吉林省西部土地利用格局變化圖譜與驅(qū)動(dòng)力分析

馬海超， 劉吉平

(吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 吉林 四平 136000)

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吉林省西部土地利用格局變化圖譜與驅(qū)動(dòng)力分析

馬海超， 劉吉平

(吉林師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 吉林 四平 136000)

基于地學(xué)信息圖譜分析理論，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)與馬爾柯夫空間概率模型，以吉林省西部1980年，1995年，2010年3期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建土地利用格局變化圖譜。結(jié)果表明，1980—2010年吉林省西部地區(qū)土地利用格局發(fā)生顯著變化：耕地大幅度增加，凈增5 552.3 km2，其主要由草地、沙地、鹽堿地、濕地轉(zhuǎn)化而來(lái)，轉(zhuǎn)化而來(lái)的耕地呈條塊狀分布在研究區(qū)域中東部及西北部；草地大幅度減少，凈減3 708.3 km2，主要轉(zhuǎn)化為耕地、林地、沙地及鹽堿地，占區(qū)域總面積的7.9%，草地轉(zhuǎn)出部分主要分布在研究區(qū)域中西部及西北部；居民和工礦用地增加，凈增加區(qū)域主要分布在研究區(qū)的城鎮(zhèn)周邊及礦區(qū)；水域和未利用土地波動(dòng)變化，變化區(qū)域分布在研究區(qū)東北部和中南部；濕地也呈顯著減少的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)出區(qū)域主要分布在研究區(qū)東北部和西南部。與常規(guī)轉(zhuǎn)移矩陣法相比，地學(xué)信息圖譜方法在土地利用變化方面有著明顯優(yōu)勢(shì)，能夠展示研究區(qū)的空間位置分布，表達(dá)出多維空間信息。

地學(xué)信息圖譜; 吉林省西部; GIS; 土地利用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類(lèi)對(duì)自然環(huán)境的影響不斷加強(qiáng)，自20世紀(jì)90年代起，土地利用/土地覆被變化科學(xué)研究計(jì)劃(LUCC))已成為全球環(huán)境變化研究的核心問(wèn)題[1]。目前，對(duì)LUCC的研究缺乏一種能夠定量描述不同時(shí)空尺度下的土地利用變化時(shí)空復(fù)合方法，而地學(xué)信息圖譜方法能夠把“表現(xiàn)空間單元特征的圖”與“表現(xiàn)事件發(fā)展之起點(diǎn)與過(guò)程的譜”合二為一，彌補(bǔ)了基于非空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)挖掘方法在空間位置和形象思維等方面的不足[2]。吉林省西部作為松嫩平原的重要組成部分，應(yīng)用地學(xué)信息圖譜理論研究其土地利用變化對(duì)該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

土地利用變化導(dǎo)致自然狀態(tài)的土地覆蓋格局不斷發(fā)生變化。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用地學(xué)信息圖譜方法作了一系列研究，如Xiao J[3]等對(duì)石家莊市的土地利用變化進(jìn)行了圖譜分析；葉慶華[4]等對(duì)黃河三角洲新生濕地土地利用變化進(jìn)行了圖譜分析；李宇[5]等對(duì)重慶市主城區(qū)土地利用時(shí)空變化進(jìn)行了圖譜分析。但是其研究方法只是單純的研究土地利用格局變化圖譜，缺乏對(duì)土地利用“漲勢(shì)、喪失”圖譜研究，更缺少驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析，同時(shí)在吉林省西部應(yīng)用地學(xué)信息圖譜理論，進(jìn)行土地利用格局變化的研究較少。本文采用地學(xué)信息圖譜分析方法，以RS、GIS、計(jì)算機(jī)制圖等技術(shù)為支撐，從時(shí)空尺度上分析研究區(qū)土地利用變化過(guò)程、變化規(guī)律及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為土地利用規(guī)劃和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

