舒瑩 胡遠(yuǎn)滿
摘要:根據(jù)1986、1996和2001年TM影像和研究區(qū)1980年地形圖,利用RS和ARC/INFO進(jìn)行解譯,得到研究區(qū)3個(gè)時(shí)相土地利用圖,在此基礎(chǔ)上分析黃河三角洲地區(qū)1986-1996和1996-2001兩個(gè)時(shí)期土地利用和景觀格局變化。結(jié)果表明,黃河三角洲土地利用變化是顯著的,既有面積變化,又有空間格局的轉(zhuǎn)換,面積變化和空間變化不同時(shí)段特點(diǎn)有共性也有特性;土地利用/覆被變化是自然因素和人為因素綜合作用的結(jié)果,其中人為干擾是變化的主導(dǎo)因素。
關(guān)鍵詞:黃河三角洲;土地利用/覆被變化;驅(qū)動(dòng)力;RS;GIS
中圖分類(lèi)號(hào):F301.24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2012)14-2953-05
Analysis on Land Use and Cover Change in Yellow River Delta by RS and GIS
SHU Ying1,HU Yuan-man2
(1. College of Environment and Energy Engineering,Anhui University of Architecture, Hefei 230023,China;
2. Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016,China)
Abstract: Based on TM data in 1986, 1996 and 2001 and the relief maps of 1980, three land use maps were gained by using the RS and ARC/INFO. The changes of land use and landscape pattern in two periods (1986-1996 and 1996-2001) were analyzed. The results showed that the changes of land use in Yellow River Delta were remarkable. The changes concluded area change and spatial pattern change and in different periods the characteristics of the changes had commonness and specialty, which resulted from natural factors and artificial factors, especially from the latter.
Key words: Yellow River Delta; change of land use and land cover; the driving force; RS; GIS
全球環(huán)境變化是國(guó)際社會(huì)共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題,土地利用/覆被變化(Land use/cover change,LUCC)是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之一[1]。土地利用/覆被變化幾乎影響所有組織水平,從基因到全球,任何土地利用/覆被變化均能引起一定的環(huán)境后果[2-5]。3S技術(shù)的發(fā)展為土地利用/覆被變化的研究提供了大量數(shù)據(jù)和技術(shù)支持,近年來(lái),關(guān)于土地利用/覆被變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究層出不窮。土地利用/覆被變化是自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)共同作用的結(jié)果,是內(nèi)部自然演替和外部作用力相互作用的結(jié)果,土地呈現(xiàn)出的各種類(lèi)型的鑲嵌結(jié)構(gòu)僅是變化過(guò)程中一個(gè)片斷。通過(guò)對(duì)不同時(shí)段的土地利用/覆被的變化分析,探索土地利用/覆被變化的動(dòng)因和機(jī)制,為合理、適度地利用土地提供了依據(jù),也是可持續(xù)發(fā)展的重要保證。
