旅顺口区土地退化分区分级研究*

冯 雨，吕 芳

(辽宁师范大学城市与环境学院，大连 116029)

·农业区划·

旅顺口区土地退化分区分级研究*

冯 雨，吕 芳※

(辽宁师范大学城市与环境学院，大连 116029)

[目的]随着社会经济的高速发展，资源开发规模和强度不断扩大，土地退化的问题也逐渐显现出其弊端。[方法]文章以2003年、2006年、2009年的旅顺口区土地利用数据为基础，运用GIS软件的叠置分析，空间分析对研究区土地退化分区分级研究。通过掌握土地利用变化的数量、时空模式及变化趋势来揭示研究区在不同时期、不同资源开发强度下土地退化的时空特征。[结果]研究表明，研究区的土地退化类型在2003～2009年主要为土地污染、次生盐碱化、草地退化； 荒草地和耕地面积在6年间共减少2068.12hm2，耕地土地利用动态度为-2.85%，荒草地土地利用动态度为-2.37%，建设用地土地利用动态度为2.25%，其他未利用地土地利用动态度为6.84%； 在不同的研究时期和区域，土地退化的强度不同； 根据分区区域面积加权计算，旅顺口区的耕地退化指数小于3，预计土地退化程度属于轻度退化，研究结果可信。[结论]旅顺口区土地退化分区分级研究为今后旅顺口区的社会经济发展战略的决策和生态环境的管理提供了科学依据。

土地退化 土地利用 空间分析 旅顺口区 GIS

0 引言

我国是世界上土地退化问题最为严重的国家之一，该问题已严重影响到我国某些地区社会经济的可持续发展。以大连市旅顺口区为例，随着社会经济的高速发展，资源开发规模和强度不断加大，土地退化的问题也逐渐显现出其弊端。

目前土地退化问题中全球土壤退化评价(GLASOD)定义土壤退化为人类引起的现象，它降低了土壤目前和将来支持人类生存的能力。在土地退化分类研究基础上，国内外土地退化分级研究也逐渐开展起来。罗明等将土地退化分为沙漠化、土壤侵蚀、土地污染、盐碱化、潜育化、耕地生产力下降、采矿迹地等7类[1]。朱震达等[2]将我国土地退化分为轻度、中度和强度等3级，对各类土地退化分别提出了评价指标和分级值。国内外土地退化评价由于尺度不同所采取的方法也不同[3-9], 如从景观尺度的角度评价土地退化程度多数基于GIS技术。土地退化是一个复杂连续的动态过程[10], 文章结合GIS技术，通过掌握旅顺口区土地利用变化的数量、时空模式及变化趋势[11]来揭示旅顺口区在不同时期、不同资源开发强度下土地退化的时空特征[12-15]，对研究区土地退化从分区着手对土壤生产力程度作分级评价，从而能够全面地认识现存的土地退化问题。

1 研究区概况

研究区域大连旅顺口区地处辽东半岛最南端，地理坐标为120°8′E～121°35′E， 38°7′N～39°N。全区实际行政管辖陆地面积402.7km2，划分为12个街道、84个行政村及居委会。西与西北濒渤海，南与东南临黄海与山东半岛隔海相望，东与东北与甘井子区接壤，南北最大纵距26.1 km，东西最大横距31.2 km，公里总面积506.78 km2。长白山脉干山余脉延伸至境内，构成沿海丘陵区。地势由东向西倾斜，土地面积的结构是：六丘半水三分半田。

图1 研究区区位

图2 土地退化分区分级研究技术流程

2 研究方法

2.1 技术路线

对收集到的图件资料和文献资料合理分析处理，创建图形数据库和属性数据库，对2003年、2006年、2009年等3个时期的土地利用现状矢量图层叠加建立转移矩阵，由土地利用变化的数量、时空模式及变化趋势来分析土地退化现状。指定退化划分等级和标准，确定土地退化程度，分别计算各区域的土地利用类型退化指数，预计其土地退化的程度，从而揭示旅顺口区土地退化现状。技术流程参考图2。

2.2 基础数据及处理

针对旅顺口区政府的土地开发政策推行时间，以2002年后的时间范围内对研究区做土地退化分区分级研究。因此，土地利用研究数据的基础信息源为旅顺口区2003年、2006年、2009年的土地利用现状图。根据收集信息，创建图形数据库和属性数据库，将图形数据和属性数据关联确定2003年、2006年、2009年等3个时期的土地利用现状，对上述3个时期的土地利用现状矢量图层叠加建立转移矩阵。利用ArcGIS10.2软件进行投影变换、数据提取和裁剪、叠置分析、数理统计，由土地退化类型的界定类型，分别对4个区域的类型进行地类转化数理统计分析。

