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退耕还林土地利用动态变化分析_退耕还林论文

论文栏目:林业论文来源:互联网时间:2018-04-17 16:55

  摘要:以延安市1989—2012年土地利用动态数据为基础,研究了土地利用的结构、动态度、强度等时空变化特征,并采用景观优势度和景观均匀度等景观格局指标对景观格局变化进行分析.结果表明,退耕前的1989—1999年,延安市各主要土地利用面积变化均不大;退耕后的1999—2012年,土地利用面积变化加快,面积减少最多的为耕地,增加最多的为林地,耕地和林地变化强度远大于其他类型土地;退耕前后的土地利用变化强度指数差异较大,退耕后明显大于退耕前;退耕还林工程的实施有效推动了耕地向林地的流转.延安市景观格局变化以退耕还林工程实施为节点,土地利用优势度先降后升,均匀度先升后降,工程的实施提高了以林地为主体的生态用地对土地利用的支配程度;但随着林地增加,耕地和牧草地减少,土地利用均匀性降低,土地利用丰富度减小,在以后的土地利用中要注重对生态环境建设成果的巩固和保护.

  关键词:土地利用;景观格局;退耕还林;延安市

  土地是人类社会赖以生存和发展的物质基础,人类的各种经济活动和社会活动都离不开土地[1].随着人类社会的不断进步与发展,对土地的利用频率越来越高[2].在土地开发与利用过程中,人地关系日益紧张[3],人类活动对环境变化的影响越来越显著[4].生态环境与土地利用之间既相互作用又相辅相成,土地利用对生态系统服务起着决定性的作用[5].人地关系协调发展是区域可持续发展的基础[6],在进行土地合理开发的同时,更要注重土地资源的保护,使土地资源得到可持续的利用[7].退耕还林是我国重要的生态保护工程,对土地利用和生态环境产生直接影响[8].周德成等对陕西省安塞县的研究表明,退耕还林显著加强了研究区耕地的递减趋势,并大幅增加了未成林造林地面积[9];张婷等对贵州省普定县喀斯特地区的研究表明,退耕还林工程实施后,研究区大量耕地、裸地转化为林地、草地和建设用地,其中林地、草地和建设用地快速增长,耕地减少幅度明显,生态系统格局呈现破碎化加剧的趋势[10];田璐等对张家口市的研究表明,退耕还林工程实施后,耕地减少幅度增加,林地增加幅度加大,草地减少,景观多样性降低,破碎化程度上升[11].

  延安市自1999年实施退耕还林工程以来,各类土地的利用结构发生巨大变化,对该地区的社会发展和生态环境已造成重大影响.文中对延安市退耕还林前后土地利用的动态变化和景观格局特征进行分析,探寻在生态建设驱动力作用下土地利用变化的特点,为当地决策部门制定生态建设和土地利用政策、规划土地利用提供依据.

  1研究区域概况

  延安市地处黄土高原腹地,黄河中游,位于北纬35°21′~37°31′和东经107°41′~110°31′之间,属黄土丘陵沟壑区.地貌以黄土高原和丘陵为主,境内梁峁沟谷纵横,地表支离破碎,起伏大,坡度陡(图1).气候属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候,全区年均气温7.7~10.6℃,年均降水总量507.7mm,年均蒸发量较大.长期以来由于土地利用不合理,过度开垦和放牧,导致生态环境恶化,农业自然资源遭到严重破坏,给当地群众生产生活带来严重威胁[12].为保护和改善生态环境,延安市自1999年实施了退耕还林工程,截止到2012年底,退耕面积已达7.143×103km2.

  2数据和方法

  2.1数据来源

  文中所采用的延安市土地利用数据来自于延安市土地局,结合陕西省土地利用现状数据集,整理出延安市各区县土地利用面积,数据时间段为1989年和退耕阶段1999—2012年.