黃河三角洲是我國(guó)三大河口三角洲之一,也是世界上陸地資源生長(zhǎng)最快的地區(qū)之一[6]。該區(qū)域自然資源豐富,是中國(guó)東部沿海土地后備資源最豐富的地區(qū),位于其中的黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)是東亞鳥(niǎo)類(lèi)遷飛網(wǎng)絡(luò)的主要保護(hù)區(qū),區(qū)域內(nèi)還有我國(guó)第二大油田(勝利油田),區(qū)域資源開(kāi)發(fā)強(qiáng)度逐年增大。在自然演替和人工干擾的相互作用下,黃河三角洲土地利用/覆被變化非常迅速,掌握其土地利用/覆被變化規(guī)律,并開(kāi)展土地利用規(guī)劃管理的研究,對(duì)于該區(qū)域的土地開(kāi)發(fā)利用和資源的可持續(xù)發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義[6]。以近代黃河三角洲為研究區(qū)域,近代黃河三角洲以墾利的寧海為頂點(diǎn),北起套爾河口,南至淄脈溝口,是我國(guó)最大的新生濕地生態(tài)系統(tǒng),是進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和多元復(fù)合分析的最佳區(qū)域[7,8]。
1材料與方法
1.1數(shù)據(jù)源及其處理
以1986、1996和2001年3個(gè)時(shí)相的Landsat TM數(shù)據(jù)及1980年的30張1∶50 000的地形圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。將1986年的TM數(shù)據(jù)與1980年的地形圖進(jìn)行配準(zhǔn),1996和2001年TM數(shù)據(jù)與1986年TM數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn),誤差控制在1個(gè)相元內(nèi)。配準(zhǔn)后的圖在實(shí)地野外調(diào)查的基礎(chǔ)上,利用ERDAS軟件進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi),對(duì)道路、居民點(diǎn)等具有明顯紋理的土地利用/覆被類(lèi)型進(jìn)行手工勾繪,結(jié)合人工目視解譯獲得研究區(qū)3個(gè)時(shí)相的土地利用/覆被圖。由于三期圖像拍攝時(shí)間的差異(2001年為5月,1996年為9月,1986年為6月),3個(gè)時(shí)間的潮位存在很大的差異,潮間帶的范圍有可能出現(xiàn)一些偏差。
1.2土地利用/覆被分類(lèi)及變化分析方法
采用土地利用二級(jí)分類(lèi)方法,根據(jù)黃河三角洲地區(qū)土地利用/覆被的特點(diǎn),將該地區(qū)的土地分為9種類(lèi)型,其中農(nóng)田、蝦蟹田、建成區(qū)、鹽田及水域中水庫(kù)為人工土地利用類(lèi)型,其他均為自然土地覆被類(lèi)型(表1)。從各個(gè)類(lèi)型具備的生態(tài)價(jià)值來(lái)看,濕地灌叢和灘涂為濕地生態(tài)系統(tǒng)特有土地覆被類(lèi)型,生態(tài)價(jià)值相對(duì)最高,道路建成區(qū)生態(tài)價(jià)值相對(duì)最低。通過(guò)建立轉(zhuǎn)移矩陣,分析黃河三角洲土地利用/覆被變化過(guò)程。
2結(jié)果與分析
2.1土地利用/覆被類(lèi)型面積的變化特征
2.1.1農(nóng)田面積最大林地面積最小我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)占有舉足輕重的地位,研究時(shí)段內(nèi),農(nóng)田一直是研究區(qū)域的主要土地利用類(lèi)型,所占比例最大。研究區(qū)位于黃河入???,濕地灘涂面積大,由于海水倒灌灘涂土壤含鹽量大,僅能生長(zhǎng)赤堿蓬、堿蓬和檉柳等大量鹽生植被,故濕地灌叢面積居次。林地面積研究時(shí)段內(nèi)所占比例最小,包括人工刺槐林和天然柳林。草甸面積所占比例僅略高于林地,分布于距河口較遠(yuǎn)的地區(qū)。其他類(lèi)型3個(gè)年份所占比例變化較大,規(guī)律性不強(qiáng)(表2)。
