; BP ai 为某一土地利用变化类型占研究区该土地利用变化的比例; CP ai 为某一土地利用变化类型的相对变化率; K a i 、K bi 分别为某一旗P 市内特定土地利用类型研究期初和研究期末的面积。C ai 、C bi 分别为研究内特定土地利用类型研究期初和研究期末的面积。
针对每一种土地利用变化类型进行分析, 更能突出其变化的特点, 反映区域的生态问题。AP ai 主要反映旗P 市内土地利用转化的特点; BP ai 可以反映研究区内主要土地利用变化类型的旗P 市分布情况; CP ai 主要比较研究区内各旗P 市各种土地变化类型的强度。AP ai 、BP a i 、C P a i 3个比例不但可以对旗P 市内部各土地利用变化类型进行纵向分析, 也可以就某一土地利用变化类型在研究区内各旗P 市间进行
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资 源 科 学28卷第3期
旗, 其次是新巴虎左旗和鄂温克自治区。林地转为耕地主要在牙克石市, 其次为陈巴尔虎旗和额尔古纳右旗。林地转为草地主要在新巴尔虎左旗, 其次为牙克石市和鄂温克自治区。草地转化为耕地主要发生在鄂温克自治区、其次为陈巴尔虎旗和额尔古纳右旗。草地转林地主要在鄂温克自治区。
(3) 各旗P 市土地利用变化率对比分析。从耕地转化为草地上来看, 新巴尔虎左旗和陈巴尔虎旗变化较大, 其变化面积占耕地面积的比例较大, 牙克石市和额尔古纳右旗变化很小。在林地转耕地方面, 海拉尔市变化较大, 鄂温克自治区变化最小。林地转草地方面, 海拉尔市变化大, 新巴尔虎左旗变化较大, 额尔古纳右旗变化最小。草地转耕地方面, 鄂温克自治区相对变化面积最大, 其次为额尔古纳右旗和海拉尔市, 新巴尔虎左旗最小。草地转林地方面, 各旗P 市相对变化较小, 都小于011%。
从草地转化而来, 意味着土地荒漠化加剧, 草地退化加重, 载畜能力下降, 生态环境遭到严重破坏。城镇
用地的增加主要从耕地和草地而来, 反映了城镇进城化加剧和生态环境恶化的趋势。总体而言, 林地和草地是内蒙古森林草原交错带的主体植被, 其面积的增加与减少是导致各旗P 市生态环境改善和恶化程度差异的主要原因。人类采用不合理的土地利用开发必然引起生态环境质量的下降, 而生态环境的恶化又制约着经济的进一步发展。
本文两期土地利用变化结果总体上以耕地增加, 各种土地类型流向耕地为主, 因此驱动力分析主要针对这种变化。耕地是最基本的自然资源, 保持一定数量的耕地面积是人类赖以生存的基本条件。耕地的动态变化与社会经济发展、人口增长、农业结构调整等有密切关系
[14, 15]
。人是生产者, 同时也是
5 土地利用变化生态环境效应与驱动
力分析
土地利用变化不仅改变了自然景观面貌, 而且影响景观中的物质循环和能量分配, 从而影响生态环境质量。森林草原交错带的土地利用变化造成了景观的破碎程度增加。80年代中后期至2000年, 斑块数由19810个增加到21965个, 增加了2155个(占10%) ; 斑块平均面积由481115hm 减小到433194hm , 减小了47120hm , 减小了918%, 斑块边缘长度由约22142@10km 增加到约23141@10km, 增加了99131517km(占412%) 。监测区内平均斑块面积的减少, 景观的破碎程度增加, 景观内部生境更易遭受外部的侵袭干扰, 降低了内部生物的抵抗灾害的能力, 生态环境更易遭到破坏。另外由于斑块周长的增加, 相邻的生态系统边缘隔离程度加剧, 其暴露在其他生态系统中的边缘比例增加, 不同生态系统之间产生边缘效应更加显著。如草地边缘的植物、动物和微生物等会沿着草地边缘-草地内部的梯度发生不同程度的变化, 使草原从内向外产生生态环境梯度, 原有的生境质量下降。
土地利用结构变化表现出耕地明显增加, 草地和林地呈减少趋势, 这也是区域生态环境变化的主要原因。各旗P 市耕地面积的增加, 主要是从草地和林地转化而来, 这就导致了天然植被的减少, 生态环境的自我保护和恢复能力的减弱, 土地更易产生水4
4
2
2
2
消费者, 占有一定的生存空间, 人口增多, 增加对土
地的压力, 而且人口的生活质量提高必然导致土地输出压力加大。1986年至2000年, 研究区年未总人
44
口从8017@10人增加到96115@10人, 增加了19114%, 平均年递增1127%。同期耕地增加23%, 草地减少2188%, 林地减少1134%, 总体上显示出各种土地利用类型流向耕地的趋势, 揭示了人口增长与耕地之间增加的关系。因此总人口增长是土地利用变化的主要驱动因子。说明监测区内急剧的人口增长及其相应的粮食需求造成其垦殖活动的不断扩大, 结果以牺牲草地, 林地等自然资源为代价来换取耕地的增加。
综上所述, 内蒙古森林草原交错地带应以加强天然草场建设为主, 禁止开荒, 毁林草和超载放牧, 加强植被保护, 恢复生态功能和水源涵养能力。因此, 人们在充分利用土地资源时, 必须考虑其生态环境效应, 注重生态环境保护。
6 结论与讨论
(1) 基于两期土地利用数据, 通过对比、统计分析方法, 计算了各种土地利用类型变化的面积、比例, 以及统计了各种土地利用变化类型占旗P 市内变化、研究区该土地类型变化的比例, 和计算了变化类型的相对变化率, 反映了近15年呼盟森林草原交错带内的土地利用数据和空间上的变化特征, 可为区域管理和开发, 生态环境保护等决策提供支持服务。
(2) 土地利用变化的区域差异明显, 研究区内耕地转为草地主要发生在陈巴尔虎旗; 林地转为耕地;
