陳利利,張建軍,張亭亭,郭敏杰,木熱提江·阿不拉,藺鵬飛,于藝鵬,張曉萍

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,712100,陜西楊凌;2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所,712100,陜西楊凌; 3.中國科學(xué)院研究生院,100049,北京)

陜西省神木縣2012年土地利用結(jié)構(gòu)特征分析

陳利利1,張建軍2,3,張亭亭1,郭敏杰2,3,木熱提江·阿不拉1,藺鵬飛2,3,于藝鵬1,張曉萍2?

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,712100,陜西楊凌;2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所,712100,陜西楊凌; 3.中國科學(xué)院研究生院,100049,北京)

以位于晉陜蒙接壤區(qū)的陜西省神木縣為例,選取相關(guān)定量指標(biāo),對其2012年土地利用結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析,結(jié)果表明:1)神木縣和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用均以中低覆蓋度草地為主,景觀基質(zhì)為草地。2)神木縣土地利用類型齊全度低,集中化程度高,組合類型少,土地利用程度低;西北部風(fēng)沙草灘區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)較東南部丘陵溝壑區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用類型齊全度高,集約化水平低,土地整體功能強(qiáng),組合類型數(shù)多;鄉(xiāng)鎮(zhèn)間不同土地利用類型的區(qū)位意義與該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的礦藏開發(fā)、風(fēng)景名勝區(qū)、地形地貌和植被區(qū)系等有很大關(guān)系。3)神木縣土地利用類型的空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出農(nóng)地、居民地和工礦用地等受人類活動影響越強(qiáng)烈的地類,其分維數(shù)越小、形狀指數(shù)越大、形狀越簡單的特征。因此,神木縣未來土地利用需要增加有效植被蓋度,進(jìn)一步使陡坡農(nóng)地退耕,加強(qiáng)未利用地的開發(fā)以及工礦用地復(fù)墾,改善縣域生態(tài)環(huán)境,從而保證土地利用可持續(xù)發(fā)展。

土地利用;數(shù)量結(jié)構(gòu);空間結(jié)構(gòu);神木縣

土地利用是社會生產(chǎn)中作為生產(chǎn)資料的土地利用方式、利用程度和利用效果的總稱。土地資源是制訂國民經(jīng)濟(jì)計劃和宏觀決策的重要基礎(chǔ)資料,其利用狀況是土地利用規(guī)劃和土地管理的重要依據(jù)[1]。土地利用結(jié)構(gòu)是特定區(qū)域內(nèi),國民經(jīng)濟(jì)各部門(農(nóng)業(yè)和非農(nóng)業(yè))用地面積占土地總面積的比例[2]。按照系統(tǒng)論中結(jié)構(gòu)決定功能的觀點(diǎn),土地利用系統(tǒng)的核心就在于土地利用結(jié)構(gòu)[3-4],因此,分析土地利用結(jié)構(gòu)、認(rèn)清土地資源利用狀況對合理利用土地、強(qiáng)化土地管理等具有重要意義。

全球變化背景下,國內(nèi)外土地利用研究的內(nèi)容側(cè)重于土地利用動態(tài)變化、驅(qū)動機(jī)制、分區(qū)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等;土地利用研究的方法主要以統(tǒng)計分析、系統(tǒng)動力學(xué)、元胞自動機(jī)和馬爾珂夫模型等方法;土地利用研究的尺度主要集中在全國、省、市、地區(qū)以及流域等層次,作為具有行政管理功能的基本單位,縣域是土地管理、土地規(guī)劃達(dá)到持續(xù)利用的最佳尺度。神木縣相關(guān)研究主要有土地類型劃分及評價[5]、土地利用動態(tài)變化及景觀格局演變[6],而對于土地利用的數(shù)量和空間結(jié)構(gòu)特征的定量分析較少。筆者結(jié)合林草植被覆蓋度及地形要素,定量分析神木縣土地利用的結(jié)構(gòu)特征,以期對土地利用規(guī)律和土地生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步認(rèn)識,從而加強(qiáng)實踐指導(dǎo)。

