海河地理样带土地利用覆盖变化LUCC及其驱动机制研究_图文

1、第28卷第2期 2008年4月天津师范大学学报(自然科学版Journal of Tianjin Normal University(Natural Science Edition文章编号:16711114(200802007106海河地理样带土地利用/覆盖变化(1人.脱及其驱动机制研究张征云,孙贻超,柳伽(天津市环境保护科学研究院,天津300191摘要:选择受人类活动干扰较大的海河样带为研究区,研究了1987年和2002年该区土地利用/覆盖的变化情况, 分析了土地利用变化的驱动机制.研究结果表明,1987年和2002年,该地区的耕地、盐田卤水池、滩涂及其他用地的 面积减少了,其中耕地减少面积最

2、大,动态度一1.74I建设用地、草地和水域面积增加,其中建设用地增加面积最大,动 态度为2.88.关键词:海河样带土地利用/覆盖变化I驱动机制,天津中图分类号:F301文献标识码:AStudy of the LUCC and driving factors of Haihe beltZHANG Zhengyun,SUN Yichao,L JrU Jia(Tianjin Academy of Environment Science.Tianjin 300191.ChinaAbstract:Taking Haihe beIta district fast developing and being

3、disturbed by human activities in Tianjin as an ex-ample,the land uses and cover changes(LUCCin 19872002were investigated,and the driving factors includingtheaspectsKey words:Haihe belt;LUCCdriving factorTianjin1研究方法1.1典型样带的选择选择受人类活动干扰作用较大的海河样带(以海 河为中心,选取82km×16.5km的区域为研究对象 作为研究区,以期通过典型样带的研究,探讨该

4、区土 地利用/覆盖的变化情况,寻找该区土地利用/覆盖变 化的驱动机制1.1.2样带区域概况研究区内海河承泻北运河、永定河、大清河、子牙 河及南运河5大水系的来水,干流长达72km.1958年在海河口建防潮闸,海河由潮岔河道变为以蓄水为 主的多功能河道式水库.行政区划上包括塘沽区、市 内6区及新4区部分地区,处于东经117。52 116。58,北纬39。1738。52,人口480多万,面积 1320km2,是天津经济文化的发达地带.1.3LUCC数据的获得本研究以20世纪初天津市及附近地区地表形态 图1及1987年和2002年两个不同时相的TM影像 数据为基础,按照国家土地利用分类标准,将土地资

5、 源分为耕地、林地、草地、水域等6个一级类型,并对 其进行统一编码.利用Mapinfo将天津市及附近地区 的地表形态图配准,在Erdas中将两期TM数据进行 辐射校正和几何校正,使它们投影一致并统一于同一 坐标系之下,利用Arcgis对目标区域进行数据提取, 在此基础上对各期数据进行人工解译,而后得到相应 的土地利用/覆盖矢量文件,遥感解译过程中参照了 1987年和2002年的土地利用现状图(图1.2土地利用/覆盖变化分析以天津市20世纪初地形图及1987年和2002年 TM影像为数据源,利用I吲GIS技术对研究区内的土 地利用变化进行分析.各期土地利用/覆盖图见图2. 2.1单一土地利用类型

6、动态度变化分析土地利用动态度模型可以定量描述区域土地利收穑日期:2007-08-27基金项目:天津科技发展战略研究计划项目(06YFSYSY02700l天津市科委基金资助课豚(0621.ZLZT00300 第一作者:张征-云(1976-,女,工程师.硕士,主要从事生态评价与规划、地理信息系统方面的研究.72 天津师范大学学报(自然科学版 2008年4月用变化的速度,对比较土地利用变化的区域差异和 预测未来土地利用变化趋势都具有积极作用21. 单一土地利用类型动态度可表达某区域一定时间 范围内,某种土地利用类型的数量变化,其表达式为: K一Ub了-广Uo.i1×100%, (1 式中,

7、阢,U分别为研究期初及研究期末某一种土 地利用类型的面积;T/年为研究时段;K为研究时 段内某一土地利用类型的年变化率.利用式(1求出各土地利用类型从1987年到 2002年这两个时段的动态度,结果见表1.a为1987年;b为2002年(下同图1海河样带1987年和2002年的TM遥感图图21987年和2002年海河样带土地利用/覆盖情况表11987年和2002年海河样带土地利用变化动态度1建设用地包括住宅用地、商服用地、工矿仓储用地.公共管理与公共服务用地、交通运输用地等; 滩涂用地指海岸线外潮问带用地;其他用地主要指未利用地.2动态度中。一”是指面积减少,反之为面积增加.由表1可以看出,1

8、987年到2002年,海河样带 区域土地利用发生了较大的变化.耕地、盐田卤水 池、滩涂及其他用地的面积减少了,其中耕地减少面 积最大,动态度一1.66;建设用地、草地和水域面积 增加,其中建设用地面积变化最大,动态度为2.88, 其次是草地,动态度为9.83,说明在研究期内,草地 增加的速率较快,这主要由土地退化所造成.2.2海河样带土地利用变化转移矩阵分析转移矩阵可全面而又个体地反映区域土地利用 变化的结构特征与各用地类型变化的方向,便于了解 第28卷 第2期 张征云。等:海河地理样带土地利用/覆盖变化(LucC及其驱动机制研究 73研究期间各土地利用类型的流失去向与来源构成嘲. 海河样带1

