渭北旱塬小流域土地利用空间分布与地形因子的关系——以陕西省淳化县秦庄沟流域为例

陈见影，孙 虎，常占怀

（1.陕西师范大学 旅游与环境学院，陕西 西安710062；2.陕西省水土保持勘测规划研究所，陕西 西安710199）

作为人类赖以生存和社会发展的物质基础，随着土地、粮食安全和人口的问题日益突出，优化土地利用结构、合理布局、提高土地利用效率已经成为区域经济可持续发展研究的重大战略问题。土地利用现状是从实际出发反映土地资源的社会经济属性和自然属性［1－4］。地形因子是决定区域土地利用类别空间分布的关键因素之一［1］，对土地利用类别随地形的分布格局研究，将有助于区域土地合理利用和农业结构调整。近几年，有不少学者［1－2，5］基于 GIS技术对地形因子多从海拔、坡度和坡向与土地利用关系方面进行探讨和分析。由于渭北旱塬黄土高原沟壑区小流域地形条件复杂，坡度、高程、沟壑密度等地形因子与土地利用空间分布有着密切的关系。但目前关于小流域土地利用空间分布与地形因子沟壑密度关系的研究很少。

本研究选择渭北旱塬陕西省淳化县秦庄沟小流域，结合ArcGIS技术，在DEM的基础上提取地形因子坡度、高程和沟壑密度数据并进行分级［5－7］，在分析不同地类与地形因子关系的基础上，构建可比性和科学性更强的土地利用类别在不同等级地形因子分布指数（land distribution index，LDI）模型，进行小流域土地利用空间分布与地形因子关系规律性实证研究，以期为渭北旱塬小流域土地利用在不同等级地形上合理布局提供科学依据。

1 研究区概况

陕西省淳化县秦庄沟流域位于淳化县县城东南15km 处，地理位置界于北纬34°47′30″—34°52′0″，东经108°39′0″—108°43′30″之间，总面积31.28km2。年平均气温为10.4℃，属暖温带半干旱气候，降水量较少。年平均降水量为588.4mm，降水年内分配不均，雨量集中在6—9月。土壤具有明显的由褐土带向黑土带过度性质，水土流失较严重，侵蚀模数达3 000～6 000t／km2。研究区地处渭北旱塬黄土高原沟壑区，地势自北向南降低，沟壑纵横。

秦庄沟流域涉及方里、秦庄两个乡镇，共有11个行政村22个自然村，总人口7 482人。土地利用形式主要有耕地、林地、园地、草地。研究区内的秦庄水库是一座以农田灌溉为主，兼有防洪养殖的小（一）型水库。2011年各业总产值为3 105.25万元，其中农业产值962.63万元，林业产值1 335.26万元，牧业341.58万元，副业产值62.1万元，其它403.68万元，粮食总产量2 605.38t，流域内的经济主要以种植业和林业也为主，经济发展缓慢，仍然属于贫困区。

2 研究方法

2.1 数据处理

本文数据资料主要来源于2005年编制比例尺1∶5万的秦庄沟流域土地利用现状图（由陕西省淳化县国土局提供）和1∶5万的秦庄沟地形图。首先运用ArcGIS软件对土地利用现状图和秦庄沟地形图进行配准及矢量化处理，得到研究区土地利用现状和地形数据（表1）。然后进行矢栅转换。利用ArcGIS软件的分析功能在地形图上生成生成GRID格式的DEM数据，最后利用GIS软件从DEM中提取坡度、高程、沟壑长度和面积信息，计算沟壑密度［7－10］。在土地利用现状的基础上，以既能体现秦庄沟流域的地形特征，又能符合其经济规律和自然规律为依据，将地形因子高程、坡度及沟壑密度数据按照一定的分级标准进行分级。

表1 研究区土地利用现状

2.2 研究指标

主要采用土地利用分布指数（LDI）作为衡量指标，来对小流域不同地形因子在某一等级上土地利用类型空间分布特征变化状况进行分析。本研究的土地利用分布指数是指某一级地类面积占该级土地利用面积比重相对于该地类总面积占总土地利用面积比重的大小，用公式表示为：

公式：LDIij——某一等级下i地类在j地形因子的分布指数；Xij——i地类在j地形因子的面积；i——不同地类，i＝1，2，…，m；j——不同地形因子，j＝1，2，…，n；分子表示i地类在j地形因子面积所占比重，分母表示i地类面积所占总土地利用面积比重。

LDIij数值的理论范围是［0，＋∞），一般而言，若LDIij＜1，则表明在某一等级下i地类在j地形因子处于劣势，说明该等级地形不适宜该地类分布；若LDIij＞1，表示该地类在该等级地形上的分布属于优势分布。

