近10年丹江流域土地利用时空动态演变

丁文峰，李欣欣，岑 奕

（1.长江科学院水土保持研究所，武汉 430010；2.长江流域水资源保护局，武汉 430010）

近10年丹江流域土地利用时空动态演变

丁文峰1，李欣欣2，岑 奕1

（1.长江科学院水土保持研究所，武汉 430010；2.长江流域水资源保护局，武汉 430010）

根据1990，2001年2期TM卫星影像资料，通过3S技术手段，获取了丹江流域20世纪90年代的土地利用变化时空数据。结果表明：丹江流域土地利用类型以林地、草灌和耕地为主，林地、草灌和耕地在1990年和2001年2个时期占研究区面积比例分别为71.73%，14.12%，9.15%和76.29%，10.57%，7.49%。1990－2001年间，丹江流域土地利用年变化率最大的是林地，达到34.73%，其次是草灌地，为－27.01%；未利用地和水域的年变化率较小，分别为0.24%和－0.32%。园地的空间动态度最大，其次是未利用地，说明这二者的空间转化相对比较频繁，尤其是近期园地的转化。这主要与土地利用程度下降，耕地减少，园地、林地、建设用地等的比重增加有关。

土地利用；动态演变；丹江流域

土地利用是人类主要生产活动方式的反映，深受人类经济、社会活动的影响，作为全球环境变化研究的一个重要组成部分，长期以来一直受到国内外学者的广泛关注［1－7］。水土流失过程与土地利用之间有着紧密的联系。一方面，由于土地利用方式的改变，将改变原有地表植被类型及其覆盖度和微地形，从而影响土壤侵蚀的动力和抗侵蚀阻力，成为土壤侵蚀的诱发和强化因素；另一方面，土壤侵蚀的加剧反过来又限制土地利用的方式和结构，进一步激化人地矛盾，从而引发人们更大规模的土地开发。因此，对于区域尺度上的水土流失过程而言，土地利用变化与其有着密不可分的关系，探讨土地利用时空变化将有助于从机理上深化对区域水土流失过程的认识，为今后土地资源的合理配置和有效利用提供参考依据［8－11］。

丹江流域作为近期南水北调中线工程的主要水源地，其生态环境问题一直受到社会各界的广泛关注。特别是水土流失及其伴随产生的面源污染问题，将对调水质量产生深远影响。因此，为准确了解丹江口水库水源区的水土流失状况，科学分析20世纪90年代中期以来的土地利用和水土流失变化趋势，为国家制订南水北调中线工程水源区生态环境建设规划和明确水土流失防治战略目标提供科学详实的决策依据。本文以南水北调中线水源区丹江流域为研究对象，通过运用遥感、地理信息系统等方法对流域内土地利用动态变化进行研究，分析10年来丹江流域土地利用变化趋势，这对揭示土地利用与水土流失过程之间的耦合关系及今后南水北调中线水源区的水土流失防治具有重要的指导意义。

1 资料来源与数据处理方法

本文研究选用的基础资料主要为1988－1990年和1999－2001年2期的TM影像，数据处理以1∶5万地形图、DEM为参考，采用目视解译结合野外实测调查方法提取土地利用变化信息。研究使用1989年及2000年前后共6幅TM影像数据（由NASA公开网站下载），经过几何校正、辐射校正等预处理，进行镶嵌拼接裁剪，得到研究区域的整体影像。利用ENVI遥感处理软件，通过监督分类的方法，以1984年全国农业区划委员会制定的《土地利用现状调查技术规程》为分类依据，对研究区进行土地利用分类，分为：耕地、园地、林地、草灌地、居民点及工矿用地、交通用地、水域、未利用土地8类。

2 结果分析

2.1 近10年来丹江流域土地利用结构变化

利用RS和GIS技术得到研究区不同时期土地利用图，利用2期土地利用图形数据分别进行统计分析，结果见表1。从表1可以看出研究区土地类型以林地、草灌和耕地为主，林地、草灌和耕地在1990年和2001年2个时期占研究区面积比例分别为71.73%，14.12%，9.15%和76.29%，10.57%，7.49%。但3类土地利用类型变化趋势不同，10年来林地面积增加幅度最大，增加了416.76 km2，草灌面积减小幅度最大，减小324.17 km2，耕地面积减少了152.16 km2，园地面积增加了12.31 km2，居民用地及交通用地都增加了，水域面积呈减少趋势。这一方面反映了流域进行水土保持综合治理，退耕还林，发展园地和林地的趋势；另一方面反映了人口增加和经济的发展导致居民点和建设用地的扩张态势。