  2.2数据处理方法

  根据国土资源部制定的《土地利用现状分类及其含义》,1级土地共分8类,包括耕地、园地、林地、牧草地、居民及工矿用地、交通用地、水域和未利用土地.根据陕西省土地利用现状数据集和延安市土地局提供的土地利用变动资料,对第一次土地调查时1989年和退耕阶段1999—2012年延安市各区县土地利用类型面积进行了整理,其中,耕地、园地、林地和牧草地在国土面积中所占的比例较大,是退耕还林工程中土地流转的主要部分,而居民及工矿用地、交通用地、水域和未利用土地基数较小,面积的变动不明显,因此文中主要对耕地、园地、林地和牧草地进行分析.

  2.2.1土地利用动态分析方法土地利用变化动态度一般为在同一个研究区域里,某种土地利用类型的面积在研究阶段内的变动情况,其计算公式为[13]1197其中,ki为T时间段内第i种类型土地的变化动态度;uai为某一类型土地在该研究阶段最初的面积;ubi为某一类型土地在该研究阶段最终的面积;T为研究阶段的时间长度.

  2.2.2土地利用变化强度分析方法利用各土地类型的变化强度指数,能够比较出在一定研究时段内土地类型的变化强弱及其趋势.为了使计算结果具有可比性,利用单元的土地面积对其变动速度进行标准化处理,其计算公式为2.2.3土地利用综合动态度分析方法为反映延安市各区县土地不同利用类型总量的变化,引入土地利用综合动态度指数,计算公式为[15]26其中,CL为综合土地利用类型在研究期内的动态度;UL,i为第i类土地利用类型研究期初的面积;ΔUL,i-j为i类土地利用类型在研究期内转化为非i类土地类型面积的绝对值.

  2.2.4景观格局分析方法为反映景观在空间里的结构特征,选取景观优势度和景观均匀度2个景观格局指标对延安市的景观格局变化进行计算分析.

  1)优势度指数.优势度指数用于反映在研究区不同时间段,总体土地被一种或若干种类型土地支配利用的程度.优势度指数的数值越大,表明研究区受一种或少数几种景观类型支配景观结构的程度越高.计算公式为[16]22其中,Di为景观的优势度;Pij为研究阶段第i年第j种类型土地面积与总土地面积的数值比;Hmax为研究区各类型土地的面积相等时的多样性指数.

  2)均匀度指数.均匀度指数E用于反映景观中各斑块在面积上分布的均匀状态,一般用百分数来表示,E值越大,景观中的斑块分布也就越均匀.计算公式为[16]23

  3结果与分析

  3.1土地利用结构分析

  延安市不同土地利用类型面积变化如图2所示.1989年到退耕起始的1999年,研究区土地利用面积变化不大,耕地面积由9.71×103km2减少到8.20×103km2,在国土面积中所占的比例从26.28%降低到22.26%;园地面积由3.02×102km2增加到9.82×102km2,在国土面积中所占的比例从0.82%增加到2.67%;林地面积由1.46×104km2增加到1.54×104km2,在国土面积中所占的比例从39.59%增加到41.65%;牧草地面积基本没有变化,在国土面积中所占的比例保持在29.87%.随着退耕还林工程的推行,极大地影响了研究区土地利用结构,其中以耕地和林地2个类型的面积变化最为明显.1999—2012年,耕地面积减少了4.50×103km2,所占国土面积的比例也降低到10.05%;园地面积增加了1.39×103km2,所占国土面积的比例也增加到6.45%;林地面积增加了4.43×103km2,所占国土面积的比例增加到53.67%;牧草地面积减少了1.40×103km2,所占国土面积的比例降低到26.08%.3.2土地利用动态分析

