土地利用覆被变化

土地利用覆被变化（精选6篇）

土地利用覆被变化 第1篇

一、LUCC相关概念

土地覆被(Land Cover)曾被IGBP(国际地圈与生物圈计划)和IHDP(全球环境变化人文计划)定义成人类活动和自然过程共同作用后在近地面层及地球陆地表层所形成的自然状态[2],其他组织机构和学者也给出了其他定义,但其内涵均包括:(1)其本身是由植被、土壤和陆地表面的水体等构成;(2)其是构成陆地生物圈的重要成分[3]。

土地利用(Land Use)于1985年被世界粮农组织(FAO)定义为土地利用是由自然条件与人的干涉所决定的土地功能[4],但目前应用较广的定义是:人类所进行的一切有目的开发利用土地资源的行为活动的总称,如耕地、林地、牧草地、建设用地等都是不同的土地利用类型[1]。

可见,土地覆被和土地利用间具有巨大的关联性,前者的变化作用于后者,而后者又是造成前者变化的最重要影响因素,其二者共同构成了土地的社会、自然双重属性。

二、LUCC国外研究进展

1990年全球变化研究委员会最早提出了一个全球性LUCC研究框架。国际上真正意义上的LUCC研究开始于1992年,联合国在“21世纪议程”中明确提出将加强LUCC研究作为21世纪工作的重点[5]。1994年,联合国环境署(UNEP)启动了LCAM(土地覆被的评价与模拟)项目。次年,国际科学联盟组织的IGBP与国际社会科学联盟组织的I-HDP发起一项名为“土地利用/覆被变化(LUCC)”的研究计划,并发表两个纲领性文件,即“LUCC研究计划”(1995)和“LUCC执行战略”(1999)[6]。IIASA(国际应用系统与分析研究所)也在同一年开展了“欧洲和北亚的LUCC模拟”研究。1996年,美国开展了洲际尺(北美洲)的土地覆被变化研究,主要涉及土地覆被(主要是森林)变化监测及土地覆被变化与温室气体排放关系的研究。2003年,IGBP进一步提出了土地计划项目的研究重点并提炼了相关科学问题[7]。2005年,IGBP和IHDP又联合推出了全球土地计划(Global Land Project,GLP)。该科学计划是全球变化与陆地生态系统(GCTE)研究计划和LUCC研究计划的综合,其研究目标是量测、模拟和理解人类—环境耦合的陆地生态系统[8]。

IGBP与IHDP在《LUCC研究计划》中提出了LUCC的三项研究重点(见下页图1):(1)从案例比较角度研究土地利用变化机制;(2)土地覆被变化机制研究,尤其是其直接观测、诊断模型的研究;(3)区域和全球模型的研究。

国际上按照研究目的、方法以及研究区域等方面的差异,将LUCC领域研究分成三种学术流派,即北美流派、欧洲流派及日本流派[10]。从宏观角度出发是北美学术流派的特点,其研究侧重大尺度上(如全球)的LUCC状况及其与全球变化之间的关系;基于福利分析(Welfare Analysis),欧洲流派重视对土地资源与食品政策的分析,并进行相应的情景模拟研究;数量及经济学模型是日本流派的研究优势,其更侧重对研究区的定量研究与预测。

三、LUCC国内研究进展

中国科学家在全球LUCC计划和全球土地计划的发起与组织实施过程中发挥过重要作用。早在1988年的第二十一届ICSU大会上,叶笃正等人就提出要将土地利用引发的全球环境问题作为除温室气体以外的另一类重大问题加以重视,这一提议在一定程度上促成了LUCC计划的形成与发展[11]。从相关中文数据库中(CNKI、万方、维普)文献可看出,国内LUCC研究热潮始于1996年,在已有的LUCC研究中,主要体现在以下四个环节:LUCC时空变化、LUCC的驱动机制、LUCC的生态环境效应以及LUCC的模型模拟研究。

1. LUCC时空变化研究。

LUCC时空变化研究分数量变化和空间变化两个层面:在数量方面,主要通过动态度、土地利用程度综合指数等指标来分析LUCC的变化速度和幅度等数量特征[12~13];在空间变化上,主要借助遥感影像,获取LUCC动态信息,并借助GIS的空间叠加分析功能定量、定位确定区域单元土地利用类型的变化,计算各个时期土地利用类型的转换矩阵,用以确定土地利用类型相互之间的转换情况[14~15]。

2. LUCC驱动机制研究。

LUCC驱动机制研究是LUCC研究的焦点[3],对于揭示LUCC的基本过程、驱动原因、未来变化预测、及相应政策的制定都起到关键作用[16]。在中国,基于经验统计的模型仍是LUCC时空过程驱动机理分析的主导路径。该模型包含的方法有主成分分析法、灰色关联度分析法、逐步回归法、典型相关分析法、系统动力学方法、空间统计模型及非线性回归模型等[17~26],主要侧重于研究LUCC时空过程与各种社会经济和自然驱动因子之间的关系,通过提取LUCC时空过程主要驱动因子,解释LUCC时空过程的原因。同时,在研究个案的选择方面,人文和自然驱动因素活跃的热点地区(如苏州、无锡、常州等),及人口、资源、环境、发展协调欠佳的生态脆弱区(如河西走廊、北方农牧交错带、干旱区等)皆为研究的重点区域[27]。

3. LUCC生态环境效应研究。

土地利用通过改变地表土地覆被状态而影响周围生态环境,是全球环境变化的一个“源”。现阶段,国内学者对LUCC环境效应的研究包括全球性系统变化和区域性累积变化两个方面。在全球性系统变化研究方面,李克让等通过研究认为LUCC对气候影响的生物物理反馈主要因为改变了地表光学特性、粗糙度和水文循环而影响了地面与大气间辐射、热量动量和水分交换,而生物地球化学反馈则因为生态系统碳和养分循环的变化影响了地面与大气间交换温室气体和气溶胶并导致气候变化[28];区域环境效应的研究集中在LUCC对水土流失、土地荒漠化、生物多样性、农业自然灾害灾情、生态系统服务价值、景观生态效应、局地气候与环境质量等[28~35]。研究表明,生态环境受制于土地利用,而土地利用合理往往会产生良好的生态环境效应。

4. LUCC模型模拟研究。

LUCC模型模拟是现国内LUCC研究的重要组成部分,其涉及到的模拟模型主要有MAS/LUC(Mufti-Agent Sys-tem for Land-Use/Cover Change)模型、元胞自动机模型(CA)和系统动力学模型。(1)MAS/LUC模型。该模型由元胞模型和Agent模型两部分组成,前者的作用是模拟自然因素,而后者是对人类决策过程的模拟,为土地利用决策行为提供了一个新的研究思路[36]。(2)CA模型。元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)是一种自下而上的动态模拟建模框架,具有模拟地理复杂系统时空演化过程的能力,也能表现出区域的环境条件、周围的土地利用类型以及土地利用类型之间的相互作用关系[37]。(3)系统动力学(System Dynamics,SD)模型。该模型以系统论、信息论和控制论为理论基础,从宏观方面研究土地利用系统,反映该系统的结构、功能和行为之间的相互作用关系,可以观察预测不同情景下系统的变化规律,从而为决策提供依据,该模型尤其适用于研究对象数据不足的情况[38]。