陜西省神木縣位于晉陜蒙接壤區(qū)的黃土高原北緣與鄂爾多斯高原南緣交接地帶的中心區(qū),該區(qū)生態(tài)脆弱,侵蝕劇烈;但區(qū)內(nèi)能源富集,品質(zhì)優(yōu)良,在全國能源工業(yè)發(fā)展和能源基地建設(shè)布局中具有特殊的重要地位,以煤、石油和天然氣等為主的能源工業(yè)在本區(qū)逐漸興起[7-8]。神木縣是中國第一產(chǎn)煤大縣,具有農(nóng)牧交錯帶地形地貌典型特征,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特殊,強(qiáng)烈的人為活動影響著縣域土地利用的結(jié)構(gòu)格局和數(shù)量特征。近年來,由于生產(chǎn)建設(shè)項目的開發(fā)以及退耕還林(草)工程的實施,生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化,會表現(xiàn)出什么樣的土地利用結(jié)構(gòu),需要進(jìn)行分析。筆者選用相關(guān)定量指標(biāo)并結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù),通過對神木縣2012年高精度遙感影像進(jìn)行解譯并獲取土地利用信息,進(jìn)而分析其土地利用結(jié)構(gòu)特征,為該縣生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定和土地可持續(xù)利用提供科技信息。

1 研究區(qū)概況

圖1 神木縣區(qū)位圖及鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布Fig.1 Location of Shenmu County

神木縣位于陜西榆林地區(qū)東北部長城沿線,晉陜蒙接壤地區(qū),內(nèi)蒙古毛烏素沙地和黃土高原丘陵溝壑過渡區(qū),如圖1所示。介于E 109°37′～110° 56′、N 38°12′～39°27′之間。南北長141 km,東西寬95 km,總面積7 635 km2,居陜西省縣區(qū)面積之首?？h域地形西北高,東南低,海拔720.6～1 437.8 m。全縣分3個地貌區(qū):東南部黃河沿岸峽谷丘陵區(qū),約占總面積的7%,谷道狹窄,巖石裸露,多懸崖陡坡;中南部為黃土丘陵溝壑區(qū),占全縣面積31%,梁峁起伏,溝壑縱橫,地形破碎;北部為風(fēng)沙草灘區(qū),占全縣面積62%。氣候為溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,年平均日照時間2 876 h,氣溫8.5℃,無霜期169 d,降水440.8 mm。植被區(qū)系為森林草原向典型草原和干旱草原過渡帶。以黃河為界與山西興縣相望,境內(nèi)窟野河、禿尾河流域面積分別占全縣總面積的51.2%和31.4%。降水資源短缺,地下水資源相對豐富。縣境西北部有46個內(nèi)陸湖泊,其中塞上明珠紅堿淖總面積54 km2,儲水8億m3,是陜西省最大的內(nèi)陸湖,也是中國最大的沙漠淡水湖。主要土壤類型為風(fēng)沙土和黃綿土,淡栗鈣土和黑壚土同時并存、交錯分布,南北方向延伸。主要土地利用類型為草地、耕地和林地[9]。2011年底,全縣總?cè)丝?2萬,轄15鎮(zhèn)4鄉(xiāng)。

2 數(shù)據(jù)來源及處理

2.1 數(shù)據(jù)源

遙感影像數(shù)據(jù)為2012年9—10月RapidEye影像,經(jīng)過幾何糾正、大氣糾正和多光譜合成的正射鑲嵌影像,空間分辨率6.5 m,全縣共5景,影像時間和參數(shù)如表1所示。建立各土地利用類型解譯標(biāo)志庫,通過目視解譯過程獲取土地利用信息,同時對第3和第5波段進(jìn)行運(yùn)算,獲取全縣歸一化植被指數(shù),并采用像元二分模型估算植被覆蓋度。神木縣30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)下載于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺,經(jīng)過預(yù)處理及投影轉(zhuǎn)換后,提取坡度數(shù)據(jù)。植被覆蓋度和坡度信息幫助判斷林草地覆蓋質(zhì)量和農(nóng)地地形部位信息。

表1 神木縣2012年RapidEye遙感影像信息及參數(shù)Tab.1 Information and parameters of RapidEye remote sensing image in Shenmu County in 2012

2.2 土地利用信息解譯

參照第2次全國土地調(diào)查土地分類系統(tǒng),根據(jù)縣域?qū)嶋H情況,將園地和耕地合并為農(nóng)地,土地利用類型分為農(nóng)地、草地、林地、居民地、工礦用地、交通用地、水域和未利用地等。影像解譯和提取土地利用信息的過程如下:

