河北省張家口市土地利用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化

河北省張家口市土地利用結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化

區(qū)域土地利用的變化反映了人類在一定時(shí)期內(nèi)改變區(qū)域土地利用和使用方式的變化，深刻理解和研究了區(qū)域土地利用、土壤侵蝕的變化以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響，對(duì)維持生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地可持續(xù)利用具有重要意義。2005年,國(guó)際地圈—生物圈計(jì)劃(IGBP)和全球變化的人類因果計(jì)劃(IHDP)提出了土地變化科學(xué)的概念,將“土地利用/土地覆被變化(landuseandlandcoverchange,LUCC)”和“全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)(globalchangeinterrestrialecosystemsproject,GCTE)”兩個(gè)核心計(jì)劃整合為“全球土地研究計(jì)劃(globallandproject,GLP)”,指出新時(shí)期土地利用/覆被變化集中研究土地系統(tǒng)變化的原因和性質(zhì)、土地系統(tǒng)變化的后果、土地可持續(xù)性的綜合分析和模擬,并開展典型區(qū)域案例研究,注重快速變化區(qū)和生態(tài)脆弱地區(qū)。張家口市生態(tài)環(huán)境脆弱,自然災(zāi)害頻發(fā),土地利用粗放,人地矛盾突出,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低下,是土地利用變化科學(xué)最為關(guān)注的熱點(diǎn)地區(qū),是土地利用變化的敏感區(qū)域,也是全球環(huán)境響應(yīng)比較突出的區(qū)域;同時(shí)該地區(qū)又地處京津上風(fēng)向和上水源,是京津的生態(tài)屏障、供水水源地,與京津存在著密切的資源環(huán)境和發(fā)展關(guān)系。隨著國(guó)家“十一五”規(guī)劃對(duì)區(qū)域統(tǒng)籌的推進(jìn),京津冀一體化和區(qū)域協(xié)作發(fā)展成為區(qū)域統(tǒng)籌的焦點(diǎn)之一,張家口市迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇,城市化和工業(yè)化進(jìn)程加速,各業(yè)用地需求增加,土地資源供需矛盾進(jìn)一步加劇。因此,本文以張家口市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和景觀生態(tài)學(xué)方法,系統(tǒng)分析張家口市1996—2008年土地利用結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)變化特征,明確其變化的主要類型,揭示土地利用變化過(guò)程及其演化規(guī)律,為該區(qū)域土地管理決策和土地資源可持續(xù)利用供科學(xué)依據(jù)。1陰山山地景觀區(qū)張家口市地處河北省西北部,總面積3.68×104km2。全市地勢(shì)西北高、東南低,陰山山脈橫貫中部,將全市劃分為壩上、壩下2個(gè)自然地理區(qū)域。沽源、康保、張北、尚義4縣為壩上高原,屬內(nèi)蒙古高原南緣,該區(qū)域海拔1300～1600m,南高北低,地勢(shì)較平坦,草原廣闊,多內(nèi)陸湖泊(淖),崗梁、湖泊、灘地和草坡、草灘相間分布,是典型的波狀高原景觀。南部壩下4區(qū)9縣,地處華北平原和內(nèi)蒙古高原的過(guò)渡帶,海拔500～1200m,該區(qū)域地形復(fù)雜,山巒起伏,丘陵與河谷盆地相間分布,河川占24.5%,丘陵占18.7%,山區(qū)占56.8%。張家口市屬大陸性氣候,全市年平均氣溫7.8℃,全市年平均降水量349.7mm。2008年末總?cè)丝?59.67萬(wàn)人,GDP720.37億元。張家口市主要土地利用類型為耕地、林地、草地、未利用地,2008年4種土地利用類型分別占張家口土地面積的23.44%,27.86%,14.03%和25.89%。2土地利用類型分類本文數(shù)據(jù)主要為張家口市1996—2008年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》分類標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合研究區(qū)土地利用方式和特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)一化,將張家口市土地利用類型分為耕地、園地、林地、草地、水域、居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地及未利用地8個(gè)1級(jí)地類,48個(gè)2級(jí)地類。