典型東北農牧交錯區土地利用／覆被變化分析

楊 卓，李 全，魏 斌，牛健植，范志平，王紅雷，韓潔春，張廣分，邵文偉

（1.北京林業大學 水土保持學院 教育部水土保持與荒漠化防治重點實驗室，北京100083；2.遼寧省林業調查規劃院，沈陽110112；3.中國科學院 沈陽應用生態研究所 大青溝沙地生態實驗站，沈陽110016）

20世紀90年代以來，隨著資源、環境和人口問題的日益突出，土地利用／覆蓋變化研究已成為全球變化研究的前沿和熱點課題［1－2］。土地利用是指人類有目的地開發利用土地資源的一切活動，而土地覆蓋是指地表自然形成的或者人為引起的覆蓋狀況。土地利用／覆蓋變化是全球變化研究的重要組成部分之一，在全球環境變化和可持續發展中占有重要的地位，已被列入“國際地圈與生物圈計劃（IGBP）”的核心項目［3］。土地利用／覆蓋變化是所有與可持續發展相關的問題的核心，可以說是“可持續發展理論”的開拓計劃［4］。

在我國，農牧交錯帶是一個具有特殊含義的地理概念。它是指農業區與牧業區之間所存在的一個農牧過渡地帶，在這個過渡帶內種植業和草地畜牧業在空間上交錯分布，時間上相互重疊，一種生產經營方式逐步被另一種生產經營方式所替代。我國的農牧交錯帶分布較為廣泛，如北方農牧交錯帶、西南半干旱過渡帶、西北干旱區綠洲荒漠過渡帶等都具農牧交錯帶的特征。但是，常說的農牧交錯帶主要是指北方農牧交錯帶。這不僅因為它是我國面積最大和空間尺度最長的農牧交錯帶和世界四大農牧交錯帶之一，更主要是近幾十年該區沙漠化急劇發展，生態環境明顯惡化，已給當地人民生產、生活帶來了極大危害，并對我國東部地區的生態環境和經濟發展帶來了不良影響，成為我國生態問題最為嚴重的農牧交錯帶。因此對農牧交錯區的土地利用覆被／變化研究，對改善我國生態環境更具指導意義。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

我國關于北方農牧交錯帶的界定，源于趙松喬［5］于1953年提出的“農牧交錯過渡地帶”。此后，大量學者從不同領域、不同角度和不同研究目的對其位置進行了重新界定。本研究采用趙哈林［6］的最新研究成果，描述了北方農牧交錯帶的地理位置。描述指標包括：（1）以年降水量400mm等值線為中心；（2）降水年變率15%～30%；（3）干燥度指數1.0～2.0。植被自東向西由森林草原帶過渡到典型草原帶和荒漠草原帶，是典型的草原植被類型；土壤類型以栗鈣土和棕壤為主；大多數地區海拔在1 000m以上，地貌復雜多樣，以內蒙古高原為主體，丘陵、山地、沙地、河流和湖泊并存。地理坐標最北為49°36′N，最東124°42′E，最西105°45′E，最南36°01′N。整個農牧交錯帶呈帶狀分布，其東段較寬，最寬處為科爾沁沙地和松嫩沙地，寬度可達300km以上；西段較窄，為毛烏素沙地和黃土風沙區，寬為100～150km；中段為內蒙古錫盟南3旗和河北北部地區，寬200km左右。其行政區劃涉及9個省106個旗（縣市），總面積654 564km2。

在對北方農牧交錯帶界定的基礎上，總結了東北農牧交錯帶的地理范疇（見圖1）

本研究選取內蒙古通遼7縣中庫倫旗，科爾沁左翼后旗以及遼寧西部的康平縣和彰武縣為研究區域，見圖1中深色區域。科爾沁左翼后旗位于內蒙古自治區通遼市東南部，地處東經121°30′－123°42′，北緯42°40′－43°42′。總面積11 476km2，總人口40萬人。地處科爾沁沙地與松遼平原交接地帶，除東鄰東、西遼河交匯處有占總面積不到3%的沖積平原外，其余全部為沙坨草甸交錯、沙丘連綿，以沙地沙丘為主要特征。