四、结语

土地利用覆被变化 第2篇

浅谈土地利用覆被变化对面源污染的影响

摘要：土壤中营养物的流失,造成了面源污染,引起水体畜营养化,对环境造成严重的破坏,而且污染破坏范围很广.土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)对区域生态环境的影响是目前土地利用变化研究的热点之一.土地利用方式不同,地表覆盖及人为干扰影响程度不同,直接影响土壤养分物质的输入和输出,进而影响土壤的`养分贮量和养分有效性等肥力状况.结合数学模型的应用,研究LUCC对流域尺度上的元素输移过程以及对面源污染的影响,具有十分重要意义.作 者：董莉    DONG Li  作者单位：西南林学院,云南昆明,650224 期 刊：科技传播   Journal：PUBLIC COMMUNICATION OF SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010, “”(8) 分类号：X53 关键词：面源污染    土地利用    覆被变化   

土地利用覆被变化 第3篇

关键词：河南省；土地覆被；土壤质量；影响

1、研究区概况

不同植被恢复类型对土壤养分含量有显著影响。例如，地表植被覆盖越大，土壤表层获取的光和热量会减少，进而增加土壤有机质的累积。但有研究指出，林木的生长会产生大量抑制有机质生成的物质，因而林木和灌木的生长会减少土壤有机质含量。以荒草地作为基准进行比较，种植马铃薯使0-40 cm土层的有机质降低3639%，而种植柠条灌木（C korshinskii）使土壤有机质增加了7528%。这是因为柠条属于豆科植物，能够通过对大气中氮元素的吸收固定而不断地提高土壤肥力。而良好的土壤肥力有利于植物的生长和发育，植物的繁荣生长就意味着更多的枯枝落叶被腐解为有机质并返回土体，进而使得土壤肥力不断得以提高，在土壤一植物系统中形成良性循环。

不同植被恢复类型对土壤全氮含量有着显著的影响，但对硝态氮和铵态氮的影响不是很显著。油松林地的土壤氮素含量高于农地、弃耕地和人工牧草地。不同土地利用类型下土壤氮素含量呈现变异。研究结果表明，农地转化为灌木地、荒草地、油松林地、弃耕地和人工草地会增加土壤氮索的含量。这主要是由于不同植被对土壤氮素的吸收、积累和转化的效率不同而引起的。同时，土壤氮素的分布与植物根系的分布有着密切的关系。许多研究发现，固氮植物（如豆科植物）种类会显著增加土壤氮含量，但也有研究表明，固氮植物种类与地表土壤氮的积累并没有相关关系。不同植被恢复类型下土壤磷存储和积累的差异主要是地球化学和生物循环过程的不同而引起的。从农地转化为其他非农用地类型（荒草地、灌木地、油松林地、弃耕地和人工牧草地），土壤全磷含量并无差异。然而统计结果显示，不同植被恢复类型对土壤速效磷含量有着显著影响。不同植被恢复类型下土壤速效磷含量变异很大。农地表土层（0-20 cm）的土壤速效磷含量高于其他用地类型，这主要是由于耕作过程中施用磷肥而造成的[2]。

2、结果与分析

不同植被恢复类型下土壤剖面养分含量均呈现明顯的层次性，植被恢复导致土壤养分表层富集，主要表现为表土层（0～20cm）土壤养分含量高于下层土壤（20-40 cm），这可能与上层不仅受植物根系的影响，而且受枯枝落叶及小气候环境影响较大有关。土壤养分含量表现为表土层（0～20cm）大于下土层（20-40 cm），反映了植被对土壤养分的表聚效应。

土壤有机质是评价土壤质量的一个重要指标，它不仅能增强土壤的保肥和供肥能力，提高土壤养分的有效性，而且可促进团粒结构的形成，改善土壤的透水性、蓄水能力及通气性等。不同植被恢复类型土壤有机质含量变化如图1所示。

不同植被恢复下不同土层的土壤有机质差异显著（P<001）。植被恢复后土壤有机质含量大幅增加。如以农地为对照，0～20cm土层土壤有机质含量的增幅大小依次为：灌木地（1623%）>油松林地（1048%）>山杏林地（983%）>弃耕地（971%）>荒草地（892%）；而20-40 cm土层土壤有机质含量的增幅依次为：灌木地（1307%）>弃耕地（1071%）>油松林地（944%）>荒草地（942%）>山杏林地（923%）[3]。总体来说，土壤有机质的增加幅度以灌木地（沙棘灌丛1465%）>弃耕地（自然恢复植被1024%）>乔木林地（油松、山杏林地974%）>荒草地（917%）。可见，人工灌木恢复对土壤的培肥作用高于乔木林地，农地弃耕进行自然恢复也有很好的土壤培肥作用，而自然荒草地由于植被稀疏，其年生物量较少，故枯落物较少且枯落物分解补充土壤养分较少，土壤相对比较瘠薄。

河南省土壤生态系统的氮素主要取决于生物量的积累和土壤有机质分解的强度。植被类型、水热状况和土壤侵蚀的强度等都会影响土壤氮素含量。植被恢复可以增加土壤全氮含量。与农地相比，植被恢复后不同土层土壤全氮含量均呈现增加趋势（图2）。由于小流域土壤生态系统近似于一个封闭系统。因此，土壤氮素含量主要取决于生物量的积累和有机质的分解强度。对于0-20 cm土层土壤全氮在不同植被下表现出显著差异（P=001），而对20-40 cm土层来说，土壤全氮含量差异不明显，主要是由于成土作用过程中养分表聚作用导致的。

结论：土地利用/覆被类型变更区植被覆盖度增速显著高于未变化区域，退耕还林还草区增速尤其突出，河南省植被保育、植被恢复和重建在植被覆盖度提升方面取得了明显成效。

参考文献：

[1]代永春，施昆，戴朦梦，等.地形因子对北京市土地覆盖变化的影响研究[J].价值工程，2015，09：327-329.

[2]李丽，刘晓东，梅再美.喀斯特石漠化地区土地利用/覆被变化及驱动力因素研究——以贵州省安龙县2000～2010年为例[J].贵州科学，2015，02：75-81.

[3]孙庆龄，冯险峰，肖潇.武陵山区植被净第一性生产力的时空格局及其与地形因子的关系[J].地球信息科学学报，2014，06：915-924.

作者简介：汪珂丽（1994.5-），女，汉族，河南省商丘市柘城县，学生，本科，研究方向：地理信息系统专业。

土地利用覆被变化 第4篇

随着科学技术的进步、计算机、地理信息系统与遥感技术的快速发展及其在相关方面的成功应用,为我们获取不同分辨率土地利用数据提供了强有力的技术支持,也为不同学者对于LUCC相关方面的研究提供了一定数据支撑[6,7,8,9]。作为大多数河流发源地的高寒山区,由于近年来受气候变化与人类活动的影响,不同区域的土地利用/土地覆被状况、景观格局、动植物群落已经或正在发生变化,并且由于强烈的人类活动,降水分布规律、水文循环规律、流域产汇流规律等也受到了较大的影响,加之近年来极端水文气象事件的频发,给所在区域造成了巨大的经济损失。这就迫使不同学者与决策部门面对新的变化形势开展了与LUCC相关方面的工作,更好的预知与顺应自然规律的变化,并提前制定相应的应对措施。高寒山区作为河流的发源地、水源的涵养区、水利工程的重点开发区域及部分耕作区,受人类活动影响较强烈,加之其他因素的影响,下垫面变化较明显,随之传统的产汇流规律也发生了较大的变化,对已建或待建水利工程的运行提出的更大的挑战,削弱了人们对一些极端水文气象事件的预估能力,这就要求我们必须面对新的形势,开展强人类活动下水文变化规律的研究,而要更好的预知变化环境下的流域产汇流规律的变化,就必须了解下垫面的变化规律,即LUCC的情况,以扩充人们对新形势下产汇流规律的认知能力,并采取合理、科学的方法进行刻画,更好地服务于社会、生产实践。因此,本研究对于更好的理解寒区强人类活动下的下垫面变化情况,推动寒区产汇流规律的研究提供了一定的技术支撑。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