1)根據(jù)影像的顏色、色調(diào)、紋理、形狀、陰影、位置、結(jié)構(gòu)和幾何特征,結(jié)合水系、地貌、土質(zhì)、植被、氣候條件及人文活動特征,依據(jù)上述土地利用分類系統(tǒng),對包含生產(chǎn)建設(shè)項目擾動地類在內(nèi)的土地利用類型建立遙感解譯標(biāo)志。在野外實地勘察過程中,對解譯標(biāo)志進(jìn)行核查、修改和補(bǔ)充。

2)參照解譯標(biāo)志,采用目視解譯法對神木縣土地利用信息進(jìn)行室內(nèi)判讀。按照1∶5萬比例尺制圖規(guī)范,最小成圖圖斑面積為4 mm2,條狀圖斑短邊長度≥1 mm。成圖圖斑數(shù)量達(dá)到1萬6 952個。

3)對解譯結(jié)果抽取總圖斑數(shù)的5%進(jìn)行核查,核查10%的樣本進(jìn)行實地驗證。解譯結(jié)果判對率達(dá)到91.5%。

4)在ArcGIS 9.3軟件支持下,將最終解譯圖建立拓?fù)潢P(guān)系,制作土地利用圖,對分類面積進(jìn)行量算和統(tǒng)計,得到神木縣縣域及各縣鎮(zhèn)土地利用數(shù)量信息表(表2)。

3 研究方法

3.1 土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析方法

土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析是對區(qū)域內(nèi)各類型數(shù)量組合關(guān)系的分析。選取Gibbs-Martin多樣化指數(shù)、Weaver-Thomas組合系數(shù)法、土地利用程度綜合指數(shù)和區(qū)位指數(shù)4個指標(biāo)[4,10-12]分別對土地利用類型的多樣化、組合類型、土地利用程度和區(qū)位意義4方面探討神木縣土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)特征。

3.2 土地利用空間結(jié)構(gòu)分析方法

土地利用空間結(jié)構(gòu)反映了土地利用類型在地域上的配置及其對比關(guān)系[13]。選取斑塊數(shù)、斑塊面積、斑塊周長、分維數(shù)、形狀指數(shù)和分離度指數(shù)等幾個指標(biāo)[4,14]表征土地利用空間格局。

這些定量指標(biāo)能夠充分發(fā)揮各自作用,并較全面地揭示縣域土地利用結(jié)構(gòu)基本特征和所存在的問題,可行性較強(qiáng)[10],并被廣為使用。

表2 神木縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用數(shù)量信息表Tab.2 Area of each land use types of 19 towns and whole Shenmu County

4 結(jié)果與分析

4.1 神木縣土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析

由表2可知,神木縣的土地利用率為91.93%,其中草地面積4 722.13 km2,占總面積比例最大,達(dá)61.85%,其次為農(nóng)地和林地,面積分別為1 119.29和727.89 km2,占總面積比例分別為14.66%和9.53%。水域、工礦用地、居民地和交通用地占地面積都較小,比例分別為1.27%、2.12%、0.18%和2.31%。神木縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,除爾林兔鎮(zhèn)草地面積比例較小,為47.6%外,均以草地面積最大,花石崖鎮(zhèn)高達(dá)74.15%。

林草地覆蓋度是指示生態(tài)環(huán)境演替方向的重要指標(biāo),尤其在生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。將70%作為研究區(qū)林草地穩(wěn)定發(fā)揮生態(tài)效益的有效植被覆蓋度[15]。神木縣林草植被覆蓋度＞70%的面積比例,僅占全縣面積的10.28%,占全縣林草地利用類型面積的14.40%。位于縣域東南部丘陵溝壑區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的有效植被覆蓋度面積占各鄉(xiāng)鎮(zhèn)林草地面積的比例為7.6%～49.1%,而西北部風(fēng)沙草灘區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)有效植被覆蓋度面積更小,占鄉(xiāng)鎮(zhèn)林草地面積比例為1.1%～10.9%。

