渭北旱塬小流域土地利用空間分布與地形因子的關系
——以陜西省淳化縣秦莊溝流域為例

陳見影，孫 虎，常占懷

（1.陜西師范大學 旅游與環境學院，陜西 西安710062；2.陜西省水土保持勘測規劃研究所，陜西 西安710199）

作為人類賴以生存和社會發展的物質基礎，隨著土地、糧食安全和人口的問題日益突出，優化土地利用結構、合理布局、提高土地利用效率已經成為區域經濟可持續發展研究的重大戰略問題。土地利用現狀是從實際出發反映土地資源的社會經濟屬性和自然屬性［1－4］。地形因子是決定區域土地利用類別空間分布的關鍵因素之一［1］，對土地利用類別隨地形的分布格局研究，將有助于區域土地合理利用和農業結構調整。近幾年，有不少學者［1－2，5］基于 GIS技術對地形因子多從海拔、坡度和坡向與土地利用關系方面進行探討和分析。由于渭北旱塬黃土高原溝壑區小流域地形條件復雜，坡度、高程、溝壑密度等地形因子與土地利用空間分布有著密切的關系。但目前關于小流域土地利用空間分布與地形因子溝壑密度關系的研究很少。

本研究選擇渭北旱塬陜西省淳化縣秦莊溝小流域，結合ArcGIS技術，在DEM的基礎上提取地形因子坡度、高程和溝壑密度數據并進行分級［5－7］，在分析不同地類與地形因子關系的基礎上，構建可比性和科學性更強的土地利用類別在不同等級地形因子分布指數（land distribution index，LDI）模型，進行小流域土地利用空間分布與地形因子關系規律性實證研究，以期為渭北旱塬小流域土地利用在不同等級地形上合理布局提供科學依據。

1 研究區概況

陜西省淳化縣秦莊溝流域位于淳化縣縣城東南15km 處，地理位置界于北緯34°47′30″—34°52′0″，東經108°39′0″—108°43′30″之間，總面積31.28km2。年平均氣溫為10.4℃，屬暖溫帶半干旱氣候，降水量較少。年平均降水量為588.4mm，降水年內分配不均，雨量集中在6—9月。土壤具有明顯的由褐土帶向黑土帶過度性質，水土流失較嚴重，侵蝕模數達3 000～6 000t／km2。研究區地處渭北旱塬黃土高原溝壑區，地勢自北向南降低，溝壑縱橫。

秦莊溝流域涉及方里、秦莊兩個鄉鎮，共有11個行政村22個自然村，總人口7 482人。土地利用形式主要有耕地、林地、園地、草地。研究區內的秦莊水庫是一座以農田灌溉為主，兼有防洪養殖的小（一）型水庫。2011年各業總產值為3 105.25萬元，其中農業產值962.63萬元，林業產值1 335.26萬元，牧業341.58萬元，副業產值62.1萬元，其它403.68萬元，糧食總產量2 605.38t，流域內的經濟主要以種植業和林業也為主，經濟發展緩慢，仍然屬于貧困區。

2 研究方法

2.1 數據處理

本文數據資料主要來源于2005年編制比例尺1∶5萬的秦莊溝流域土地利用現狀圖（由陜西省淳化縣國土局提供）和1∶5萬的秦莊溝地形圖。首先運用ArcGIS軟件對土地利用現狀圖和秦莊溝地形圖進行配準及矢量化處理，得到研究區土地利用現狀和地形數據（表1）。然后進行矢柵轉換。利用ArcGIS軟件的分析功能在地形圖上生成生成GRID格式的DEM數據，最后利用GIS軟件從DEM中提取坡度、高程、溝壑長度和面積信息，計算溝壑密度［7－10］。在土地利用現狀的基礎上，以既能體現秦莊溝流域的地形特征，又能符合其經濟規律和自然規律為依據，將地形因子高程、坡度及溝壑密度數據按照一定的分級標準進行分級。

表1 研究區土地利用現狀

2.2 研究指標

主要采用土地利用分布指數（LDI）作為衡量指標，來對小流域不同地形因子在某一等級上土地利用類型空間分布特征變化狀況進行分析。本研究的土地利用分布指數是指某一級地類面積占該級土地利用面積比重相對于該地類總面積占總土地利用面積比重的大小，用公式表示為：

公式：LDIij——某一等級下i地類在j地形因子的分布指數；Xij——i地類在j地形因子的面積；i——不同地類，i＝1，2，…，m；j——不同地形因子，j＝1，2，…，n；分子表示i地類在j地形因子面積所占比重，分母表示i地類面積所占總土地利用面積比重。

LDIij數值的理論范圍是［0，＋∞），一般而言，若LDIij＜1，則表明在某一等級下i地類在j地形因子處于劣勢，說明該等級地形不適宜該地類分布；若LDIij＞1，表示該地類在該等級地形上的分布屬于優勢分布。