(1)土地利用面積土地利用面積變化貢獻(xiàn)率是指某2級(jí)地類面積變化量占所對(duì)應(yīng)的1級(jí)地類面積變化的比重。其計(jì)算公式如下:V=U′im-UimUi′-Ui×100%(1)式中:V——土地利用面積變化貢獻(xiàn)率(%);Ui′——研究期末i類1級(jí)地類的面積(hm2);Ui——研究期初i類1級(jí)地類的面積;Uim′——研究期末i類1級(jí)地類中第m種2級(jí)地類的面積;Uim——研究期初i類1級(jí)地類中第m種2級(jí)地類的面積;m——某1級(jí)地類中包含的2級(jí)地類;i——某1級(jí)地類。下同。V取正值表示2級(jí)地類與對(duì)應(yīng)1級(jí)地類面積變化正相關(guān),反之,負(fù)相關(guān);V取值大于100%,表示該2級(jí)地類面積變化大于對(duì)應(yīng)1級(jí)地類的面積變化。(2)土地利用變化綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可描述土地利用變化總速度,是研究區(qū)土地利用變化的綜合表現(xiàn)。單一土地利用動(dòng)態(tài)度表示研究期內(nèi)某一種特定土地利用類型的變化速度。綜合土地利用動(dòng)態(tài)度和單一土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算公式見文獻(xiàn)。(3)土地利用結(jié)構(gòu)均衡性指數(shù)h信息熵是系統(tǒng)復(fù)雜性與均衡性的測(cè)度,可度量土地利用系統(tǒng)的復(fù)雜程度和有序度。一般情況下,信息熵越小,系統(tǒng)越有序,反之系統(tǒng)就越無(wú)序。土地利用結(jié)構(gòu)信息熵一般采用以e為底的自然對(duì)數(shù),其函數(shù)表達(dá)式為:Η=-Ν∑i=1ΡilnΡi(2)式中:H——信息熵指數(shù);Pi——研究區(qū)內(nèi)第i種1級(jí)地類土地面積占該區(qū)域土地總面積的百分比;N——區(qū)域1級(jí)地類數(shù)量。下同。土地利用信息熵不具有絕對(duì)的可比性,引入均衡度的概念動(dòng)態(tài)模擬土地利用變化,其計(jì)算公式如下:J=Η/Ηmax=-Ν∑i=1ΡilnΡi/lnΝ(3)式中:J——土地利用均衡度;H——信息熵;Hmax——信息熵的最大值。下同。因H≤Hmax,因此J的變化區(qū)間為,J越大,表明該地區(qū)不同職能的土地利用類型越多,各類用地的面積相差越小,土地利用結(jié)構(gòu)均衡性越強(qiáng)。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)用于測(cè)度不同時(shí)期土地利用結(jié)構(gòu)中一種或少數(shù)幾種土地利用類型占據(jù)支配地位的程度。優(yōu)勢(shì)度值越大,表示景觀結(jié)構(gòu)受一種或少數(shù)幾種景觀類型支配的程度越大,其計(jì)算公式如下:Q=1-J(4)式中:Q——土地利用優(yōu)勢(shì)度。(4)土地利用多樣性指數(shù)吉布斯·馬丁多樣化指數(shù)(GMa)表示土地類型的齊全程度或多樣化狀況,其計(jì)算公式如下:GΜa=1-Ν∑i=1U2ai(Ν∑i=1Uai)2(5)式中:GMa——第a年張家口市土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化指數(shù);Uai——第a年張家口市第i類1級(jí)地類面積(a為1996,2000,2005,2006,2007,2008年)。(5)土地利用結(jié)構(gòu)集中化指數(shù)a集中化指數(shù)是定量分析區(qū)域土地利用集中化程度的一個(gè)指標(biāo),用于反映不同時(shí)期研究區(qū)各類土地利用所處的區(qū)位優(yōu)勢(shì)狀況,其計(jì)算公式如下:Ιa=Aa-RΜ-R(6)式中:Ia——第a年研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)集中化指數(shù);Aa——第a年研究區(qū)各土地利用類型累計(jì)百分比之和;M——研究區(qū)土地利用類型完全集中為一種時(shí)累計(jì)百分比之和(本文為800%);R——基準(zhǔn)年研究區(qū)各土地利用類型面積之和的累計(jì)百分比之和(本文基準(zhǔn)年為2008年,R為962.96%)。3結(jié)果與分析3.1土地資源及生產(chǎn)利用量以提高由表1可知,張家口市主要土地利用類型為耕地、林地、牧草地及未利用地,4種土地利用類型占到張家口市土地總面積的92%左右。