15°和25°是黃土區(qū)侵蝕發(fā)育過程中的2個重要臨界坡度[16]。以此劃分坡度段為＜15°、15°～25°和＞25°,分析神木縣農(nóng)地的坡度分布(表3)。可知,全縣67.4%的農(nóng)地分布在＜15°地段,11.3%的農(nóng)地分布在＞25°地段,另有21.3%農(nóng)地分布在15°～25°地段。西北風(fēng)沙草灘區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中絕大多數(shù)農(nóng)地位于＜15°地段,由平坦的地形地貌所決定。東南部丘陵溝壑區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)位于＜15°地段的農(nóng)地面積比例為41.43% ～73.22%,7.35% ～25.85%的農(nóng)地位于15°～25°坡度段,由破碎的丘陵溝壑地形地貌特征所決定。

表3 神木縣土地利用類型與坡度關(guān)系Tab.3 Relationship between land use types and slope in Shenmu County %

上述分析可知,神木縣及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用均以草地為主,且均以＜70%覆蓋度的中低覆蓋度草地為主。農(nóng)地中仍有約11.3%的農(nóng)地位于＞25°坡度段,約21.3%的農(nóng)地位于15°～25°坡度段。坡耕地上淺溝侵蝕的發(fā)生發(fā)展是導(dǎo)致侵蝕量劇增的重要因素,因此進(jìn)一步使陡坡農(nóng)地退耕,盡量將農(nóng)地控制在發(fā)生淺溝侵蝕的臨界坡度15°以下的地段對土壤侵蝕的改善具有良好的效果。

4.1.1 土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化分析 土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的多樣化分析能夠揭示區(qū)域內(nèi)土地利用的齊全程度或多樣化狀況,其值介于0～1之間,多樣化指數(shù)越小,說明該區(qū)域的土地利用類型越單一,當(dāng)為0時,代表只有一種土地利用類型。多樣化指數(shù)越大,即越趨近于1,說明該區(qū)域的土地利用類型越多樣。理論上最大值為0.857[10]。根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)多樣化指數(shù)的高低,采用K-Means聚類法分為低多樣化、中多樣化和高多樣化3個級別,并制作神木縣土地利用多樣化指數(shù)空間分布圖(圖2)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)指標(biāo)值如表4所示。

圖2 土地利用類型多樣化指數(shù)空間分布Fig.2 Diversification index space distribution of land use type

總體上看,神木縣縣域19個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的多樣化指數(shù)介于0.417～0.691之間,相差顯著,說明神木縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)間土地利用類型的齊全程度有一定的差異?？h域平均多樣化指數(shù)為0.579,與理論最大值相差較大,可見全縣各種土地利用類型的齊全程度較低。

位于神木縣北部和西部風(fēng)沙草灘區(qū)的大柳塔鎮(zhèn)、爾林兔鎮(zhèn)、錦界鎮(zhèn)和大保當(dāng)鎮(zhèn)為土地利用高多樣化區(qū),如圖2和表4所示。表明4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)豐富多樣,經(jīng)濟(jì)水平較高。其中大柳塔鎮(zhèn)的多樣化指數(shù)最高,為0.691。主要由于其礦藏資源豐富,煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá),帶動二、三產(chǎn)業(yè)和生態(tài)農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展,反映到土地利用結(jié)構(gòu)上,則表現(xiàn)為土地利用類型多樣。

而位于神木縣東南部丘陵溝壑區(qū)的花石崖鎮(zhèn)、太和寨鄉(xiāng)、欄桿堡鎮(zhèn)、喬岔灘鄉(xiāng)為低多樣化地區(qū),多樣化指數(shù)＜0.516。這主要與其所處地形地貌有關(guān):梁多峁少,自然環(huán)境較差,人類活動干擾程度較少,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)草地面積比例均為70%以上,土地利用的多樣化發(fā)展受到限制。

其他11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)包括神木鎮(zhèn)為中多樣化地區(qū),多樣化指數(shù)介于0.516～0.607,相差較小,說明這幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)間經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度類似,土地利用結(jié)構(gòu)具有趨同性。

4.1.2 土地利用結(jié)構(gòu)的組合類型分析 土地數(shù)量結(jié)構(gòu)組合類型分析是為了確定土地利用結(jié)構(gòu)的類型特征及主要類型。土地利用組合類型的多少一般反映了區(qū)域土地整體功能的強(qiáng)弱。