  延安市退耕前的1989—1999年,各土地利用类型的动态度见表1.可以看出,变化速度为:园地>交通用地>耕地>居民及工矿用地>水域>林地>未利用地>牧草地;退耕后的1999—2012年,土地利用变化速度为:园地>耕地>林地>交通用地>未利用地>牧草地>居民及工矿用地>水域.退耕还林工程实施后耕地和林地的变化速度明显加快,1989—1999年耕地和林地的变化动态度分别为-1.56和0.49,1999—2012年分别为-4.22和2.22,这主要由于在退耕还林工程实施过程中,大量耕地快速转变为林地,因此带来了耕地面积的快速减少及林地面积的急剧增加.两个时段中呈增加趋势的均为园地、林地、居民及工矿用地、交通用地,而耕地、牧草地、水域和未利用地则呈现出减少趋势.对于延安市各区县,1989—1999年,耕地均出现减少,变化速度较快的为宜川县和安塞区,较慢的为延长县和黄龙县;园地均出现增长,变化速度较快的为安塞区和延长县,较慢的为延川县和志丹县;林地基本上都表现出增长趋势,变化速度较快的为吴起县和安塞区,较慢的为黄龙县和黄陵县;牧草地面积的变化比较多样,宝塔区、延川县、子长县、安塞区、志丹县、甘泉县和宜川县呈现增长,而延长县、吴起县、富县、洛川县、黄龙县和黄陵县出现减少,变化速度均不大.1999—2012年,延安市各区县的耕地面积依然减少,但变化速度超过前一阶段,变化速度较大的为吴起县和富县,较小的为黄龙县和黄陵县;园地保持增长,变化速度较大的为吴起县和富县,较小的为黄陵县和黄龙县;林地也保持增长趋势,变化速度较大的为吴起县和延川县,较小的为黄龙县和黄陵县;各区县牧草地在这个阶段变化速度都较小,面积比较稳定.延安市各土地类型变化强度指数结果见表2.退耕前的1989—1999年,延安市各土地利用类型中,耕地、林地和园地的变化强度最大,变化强度指数分别为-4.10,1.93和1.85,说明这个阶段延安市土地类型变化中起主要作用的是耕地、林地和园地,其他类型土地变化强度较小.

  退耕后的1999—2012年,延安市各土地利用类型中,耕地、林地和园地的变化强度最大,变化强度指数分别为-12.21,12.02和3.78,可以看出耕地和林地的变化尤为剧烈,这与退耕还林工程的实施相一致,减少的土地类型主体为耕地,转化的对象主要为林地.在延安市各区县中,土地变化强度大小的类型基本一致,变化强度大的土地类型为耕地和林地,这是此阶段土地利用类型转化的重要特点,即耕地快速减少,林地快速增多.各区县中,耕地变化强度较大的为子长县、吴起县和延川县,变化强度指数分别为-24.67,-23.27和-20.38,这3个县均为退耕还林工程实施的重点区域,其中吴起县作为退耕还林第一县,累计退耕面积最高,达到1.23×103km2,子长县和延川县也分别达到6.20×102km2和5.20×102km2;耕地变化强度较小的黄龙县和黄陵县,变化强度指数分别为-0.56和-1.50,这是由于这两个县有大面积的天然次生林,生态植被较好,不是退耕还林工程实施的主要区域.林地变化强度较大的为吴起县、安塞区和子长县,变化强度指数分别为19.95,16.84和15.95,主要为退耕的土地转化而来;较小的为黄龙县和黄陵县,变化强度指数分别为0.78和1.03.

  3.4土地利用综合动态度分析

  延安市土地利用综合动态度指数结果见表3.退耕前的1989—1999年,延安市土地利用综合动态度为0.0085.各区县中,安塞区、富县和吴起县的土地利用综合动态度较高,分别为0.0275,0.0262和0.0169;甘泉县、黄陵县和黄龙县的土地利用综合动态度较低,分别为0.0046,0.0029和0.0013.退耕后的1999—2012年,延安市土地利用综合动态度为0.0245,比上一时间段明显升高,各区县的土地利用综合动态度较上一时间段也都升高了,表明1999年退耕还林工程实施之后,引起了研究区土地利用结构的较大变化.其中,吴起县、延长县和延川县的土地利用综合动态度较高,分别为0.0508,0.0380和0.0316,说明这些县的土地开发与土地改造工作力度大;土地利用综合动态度较低的依然为甘泉县、黄陵县和黄龙县,分别为0.0090,0.0024和0.0013,这和这些县域内地形地貌及经济发展有一定的关系.

