黃河寧蒙段河岸帶土地利用變化及驅動力分析

摘 要：以氣候和人類活動影響最為敏感的沿黃河岸帶為研究區，基于１９９９—２０１８ 年黃河寧蒙段河岸帶土地利用、氣候、社會經濟數據，運用灰色關聯和逐步回歸分析方法對土地利用變化驅動力進行分析。結果表明：１９９９—２０１８ 年黃河流域寧蒙段河岸帶土地利用類型以耕地、草地和沙漠為主；１９９９—２０１８ 年研究區土地利用處于快速發展階段，開發利用程度逐漸加大；氣候變化和農業經濟發展是黃河流域寧蒙段河岸帶土地利用轉變的主要驅動力。

關鍵詞：灰色關聯法；土地利用變化；驅動力；黃河寧蒙段

中圖分類號：Ｓ１５７；ＴＰ７９ 文獻標志碼：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０４．０１４

引用格式：楊雅楠，郭建英，楊振奇，等．黃河寧蒙段河岸帶土地利用變化及驅動力分析［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（４）：８１－８６．

土地作為自然生態系統的基礎載體，其利用類型變化顯著影響區域生態系統物質循環和信息傳遞，進而對全球環境變化產生復雜而深刻的影響［１－３］ 。關于土地利用變化國內外專家學者已有較為成熟的研究，這些研究多集中在土地利用遙感影像分類方法探索挖掘、土地利用分類系統優化改進、各級城市土地利用模式及驅動因素分析、土地利用對生態要素的影響、土地利用模型構建及改進等方面［４－１４］ ，但對自然與經濟發展條件獨特區域土地利用的研究尚顯不足，因此從國土資源空間規劃視角出發，研究復雜地理單元土地利用變化特征，并分析其驅動力，從而研判其對生態環境的影響。

黃河流域寧夏至內蒙古段（簡稱寧蒙段）是黃河上游重要的糧食產區和能源基地，生產建設和資源開發活動頻繁，劇烈的土地利用變化影響著該地區的生態系統結構，間接導致水沙關系轉變、水土流失和水旱災害等突出問題［１０－１２］ 。近年來，部分專家學者從景觀格局、生態系統和環境效應角度出發，針對寧夏和內蒙古土地利用變化及驅動力開展了研究［１５－１７］ ，但多以縣級行政區、灌區或典型流域為研究對象，對行政區上下游空間位置的潛在影響考慮不足，缺乏對寧蒙段生態特征的關注。鑒于此，選取對氣候和人類活動影響最為敏感的沿黃河岸帶作為研究區，對黃河寧蒙段河岸帶土地利用變化特征及其驅動力進行分析，以期為黃河寧蒙段國土空間規劃和水沙關系調控提供基礎數據，為沿黃兩岸類似地區水土流失治理、生態環境修復和資源合理利用等提供科學依據。

１ 材料與方法

１．１ 研究區概況

以黃河上游寧夏惠農區為起點，準格爾旗大路鎮為終點，全長６７７ ｋｍ，參考前人的研究成果［１８－２１］ ，選取對氣候和人類活動影響最為敏感的沿黃河岸帶建立１０ ｋｍ 緩沖區作為研究區。研究區氣候以溫帶大陸性季風氣候為主，年降水量１５０～２００ ｍｍ，降水量年際變率大于３０％，降水集中在７—９ 月，降水時空分布不均［２２］ 。研究區河道善淤、善決，局部地段密集分布著高大沙丘，是入黃泥沙的主要沙源，區域水土流失問題嚴重［２３］ 。研究區煤炭、稀土等礦產資源豐富，生產開發建設活動頻繁。

