扎龙湿地土地利用与土地覆盖变化分析

1、扎龙湿地土地利用与土地覆盖变化分析收稿日期:2009-08-23基金项目:黑龙江省留学归国人员科学技术专项资金 (LC07C34作者简介:沃晓棠 (1976- ,女,博士研究生,研究方向为生态学 。 E-mail:woxiaotang-zhao *通讯作者:孙彦坤,教授,博士生导师,研究方向为气象生态 。 E-mail:YK_Sun沃晓棠,孙彦坤 *(东北农业大学资源与环境学院,哈尔滨150030摘 要:基于 1995年和 2004年两个时段的 LandsatTM 影像数据,运用遥感 、 GIS 技术,分析扎龙湿地19952004年土地利用与覆盖动态变化的数量特征和空间格局,运用逐步回归分析法

2、和主成分分析法,探讨扎龙 湿地土地利用与土地覆盖驱动力机制 。 结果表明,扎龙湿地耕地变化是扎龙湿地土地利用变化的核心类型,扎龙 湿地的农村经济发展和农业人口数是影响耕地变化的主要因素,对土地利用与覆被变化起着主要作用 。关键词:扎龙湿地;土地利用;土地覆盖;驱动力 中图分类号:F301.24文献标志码:A文章编号:1005-9369(2010 01-0056-05Study on dynamic change of land use and land cover in Zhalong wetland/WO Xiaotang, SUN Yankun (Collegeof Resources a

3、nd Environmental Sciences , Northeast Agri-cultural University, Harbin 150030, China Abstract:In this study, two TM images of the study area were used, scalar properties and spatialpatterns of 10years (1995-2004land use and land cover changes in Zhalong wetland were analyzed, by using the remote sen

4、sing and GIS technology. Meanwhile, it explored Zhalong wetland land use and land cover driving force mechanism by using stepwise regression analysis and principal com-ponent analysis. The results showed that the change of cropland was the core type of land use change in Zhalong wetland, and Zhalong

5、 wetland rural economic development and rural population were the major factors in the change of land use and cover change.Key words:Zhalong wetland; land use; land cover; driving forces 土地利用与土地覆盖变化研究是全球环境变化 研究的一个重要方面 。 目前,在土地利用与土地覆 盖变化社会经济驱动力研究方面,颇受重视的内容 是社会经济机制及土地利用决策的影响 1。 湿地在 调节地区干旱气候 、 平衡降雨 、 蓄

6、水 、 分洪等方面 发挥着重要作用,然而由于人口的增长和盲目开 发,湿地正遭受着严重破坏 2。 湿地垦植与泥沙淤 积,使湿地面积锐减,因此分析湿地土地利用与土 地覆盖的驱动力机制,摸清各种变化的联系,成为 湿地 LUCC 研究的焦点和重点 。 本文运用遥感 、 GIS 技术和数学模型方法 3-6,对扎龙湿地的土地覆 盖动态变化特征进行分析,并探讨扎龙湿地土地利用与土地覆盖驱动力机制,为土地合理利用和湿地 资源的保护奠定基础 。1研究区概况中国黑龙江扎龙自然保护区是以芦苇沼泽为主的内陆湿地和水域生态系统型的自然保护区, 1992年被列入国际重要湿地名录 。 扎龙湿地位于东经 123°4

7、7124°37 ,北纬 46°5247°13 ,处于乌双流 域下游,嫩江左岸低平原区,地势由东北向西南倾 斜,海拔高度 140146m ,土地盐渍化比较普遍 。 扎龙湿地生物丰富多样,水生 、 湿生和中生植物广 泛分布 。 鹤类主要有丹顶鹤(Grus japonesis 、 白鹤 第 41卷 第 1期 东 北 农 业 大 学 学 报 41(1:56602010年 1月Journal of Northeast Agricultural UniversityJan. 2010(Grus iecugeranus 、 白头鹤 (Grusmonacha 等珍稀 鸟类,是国际

