盛 艷，姚云峰，秦富倉

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019;2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019)

土地利用是指人類有目的、有意識(shí)的開發(fā)利用土地資源的一切活動(dòng)。土地利用空間格局的變化主要受自然環(huán)境條件的制約與人類活動(dòng)的干擾。研究土地利用空間格局及變化，探討其影響機(jī)制，是了解人類社會(huì)與自然環(huán)境相互關(guān)系的重要途徑，亦是評價(jià)分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢的有效手段［1-3］。地形因素對土地利用空間格局的形成及變化有一定的制約作用，特別是在山地丘陵地區(qū)，地形直接影響地表物質(zhì)的遷移和能量的轉(zhuǎn)換［4-5］，并影響植被類型的分布。山地丘陵地區(qū)，海拔、坡度和坡向3種地形因素在很大程度上決定著光照、水分、溫度和土壤條件，在一定程度上決定著土地利用的方向與方式，同時(shí)對土地利用空間格局的分布和變化有顯著影響［6-7］。山地丘陵區(qū)地形復(fù)雜多變，屬于生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，且該地區(qū)人口眾多，人地矛盾尤為突出，不當(dāng)?shù)耐恋乩梅绞綐O易造成生態(tài)環(huán)境的破壞，導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。通過分析山地丘陵區(qū)土地利用的地形控制機(jī)制，可以更好地掌握土地利用空間格局分布和變化，為半干旱山地丘陵區(qū)的土地資源管理及規(guī)劃、土地利用開發(fā)與水土保持等生態(tài)保護(hù)之間權(quán)衡提供科學(xué)依據(jù)［8-9］。

松山區(qū)地處赤峰市東南部，屬于燕山丘陵區(qū)，山地丘陵約占總面積的85%，占耕地面積65%以上。筆者以內(nèi)蒙古赤峰市松山區(qū)城子鄉(xiāng)作為典型研究區(qū)，運(yùn)用GIS技術(shù)，研究10a來赤峰市城子鄉(xiāng)不同地形條件下的土地利用空間格局變化，從地形角度(高程、坡度)分析其土地利用空間格局及變化，揭示地形因素對土地利用空間格局及變化的影響機(jī)制。

1 研究區(qū)概況

城子鄉(xiāng)行政隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市松山區(qū)，位于松山區(qū)南部，地理坐標(biāo)為北緯42°02'05″～42°14'19″，東經(jīng)118°22'34″～118°49'17″，土地總面積 358 km2，有 20 個(gè)行政村，總?cè)丝?3.2 萬人。城子鄉(xiāng)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，降雨稀少;夏季溫?zé)崆医涤昙?，雨熱同?秋季溫度劇降，降雨減少，光照充足，晝夜氣溫變化較大;冬季寒冷、干燥而漫長。年平均氣溫7.2℃，年內(nèi)最高氣溫24.8℃，最低氣溫-12.4℃;年平均降水量370 mm，降水主要集中在6—9月，占全年降水量的80%;年平均日照時(shí)數(shù)2865.8 h，日照時(shí)數(shù)每天可達(dá)12～14 h，光照充足;無霜期135d;最大凍土深度1.8 m;林草覆蓋度約48%;地帶性土壤類型為棕壤土和褐土。城子鄉(xiāng)地處低山丘陵區(qū)，屬赤峰市西部老哈河水系半箭河流域。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

選取2001年和2011年2個(gè)時(shí)期的土地利用現(xiàn)狀圖，將研究區(qū)土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他用地共8類。在GIS技術(shù)的支持下，將研究區(qū)1∶10000地形圖(2001年航攝，1980西安坐標(biāo)系，1985國家高程基準(zhǔn)，等高線間距5 m)進(jìn)行掃描，在ARCGIS下對等高線進(jìn)行屏幕跟蹤矢量化，生成DEM圖。DEM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為簡單，便于進(jìn)行分析運(yùn)算;精度較高，可以得到比較準(zhǔn)確的分析結(jié)果，是一種優(yōu)秀的地形數(shù)據(jù)描述形式。在DEM基礎(chǔ)上可以獲得多層次、多角度的有關(guān)地形信息的內(nèi)容［10］。在ARCGIS軟件支持下，對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行高程和坡度提取，并對高程、坡度數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類分級(jí)。根據(jù)研究區(qū)域的地形及土地利用類型分布特點(diǎn)將高程劃分為5個(gè)等級(jí)［11-13］，參考水土流失調(diào)查中采用的8°作為緩坡，將坡度分為6個(gè)等級(jí)，詳見表1、圖1、圖2，然后將高程、坡度圖分別與兩期土地利用圖進(jìn)行空間疊加分析［14-16］，從而得出研究區(qū)不同地形條件下的土地利用格局分布和變化情況。

