2024年3月17日发(作者：卿友安)
第21卷 第11期
2007年11月
干 旱 区 资 源 与 环 境
JournalofAridLandResourcesandEnvironment
Vo.l21 No.11
Nov.2007
文章编号:1003-7578(2007)11-068-07
*
近50年来霍林河流域下游沿岸土地利用变化过程
卢晓宁, 邓 伟, 张树清, 熊东红, 信 欣
3.中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春 130012)
1,32121
(1.成都信息工程学院,成都 610225; 2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,成都 610041;
提 要:本文以干旱半干旱脆弱区霍林河流域下游沿岸为研究靶区,利用1954和1964年
地形图,1986、1996和2000年的TM遥感影像作为基本信息源,在GIS支持下,建立土地利用
空间数据库,通过分析不同时段各土地利用类型的动态变化及其转换过程,揭示近50年来霍
林河流域下游沿岸土地利用变化过程及其规律。研究得出,耕地和草地是霍林河流域下游沿
岸的主要土地利用类型,次之为盐碱地,湿地和林地比重较小,人居地和沙裸地最小。计算土
地利用动态度进行土地利用变化的数量分析发现,各土地利用类型之间以及同一土地利用类
型在不同的研究时段都呈现出显著差异的速度变化,表现在速度变化的绝对量上、速度变化的
方向上和土地利用综合动态度上,耕地和草地始终相反的速度变化方向说明二者之间存在密
切的相互转换关系,而人居地和盐碱地始终一致的速度变化方向则说明人类干扰活动是研究
区盐碱地面积扩张变化的一个主要因素。土地利用转换分析显示,霍林河流域下游沿岸各土
地利用类型稳定性排序为耕地>湿地>人居地>盐碱地>林地>草地>沙裸地,它们之间的
转换变化具有显著的差异性,同一土地利用类型在转出和转入土地利用类型及其转换量上的
表现不同,且随时间推移亦发生变化,且这种转换变化在区域分布及空间构型上存在差异。转
出的减少作用和转入的增加作用相叠加决定着研究区不同时段各土地利用类型的动态变化。
关键词:霍林河;土地利用;动态度;数量变化;累积转换概率;GIS
中图分类号:P931.7 文献标识码:A
在全球环境演变加速进行的形势下,土地利用/覆被变化尤为突出,目前成为全球变化研究的一
个热点。霍林河流域下游地处松嫩平原西南部,地势平坦,形成面积广泛的洪泛湿地,科尔沁、向
海和查干湖湿地位于该区域,它们对调节区域气候、调节径流、维护生物多样性起重要作用。然而,
近几十年来,受气候变化和人类活动干扰的影响,以及本区半干旱和脆弱的自然条件,致使流域生
态环境显著恶化,盐碱化、荒漠化迅速发展,威胁生态安全,影响区域经济、社会、环境的可持续发
[2,3]
展。因此有必要加强对干旱半干旱脆弱区霍林河流域下游沿岸土地利用变化的研究。本文借
助遥感和GIS技术,重点分析流域1954~2000年的土地利用动态变化和转换过程,寻找近50年来
霍林河流域下游沿岸土地利用变化的规律,这对该区土地管理、生态环境整治和恢复、土地可持续
利用均具有重要意义。
[1]
1霍林河流域概况
霍林河是松花江流域嫩江水系的一级支流,发源于内蒙古扎鲁特旗德鲁特勒罕山北麓,海拔高程
2
1439m,全长约590km,流域面积36623km。流域西部为大兴安岭南端东麓的低山丘陵区,向东过渡为松
辽平原地带,受新构造运动影响,上游山区持续抬升,中下游平原以沉降为主,形成隆状沙丘与垄间洼地
*
收稿日期:2006-9-21。
基金项目:国家自然科学基金"三江平原典型类型沼泽湿地界面水通量模拟研究"项目(40171017)资助。
作者简介:卢晓宁(1980-),女,山东省青岛人,博士研究生,主要从事水文、水资源与水环境方面研究。
E-mai:llxn801012@
第11期卢晓宁等 近50年来霍林河流域下游沿岸土地利用变化过程#69#
交错相间排列的微地貌格局,从而发育了面积广泛的沼泽和湖泡,有科尔沁、向海和查干湖湿地,其中向
海为国际重要湿地。气候上属北温带大陆性季风气候,年均气温4.6~5.6e;年降水量一般低于400mm,
远小于蒸发量,水资源较为缺乏,一般年份霍林河为内陆无尾河。土壤类型主要有黑钙土、淡黑钙土、风
沙土、盐渍土、草甸土和沼泽土。植被包括草甸植被、草原植被、沼泽植被、盐生植被、碱生植被和沙地植
被。本文选择霍林河流域下游沿岸地区作为研究靶区(图1),在行政区划上主要包括吉林省的通榆县、乾
安县、洮南市、大安市、前郭尔和长岭县,还有内蒙古的科右中旗部分。多年来,由于人类活动对自然环境
干扰强度不断增大,诸如过度放牧、垦草为田以及一些水利工程带来的负面效应,致使霍林河流域下游土
壤盐渍化程度日益严重,碱斑地面积迅速扩大。在沙质草地上,由于植被受到破坏,土地沙化也十分严
重。干旱化、土地盐碱化、沙化和草地退化,使该区农牧业的发展受到严重阻碍,亟待研究解决。
2
2.1
研究方法
地表覆被分类系统
[4,5]
参照国内外主要土地分类系统,结
合本研究目的及研究区野外调查实际情
况,在综合各种类型的基础上,将霍林河流
域下游沿岸土地利用类型分为7大类,具
体为耕地、林地、草地、湿地、人居地、盐碱
地和沙裸地,这里的耕地指旱地,湿地则包
