西遼河干流兩側土地利用類型時空變化分析

2023-07-28 09:18:20孟凡傲吳計生邵文彬張宇

中國水土保持 2023年7期

孟凡傲　吳計生　邵文彬　張宇

［關鍵詞］土地利用類型；動態度；時空變化；西遼河

［摘要］收集西遼河干流兩側（中泓線兩側5 km范圍內）1980年、2000年、2020年土地利用類型Landsat-TM衛星影像等作為主要信息源，通過人機交互解譯生成土地利用類型圖層文件，采用數理統計、土地利用類型動態度及轉移矩陣對1980—2020年西遼河干流兩側土地利用類型時空分布特征進行分析。結果表明：2020年西遼河干流兩側土地利用類型以耕地為主，林地和草地等面積較?。?980—2020年耕地和城鄉、工礦、居民用地呈增加趨勢，草地、水域和未利用土地呈減少趨勢；1980—2020年部分草地、未利用土地、水域、林地轉化為耕地，部分草地、耕地轉化為城鄉、工礦、居民用地，其原因與近年來河道斷流、地下水埋深增加和人類活動加劇密切相關，因此實施“量水而行”方案對西遼河干流生態修復具有重要意義。

［中圖分類號］ S157［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1000－0941（2023）07－0046－05

土地資源是人類賴以生存和發展的物質基礎，也是最基本的生產資料和環境條件[1]。土地利用類型受到多種因素的影響，人類活動和自然因素都會導致土地利用和覆蓋類型的改變[2]。隨著技術的發展，地理信息系統（GIS）和遙感（RS）技術的應用為土地利用類型研究提供了新的途徑[3]。目前土地利用類型的研究方法主要有數理統計學方法[4]、地理探測器層次分析法[5]、地理加權回歸[6]等。

西遼河流域位于干旱半干旱地區，年均降水量小于400 mm，年均蒸發量卻達1 200 mm以上，流域水資源稟賦條件較差，人均水資源量較少，是我國水資源嚴重短缺的區域之一。近年來氣候變化和過度開發導致流域內水資源越發短缺，產生了一系列生態環境問題[7]，如地下水超采、主要河段常年斷流及生態系統退化等，對干流兩側一定范圍內的土地利用/覆蓋產生了一定影響。本研究基于1980年、2000年、2020年西遼河干流兩側土地利用數據，采用數理統計、土地利用類型動態度及轉移矩陣分析土地利用動態變化，希望能為西遼河干流生態治理提供參考。

1 研究區概況

西遼河是遼河最大的支流，由南源老哈河HYPERLINK"https：//baike.so.com/doc/5701994-5914709.html"＼t"https：//baike.so.com/doc/_blank"與北源西拉沐淪河在內蒙古自治區翁牛特旗大興鄉海流圖村匯合而成，流經河北、內蒙古、遼寧和吉林等省區，全長829 km。西遼河干流坐標為東經122°42′～123°36′、北緯42°56′～43°52′，主要位于通遼市，河道平均比降0.4‰，干流河長403 km，其中：通遼以上河段長188 km，平均寬1 km左右；通遼以下河段長215 km，寬500～1 000 m，河道向下游逐漸變窄，水深增加。

西遼河流域生態環境本底脆弱，近年來流域來水銳減、頻繁斷流，導致湖泊濕地萎縮、草地沙化問題突出，嚴重影響了流域生態環境。特別是隨著干流兩側灌溉農業的迅速發展，大量的天然草原被改造為農田，需水量陡增導致地下水埋深增加，草原植被物種減少、長勢變差，對草原生態系統的支撐能力減弱，平原區的生態格局已由天然草原為主轉化為草原和農田交錯分布。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據收集與處理

收集西遼河干流兩側（中泓線兩側5 km范圍內）1980年、2000年、2020年土地利用類型數據。1980年、2000年西遼河干流兩側土地利用數據來源于中國科學院東北百年土地利用變化數字重建項目成果，其中：2000年土地利用數據選擇Landsat-TM衛星影像作為主要信息源，通過人機交互解譯生成，最小圖斑控制為6個×6個像元，總體精度為93%，矢量數據庫尺度為1∶10萬；1980年土地利用數據采用Landsat-MSS作為遙感信息源，以2000年土地利用遙感解譯數據為本底，通過動態變化人工目視解譯生成。2020年土地利用數據是在2000年土地利用遙感監測數據的基礎上，基于Landsat 8遙感影像，通過人工目視解譯生成的。各年度土地利用分類均采用中國科學院數據中心的分類標準，結合研究區土地利用情況，采用二級分類系統，即一級類型分為耕地、林地、草地、水域、未利用土地，以及城鄉、工礦、居民用地6類，二級類型在一級類型基礎上進一步細分為22類。與1980年、2000年分類不同的是，2020年土地利用數據在建設用地的二級類型中增加了交通用地，用以反映高等級公路的建設情況?；谏鲜鰯祿玫?980年、2000年、2020年西遼河干流兩側土地利用分類矢量圖。

2.2 分析方法

1）土地利用類型動態度。土地利用類型動態度（K）反映了研究區一定時間范圍內某種土地利用類型的面積變化情況。K值越高，表明該土地利用類型面積變化越劇烈、穩定性越低；反之，表明該土地利用類型面積變化越輕微、穩定性越高[8]。K值計算公式為