表1 地形因素分級(jí)系統(tǒng)Table 1 Terrain factor classification system

圖1 DEM圖Fig.1 DEM map

圖2 坡度分級(jí)示意圖Fig.2 Sketch map of slope classification

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用空間格局變化分析

由表2和圖3可知:10a間土地利用變化較為明顯。林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地面積呈現(xiàn)上升趨勢，其中以林地面積增加最多，其次是城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地;園地、草地、水域及水利設(shè)施、其他用地面積一直在減少，總量均有所下降。其中以園地減少最明顯，其次是草地、水域及水利設(shè)施用地和其他用地;同時(shí)由于退耕還林還牧政策的實(shí)施，耕地呈現(xiàn)出減少趨勢，耕地總量較2001年減少了750.14 hm2。

圖3 土地利用空間格局分布Fig.3 Distribution of spatial patterns of land use

2001—2011 年，土地利用類型轉(zhuǎn)化比較頻繁，其中林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和其他用地之間的轉(zhuǎn)化最頻繁。耕地的主要轉(zhuǎn)化來源是園地和草地。園地、草地、水域及水利設(shè)施用地和其他用地均向其他土地利用類型轉(zhuǎn)化，而沒有其他土地利用類型的轉(zhuǎn)入，導(dǎo)致這幾類土地面積一直在減少。林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地均未向其他土地利用類型轉(zhuǎn)化，而均有其他土地利用類型的轉(zhuǎn)入，導(dǎo)致這幾類土地面積一直在增加。

表2 城子鄉(xiāng)土地利用類型及變化Table 2 Land use types and changes in Chengzi Township

3.2 基于高程的土地利用空間格局分布及其變化

由圖1和圖4可知:研究區(qū)海拔高度在605～1695 m范圍內(nèi)，其中800～1000 m高程分級(jí)面積最大，占研究區(qū)總面積的38.16%，其次是≤800 m高程分級(jí)，占研究區(qū)總面積的29.24%，可見，研究區(qū)的土地利用類型主要分布于高程≤1000 m的區(qū)域內(nèi)。高程≤800 m區(qū)域主要土地利用類型有耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地，分別占2011年各土地利用類型總面積的比例為 32.54%、22.10%、33.11%、67.93%。高程800～1000 m區(qū)域主要土地利用類型有耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、水域及水利設(shè)施用地，分別占2011年各土地利用類型總面積比例為48.93%、39.74%、24.50%、29.39%、36.27%。高程 1 000～1200 m區(qū)域主要土地利用類型有園地、林地、其他用地，分別占2011年各土地利用類型總面積比例為20.65%、22.50%、70.16%。高程1200～1400 m區(qū)域主要土地利用類型有園地、林地、草地。高程＞1 400 m區(qū)域主要土地利用類型是林地和其他用地。由此可見，耕地主要集中分布在高程≤1 000 m的區(qū)域范圍，隨高程增加而減少，其主要原因是高程低的地區(qū)地理環(huán)境和水土資源條件更有利于人類生活和從事各種生產(chǎn)活動(dòng)，從而增大了對土地的利用強(qiáng)度。林地主要集中分布于高程800～1200 m范圍內(nèi);草地主要集中分布在高程≤1000 m和高程1200～1400 m的范圍內(nèi)。城鎮(zhèn)村及工礦用地分布隨高程增加而減少，主要分布在高程≤1000 m范圍，說明隨著高程的增加，地理環(huán)境和氣候等條件都已經(jīng)不利于人類的生產(chǎn)活動(dòng)。其他用地主要分布在高程≤1200 m范圍，并隨高程增加而增加。