9、9872002年土地利用的变化转移矩阵 应用Arcgis对两期数据作叠加分析,最终得到 (表2.表中第2行第2列的138.89表示1987-2002年水域向草地转移了138.89hm2,第3行第3列的772.16表示1987-2002年建设 用地向水域转移了772.16hm2.由表3的数据统计结果可知,居前5位的土地 利用变化类型中,有4项是耕地转为其他用地类型, 耕地的转出占研究区样带内所有土地利用类型转化 面积的56.8%,说明耕地的减少是研究区样带内主 要的土地利用现象.研究期内,耕地转化为其他用地类型的总面积 为19611.22hm2,其中转为建设用地的面积达 12054.25hm2,

10、占全部耕地转出面积的61.52%, 其次为水域和草地,见图3.从其空间分布看,该类 型转化主要分布于天津市区的外围区域,以及由市 区向东沿京津塘高速公路、津滨高速公路、津塘公路 及海河等几条线的两侧扩展.表3海河样带内L帔主要类型、面积及比重统计表从耕地转移去向图上可以看出,由于天津经济 技术开发区的建成,天津市区和开发区两个经济增 长点通过连接两区的交通干线,对周围地区的经济 产生了巨大的拉动效应,从而使这一区域成为居民 用地增加最集中的地方.图3耕地转移去向示意图这主要是由于研究区的气候特点和人们对当地 水资源不合理的开发和利用造成的.天津地处海河 流域下游,北有蓟运河、潮白河、北运河、永

11、定河(俗 称北四河,南有大清河、子牙河、南运河等水系,历 史上属水源充沛地区.但是随着上游地区水资源的74 天津师范大学学报(自然科学版 2008年4月不断开发及其防洪治理,再加上最近几年该地区连 年干旱,降水量正好处于其年际变化的波谷期,从而 导致入境水量突变性减少、河流干涸湿地面积萎缩 及土壤环境的进一步退化(土壤沙化、土壤盐渍化 等,从而使耕地和湿地大面积向草地转移.滩涂作为陆地与海洋之间的桥梁,已成为人类 向海洋扩展率先开发的焦点,然而不科学的开发、围 垦,致使滩涂湿地生态功能减小甚至丧失,生态环境 变得脆弱和敏感.圈4研究期间建设用地占用其他用地类型图建设用地扩张主要有两方面原因,即

12、人口数量 及经济的迅速发展.根据天津市统计年鉴资料, 1987-2002年,研究区内各行政区的平均人口自然 增长率超过lo%o,虽然在研究时段内,人口数量扩 大规模在国家人口政策影响下逐年得到控制,到 2002年人口自然增长率均值已经降到了4以下, 市内六区中甚至出现负增长,但总的人口数量还是 逐年增加的. 2.4土地利用程度变化分析土地利用程度用以反映人类对土地利用的广度 和深度,它不仅反映了土地利用中土地本身的自然 属性,也反映了人类因素和自然环境的综合效应. 区域土地利用程度的变化是区域中多种土地利用类 型综合变化的结果,土地利用程度及其变化可以定 量地表达该区土地利用的综合水平和变化趋

13、势. 在中国资源环境数据库中,刘纪远先生从生态学 为158.78%.由于数据统计一般以行政区为单元, 的角度提出了土地利用类型的分级标准3(表4. 表4土地利用类型分级指数裹盐田计为城镇聚落用地级。滩涂不计人其中.土地利用程度及其变化可以分别用土地利用程 度综合指数和土地利用程度时空演变模型来测量. 土地利用程度综合指数表达式为J=100AMC J'100,400. (2 i勺l土地利用程度时空演变模型表达式,卜。=lbL=(AiC玉一AC白X 100, (3 式中,L,厶分别为a时段和b时段研究区土地利用第28卷第2期 张征云,等:海河地理样带土地利用/覆盖变化(LUCC及其驱动机制

14、研究 75程度综合指数,土地利用程度综合指数为100 400;A。为第i种土地利用程度分级指数,C;为第i 种土地利用类型面积百分比;C。,C玉分别为a时段 和b时段第f等级土地利用程度分级面积百分比. 土地利用程度变化量I卜。>0,表示该区域土 地利用处于发展期;如果k。<0,表示该区域土 地利用处于衰退期或调整期.但k。值的大小并 不能反映生态环境的好坏.3驱动因素分析土地资源是一个自然一人文综合体.土地利用 变化是一个相当复杂的过程,同时受到自然、社会、 经济等众多因素的影响.3.1自然因素因为天津市是海河流域五大支流的汇集区,洪 水期水势凶猛,拦截蓄水困难,只能采取各种人工