  3.5土地利用景观格局分析

  延安市土地利用的优势度指数和均匀度指数均表现出一定的阶段性变化(图3).1989—1999年,延安市土地利用的优势度指数由0.7983减少到0.7533,均匀性指数由55.6417增加到56.0137.但进入退耕还林工程的实施期以后,土地利用的优势度指数呈现升高趋势,到2012年,优势度指数增加到0.8204;均匀度指数呈现下降趋势,减少到47.6479.1989年,延安市各区县土地利用优势度最高的为黄龙县、黄陵县和甘泉县,优势度指数分别为1.1586,1.2841和1.1071,这3个县都是退耕前林地和草地比较多的区域,林地和草地对区域的土地利用支配性很强;这个时期均匀度指数比较高的为延长县、洛川县和宝塔区.随着退耕还林工程的推行,各土地类型流转加快,到2012年,土地利用优势度最高的为黄龙县、黄陵县和富县,均匀度最高的为延长县、洛川县和安塞区.各区县的土地利用景观格局指数小幅上下波动,很少呈现单一的上升或下降趋势,表明研究区各区县土地利用系统具有动态的特征.

  4结论与讨论

  土地利用结构的转变是退耕还林工程的重要内容.延安市自1999年推行退耕还林工程以来,土地利用结构发生较快变化.1989—1999年,延安市各土地利用类型中,园地和交通用地的变化速度较快,这是由于自20世纪80年代中期以来,延安市大力发展苹果种植,果园的种植面积快速增加.这个阶段也是我国道路交通快速发展的阶段,延安市的道路建设也在加快,占用的土地面积快速增加.1999—2012年,延安市耕地和牧草地分别减少了4.50×103km2和1.40×103km2,变化速度较退耕前加快;林地和园地分别增加了4.43×103km2和1.39×103km2,林地的变化速度较退耕前明显提高.无论退耕前后,在延安市各区县中,耕地、园地、林地和牧草地的变化强度指数都较大,说明这4类土地是土地利用变化的主体.退耕后耕地和林地的变化强度远大于其他类型土地,并且退耕前后变化强度指数差异很大,退耕后明显大于退耕前,表明退耕还林工程土地利用类型变化的主体是耕地和林地,工程的实施有效推动了耕地向林地的流转,这与工程的目标高度一致.

  土地利用景观格局分析结果表明,以退耕还林工程实施为节点,延安市土地利用的优势度指数先降后升,均匀性指数先升后降.林地和草地为研究区主要的土地利用类型,优势度指数和均匀度指数的这种变化说明退耕还林工程对研究区的景观格局产生了积极影响,土地利用受主要生态用地的支配程度得到提高,生态系统受人类活动的影响增强,环境得到改善.但是随着土地利用均匀性的降低,土地利用类型的丰富度减小,对于延安市来说,主要体现为林地的快速增加和耕地、牧草地的快速减少.延安市农村经济结构单一,粮食种植和畜牧业对于退耕农户是重要的经济来源[17-18].因此,对于退耕区农户来说,生态环境恢复和经济生活的需求之间随着退耕还林工程的推行、土地均匀性的降低,产生了矛盾,使生态系统的稳定性有所降低.为了在退耕还林补助政策结束之后保证退耕农户不复耕,实现“退得下,不反弹”的目标,一方面要继续加强生态环境建设,另一方面也要注重现有成果的巩固和保护,做到合理利用土地,控制退耕面积,缓解人地矛盾,优化产业结构,发展经济园林和第三产业,切实提高农民收入,以实现区域的可持续发展.

  作者:韩磊 朱会利 刘钊

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