本研究以位于天山西部山区的喀什河流域为研究区,喀什河发源于依连哈比尔尕山冰川地带,介于东经81°40′~85°10′,北纬43°25′~44°15′之间(见图1)。流域形状呈狭长的柳叶形,为羽状水系,河道顺直,支流短小而广布,河流全长304km,集水面积9 541km2。流域地势西南高,北部低,海拔介于469~4 604m之间。气候特征表现为雨量充沛、昼夜温差大的特征。多年平均降水量334.02mm,多年平均蒸发量(20cm蒸发皿)1 961.04mm。由于特殊的地理位置和下垫面因素,河流水量主要以冰川、积雪融水、雨水以及地下水混合补给为主。流域上各种冰川共551条,冰川面积为421.60km2,冰储存量为28.18m3,冰川平均面积0.77km2,雪线高度为3 680m,最大冰川面积为35.06km2,长度为11.0km[10]。流域通常在12月封冻,次年3月解冻。

1.2 资料来源

本研究选用1980年末(1990年)、1995年、2000年、2005年和2010年5期新疆维吾尔自治区1∶10万土地利用数据集,数据来源于中国西部环境与生态科学数据中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn)与中国科学院资源环境科学数据中心(http:∥www.resdc.cn);数字高程数据(DEM)来源于美国EOS/MODIS数据中心提供的分辨率为30 m×30 m的AS-TER DEM数字高程数据;选用研究区尼勒克气象站1959-2010年年降水量数据进行与水域面积变化相关方面的分析,数据来源于新疆地面气候数据集。研究所选用的土地利用数据与气象数据是经国家相关部门进行相关现场实际勘校与校准,并达到相关标准与规范要求后公开发布供生产与科研使用的科学数据,因此选取的资料具有一定的代表性。结合GIS平台在对各类土地利用数据类型分类汇总的基础上对喀什河流域LUCC的时空分布特征及变化规律进行分析,以期更好的指导与土地利用/土地覆被变化相关方面的研究工作。

1.3 研究方法

以新疆维吾尔自治区1∶10万土地利用数据集为基础,基于GIS平台及研究区流域边界,充分考该数据集的土地覆盖分类系统一级分类标准(耕地、林地、草地、水域、城乡、工矿、居民用地和未利用土地),对研究区不同类型的土地利用数据分类汇总,结合研究区DEM数据分析了研究区土地利用/土地覆被时空变化特性,并基于土地利用转移矩阵分析研究了人类活动是否对研究区不同土地利用类型的变化产生了影响。所采用的土地利用转移矩阵如表1所示,行表示T1时点土地类型,列表示T2时点土地类型;Aij与Pij表示T1-T2期间土地类型i转换为土地类型j的面积与转换变化比例;Aii与Pii表示T1-T2期间i种土地利用类型保持不变的面积与百分比;Bi与Ci表示T1-T2期间i种土地利用类型总面积的增减与增减比例[11]。

2 土地利用/土地覆被时空变化特性分析

2.1 空间分布特征分析

借助GIS平台及研究区矢量边界对不同时期1∶10万土地利用数据进行裁切,并对初步处理的数据进行合并处理,得到研究区不同时期土地利用数据。研究区土地利用主要以林地、草地、水域和未利用土地为主,以草地所占的面积最大,占全流域面积的66%,其中水域包括河渠、湖泊、水库坑塘、永久性冰川雪地、滩涂、滩地和沼泽,其他土地利用类型面积较小(见图2)。结合研究区DEM数据分析可知,从空间分布特征来看耕地和居民点及工矿用地主要分布在喀什河下游区域,此处海拔多在2km以下,多分布在喀什河谷两侧;草地主要分布在喀什河中下游区域,空间上比较连续;林地主要分布在喀什河中下游区域,且主要分布在该流域北坡,南坡及高海拔区域只有零星分布,海拔多在3km以下;水域主要分布在喀什河流域的中高山带且多以永久性冰川雪地为主,海拔高度多在3 500m以上,南北坡均有分布;未利用土地主要包括沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石砾地及指其他高寒荒漠和苔原等,而喀什河流域多以裸土地和裸岩石砾地为主,主要分布在该流域中上游区域且以上游区域为主,中游区域只有零星分布且主要集中在北坡,中游区域南坡无未利用土地,但总体趋势南坡未利用土地面积大于北坡,海拔高度主要在2 100~4 150m的范围。

2.2 时间变化特征分析

对研究区不同时期不同类型的土地利用数据进行分类统计,不同时期土地利用结构及动态变化如表2和表3所示。从表2和表3中可以看出,研究区土地利用类型的变化主要以2000年为临界期进行变化,2000年前研究区土地利用类型变化差异不大,2000年后随着所在区域社会经济发展的强烈需求、国家西部大开发政策的实施以及“富民兴牧”、“安居富民、定居兴牧”等相关工程的加速推进,2000年后土地利用类型发生了一系列的变化。总体上,水域面积从1990-2010年表现为持续增加,这主要与当地降水的变化情况有关外,还与近年来水利工程的大量新建有关;林地与草地面积表现为先增后减的趋势,即1995年前表现为面积增加趋势、1995年后表现为减少趋势;耕地、居民点及工矿用地面积表现为先减后增的趋势,以2000年临界点;未利用土地动态变化较明显,表现为先减后增、再减再增的反复趋势。近20年间,水域增加速度最快、居民点及工矿用地增加最为突出、林地与草地面积持续减少。总体上土地利用/土地覆被具有如下动态变化特征。

(1)耕地呈先减后增的趋势。耕地面积1990与1995年基本未发生变化,分别为445.31与445.40km2,占所在流域面积比例一致,为4.63%。1995年后耕地表现为先减后增的趋势,2000、2005与2010年耕地面积分别为412.40、435.76、440.05km2,分别占流域面积的4.29%、4.53%与4.58%。1995-2005年耕地面积减少33.00km2,年际变化率为-7.41%,年均增长率为-1.48%;2000-2005年耕地面积增加23.36km2,年际变化率为5.66%,年均增长率为1.13%;2005-2010年耕地面积增加4.29km2,年际变化率为0.98%,年均增长率为0.20%。2000年前耕地面积减少可能的原因有两个方面:一方面是国家为保护生态环境大力实行退耕还林还草及保护水源政策使得研究区耕地面积有减少的趋势;另一方面是由于研究区居民点及工矿用地面积快速增加部分耕地被占用。2000年后耕地面积增加可能的原因为由于当地为发展经济,为提高部分牧民的收入开垦部分荒地用于种植经济作物,其次由于“安居富民、定居兴牧”的大力推进及人口的增加,使得所在区域相应的增加了部分耕地面积,以解决部分牧民的粮食及提高收入的问题。