2.2 近10年来丹江流域土地利用程度变化

土地利用程度变化可采用单个土地利用类型因子来测度，如耕地、建设用地、林地等，也可采用复合因子来测度。由于单个因子测度只能反映土地利用程度中某一侧面的特点，不能反映土地利用总体程度。为此，本文采用单一土地利用类型动态度模型和土地利用综合程度指数模型来表示研究区土地利用程度变化情况［12－14］。

2.2.1 土地利用变化空间动态变化率

土地利用空间动态度Q的计算公式如下：

式中：ΔUin为研究时段T其他类型转变为该类型的面积之和；ΔUout为某一类型转变为其他类型的面积之和；Ua为研究期末某一种土地利用类型的数量；T为研究时段。当T设定为年时，Q的值就是该研究区土地利用年综合变化率。通过计算分析，丹江流域1990－2001年土地利用变化空间动态度如表2所示。

从表2可以看出，园地的空间动态度是最大的，其次是未利用地的空间动态度，说明这二者的空间转化相对比较频繁，尤其是近期园地的转化。耕地、林地、交通用地和水域相比之下，其空间动态度是较小的，可见耕地、林地、交通用地和水域的转化不如草灌频繁。

2.2.2 单一土地利用动态度变化趋势和状态

单一土地利用类型变化的趋势和状态可采用以下表达式计算：

式中：k为某一时段内的土地利用类型面积变化量；ΔUin为研究时段T其他类型转变为该类型的面积之和；ΔUout为某一类型转变为其他类型的面积之和；Ub，Ua分别为研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量；T为研究时段。

根据公式计算得出丹江流域1990－2001年土地利用类型变化的状态指数，计算结果如表3所示。耕地、草灌、水域、未利用地状态指数都小于0，说明这4种土地利用类型都处于“减少”状态，以转换为其他类型用地为主。状态指数分别为－0.57，－0.22，－0.43，－0.15，说明它们的转换规模依次是耕地＞水域＞草灌地＞未利用地。园地、林地、居民点及工矿用地、交通用地状态指数都大于0，说明这4种土地利用类型都处于“增长”状态，以其他类型用地转换为该类土地利用类型为主。其状态指数分别是0.33，0.61，0.61，0.34，说明其他类型转换为他们的规模依次是林地＞居民点及工矿用地＞交通用地＞园地。

表1 1990－2001年期间丹江流域土地利用面积变化情况Table 1 Variation of land use from 1990－2001 in Dan jiang watershed

表2 1990－2001年丹江流域土地利用变化空间年综合变化率Table 2 The comprehensive annual rates of land use change from 1990 to 2001%

表3 1990－2001年丹江流域土地利用变化状态指数Table 3 The state indexes of different land uses from 1990 to 2001

2.2.3 土地利用程度

研究土地利用程度的变化，可以进一步认识土地利用变化的发展程度和驱动力系统的作用方式。一般采用间接指标来衡量土地利用程度，如土地利用率（已利用土地面积／土地总面积）、土地垦殖率（耕地面积／土地总面积）、坡地垦殖率（坡度＞25°耕地的面积／土地总面积）、土地建设利用率（建设用地面积／土地总面积）、林草覆盖率（林草用地的面积／土地总面积）。丹江流域各研究期各种土地利用程度指标如表4所示。

表4 丹江流域各研究期土地利用程度指标Table 4 Indices of different land use degrees in two periods of Danjiang watershed indicated in percent%

从表4中可以看出，丹江的土地利用率是比较高的，1990年达到了99.57%，2001年达到了99.60%，远高于全国的平均水平77.60%。土地垦殖率从1990年的9.15%下降到2001年的7.49%。坡地垦殖率从1990年的5.89%下降到2001年的4.58%，表明退耕还林发挥效益。土地建设利用率呈上升趋势，表明研究区在近12年的时间内，建设用地的增加非常大。林草覆盖率比较高，呈增加的趋势。