利用GIS軟件，得到土地利用現狀、高程分級、坡度分級和溝壑密度分級的土地利用類型空間分布情況，對其統計匯總，進行地類分布優劣勢研究，以期找到秦莊溝流域土地利用類型在不同地形因子上的分布規律，優化土地利用結構，提高土地利用率。

3 土地利用數量結構分析

3.1 土地利用現狀分析

根據土地利用現狀分類的國家標準及當地土地利用特征，將研究區的土地利用類型分為8類，分別為耕地、園地、林地、草地、裸地、水域、居民點用地及其它用地（表1）。從表1可以看出，秦莊溝流域的土地利用現狀分布結構。耕地面積為960.92hm2，占秦莊溝流域總面積的30.72%，在土地利用方式中位居首位；園地面積為675.74hm2，其所占秦莊溝流域總面積比重位居第二，占21.60%；林地面積為620.75hm2，占秦莊溝流域總面積的19.84%，在土地利用方式中位居第三；草地面積為123.41hm2，僅占秦莊溝流域總面積的3.95%；裸地面積為441.68 hm2，占秦莊溝流域總面積的14.12%，在土地利用方式中位居第4；草地、居民點用地和其它類型用地之和為410.59hm2，占秦莊溝流域總面積的13.19%；土地利用類別面積之比：耕地：園地：林地：草地為20∶14∶13∶3。裸地面積大于草地、居民點用地和其它類型用地之和，說明秦莊溝流域裸地面積較大。秦莊溝流域還有18.36hm2的水域面積，占秦莊溝流域總面積的0.59%，這里指流域有小（一）型水庫，經實地調查水資源尚未開發利用。

3.2 地形因子與土地利用

3.2.1 坡度分級依據及土地利用現狀 坡度分級建立在坡度與土地利用關系的基礎上，根據秦莊溝流域的地形特征，以小流域經濟規律和自然規律為依據，將土地坡度劃分為4個等級：0°～5°，5°～15°，15°～25°，＞25°（表2）。從表2可以看出，各坡度等級的土地面積差異較大，在坡度小于5°的所有土地利用面積為955.47hm2，占土地利用總面積的30.15%。5°～15°的所有土地利用面積為771.23hm2，占土地利用總面積的24.11%。15°～25°的所有土地利用面積為902.28hm2，占土地利用總面積的27.99%。＞25°的所有土地利用面積為540.14hm2，占土地利用總面積的16.61%。可以看出秦莊溝流域的地形較為復雜，大多是傾斜黃土殘塬地帶。

表2 各土地利用類型在不同坡度等級的分布特征

坡度小于5°的耕地面積為195.65hm2，僅占耕地總面積的20.36%，在5°～25°之間，耕地面積為746.06hm2，占其總面積的77.63%。說明秦莊溝流域平坦的耕地面積很小，坡耕地面積很大。在坡度小于5°的園地占其總面積的69.8%。在15°～25°之間園地占其總面積的2.88%。隨著坡度的增加，林地、草地面積逐漸增加。

從分布指數可以看出，小于5°平坦黃土殘塬上，水域和居民點用地分布指數分別為3.27和3.09。因為水域多分布在平坦黃土殘塬上，受坡度的影響較小；居民點用地的分布指數隨著坡度的增加而減小，秦莊溝流域村民活動大都集中在相對較平坦黃土殘塬的地區。因此坡度相對較小的平坦黃土殘塬區域是水域和居民點用地的優勢分布區。園地在小于5°平坦黃土殘塬上的分布指數為2.28，因為蘋果種植是當地農民主要收入來源。耕地分布指數＞1主要位于坡度為5°～25°區域的坡耕地。由于坡耕地水土流失很嚴重，水土流失會造成土壤耕層被剝蝕減薄，同時也會帶走土壤中的營養元素使土壤肥力下降，從而降低耕地的生產能力，農作物產量低，收益少。在＞25°區域只有林地、草地、裸地和極少的耕地的分布，分布指數＞1只有林地和裸地。說明在坡度較大的低山丘陵適合開發林地，有利于保護坡度較陡地區的生態環境。

3.2.2 高程與土地利用現狀 秦莊溝流域海拔高度在801～1 250m之間，自北向南降低。將其劃分為5個等級高程帶：800～900m，900～1 000m，1 000～1 100m，1 100～1 200m，1 200～1 250m。從表3可以看出，在海拔800～900m的區域所有土地利用面積為876.12hm2，占秦莊溝流域土地利用總面積的28.04%。海拔在900～1 000m和1 000～1 100m的區域所有土地利用面積共計1 475.42hm2，占秦莊溝流域土地利用總面積的47.23%。在海拔小于1 100 m的區域耕地、園地、草地和居民點用地，占各自總面積的比重都很大，分別為81.32%，81.14%，73.87%和82.6%（表3）。從分布指數可以看出，耕地在900～1 000m，1 000～1 100m范圍內的分布指數＞1。園地在800～900m，900～1 000m，1 000～1 100m，1 100～1 200m范圍內的分布指數＞1或≈1。在1 200～1 250m范圍內的分布指數＞1的只有林地、草地和居民點用地。