(2)林地、草地呈减少的趋势。林地、草地面积1990与1995年变化不大,基本一致,可能产生的较小的误差与遥感解译有关,其中林地面积分别为889.3与890.45km2、草地面积分别为6 388.08与6 388.05km2,占所流域面积的比例一致,其中林地占9.25%、草地占66.47%。1995-2000、2000-2005、2005-2010年林地面积分别减少了7.80、2.87、0.18km2;草地面积分别减少了54.07、27.58、29.72km2;1995-2010年林地与耕地面积年际变化率分别为1.22%和1.75%、平均年均增长率为-0.08%与0.12%。尽管研究区林地、草地面积呈减少趋势,但相对而言变化不是很明显,其主要与过度放牧、降水时空分布不均匀、开垦耕地以及植物群落发生变化等原因有关。

(3)水域面积呈持续增大趋势。水域面积1990与1995年几乎持平,变化不大,分别为702.68和702.86km2,占所在流域面积比例一致,为7.31%,1990-1995年面积增加了0.18km2,年际变化率为0.03%,年均增长率为0.005%。1995年后水域面积增大较快,2000、2005与2010年分别为785.08、795.31与812.16km2,占流域面积的比例分别为8.17%、8.27%、8.45%;1995-2000年面积增加了82.22km2,年际变化率为11.70%,年均增长率为2.34%;2000-2005年面积增加了10.23km2,年际变化率为1.30%,年均增长率为0.26%;2005-2010年面积增加了16.85km2,年际变化率为2.12%,年均增长率为0.42%。水域面积持续增大的可能原因为1997年后的降水量明显偏多,尤其是冬季,使得研究区永久性冰川及雪地面积增大,从图3阶段平均降水量也可以看出1995年后年降水量呈增多趋势,且高于多年平均水平(1959-2010年),因此水域面积有增大的趋势,并且2000年后该区域有较多的水利工程建设,主要是蓄水水库,使水域面积持续增大。

(4)居民点及工矿用地面积呈先减后增的趋势。居民点及工矿用地面积1990与1995年相差不大,分别为68.87与68.95km2,未发生变化,占全流域面积的比例也一致,为0.72%。1995后发生了相应的一系列变化,表现为先减后增的趋势。2000年居民点及工矿用地面积为60.55km2、占全流域面积的比例为0.63%,与1995年相比面积减少8.40km2,减少达12.18%。2000年后居民点及工矿用地面积呈增加趋势,2005与2010年面积分别为60.55与60.65km2,2000年后面积累计增加4.17km2,并且2005-2010年年际变化率较大,为6.71%,2000-2005、2005-2010年年均增长率为分别为0.033%与1.34%。

2000年前居民点及工矿用地面积减少的主要原因可能为所在区域梯级水利开发、相应水库的建设存在移民的问题,2000年后居民点及工矿用地面积增加的原因主要有两个方面:一方面是国家在2000年左右为保护自然生态大力实行退耕还林还草和退牧还草的政策,使得一些牧民放异游牧的生活方式;另一方面是国家“富民兴牧”、“安居富民、定居兴牧”等相关工程的加速推进,使得所在区域牧民得益于相关政策,改变生活方式。

(5)未利用土地面积呈弱的“减-增-减-增”动态变化趋势。未利用土地面积呈“减-增-减-增”动态变化趋势,但总体上变化趋势不明显,与其他不同类型地利用面积的增减存在一定的联系,1990、1995、2000、2005、2010年的面积分别为1 116.86、1 115.39、1 136.44、1 133.20、1 137.89km2,所占流域面积的比例分别为11.62%、11.61%、11.82%、11.79%、11.84%。1990-1995、1995-2000、2000-2005、2005-2010年未利用土地面积的增减分别-1.47、21.05、-3.24、4.69km2;年际变化率分别为-0.13%、1.89%、-0.29%、41%。

3 土地利用转移矩阵分析

借助GIS平台对前期处理好1990、1995、2000、2005与2010年5期土地利用数据进行相应的剪切和叠加处理,得到不同时期年土地利用图,进行分类统计并提取了相关的土地利用变化信息,创建了研究区以5a为一阶段的土地利用变化转移矩阵(见表4~表7)。总体可以看出,研究区不同时期,以1995-2000年期间土地利用类型变化较为明显,并且以耕地、林地与居民点及工矿用地为主,其中耕地未变比例为74.36%、林地为76.41%、居民点及工矿用地为60.07%,其中耕地与林地主要向草地转换,而居民点及工矿用地主要向耕地转换;其他各时期不同土地利用类型变化幅度不大,未变比例达到90%以上,未变比例非常高。研究区土地利用变化规律可以总结为耕地与林地向草地、居民点及工矿用地向耕地的转换构成了土地利用变化的主导过程,其他土地利用类型几乎保持不变,并且主要发生在1995-2000年。从表4~表7中各土地利用类型之间的转化情况可以看出土地利用转移的具体情况如下。

(1)1990-1995年期间土地利用转化规律。由表4可知,1990-1995年期间研究区不同土地利用类型未发生明显的相互转化,呈弱的变化趋势,不同土地类型未变比例较高,达到91%以上。耕地保持不变的比例为96.79%(431.02km2)、有较小面积转化为林地、草地与居民点及工矿用地,其中转化为林地的比例为0.14%(0.64km2)、转化为草地的比例为2.24%(9.97km2)、转化为居民点及工矿用地的比例为0.83%(3.69km2),相对而言耕地主要转化为草地最为明显;林地面积保持不变的比例达92.86%(825.82km2)、部分转化为耕地、草地、水域、居民点及工矿用地与未利用土地,但转化面积较小,其中转化比例分别为0.08%、6.53%、0.03%、0.01%与0.49%,相对而言林地主要向草地转化最为明显;草地面积保持不变的比例达98.32%(6 280.69km2),向各不同土地利用类型转变的比例非常小,相对而言主要向林地与未利用土地类型转化,转化比例分别为0.98%与0.45%;水域面积保持不变的比例达96.76%(679.89km2),除未向耕地转化外,向其余各不同土地利用类型均有较小比例转换,相对而言主要向未利用土地类型转换,转化比例为2.49%;居民点及工矿用地未变比例达91.53%(63.04km2),部分面积分别向耕地、林地与草地转化,转化比例分别为4.25%、0.28%、3.93%;未利用土地面积未变比例达95.36%(1 065.04km2),部分面积分别向林地、草地与水域转化,转化比例分别为0.11%、2.82%、1.71%。

(2)1995-2000年期间土地利用转化规律。由表5可知,1995-2000年期间为研究区不同土地利用类型发生相对变化明显的主要时期,并且以耕地、林地与居民点及工矿用地发生变化为主。耕地面积保持不变的比例为74.36%(331.22km2),部分面积转化其他不同类型土地利用面积,其中转化为林地的比例为2.26%、转化为草地的比例为15.01%、转化为水域面积的比例为1.49%、转化为居民点及工矿用地面积的比例为2.62%、转化为未利用土地面积的比例为4.16%,相对而言耕地主要转化为草地最为明显;林地面积保持不变的比例达76.41%、部分转化为耕地、草地、水域、居民点及工矿用地与未利用土地,其中转化比例分别为0.49%、20.42%、1.98%、0.08%与0.62%,相对而言林地主要向草地转化最为明显;草地面积保持不变的比例达93.94%,向各不同土地利用类型转变的比例非常小,向耕地、林地、水域、居民点及工矿用地与未利用土地类型转换比例分别为0.97%、2.91%、1.11%、0.10%、0.96%;水域面积保持不变的比例达92.33%,除未向耕地转化外,向其余各不同土地利用类型均有较小比例转换,相对而言主要向草地与未利用土地类型转换,转化比例分别为1.56%与2.49%;居民点及工矿用地未变比例达60.07%,部分面积主要分别向耕地、林地、草地与水域转化,转化比例分别为21.36%、3.19%、11.62%、3.68%;未利用土地面积未变比例达90.40%,部分面积分别向林地、草地与水域转化,转化比例分别为0.29%、5.84%、3.47%。