１．２ 數據來源與處理

研究區遙感影像采用１９９９—２０１８ 年５ 期共２０ 景分辨率為３０ ｍ 的Ｌａｎｄｓａｔ 系列衛星遙感影像，為提高解譯精度，將２０１８ 年植被長勢較好的６—９ 月２４ 景分辨率為２ ｍ 的高分一號衛星遙感影像作為輔助解譯數據。對獲取的數據利用ＥＮＶＩ ５．３ 進行正射校正、輻射定標、大氣校正和圖像融合等預處理，采用非監督分類工具進行地物類型劃分。以《土地利用現狀分類》（ＧＢ／ Ｔ ２１０１０—２０１７）為基礎，結合研究區實際情況，將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、城鄉建設用地、工礦倉儲用地、河流水面、其他水面、內陸灘涂、沙漠和未利用地共１０ 類［２４－２５］ 。經混淆矩陣檢驗得出分類結果的Ｋａｐｐａ 指數均大于０．８２，可用于進一步分析。參考已有研究成果［２６－２８］ ，從氣象因素、社會因素、經濟因素三方面篩選沿黃河岸帶土地利用變化驅動因素。根據寧蒙段黃河流經旗縣級統計年鑒和氣象監測數據，共選?。保?個指標，見表１。

１．３ 研究方法

土地利用轉入、轉出貢獻率反映了土地利用類型在轉入、轉出過程中空間格局與數量特征的變化［２９］ 。__

當－１≤Ｐｓ≤０ 時，表示ｉ 類土地利用類型向規模縮小的方向發展，處于縮減狀態；當０＜Ｐｓ ≤１ 時，表示土地利用類型向規模擴大的方向發展，處于擴張狀態。Ｐｔ越接近０，說明各土地利用類型的雙向轉換頻繁，且表現出均衡轉換的態勢；Ｐｔ 越接近于１，表明各土地利用類型的轉換方向主要為單向極端不均衡轉換。

土地利用程度是表征土地被利用深度、廣度及各因素驅動效應的重要參數［１３］ ，包括土地利用程度綜合指數、土地利用程度變化量ΔＬｂ－ａ和土地利用程度變化率Ｒ。

式中：Ａｉ為研究區第ｉ 級土地利用程度分級指數；Ｃｉ 為研究區第ｉ 級土地利用程度分級面積百分比；ｎ 為土地利用程度分級數（ｎ ＝４），參照土地利用程度定量模型［３１］ ，將土地利用類型分為未利用土地級、林草水用地級、農業用地級和城鎮聚落用地級；Ｌａ 、Ｌｂ 分別為時間ａ 和時間ｂ 研究區土地利用程度綜合指數；Ｃｉａ 、Ｃｉｂ分別為研究區時間ａ 和時間ｂ 第ｉ 級土地利用程度面積百分比。

分析方法采用灰色關聯法和逐步回歸分析法，模型參數和回歸方程的準確性都已通過ｔ 檢驗和Ｆ 檢驗，使用ＳＰＳＳ ２６ 軟件對模型進行參數估計。

２ 結果分析

２．１ 土地利用動態變化總體特征

黃河寧蒙段河岸帶土地利用類型以耕地、草地和沙漠為主，３ 種土地利用類型總面積占研究區總面積的５０％以上，見圖１。１９９９—２０１８ 年耕地面積基本穩定，面積占比在２５．２４％ ～２９．４２％范圍內；草地面積逐年增大，面積占比由１９９９ 年的１６．２２％增大至２０１８ 年的２１．５３％；城鄉建設用地和工礦倉儲用地面積也呈增大趨勢， ２０１８ 年的面積分別比１９９９ 年的增大了５９．５５％和１０７．２６％；林地面積增長速度最快，增長率達６１４．１７％；沙漠面積則明顯下降，面積占比從１９９９ 年的２１．１３％減小至２０１８ 年的１２．７１％；未利用地面積呈減小趨勢，面積減小了５１．７１％。

２．２ 土地利用類型轉移貢獻率

不同時段黃河寧蒙段河岸帶土地利用類型轉入、轉出貢獻率見表２，各土地利用類型中草地、耕地、城鄉建設用地的轉入、轉出貢獻率較高，說明其土地利用類型在轉入和轉出過程中表現活躍，而其他水面轉入、轉出貢獻率最低，沒有發生明顯數量特征的轉變過程。草地轉入最為活躍的時期是２０１３—２０１８ 年，轉入貢獻率為３１．８１％，轉出最為活躍的時期是１９９９—２００３ 年，轉出貢獻率為２９．８３％。耕地轉入最為活躍的時期同樣是２０１３—２０１８ 年，轉入貢獻率為２１．３８％，轉出最為活躍的時期是１９９９—２００８ 年，轉出貢獻率為１９．６３％～１９．６８％。