吉林省西部位于121°38′—126°11′E，44°22′—46°18′N(xiāo)，屬于半干旱與半濕潤(rùn)氣候，四季變化明顯，年降水量400～500 mm，年蒸發(fā)量約為1 600～2 000 mm，區(qū)域內(nèi)河流較少，多為松花江水系，地貌以沖擊平原為主，成土母質(zhì)多為第四季的亞砂土、亞黏土。海拔高度140～180 m，相對(duì)高度5～10 m，地勢(shì)起伏較小，基本為西北高、中間低、東南略低。區(qū)內(nèi)包括白城和松原兩個(gè)地區(qū)的白城市市轄區(qū)、松原市市轄區(qū)、洮南市、鎮(zhèn)賚縣、大安市、通榆縣、乾安縣、長(zhǎng)嶺縣、前郭爾羅斯蒙古族自治縣9個(gè)市縣，面積46 893.4 km2，約占吉林省總面積的25.4%。區(qū)內(nèi)總?cè)丝?83萬(wàn)，受人口壓力、自然環(huán)境惡化等影響，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后于吉林省中部、東部。由于人類(lèi)不合理利用，使農(nóng)、林、牧土地利用格局不斷發(fā)生變化，加之氣候干旱多風(fēng)沙，使本區(qū)土地沙化、堿化、貧瘠化和草地退化嚴(yán)重，土地生產(chǎn)力低，已成為我國(guó)生態(tài)環(huán)境較為脆弱的地區(qū)之一。

2 土地利用格局變化圖譜研究方法與步驟

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文研究的數(shù)據(jù)來(lái)源為1980年MSS影像，1995年，2010年TM影像，同時(shí)收集了吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)。MSS影像空間分辨率為80 m，而TM影像的空間分辨率為30 m，為此將TM影像的空間分辨率從30 m轉(zhuǎn)變?yōu)?0 m，同時(shí)參照1∶10萬(wàn)地形圖進(jìn)行校對(duì)，提高影像校準(zhǔn)精度。通過(guò)ERDAS IMAGING軟件對(duì)LANDSAT 系列數(shù)字圖像進(jìn)行幾何糾正、輻射糾正、坐標(biāo)變換和圖像增強(qiáng)，獲得了4，3，2波段組合成標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像(Albers等面積圓錐投影)[6]。合成假彩色遙感影像同樣能夠反演地物反射率光譜，也為解譯標(biāo)志的建立提供精確判讀依據(jù)。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)是ERDAS IMAGING，ArcGIS和ArcView 3.3等。

2.2 研究區(qū)主要土地利用類(lèi)型及遙感影像解譯標(biāo)志的建立

吉林省西部作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立地理單元，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)景觀(guān)類(lèi)型多樣，參照我國(guó)土地分類(lèi)系統(tǒng)，結(jié)合研究目的，確立研究區(qū)分為7種土地利用類(lèi)型。分別為：耕地，林地，草地，水域，工礦、居民用地，未利用土地(沙地、鹽堿地)，濕地。根據(jù)土地利用類(lèi)型的空間位置特征和影像特征，建立判讀標(biāo)志。

2.3 土地利用類(lèi)型圖的制作

利用1980年的MSS影像和1995年、2010年LANDSAT TM處理的假彩色合成數(shù)字圖像進(jìn)行遙感目視解譯，通過(guò)屏幕數(shù)字化，提取相關(guān)土地利用信息，在解譯過(guò)程中采取先易后難的方式，逐步提取有用地物，在確立解譯精度和解譯標(biāo)志后，通過(guò)ARCGIS工作平臺(tái)進(jìn)行人機(jī)交互式的目視解譯，從而建立土地利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)及屬性數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。最終得到1980年、1995年和2010年，3期土地利用類(lèi)型矢量圖，利用高分辨率遙感影像進(jìn)行驗(yàn)證，3期遙感影像的分類(lèi)精度分別為90.2%，91.3%和91.5%，能夠滿(mǎn)足本研究要求。

土地利用變化包括兩個(gè)層次，一是由其他土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移到本土地利用類(lèi)型的部分即轉(zhuǎn)入(INPUT)，二是原有土地利用類(lèi)型除不變區(qū)外，轉(zhuǎn)移到其它土地利用類(lèi)型的部分即轉(zhuǎn)出(OUTPUT)，轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出的面積相等。對(duì)吉林省西部土地利用系列圖譜，研究步驟如下：

1) 土地利用格局動(dòng)態(tài)變化圖譜研究方法—馬爾柯夫模型與地類(lèi)轉(zhuǎn)移矩陣，傳統(tǒng)的(Markovian)概率模型表示為：

Nt+Δt=PNt

為了清楚地表達(dá)出土地利用的類(lèi)型結(jié)構(gòu)，在矩陣表現(xiàn)形式中添加求和統(tǒng)計(jì)、占有率和變化率[8-9]。占有率表示各種類(lèi)型占區(qū)域總面積的比率，變化率是表示t+Δt時(shí)期各種土地利用類(lèi)型相對(duì)時(shí)期的變化程度。