土地利用程度综合指数是反映土地利用的广度和深度的一个指标。通过对土地利用程度综合指数的研究，不仅可以了解土地本身的自然属性，还可以了解人类活动因素与自然环境因素共同作用的综合效应。反映了人类对土地开发利用的尺度，人类活动强度越大，则指数越高。其计算方法为

式中：La为土地利用程度综合指数；Ai为第i级土地程度分级指数；Ci为第i级土地程度分级面积百分比；n为土地利用分级数。土地利用分级指数采用表5进行赋值。

表5 土地利用程度分级赋值表Table 5 Values given of land use degree classification

根据以上方法，得到流域2期土地利用程度综合指数，如表6所示。从表可看出，该区土地利用程度呈下降趋势，主要是耕地减少，而园地、林地、建设用地等的比重增加形成的。

表6 土地利用程度综合指数表Table 6 Indices of different land use degrees in two periods

3 结 论

（1）丹江流域在研究的2个时期内，土地类型均以林地、草灌和耕地为主，林地、草灌和耕地在1990年和2001年2个时期占研究区面积比例分别为71.73%，14.12%，9.15%和76.29%，10.57%，7.49%。但3类土地利用类型变化趋势不同，10年来林地面积增加幅度最大，增加了416.76 km2，草灌面积减小幅度最大，减小324.17 km2，耕地减少了152.16 km2，园地面积增加了12.31 km2。

（2）1990－2001年间，丹江流域土地利用年变化率最大的是林地，达到34.73%，其次是灌草地，为－27.01%；未利用地和水域的年变化率较小，分别为0.24%和－0.32%。园地的空间动态度是最大的，其次是未利用地，说明这二者的空间转化相对比较频繁，尤其是近期园地的转化。这主要与土地利用程度呈下降趋势，耕地减少，而园地、林地、建设用地等的比重增加有关。

［1］TURNER B L，DAVID S.Land-use and Land-cover Change（LUCC）：Science／Research Plan［R］.IGBP Reports，No.35，1995.

［2］ TURNER B L，LOCAL F.Global Flow：the role of landuse and land-cover in global environmental change［J］.Land Degradation and Rehabilitation，1994，23（5）：71－78.

［3］ BAKKERA M M，GOVERSB G，KOSMASC C，et al.Soil erosion as a driver of land-use change［J］.Agriculture，Ecosystems and Environment.2005，105：467－481.

［4］ 王思远，刘纪远，张增祥.近10年中国土地利用格局及其演变［J］.地理学报，2002，57（5）：523－530.（WANG Si-yuan，LIU Ji-yuan，ZHANG Zeng-xiang.Spatial pattern change of land use in China in recent 10 years［J］.Acta Geographica Sinica，2002，57（5）：523－530.（in Chinese））

［5］ 徐 霞，王静爱，贾海坤，等.内蒙中部地区不同生态区土地利用格局分布特征［J］.地理科学进展，2005，24（3）：44－49.（XU Xia，WANG Jiang-ai，JIA Haikun，et al.The spatial pattern of land use under the different ecoregion in the middle of Inner Mongolia［J］.Progress in Geography，2005，24（3）：44－49.（in Chinese））

［6］ 程学军，谭德宝.三峡库区湖北片土地利用动态变化研究［J］.长江科学院院报，2004，21（3）：32－35.（CHENG Xue-jun，TAN De-bao.Research of dynamic changes of land use in Three Gorges Reservoir region［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2004，21（3）：32－35.（in Chinese））

［7］ 张希彪.泾河中上游流域土地利用格局变化与驱动因子分析［J］.水土保持学报，2005，19（6）：137－140，152.（ZHANG Xi-biao.Land-use／cover change process and driving force analysis in Jinghe River channels［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2005，19（6）：137－140，152.（in Chinese））

［8］ 路云阁，许月卿，蔡运龙.基于遥感技术和GIS的小流域土地利用／覆被变化分析［J］.地理科学进展，2005，24（1）：79－86.（LU Yun-ge，XU Yue-qing，CAIYunlong.Analysis on land use／land cover changes of small drainage basin based on RSand GIS［J］.Progress in Geography，2005，24（1）：79－86.（in Chinese））