2.1.2人工及自然土地類(lèi)型變化差異大在土地面積上,人工土地利用類(lèi)型面積不斷增加,自然土地利用類(lèi)型面積不斷減少。除水庫(kù)外,人工土地利用總面積經(jīng)歷了1986-1996年間小幅減少、1996-2001年間大幅增加的趨勢(shì),其中蝦蟹田對(duì)面積增加的貢獻(xiàn)率最大,兩個(gè)時(shí)段內(nèi)年平均增長(zhǎng)率大,尤其1986-1996年間年平均增長(zhǎng)率高達(dá)88.07%;鹽田1986-1996年間面積減小,1996-2001年間面積增大,鹽田固定性較高,1986-1996年間面積減少主要源于1996年所?。裕陀跋駷轱L(fēng)暴潮后拍攝,風(fēng)暴潮使海平面上升,淹沒(méi)沿海地區(qū)鹽田,部分鹽田難以被解譯所致;人工土地類(lèi)型中僅有農(nóng)田呈現(xiàn)小幅減少趨勢(shì),這與保護(hù)區(qū)退耕還草的政策密不可分。自然土地類(lèi)型中,林地在1986-1996年間由于大汶流保護(hù)區(qū)內(nèi)部新種植一片人工刺槐林,面積增加;草甸在1996-2001年間有所增長(zhǎng);其他自然土地覆被類(lèi)型面積不斷減小,如濕地灌叢和灘涂年平均增長(zhǎng)率兩個(gè)年段內(nèi)均為負(fù)值。水體由于1996年風(fēng)暴潮影響,其變化不能代表一般年份變化情況,故不作說(shuō)明。
土地類(lèi)型保有率人工土地利用類(lèi)型遠(yuǎn)高于自然土地覆被類(lèi)型,人工土地利用類(lèi)型保有率均在80%以上,如蝦蟹田、建成區(qū)、農(nóng)田保有率1986-1996年分別為98.09%、94.92%、80.63%,1996-2001年分別為90.02%、96.67%、89.31%;自然土地覆被類(lèi)型保有率均偏低,其中1986-1996年草甸和林地的保有率僅為6.64%和7.79%(表2)。
2.2類(lèi)型的轉(zhuǎn)變
2.2.11986-1996年面積轉(zhuǎn)變從1986年各種土地類(lèi)型的轉(zhuǎn)化方向上來(lái)看,在1986-1996這段時(shí)間內(nèi),農(nóng)田是此時(shí)段中面積損失最大的類(lèi)型,主要轉(zhuǎn)化為濕地灌叢,總共轉(zhuǎn)化了 22 716 hm2,另外,還有2.24%的耕地轉(zhuǎn)化為草甸,3.69%的農(nóng)田轉(zhuǎn)化為水體;同時(shí)也有許多其他土地類(lèi)型轉(zhuǎn)化為農(nóng)田,如濕地灌叢、建成區(qū)、水體等,但轉(zhuǎn)入面積遠(yuǎn)小于損失面積。蝦蟹田是研究時(shí)段面積增長(zhǎng)最大的土地利用類(lèi)型,面積增加主要源于濕地灌叢、鹽田和灘涂,其中濕地灌叢被占用最多,達(dá)到13 851 hm2,占蝦蟹田增加部分的約50.00%。建成區(qū)的擴(kuò)展主要占用濕地灌叢和農(nóng)田,其擴(kuò)展主要是靠占用農(nóng)田和自然土地覆被類(lèi)型實(shí)現(xiàn)的。草甸由于風(fēng)暴潮的影響在此階段有大幅度的變化,自穩(wěn)定性僅有6.64%,主要是和濕地灌叢之間的轉(zhuǎn)化。鹽田發(fā)生了很大的改變,只保留了原來(lái)的43.29%,面積14 659 hm2,主要轉(zhuǎn)化為蝦蟹田和灘涂,轉(zhuǎn)化面積分別為7 366、6 735 hm2,濕地灌叢和灘涂是該時(shí)期鹽田面積增加的主要來(lái)源區(qū)域。林地面積有部分增加,主要表現(xiàn)為人工林地的增加,通過(guò)占用耕地和濕地灌叢,到1996年林地面積增加了148.40%。濕地灌叢主要由蘆葦、檉柳等組成,濕地灌叢的穩(wěn)定性較低,只有53.15%的沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)化,主要轉(zhuǎn)化為耕地、蝦蟹田和灘涂3種類(lèi)型;此時(shí)段內(nèi)由于葦田的大規(guī)模開(kāi)發(fā),還有部分耕地、草甸和灘涂被開(kāi)發(fā)為葦田,所以雖然濕地灌叢的穩(wěn)定性不高,但是總面積上變化不大。由于風(fēng)暴潮的影響,該時(shí)段內(nèi)的水體面積急劇增加,主要來(lái)源于灘涂、濕地灌叢和部分農(nóng)田。灘涂面積研究時(shí)段內(nèi)也有大幅縮減,轉(zhuǎn)出面積遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)入面積,主要轉(zhuǎn)化為蝦蟹田、鹽田、濕地灌叢和水體(表3)。