(3)2000-2005与2005-2010年期间土地利用转化规律。由表6和表7可知,鉴于2000-2005与2005-2010年期间不同类型土地利用转化不明显,不同土地利用类型未变比例均在95%以上。2000-2005年耕地面积保持不变的比例为98.94%,只有小部分面积向草地、水域与居民点及工矿用地转换,转换比例分别为0.24%、0.74%、0.08%;林地面积保持不变的比例为99.67%,只有小部分面积向草地与水域转换,转换比例分别为0.09%、023%;草地面积保持不变的比例为99.44%,只有小部分面积向耕地、水域与居民点及工矿用地转换,转换比例分别为0.41%、0.07%、0.07%;水域面积几乎保持不变,其比例为99.99%,只有0.01%比例的面积向耕地转换;居民点及工矿用地面积不变比例达99.64%,其余较小面积向耕地与草地转换,转换比例分别为0.05%与0.31%;未利用土地保持不变比例较高,达99.71%,且面积仅向草地转换,转换比例为0.29%。

2005-2010年土地利用面积转换规律与2000-2005年期间相似。耕地面积保持不变的比例为94.91%,只有小部分面积向草地、水域、居民点及工矿用地与未利用土地转换,转换比例分别为1.23%、2.77%、0.03%、1.07%;林地面积保持不变的比例为99.98%,仅有小部分面积向水域转换,转换比例为0.02%;草地面积保持不变的比例为99.44%,只有小部分面积向耕地、水域与居民点及工矿用地转换,转换比例分别为0.41%、0.07%、0.07%;水域面积几乎保持不变,其比例为99.98%,只有0.02%比例的面积向耕地转换;居民点及工矿用地面积不变比例达98.98%,其余较小面积向耕地、草地与水域转换,转换比例分别为0.30%、0.28%与0.45%;未利用土地面积几乎不变,不变比例达99.99%,仅0.01%面积向耕地转换。

从1990-2010年研究区不同土地利用/土地覆被变化以草地与居民点及工矿用地面积的减少、水域与未利用土地面积的增加为主,总体上耕地面积减少0.74%、林地面积减少了1.09%、草地面积减少了1.75%、水域面积增大了15.15%、居民点及工矿用地面积减少了5.19%、未利用土地面积增大了1.88%。

4 结语

随着区域社会经济发展的必然趋势以及国家近年来对西部地区发展的卓有成效的政策、项目与资金等方面的支持,加之强烈人类活动与气候变化的影响,所在区域土地利用情况已经或多或少的受到了一定的影响,植被群落也相应地发生了一定的变化,进而影响到了与LUCC相关的方方面面。研究区所在区域为喀什河流域的源流区,若LUCC发生明显的变化必将影响到产汇流规律、人们对一些极端水文事件的预知与应对能力,进而影响到所建水利工程的正常运行与兴利效益的充分发挥,也将影响到正常的工农业生产。因此,为合理的了解的研究多年来的LUCC变化规律,更好地服务于与LUCC变化相关方面的研究与生产实践工作,本研究以1990、1995、2000、2005与2010年5期1∶10万LUCC数据为基础,开展了研究区LUCC时空变化特性研究,可以看出:

(1)研究区不同土利用类型中以林地、草地、水域和未利用土地为主,以草地所占的面积最大,占全流域面积的66%,其他土地利用类型面积较小。

(2)从空间上可以看出,耕地和居民点及工矿用地主要分布在喀什河下游河谷两侧区域;林地主要分布在喀什河中下游区域,且主要分布在该流域北坡,南坡及高海拔区域只有零星分布;水域主要分布在喀什河流域的中高山带且多以永久性冰川雪地为主,南北坡均有分布;未利用土地多以裸土地和裸岩石砾地为主,主要分布在该流域中上游区域且以上游区域为主,总体趋势南坡未利用土地面积大于北坡。

(3)从时间上看,土地利用类型的变化主要以2000年为临界期进行变化,2000年前研究区土地利用类型变化差异不大。总体上,水域面积从1990-2010年表现为持续增加;林地与草地面积以1995年为界表现为先增后减的趋势;耕地、居民点及工矿用地面积表现为先减后增的趋势,以2000年临界点;未利用土地动态变化较明显,表现为先减后增、再减再增的反复趋势。近20年间,水域增加速度最快、居民点及工矿用地增加最为突出、林地与草地面积持续减少。

(4)基于土地利用变化转移矩阵可以看出,研究区不同时期以1995-2000年期间土地利用类型变化较为明显,并且以耕地、林地与居民点及工矿用地为主,其中耕地与林地主要向草地转换,而居民点及工矿用地主要向耕地转换;其他各时期不同土地利用类型变化幅度不大,未变比例达到90%以上,未变比例非常高。

(5)喀什河流域土地利用变化规律可以总结为耕地与林地向草地、居民点及工矿用地向耕地的转换构成了土地利用变化的主导过程,其他土地利用类型几乎保持不变,并且主要发生在1995-2000年。

研究区LUCC的主要诱因主要有以下几个方面:一是2000年左右国家实行退耕还林、退耕还草的政策初见成效;二是随着新疆“富民兴牧、安居富民、定居兴牧”政策的实施,部分牧民结束了游牧的生活方式,进而影响到了所在区域LUCC的变化;三是所在区域2000年左右水利工程的相继开发,且研究区降水量较丰富,高于多年平均情况,使水域面积持续增大。总体而言从1990-2010年研究区LUCC变化不大,并且主要以草地与居民点及工矿用地面积的减少、水域与未利用土地面积的增加为主要特征。

随着人类社会的快速发展、人民生活水平的提高、城市的扩展,加之全球气候变化的影响,区域LUCC类型的改变已不可避免,进行会影响到与LUCC相关的方方面面,如产汇流规律、水利工程的正常运行、生物的多样性及植物种群等,有可能加剧与之相关自然灾害出现的概率与频次,因此,在新形势下对防洪减灾提出了更高的要求,也必将得到更多学者与政府决策部门的关注,适时、及时采取相关决策,并且随着航天技术与计算机术的快速发展,高分辨率土地利用数据的获取成为可能,进而可更好的时时动态监测土地利用类型,使之朝着有利用于人类社会进步方面改变及发展,能够更好地实现不同土地利用类型区化功能的保护。

摘要：鉴于强烈人类活动与气候变化的影响,所在区域土地利用/土地覆被变化(LUCC)已经或正在受到了一定的影响,进而可能影响到与LUCC相关方面。为合理的预知河流源区所在区域LUCC的变化情况,指导产汇流研究工作、制定变化环境下的自然灾害预警机制及水利工程兴利效益的发挥等,借助1990、1995、2000、2005、2010年5期1∶10万土地利用/土地覆被数据,以天山西部山区的喀什河流域为典型区开展了土地利用/土地覆被时空变化特性研究。研究结果表明:1研究区不同土利用类型中以林地、草地、水域和未利用土地为主,以草地所占的面积最大,占全流域面积的66%;2从空间上可以看出,耕地和居民点及工矿用地主要分布在下游河谷两侧区域,林地主要分布在中下游区域,水域主要分布在喀什河流域的中高山带且多以永久性冰川雪地为主;3从时间上看,土地利用类型的变化主要以2000年为临界期进行变化,2000年前研究区土地利用类型变化差异不大,总体上,近20年间,水域增加速度最快、居民点及工矿用地增加最为突出、林地与草地面积持续减少;4耕地与林地向草地、居民点及工矿用地向耕地的转换构成了研究区土地利用变化的主导过程,其他土地利用类型几乎保持不变,并且主要发生在1995-2000年。

关键词：土地利用/土地覆被,时空变化,山区,变化规律

参考文献

[1]李秀彬.全球环境变化研究的核心领域——土地利用/土地覆被变化的国际研究动向[J].地理学报,1996,51(6):553-558.