旗; 草地转化为耕地主要发生在鄂温克自治区; 草地转林地主要在鄂温克自治区。
(3) 近15年呼盟森林草原交错带土地利用类型斑块数据和边缘总长度增加, 研究区内景观的破碎程度增加; 土地利用结构变化表现出耕地明显增加, 草地和林地呈减少趋势, 反映出研究区开垦和砍伐现象严重。
(4)土地利用变化导致研究区内景观破碎度增加, 内部生境更容易遭受外部的侵袭干扰; 边缘效应增加, 使草地从内向外产生生态环境梯度, 生境质量下降。耕地、未利用地和建设用地的增加, 以草地和林地的减少为代价, 从而使天然植被减少, 草地退化加重、生态环境的自我保护和恢复能力减弱, 更易遭到破坏。
(5) 两期土地利用变化结果总体上以耕地增加, 各种土地类型流向耕地为主, 土地利用变化的主要趋动力为人口总数的增加。人们在充分利用土地资源时, 必须考虑其生态环境效应, 注重生态环境保护。
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(Ch ina Nationa l En viron me nta l Mon ito rin g Cen tre , Bei j in g 100029, Ch ina )
Abstract :Land -use P land cover change is an important research field world wide. In this study the
vulnerable ecological area of Hulunbeir was selected as study area and land -use change was analyzed with the transformation matrix and spatial ditribution of 9important land -use change forms during the periods of late 1980. s to 2000based on Landsat TM P ETM +imagine of Hulunbeir ecotone between forest and grass. The result shows that great changes have taken place in land -use in study area in fifteen years. The increase of cultivated land is one of the most important changes, which was mainly transformed from grassland, forestland. The grassland and forestland tend to decrease. Differences of land use changes among regions are evident. The change from forestlands to grassland mainly occurred in Xinbarehu city. And the change from grassland to cultivated land mainly happened in Ewenke city. The number of patches and the total length of patch edges tend to increase, which shows that the landscape fragmentation was strengthened. These changes reflect the deterioration of eco -environment. In addition, cultivated land 、idle land and land for construction increased with the cost of decrease of grassland land and forest land and general vegetation cover decease. The ability of sel-f recovery of eco -environment has been weakening.
Based on the remote sensing monitor result and the social statis tic, it is found that the rapid growth of population and the economic development are the main driving forces of land -use change in study area during the past 15years. Furthermore, macro -policies on land exploitation and ecological protection are also important human driving forces of land use change.
Key words :Ecotone between forest and grass; Land use change; Eco -environment