由表4可知:位于神木縣風(fēng)沙草灘區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)以草地和未利用地為主要組合類型,林地和農(nóng)地為次要組合類型;位于丘陵溝壑區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)以草地為主要組合類型,農(nóng)地、未利用地和林地為次要組合類型;而位于峽谷丘陵區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要類型為草地和農(nóng)地。大柳塔鎮(zhèn)、爾林兔鎮(zhèn)和高家堡鎮(zhèn)的組合類型數(shù)最多,有3種,為草地、林地和未利用地,而孫家岔鎮(zhèn)、花石崖鎮(zhèn)、喬岔灘鄉(xiāng)、太和寨鄉(xiāng)、解家堡鄉(xiāng)的土地利用組合類型數(shù)最少,僅有草地1種類型?？傮w來看,全縣及19個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的組合類型構(gòu)成中包括草地、農(nóng)地、林地和未利用地4種地類,有16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用組合類型數(shù)≤2種,土地利用整體功能較弱,草地、農(nóng)地和未利用地優(yōu)勢顯著,尤其是草地,體現(xiàn)了神木縣牧草產(chǎn)業(yè)的重要性,同時也說明全縣土地整體功能較弱,尤其是只有1種組合類型的鄉(xiāng)鎮(zhèn)即孫家岔鎮(zhèn)、花石崖鎮(zhèn)、喬岔灘鄉(xiāng)、太和寨鄉(xiāng)、解家堡鄉(xiāng)還有很大的提升空間。

表4 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用多樣化指數(shù)、組合類型及土地利用程度綜合指數(shù)Tab.4 Diversification index,combination and land use degree comprehensive index of every town

4.1.3 土地利用程度綜合分析 土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度,它不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性,而且反映了人類因素與自然環(huán)境因素的綜合效應(yīng)[17]。依據(jù)公式結(jié)構(gòu),土地利用綜合指數(shù)值介于100～400之間。

由表4可知,全縣平均土地利用程度綜合指數(shù)為213.74,錦界鎮(zhèn)、大保當(dāng)鎮(zhèn)、解家堡鄉(xiāng)、爾林兔鎮(zhèn)、高家堡鎮(zhèn)、麻家塔鄉(xiāng)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用程度綜合指數(shù)低于全縣平均水平,且未利用地比例大于全縣的平均未利用地比例,具有較大的開發(fā)潛力。其余13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用程度綜合指數(shù)高于全縣平均水平,其中欄桿堡鎮(zhèn)最高為228.00。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用程度綜合指數(shù)介于184.68～228.00之間,土地利用程度普遍較低,有待于提高土地集約化程度和綜合利用效益。

4.1.4 地類區(qū)位意義分析 區(qū)位指數(shù)是反映某一地區(qū)各種土地相對于高層次區(qū)域空間的聚集程度[10],當(dāng)區(qū)位指數(shù)＞1時,說明該地類具有區(qū)位意義,反之,說明該地類不具有區(qū)位意義。

分析表5可知,神木縣19個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)地具有區(qū)位意義,其中欄桿堡鎮(zhèn)的農(nóng)地區(qū)位指數(shù)最大,區(qū)位意義最為顯著。

13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的草地具有不明顯區(qū)位意義,區(qū)位指數(shù)均在1.5以下;林地具有區(qū)位意義的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有12個,其中店塔鎮(zhèn)和大柳塔鎮(zhèn)的林地區(qū)位優(yōu)勢明顯,分別為1.98和2.06。

神木鎮(zhèn)、大柳塔鎮(zhèn)、錦界鎮(zhèn)、孫家岔鎮(zhèn)、麻家塔鄉(xiāng)、店塔鎮(zhèn)、中雞鎮(zhèn)和爾林兔鎮(zhèn)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的居民地具有區(qū)位意義,其中大柳塔鎮(zhèn)和孫家岔鎮(zhèn)的區(qū)位優(yōu)勢最為明顯,區(qū)位指數(shù)分別為2.22和2.08;孫家岔鎮(zhèn)、大柳塔鎮(zhèn)、麻家塔鄉(xiāng)、神木鎮(zhèn)和中雞鎮(zhèn)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的工礦用地具有區(qū)位意義,其中位于北部風(fēng)沙草灘區(qū)的孫家岔鎮(zhèn)、大柳塔鎮(zhèn)以及麻家塔鄉(xiāng)的區(qū)位優(yōu)勢顯著,這與其地下礦藏資源豐富,神府煤礦的開采,對地面產(chǎn)生較大的擾動有密切的關(guān)系。這3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)林草有效植被蓋度面積占鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積比例都較小(2.62%、3.04%、4.14%),對水土資源的涵養(yǎng)效果較差,而煤田開發(fā)破壞了原有生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性,區(qū)位優(yōu)勢發(fā)展與生態(tài)的穩(wěn)定性矛盾凸顯。