[2]王宗明,国志兴,宋开山,等.2000-2005年三江平原土地利用/覆被变化对植被净初级生产力的影响研究[J].自然资源学报,2009,24(1):136-146.

[3]唐华俊,吴文斌,杨鹏,等.土地利用/土地覆被变化(LUCC)模型研究进展[J].地理学报,2009,64(4):456-468.

[4]李勉,姚文艺,陈江南,等.坡面草被覆盖对坡沟侵蚀产沙过程的影响[J].地理学报,2005,60(5):725-732.

[5]Brown A E,Zhang L,Mcmahon T A,et al.A review of paired catchment studies for determining changes in water yield resulting from alterations in vegetation[J].Journal of hydrology,2005,310(1):28-61.

[6]刘晓娜,封志明,姜鲁光,等.西双版纳土地利用/土地覆被变化时空格局分析[J].资源科学,2014,36(2):233-244.

[7]王少伟,张晓祥,杨晓英.太湖湖滨敏感区的土地利用遥感分类研究[J].遥感技术与应用,2014,29(1):114-121.

[8]刘纪远,匡文慧,张增祥,等.20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局[J].地理学报,2014,69(1):3-14.

[9]王范霞,毋兆鹏.近40a来精河流域绿洲土地利用/土地覆被时空动态演变[J].干旱区资源与环境,2013,27(2):150-155.

[10]施雅风.简明中国冰川目录[M].上海:上海科学普及出版社,2005.

土地利用覆被变化 第5篇

1 研究区域概况

盘锦市地处辽宁省的西南部,辽河三角洲中心地带,东经121°31′-122°28′,北纬40°41′-41°27′之间。西北邻锦州,东界鞍山,南临辽东湾。现辖兴隆台、双台子2个区及大洼、盘山2个县。盘锦市地貌属于退海冲积平原,地势平坦,土质肥沃;属温带大陆性半湿润季风气候,历年平均气温8.3℃,平均降水量611m m,年日照时数为2787h,比同纬度的其他地区日照充足。

盘锦市自然资源十分丰富,有石油天然气、芦苇湿地、海洋滩涂、连片草场、井盐、野生动植物资源等,为实施可持续发展战略提供了得天独厚的物质基础。盘锦市位于辽宁中部城市群与京津唐城市群之间的联结带,地处辽东半岛开发区与辽西经济开发区的结合部,置身于东北经济区与华北经济区的融汇处,居于东北亚经济圈与环渤海经济区的交叉点。这种得天独厚的地域优势,为盘锦的发展提供了良好的机会和空间。

2 研究区土地利用/土地覆被变化分析

2.1 研究区土地利用类型的面积变化

该研究使用的主要资料有1990年1:10000地形图、1988年的TM遥感影像图和2005年的中巴卫星图、1:50000土地利用图、2005年土地详查资料及1991-2005年辽宁省统计年鉴社会经济发展统计资料数据。依据国家土地利用现状分类标准,可将盘锦市土地利用分为耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地和未利用地6种类型(其中未利用地主要是指湿地)。在ER D A S软件下,通过对TM遥感影像的监督分类,获取土地遥感分类图,并在A rc V iew G IS 3.3软件支持下,对1988年和2005年的土地利用图进行空间叠加量算,并结合2005年土地详查资料,得出两个时期的土地利用/土地覆被变化的基本数据(表1)。从数量方面反映区域土地利用变化,分析土地利用变化总的态势和土地利用结构的变化。

由表1可见,盘锦市2005年土地利用类型以耕地为主(占总面积的73.41%),其次为城镇工矿居民用地和水域,分别占土地总面积的11.21%和10.50%,而林地、草地和未利用土地所占比例很小,三种土地类型合计不足土地总面积的5%。对1988-2005年盘锦市土地利用/土地覆被现状的数据分析可得:17年间共增加了耕地7.21万hm 2,草地减少了0.9万hm 2,占1988年草地总面积的95.7%,林地也在减少,后备资源数量也越来越少,2005年未利用地(主要是指湿地)减少了21.01%。

2.2 土地利用变化动态模型分析

2.2.1 转换矩阵模型

为了分析土地类型转换的内部结构,利用A rcview软件的空间叠加分析功能,做出了1988-2005年盘锦市土地利用转换矩阵(表2)。

1988-2005年盘锦市土地利用类型之间相互转化明显。城市迅速扩张,主要是靠占用大量耕地得以实现,17年间有0.6万hm 2的耕地转变为城乡工矿居住用地。同期,耕地增加了7.21万hm2,主要是由林地(占25.44%),草地(占1.66%),水域(占2.52%)和未利用地(占0.62%)转化而来。林地总量减少了72557 hm 2,主要转向耕地、水域和城乡工矿居住用地,转换面积分别是66766 hm 2,5548hm 2,1978 hm 2;草地总量减少8990 hm 2,主要转换为耕地、水域、城乡工矿居住用地,面积分别为4367hm 2、4356 hm2、339 hm2。总体上看,耕地的流出量小于其流入量,即耕地总量有所增加,这虽然使粮食生产得到一定保障,但由于该地区林地、草地和湿地大面积的减少,也会对当地生态环境和可持续发展造成潜在威胁。

2.2.2 动态变化模型

本文对于盘锦市土地利用/土地覆被变化的描述是通过资源数量变化模型和土地利用程度变化模型来反映的,目前用来描述土地资源数量模型主要有土地利用动态度,土地利用动态度指数以土地利用类型的面积为基础,关注研究时段内类型面积变化的结果。其意义在于可以直观的反映类型变化的幅度和速度,也易于通过类型间的比较反映变化的类型差异。通过分析土地利用类型的总量变化,可以了解区域土地利用变化总的态势和土地利用结构的变化;通过分析土地利用类型变化的速度,可以反映区域土地利用变化的剧烈程度,对于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有积极的作用。

而在研究土地利用程度变化模型时,土地利用程度主要反映土地利用的广度和深度,它不仅反映了土地利用中土地本身的自然属性,同时也反映了人类因素与自然环境因素的综合效应。

(1)土地利用动态。单一类型的土地利用动态指数是研究区域在一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况,其表达式为[3]:

式中:Lc表示研究时段某一土地利用类型动态度指数,Ua和Ub分别表示研究初期和末期某类型土地的数量,T表示研究时段。当T设为年时,Lc值就是该研究区域某种土地利用类型的年变化率。

从表3中可以看出,17年间盘锦市草地的动态指数变化最大,动态度指数达-5.62%。草地、林地、未利用土地的动态度是以负数出现,这表明在1988-2005年间它们的面积总量是递减的;同时耕地、城镇居民工矿用地、水域动态度以正值出现,表明它们的面积总量呈递增趋势。并且,草地递减的趋势较大,而耕地递增的趋势较大。林地、草地和湿地的急剧减少会直接导致生态系统调节气候、涵养水源、土壤保持及生物多样性保护等功能减弱,这就要求盘锦市政府各部门要在今后的工作中,在保护耕地的同时更应该重视草地、林地的保护,进而维持区域生态环境的稳定。