2）土地利用類型轉移矩陣。土地利用類型轉移矩陣反映了不同土地利用類型之間的相互轉換關系，即同一區域一定時間內轉化為其他地類的面積[9]，其表達式為

將1980年、2000年、2020年土地利用分類矢量圖導入ArcGIS，使用Tabulate Areas工具進行土地利用類型轉移矩陣計算。

3 西遼河干流兩側土地利用類型時空分布特征

3.1 現狀土地利用類型分布特征

2020年西遼河干流兩側各土地利用類型面積統計結果見表1。對于一級類型，按照面積大小排序分別為耕地，城鄉、工礦、居民用地，林地，草地，水域，未利用土地，占土地總面積比例分別為78.05%、10.39%、6.15%、3.14%、1.83%、0.44%。進一步細分，耕地中旱地占絕對優勢，占比為98.49%；草地以中覆蓋草地為主，占比為49.60%；林地以疏林地為主，占比為49.85%；城鄉、工礦、居民用地以農村居民地為主，占比為52.57%；未利用土地以沙地為主，占比為49.74%；水域以河灘地為主，占比為49.86%。各二級類型中，旱地面積最大，占土地總面積的76.873%，其他二級類型占比均在10%以下。從各土地利用類型空間分布來看，西遼河干流兩側土地利用類型中耕地分布面積最廣；林地和草地面積較小，主要分布于西遼河干流下游；城鄉、工礦、居民用地主要分布于通遼市區。

3.2 土地利用結構變化特征

1980年、2000年、2020年西遼河干流兩側各土地利用類型面積動態變化見表2。對于土地利用類型一級類型而言，1980—2020年耕地和城鄉、工礦、居民用地面積呈增加趨勢，其中城鄉、工礦、居民用地增加幅度最大；草地、水域和未利用土地面積呈減少趨勢，其中未利用土地減少幅度最大，水域和草地減少幅度也高于70%；還有林地呈先增加后減少、總體增加的變化趨勢。

對于二級類型而言，1980—2020年面積呈增加趨勢的有4個地類，增加幅度從大至小依次為工礦用地、城鎮居民用地、旱地、農村居民用地，其中工礦用地、城鎮居民用地增加幅度均在300%以上；呈減少趨勢的有8個地類，減少幅度從大至小依次為其他林地、沼澤地、鹽堿地、河灘地、中覆蓋草地、沙地、高覆蓋草地、低覆蓋草地，其中其他林地、沼澤地、鹽堿地減少幅度均在90%以上；呈先增加后減少的有2個地類，分別為水田、有林地；呈先平穩后增加的地類有2個，分別為河流、疏林地；呈先平穩后減少的地類有2個，分別為湖泊、灌木林；一直呈平穩變化的地類1個，為水庫；另外，1980年、2000年未監測交通用地數據，而裸土地和裸巖監測數據均為0，因此未分析這3個地類1980—2000年比例變化幅度和變化趨勢。

3.3 土地利用類型動態度和轉移矩陣

1980—2000年、2000—2020年西遼河干流兩側不同土地利用類型面積變化及動態度見表3，土地利用類型轉移矩陣見表4、表5。由上述結果知，1980—2020年耕地面積持續增加，且主要是由草地、未利用土地、水域和林地轉化而來；1980—2000年林地面積增加較多，主要是由耕地和草地轉化而來，2000—2020年面積減小，主要轉化為耕地；草地面積持續減少，主要轉化為耕地和林地，這與耕地開發和人工造林有關；水域面積一直處于減少狀態，主要轉化為耕地，這是因為旱化后的水域土壤肥沃，適于農業種植；城鄉、工礦、居民用地一直處于增加的狀態，尤其是2000—2020年增加幅度較大，主要是由耕地和草地轉化而來；未利用土地一直處于減少狀態，主要轉化為耕地和草地。

4 結論與討論

利用GIS和RS技術對1980年、2000年、2020年西遼河干流兩側土地利用結構、土地利用類型動態度和轉移矩陣特征進行分析，得到以下結論：①西遼河干流兩側土地利用類型一級類型中以耕地為主，占土地總面積的78.05%；二級類型中以旱地為主，占土地總面積的76.873%，其他二級類型面積占比均在10%以下。②對于一級類型而言，1980—2020年耕地和城鄉、工礦、居民用地面積呈增加趨勢，草地、水域和未利用土地面積呈減少趨勢；對于二級類型而言，工礦用地、城鎮居民用地增加幅度均在300%以上，其他林地、沼澤地、鹽堿地減少幅度均在90%以上。③1980—2020年部分草地、未利用土地、水域和林地等轉化為耕地，部分草地和耕地轉化為城鄉、工礦、居民用地，未利用土地面積持續減小，主要轉化為耕地和草地，這與當地實行“量水而行”和生態恢復的各種措施有關。

近年來西遼河干流流量較小，特別是2000—2020年經常處于斷流狀態，導致水域面積持續減小[10]。干涸的水域土壤肥沃且地下水埋深較淺，因此部分轉化為耕地。隨著經濟發展和人口增多，耕地和城鄉、工礦、居民用地面積持續增加，特別是在2000—2020年增加幅度較大，與當地經濟發展現狀相符[11]。草地面積持續減小，主要轉化為耕地和林地，這主要與耕地開發和人工造林有關。2019年以來，為了解決西遼河流域水資源過度開發利用問題，水利部及內蒙古自治區制定了“量水而行”“以水定需”的治理方案，強化水量調度，實現生態流量下泄，已經初見成效，西遼河干流生態環境得到初步修復[12]。未來要樹立流域可持續發展思想，合理布局產業規劃，加強水資源監管，多部門協同參與“量水而行”方案，共同努力實現西遼河流域生態復蘇。

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