式中：S——面積；n——土地利用類(lèi)型的數(shù);i,j——研究初期(t)與研究末期(t+Δt)的土地利用類(lèi)型；Sij——初期(t)的i種土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)槟┢?t+Δt)的j種土地利用類(lèi)型的面積[8-9]。

在土地利用圖譜單元排序表中，為了更加精確的顯示出，已經(jīng)轉(zhuǎn)變的土地利用類(lèi)型，在研究區(qū)域內(nèi)所有已經(jīng)轉(zhuǎn)變土地利用類(lèi)型總和面積中所占的比率，特此添加了變化比率。

2) 在ArcGIS中Spatial analyst分析模塊下進(jìn)行地圖代數(shù)運(yùn)算，利用吉林省西部3期的土地利用類(lèi)型圖的矢量數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)后，生成1980—1995年、1995—2010年兩個(gè)不同時(shí)期的吉林省西部土地利用“變化圖譜”、“漲勢(shì)圖譜”、“喪失圖譜”和土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換陣表。土地利用變化圖譜中記錄了土地利用變化過(guò)程的信息單元，這些基本單元就是空間—屬性—過(guò)程一體化的圖譜單元，其相應(yīng)的“時(shí)空復(fù)合體”數(shù)據(jù)，就是土地利用變化圖譜[10]。通過(guò)這種方法可以了解一定時(shí)期內(nèi)的土地利用狀態(tài)和時(shí)空演變規(guī)律。

3 吉林省西部土地利用格局變化圖譜分析

3.1 1980-1995年土地利用變化圖譜分析

1980—1995年土地利用變化圖譜(附圖5a)是由1980年與1995年的土地利用數(shù)據(jù)合成的，在合成的圖譜中共生成49類(lèi)圖譜單元(總面積46 893.4 km2)。其中，有42類(lèi)土地利用類(lèi)型發(fā)生變化(總面積14 247.1 km2)，按其變化面積的大小進(jìn)行排序，并累計(jì)百分率，其中有17類(lèi)圖譜單元覆蓋了變化面積的90%以上。從表1中可以看到，這期間土地利用變化以墾殖和開(kāi)發(fā)草地為主，在各種土地利用變化類(lèi)型當(dāng)中草地向耕地轉(zhuǎn)化面積最大，變化比率為19.2%，其主要分布在通榆縣、長(zhǎng)嶺縣、乾安縣等交界地區(qū)。其次，未利用土地與草地之間相互轉(zhuǎn)化，草地面積的轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，相對(duì)增加1 368 km2。再次，部分耕地被撂荒轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?，變化比率?0.2%，其主要分布在白城市市轄區(qū)北部，鎮(zhèn)賚縣西部邊緣區(qū)。

耕地轉(zhuǎn)入累積變化比率為30.1%，原有耕地轉(zhuǎn)出累積變化比率為16%，表明轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，耕地凈增2 196.7 km2，凈增區(qū)域主要分布在洮南市北部，松原市西部，通榆縣、長(zhǎng)嶺縣、乾安縣等交界地區(qū)。林地的增加主要源于草地、耕地，轉(zhuǎn)入累積變化比率7.1%大于轉(zhuǎn)出累積變化比率4.0%，其增加區(qū)域主要分布在鎮(zhèn)賚縣西部邊緣，長(zhǎng)嶺縣中南部。水域的增加源于未利用土地、濕地，轉(zhuǎn)入累積變化比率8.2%大于轉(zhuǎn)出累積變化比率0.1%，其增加區(qū)域主要分布在向海水庫(kù)、月亮湖水庫(kù)和查干湖水庫(kù)等庫(kù)區(qū)邊緣及松花江水系邊緣區(qū)。

這一期間草地的減少源于耕地、林地、未利用土地、濕地，轉(zhuǎn)出累積變化比率31.5%大于轉(zhuǎn)入累積變化比率29.6%。未利用土地大面積減少，減少2 182.7 km2，占區(qū)域總面積的4.65%，這表明未利用土地類(lèi)型中的沙地、鹽堿地，經(jīng)過(guò)改造被從新開(kāi)發(fā)利用。同時(shí)濕地持續(xù)減少，主要由于濕地被轉(zhuǎn)變?yōu)樗?、耕地、草地及未利用土地，轉(zhuǎn)出累積變化比率11.2%大于轉(zhuǎn)入累計(jì)變化比率4.4%，其主要分布在洮兒河下游及月亮湖水庫(kù)庫(kù)區(qū)邊緣，松原市西北部等區(qū)域。