圖1 東北農牧交錯區及研究區范圍

庫倫旗位于哲里木盟西南部。東鄰科爾沁左翼后旗，南靠遼寧省阜新蒙古族自治縣和彰武縣，西連奈曼旗，北接開魯縣。面積4 744km2。人口17.4萬，其中蒙古族104 988人，占總人口的59.17%；漢族66 567人，占總人口的37.52%；其它少數民族5 861人，占總人口的3.3%。人口密度37.63人／km2。年平均氣溫6.6℃，年降水量400～450mm，無霜期140～150d。

康平縣地處遼寧省最北部，屬沈陽市轄縣。地理位置處于北緯42°31′－43°02′，東經122°45′－123°37′，全縣區域面積2 175km2，35萬人。地處遼河流域，屬北溫帶大陸氣候，年平均氣溫6.9℃，最高氣溫36.5℃，最低氣溫－29.9℃，年平均日照時數2 867.8 h，＞10℃積溫在3 283.3℃，無霜期在150d左右，年降水量540mm左右，地下水開發量僅為8 000萬m3。地勢特點為西高東洼，南丘北沙，地貌可概括為一水二草三林四分田。

彰武地處遼寧省西北部，科爾沁沙地南部。北緯42°07′－42°51′、東經121°53′－122°58′之間，東連康平、法庫兩縣，南接新民市，西隔繞陽河與阜新蒙古族自治縣相鄰，北依內蒙古自治區通遼市的庫倫旗和科爾沁左翼后旗；全境呈楓葉形，東西長87.5km，南北寬79km，總面積3 641km2。

1.2 數據來源

（1）遙感影像。本研究的數據源為1987年，1995年，2003年，2007年四期Landsat／TM 影像（空間分辨率30m）。

（2）常規圖件。本研究圖件用的是全國1∶10萬地形圖。同時補充了野外調查，來糾正錯誤及變化。

（3）文本資料。包括最新的國土分類標準、技術規范、統計年鑒等各樣資料。本研究嚴格按照國土資源部《土地利用現狀調查技術規程》、《縣市級土地利用數據庫標準》、《縣市級土地利用數據庫建設技術規范》等技術標準采用統一的橢球參數（北京54坐標系）和投影類型（高斯投影3度分帶）《縣（市）級土地利用數據庫建設技術規范（試行）》（國土資源部，2002年）結合東寶區實際情況建設完成。本研究土地利用分類方式根據《全國土地分類標準》（2007－08－10發布實施）完成。

1.3 研究方法

首先對得到的影像文件用遙感解譯軟件EARDS進行影像校正處理，然后通過對四期TM影像進行目視解譯，得到矢量圖，用1∶10萬地形圖進行糾正，錄入特定的屬性，得到各期土地利用圖。根據研究地實際情況將土地利用類型分為農田、林地、建設用地、水域、草地和未利用地6個一級類型，一級類型又進一步分為17個二級類型，包括旱地、水田；農田防護林、經果林、灌木林、沙地造林；農村居民用地、城鎮用地、其他建設用地；河流、湖泊；天然草地、荒草地、人工草地；沙地、鹽堿地、裸地等。數據以ArcMap中的shapefile格式保存。在土地利用變化分析中，利用ArcMap對土地利用矢量圖進行疊加分析，利用Excel的數據統計功能，進行1987年與2007年兩個時期之間的土地利用類型轉移矩陣，從轉移矩陣中可以看出研究區這20a來各土地利用類型的的變化趨勢，及各用地類型之間如何轉化。

2 土地利用變化分析

2.1 土地利用基本變化狀況

根據研究需要及研究區實地情況，我們將研究區土地利用類型劃分為6大類，即農田，林地，建設用地，草地，水域和未利用地。各種用地類型在圖上可以明顯地表現出來。從4期遙感影像圖上解譯得到的土地利用圖上可以看出，1987－2007年研究區土地利用／覆被狀況發生了大幅度的變化，其中最為顯著的是農田和未利用地面積的變化，隨著年份的移近，未利用地的面積占總圖面積的比例越來越大，圖上顯示越來越明顯。相應的面積減少變化明顯的就是農田，即從圖上可以明顯看出原有的部分農田被未利用地所代替。