利用GIS软件，得到土地利用现状、高程分级、坡度分级和沟壑密度分级的土地利用类型空间分布情况，对其统计汇总，进行地类分布优劣势研究，以期找到秦庄沟流域土地利用类型在不同地形因子上的分布规律，优化土地利用结构，提高土地利用率。

3 土地利用数量结构分析

3.1 土地利用现状分析

根据土地利用现状分类的国家标准及当地土地利用特征，将研究区的土地利用类型分为8类，分别为耕地、园地、林地、草地、裸地、水域、居民点用地及其它用地（表1）。从表1可以看出，秦庄沟流域的土地利用现状分布结构。耕地面积为960.92hm2，占秦庄沟流域总面积的30.72%，在土地利用方式中位居首位；园地面积为675.74hm2，其所占秦庄沟流域总面积比重位居第二，占21.60%；林地面积为620.75hm2，占秦庄沟流域总面积的19.84%，在土地利用方式中位居第三；草地面积为123.41hm2，仅占秦庄沟流域总面积的3.95%；裸地面积为441.68 hm2，占秦庄沟流域总面积的14.12%，在土地利用方式中位居第4；草地、居民点用地和其它类型用地之和为410.59hm2，占秦庄沟流域总面积的13.19%；土地利用类别面积之比：耕地：园地：林地：草地为20∶14∶13∶3。裸地面积大于草地、居民点用地和其它类型用地之和，说明秦庄沟流域裸地面积较大。秦庄沟流域还有18.36hm2的水域面积，占秦庄沟流域总面积的0.59%，这里指流域有小（一）型水库，经实地调查水资源尚未开发利用。

3.2 地形因子与土地利用

3.2.1 坡度分级依据及土地利用现状 坡度分级建立在坡度与土地利用关系的基础上，根据秦庄沟流域的地形特征，以小流域经济规律和自然规律为依据，将土地坡度划分为4个等级：0°～5°，5°～15°，15°～25°，＞25°（表2）。从表2可以看出，各坡度等级的土地面积差异较大，在坡度小于5°的所有土地利用面积为955.47hm2，占土地利用总面积的30.15%。5°～15°的所有土地利用面积为771.23hm2，占土地利用总面积的24.11%。15°～25°的所有土地利用面积为902.28hm2，占土地利用总面积的27.99%。＞25°的所有土地利用面积为540.14hm2，占土地利用总面积的16.61%。可以看出秦庄沟流域的地形较为复杂，大多是倾斜黄土残塬地带。

表2 各土地利用类型在不同坡度等级的分布特征

坡度小于5°的耕地面积为195.65hm2，仅占耕地总面积的20.36%，在5°～25°之间，耕地面积为746.06hm2，占其总面积的77.63%。说明秦庄沟流域平坦的耕地面积很小，坡耕地面积很大。在坡度小于5°的园地占其总面积的69.8%。在15°～25°之间园地占其总面积的2.88%。随着坡度的增加，林地、草地面积逐渐增加。

从分布指数可以看出，小于5°平坦黄土残塬上，水域和居民点用地分布指数分别为3.27和3.09。因为水域多分布在平坦黄土残塬上，受坡度的影响较小；居民点用地的分布指数随着坡度的增加而减小，秦庄沟流域村民活动大都集中在相对较平坦黄土残塬的地区。因此坡度相对较小的平坦黄土残塬区域是水域和居民点用地的优势分布区。园地在小于5°平坦黄土残塬上的分布指数为2.28，因为苹果种植是当地农民主要收入来源。耕地分布指数＞1主要位于坡度为5°～25°区域的坡耕地。由于坡耕地水土流失很严重，水土流失会造成土壤耕层被剥蚀减薄，同时也会带走土壤中的营养元素使土壤肥力下降，从而降低耕地的生产能力，农作物产量低，收益少。在＞25°区域只有林地、草地、裸地和极少的耕地的分布，分布指数＞1只有林地和裸地。说明在坡度较大的低山丘陵适合开发林地，有利于保护坡度较陡地区的生态环境。

3.2.2 高程与土地利用现状 秦庄沟流域海拔高度在801～1 250m之间，自北向南降低。将其划分为5个等级高程带：800～900m，900～1 000m，1 000～1 100m，1 100～1 200m，1 200～1 250m。从表3可以看出，在海拔800～900m的区域所有土地利用面积为876.12hm2，占秦庄沟流域土地利用总面积的28.04%。海拔在900～1 000m和1 000～1 100m的区域所有土地利用面积共计1 475.42hm2，占秦庄沟流域土地利用总面积的47.23%。在海拔小于1 100 m的区域耕地、园地、草地和居民点用地，占各自总面积的比重都很大，分别为81.32%，81.14%，73.87%和82.6%（表3）。从分布指数可以看出，耕地在900～1 000m，1 000～1 100m范围内的分布指数＞1。园地在800～900m，900～1 000m，1 000～1 100m，1 100～1 200m范围内的分布指数＞1或≈1。在1 200～1 250m范围内的分布指数＞1的只有林地、草地和居民点用地。

