河流域土地利用变化及生态环境效应

河流域土地利用变化及生态环境效应

李有鹏

重庆交通大学土木工程学院 重庆市 400074

摘要：土地利用变化作为全球环境变化的关键组成部分，它是人类活动及行为对地表自然生态环境影响最明显的标志，是人类社会行为与自然生态过程交互和链接的纽带。近几十年来海河流域经济社会高速发展、城市化建设加快、产业结构调整，流域内的土地利用随之发生调整和结构性变化。河流所维持的生态资源是人类不可或缺的自然资源，定量分析流域的土地利用变化过程，能够及时监测到变化走势，进而更加合理地开发和利用流域土地，维持流域自然资源的可持续发展。

关键词：河流域；土地利用变化；生态环境效应

引言

土地是人类活动的重要空间载体，土地利用/覆被变化（LUCC）是人类活动作用于陆地表层环境的显著形式，反映着人地系统的交互机制。土地利用/覆被变化通过对全球各圈层物质循环与能量交换实施影响，产生气候变暖、生物多样性丧失、生态系统健康破坏等生态环境问题。深入研究土地利用/覆被变化产生的生态环境效应问题、动态演变规律及形成机制，对了解区域生态环境变化，促进区域经济与环境的协调发展具有重要指示意义。

1数据来源

及处理遥感影像、DEM等基础数据来源中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn）及地理空间数据云（www.gscloud.cn）。2000年、2005年、2010年遥感影像数据采用NASA陆地卫星LandsatTM遥感数据，2015年、2018年遥感影像数据采用Landsat8遥感数据，空间分辨率30m，5期影像数据通过波段合成、几何纠正、图像增强等处理，经人机交互式判读解译得到，解译精度达到87.3%，按照中国土地利用/土地覆盖数据的3级分类系统对土地利用类型进行重分类，将研究区土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地及未利用土地共6类；NDVI遥感影像数据来源于MOD13Q1数据集，空间分辨率250m，成像时间为对应研究期每期的7—8月，云量均在5%以下，经镶嵌、投影转换、裁剪及单位换算得到，所有数据统一经过裁剪校正、坐标转化、均匀采样等处理。

2研究方法

2.1驱动因子选取

土地利用的变化受到各种因素的影响。地形和气候因素影响研究区的农业和生态环境，然后影响土地利用。随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，加剧了土地利用的变化。道路建设将影响住宅区的分布，表明人们对土地利用的影响。根据研究领域的背景特点和数据的可得性，从性质、社会经济和可获取性等方面选择了10个驱动因素。自然因素包括:性质、坡度、土壤类型、年平均降雨量和年平均温度；社会和经济因素包括人口密度、人均国内生产总值和城市化率；可到达性因素包括与居住区的距离和与铁路的距离。

2.2土地利用单一动态度

土地利用单一动态度指某一地类在一定时间段内的变化速度，定量反映土地利用变化情况，可用于预测土地利用变化情况。单一土地动态度变化在一定程度上反映了人类对土地利用方式的干扰程度，动态度越大，人为干扰越剧烈。当值为正数时，表示该类型面积增加，当值为负数时，表示该类型面积减少；单一土地动态度的绝对值可以用来衡量土地利用类型转换数量的多少，当绝对值越小时，则说明该类型转换数量越少，状态较为稳定，反之则说明该类型转换数量越多，状态较为剧烈。其数学模型如下。

K_t=

式中，Kt为Ta到Tb时段内i类土地利用类型动态度；Sa、Sb分别表示在Ta、Tb时间点时土地利用类型面积；Ta和Tb分别表示研究时间区间的初期和末期。

2.3地学信息图谱

地学信息图谱是集成空间、过程及属性等特征的土地利用图谱模型，可以反映土地利用变化的空间异质性特征及时序变化过程，公式如下：

Lm=10×La+Lb

式中：Lm为研究时段内土地利用变化类型的编码；La为前期土地利用类型的编码；Lb为后期土地利用类型编码。为表示发生变化的某种土地利用类型占所有发生变化的土地利用类型的比例，引入土地利用变化率P，公式如下：

式中：Sxy是初期x类土地利用类型变为末期y类土地利用类型的图谱单元的面积，x≠y；n为土地利用类型的数量。

3结果与分析

3.1流域土地利用时序演变特征

2000—2018年，流域6类土地利用类型面积呈现3类变化趋势，建设用地、林地呈现增长趋势，增长面积分别为1350.90km2、85.50km2，增长率分别为92.83%、0.96%；耕地、草地出现小幅下降趋势，缩减面积分别为729km2、674.10km2，缩减率分别为-5.02%、-7.63%；水域及未利用土地维持多年平均水平，平均面积为297km2、7.92km2。2000—2018年，综合土地利用动态度为4.34%，单一土地利用动态度增长最快是建设用地及林地，分别为5.16%、0.05%；未利用土地、水域、草地及耕地为下降趋势，分别下降-2.22%、-0.53%、-0.42%及-0.28%。分析发现，多年来土地利用综合动态度较小与流域环境因素限制（如地形、水系等）及社会经济发展水平有关，建设用地土地利用动态度较高符合流域经济与城镇建设的发展趋势。

3.2植被覆盖度时空演变特征

2000—2018年，流域植被覆盖度（FVC）变化趋势及时空格局显示，植被覆盖度整体经历“增长—下降—增长”的演变特征；时空格局呈现低值斑块镶嵌高值区域的特征，且具有时间异质性。具体来看，流域核心盆地区的建设用地、水域等植被覆盖度介于0%～20%，耕地植被覆盖度介于40%～60%，各占流域面积的2.93%和19.70%；流域边缘山区林地、草地等植被覆盖度介于80%～100%，占流域面积的38.10%。结合时序分析，2000—2010年、2015—2018年，两时序植被覆盖度为上升阶段，增长率依次为4.04%、8.90%，2010—2015年，植被覆盖度为下降阶段，下降率为1.33%，该时序植被覆盖度0%～20%的区域扩大8.73%，植被覆盖度20%～40%、40%～60%及60%～80%的区域共缩减-1.35%，具体表现为低植被覆盖度的土地利用类型（建设用地、水域等）挤占较高植被覆盖度的土地利用类型（耕地、林地等），共同导致此时段植被覆盖度的下降。2015—2018年，植被覆盖度0%～20%、20%～40%的区域共缩减-46.99%，植被覆盖度40%～60%、60%～80%、80%～100%的区域共扩大6.18%，其中，植被覆盖度40%～60%的耕地贡献率达到2.19%，此时期基于流域国土整治政策的调整，退耕力度的减弱以及城镇绿地的建设，使得植被覆盖度整体提高。

结束语

基于不同的主导土地利用类型影响，生态价值指数时序演变呈现“下降—增长—下降”的波浪状曲线特征；植被覆盖度经历“增长—下降—增长”的演变特征；空间格局上与土地利用变化区呈现斑块重叠。地形结构、用地标准、社会经济及环保政策等因子驱动，使得未来流域土地利用变化或将加大，对生态环境的胁迫增强。

参考文献

[1]刘洪超,吕军,王铭,李兴丽,郭蒙河流域土地利用变化及其生态环境效应分析[J].中国水土保持,2020(06):38-41+69.

[2]刘海丽.河流域绿洲土地利用变化的生态效应研究[D].山东师范大学,2019.

[3]金杰.河流域土地利用变化的生态环境效应及其约束下的优化配置研究[D].昆明理工大学,2019.