其中耕地、林地、牧草地3者占土地總面積的比例由1996年的61.6%增加到2008年的66.3%,未利用地由1996年的30.31%減少到2008年的25.89%,園地、水域、居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地4地類之和僅占張家口市土地總面積的8%左右。1996—2008年,園地、林地、草地、居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地均在增加。耕地、水域和未利用地均在減少。期間,林地變化最為顯著,林地面積增加了364597.27hm2,占張家口市面積比例增加9.91%;其次是耕地,耕地減少269498.67hm2,占張家口市面積比例減少7.32%;園地和草地分別增加16912.87hm2和43402.33hm2,所占比例分別增加0.46%和1.18%;居民點(diǎn)及工礦用地和交通用地面積增加較小,水域減少2162.53hm2,所占比例下降0.06%。可見,1996—2008年張家口市土地利用結(jié)構(gòu)特征為:(1)耕地、林地、草地和未利用地是張家口市主要土地利用類型,構(gòu)成張家口市土地利用的基本格局;(2)1996—2008年,張家口市土地利用結(jié)構(gòu)變化特征主要表現(xiàn)為耕地和未利用地減少,生態(tài)用地(林地、草地)和建設(shè)用地(居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地)增加;(3)未利用地面積較大,而居民點(diǎn)及工礦、交通用地面積較小。這與張家口市所處的山地、丘陵、河谷盆地的地貌類型以及較低的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素密切相關(guān)。3.2社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀基于對(duì)表1張家口市土地利用變化總體特征的分析,采用土地利用面積變化貢獻(xiàn)率方法,對(duì)1級(jí)地類土地利用變化的貢獻(xiàn)率進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果見表2。由表2可見,1996—2008年,旱地和灌溉水田面積在減少,與耕地面積變化呈正相關(guān),而水澆地和菜地面積在增加,與耕地面積變化負(fù)相關(guān)。其中,旱地減少最多,對(duì)耕地變化貢獻(xiàn)率最大,為108.39%。水澆地增加22160.01hm2,對(duì)耕地變化的貢獻(xiàn)率為-8.22%。菜地與灌溉水田對(duì)耕地面積變化貢獻(xiàn)率較小,分別為-0.29%和0.13%。可見,張家口市耕地面積減少主要是由旱地減少所致。在林地組成中,有林地、灌木林、疏林地、未成林造林地、苗圃均在增加,僅跡地面積略有減小。期間,未成林造林地增加307603.91hm2,對(duì)林地面積增加貢獻(xiàn)率最大為84.37%;其次為灌木林,灌木林增加39102.21hm2,對(duì)林地面積增加貢獻(xiàn)率為10.72%。近年來(lái),張家口市先后實(shí)施了退耕還林、京津風(fēng)沙源治理、“三北”防護(hù)林低質(zhì)林改造、森林撫育等國(guó)家和省重點(diǎn)生態(tài)工程項(xiàng)目,導(dǎo)致未成林造林地、有林地、灌木林、疏林地、苗圃等地類面積增加,而跡地面積在減小。期間林地的變化貢獻(xiàn)率依次為:未成林造林地(84.37%)>灌木林(10.72%)>有林地(4.77%)>疏林地(0.13%)>苗圃(0.06%)>跡地(-0.05%)。隨著張家口市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,土地需求增加,未利用地被逐步開發(fā),面積大幅度減少,其中荒草地減少面積最大,期間荒草地減少150753.80hm2,占未利用地減少面積的92.67%。裸巖、石礫地和鹽堿地分別減少7438.47,2969.03hm2,對(duì)未利用地減少的貢獻(xiàn)率分別為4.57%和1.83%。沙地、裸土地、田坎減少面積均較小,對(duì)未利用地減少貢獻(xiàn)率分別為0.2%,0.25%和0.56%。交通用地中公路對(duì)其變化貢獻(xiàn)率最大為91.62%;其次是鐵路為6.64%;農(nóng)村道路與管道運(yùn)輸分別為1.70%和0.05%。近年來(lái),隨著張家口市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及與京津冀周邊地區(qū)聯(lián)系的日益緊密,相繼建成了京新、張石、張承、張涿等高速公路和張集、張?zhí)畦F路,并對(duì)部分國(guó)省干線公路進(jìn)行了升級(jí)改造,導(dǎo)致公路、鐵路面積增加,交通用地面積大幅度上升。