2.3 土地退化分等定级研究

2.3.1 土地类型和土地退化等级的确定

(1)研究区域土地类型的确定

在参照《土地利用现状分类》[12]的基础上，结合研究区的土地利用特点和土地退化研究的需要，将土地利用类型划分为7类，即耕地、林地、园地、建筑用地、水域、荒草地和其他未利用地。其他未利用地包括滩涂、裸地、沙地、盐碱地等难利用地。

(2)土地退化程度评价等级的确定

在全球土壤退化评价中，土壤退化程度是从区域内农业生产适宜性的角度来划分。将生产力作为土地退化程度的评价指标，把土地退化程度分为4个等级，即轻度、中度、强度和极强度[18]。 如表1所示。

表1 土地退化程度评价等级

退化程度描 述轻度土地生产力稍有下降，仍适于农业利用。生态系统未受较大影响，耕地退化指数小于3中度土地生产力有较大下降，尚适于农业利用。生态系统受到部分破坏，需采取较强的整治措施才能恢复强度仅部分做牧业利用，生态系统功能基本丧失，对土壤进行生物生物工程措施才有恢复的可能极强度不再适于农林牧业，生态系统功能完全丧失，极难恢复

2.3.2 土地退化的界定

该文根据研究数据的精度情况和人为因素的客观性，主要对大连市旅顺口区的主要几类土地退化类型的空间分布特征进行分析和讨论，具体表述为：耕地荒废和占用，次生盐碱化。其土地类型转化的表现形式为耕地和荒草地向其他未利用地和建设用地转化。

2.3.3 土地利用类型数量变化和区域差异研究

(1)土地利用动态度[16]可定量描述区域土地利用变化的速度，它对比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势都具有积极的作用。土地利用方式时间变化分析采用单一土地利用类型动态度。单一土地利用类型动态度可以从不同方面定量地表达某研究区一定时间内的土地利用类型的变化速度，其表达式为：

(1)

式中，K为研究时段内某一土地利用类型动态度； Ua和Ub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为研究时段长，当T的时段设定为年时，K的值就是该研究区某种土地利用类型年变化率。

(2)土地利用变化是存在地区差异的，可以通过各区域某种土地利用类型相对变化率及各区域土地利用动态度的差别反映土地利用变化的区域差异。引入的某研究区某一种特定土地利用类型相对变化率计算方法为：

R=(Kb/Ka)×(Cb/Ca)

(2)

Ka、Kb分别代表某区域某一特定土地利用类型研究期初及研究期末的面积； Ca、Cb分别代表全研究区某一特定土地利用类型研究期初及研究期末的面积。

如果某区域某种土地利用类型的相对变化率R>1，则表示该局部区域某一土地利用类型变化较整体区域大。相对变化率是一种反映土地利用变化区域差异的很好的方法。在研究中选用上式，计算旅顺口区的土地利用相对变化率。

2.3.4 土地利用类型退化指数分析

通过土地利用类型退化指数(P)[17]来表述研究区单一土地利用类型退化的时间特征，即：

Pi=Ci/Si×100%

(3)

式中，Pi为土地退化指数；Ci为研究时段内土地利用类型i退化面积； Si为土地利用类型i在研究时段初期面积。通过土地利用类型退化指数求耕地的退化程度，从而来预测该区域内的土地生产力水平。

3 结果与分析

(1)土地利用数量变化研究

在GIS软件支持下，对旅顺口区2003年、2006年、2009年等3个时间段内的耕地、林地、园地、建筑用地、水域、荒草地和其他未利用地等7类土地利用类型进行土地利用动态度计算，得到数理统计报表，如表2所示。

表2 2003年、2006年、2009年旅顺口区各土地利用类型数量变化

土地利用类型2003200620092003～2006动态度2006～2009动态度面积(hm2)比重(%)面积(hm2)比重(%)面积(hm2)比重(%)耕地997650196988989217568270511630-360-235园地479823947458102904439899870-151-132林地167324833021699857335417039513350053008水域222125438195667386182441360-397-225建筑用地121809924031299504256413827392741223214荒草地254807503230628455218580431-316-174其他未利用地2220484382941505803132396181082216

图3 2003年、2006年、2009年旅顺口区的土地利用类型

表3 2003～2009年旅顺口区土地利用类型的相对变化率

土地利用类型2003～2009相对变化率R北部南部西部东部耕地095103092110荒草地101096107086建筑用地108098112090其他未利用地096102089113