表1 典型東北農牧交錯區土地利用基本狀況

利用獲取的資料，對研究區4期土地利用數據分別進行目視解譯，矢量化，鍵入屬性，得到土地利用圖。從得到的結果（表1）可以看出，研究區土地利用類型以耕地、林地和草地為主，三者面積之和在各個時期均占研究區面積的80%左右，這種特征決定了該區以農林牧業生產為主的特點，同時也表明我們所選研究區符合典型農牧交錯區的特點。

表1中也定量描述了各土地利用類型在1987－2007年20a年間的變化。研究區包括科爾沁沙地，所以未利用地類型中絕大部分為沙地。從表中可知，農田的比例逐漸下降，由1987年的53.77%降為2007年的48.14%，未利用地比例逐漸升高，由1987年的12.26%增長為2007年的18.74%，這與我國整體沙漠化日益嚴重息息相關，但近年來（2003－2007年），通過調整防護林體系布局，達到更好的防沙固沙的目的，未利用地比例增加的趨勢已經得到有效的控制。林地面積保持穩定的較小增長，因為我們所選研究區的防護林體系布局已經在20世紀80年代形成規模，近20a來主要的工作是調整其空間布局及配置，使之更為優化合理，其他類型林地的空間分布也無太大變化。建設用地比例也基本變化不大，水域面積所占比例逐年略微下降，河流湖泊等受氣候，人為因素等影響，其表面積處于變化之中，這與一些流水已經日漸干涸的現狀相一致。草地面積比例也逐漸降低，1987年占地比例為17.73%，2007年變為16.60%，這與研究區域內包括的科爾沁沙地，草場退化，沙地面積增多的情況相吻合。各用地類型除農田和未利用地外，所占面積比例基本都無較大變化，農田面積減少的比例為5.63%，未利用地所占面積比例增加6.48%，

20a間研究區各土地利用類型更為細致的變化，從圖2中可以得知，農田面積大幅度減少，減少幅度最大的發生1987－1995年，其原因是20世紀90年代初期正處于我國經濟發展初期，財政收入對農業的支出不夠，農業灌溉設施不齊全，導致農業水資源利用效率低。其次，水資源產權模糊、水價偏低、水工程設施產權模糊、分散的水行政管理以及農民用水過程中自主管理組織的缺乏是中國灌溉農業水資源利用效率低下的成因，也是導致農田面積減少的間接原因。在一些水土流失嚴重地區，廣種薄收、超載過牧、粗放經營的傳統農牧業生產方式依然普遍存在。一些部門和開發建設單位及個人對水土保持工作的重要性和緊迫性認識不足，法制觀念不強。在開發建設過程中，往往缺乏必要的水土保持措施，隨意破壞地貌植被，傾倒廢土棄渣，造成新的水土流失。以上原因也可以解釋同時期未利用地地面積顯著增加的原因。草地面積減少的幅度相對較緩，水域和建設用地相對變化幅度不大。

圖2 典型東北農牧交錯區不同時期土地利用結構動態變化

表2 典型東北農牧交錯區土地利用變化狀況

近20年間，該地區農田共減少了1 265km2，年平均減少0.523%；林地面積增加了35.26km2，年平均增加0.087%；草地面積減少了206km2，年平均減少0.258%；未利用地面積增加了1 470km2，年均增加2.66%；建設用地增加了45.87km2，年均增加0.191%；水域面積減少205.93km2，年平均減少0.258%。