表1 1980-1995年主要土地利用變化類(lèi)型圖譜單元排序

1980—1995年吉林省西部土地利用格局變化趨勢(shì)表2顯示：耕地、林地、水域變化率為正值，呈增加趨勢(shì)。草地、居民工礦用地、未利用土地、濕地變化率為負(fù)值，呈大幅度減少趨勢(shì)。

3.2 1995-2010年土地利用變化圖譜分析

1995—2010年土地利用變化圖譜(附圖5b)是由1995年與2010年的土地利用數(shù)據(jù)合成的，在合成的圖譜中共生成49類(lèi)圖譜單元(總面積46 893.4 km2)。其中，有42類(lèi)土地利用類(lèi)型發(fā)生變化(總面積15 959.3 km2)，按其變化面積的大小進(jìn)行排序，并累計(jì)百分率，其中有19類(lèi)圖譜單元覆蓋了變化面積的90%以上。從表3中可以看到，這期間土地利用變化仍然以草地的開(kāi)發(fā)和墾殖為主，在各種用地類(lèi)型變化中，首先草地的開(kāi)墾程度最高，變化比率達(dá)到19.6%，面積為3 133.3 km2，其主要分布在鎮(zhèn)賚縣西部，白城市市轄區(qū)北部、通榆縣中南部。從圖中位置中可以判斷，1980—1995年期間大安市中部區(qū)域被撂荒的草地，在人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)影響下又被從新開(kāi)墾為耕地。其次，草地被轉(zhuǎn)化為未利用土地，變化比率為10.8%，面積為1 716.2 km2，其主要分布在通榆縣、大安市、乾安縣等交界地區(qū)。再次，未利用土地被轉(zhuǎn)化為耕地、草地，變化比率分別為6.3%，6.1%，面積為1 975.8 km2，其主要分布在洮南市和前郭爾羅斯蒙古族自治縣等區(qū)域。

表2 1980-1995年吉林省西部土地利用格局轉(zhuǎn)換矩陣

耕地轉(zhuǎn)入累積變化比率為34.0%，原有耕地轉(zhuǎn)出累積變化比率為17.8%，表明轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，耕地凈增3 329.7 km2，其凈增區(qū)域主要分布在洮南市與通榆縣交界區(qū)，松原市中部等地區(qū)。林地的增加主要源于草地、耕地，轉(zhuǎn)入累積變化比率9.7%大于轉(zhuǎn)出累積變化比率6.5%，其增加區(qū)域分布在長(zhǎng)嶺縣東南部。居民、工礦用地增加源于耕地，轉(zhuǎn)入累積變化比率2.3%大于轉(zhuǎn)出累積變化比率1.2%，其主要分布在各個(gè)城鎮(zhèn)邊緣區(qū)。未利用土地的增加源于草地、耕地、水域，轉(zhuǎn)入累積變化比率19.4%大于轉(zhuǎn)出累積變化比率12.4%，其增加區(qū)域主要分布在通榆縣、大安市、乾安縣等交界區(qū)，查干湖東南部和長(zhǎng)嶺縣西部等區(qū)域。

草地減少源于耕地、林地、濕地、未利用土地，轉(zhuǎn)出累積變化比率34.2%大于轉(zhuǎn)入累積變化比率13.1%。水域減少源于耕地、草地、濕地、未利用土地。濕地減少源于耕地、草地，轉(zhuǎn)出累積變化比率大于轉(zhuǎn)入累積變化比率。

1995—2010年吉林省西部土地利用格局變化趨勢(shì)表4顯示：耕地、林地、居民工礦用地、未利用土地變化率為正值，呈增加趨勢(shì)。而草地、水域、濕地變化率為負(fù)值，并呈大幅度減少趨勢(shì)。