根据旅顺口区2003年、2006年、2009年等3个时段土地利用结构变化(表2)可知，旅顺口区以耕地、林地和建设用地为主，以2003年为例，上述3个地类占全区面积的76.74%。以该文土地退化的界定类型角度看，耕地在2003～2006年和2006～2009年间都是逐年减少， 6年间一共减少1705.99hm2，荒草地所占全区面积比例也是逐年减少，共减少362.13hm2，而建筑用地面积在稳定逐年上升，共增加1636.4hm2，其他未利用地面积在2003～2006年间增加幅度最大，这主要是土壤被污染导致的土壤盐碱化、沙化，部分耕地和荒草地所占区域的土壤质量降低，致使耕地盐碱化、荒草地退化等土地退化问题的出现。从耕地、荒草地、建设用地和其他未利用地的面积变化幅度来看，耕地减少的面积最多，其他未利用地面积增加的幅度最大，说明旅顺口区土地的总生产力在下降，土壤的质量在逐年降低，这些都是土地退化现象的表现。通过以上报表对旅顺口区2003年、2006年、2009年的土地利用类型数量变化做堆积柱状图(图3)，以便参考研究。

(2)土地利用变化的区域差异研究

依据旅顺口区地理位置和数据的局限性，借助ArcGIS软件的叠置分析将旅顺口区12个街道和3个乡镇单位划分为北部、南部、西部、东部等4个区域，其中北部包括北海街道、双岛湾街道、三涧堡街道，南部包括水师营街道、龙头街道、光荣街道、登峰街道、得胜街道、市场街道，西部包括江西街道、铁山街道、经济开发区，东部包括长城街道、奶牛场、龙王塘街道。针对土地退化的界定类型，分别对耕地、荒草地、建筑用地、其他未利用地等4类土地利用类型做4个区域在2003～2009年土地利用类型的相对变化率的计算。根据旅顺口区2003～2009年土地利用类型的相对变化率(表3)可知，旅顺口区各区域土地利用类型的变化具有差异性，从相对变化率和1之间的比较，看出局部和整体之间土地利用类型变化速率的差异性，例如旅顺口区北部耕地在2003～2009年间的R值小于1，说明该区域的耕地变化较整体耕地变化小，而东部正相反。通过对土地利用类型的相对变化率的比较，可以从表中看出旅顺口区的土地退化的空间格局，以便全面了解旅顺口区的土地退化状况。

图4 2003～2006年、2003～2009年旅顺口区的北部土地退化状况

(3)土地退化时空分析

运用ArcGIS软件的空间叠置分析功能、属性查询功能和制图技术，将2003年各区域耕地和荒草地的图层属性提取出来，并分别对2006年、2009年的建设用地和其他未利用地提取的图层属性做交集取反，得到耕地和荒草地向建设用地和其他未利用地的转化区域属性信息。在GIS软件支持下，对旅顺口区4个区域在2003～2006年和2003～2009年间土地退化区域进行图件输出。将计算得到的土地退化区域字段进行唯一值符号显示，得到旅顺口区2003～2006年和2003～2009年的土地退化状况(图4)，从图像和数据得知,2003～2006年间土地退化程度高于2006～2009年土地退化程度。

针对土地生产力的评估，分别对旅顺口区的4个区域的耕地进行土地利用类型退化指数计算，得到4个区域的耕地退化指数，即3.51、2.86、1.93、3.04。由于研究区区域范围小，影响判断因素少，故通过各区域面积加权计算整个研究区域的耕地退化指数为2.47，根据表1从局部看整体，旅顺口区土地生产力稍有下降，但仍适于农业利用，而且生态系统未受较大影响，采取合理的生产方式，较易恢复，旅顺口区土地现状属于轻度土地退化。

4 结语

由于社会经济发展的迫切需要，人对自然资源的开发和利用活动直接或间接作用于旅顺口区的自然环境，从而影响旅顺口区土地退化的空间格局。为了预防更加严重的土地退化问题，避免土地退化问题对社会经济系统的持续发展和人类生存环境构成威胁，因此对旅顺口区的土地退化问题的提出和研究是必要的。该文借助GIS技术从土地利用的角度来分析2003年、2006年、2009年等3个时段的土地退化现象，研究表明研究区的土地退化类型在2003～2009年间主要为土地污染、次生盐碱化、草地退化，指出现阶段旅顺口区存在的土壤盐碱化和草地退化等土地退化问题，并评价了现阶段旅顺口区的土地退化程度为轻度退化，将土地利用类型时空变化结合耕地退化指数突出体现土壤适应性变化的趋势，为今后旅顺口区的社会经济发展战略的决策和生态环境的管理提供了科学依据，以便当局科学地预防土地退化、恢复和改良已经退化的土地资源来解决生态自然环境与社会经济发展之间的矛盾。