8、重要的珍稀鹤类迁徙 、 繁殖基地 7。2方 法2.1土地覆盖动态变化特征分析方法本文采用扎龙湿地两景 (1995年和 2004年 LandsatTM 陆地卫星影像和土地利用现状图 (1995年和 2004年 ,同时进行野外控制点测量和土地利 用与覆被分类训练区的野外调查,结合研究区实际 情况,将研究区土地利用类型划分为耕地 、 沼泽 地 、 草地 、 湖泊 、 居民地及盐碱地共 6个一级地 类,将沼泽地划分为 2个二级地类 (芦苇沼泽和明 水沼泽 ,采用遥感和地理信息系统相结合的方法, 制作研究区不同时期的土地利用分类图,并将其进 行空间叠置分析,获得两个时期的土地利用变化转 移矩阵,并运用景

9、观多样性 、 景观破碎度和景观优 势度指数等湿地景观结构要素 8-12,系统分析扎龙 湿地土地覆盖动态变化 。2.2土地利用 /覆被变化驱动力分析方法选取每年的耕地面积来反映土地利用变化,以 社会经济统计数据的指标体系作为影响土地利用变 化的社会经济因子,应用 SPSS 统计软件进行各统 计因子和耕地面积的相关分析,提取 10个相关性 大的因子作为主要驱动因子,并将主要驱动因子分解为 3个层面:人口层面 、 农业生产条件层面和农 村经济层面,其中人口层面的指标包括总人口 (X 1 、 总户数 (X 2 ;农业生产条件层面的指标包括 粮食播种面积 (X 3 、 有效灌溉面积 (X 4 、 农村用

10、电 量 (X 5 、 化肥施用量 (X 6 ;农村经济层面的指标包 括农村居民总收入 (X 7 、 人均收入 (X 8 、 粮食总产 量 (X 9 和年末大牲畜存栏头数 (X 10 ,运用因子层逐 步回归分析和主成分分析相结合的方法,探讨土地 利用变化和各主要驱动因子的耦合关系 13-15。3土地覆盖动态变化特征分析3.1土地利用类型的数量变化分析两期的遥感影像分析结果显示了扎龙湿地的土 地利用变化在数量上的特征 (见图 1 :19952004年 扎龙土地利用类型中除沼泽外其他类型土地面积 均呈增加的变化趋势,其中草地和盐碱地面积变 化贡献率分别为 22.66%和 21.74%,沼泽 (芦苇沼

11、 泽和明水沼泽 10年间共减少了 136.26km 2,其对 土地利用结构的变化贡献率达到了 50%;从土地 利用数量结构看, 1995年耕地 、 居民地 、 湖泊 、 草地 、 盐碱地 、 沼泽所占的比例分别为 11.33%、 1.10%、 3.57%、 15.56%、 14.12%、 54.32%, 2004年 所占比例分别为 11.81%、 1.11%、 3.78%、 18.30%、 16.76%、 48.23% 。草地Grass land芦苇沼泽Reed swamp明水沼泽Water swamp湖泊Lake居民地Settlement耕地Crop land盐碱地BarrenN图 1199

12、5和 2004年扎龙土地利用Fig. 1Zhalong land use in 1995and 2004沃晓棠等:扎龙湿地土地利用与土地覆盖变化分析第 1期 ·57·3.2土地利用结构的空间变化分析19952004年土地利用类型间转化矩阵分析见 表 1。 耕地主要来自于芦苇沼泽,同时芦苇沼泽主 要向明水沼泽和草地转变,草地向盐碱地转变的趋 势较明显,转化率为 58.64%;湖泊主要来自于芦 苇沼泽,其转化率达 61.42%;盐碱地主要来自于 耕地和草地,耕地和草地向盐碱地的转化率分别为 38.06%和 58.64%,由此说明扎龙湿地土壤盐渍化现 象较严重 。3.3景观类型斑