由表3可知:在高程≤800 m的范圍內(nèi)，耕地、草地、水域及水利設(shè)施用地在不斷減少，而林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地在不斷增加。在800～1000 m和1000～1200 m范圍內(nèi)，基本也呈現(xiàn)這樣的變化趨勢，但變化的幅度明顯變小，說明在低海拔區(qū)域，土地利用類型轉(zhuǎn)換比較頻繁，主要是耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，草地轉(zhuǎn)化為林地，其他用地和水域轉(zhuǎn)化為林地。而在高海拔區(qū)域，園地和耕地減少較快，大部分都轉(zhuǎn)化為林地，但相對于低海拔區(qū)域，土地利用相對比較穩(wěn)定。低海拔區(qū)域主要分布著耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地，隨著海拔升高，主導(dǎo)土地利用類型逐漸被林地取代，特別是經(jīng)過多年退耕還林政策的實(shí)施和對生態(tài)建設(shè)的加強(qiáng)，高海拔區(qū)域不適宜耕作的土地已基本轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?，因而林地分布面積相對比較穩(wěn)定。

圖4 特定土地利用類型在各高程段中的分布比例Fig.4 Distributions of specific land use types in different elevation ranges

表3 2001—2011年城子鄉(xiāng)各高程段不同土地利用類型所占面積變化比例Table 3 Changing percentages of land use types in different elevation ranges in Chengzi Township from 2001 to 2011

3.3 基于坡度的土地利用空間格局的分布及其變化

由圖2和圖5可知:研究區(qū)0°～3°坡度分級(jí)面積最大，占研究區(qū)總面積的33.09%，其次是15°～25°坡度分級(jí)，占研究區(qū)總面積的21.57%，8°～15°坡度分級(jí)，占研究區(qū)總面積的20.86%，＞35°的坡地僅占研究區(qū)總面積的1.46%。耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通用地基本分布在0°～3°以內(nèi)，而該坡度段也正是人類活動(dòng)比較集中的區(qū)域，所以與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)的土地利用類型大多分布在該區(qū)域。草地和其他用地在15°～25°范圍內(nèi)分布最廣，分別達(dá)到31.94%和40.39%;林地在＜25°的坡度范圍內(nèi)，隨著坡度的增加其面積比例也隨之增加，其中在15°～25°坡度段內(nèi)分布最廣，是該坡度范圍內(nèi)分布最多的類型。水域及水利設(shè)施用地主要分布在0°～3°以內(nèi)，隨坡度的增加急劇減少。＞35°的坡度范圍內(nèi)，由于坡度較大，受人類活動(dòng)干擾影響較小，該區(qū)域內(nèi)土地利用類型以林地和草地為主，還有部分耕地，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減少該坡度區(qū)域內(nèi)耕地的面積，退耕還林還牧，防止水土流失，其他土地利用類型在該坡度段內(nèi)呈現(xiàn)零星分布。在15°～25°、25°～35、＞35°區(qū)域內(nèi)，各土地利用類型面積比例開始顯著下降，表明隨著坡度的增加，開發(fā)利用程度在降低，且不合理的開發(fā)將導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞。不同坡度段內(nèi)各土地利用類型的面積比例也具有一定的規(guī)律，在各坡度段范圍內(nèi)都有一個(gè)比較有優(yōu)勢的土地利用類型，比如在0°～3°的坡度段內(nèi)，耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地分布比較廣，說明其受地形因素影響較大，對坡度選擇性較高。在＞15°的坡度段內(nèi)，森林分布較為廣泛，體現(xiàn)了退耕還林還牧政策的實(shí)施效應(yīng)。

由表4可以看出:研究期內(nèi)，耕地在各個(gè)坡度級(jí)別中都呈現(xiàn)減少的趨勢，在0°～3°坡度段內(nèi)，減少的耕地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，在＞15°坡度段內(nèi)，減少的耕地主要轉(zhuǎn)化為林地，主要是響應(yīng)國家的政策，要求＞15°坡度段耕地進(jìn)行退耕。林地在各個(gè)坡度級(jí)別中都呈現(xiàn)增加的趨勢，在15°～25°坡度段內(nèi)，增加的速度最快，有退耕的耕地轉(zhuǎn)化為林地，還有部分是園地和草地轉(zhuǎn)化為林地，主要是國家注重生態(tài)環(huán)境建設(shè)的結(jié)果。基于坡度的土地利用空間格局變化的總體趨勢是隨著坡度的增加，各土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化幅度有所增加，特別在15°～25°坡度段內(nèi)。在≤15°坡度段內(nèi)，各土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化頻率較高。