(2)土地利用程度变化模型。参照中科院刘纪元等的土地利用的综合分析方法[4],将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡态分为4级(表4),并赋予分级指数,从而求出土地利用程度的综合指数。

注:本表引自刘纪元等[4]。

土地利用综合指数的大小可以反映土地利用总体程度的高低,其表达式为:

式中:D表示土地利用程度综合指数;Ai表示第i级土地利用程度分级指数;CCi表示第i级土地利用面积;H J表示土地利用评价区域内土地总面积;n为土地利用程度分级数。由公式可知,土地利用综合量化指标体系是一个100-400之间连续变化的指标,综合指标大小反映了土地利用程度的高低。

经计算,盘锦市1988和2005年的土地利用程度综合指数分别是245.51和292.79,高于全国平均水平的231.92,表明土地的总体利用水平较高。该区域在以后的开发利用中,应充分合理的利用现有资源,保护好耕地,维护好生态环境,有计划的进行城市开发。

3 研究区土地利用/土地覆被变化的驱动力分析

土地利用变化受到自然因素和人类因素的双重作用,且在短期内人文因素是土地利用变化的主导因素。而耕地是盘锦市土地利用变化的核心类型,与耕地有关的土地利用变化面积也比较大,也是分析土地利用变化驱动力的突破口。因此,本文在分析盘锦市土地利用变化的人文驱动力时,侧重对耕地变化驱动力的分析。

3.1 经济发展的动态因素

经济发展是盘锦市土地利用/土地覆被变化的主要因素。随着油田的开发建设,盘锦市经济高速发展,1991-2005年国民生产总值由63.9亿元增长到441.32亿元,平均年增长率为14.8%;全社会固定资产投资额由30.84亿元增长到201.21亿元,平均年增长率为14.3%;城市化(非农业人口/总人口)水平由45.78%增长到61.8%。由于经济的开发(农业综合开发和油气综合开发),土地利用类型会发生相应的转化,而在转化的过程中也会对生态平衡产生一定的影响。如随着经济的发展,城市迅速扩张,侵占城市周围大面积的良田,尤其是耕地;在油田的开发过程中需要修路建井,由于数量巨大,由此引起的土地利用变化同样是不容忽视的,而且这些活动过程中所产生的废弃物又必然会对土地性质产生重要影响;湿地是多种动物的栖息地,在维持生物多样性方面具有重要作用[5],由于经济的开发使大面积的湿地开垦为农田,近海滩涂(湿地的一种)脱离海水的直接影响,野生动物栖息地受到破坏,许多物种濒临灭绝。

3.2 人口因素

在众多人类活动中,人口作为影响土地利用变化的主要因素是不容忽视的。人口的增长必然导致居住用地的扩大和土地利用系统输出产品需求量的增加,造成过多的毁林开荒、乱占耕地以及破坏植被,以及生态环境恶化等问题的出现,并引起土地覆被格局发生变化,加重了人口、资源和环境的矛盾。盘锦市1991年总人口为106.6万人,而到2005年总人口增加为125.9万人,增长了24.9%。迅速增加的人口必然会增加对城市建设用地的需求,促使城市周边地区的土地转变为城市建设用地。人口的迅速增加必然会增大对粮食的需求,盘锦市主要是靠将林地、草地、未利用土地等转变为耕地来实现的。随着盘锦市人口的增长,供人类生活、生存所需要的耕地资源数量在不断发生变化,土地利用结构与生态环境质量也在发生着相应的变化。

3.3 政策影响因素

通过对盘锦市土地利用结构的变化分析发现,国家宏观政策对盘锦市土地利用变化及土地资源的可持续利用产生重大影响。耕地总量动态平衡政策的制定对盘锦市土地利用结构的影响较大。盘锦市近20年来发展以石油、化工为重点产业的工业格局,提高工业经济总量和规模效应。随着盘锦市工业经济的快速发展以及非农业人口的不断增长,城市规模迅速扩张,非农用地在不断增加,促进了城市周边的土地尤其是耕地向城乡工矿居住用地的转化。而“耕地总量动态平衡”政策出台以来,盘锦市积极响应国家的政策,不仅较好地实现了“耕地占补平衡”目标,而且还使耕地面积有所增加。但要清楚地看到,盘锦市耕地面积的增加,主要是以林地、草地和湿地的减少为代价,这将对其原有生态环境及土地资源的可持续利用产生一定的影响。因此,如何制定和执行有关土地利用政策,协调盘锦市经济发展与土地资源利用的关系,实现经济社会可持续发展将是今后的重要研究课题。

4 结论

4.1 研究区在1988-2005年间,土地利用/土地覆被发生了很大的变化,11年间共增加了耕地7.21万hm 2,草地减少了0.9万hm 2,占1988年草地总面积的95.7%。同时,林地也在减少,后备资源数量也越来越少。

4.2 1988-2005年间城市迅速扩张,有0.6万hm2的耕地转变为城乡工矿居住用地;17年间耕地面积虽然有所增加,但这主要是以林地、草地和湿地的减少为代价,对当地生态环境和可持续发展造成潜在威胁。

4.3 从1988-2005年盘锦市草地和林地的动态指数变化最大,动态度指数分别达到-5.62%和-5.42%;盘锦市土地利用程度较高,土地利用程度综合指数由1988年的245.51提高到2005年的292.79,高于全国平均水平的231.92。

4.4 研究区内土地利用/土地覆被变化的驱动力主要是经济发展、人口增长和政府政策等。

参考文献

[1]Sara Brogaard, Zhao Xueyong. Rural reforms and changes in land management and attitudes a case study from InnerMongolia[J].China Ambio, 2002, 31(3): 212-218.

[2]Lam bin E F. Modeling and monitoring land-cover change processes in tropical regions[J].Progress in Physical Geography, 1997,21(3):375-393.

[3]赵永华,何兴元,胡远满,等.岷江上游土地利用覆被变化及其驱动力,应用生态学报,2006,17(5):862-866.

[4]刘纪元.中国资源环境遥感宏观调控动态研究[M].北京.中国科学技术出版社,1996.

[5]王秋兵.中国湿地资源可持续开发利用问题的探讨[A].沈阳农业大学土地与环境学院.中国农业资源与环境持续发展的探讨——庆贺唐耀先教授八十华诞纪念论文集[C].辽宁科学技术出版社,1998.50-57.