表5 神木縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用區(qū)位指數(shù)Tab.5 Location advantage indices of land use of each town in Shenmu County

大保當(dāng)鎮(zhèn)、孫家岔鎮(zhèn)、麻家塔鄉(xiāng)、神木鎮(zhèn)和大柳塔鎮(zhèn)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交通條件較為理想,交通用地具有區(qū)位意義,除大柳塔鎮(zhèn)以外的4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)位意義較強(qiáng),都在2.5以上。

水域用地類型具有區(qū)位意義的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有8個,受風(fēng)景名勝區(qū)紅堿淖的影響,爾林兔鎮(zhèn)的水域用地類型區(qū)位意義最顯著。

未利用地具有區(qū)位意義的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有7個,其中錦界鎮(zhèn)、大保當(dāng)鎮(zhèn)、爾林兔鎮(zhèn)的區(qū)位意義相對明顯,分別為2.79、2.04、1.90,這與其處于毛烏素沙漠和黃土高原過渡帶,土地難以利用有很大的關(guān)系。其林草有效植被蓋度的面積占鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積比例都較小(＜3.36%),說明這3個鎮(zhèn)90%以上的林草建設(shè)對水土保持的作用不大,將影響到土地生產(chǎn)潛力的發(fā)揮及土地的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 神木縣土地利用空間結(jié)構(gòu)分析

4.2.1 總體特征 如前所述,神木縣草地的總面積占全縣面積的比例最大,為61.85%,其斑塊平均面積、最大面積、平均周長和最大周長4個指標(biāo)在各地類中都居首位(表6),優(yōu)勢明顯,可以確定神木縣的景觀基質(zhì)為草地。農(nóng)地、林地、居民地、工礦用地、交通用地、水域和未利用地是草地上的鑲嵌體,構(gòu)成全縣土地利用總體格局的基礎(chǔ)。

4.2.2 斑塊形態(tài)特征 分維數(shù)反映了在一定的觀測尺度上土地利用斑塊邊緣的復(fù)雜程度,理論范圍為1.0～2.0,1.0代表形狀最簡單的正方形斑塊,2.0代表等面積下周邊最復(fù)雜的斑塊。由表6可知,各地類斑塊分維數(shù)介于1.06～1.20之間,差異較小,說明所有地類斑塊形狀總體上較為簡單。

表6 神木縣土地利用類型斑塊指標(biāo)統(tǒng)計Tab.6 Statistical indices for different land patch types in Shenmu County

形狀指數(shù)是反映斑塊與圓形的相似程度,當(dāng)形狀指數(shù)為最大值1時,表示斑塊形狀與圓越相近,斑塊形狀越規(guī)則;其值越小,則表明斑塊形狀與圓形相差越大,斑塊形狀越不規(guī)則。

結(jié)合分維數(shù)和形狀指數(shù)2個指標(biāo)來分析,居民地和工礦用地的分維數(shù)最小,都為1.06,二者形狀指數(shù)居前2位,分別為0.64和0.65。表明2種地類是受人類活動影響相對較大的地類,其斑塊形狀相對簡單、規(guī)則。

交通用地的分維數(shù)最大(1.20),形狀指數(shù)最小(0.29),說明受到地形地貌條件的制約,其斑塊形狀最復(fù)雜。農(nóng)地是受人類活動強(qiáng)烈干擾的利用類型之一,但由于很大程度上受地形的制約,所以具有較大的分維數(shù)(1.11)和較小的形狀指數(shù)(0.47);未利用地是其他土地利用后殘留的未開發(fā)土地,也就是被其他土地利用類型分割、包圍而具有不規(guī)則形狀的地類,其分維數(shù)和形狀指數(shù)均顯示其形狀的復(fù)雜性。