［9］ 曹银贵，王 静，刘正军，等.三峡库区近30年土地利用时空变化特征分析［J］.测绘科学，2007，32（6）：167－170.（CAOYin-gui，WANG Jing，LIU Zheng-jun，et al.Spatial and temporal analysis on land use changes of Three Gorges Reservoir region in recently 30 years［J］.Science of Surveying and Mapping，2007，32（6）：167－170.（in Chinese））

［10］龙花楼，李秀彬.长江沿线样带土地利用格局及其影响因子分析［J］.地理学报，2001，56（4）：417－425.（LONG Hua-lou，LIXiu-bin.Land use pattern in transect of the Yangtze River and its influential factors［J］.Acta Geographica Sinica，2001，56（4）：417－425.（in Chinese））

［11］刘军会，高吉喜，耿 斌，等.北方农牧交错带土地利用及景观格局变化特征［J］.环境科学研究，2007，20（5）：148－154.（LIU Jun-hui，GAO Ji-xi，GENG Bing，et al.Study on the dynamic change of land use and landscape pattern in the farming-pastoral region of northern China［J］.Research of Environmental Sciences，2007，20（5）：148－154.（in Chinese））

［12］王秀兰，包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨［J］.地理科学进展，1999，18（1）：81－87.（WANG Xiu-lan，BAO Yu-hai.Study on themethods of land use dynamic change research［J］.Progress in Geography，1999，18（1）：81－87.（in Chinese））

［13］张有全，宫辉力，赵文吉，等.北京市1990年－2000年土地利用变化机制分析［J］.资源科学，2007，29（3）：206－213.（ZHANG You-quan，GONG Hui-li，ZHAO Wen-ji，et al.Analyzing the mechanism of land use change in Beijing city from 1990 to 2000［J］.Resources Science，2007，29（3）：206－213.（in Chinese））

［14］赵 健，魏成阶，黄丽芳，等.土地利用动态变化的研究方法及其在海南岛的应用［J］.地理研究，2001，20（6）：723－731.（ZHAO Jian，WEICheng-jie，HUANG Li-fang，et al.Researchmethods of land use changes and their applications in Hainan Island［J］.Geographical Research，2001，20（6）：723－731.（in Chinese））

（编辑：王 慰）

Study on Land Utilization Spatial and Temporal Dynam ic Evolution in Danjiang Basin during Past 10 Years

DINGWen-feng1，LIXin-xin2，CEN Yi1
（1.Soil and Water Conservation Department of Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Yangtze Valley Water Resources Protection Bureau，Wuhan 430010，China）

The spatial and temporal data of the land utilization changes in Danjiang basin in the 1990s were acquired bymeans of 3S-technology，according to the TM satellite image data of 1990 and 2001.The result shows that the land use types in Danjiang basin aremainly woodland，grassland and farm land，and the percentages in the study area ofwoodland，grassland and farmland in 1990 and 2001 were 71.73%，14.12%，9.15%and 76.29%，10.57%，7.49%，respectively.From 1990 to 2001，the biggest annual changing rate came from woodland，reaching 34.73%，followed by 27.01%of grassland.The annual changing rates of unutilized land and water areas were comparatively small，being 0.24%and 0.32%，respectively.The biggest space dynamic degree came from garden land，followed by unutilized land.It shows that the spatial transformation of both types of land use is relatively frequent，particularly for the recent garden land，which is related to the decrease of land use degree，farmland reduction and the proportion increases of garden land，woodland，construction land，etc.

Danjiang basin；land utilization；evolution

S157.1

A

1001－5485（2010）11－0071－04

2010-09-10

中国水利水电科学研究院开放研究基金项目（QTGY0834／TB04）；“十一五”科技支撑项目（2008BAD98B02）；中央级公益性科研院所基本科研业务费项目（YWF0904、YWF0901）；国家重点基础研究发展计划项目（2007CB407203）

丁文峰（1975-），男，河南汝州人，博士，高级工程师，主要从事土壤侵蚀与水土保持方面的研究，（电话）027-82926357（电子信箱）wenfengding＠163.com。