随着海拔的增高，草地和林地的分布比例变大。随着海拔的升高，各种类型的土地面积逐渐减少。在海拔1 200～1 250m的区域除少量耕地、园地及居民点用地外，基本全为林地和草地，裸地为0，说明植被覆盖率较高。

表3 各土地利用类型在不同高程的分布特征

3.2.3 沟壑密度与土地利用现状 沟壑密度是指每平方公里内侵蚀沟的总长度，或称切割裂度，是衡量地表破碎度的一个指标。根据秦庄沟流域的地形特征，将该区的沟壑密度划分为4个等级：0～2km／km2，2～4km／km2，4～6km／km2，6～8km／km2。各土地利用类型在不同沟壑密度区的分布特征见表4。

在沟壑密度小于2km／km2的所有土地利用面积为902.88hm2，占土地利用总面积的28.86%。沟壑密度2～4km／km2的所有土地利用面积为1 241.84 hm2，占土地利用总面积的39.71%，其所占秦庄沟流域总面积比重位居第一。沟壑密度4～6km／km2的所有土地利用面积为883.81hm2，占土地利用总面积的28.25%。从分布指数可以看出，裸地面积随着沟壑密度的增大而增加，在沟壑密度为6～8km／km2时，分布指数达到2.55。而居民点用地在沟壑密度为0～2km／km2时，分布指数最大，达到了2.26，但随着沟壑密度的增大而居民点用地面积减少。在沟壑密度为2～4km／km2和4～6km／km2时，所有土地利用面积占土地利用总面积的67.96%，其中林地的分布指数均大于1。草地在沟壑密度为4～6km／km2和6～8km／km2时，分布指数均大于1。

秦庄沟流域土地利用主要位于沟间地和沟谷区域。裸地主要分布在黄土切沟、冲沟和河沟以及较大沟谷内的河漫滩。地形破碎、沟壑密度大。

3.3 土地利用特点

秦庄沟流域土地利用区域差异明显。低山丘陵丘陵为水土保持林用地，一些沟头部位由于人为改变地形打坝淤地，形成淤地坝或修筑梯田。倾斜黄土残塬、平坦黄土残塬为耕地和园地交错区。居民点用地多位于平坦黄土残塬。距离水库较近的平坦黄土残塬农用地尚未发展灌溉农业，水资源利用率低。秦庄沟流域地貌以倾斜黄土残塬沟壑为主，所占面积较大，也是该区主要的农耕区域。坡耕地面积大，坡耕地共计765.27hm2，沟头区的坡耕地超过400hm2，占整个流域坡耕地面积52%以上。由于沟壑密度大，地块破碎，不利于农业生产的机械化、现代化和规模化经营。农村居民点用地分散，人均面积大。农村居民点用地273.46hm2，人均用地365.49m2，超过了国家村镇规划的150m2用地标准。农村居民点用地零散、集约利用程度较低。秦庄沟流域裸地面积大，在各土地利用方式中位居第4，水土流失严重，致使抵御自然灾害能力差，经常发生崩塌、滑坡等地质灾害。

4 结论

（1）秦庄沟流域土地利用类型以耕地、园地、林地和裸地为主，分别占研究区面积的30.72%，21.60%，19.84%和14.12%，其它土地利用类型占的比例较小。坡度、高程及沟壑密度3种地形因子不同级别下的土地利用空间分布差异明显。

（2）地形因子是影响秦庄沟流域土地利用类型的一个重要因素。

（3）根据秦庄沟流域的地形特征，合理利用土地资源，调整农业结构。秦庄沟流域还处于以传统农业为主。为了改变这种状况，主要应在其内部进行结构调整，利用流域有小（一）型水库，发展灌溉农业；进行坡改梯的水土保持措施，提高土地的生产能力；发展无公害的绿色有机果品、蔬菜、粮食、小杂粮等特色生态农业，从而提高单位面积的产量和质量，增加经济收益。

（4）秦庄沟农村居民点人均用地面积是国家标准的2.44倍，用地零散、结构不合理、建筑容积率低，基础设施不配套。应通过新农村建设，实施农村居民点整理工程，完善基础配套措施，改善人居环境，提高居民点用地集约利用度，提高土地利用率，增加基本面农田面积。

（5）对于坡度较大的裸地，主要指坡度为＞25°的区域，应大力开展植树造林，强化生态建设，增加林地面积，提高研究区植被覆盖率，减少水土流失。

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