[1] 罗明， 龙花楼.土地退化研究综述.生态环境,2005, 14(2): 287～293

[2] 朱震达. 中国荒漠化(土地退化)防治研究.北京：中国环境科学出版社,1998：6～11

[3] Dougill A J，Twyman C，Thomas D S，et a1.Soil degradation assessment in mixed farming systems of so-uthern Africa：use of nutrient balance studies for participatory degradation monitoring.The Geographical Jou-rnal，2002, 168(3): 195～210

[4] 陈奇伯. 黄土丘陵区坡耕地土地退化研究.水土保持通报，2004, 24(1): 12～15

[5] 王文颖， 王启基，王刚.高寒草甸土地退化及其恢复重建对土壤碳氮含量的影响.生态环境，2006, 15(2): 362～366

[6] 卢远， 林年丰.基于MODIS数据的松辽平原土地退化宏观评估.地理与地理信息科学，2004,20(3): 22～25

[8] Sujatha G，Dwivedi R，Sreenivas K，et a1.Mapping and monitoring of degraded lands in part of Jaunpur district of Uttar Pradesh using temporal spaeeborne multispeetral data.International Journal of Remote Sens-ing，2002, 21(3): 519～531

[7] 汪潇等. 新疆艾比湖绿洲土地退化遥感动态监测.干旱区研究，2007,24(6): 741～746

[9] Haboudane D，Bonn F，Royer A，et a1.land degradation and erosion risk mapping by fusion of speetrall-y：based information and digital geomorphometrie attributes.International Journal of Remote Sensing，2002, 18(23): 3795～3820

[10]田亚平. 荒漠化概念中的“度”.中国沙漠，2003,23(6): 709～713

[11]张保华. 县域土地利用/覆被变化可持续性覆被变化可持续性.世界科技研究与发展，2012, 33(5): 839～842

[12]中华人民共和国质量监督检验检疫总局与中国国家标准化管理委员会.GB/T 21010—2007土地利用现状分类.2008-07-30

[13]张宇. 基于决策树的土地利用覆盖分类及变化研究——以济宁市任城区为例.中国农业资源与区划,2014, 35(6): 115～123

[14]杨良顺， 朱明.基于RS GIS技术的耕地后备资源调查评价——以金沙江流域的云南省永仁县为例.地矿测绘,2007, 23(3): 22～26

[15]宁雅楠. 基于主成分分析法的土地利用景观分区研究——以青龙满族自治县为例.中国农业资源与区划,2016,37(2): 22～28

[16]田洁玫， 任彧，陈杰.“五化”视角下鹤壁市土地利用动态变化研究.中国农业资源与区划,2016, 37(4): 228～236

[17]张克锋， 李宪文，张定祥.中国土地资源退化时空变化分析.环境科学,2006, 27(6): 1244～1251

[18]沈渭寿， 曹学章，沈发云.中国土地退化的分类与分级.生态与农村环境学报,2006, 22(4): 39～88

STUDY ON PARTITION AND GRADING OF LAND DEGRADATIONIN LVSHUNKOU DISTRICT*

Feng Yu, Lv Fang※

(College of Urban and Environmental Science， Liaoning Normal University, Dalian 116029 China)

Based on the land use map of LVshunkou district in 2003，2006 and 2009, this paper analyzed the partition and grading of land degradation using the overlay analysis, spatial analysis, the attribute query, and mapping technology with the support of GIS software. and then it revealed the temporal and spatial characteristics of land degradation in different periods and different resources development intensity by understanding the quantity, spatial and temporal patterns, and changing trends of land use change. The results showed that the degradation of the study area of land types in 2003-2009 years were mainly land pollution, secondary salinization， grassland degradation. The grassland and cultivated land area in 6 years totally reduced 2068.12 hm2，the dynamic degree of land use of cultivated， grassland， and construction land was - 2.85%，- 2.37%，and 2.25%，respectively. The land degradation strength was different in different periods and regions. The land degradation index in Lvshunkou district was less than 3， which indicated the land degradation degree was slightly degraded.

land degradation； land use； spatial analysis；Lvshunkou district； GIS

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170318

2016-01-11

冯雨(1997—)，男，湖北孝感人，本科生。研究方向：土地利用变化研究。※通讯作者：吕芳(1974—)，女，辽宁大连人，讲师。研究方向：土地利用变化研究。Email： 122599861@qq.com

*资助项目：国家自然科学基金面上项目“基于局部土地利用竞争元胞自动机模型的土地利用变化模拟与预测研究”(41471140)； 国家自然科学基金项目“城市人居拟态环境研究——以大连市为例”(41171137)； 2016年国家级大学生创新创业训练计划项目“基于物联网和大数据的城市智慧交通辅助决策系统研究”(201610165071)

S158.1

A

1005-9121[2017]03115-06