分離度指數(shù)反映不同斑塊個體空間分布的離散(或集聚)程度,從分離度指數(shù)看,交通用地的分離度指數(shù)較大,為2.517。這是由于解譯過程中,縣域內(nèi)的道路太窄,考慮到圖斑大小,只解譯正在施工的道路,因此交通用地破碎最嚴(yán)重;而農(nóng)地、未利用地和林地的分離度指數(shù)相對較小,分別為 0.037、0.045和0.059,沒有發(fā)生嚴(yán)重的破碎,說明這3類土地呈大面積連片分布的狀態(tài),在整個土地利用格局中地位較高。草地的分離度指數(shù)最小(0.008),也與草地是該縣的景觀基質(zhì)相一致。

5 結(jié)論

1)神木縣各利用類型占全縣面積比例從大到小依次為:草地 61.85%、農(nóng)地 14.66%、林地9.53%、未利用地8.07%、交通用地2.31%、工礦用地2.12%、居民地1.27%和水域0.18%。神木縣及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主要利用類型為生態(tài)效益較低的中低覆蓋度草地,全縣約30%的農(nóng)地分布在＞15°的坡度段。

2)神木縣總體上多樣化指數(shù)較小,土地利用類型的齊全程度較低;集中化指數(shù)較高,土地利用集中化程度較高;組合類型較少;土地利用程度較低。從東南部黃土丘陵區(qū)到西北部風(fēng)沙草灘區(qū),鄉(xiāng)鎮(zhèn)多樣化指數(shù)呈增大趨勢,集中化指數(shù)為減小趨勢,組合類型數(shù)為增大趨勢。表明西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)較東南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用類型齊全度高,集約化水平低,土地整體功能強(qiáng),組合類型數(shù)多。

不同土地利用類型在鄉(xiāng)鎮(zhèn)間表現(xiàn)出來的區(qū)位意義,由鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在區(qū)域的礦藏資源、風(fēng)景名勝、地形地貌特征和植被區(qū)系等有很大關(guān)系。

3)神木縣土地利用空間結(jié)構(gòu)分析表明,各土地利用類型形狀均較簡單。受人類活動影響越強(qiáng)烈的地類,如農(nóng)地、居民地和工礦用地,其分維數(shù)越小,形狀指數(shù)越大,形狀越簡單。

在土地利用野外調(diào)查和室內(nèi)判讀工作中,得到北京師范大學(xué)地遙學(xué)院劉寶元、王志強(qiáng)、符素華、王友勝等,以及劉二佳、陳妮、謝名禮等的幫助,在此表示感謝。

[1] 王軍,吳傳智,印仁高,等.成都市土地利用現(xiàn)狀遙感調(diào)查研究[J].四川地質(zhì)學(xué)報,2002,22(3):184-187

[2] 孫鴻烈.中國資源科學(xué)百科全書[M].北京:中國大百科全書出版社,2000:285- 287

[3] 許國志.系統(tǒng)科學(xué)[M].上海:上?？萍冀逃霭嫔? 2000:26- 27

[4] 張建軍,張曉萍,陳鳳娟,等.黃土高原溝壑區(qū)長武縣2009年土地利用結(jié)構(gòu)特征分析[J].中國水土保持科學(xué),2011,9(2):71- 79

[5] 李忠鋒,王一謀,馮毓蓀.神木縣近10年生態(tài)治理效果評價[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2004,19(5):348- 352

[6] 張慶印,樊軍,張曉萍.退耕還林(草)對農(nóng)牧交錯區(qū)小流域景觀格局的影響:以神木縣六道溝小流域為例[J].中國水土保持科學(xué),2013,11(2):97- 103

[7] 王文龍.晉陜蒙地區(qū)的生態(tài)環(huán)境特征及其研究[J].水土保持通報,1997,17(7):89- 92

[8] 顏長珍,吳炳方.晉陜蒙接壤區(qū)林草覆蓋變化的遙感分析[J].地理科學(xué),2004,24(4):465- 471

[9] 王曉峰,任志遠(yuǎn).風(fēng)沙過渡區(qū)土地利用變化及驅(qū)動力分析:以陜北神木縣為例[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004,32(1):106- 110