在對研究區4個時段的土地利用／覆被變化數據分析的基礎上，可以得出：（1）1987－1995年變化幅度最大的是農田和未利用地，其余土地類型變化幅度較小。這個階段的特點是農田，水域和草地面積減少，且農田面積減少幅度很大，而未利用地，林地和建設用地面積增加，且未利用地面積增加幅度很大，幾乎與農田減少的幅度相一致；（2）1995－2003年除草地外，各用地類型呈現與1987－1995年時段相一致的變化規律，即變化幅度最大的是農田和未利用地以及草地，其余土地類型變化幅度較小。同樣，農田，水域和草地面積減少，且農田面積減少幅度很大，而未利用地，林地和建設用地面積增加，且未利用地面積增加幅度很大；（3）2003－2007年雖然這段時間的時間長度較短，但各用地類型增減出現了新的變化，而且變化幅度基本都小于前兩時段。變化幅度最大的是未利用地和草地，其他變化幅度均較小。此時段與前兩時段相比，除農田，水域和草地面積減少外，林地面積也出現了略微的減少，其中草地減少的幅度最大，在短于前兩個時段的時間長度內，草地面積發生如此大幅度的減少，說明研究區內2003－2007年草場退化非常嚴重。水域減少的幅度也較前兩段時期有較大增大，同樣說明研究區內2003－2007年水體流失現象較以前更為嚴重。而未利用地和建設用地面積增加，依然是未利用地增加的幅度最大；（4）20a來，農田面積發生了大幅度的減少，而且減少的幅度逐步放緩，林地面積變化先增加后減少，建設用地面積平穩增加，未利用地面積也是大幅度增加，增加的幅度逐漸放緩，水域面積逐年減少，草地面積更是顯著減少。這些都充分說明2003－2007年研究區受氣候、人文、政策等多方面影響，土地利用類型發生了巨大的改變。

2.2 土地利用變化過程

單純各土地類型面積的增減并不能很好地反映各類型間的轉化情況。本文通過對典型農牧交錯區土地利用變化過程進行空間統計分析，得到1987－2007年的土地利用轉移矩陣（表3）。

（1）農田是整個研究時段內減少幅度最大的土地類型，其主要的轉化方向是草地，轉化面積為1 060.88km2，占2007年草地面積的27.19%，這與20世紀80年代以來在該地區加大實施退耕還林還草等生態保護措施的力度密切相關，說明以上地區的生態保護已初見成效。其次是未利用地，轉化面積為280.10km2，另外，由農田轉化為林地和建設用地的面積分別為78.75km2和57.79km2。

（2）林地變化活躍，主要轉化為草地，轉化77.95 km2，其次是轉化為未利用地、農田和建設用地，轉化面積分別為34.61km2、31.21km2和17.90km2。說明該研究區依然存在一定的林地退化現象，在未來的發展規劃中應進一步采取有效的生態措施。

表3 典型東北農牧交錯區1987－2007年土地利用變化轉移矩陣 km2

（3）建設用地面積略有增加，大部分是由農田轉化而來。

（4）未利用地是增幅最大的土地類型，主要從草地轉化而來，轉化面積為1 265.07km2，這主要是由于過墾過牧以及過度樵采等不合理的土地利用方式引起草地退化、沙化而致，未利用地其次是由農田轉化而來，這是農田由于耕作過度土壤板結，又受風沙侵蝕，退化為沙地。

（5）水域主要轉化為未利用地和農田。河邊灘涂地土壤水分含量高，適宜種植農田及開放為草地，但該研究區水域主要轉化為未利用地，說明該地為對其土地進行合理利用。

（6）草地面積減少幅度也較大，約減少4.56%，主要轉化為未利用地，研究區由于過度放牧等人為原因，導致科爾沁沙地沙化嚴重。

2.3 土地利用變化驅動力分析

研究區1997－2007年土地利用／覆蓋變化的驅動力因子是復雜多樣的，主要分為自然驅動力和社會驅動力，自然驅動力又分為地形地貌、氣候、土壤、水文等因素；社會驅動力又可分為人口、經濟、技術、貧富狀況、價值與觀念、自然保護區建設等因素［7］。盡管從長時間尺度上看，自然和人為因素都驅動著土地利用／覆蓋變化，但在短時間尺度的土地利用過程中，人類活動無疑是最主要的驅動因素。