2.2.21996-2001年面積轉(zhuǎn)變?cè)冢保梗梗?2001年間,農(nóng)田面積變化不大,轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)入各類(lèi)型面積均以濕地灌叢為最大,其次為水體。蝦蟹田面積在此時(shí)段有大幅增加,通過(guò)占用濕地灌叢和灘涂,面積增加了1倍以上。草甸類(lèi)型發(fā)生了極大的改變,只保留了原有面積的13.76%,主要轉(zhuǎn)化為濕地灌叢、農(nóng)田、水體、蝦蟹田;草甸總面積仍增加了6 260 hm2,源于濕地灌叢的轉(zhuǎn)入,此時(shí)段內(nèi)共有12 622 hm2濕地灌叢轉(zhuǎn)為草甸。建成區(qū)面積有增加,但幅度不大。通過(guò)占用沿海灘涂,鹽田面積增加,此時(shí)段內(nèi)共占用灘涂10 478 hm2。林地面積變化不大,但穩(wěn)定性較低,只有66.17%的林地沒(méi)有被人為改變,主要是和濕地灌叢、農(nóng)田之間的相互轉(zhuǎn)化。濕地灌叢是大多數(shù)土地類(lèi)型增加的主要來(lái)源,此時(shí)段面積不斷減小,只保留了原有面積的57.61%,主要轉(zhuǎn)化方向是農(nóng)田、蝦蟹田、草甸,分別轉(zhuǎn)化了13 811、12 669、12 622 hm2。因1996年風(fēng)暴潮造成水體面積較大,故2001年明顯減小,水體面積減幅較大,水體面積有18 187 hm2轉(zhuǎn)化為海域,有9 033 hm2轉(zhuǎn)化為灘涂,另有4 715 hm2轉(zhuǎn)化為耕地。沿海灘涂是各土地類(lèi)型中轉(zhuǎn)化率較高穩(wěn)定性較低的類(lèi)型,有61.66%轉(zhuǎn)化為不同用途類(lèi)型的土地,主要轉(zhuǎn)化方向是蝦蟹田和鹽田(表4)。
2.3各時(shí)期土地類(lèi)型空間格局轉(zhuǎn)變特征
2.3.1土地類(lèi)型變化四周大內(nèi)部小對(duì)比兩個(gè)時(shí)段變化,1986-1996年變化范圍比1996-2001年大,1986-1996年四周連片變化較1996-2001年明顯,1996-2001年內(nèi)部零星變化數(shù)量明顯增加。綜合分析1986-1996年和1996-2001年土地利用/覆被變化圖,土地類(lèi)型變化幾乎遍布整個(gè)研究區(qū),但變化幅度沿海四周高于內(nèi)陸內(nèi)部,四周連片變化,內(nèi)部零星變化,呈現(xiàn)出從內(nèi)陸向沿海逐步推進(jìn)之勢(shì)(圖1)。
2.3.2在原有類(lèi)型邊界上擴(kuò)展或縮進(jìn)黃河三角洲內(nèi)各種類(lèi)型的轉(zhuǎn)變主要是在原有類(lèi)型邊界上的擴(kuò)展或縮進(jìn)。擴(kuò)展方面,蝦蟹田、建成區(qū)等人類(lèi)影響較大的類(lèi)型呈現(xiàn)出明顯的沿原有邊緣不斷擴(kuò)展趨勢(shì);農(nóng)田、濕地灌叢、鹽田等有一定人類(lèi)影響的類(lèi)型,區(qū)域邊界有擴(kuò)展也有縮進(jìn);沿海灘涂和水體受人類(lèi)影響最小,尤其是沿海灘涂,除去蝕退和淤積的影響,灘涂變化的趨勢(shì)以沿背海方向不斷縮進(jìn)趨勢(shì);水體變化兩個(gè)時(shí)段內(nèi)有所不同,1986-1996年,水體面積有隨著區(qū)域邊緣不斷增大,幅度較大,但1996-2001年,水體面積迅速減小,呈現(xiàn)出和灘涂相同的空間變化趨勢(shì)。
2.3.3沿海淤積蝕退各有特色黃河三角洲實(shí)際上是新生陸地面積最大的區(qū)域之一,河口地區(qū)由于帶來(lái)上游大量泥沙不斷淤積和1996年黃河三角洲地區(qū)入??诘娜藶楦脑?,造成研究的兩個(gè)不同時(shí)段沿海地區(qū)淤積和蝕退變化各有不同。1986-1996年間,黃河入海口居于研究區(qū)以東,向東南入海,此期間研究區(qū)域東南部面積不斷增加,而研究區(qū)北部和東北部由于海洋的蝕退作用,面積有所減少;1996年9月黃河入??谌藶樽冞w,位于研究區(qū)以東,變東南為東北入海,造成1996-2001年間研究區(qū)北部和東南部出現(xiàn)蝕退趨勢(shì),蝕退幅度北部大于東南部,研究區(qū)東北入??谔幊霈F(xiàn)明顯淤積趨勢(shì),面積不斷增大。
3結(jié)論與討論