圖5 特定土地利用類型在各坡度段的分布比例Fig.5 Distributions of specific land use types in different slope ranges

表4 2001—2011年城子鄉(xiāng)各坡度段中不同土地利用類型所占面積變化比例Table 4 Changing percentages of land use types in different slope ranges in Chengzi Township from 2001 to 2011

4 結(jié) 論

a.研究區(qū)土地利用格局的垂直分布與高程和坡度具有相關(guān)性，表現(xiàn)為隨高程的增加，林地變?yōu)橹饕妙愋?，耕地在各高程區(qū)域中的相對數(shù)量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和水域及水利設(shè)施用地的分布比例逐漸減少，同時(shí)土地利用多樣性降低。耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地基本分布在0°～3°坡度段內(nèi)，而該坡度段也正是人類活動(dòng)比較集中的區(qū)域，所以與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)的土地利用類型大多分布在該區(qū)域，草地和其他用地在15°～25°范圍內(nèi)分布最廣，林地在在15°～25°坡度段內(nèi)分布最廣，隨著坡度的增加其面積比例呈現(xiàn)出先降低后增加再降低的趨勢。城鎮(zhèn)村及工礦用地主要分布在≤8°坡度段內(nèi)，說明其受地形地貌因素影響較大，對坡度選擇性較高。

b.地形因素對研究區(qū)不同土地利用類型的轉(zhuǎn)化有顯著影響，不同地形區(qū)域土地利用類型的轉(zhuǎn)化存在一定差異，低地形區(qū)域是土地利用空間格局的變化最為活躍的區(qū)域。在高地形區(qū)域，土地利用相對比較穩(wěn)定。整體而言，林地轉(zhuǎn)化優(yōu)勢區(qū)間集中于中高地形區(qū)域，轉(zhuǎn)化優(yōu)勢地位愈顯突出。

c.土地利用空間格局是自然條件限制和人類活動(dòng)影響共同作用的結(jié)果，地形是形成研究區(qū)土地利用空間格局的背景性基礎(chǔ)因素，原因在于地形因素通過影響水熱條件及其他自然資源要素的再分配，進(jìn)而影響著人類對土地資源的利用方式和干擾程度。主要表現(xiàn)為高海拔區(qū)域人類對土地的干擾程度弱，土地利用相對穩(wěn)定，其多樣性低。而低海拔區(qū)域，因地勢平緩、交通便利、氣候條件適宜，人類對土地的利用強(qiáng)度明顯增大，土地利用多樣性較高。

d.研究只對地形因素中高程與坡度如何影響土地利用空間格局分布與變化進(jìn)行研究，今后需要更深層次的研究其他要素如何與地形因素協(xié)同影響土地利用空間變化，以及各種地形因素對土地利用空間格局分布和變化的系統(tǒng)影響效應(yīng)。

［1］趙堅(jiān)，徐敏，鄭盛，等.干旱區(qū)土地利用/覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化分析-以準(zhǔn)格爾旗為例［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27(4):99-104.(ZHAO Jian，XU Min，ZHENGSheng，et al.Spatial and temporal dynamic analysis of land use/cover change in arid areas:a typical example of Zhungeer［J］.Journal of Arid Land Resources and Environment，2013，27(4):99-104.(in Chinese))

［2］WANGXiuhong，ZHENGDu，SHEN Yuancun.Land use change and its driving forces on the Tibetan Plateau during1990，2000［J］.Catena，2008，72(1):56-66.

［3］WENG Yenchu.Spatiote-mporal changes of landscape pat-tern in response to urbanization［J］.Landscape and Urban Planning，2007，81(2):341-353.

［4］SUMEYRA K.Land use changes in Istanbul’s Black Sea coastal regions between 1987 and 2007［J］.Journal of Geographical Sciences，2013，23(2):271-279.