人口壓力是導致土地利用方式發生轉變的重要原因之一。人口數量的增加，勢必加大對環境的需求程度，為了滿足自身需要且追求經濟快速發展，一方面在綠洲邊緣及外圍的沙地上、沙丘低矮的沙漠腹地、土層較厚的戈壁上，鹽堿地上，在地下水位較淺的地方開墾土地種植各種作物；另一方面，人們通過毀林、毀草等不合理的行為方式增加種植面積和經濟收入。水澆地大面積擴張的同時也嚴重地破壞了生態環境。

社會驅動力因子中，生態政策因子是改變農牧交錯區土地利用數量、結構、方式和強度的重要的因素［8－9］。農牧交錯區內已建立了各類的自然保護區，嚴禁放牧開墾，實施退耕還林還草、植樹造林，同時流域內本著人口－經濟－資源－環境協調發展的原則對水資源實施優化配置等重要舉措。生態建設政策也會使該流域土地利用／覆蓋類型發生變化。

3 結論

研究區生態系統脆弱，區域經濟滯后，雖然在過去的20a內農田共減少了1 265km2，年平均減少0.523%；林地面積增加了35.26km2，年平均增加0.087%；草地面積減少了206km2，年平均減少0.258%；未利用地面積增加了1 470km2，年均增加2.66%，但其經濟增長仍主要來源于依賴土地資源的農牧業。研究區土地利用類型轉移的主要方向是農田轉化為草地（轉化面積為1 060.88km2，占2007年草地面積的27.19%）和未利用地（轉化面積為280.10 km2）、林地轉化為草地（轉化面積77.95km2）、草地轉化為未利用地（轉化面積為1 265.07km2）。其土地利用變化狀況主要說明兩點問題：其一是20世紀80年代以來在該地區加大實施退耕還林還草等生態保護措施的力度密切相關，說明以上地區的生態保護已初見成效；其二是土地利用變化所表現出來的生態問題仍然很嚴重。隨著農牧交錯區經濟發展和人口增長，過墾過牧以及過度樵采等不合理的土地利用方式引起草地退化、沙化而致，造成大量優質耕地減少和退化，從而導致生態環境嚴重惡化，同時也使土地利用類型發生了根本性轉變。因此，今后東北農牧交錯區應嚴格控制耕地總量，進行適合草場承載力的放牧并在非宜耕土地實行還林還牧，在擴大植樹造林規模的同時保護生態用地，實現土地資源的合理利用。

［1］ Turner B L，Clark W C，Kates R W，et a1.The earth as transformed by human action：Global and regional changes in the biosphere over past 300years［M］.New York：Cambridge University Press（with Clark University），1990：10－45.

［2］ 柳長順.土地利用變化研究方法的探討：以西吉縣80年代土地利用變化為例［J］.水土保持學報，2002，16（5）：60－66.

［3］ 李秀彬.全球環境變化研究的核心領域：土地利用／土地覆被變化的國際研究動向［J］.地理學報，1996，51（6）：553－557.

［4］ Nunes C，Auge J I.Land use and land cover change（LUCC）：strategy［R］.Stockholm，Sweden and Bonn，Germany：IGBP Report and IHDP Report，1999.

［5］ 趙松喬.察北、察盟及錫盟：一個農牧過渡地區經濟地理調查［J］.地理學報，1953，19（1）：43－60.

［6］ 趙哈林，趙學勇，張銅會，等.北方農牧交錯帶的地理界定及其生態問題［J］.地球科學進展，2002，17（5）：739－747.

［7］ Tumer N B L，Skole D，Saderson S.Land use and land cover change：science／research plan［R］.IGBP Report，HDP Report.Stockholm and Geneva，1995.

［8］ 莫宏偉，任志遠，謝紅霞.延安市城郊區土地利用動態與生態效應變化［J］.水土保持學報，2004，18（4）：130－133.

［9］ 溫仲明，焦峰，張曉萍，等.黃土丘陵區紙坊溝流域60年來土地利用格局變化研究［J］.水土保持學報，2004，18（5）：125－128.