研究結(jié)果表明,在研究區(qū)范圍內(nèi),人工土地利用類(lèi)型面積不斷增加,自然土地覆被類(lèi)型面積不斷減少;土地利用/覆被類(lèi)型保有率人工土地利用類(lèi)型遠(yuǎn)高于自然土地利用類(lèi)型。各土地利用/覆被類(lèi)型之間相互轉(zhuǎn)化,研究時(shí)段內(nèi)土地利用/覆被類(lèi)型變化強(qiáng)烈;土地利用/覆被類(lèi)型變化幾乎遍布整個(gè)研究區(qū),但變化幅度沿海四周高于內(nèi)陸內(nèi)部,四周連片變化,內(nèi)部零星變化,呈現(xiàn)出從內(nèi)陸向沿海逐步推進(jìn)之勢(shì);各種類(lèi)型的轉(zhuǎn)變主要是在原有類(lèi)型邊界上的擴(kuò)展或縮進(jìn)。
土地利用/覆被變化既包括自身的演變,又包括外界因素的影響。外界因素包括自然干擾和人為干擾兩方面。黃河三角洲土地利用/覆被變化主要是自然地理和人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因子綜合作用的結(jié)果[9-12]。
自然因素方面,水文變化、泥沙淤積和蝕退是研究區(qū)土地利用/覆被變化的自然動(dòng)因。沿海地帶的淤積和蝕退帶動(dòng)了整個(gè)黃河三角洲濕地自然景觀的演替。水文變化主要表現(xiàn)在黃河流量變化、流向變化和風(fēng)暴潮等方面。黃河從20世紀(jì)80年代末開(kāi)始出現(xiàn)了不同程度的斷流,流量的減少導(dǎo)致黃河三角洲地區(qū)土壤含鹽量的變化,而土壤含鹽量是植被生長(zhǎng)的重要指標(biāo)之一,與植被的演替密切相關(guān)。黃河入??诘母牡栏龠M(jìn)了研究區(qū)土地利用/覆被的變化,隨著入??诘母淖?,研究區(qū)土壤含鹽量發(fā)生相應(yīng)變化,土壤和植被均相應(yīng)發(fā)生變化。原入??诤}量增加,生長(zhǎng)其上的濕地灌叢因?yàn)楹}量的增加逐漸退化成光板灘涂;新入??谕寥篮}量下降,光板灘涂因含鹽量下降逐漸被赤堿蓬、堿蓬、檉柳等鹽生植被覆蓋,隨著含鹽量的進(jìn)一步下降,鹽生植被被蘆葦所替代,最終形成有植被覆蓋的濕地灌叢。
人為干擾是土地利用/覆被變化的另一主要?jiǎng)右?,由于人?lèi)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和廣度的增加,人為干擾已成為研究區(qū)土地利用/覆被變化的主導(dǎo)因素。研究區(qū)人為干擾活動(dòng)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:首先,研究區(qū)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度不斷增大,農(nóng)業(yè)活動(dòng)主要集中在農(nóng)田、蝦蟹田、鹽田面積的變化上;蝦蟹田和鹽田在研究時(shí)段內(nèi)增加幅度較大,主要分布在沿海灘涂和濕地灌叢地帶,新建的蝦蟹田和鹽田擠占了自然植被,土地利用方式有了較大的改變,人工作業(yè)的痕跡日趨明顯;值得一提的是,農(nóng)田面積在研究時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)小幅減少的趨勢(shì),這與政府退耕還草的政策密不可分,農(nóng)田的轉(zhuǎn)出大部分變成濕地灌叢,促進(jìn)了該區(qū)域生態(tài)效益的提高。其次,城市化和工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)也是研究區(qū)土地利用/覆被變化的重要?jiǎng)右?,研究時(shí)段內(nèi),居民點(diǎn)面積不斷增加,從1986年的23 102.4 hm2增加到1996年的33 110.5 hm2,再增加到2001年的39 397.8 hm2,逐年增加;油田等工礦用地面積亦增加迅速,石油是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的命脈,在研究區(qū)的環(huán)境保護(hù)區(qū)內(nèi),油田對(duì)土地景觀的生態(tài)效益影響很大;居民點(diǎn)和油田的增加,帶動(dòng)了研究區(qū)道路網(wǎng)絡(luò)的增加,更進(jìn)一步增加了研究區(qū)的建成區(qū)面積,而建成區(qū)面積的增加主要是侵占自然土地覆被類(lèi)型。
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