3.3 1980-2010年土地利用變化“漲勢(shì)”“喪失”圖譜特征

為了把握土地利用“轉(zhuǎn)移”狀況(即INPUT AND OUTPUT),本文通過(guò)設(shè)定分類(lèi)原則，創(chuàng)建了“漲勢(shì)”系類(lèi)圖譜(附圖6)和“喪失”系類(lèi)圖譜(附圖7)。分析“漲勢(shì)”系類(lèi)圖譜數(shù)據(jù)可知在1980—1995年期間，新增耕地面積最大，為4 611.2 km2，主要分布在研究區(qū)西北和東北部；草地的增長(zhǎng)位列第二，面積為4 425.6 km2，主要源于未利用地、耕地、濕地；而1980—1995年期間，由草地向未利用地轉(zhuǎn)化的面積，在各種用地類(lèi)型變化面積中位居第四，由草地、耕地等土地利用方式造成的次生鹽堿化和沙化面積達(dá)1 678.9 km2，并呈破碎塊狀分布。1995—2010年期間，增長(zhǎng)面積最大的依然是耕地，為6 439.9 km2，主要分布在研究區(qū)南部、中部及西北部；其次是新增未利用地，為3 335.5 km2，主要分布在研究區(qū)東北和中南部，未利用地的增長(zhǎng)主要源于草地、耕地的次生鹽堿化和沙化，可見(jiàn)區(qū)域土地利用方式不穩(wěn)定，變化強(qiáng)度大，影響范圍廣，并且隨著耕地面積的擴(kuò)大，未利用土地的范圍也有擴(kuò)大趨勢(shì)。

表3 1995-2010年主要土地利用變化類(lèi)型圖譜單元排序

分析“喪失”系類(lèi)圖譜數(shù)據(jù)可知在1980—1995年期間，喪失草地面積最大，為4 636.7 km2，分布在研究區(qū)西南和西北部，草地主要被轉(zhuǎn)化為耕地和未利用地；未利用地的喪失面積位列第二，為3 861.6 km2，

分布在研究區(qū)的中部和東北部，其主要被轉(zhuǎn)化為耕地和草地，說(shuō)明這一時(shí)期部分沙地與鹽堿地被逐漸改造成耕地、草地，其土地生產(chǎn)能力得到顯著提高。1995—2010年期間，草地的喪失面積依然最大，為5 590.2 km2，主要分布在研究區(qū)西南部和中部，呈片狀分布；雖然喪失的草地大部分轉(zhuǎn)化為耕地，但耕地的喪失面積位列第二，為3 110.2 km2，喪失的耕地主要被轉(zhuǎn)化為林地、草地，這主要是受?chē)?guó)家實(shí)行退耕還林、還草的政策影響造成的。

無(wú)論是“漲勢(shì)”圖譜還是“喪失”圖譜，30 a來(lái)各種土地利用類(lèi)型都有始終保持原來(lái)狀態(tài)不變的區(qū)域，并且穩(wěn)定區(qū)域在整個(gè)圖譜中占據(jù)主體地位。

3.4 1980-2010年土地利用變化模式圖譜區(qū)域分異特征

為了從宏觀(guān)上了解土地利用轉(zhuǎn)變方式的時(shí)空特征，利用已劃分的7種土地利用類(lèi)型30 a間的土地利用變化數(shù)據(jù)，從新進(jìn)行分類(lèi)，生成吉林省西部土地利用變化模式圖譜(附圖8)，并從中歸納出5類(lèi)土地利用時(shí)空演變模式。

1) 前期增長(zhǎng)型：指在1980—1995年期間土地利用面積處于增長(zhǎng)狀態(tài)，1995—2010年期間土地利用面積有所喪失，其等同于后期喪失型。結(jié)果顯示此類(lèi)型中水域的變化最為顯著，集中分布在洮兒河下游，月亮湖、查干湖水庫(kù)等水域邊緣區(qū)。

2) 后期增長(zhǎng)型：指在1980—1995年期間土地利用面積有所喪失，1990—2010年期間土地利用面積處于增長(zhǎng)狀態(tài)，其等同于前期喪失型。結(jié)果顯示此類(lèi)型中以居民工礦用地和未利用地為主，集中分布在松原市中部、洮南市北部及月亮湖水庫(kù)北部等區(qū)域。

表4 1995-2010年吉林省西部土地利用格局轉(zhuǎn)換矩陣

3) 全期增長(zhǎng)型：指在1980—2010年期間土地利用面積處于持續(xù)增長(zhǎng)狀態(tài)，結(jié)果顯示此類(lèi)型中以耕地、林地為主，主要分布在通榆縣大部、長(zhǎng)嶺縣西部、大安市中部及鎮(zhèn)賚縣周邊區(qū)域。