15、的 分洪措施将大量淡水白白浪费.而枯水期又由于河 流上游对河流的拦截和不合理利用导致该区的河流 不是干涸就是被污染.近百年来,天津地区的降水 量呈不断减少的趋势,20世纪后50年,降水量减少 的态势更为明显,1949-2001年天津年平均降水量 减少了近100mitt.随着全球气候的变暖,天津的年 平均气温也呈缓慢上升趋势,1949-2001年,天津 的年平均气温升高了近1.降水量减少与气温升 高无疑使地表蒸发量增大,导致上游来水严重不足, 河流洼淀的面积大量缩减.严重缺水威胁到天津市农业的可持续发展.天 津市属于旱作农业区,年均降雨量仅为376.6 576.7mm,年均蒸发量1656.6mm

16、,土壤水分蒸发 量比降雨量高3倍以上.由于农作制度改变引起的 农业用水增加较快,特别是城市建设和工业发展用 水激增,地下水超采严重,加上连年干旱,近几年部 分地区由于春季严重干旱而使农作物无法播种.这 说明天津市水资源短缺问题非常突出,已成为其农 业发展的重大障碍.晴天辐射值是指某地在完全晴天的条件下,地 面接收到太阳能的总和.该值的大小很大程度上取 决于当地的大气透明度状况.根据天津市气象局对 1959-1994年天津市晴天辐射值的研究结果发现, 30年来,该值有下降趋势,这就意味着天津市大气 透明度有恶化迹象,导致到达地面太阳总辐射的衰 减,造成农业减产,进而引起了土地荒弃.天津市位于华北

17、平原东北部海河流域的下游,全 市水资源总量为1.816X 109m3,人均水资源占有量 仅为160m3,仅为全国人均水资源占有量的6。7%, 是全国缺水最为严重的城市之一.而且由于上游用 水量增加,入境水量逐年减少,更加剧了水资源短缺 的矛盾,助长了地下水资源的过量开采(主要开采第 四系地下水,造成了大面积的地下水位下降和部分 地区地面沉降.地下水和地表水的不合理利用两方 面相互制约,引起植被土壤等环境因素发生变化,从 而使地表土地利用类型之间发生转移.2土壤盐渍化:天津市多退海之地,在暖温带半 湿润气候下,春季蒸发作用强烈,地下水中的盐分沿 土壤毛细管随水分上升到地表,水散盐存,易在平原 微

18、域地貌引起积盐.尤其是滨海地区,成土母质含 有大量盐分,加之海水的入侵,土壤在强烈蒸发下, 表层强烈积盐.因之,历史上盐渍化土壤较多.除 上述自然因素外,渠边渗漏、大水漫灌和旱田的插花 种植以及排灌不配套等等,抬高了部分地区的地下 水位,致使土壤产生次生盐渍化.因为高矿化地下 水和浅层咸水的存在,而极易引起其心土或底土中 天津舞范大学学报（巍然辩学版） 零毒男 所含的盐分随毛管作用强烈上升，而且一且遇到涝 年或是灌溉不当，就会引起地下水位抬嵩，产生强烈 返盐，使土壤产生次生盐讫根据年天 津市地质调查研究所开展的天津市国土农业地球化 学调查项霹的结果，天津全嚣圭壤盐演化±壤为 

19、5; 给以农业生产为基础的一贱地区的传统种植业乃至 农副产品的生产形成冲击，导致这些壤土地剩用结构 和布髑的属烈调整随着社会经济的迅速发展，工业 产值狸农村社会总产值中的比重增大，天津市农村从 业人员分毒和产韭结构发生了稷大变纯：每扶 事农业人员占全部乡村从业人员的，年从 事农业人员占全部乡村从业人员的 王监懿发麓、大鬈的增加、城镶他步筏酶加快， 这都在自然因豢的基础上进一步加速了土地利用格 局的变化。 在样带区域内除极小非盐化土外 均为盐渍化土，其中盐土和重度盐渍化土面积最大， 态总瑟积的鬈瑗上 社会经济因素 人口作为独特的因素，对土地利用变化的影响是 人类社会经济医素中最主要静因素，也是最

20、具活力酶 土地利用变化驱动力之一研究区海河样带在研究 期间，人口增长对耕地变化起着熏要的驱动作用。 分析骈究区年闻的入秘因素变化 可知，该区以非农业人口为主，人口非农业化迅速 年区域总人 。万人，其孛农业人疆 万，占总人口的妊，菲农业人口 万人，仅占总人口的到年，总人口发 展到。万人，其巾农韭人爨。万人，占总入 弱的，非农业人口万人，蠢总人口的 ，增长了倍，农村劳动者减少了万 人，说暖在砑究期志，农监人器发生了较大变化，研究 区城市化速度较为迅速由于经济的发展，从农业中 转移出大批的劳动力到第三产业或其他行业中去，在 拢影薅下，研究区内的耩遵发生了变诧。 人口、劳动力的变化和转移，必然引起土地利用的 变化土地利用的变化首当其冲的是城乡居民点及 独立工矿爝地（即建设面积）西积的显著变化扶城 乡居民点及工矿用地来看，累计扩展 ， 结论 隧域生态环境的演化是一个受到自然社会经济 多因子综合作用的复杂过程，环境的退化是在巍然 和人为因素共同作用、互相激发、相互促进下陷入