隨著海拔的增高，草地和林地的分布比例變大。隨著海拔的升高，各種類型的土地面積逐漸減少。在海拔1 200～1 250m的區域除少量耕地、園地及居民點用地外，基本全為林地和草地，裸地為0，說明植被覆蓋率較高。

表3 各土地利用類型在不同高程的分布特征

3.2.3 溝壑密度與土地利用現狀 溝壑密度是指每平方公里內侵蝕溝的總長度，或稱切割裂度，是衡量地表破碎度的一個指標。根據秦莊溝流域的地形特征，將該區的溝壑密度劃分為4個等級：0～2km／km2，2～4km／km2，4～6km／km2，6～8km／km2。各土地利用類型在不同溝壑密度區的分布特征見表4。

在溝壑密度小于2km／km2的所有土地利用面積為902.88hm2，占土地利用總面積的28.86%。溝壑密度2～4km／km2的所有土地利用面積為1 241.84 hm2，占土地利用總面積的39.71%，其所占秦莊溝流域總面積比重位居第一。溝壑密度4～6km／km2的所有土地利用面積為883.81hm2，占土地利用總面積的28.25%。從分布指數可以看出，裸地面積隨著溝壑密度的增大而增加，在溝壑密度為6～8km／km2時，分布指數達到2.55。而居民點用地在溝壑密度為0～2km／km2時，分布指數最大，達到了2.26，但隨著溝壑密度的增大而居民點用地面積減少。在溝壑密度為2～4km／km2和4～6km／km2時，所有土地利用面積占土地利用總面積的67.96%，其中林地的分布指數均大于1。草地在溝壑密度為4～6km／km2和6～8km／km2時，分布指數均大于1。

秦莊溝流域土地利用主要位于溝間地和溝谷區域。裸地主要分布在黃土切溝、沖溝和河溝以及較大溝谷內的河漫灘。地形破碎、溝壑密度大。

3.3 土地利用特點

秦莊溝流域土地利用區域差異明顯。低山丘陵丘陵為水土保持林用地，一些溝頭部位由于人為改變地形打壩淤地，形成淤地壩或修筑梯田。傾斜黃土殘塬、平坦黃土殘塬為耕地和園地交錯區。居民點用地多位于平坦黃土殘塬。距離水庫較近的平坦黃土殘塬農用地尚未發展灌溉農業，水資源利用率低。秦莊溝流域地貌以傾斜黃土殘塬溝壑為主，所占面積較大，也是該區主要的農耕區域。坡耕地面積大，坡耕地共計765.27hm2，溝頭區的坡耕地超過400hm2，占整個流域坡耕地面積52%以上。由于溝壑密度大，地塊破碎，不利于農業生產的機械化、現代化和規模化經營。農村居民點用地分散，人均面積大。農村居民點用地273.46hm2，人均用地365.49m2，超過了國家村鎮規劃的150m2用地標準。農村居民點用地零散、集約利用程度較低。秦莊溝流域裸地面積大，在各土地利用方式中位居第4，水土流失嚴重，致使抵御自然災害能力差，經常發生崩塌、滑坡等地質災害。

4 結論

（1）秦莊溝流域土地利用類型以耕地、園地、林地和裸地為主，分別占研究區面積的30.72%，21.60%，19.84%和14.12%，其它土地利用類型占的比例較小。坡度、高程及溝壑密度3種地形因子不同級別下的土地利用空間分布差異明顯。

（2）地形因子是影響秦莊溝流域土地利用類型的一個重要因素。

（3）根據秦莊溝流域的地形特征，合理利用土地資源，調整農業結構。秦莊溝流域還處于以傳統農業為主。為了改變這種狀況，主要應在其內部進行結構調整，利用流域有小（一）型水庫，發展灌溉農業；進行坡改梯的水土保持措施，提高土地的生產能力；發展無公害的綠色有機果品、蔬菜、糧食、小雜糧等特色生態農業，從而提高單位面積的產量和質量，增加經濟收益。

（4）秦莊溝農村居民點人均用地面積是國家標準的2.44倍，用地零散、結構不合理、建筑容積率低，基礎設施不配套。應通過新農村建設，實施農村居民點整理工程，完善基礎配套措施，改善人居環境，提高居民點用地集約利用度，提高土地利用率，增加基本面農田面積。

（5）對于坡度較大的裸地，主要指坡度為＞25°的區域，應大力開展植樹造林，強化生態建設，增加林地面積，提高研究區植被覆蓋率，減少水土流失。

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