4) 全期喪失型：指在1980—2010年期間土地利用面積處于持續(xù)減少狀態(tài)，結(jié)果顯示此類(lèi)型中以草地和濕地為主，集中分布在松花江水系邊緣、通榆縣南部和西部、大安市南部及鎮(zhèn)賚縣西部。

5) 全期穩(wěn)定型：指在1981—2010年期間，各種土地利用類(lèi)型的土地利用方式始終沒(méi)有變化的穩(wěn)定模式，其中面積最大的一類(lèi)土地利用變化過(guò)程圖譜單元是耕地，其次是未利用地，穩(wěn)定區(qū)域主要以研究區(qū)的西北部和東南部為主。

3.5 驅(qū)動(dòng)力分析

由于受自然因素和人文因素的影響，從1980—2010年期間，耕地、草地、未利用土地、始終是土地利用格局的主要變化類(lèi)型。利用EXCEL對(duì)吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒中,1980—2010年的氣溫、降水量、人口、GDP等數(shù)據(jù)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算處理，生成了表5。

本文研究尺度為15～30 a，地質(zhì)、地貌等因素不會(huì)發(fā)生很大變化，而自然因素中氣候、水文及土壤等變化較為活躍，對(duì)土地利用格局影響較大。通過(guò)對(duì)吉林省西部1980—2010年的平均氣溫進(jìn)行分析，結(jié)果顯示氣溫總體呈遞增趨勢(shì)，氣溫升高使得蒸發(fā)量加大，地表水域面積減少。從轉(zhuǎn)移的類(lèi)型來(lái)看，1995—2010年，水域向濕地轉(zhuǎn)移，而原本的濕地區(qū)域向耕地、草地轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)出干旱的趨勢(shì)。從吉林省西部近30 a降水量變化趨勢(shì)來(lái)看，研究區(qū)降水量的減少是影響土地利用變化的重要因子。研究區(qū)的地表水主要靠降水補(bǔ)給，降水除蒸發(fā)、下滲外，大部分形成地表徑流補(bǔ)給河流，所以降水量的減少影響了河流徑流量，進(jìn)而影響地表水域面積和濕地面積，在欠水年土地退化嚴(yán)重。

然而與自然因素相比，人類(lèi)活動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)更能改變自然環(huán)境的平衡狀態(tài)，因此從人口、政策、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等方面分析人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地利用變化的影響。從表5中可以觀(guān)察到研究區(qū)的人口數(shù)量呈遞增趨勢(shì)，為解決人口增長(zhǎng)導(dǎo)致的耕地不足問(wèn)題，通過(guò)開(kāi)墾林地、草地、濕地，以及圍湖造田等，都使得耕地面積大幅度增加，凈增5 552.3 km2，這一舉措使得土地利用結(jié)構(gòu)更加不合理，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重。為了追求GDP(表5)的增長(zhǎng)，提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，政府部門(mén)沒(méi)有兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，盲目的制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策，人為造成土地資源不合理利用，加劇了土地鹽堿化、沙化在和水土流失。在自然環(huán)境不斷惡化的背景下，人類(lèi)逐漸提高環(huán)保意識(shí)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，施行退耕還林、還草政策，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，使得林地面積得以增加，水域和濕地的破壞成度減輕，生態(tài)環(huán)境逐漸得到保護(hù)。

表5 1980-2010年吉林省西部的平均氣溫、降水量、人口、GDP分布

5 結(jié)論與討論

用地學(xué)信息圖譜方法分析區(qū)域的土地利用變化，與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析及靜態(tài)表達(dá)空間格局系列圖表方法比較，其方法的功能特點(diǎn)非常獨(dú)特[11]。借助于不同時(shí)期的土地利用變化圖譜，在不同時(shí)序單元上能直觀(guān)的多維表達(dá)，吉林省西部地區(qū)土地利用空間格局變化過(guò)程及其內(nèi)在規(guī)律。

