農牧交錯區用地格局變化分析

摘要：以吉林西部為例，基于遙感與GIS技術，應用轉移矩陣分析用地數量格局變化，應用景觀指數分析用地空間格局變化。結果表明，2000-2007年吉林西部耕地面積增加，林、草地面積減少，用地格局單一化發展；濕地退化，水域萎縮，水資源減少加劇了鹽堿化發展；鹽堿地數量得到控制，鹽堿化程度加重，治理難度增大。結合統計數據分析，吉林西部用地格局變化受自然因素的脅迫，人為因素的干擾加速了生態環境惡化，調整土地利用結構、因地制宜配置土地資源是改善區域生態環境的惟一途徑。

關鍵詞：農牧交錯區；用地格局；轉移矩陣；景觀指數；遙感與GIS；吉林西部

中圖分類號：F301.24 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）12-2763-04

Analysis on Land Use Pattern Changes in Agro-Pastoral Ecotone

ZANG Li-juan1，WANG Feng-yan1，REN Jian-chao2

（1.College of Geoexploration Science and Technology，Jilin University，Changchun 130026，China；

2.Jilin Province Department of Land and Resources，Changchun 130026，China）

Abstract： Based on the RS and GIS technologies， the quantity pattern changes and spatial pattern changes of land use in western Jilin were analyzed using transfer matrix and landscape indexs respectively. The results showed that from 2000 to 2007， the agricultural land in western Jilin increased， while the forest and grass land decreased， the land use pattern showed a single development. The wetland degenerating， lake waters atrophying， and water resource decreasing aggravated the salinization development. Although the quantity of saline-alkali soil was controlled， the degree of salinization became serious， thus the improving was difficult. The changes of land use in western Jilin province were stressed by natural factors and the disturbances of human factors made a quick environmental degeneration. So the adjustment of land use structure and being adapt to land resources was the only way to improve the regional entironment.

Key words： agro-pastoral ecotone； land use pattern； transfer matrix； landscape indexs； RS and GIS； Western Jilin province

農牧交錯區屬于典型生態脆弱區，處在森林-草原-荒漠的“生態應力帶”上，植被起源、土壤組成具有過渡性，內部結構不穩定；降水少，變化大，風多且大，外部環境脆弱；人類不合理的土地利用成為生態環境惡化的導火索[1-3]。吉林西部是農牧交錯區，生態環境惡化，土地鹽堿化、沙化、土壤退化嚴重，生產力低下，威脅著區域可持續發展。《全國土地利用總體規劃綱要（2006-2020年）》明確指出：土地生態保護和建設要取得積極成效，退耕還林還草成果得到進一步鞏固，土地荒漠化和“三化”草地治理取得明顯進展[4]。面對新一輪土地利用規劃，吉林西部是土地利用調整的重點區域，迫切需要開展全面系統的土地利用研究，為區域生態恢復與重建提供依據。

1 研究區概況

吉林西部處于松嫩平原西部，科爾沁草原東部，地理范圍為東經121°38′-126°11′、北緯43°59′-46°18′，是典型農牧交錯區東北樣區東部邊緣。區域內大部分為平原，地表坡度小于10°，少部分為丘陵、低山丘陵，海拔最高為480 m。水系主要為松花江水系，嫩江和西流松花江下游有大面積濕地和眾多湖泊，分布在低平原，形成閉流區。土壤類型從東到西呈地帶性分布著黑土、黑鈣土、暗栗鈣土，非地帶性分布著草甸土、沼澤土、草甸鹽土、草原風沙土、暗棕壤等。年降水量400～550 mm，降水變率25%～50%，7～8級大風日數30～80 d，生態環境表現明顯脆弱性。20世紀30年代移民進入，在土地利用方式上更是過度墾殖、超載放牧、亂砍濫伐，20世紀中葉土地出現鹽堿化、沙化和草原退化，以次生鹽堿化最為嚴重，由于三北防護林作用，部分“三化”土地有所控制，但還是處于不穩定狀態[5，6]。吉林省政府在《吉林省土地利用總體規劃（2006-2020年）》中明確提出因地制宜構建環境友好型土地利用模式，并對吉林西部進行部署，因此研究吉林西部土地利用格局變化具有重要意義。

