河北南部平原土地利用变化研究

河北南部平原土地利用变化研究

区域土地利用变化研究是全球研究的重要方面。区域和地方尺度上的典型研究为土地利用变化的综合研究提供了丰富的区域信息,也是参与全球环境变化研究的具体途径1)。所以,从区域角度研究土地利用变化及其环境效应成为土地利用/土地覆被变化研究的重点。河北平原位于华北平原中部,环绕北京和天津,交通便利,经济发达,土地利用类型以耕地和城乡、工矿、居民用地为主,二者占土地利用总面积的94.4%。近年来随着经济的快速发展和人口的增加,河北平原大量耕地被占用,城镇建设和农村居民点用地急剧扩大,土地利用变化十分显著。本文利用地理信息系统(GIS)技术,结合数理统计分析等方法,分析了河北平原1985年～2000年间土地利用的数量变化和空间变化特征,明确了土地利用变化的主要类型和方向,为区域土地资源科学管理及实现区域土地资源可持续利用提供科学依据。1区域范围、数据来源和处理方法1.1拔100等高线的区域分布本文研究的河北平原是指京津以南的河北南部平原,西部以海拔100m等高线为界与太行山分离,东临渤海,包括沧州、衡水全部、石家庄、保定大部分、廊坊南六县以及邯郸、邢台的一部分,共102个县市,总面积为61852.76km2。1.2土地等级类型及土地利用类型本文数据来源于中国科学院资源与环境数据库中的全国1∶10×104土地利用数据。包括河北平原1985年和2000年土地利用变化数据。根据土地资源的属性和利用属性,该数据库中土地利用分为耕地、林地、草地、水域、城镇工矿居民用地和未利用土地6个一级类型;一级类型进一步分为25个二级类型;8个三级类型,主要根据耕地地貌类型来划分。数据储存格式是以河北省ARC/INFO的COVERAGE格式进行存放的,利用河北南部平原界限图采用INTERSECT命令在省级图上切下研究区范围土地利用图。由于数据库中土地利用三级分类系统过于庞杂,针对本研究区土地利用特点,本文将河北南部平原土地利用类型划分为水田、旱地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地及未利用地7类。利用ARC/INFO中的IDENTITY命令对两期土地利用图进行叠加,并结合运用Arcviwe和Excel软件,对研究区土地利用变化进行时空动态分析。2河北省南部平原土地利用率的数量发生了变化2.1制备国土地权利用上述资料和方法,对河北南部平原2期土地利用图形数据进行叠加分析(表1)。由表1可见,河北南部平原土地利用类型以耕地(包括水田和旱地)和城乡、工矿、居民用地为主,二者分别占总土地面积的80%和14%,而耕地中旱地又占耕地的99%以上。1985年水田、旱地、草地、水域分别占土地总面积的0.29%、85.35%、0.59%和2.04%,到2000年分别减少到0.11%、79.9%、0.48%和2.02%。其中水田和旱地大幅度减少,分别减少0.18%和5.44%,主要是因为80年代以来,平原气候干旱,地表径流减少,水田和水域面积缩减,同时由于经济的快速发展大量耕地被挤占所致。1985年林地、城乡、工矿、居民用地及未利用地分别占土地总面积的0.27%、11.15%和0.31%%,到2000年分别增加到2.64%、14.01%和0.83%,分别增加了2.36%、2.86%和0.52%,城乡、工矿、居民用地大幅度增加主要是近年来人口增长的压力和城市化发展所导致。2.2土地利用类型动态度土地利用的动态度可定量描述区域土地利用变化的速度,它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的作用。根据单一土地利用类型动态度和综合土地利用动态度公式计算出河北南部平原土地利用7种类型的年变化率和该区土地利用年变化率(表2)。从表2可见,河北平原15a来土地利用变化速度很快,年均变化速度为0.4%,其中以林地、未利用地和水田的变化速度最快,其年变化率分别为57.48%、11.27%和4.06%;耕地由于总量大,变化部分所占比例小,年变化率只有0.43%。