２．３ 土地利用變化動態度分析

不同時段黃河寧蒙段河岸帶單一、綜合土地利用類型變化動態度見表３，綜合土地利用類型變化動態度反映了區域內土地利用類型轉換的頻繁程度和均衡性。１９９９—２０１８ 年研究區綜合土地利用類型變化動態度Ｐｔ為０．２４，較為接近于０，基本呈現出均衡轉換的狀態。２００８—２０１３ 年Ｐｔ最低（為０．１１），表明此時期各土地利用類型的雙向轉換頻繁，且表現出均衡轉換的態勢。２００３—２００８ 年Ｐｔ值最大（為０．２７），表明各土地利用類型的轉換方向為單向且不均衡。

不同時段不同土地利用類型的單一土地利用類型變化動態度不同，選取綜合土地利用類型變化動態度最大的２００３—２００８ 年進行說明。單一土地利用類型變化動態度可以分析某一地類的發展態勢，２００３—２００８ 年耕地、草地、沙漠、工礦倉儲用地、河流水面和其他水面Ｐｓ ＜０，分別為－０．２４、－０．０４、－０．７６、－０．０２、－０．１１、－０．３０，表示上述地類在２００３—２００８ 年向規?？s小的方向發展，處于縮減狀態；林地、未利用地、城鄉建設用地、內陸灘涂Ｐｓ ＞０，表明這幾種土地利用類型向規模擴大的方向發展，處于擴張狀態。

２．４ 土地利用程度分析

１９９９ 年、２００３ 年、２００８ 年、２０１３ 年、２０１８ 年研究區土地利用程度綜合指數分別為２３２．２０、２１３．４９、２４８．８０、２７０．４９、２５７．３６，土地利用程度變化量和變化率見表４。

土地利用程度綜合指數反映了人類對土地開發利用的程度，１９９９—２０１８ 年研究區土地利用程度接近全國平均水平［３２］ ，屬中等利用水平，且２０ ａ 間土地利用程度綜合指數由２３２．２０ 增大至２５７．３６，表明該時段黃河寧蒙段河岸帶土地資源開發處于發展階段，土地資源開發速度逐漸提升。從不同時段土地利用程度變化量和變化率來看，１９９９—２００３ 年土地利用程度變化量為－１８．７１，土地利用程度變化率為－８．０６％，表明該時段研究區土地利用處于調整期，這可能與同期退耕還林還草政策的實施，研究區林地和草地面積增加有關。在經歷過短暫調整期后，２００３—２０１３ 年研究區土地利用進入發展期，這一時期土地利用程度變化量和變化率均大于０。２０１３—２０１８ 年研究區土地利用程度變化量為－１３．１４，土地利用程度變化率為－４．８６％，這可能與該時期生態移民工程的實施以及研究區產業結構調整，未利用地面積大幅度減小，耕地面積大幅度增大有關。

２．５ 土地利用變化驅動力分析

以１９９９—２０１８ 年研究區各土地利用類型變化面積為因變量，自然環境因素和社會經濟因素為自變量進行灰色關聯度分析。土地利用類型面積變化與驅動力因子之間的關聯度見表５，由表５ 可以看出，耕地、草地、河流水面、內陸灘涂面積變化與年平均氣溫關聯度最高，分別為０．９８、０．９７、０．９８、０．９９；林地與農林牧漁業總產值和第一產業生產總值關聯度最高，均為０．８７；沙漠與全年供水總量和年平均氣溫關聯度最高，均為０．９６；未利用地與第一產業生產總值、總人口關聯度最高，均為０．９３；城鄉建設用地與農作物總播種面積關聯度最高，為０．９８；工礦倉儲用地與農業總產值和第一產業生產總值關聯度最高，均為０．９３；其他水面與農作物總播種面積和全年供水總量關聯度最高，均為０．９２。