2 研究方法

2.1 數據及其處理

研究數據以吉林西部2000年（TM）和2007年（中巴）遙感數據為主，輔以現有的土地利用圖及1∶100 000地形圖。遙感數據應用ERDAS軟件進行彩色合成、幾何校正、投影變換等預處理，保證二期數據在空間位置上的精確匹配。基于土地利用分類（表1），參照土地利用圖建立解譯標志，利用MAPGIS軟件人工解譯，得到吉林西部2000年和2007年土地利用圖（圖1a、圖1b），土地利用圖采用蘭伯特等角圓錐投影，投影參數N43°、N47°、E123°。

2.2 用地格局變化分析方法

土地利用轉移矩陣能夠具體反映兩期土地利用數量格局及變化，被廣泛用于土地利用數量格局研究之中[7，8]。應用GIS空間分析技術，兩期土地利用底圖疊加分析，提取土地利用類型數量變化信息，建立吉林西部2000-2007年土地利用轉移矩陣，通過土地利用類型面積變化分析土地利用變化宏觀趨勢，通過土地利用類型之間轉換關系，進一步探討土地利用變化機制。

景觀生態學為土地利用空間格局研究注入了活力，基于格局變化的空間過程建立的景觀參數指標，成為分析土地利用空間格局的有效方法[9，10]。選擇景觀指數有景觀斑塊數NP、平均斑塊面積AREA、最大斑塊指數LPI、景觀形狀指數LSI、擴散與毗鄰指數IJI，分別從景觀水平和景觀類型水平兩個層面定量分析土地利用空間格局及變化。景觀指數是在ARCGIS環境下，應用Fragstats軟件計算得到。

結合社會經濟統計數據分析土地利用格局變化驅動因素。

3 吉林西部用地格局變化分析結果

3.1 數量格局變化分析結果

表2為吉林西部2000-2007年土地利用轉移矩陣，2000年耕地、林地、草地、建設用地、水域、濕地、鹽堿地的利用比例約為60.4∶1.9∶6.0∶3.2∶3.2∶6.2∶19.0，2007年上述各地類的利用比例約為64.5∶1.2∶6.2∶3.2∶2.2∶4.3∶18.3，可見，耕地增加、林地減少、濕地退化、水域縮小，草地、建設用地與鹽堿地總面積變化不大。

具體變化特點：①耕地面積增加1 939 km2，與其余用地類型的轉換都表現為轉入大于轉出，來源于各類用地的比例為林地18%、草地20%、濕地31%、鹽堿地25%、水域5%，耕地增加主要源于退化濕地開發、鹽堿地治理及林草用地墾殖。②林地面積減少357 km2，主要轉化為耕地，約95%。草地總面積增加80 km2，草地與耕地之間轉換，使草地減少391 km2，但是草地總面積有所增加，主要是濕地退化、鹽堿地治理的結果，濕地退化使草地增加288 km2，鹽堿地治理使草地增加159 km2。林、草地與耕地之間頻繁轉換，體現農牧交錯區土地利用特點。③水域面積減少457 km2，約40%轉為濕地，約36%轉化鹽堿地。濕地面積減少887 km2，轉化為耕地約68%，草地約32%，鹽堿地約19%。水域與濕地的變化，反映出水資源減少促進了土地鹽堿化發展，有植被水域轉化為濕地，無植被水域轉化為鹽堿地，退化的濕地大部分被開發為耕地，未被開發的荒草地發生鹽堿化。④鹽堿地面積減少312 km2，鹽堿化發展勢頭得到控制，但是其與其他類型用地轉換頻繁發生，說明鹽堿地不穩定，原有鹽堿地得到治理的同時，也有其他土地發生鹽堿化，鹽堿化的潛在威脅普遍存在，各類用地都有鹽堿化趨勢。鹽堿地轉化為耕地、草地比例大，說明鹽堿地治理重視耕地和草地，經濟效益是土地利用變化的驅動力。⑤鄉鎮用地面積穩定，鄉鎮用地變化表現出與耕地之間轉換，30%左右鄉鎮用地位置有所變化。

3.2 空間格局變化分析結果

表3為吉林西部景觀水平指數。從表3可以看出，景觀斑塊數（NP）減少，平均斑塊面積（AREA）增大，最大斑塊指數（LPI）增大，景觀優勢度增大；景觀形狀指數（LSI）減小，斑塊形狀規則化；擴散與毗鄰指數（IJI）減小，景觀混雜程度降低。綜合說明景觀聚集程度增大，景觀異質性降低，土地利用系統向簡單的人工生態系統發展。