[10]陳其春,呂成文,李壁成,等.縣級尺度土地利用結(jié)構(gòu)特征定量分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2009,25(1): 223- 231

[11]封志明,楊艷昭,宋玉,等.中國縣域土地利用結(jié)構(gòu)類型研究[J].自然資源學(xué)報,2003,18(5):552- 561

[12]莊大方,劉紀(jì)遠(yuǎn).中國土地利用程度的區(qū)域分異模型研究[J].自然資源學(xué)報,1997,12(2):105- 111

[13]劉彥隨.區(qū)域土地利用優(yōu)化配置[M].北京:學(xué)苑出版社,1999:28- 34

[14]張金屯,邱揚(yáng),鄭鳳英.景觀格局的數(shù)量研究方法[J].山地學(xué)報,2000,18(4):346- 352

[15]焦菊英,王萬中,李靖.黃土高原林草水土保持有效蓋度分析[J].植物生態(tài)學(xué)報,2000,24(5):608- 612

[16]唐克麗,張科利,雷阿林.黃土丘陵區(qū)退耕上限坡度的研究論證[J].科學(xué)通報,1998,43(2):200- 203

[17]周自翔,任志遠(yuǎn).GIS支持下的土地利用與土壤侵蝕強(qiáng)度相關(guān)性研究:以陜北黃土高原為例[J].生態(tài)學(xué)雜志,2006,25(6):629- 634

(責(zé)任編輯:程 云)

Characteristics of land use structure in Shenmu County,Shaanxi Province in 2012

Chen Lili1,Zhang Jianjun2,3,Zhang Tingting1,Guo Minjie2,3,Muratjan·Abla1,Lin Pengfei2,3, Yu Yipeng1,Zhang Xiaoping2
(1.College of Natural Resources and Environment,Northwest A&F University,712100,Yangling,Shaanxi,China; 2.Institute of Soil and Water Conservation,CAS&MWR,712100,Yangling,Shaanxi,China; 3.University of Chinese Academy of Sciences,100049,Beijing,China)

Taking Shenmu County in Shaanxi Province as an example,we analyzed the characteristics of its land use structure in 2012 based on related quantitative indices.The results indicated that:1) Moderate and low-cover grassland was the main land use type for the county,and for each of its towns the landscape matrix was grassland.2)The diversity index of land use was relative low,concentration index was high,combination types were few and the land use degree was low.Compared with southeastern towns where hilly and gully area dominates,the northwestern towns which are characterized by sandy wind and grass shoal had higher diversity index of land use,lower level of intensive land utilization,better overall land function and more combination types.The significance of location of each land use type of the towns had a great relationship with exploitation of mineral resources,scenery area,topography and terrain,and vegetation flora.3)The characteristics of spatial structure of land use of Shenmu County show that,for the agricultural land,residential areas and industrial land which were more intensively impacted by human activities,the smaller the fractal dimension,the larger the shape index,and the simpler the shapes.The results of our study show that the land use of Shenmu needs to increase the effective vegetation cover,further perform the“grain for green”project,strengthen the exploitation of unutilized land and the reclamation of mining land,and improve the ecological environment system for ensuring the sustainable development of land use.

land use;quantitative structure;spatial structure;Shenmu County

F301

A

1672-3007(2015)01-0059-09

2014- 05- 09

2014- 12- 02

項目名稱:中國科學(xué)院知識創(chuàng)新項目“晉陜蒙能源基地受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建關(guān)鍵技術(shù)與示范”(KZCX2-XB3-13);中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項目“近百年黃土高原侵蝕環(huán)境與水沙變化”(KZZD-EW-04-03-03);國家自然科學(xué)基金“典型流域水沙動態(tài)過程及對退耕還林(草)響應(yīng)機(jī)理”(41101265);國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目“氣候變化背景下黃土高原土地利用影響徑流的空間尺度效應(yīng)”(41230852)

陳利利(1988—),女,碩士研究生。主要研究方向:資源環(huán)境監(jiān)測與評價。E-mail:chlili2013@163.com

?通信作者簡介:張曉萍(1971—),女,博士,研究員。主要研究方向:區(qū)域水土流失規(guī)律及水土保持。E-mail:zhangxp@ms. iswc.ac.cn