［5］吳楠，高吉喜，蘇德畢力格，等.長江上游不同地形條件下的土地利用覆蓋變化［J］.長江流域資源與環(huán)境，2010，19(3):268-275.(WU Nan，GAO Jixi，Sudebilige，et al.On land use/cover changes of different topographic conditions in the Upper Yangtze River Basin［J］.Resources and Environment in the Yangtze Basin，2010，19(3):268-275.(in Chinese))

［6］崔步禮，李小雁，姜廣輝，等.基于DEM的山地丘陵區(qū)土地利用覆被研究-以青海湖流域?yàn)槔跩］.自然資源學(xué)報(bào)，2011，26(5):871-880.(CUI Buli，LI Xiaoyan，JIANG Guanghui，et al.Study on land use/cover in mountain area based on the DEM:taking the Qinghai Lake Basin as an example［J］.Journal of Natural Resources，2011，26(5):871-880.(in Chinese))

［7］梁發(fā)超，劉黎明.基于地形梯度的土地利用類型分布特征分析以湖南省瀏陽市為例［J］.資源科學(xué)，2010，32(11):2138-2144.(LIANGFachao，LIU Liming.Analysis on distribution characteristics of land use types based on terrain gradient:a case of Liuyang City in Hunan Province［J］.Resources Science，2010，32(11):2138-2144.(in Chinese))

［8］徐海燕，趙文武，劉國彬，等.黃土丘陵溝壑區(qū)坡面尺度土地利用格局變化對徑流的影響［J］.水土保持通報(bào)，2008，28(6):49-52.(XU Haiyan，ZHAO Wenwu，LIU Guobin，et al.Effects of slope land use pattern change on runoff in the hilly and gully area of the Loess Plateau ［J］.Bulletin of Soil and Water Conservation，2008，28(6):49-52.(in Chinese))

［9］白曉娟，趙雨森，王偉東.基于DEM的哈爾濱市土地利用類型動(dòng)態(tài)變化［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，38(12):84-87.(BAI Xiaojuan，ZHAO Yusen，WANG Weidong.Dynamic change of land use types in Harbin based on DEM ［J］.Journal of Northeast Forestry University，2010，38(12):84-87.(in Chinese))

［10］GAO Yongnian，ZHANG Wanchang.LULC classification and topographic correction of land sat-7 ETM+imagery in the Yangjia River Watershed:the influence of DEM resolution［J］.Sensor，2009，9(3):1980-1995.

［11］王世忠.基于LUPO模型的德清縣土地利用空間布局優(yōu)化［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(2):230-237.(WANG Shizhong.Land use spatial structure optimization based on LUPO model in Deqing county［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2012，28(2):230-237.(in Chinese))

［12］賀敬瀅，張桐艷，李光錄，等.基于DEM的土地利用與地形因子關(guān)系研究［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2012，30(2):206-212.(HE Jingying，ZHANG Tongyan，LI Guanglu，et al.Study on relationship between land use and terrain factor based on DEM［J］.Agricultural Research in the Arid Areas，2012，30(2):206-212.(in Chinese))

［13］郭洪峰，許月卿，吳艷芳.基于地形梯度的土地利用格局與時(shí)空變化分析:以北京市平谷區(qū)為例［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2013，33(1):160-166.(GUO Hongfeng，XU Yueqing，WU Yanfang.Analysis of the land use spatial pattern and spatio-temporal changes based on terrain gradient:a case study of Pinggu District in Beijing［J］.Economic Geography，2013，33(1):160-166.(in Chinese))

［14］賈寧鳳，段建南，喬志敏.土地利用空間分布與地形因子相關(guān)性分析方法［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2007，27(2):310-312.(JIA Ningfeng，DUAN Jiannan，QIAO Zhimin.Analysis method of spatial distribution of land use in relation to topography［J］.Economic Geography，2007，27(2):310-312.(in Chinese))

［15］郝雅珺，常慶瑞，劉海飛.基于GIS的縣域土地利用與地形因子關(guān)系研究:以陜西省黃陵縣為例［J］.水土保持通報(bào)，2012，32(6):134-141.(HAO Yajun，CHANG Qingrui，LIU Haifei.GIS-based analysis of relationship between land use and topography:a case study of Huangling County，Shaanxi Province［J］.Bulletin of Soil and Water Conservation，2012，32(6):134-141.(in Chinese))

［16］陳楠，楊武年，李娟.巴中市丘陵山區(qū)土地利用在地形梯度上的分布特征［J］.水土保持通報(bào)，2012，32(1):185-188.(CHEN Nan，YANG Wunian，LI Juan.Distribution characteristics of land use patterns at different terrain gradients in hills and mountains of Bazhong City［J］.Bulletin of Soil and Water Conservation，2012，32(1):185-188.(in Chinese))