由上述分析可知，研究區各土地利用類型面積變化關聯度最高的驅動力因子不同，因而篩選出與研究區各土地利用類型關聯度最高的前５ 種因子作為自變量，將１９９９—２０１８ 年研究區各土地利用類型面積變化作為因變量，構建影響土地利用變化驅動力的多元線性回歸方程，該回歸方程均通過了準確性檢驗，見表６。耕地面積變化與全年供水總量正相關，與農作物總播種面積負相關；草地面積變化與年平均降水量正相關，與農作物總播種面積負相關；林地面積變化與農林牧漁業總產值正相關；沙漠面積變化與年平均氣溫正相關，與年平均相對濕度負相關；未利用地面積變化與第一產業生產總值正相關；城鄉建設用地面積變化與農作物總播種面積正相關；工礦倉儲用地面積變化與農業總產值和全年供水總量正相關。由此可見，研究區土地利用類型面積變化的驅動因素主要為研究區氣候及農業經濟發展水平。

３ 討 論

研究區黃河寧蒙段地勢相對平緩，但區域生態系統復雜多樣，既有寧夏平原、河套平原等重要農業生產基地，也分布著烏蘭布和與庫布齊兩大沙漠，同時也有青銅峽灌區和三盛公灌區兩大人工荒漠綠洲，研究區自１９４９ 年以來掀起了一輪又一輪耕地開墾浪潮，積累了大面積的耕地資源［３３］ ，近年來隨著生態文明建設的逐步開展，黃河流域陸續實施了退耕還林還草和生態移民等政策，啟動了“三北防護林”“京津風沙源治理”等生態工程，促使研究區土地利用結構發生了轉變，林地和草地面積逐年增大，區域土地利用結構得以優化。１９９９—２００３ 年退耕還林還草政策實施，耕地轉出最為活躍，總體土地利用程度變化量和變化率均為負值，表明該時段土地利用處于調整期。沙漠作為研究區特有地類，其面積變化受氣候和人為因素影響較大，其轉出貢獻率呈先增大后減小再增大趨勢，表明隨著各大生態工程的持續推進，水肥條件較好的沙漠轉變為林草地，剩余部分沙漠大多難以治理，因此轉變速度放緩，最終形成當前耕地、草地和沙漠占主導地位的土地利用格局。

氣候是決定北方農牧區土地利用方式和經濟作物種植模式的主導因素，研究區氣溫、降水以及濕度分別在２００３—２００８ 年和２０１３—２０１８ 年有不同程度的波動，研究區主要農作物為玉米、蕎麥、小麥、薯類、豆類和蔬菜等，這類作物的生長需要匹配良好的水熱條件，因此研究區短期內氣溫和光熱條件的變化可能促使農業種植結構發生改變，進而影響耕地回報率，間接導致勞動力外流，出現大量耕地撂荒轉向草地或林地等現象，這也進一步促進了該時期土地利用類型的轉換。研究區水源雖充沛，但水資源利用較為粗放，農業用水效率不高，水土資源配置限制了農業的高質量發展。研究區部分區域農業基礎設施落后、標準低、配套性差，灌溉渠道長期失修，水利設施投入不足，再加上部分農田立地條件差，不利于機械化操作，農藥施用量較大，導致農業面源污染嚴重，這些都是研究區農業經濟發展的限制因素。氣候雖然影響研究區土地利用類型面積變化，但作用效果在短期內無法直接顯現，而人為因素的影響往往是突發的、顯著的，結合驅動力灰色關聯和回歸分析的進一步論證，可以認為研究區土地利用類型面積變化主要受氣候變化背景下農業經濟發展水平的驅動。

４ 結 論

１９９９—２０１８ 年黃河流域寧蒙段河岸帶土地利用類型以耕地、草地和沙漠為主，１９９９—２００８ 年是耕地、草地和沙漠三大地類轉變較為活躍的時期。１９９９—２０１８年黃河流域寧蒙段河岸帶土地利用處于快速發展階段，開發利用程度逐漸加大。１９９９—２００３ 年、２０１３—２０１８ 年是土地利用的調整階段，各土地利用類型的雙向轉換較為頻繁。氣候變化和農業經濟發展是黃河流域寧蒙段河岸帶土地利用轉變的主要驅動力。

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【責任編輯 呂艷梅】