3土地使用类型的变化3.1制备以推动农业、军队和居民用地为主的制备了n1土地,减少了其它类型1985年至2000年期间年河北平原水田面积减少了10850.5hm2,净减少60.87%,平均每年减少723.37hm2,期间有90.87%的水田转变为其它类型(表3),这些类型主要是旱地85.52%,城乡、工矿、居民用地4.47%(表4),同时又有其它类型转变为水田,这些增加的水田面积占1985年水田总面积的30%(表3),主要来自旱地和城乡、工矿、居民用地,分别占到2000年水田面积的74.08%和2.33%(表5)。在1985年至2000年期间旱地减少了336626.98hm2,是1985年旱地面积的6.77%,平均每年减少22441.8hm2,此期间有9.77%的旱地转变为其它类型(表3),其中转变为林地2.66%,城乡、工矿、居民用地5.52%(表4)。而同时由其它类型转变为旱地增加的面积占1985年旱地面积的3%(表3),主要来自城乡、工矿、居民用地、水域和水田,分别占2000年旱地面积的2.5%、0.54%和0.31%(表5)。1985年～2000年间减少的水田主要分布在山前平原的保定南部地区,包括曲阳、安国、唐县、定州等县市(图1a)。期间减少的旱地主要分布在平原南部、北部地区和东部沿海,如邯郸地区的磁县、邯郸县、魏县;邢台地区的广宗、巨鹿、威县、新河;石家庄市附近的的正定、新乐、藁城;保定市附近的定州、安新以及东部沿海的黄骅和海兴县(图1b)。3.2其它类型的植被面积1985年～2000年期间,平原内林地增加了146223.06hm2,是1985年林地面积的8.6倍,平均每年增加9748.2hm2,期间有52.96%的林地转变为其它类型(表3),主要是旱地和城乡、工矿、居民用地,分别占41.36%和7.19%(表4)。同时其它类型转变为林地的面积是1985年林地面积的9.15倍(表3),主要来自旱地、城乡、工矿、居民用地、水域和草地,分别占2000年林地面积的86.07%、3.84%、2.68%和2.42%(表5)。1985年～2000年间由于受经济利益驱动和粮食产量大幅度提高的影响,果园等园地大面积扩大造成林地面积大幅度提高。增加的林地主要分布在沧州地区的泊头、沧县、献县;保定地区的满城、定州、曲阳;石家庄地区的正定、新乐;邢台地区的广宗、沙河、南宫、新河和清河;邯郸地区的魏县、邯郸县等县市(图1c)。3.3草地主要变异类型在1985年～2000年期间,平原内草地面积减少了6951.09hm2,占1985年草地面积的35.06%,平均每年减少463.41hm2,期间有51.06%的草地变为其它类型(表3),主要是城乡、工矿、居民用地、旱地和林地,分别占22%、16.18%和10.83%(表4)。同时其它类型转变为草地增加的面积占1985年草地面积21%(表3),主要来自旱地、水域和城乡、工矿、居民用地,分别占2000年草地面积的28.62%、14.32%和1.64%(表5)。1985年～2000年期间减少的草地主要分布在山前平原山丘与平原交错地带的隆尧、沙河、临城、磁县、内丘、涞水、易县、徐水、安国等县和东部沿海的黄骅、海兴县(图1e)。3.4不同立地条件对比1985年～2000年间平原水域面积减少了1080.26hm2,净减少1.23%,平均每年减少72.02hm2,期间有31.23%的水域转变为其它类型(表3),主要是旱地20.99%、林地3.47%、草地3.36%、水田3%(表4)。同时其它类型转变为水域增加的面积占1985年水域面积的30%(表3),主要来自旱地、草地和城乡、工矿、居民用地,分别占2000年草地面积的27.7%、1.43%和1.13%(表5)。1985年～2000期间由于气候干旱,该区上游来水和自产地表径流大大减少,再加上工农业和人口用水亟剧增加,导致该区水域面积逐步缩小。