13、块特征扎龙湿地景观结构要素特征见图 2。 1995 2004年景观多样性和破碎度两项指数值增大,而 景观优势度指数值减小,主要是由于沼泽地为扎龙 湿地的主体优势景观,沼泽地面积的减少使景观优 势度呈下降趋势 。 近年来,人类活动范围不断扩 大,干扰活动加剧,造成耕地和居民工矿建设用地 增加,在一定程度上加速了景观的破碎化程度,造 成景观格局趋向复杂化,不利于扎龙湿地生态系统 的稳定 。2.52.01.51.00.519952004景观多样性指数景观破碎度指数 景观优势度指数图 2扎龙湿地景观格局要素特征Fig. 2Zhalong landscape indices in 1995and 200

14、4表 11995和 2004年扎龙湿地土地利用转移矩阵Table 1Zhalong wetland land use transfer matrix in 1995and 20041995年2004年芦苇沼泽Reed swamp耕地Crop land明水沼泽Water swamp草地Grass land湖泊Lake盐碱地Barren居民地 Settlement芦苇沼泽Reed swamp4. 4453. 6729. 566. 335. 990耕地Crop land25. 652. 0633. 440. 7438. 060. 05明水沼泽Water swamp51. 034. 9438. 920

15、. 274. 840草地Grass land22. 1714. 995. 660. 5258. 640. 01湖泊Lake61. 429. 058. 496. 9514. 030. 07盐碱地Barren17. 1744. 763. 1232. 112. 510. 33居民地 Settlement 8. 7034. 7808. 702. 9044. 93(%4耕地的驱动力分析4.1耕地与主要驱动因子相关性分析耕地与人口层面的关系分析见表 2。 耕地的变 化与总人口有很好的相关性,二者之间的相关系数 达 0.992,这是因为食物是人类生存的最基本要素, 而土地是食物生产的最终要素,所以人口作为一

16、种 持续的外界压力,对耕地数量变化起着重要作用;就农业生产条件层面而言,有效灌溉面积和农村用 电量两项指标值增加不明显,耕地与化肥使用量和 粮食播种面积有很大相关性,相关系数分别为 0.974和 0.954;在农村经济发展层面上,耕地与农 村居民总收入和粮食总产量两项指标有较大相关 性,相关系数分别为 0.943和 0.984。 以上分析结 果表明,农业收入的增长在一定程度上激发了农民 “ 开荒 ” ,进而导致了沼泽和草地面积的减少 。·58·东 北 农 业 大 学 学 报 第 41卷4.2驱动因子主成分分析扎龙湿地耕地驱动因子主成分分析结果见表 3, 有 3个主成分的特征

17、根大于 1, 3个主成分的累计 方差贡献率为 80.08%。 第一主成分中各变量载荷系 数除了有效灌溉面积 (X 4 和年末大牲畜存栏头数 (X 10 之外,其他变量载荷系数都较大,说明所选的 各变量对耕地数量变化的驱动作用都很大,其相对重要性依次为:农村居民总收入 (X 7 、 粮食总产量 (X 9 、 化肥施用量 (X 6 、 粮食播种面积 (X 3 、 农村 用电量 (X 5 ;在第二主成分中,有效灌溉面积 (X 4 的载荷系数较高 。 第一主成分载荷主要是突显了总 收入 、 粮食总产量和总人口的重要影响,其载荷值 均达 0.9以上,由此可知,扎龙湿地的农村经济发 展和农业人口数是影响耕

18、地变化的主要因素 。表 2耕地与主要驱动因子相关性分析Table 2Analysis of correlation between cropland and dynamic factors模型 Model 复相关系数R决定系数 R 2R 2校正的决定系数Adjusted R 2估计标准误差 Estimated standard error总人口 (X 1Population0. 992(a 0. 9850. 9830. 61480化肥施用量 (X 6Amount of fertilizer0. 974(a 0. 9490. 9431. 11209粮食播种面积 (X 3Area of grain

