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基于地形梯度的淇河流域土地利用格局演变分析

冯小燕  
【摘要】:土地是人类赖以生存和发展的基础,随着社会经济的快速发展,人口数量不断上升,人类对于土地的需求加大,从而对土地进行更深入地开发和利用。土地利用景观格局的演变进一步反映了人类改变土地利用的方式。本文以太行山淇河流域为例,以淇河流域1990年、2000年、2010年和2015年土地利用现状矢量数据、DEM数据及地形起伏度数据为研究基础,借助ArcGIS10.2、Fragstats4.2、ENVI5.1、Excel2010等软件。运用土地利用转移矩阵、土地利用动态度模型、土地利用信息图谱、数字高程模型、数字坡度模型、地形分布指数、地形位指数和景观指数等对淇河流域土地利用变化以及空间分异特征进行了分析;对1990-2015年淇河流域土地利用景观格局变化的特征进行了定量描述;分析了1990-2015年淇河流域土地格局梯度变化特征;并依据淇河流域景观格局的演变特征,进一步提出对应的优化方案。本文主要研究结论如下:(1)1990-2015年间淇河流域土地利用类型以耕地、草地、林地为主,三种地类面积之和占研究区总面积的90%以上,四个时期三种地类面积之和占淇河流域总面积的95.16%、94.83%、93.23%和92.01%,淇河流域的基质景观由耕地、林地和草地这三种景观类型组成。建设用地和水域这两种受人为干扰影响较大的地类在四个时期两中地类面积占研究区总面积的4.84%、5.16%、6.73%、7.95%,近年来呈现出不断增长趋势,未利用地面积占研究区面积极少,不足1%,综合来看,淇河流域以农林结构为主的。1990-2015年耕地和林地的变化趋势一致,呈现出不断减少的状态,尤其是在2000-2015年,耕地和林地减少得最多,减少了129.70 km~2和21.07 km~2。草地、建设用地和水域在25年来保持持续增长态势,草地面积增加最多,2000-2015年间增加了88.48 km~2,建设用地增加次之,2000-2015年间增加了42.31 km~2,水域面积在1990-2000年仅增加了0.02%,到2015年水域面积增加了19.89 km~2,增长了0.89%,未利用地在研究区面积占比极少,在1990-2015年间呈现出不断增长趋势。(2)1990-2015年耕地变化面积最大,25年来减少137.19 km~2,主要转化为草地、林地和建设用地;草地增加幅度较大,25年来增加88.39 km~2;林地呈减少趋势,共减少了21.54 km~2;水域呈增加趋势,25年间增加了20.16 km~2;建设用地主要来源是耕地,其次为草地,共增加了49.21 km~2。1990-2015年这25年间,未利用地和建设用地增长最快,土地利用动态度为25.04%和2.73%;耕地和林地下降最快,土地利用动态度分别为-0.74%和-0.13%。从1990-2015年,总体上淇河流域土地利用程度综合指数随时间呈现下降趋势,土地利用综合指数100-200在研究区占比最大,其次为200-300,土地利用综合指数300-400占比最少,整体来看,淇河流域土地利用水平处于中等水平。1990-2015年稳定型图谱面积最多,分布最广,面积占研究区总面积的75.06%,紧接着是后期变化型图谱,中间过渡型图谱和反复变化型图谱紧次之,持续变化型图谱和前期变化型占比最少。(3)未来近10年淇河流域流域的LUCC情况可能表现为:耕地和林地面积持续减少,草地、水域、建设用地和未利用地面积不断增加。未来近十年,淇流域的社会经济仍然处于稳定发展阶段,城市化进程的快速发展导致建设用地不断侵占其他土地利用类型,导致大量的耕地和林地景观减少。(4)就土地利用结构的地形梯度分布而言,耕地、建设用地、草地、水域多位于低海拔、小坡度和低地形起伏区,林地处于高海拔、大坡度和高起伏地区。土地利用变化在高程梯度上的分布:在低海拔区域,耕地面积减少,草地、水域和建设用地面积增加。在中海拔区域,草地和林地面积减少。林地面积增加主要在高海拔区域;耕地、草地和建设用地的优势分布区间没有变化,林地的空间分布格局发生了显著变化,优势分布范围逐渐向高地形梯度缩小。土地利用变化在坡度梯度上的分布:在低坡度区域,耕地面积减少,建设用地和林地面积增加;草地和水域始终处于增加状态;耕地、林地、草地、水域和建设用地的分布指数基本保持稳定,优势分布区间没有变化。土地利用变化在起伏梯度上的分布:在低地形起伏区域,耕地面积不断减少、建设用地面积不断增加;在中高地形位区域,耕地面积仍在减少,林地面积小幅度减少,水域、草地和建设用地面积持续增加;耕地、水域和建设用地的优势位分布于0-30m和30-70m地形起伏级别上,草地优势位集中分布于70-200m地形起伏区间,林地在70-200m和200m以上地形起伏范围为优势地类。(5)在景观破碎化程度上,1990-2010年研究区景观破碎化程度加剧,2010-2015年在缓和降低。在聚集度方面,25年“分散-聚集”状态,1990-2010年分散,凝聚程度降低,内部连通程度降低,2010-2015年分散程度降低,连通程度加大,更加聚集,但是25年来,景观蔓延度指数不断降低,研究区内的优势景观的连接性降低。从形状变化方面来看,1990-2000趋向不规则复杂,2000-2015趋向简单规则。从景观多样性程度来说,1990-2015年香浓多样性指数和香浓均匀度指数持续上升,表明研究区景观多样性增加,明显的优势类型和斑块类型均匀分布在景观中。


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