表4為吉林西部景觀類型水平指數。從表4可以看出，2007年與2000年相比，①耕地斑塊數從1 069個快速減少到579個，平均斑塊面積AREA從2 642 hm2快速增加到5 212 hm2，最大斑塊指數由19.00%增加到49.34%，擴散與毗鄰指數從75.33%減小到72.77%，說明耕地利用越來越集中，隨著林地、草地與濕地等嵌塊體消失，耕地混雜程度減小，格局單一，抗干擾能力差。②林地斑塊數略有增加，但平均斑塊面積從1 019 hm2快速減小到579 hm2，最大斑塊指數由0.53%減小到0.38%，說明大斑塊減小，小斑塊消失，優勢度降低。草地斑塊數NP略有增加，最大斑塊指數略有增大，說明草地不再破碎化，得到一定程度保護。③濕地斑塊數從681個快速增加到1 069個，平均斑塊面積從426 hm2快速減小到188 hm2，最大斑塊指數由1.58%減小到0.98%。說明濕地景觀破碎化，受干擾加強，優勢度減小。水域斑塊數從931個快速減少到360個，平均斑塊面積從162 hm2增加到292 hm2，結合水域總面積減小，可以說明大斑塊萎縮，小斑塊消失，優勢度增大。④鹽堿地斑塊數從1061個快速減少到912，平均斑塊面積從838 hm2快速增大到940 hm2，最大斑塊指數由6.84%減小到6.12%。說明大斑塊面積不再擴展，小斑塊消失。擴散與毗鄰指數由55.96%減小到50.26%，說明斑塊聚集程度增大，混雜程度降低，大斑塊外部邊緣得到治理，向內部擴展，鹽堿化程度加重。⑤鄉鎮用地斑塊數增加，形狀指數減小，擴散與毗鄰指數減小。鄉鎮用地為分散用地，形狀不規則，混雜程度低，景觀面積相對穩定。

3.3 用地格局變化驅動因素分析

土地利用變化是自然因素與人文因素共同作用的結果。區域的地質構造、地貌形態、水系結構、氣候條件、資源稟賦等自然因素對土地利用變化的影響體現在長時間尺度上，也是人類無法主宰的；區域的人口、土地利用方式、土地利用水平、土地利用結構等人文因素是短時段因子，不僅直接改變土地利用狀態，而且會促進土地利用自然因素的變化。

吉林西部干旱半干旱季風氣候加快濕地退化、水域萎縮，水資源減少，促進鹽堿化發展。土壤里含有大量的鉀和鈉等易溶性碳酸鹽類，被水浸成堿泡與暗堿，在干旱半干旱季風氣候條件下，降雨集中，干旱期長，積鹽過程大于淋鹽過程，促使鹽堿化發展。地表湖泊、坑塘都是閉流水域，蒸發作用使鹽分濃度增高，水位降低后堿泡周圍呈現鹽堿化[11]。2007年與2000年相比，吉林西部降水量從583.1 mm減少到292.4 mm，最高溫度升高，雖然最大風速有所減小，但是降水量減少，溫度升高，氣候因素干擾壞境變化。吉林西部總人口從2000年的472.71萬人增加到2007年的484.24萬人，糧食總產量從2000年的398.7萬t增加到2007年的613.3萬t，人口增長給土地利用帶來壓力，“重農業輕牧業”思想導致耕地用地格局單一化發展，景觀異質性降低，抗干擾能力差。耕地無論從數量上、空間上都是優勢用地，2000-2007年間，耕地增加1 939 km2，林地、草地、濕地等被開墾為耕地，破壞植被與土壤結構，潛水埋深變淺，使地下水中的水溶性鹽上升，暗堿變成明堿，加速鹽堿化（表5）。

4 結論與討論

2000-2007年，吉林西部土地利用特點：①耕地、林地、草地相互轉化不斷發生，具有典型農牧交錯區的特點，總體上，耕地面積增大，林草面積減少，耕地用地格局單一化發展。②水域萎縮，濕地退化，水資源減少促進了土地鹽堿化發展。③鹽堿化潛在威脅普遍存在，隨著土地利用方式改變，局部鹽堿化土地有所改善，同時其他土地發生鹽堿化，總體上鹽堿化土地面積得到控制，但鹽堿化程度加重，治理的難度增大。④建設用地總面積變化不明顯，比較穩定。

吉林西部生態環境脆弱性來自兩個方面：特殊地質地貌環境及干旱半干旱氣候構成區域生態環境內部結構的脆弱性；經濟落后、不合理的土地利用方式及管理不善等潛在人為因素，直接促進自然因素演化，加速土地生態環境惡化。調整土地利用結構、因地制宜配置土地資源是改善區域生態環境的惟一途徑。

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