19、0. 954(a 0. 9100. 8991. 48200粮食总产量 (X 9Grain output0. 984(a 0. 9680. 9640. 89037农村居民总收入 (X 7Total income of rural residents0. 943(a 0. 8890. 8751. 64814表 3耕地驱动因子主成分分析Table 3Principal component analysis of cropland dynamic factors各变量 Total variance主成分 1Component 1主成分 2Component 2主成分 3Component 3特征根Ch

20、aracteristic root累计百分比 (% Cumulative percentage总人口 (X 1Population0. 908-0. 116-0. 0185. 22352.229总户数 (X 2Total Households0. 654-0. 734-0. 0201. 56967.921粮食播种面积 (X 3Area of grain0. 6950. 1040. 1481. 21680.081有效灌溉面积 (X 4Effective irrigation area0. 2030. 863-0. 4300. 97689.842农村用电量 (X 5Lectricity in ru

21、ral areas0. 6800. 034-0. 4440. 59195.751化肥施用量 (X 6Amount of fertilizer0. 8850. 3160. 0430. 24298.175农村居民总收入 (X 7I ncome of rural residents0. 9230. 1170. 2290. 11399.301人均收入 (X 8Per capita income0. 709-0. 143-0. 0340. 06899.985粮食总产量 (X 9Grain output0. 9190. 0330. 1010. 002100.000年末大牲畜存栏头数 (X 10 Large

22、 livestock herd-0. 0030. 3540. 863-1. 14×10-15100.000沃晓棠等:扎龙湿地土地利用与土地覆盖变化分析第 1期 ·59·5讨论与结论文章将扎龙湿地 10年间土地利用与覆盖动态 变化与社会经济因素动态变化相结合,对扎龙湿地 土地利用与覆盖动态驱动力进行了较系统的研究, 结果表明: 除沼泽外其他类型土地面积均呈增 加的变化趋势,其中耕地主要来自于芦苇沼泽,草 地向盐碱地转变的趋势较明显; 景观结构要素 特征显示土地利用趋于多样化和均匀化,但是完整 性较差; 扎龙湿地的农村经济发展和农业人口 数是影响耕地变化的主要因素,对

23、土地利用与覆被 变化起着主要作用 。通常对于不同空间尺度的土地利用 /覆盖变化 与社会经济要素动态变化的规律分析,多采用典型 相关分析和多元线性回归模型,然而在实际研究 中,影响土地利用与土地覆盖变化的因素很多,采 用较多的变量来拟合回归方程,得到方程的稳定性 差,这就给系数的估计带来不合理的解释 。 鉴于以 上原因,文章从经济驱动入手,通过驱动因子的分 层,从包含全部变量的回归方程中逐次剔除不显著 因子,采用 “ 有进有出 ” 的逐步回归分析法,分析土 地利用变化的原因 。 希望在今后研究中加强遥感影 像数据与社会经济统计数据的融合,进一步分析各 种土地利用类型变化的驱动力及其驱动机制间的关

24、 系 。参 考 文 献 1刘纪远 , 刘明亮 , 庄大方 , 等 . 中国近期土地利用变化的空间格 局与驱动力分析 J.中国科学 :D 辑 , 2002, 32(12:1031-1040. 2吴长申 . 扎龙国家级自然保护区自然资源研究与管理 M.哈尔滨 :东北林业大学出版社 , 1999.3Eric F, Lambina B L, Turnerb H G, et al. The causes of land-use and land-cover moving beyond the mythsJ.Global Environmental Change, 2001(11:269.4Metternieht G. Assessing temporal and spatial changes of salinity using fuzzy logic, remote sensing and GIS. foundations of an expert systemJ.Ecological Modelling, 2001, 144:163-179.5BuKrgi M, Russell E W B. Integrative methods to study landscape changesJ.Land Use Policy, 2001, 18:9-16.