在居民點(diǎn)與工礦用地組成中,各2級(jí)地類面積均在增加,其中獨(dú)立工礦和建制鎮(zhèn)增加面積最大,對(duì)居民點(diǎn)及工礦用地的變化貢獻(xiàn)率也最大,分別為41.47%和29.63%。其次是農(nóng)村居民點(diǎn)和城市用地,對(duì)居民點(diǎn)與工礦用地的變化貢獻(xiàn)率分別為9.15%和8.91%。張家口市地處內(nèi)蒙地軸、華北陸臺(tái)和山西地臺(tái)3大穩(wěn)定地塊的接合帶,孕育著豐富的礦產(chǎn)資源,采礦業(yè)是張家口市的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。近年來(lái),張家口市“4+3”現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)品精深加工規(guī)劃的實(shí)施,導(dǎo)致采礦業(yè)開發(fā)力度不斷加大,獨(dú)立工礦所占面積不斷擴(kuò)大。此外,隨著新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn),通過(guò)縣城擴(kuò)容、中心鎮(zhèn)擴(kuò)大、中心村擴(kuò)并等途徑,張家口市城市化率不斷提高,城鎮(zhèn)面積不斷增加?！稄埣铱谑袊?guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》明確提出要將城市化率由現(xiàn)在的45.5%提升到規(guī)劃期末的54%,建制鎮(zhèn)及城市用地將進(jìn)一步增加。3.3不同用地的土地利用變化1996—2008年張家口市綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.98%,表明張家口市土地利用變化較劇烈。研究期內(nèi)各種土地利用類型的土地利用動(dòng)態(tài)度見表3。林地、園地、交通用地、牧草地、居民點(diǎn)及工礦用地呈現(xiàn)正向變化速率,表明研究期內(nèi)其面積呈現(xiàn)增加趨勢(shì),而耕地、未利用地、水域呈現(xiàn)負(fù)向變化速率,表明研究期內(nèi)其面積在減少。其中林地的變化率與土地利用動(dòng)態(tài)度最大,分別為55.16%和4.60%;其次為耕地,分別為(-23.80%)和(-1.98%);園地位居第3,期間增加20.89%,土地利用動(dòng)態(tài)度為1.74%;水域的變化幅度最小,期間水域面積減小2.74%,土地利用動(dòng)態(tài)度為(-0.23%)。3.4均衡度與優(yōu)勢(shì)度由表4可見,1996—2008年,張家口市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵總體上呈上升趨勢(shì),信息熵由1996年的1.608上升到2008年的1.652。均衡度呈現(xiàn)出與信息熵同樣的變化趨勢(shì),由1996年的0.773增加到2008年的0.794。而優(yōu)勢(shì)度則呈現(xiàn)與信息熵與均衡度相反的變化趨勢(shì),由1996年的0.227減少到2008年的0.206。可見,張家口市土地利用結(jié)構(gòu)由有序向無(wú)序方向發(fā)展,土地利用結(jié)構(gòu)均衡性增強(qiáng),土地利用優(yōu)勢(shì)度減小。3.5土地利用的多樣性1996-2008年張家口市土地利用結(jié)構(gòu)多樣化與集中化指數(shù)如圖1所示。圖1可知,從總體上看,1996—2008年,張家口市土地利用結(jié)構(gòu)多樣化指數(shù)在增加,集中化指數(shù)在減小,多樣化指數(shù)由1996年的0.7692增加到2008年的0.7786,集中化指數(shù)由1996年的0.1011減小到2008年的0,兩者呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。這表明研究期內(nèi)張家口市土地利用結(jié)構(gòu)趨于多樣性,土地利用類型集中化程度在降低。這主要是隨著張家口市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家相關(guān)生態(tài)工程項(xiàng)目的實(shí)施以及經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng),各種用地需求不斷增加,導(dǎo)致耕地和未利用地大幅度減少,園地、林地和草地大幅度增加,居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地不斷擴(kuò)大,土地利用方式呈現(xiàn)多樣化。4土地利用的多樣性(1)耕地、林地、草地、未利用地是張家口市的主要土地利用類型,四者之和占張家口市土地面積的92%左右,構(gòu)成了張家口市土地利用結(jié)構(gòu)的基