土地利用覆被变化 第6篇

面源污染也称非点源污染, 是指溶解和固体的污染物从非特定地点, 在降水或融雪的冲刷作用下, 通过径流过程而汇入受纳水体并引起有机污染、水体富营养化等其它形式的污染[1]。农业非点源污染主要在农业生产活动中, 氮素和磷素等营养物、农药以及其它有机或无机污染物, 通过农田地表径流和农田渗漏形成地表和地下水环境污染[2]。据研究报道, 我国的大多数水体污染都是由于氮磷负荷过大引起的[3,4,5]。

2 土地利用覆被变化与面源污染的关系

土地利用作为人类利用土地各种活动的综合反映, 是影响土壤肥力变化最普遍、最直接、最深刻的因素[6]。LUCC对营养元素输移影响的最主要途径是非点源污染[7]。从流域尺度研究氮、磷随地表径流的流失是目前国内外研究的热点[8]。大量研究表明, 在农业高度集约、氮磷肥大量施用的农业集流区, 农田土壤中氮磷的流失是造成地表水体富营养化的决定性因素。另外, 不适当的土地利用方式导致土壤侵蚀和过量的氮磷随地表径流流失, 形成大面积非点源污染[9]。

3 耕作方式对土壤中氮磷流失量的影响

轮作、间作等对土壤的高强度利用, 对土壤养分变化有显著影响。轮作方式使土壤N和有机质消耗增加, 轮作提高了土壤氮、磷养分有效性及其活化率[10]。土地翻耕会明显增加径流中氮、磷流失量。氮、磷的流失以泥沙结合态为主, 因此, 进行保土耕作如布设水平条田、免耕种植可有效减少泥沙的流失, 从而减少氮、磷的流失。即使不考虑土地利用差异, 耕作方式对氮、磷流失也有明显的影响。另外, 梯田和鱼鳞坑造林等水土保持措施的应用也明显的减少了土壤的侵蚀[11]。但另一方面, 耕作也导致了土壤质量的明显下降[12], 裸地开荒容易造成土壤的流失, 使土壤中的氮、磷随土壤流失进入水体, 而有一定的植被覆盖的氮、磷流失量和泥沙量较低。

4 不同覆被下土壤中养分特征

植被覆盖可以明显减少径流量和泥沙量, 从而有效地控制农田氮磷污染物的流失[13]。蔡崇法[14]在对紫色土研究时就指出养分流失有随植被覆盖度增加而减少的趋势。

4.1 有机质

土壤有机质是土壤的重要组成部分, 是土壤肥力高低的重要指标之一, 直接影响土壤的耐肥性、保墒性、缓冲性、耕性、通气状况和土壤温度等[15]。通过对不同覆被下土壤有机质的研究, 发现不同覆被对土壤有机质和活性有机质各组分的影响差异显著, 这些差别主要是由于凋落物的数量、质量以及各种管理措施不同所致[16]。随着弃耕地的恢复, 土壤有机质有明显增加的趋势[17]。Celik研究了地中海高原土地利用类型变化对土壤性质的影响, 结果表明牧场转化为耕地后土壤有机质含量降为原来的49%, 各种土地利用类型下土壤有机质在各层之间差异不明显, 林地和牧地间土壤有机质差异不明显[18]。

4.2 PH

土壤酸碱性的形成决定于盐基淋溶和盐基积累过程的相对强度, 受母质、生物气候及农业措施等条件的制约, 是土壤肥力的重要影响因子之一[16]。土壤p H较低时土壤养分含量较高, 反之则较低。袁菊等通过对贵州喀斯特生态脆弱区土壤的调查研究, 结果表明, 土地利用方式对土壤的理化性质影响最大, 自然植被下的土壤理化性状较好, 养分含量较高, 而经开垦耕作后, 土壤理化性质变化较大, PH值升高, 土壤易于流失[19]。

4.3 氮、磷、钾

N、P、K是植物生长所需的养分, 也是在面源污染中产生的污染物。土壤全磷主要受成土母质、土壤质地等的影响, 施肥虽然也有一定的影响, 但相对较小。与全磷相比, 土壤速效磷含量受人为耕作、施肥等措施的影响更为显著[20]。不同农业利用方式泥沙N, P富集的差异, 实际上也是因为表层土壤结构, 地表植被覆盖状况等不同而导致的。在不同土地利用方式下, 土壤磷素的差异幅度较小。

Sanchez[21]、Lumbanraja[22]和Saikh[23]等人在国外不同地区的研究表明, 不同植被类型及管理措施对土壤侵蚀程度不同, 土壤全氮、速效磷、全磷都有不同程度的下降。黄土高原沟壑区淳化县境内泥河沟的流域内磷素含量不高, 尤其是氮素缺乏, 相对钾素含量比较丰富。随开垦年限的增加, 土壤有机质、氮含量显著减少[24]。说明土地管理方式的改变导致养分的分布差异, 对于土壤的改良效果存在明显差别[25]。国内一些学者的研究发现, 群落的凋落物的增加, 可以有效减少径流、有机质, 全氮流失量, 使得表层的养分含量增高, 特别全氮尤为明显[26,27,28,29]。

5 土壤中氮磷等向径流中的迁移、转化

5.1 沟渠中氮、磷的来源及存在形态

沟渠是农田非点源污染物迁移的通道, 污染物的来源及成分受约于养分的存在形态, 氮在沟渠中主要以有机氮、氨态氮 (NH4+-N) 和硝态氮 (NO3--N) 的形式存在。沟渠中氮的存在主要有3个方面:不同物理化学状态下氨态氮的转化和平衡;土壤中氨态氮的挥发、淋溶和反硝化作用;有机态氮的矿化、硝化, 无机氮的生物固定、硝化和氨化作用等。总氮 (TN) 的吸附性差、具有易溶性, 使得通过渗滤或者优先流失的数量占输出负荷达79%。在沟渠中, 大约44%左右的总氮 (TN) 以溶解性有机氮存在, 大约15%的总氮 (TN) 以颗粒态存在。在地表径流中, 磷主要以吸附态和溶解态存在, 农田流失的磷主要是颗粒态。在降雨过程中, 颗粒态磷随沟渠流量的增加而增加。

5.2 沟渠中氮、磷的迁移转化形式

沟渠水体中N、P污染物通过水-土-微生物-水生生物中的迁移转化、吸附、截留、微生物代谢和植物吸收浓度不断降低, 从而达到减小水体N、P污染负荷。土壤渗漏是硝态氮向沟渠快速迁移的重要途径。沟渠中磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成。Reddy研究人工湿地时发现, 湿地中70%~87%的磷可能通过沉淀或吸附反应而截留。在磷的迁移中, 水力作用是磷素迁移的主要动力, 磷主要以溶解态迁移或者磷随泥土颗粒向水体迁移, 其中颗粒态磷可以被水运输到较远的地方。

5.3 数学模型的应用

沟渠模型属于污染物迁移转化模型的一部分, 主要研究沟渠中农田氮、磷污染物的迁移和转化, 并对其进行定性、定量描述, 分析氮、磷污染物的主要来源和迁移特性, 预计氮、磷污染物的迁移和转化通量及其对受纳水体 (河流、湖泊) 的影响, 并估计不同的土地管理技术、措施和土地利用变化对沟渠产生污染负荷, 进而估算流域水质的污染负荷和对环境影响, 为流域规划和管理提供科学决策[30]。国外很多学者都在土壤养分的释放和传输方面建立了相关模型。Bruce等人[31]提出的土壤养分传输模型和Frere等人[32]提出的ACTMO及CREAMS模型的改进型[33], Haith[34]在Ahuja[35]之后提出CNS模型, 直到Rony Wallach[36]等人建立了较为完善的养分传输扩散模型。国内一些学者[37,38,39]通过试验, 也建立了相应的模型, 这些模型均能很好地反映土壤养分水蚀流失, 但它们大多为经验模型, 对未能全面考虑到影响养分流失的外界因子, 因此在实际运用时受到了一定的限制。

6 结论

1) 在土壤发生侵蚀时, 径流与泥沙带走了土壤中的养分。土壤养分的流失不仅与地形条件、土壤性质及降雨因素有关, 也与土地利用方式密切有关。

2) 增加地面覆盖防止水土流失进而对养分产生保蓄作用。在开荒过程中, 由于破坏原有的植被覆盖, 降低了地表覆盖率。减少土壤侵蚀和保蓄土壤养分, 改善植被是根本措施。