减少的水域主要分布在保定地区安新县、定州、新乐、冀州、宁晋、永年和东部沿海的黄骅、海兴(图1f)。3.5有其他类型的用地1985年～2000年期间平原城乡、工矿、居民用地增加了176845.7hm2,净增25.64%,平均每年增加11789.71hm2,期间有19.36%城乡、工矿、居民用地转变为其它类型用地(表3),主要是旱地占17.97%,林地占0.91%(表4)。同时又有其它类型转变为城乡、工矿、居民用地,增加的用地面积占1985年城乡、工矿、居民用地面积的45%(表3),主要来自旱地、草地和未利用地,分别占2000年城乡、工矿、居民用地面积的33.61%、0.93%和0.75%(表5)。1985年～2000期间增加的城乡、工矿、居民用地主要分布在平原南部邯郸地区、北部保定中南部地区、沧州西北部地区和东部沿海地区的大中小城市附近和原有的农村居民点附近。如邯郸市、魏县、石家庄市、保定市、沧州市、黄骅、海兴县等(图1d)。3.6未利用地利用情况1985年～2000年期间河北南部平原未利用地面积增加了32440.08hm2,净增169.3%,平均每年增加2162.67hm2,期间有39.7%的未利用地面积转变为其它类型(表3),主要是城乡、工矿、居民用地、草地、水域和旱地,分别占1985年未利用地面积的46%、8%、5%和4.2%(表4)。同时其它类型转变为未利用地增加的面积占1985年未利用地面积的209%(表3),主要来自旱地、水域、城乡、工矿、居民用地和草地,分别占2000年未利用地的69.59%、2.49%、3.48%和1.51%(表5)。1985年～2000年增加的未利用土地主要分布在沧州地区中东部地区如黄骅、海兴、沧县、青县、吴桥、南皮;廊坊地区的大城、永清;保定地区北部的定兴、涿州、满城以及石家庄地区的辛集、无极(图1g)。由表4还可以看出,河北南部平原占总面积12%的图斑土地利用方式发生了变化,而88%的土地则没有发生变化,其中变化最大的类型为旱地转化为城乡、工矿、居民用地,主要分布于大中小城市的边缘地区以及原有农村居民点附近。其次是旱地转化为林地主要分布于山丘与平原的交错地带和中东部平原旱地向园地的转化。4耕地类型和水域相对变化率,各有侧重、分单一土地利用类型的相对变化率可用来反映土地利用数量变化的区域差异。根据区域某一特定土地利用类型相对变化率公式,计算出河北南部平原7个地市的土地利用相对变化率(表6)。结果显示土地利用数量变化存在明显的区域差异。耕地类型中石家庄地区的相对变化率最大,为1.32%,沧州地区的相对变化率最小为0.28%;林地相对变化率以衡水地区最大,达40.25%,廊坊地区相对变化率最小为0.1%;草地的相对变化率以廊坊地区最大,为26.36%,石家庄地区的草地相对变化率最小,为0.54%;水域相对变化率以邯郸地区最大,达54.97%,衡水地区水域相对变化率最小,为0.22%;城乡、工矿、居民用地中沧州地区的相对变化率最大,达2.27%,衡水地区的相对变化率最小为1.09%;未利用地以保定地区相对变化率最大,达28.63%,以邯郸地区相对变化率最小,为0.88%。5河北南部形态的土地利用变化(1)河北南部平原在1985年～2000年15a内,土地利用发生了很大变化。全区耕地面积减少347477.49hm2,水域和草地面积略有减少,但幅度不大;林地和城乡、工矿、居民用地大幅度增加,分别增加了146223.06hm2和176845.7hm2,未利用地有所扩大。(2)河北南部平原15a来土地利用年变化速率为0.4%。水田以平均每年4.06%的速度在减少,草地平均每年减少1.27%;林地、未利用地和城乡、工矿、居民用地面积都在增加,其中林地和未利用地的变化速度最大,分别达57.48%和11.27%。(3)增加和减少的各种土地利用类型面积在空间分布上存在明显的区域差异,这和当地土地利用方式和经济发展