土地利用數(shù)字化、系列化圖譜，可利用空間—屬性—過(guò)程一體化網(wǎng)格單元上記憶的信息，在圖上可查詢(xún)到研究時(shí)段內(nèi)，任意土地利用變化類(lèi)型的空間分布位置。1) 通過(guò)對(duì)吉林省西部地區(qū)土地利用變化圖譜的分析可以看出，1980—2010年30 a間，吉林省西部地區(qū)土地利用格局發(fā)生顯著變化，草地被開(kāi)墾為耕地，耕地面積不斷增加，其主要分布在通榆縣、長(zhǎng)嶺縣、乾安縣等交界區(qū)。同時(shí)水域面積先增加后減少，其主要分布在洮兒河下游、月亮湖、查干湖水庫(kù)等水域邊緣區(qū)。沙地、鹽堿地等未利用土地先減少后增加,其主要分布在松原市中部及大布蘇湖西北部。濕地減少，其主要分布在向海水庫(kù)庫(kù)區(qū)邊緣、月亮湖水庫(kù)北部及松花江水系邊緣區(qū)。2) 分析“漲勢(shì)”系類(lèi)圖譜數(shù)據(jù)可知在1980—2010年期間，新增耕地面積最大，主要分布在研究區(qū)西北部，并且在吉林省西部土地利用時(shí)空演變模式中表現(xiàn)為“全期增長(zhǎng)型”；分析“喪失”系類(lèi)圖譜數(shù)據(jù)可知在1980—2010年期間，喪失草地面積最大，主要分布在研究區(qū)西南部，在吉林省西部土地利用時(shí)空演變模式中表現(xiàn)為“全期喪失型”；無(wú)論是“漲勢(shì)”圖譜還是“喪失”圖譜，30 a來(lái)各種土地利用類(lèi)型都有始終保持原來(lái)狀態(tài)不變的區(qū)域，其在吉林省西部1980—2010年土地利用時(shí)空演變模式中表現(xiàn)為“全期穩(wěn)定型”，且穩(wěn)定區(qū)域在整個(gè)圖譜中約占60%。3) 驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果顯示，無(wú)論是自然因子還是人文因子，二者共同影響土地利用格局的變化，而人類(lèi)活動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)對(duì)自然環(huán)境的影響更為劇烈。

研究結(jié)果表明吉林省西部地區(qū)土地利用格局結(jié)構(gòu)日趨不合理，雖然在退耕還林政策下，林地面積不斷增加，但林地在區(qū)域總面積中所占的比例較小，無(wú)法從宏觀(guān)上協(xié)調(diào)土地利用格局，因此區(qū)域土地沙化，鹽堿化，草地退化，濕地破壞依然十分嚴(yán)重。面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題，我們必須要優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，走可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)文明發(fā)展道路。

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Analysis on TUPU and Driving Force of Land Use Pattern Change in the Western Jilin Province

MA Haichao， LIU Jiping

(CollegeofTourismandGeographicalscience,JilinNormalUniversity,Siping,Jilin136000,China)

This research compounded a series of land use pattern change TUPU based on the geographic information TUPU analytic methods, using GIS and Markon model of space probability, spatial data covering three periods from 1980, 1995 to 2010 in the western Jilin Province. The result showed that great changes had taken place on the land-use pattern in the western Jilin Province from 1980 to 2010, resulting in greatly increase of farmland with a net increase of 5 552.3 km2, mainly converted from grassland, sandy soil, saline and alkaline soil, wetland and mainly distributed in the form of strip and block in mideast and northwest in the study area; grassland decreased by 3 708.3 km2accounting for 7.9% of the total area. mainly cultivated as farmland and woodland, sandy soil, saline and alkaline soil and mainly distributed in midwest and northwest of the study area; residential and industrial area greatly increased, mainly distributed in the study area and mining area around the town; undulate change of water area and other useless land distributed in northeast and center of study area; wetland gradually decreased and mainly distributed in northeast and southeast of the study area. Compared with conventional tansfer matrix method, geographic information TUPU advanced in analyzing land-use change, thus demonstrating the spatial distribution of study region and displaying the multi-dimentional spatial information.

geographic information TUPU; land use; GIS ; western Jilin Province;

2014-04-21

2014-05-18

教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(NCET-12),吉林省科技廳項(xiàng)目(20130101097 JC);吉林省教育廳項(xiàng)目(吉教科合字2013第201號(hào))

馬海超(1989—),男,吉林敦化人,碩士研究生，研究方向:資源與環(huán)境信息系統(tǒng)。E-mail:DUNHUA522@163.com

劉吉平(1972—),男,山東定陶人,教授,博士,研究生導(dǎo)師,主要從事濕地變化與環(huán)境效應(yīng)研究。E-mail:liujpjl@163.com

S19

1005-3409(2015)02-0193-07