括河流、湖泊、沼泽、滩地自然湿地型和水
库坑塘和水田人工湿地型,沙裸地则是以
沙地为主,这一分类系统在宏观上能够全
面反映霍林河流域下游土地利用/覆被特
征。
2.2数据源及数据处理
用于提取研究区土地利用类型的数据源包括1954年(1B10万)、1964年(1B5万)地形图,1986、
1996和2000年的Landsat/TM遥感影像数据,GPS野外调查获取的研究区土地利用/土地覆被变化状况材
料及自然地理基础资料。
数据源不同,数据处理方式不同。对于遥感影像数据源,先对2000年的TM数据进行几何纠正,再以
纠正好的2000年TM影像为基准,采用影像对影像的方式分别纠正1996和1986年的遥感影像。在对遥
感影像进行增强变换的基础上,选取TM453波段进行假彩色合成,依据霍林河流域下游相关土地利用类
型的解译标志,在ARCVIEW支持下,获得研究区2000年土地利用/土地覆被信息。以2000年数据为基
础,将其叠加到1986和1996年影像之上,分别与2000年影像对比,勾绘出土地利用类型相对于2000年
发生变化的斑块,从而生成各时期的土地利用现状图。地形图土地利用数据的提取依据各类型的明显边
界、地类界,无地类界的沿最低等高线进行勾绘。将上述各时期土地利用数据在ARC/INFO环境下存为
COVERAGE文件格式,建立霍林河流域下游不同时期的土地利用现状图形数据库和相应的50mGRID分
析数据。
图1 研究区在霍林河流域的位置示意图
Fig.1 Sketchmapofstudyarealocatedin
theHuolinrivercatchment
3土地利用动态变化过程
解译得到的研究区不同时期土地利用现状图(图略),由表1可以看出耕地和草地是霍林河流域下游
沿岸的主要土地利用类型,两者平均占到研究区总面积的63.83%,次之为盐碱地,占到研究区总面积的
17.32%,且该种土地利用类型在2000年超过草地的比重,占到研究区总面积的25.52%,成为继耕地之
后的研究区第二大土地利用类型。湿地和林地作为研究区重要的生态优化土地利用类型,以湿地发挥的
功能较大,所占面积占到研究区总面积的12.07%,林地仅占到4.29%。研究区内人居地面积平均只有
202.25km,占到研究区总面积的1.52%,这在一定程度上说明研究区城市化水平相对较低。沙裸地面积
的增长变化说明研究区沙化状况有加重的趋势,但总体而言沙化程度仍较轻,仅占到研究总面积的0.
97%,具有较大的改善空间。
2
#70#
3.1土地利用变化的数量分析
干 旱 区 资 源 与 环 境第21卷
表1 霍林河流域下游沿岸各土地利用类型动态变化(%)
Tab.1 Land-usedynamicchangesalongthelowerreachesofHuolinriver
地类
耕 地
林 地
草 地
湿 地
人居地
盐碱地
沙裸地
综合动态度
1954-1964
-5.15
154.93
2.91
-0.22
3.57
5.93
-5.98
2.81
1964-1986
2.56
-3.10
-1.24
-1.82
7.94
2.41
37.54
1.21
1986-1996
-0.42
9.37
2.97
1.85
-0.17
-5.02
5.29
1.94
1996-2000
5.04
11.93
-12.59
-3.92
0.91
28.77
-13.12
4.30
绝对均值
3.29
44.83
4.93
1.95
3.15
10.53
15.48
2.57
土地利用的数量变化通常可以用土地利用动态来表示,它包括单一土地利用类型动态度和综合土地
利用类型动态度,前者表达的是某一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况,后者则是可以从
总量上反映研究区内综合土地利用的数量变化信息。土地利用动态度定量描述了土地利用的变化程度
和变化速度,对预测未来土地利用趋势有积极的作用。其表达式分别为:
k=(U
b
-U
a
)/U
b
/T@100%
LC=
(1)
(2)
E
vLU
i-j
/
E
LU
i
/2/T
i=1i=1
nj
@100%
式中:k为研究时段内某一土地利用类型动态度;U
a
,U
b
分别为研究初和研究末期某一种土地利
用类型的数量;T为研究时段长;LC为研究时段内综合土地利用动态度;LU
i
为监测起始时间第i类
土地利用类型面积;vLU
i-j
为监测时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对
值;当T的时段设定为年时,k的值为该研究区某种土地利用类型年变率,LC的值为该研究区土地
[6,7]
利用年变化率。
由表1中可看出,各土地利用类型之间以及同一土地利用类型在不同的研究时段都呈现出显著
差异的速度变化,表现在其量值及方向上。从各土地利用类型变化速度的绝对量上看,以林地最
高,绝对均值达到44.83%,这主要是受其在1954~1964年突出的面积增长所致,次之沙裸地和盐
碱地,指示出两种土地利用类型较强的敏感性;研究时期内面积变化最为缓慢的为湿地,次之为人
居地和耕地,草地居中。从各土地利用类型数量变化的方向上看,耕地和草地作为研究区面积最大
的两种土地利用类型,呈现出相反的正负交替的速度变化,这在一定程度上说明了两者之间密切的
相互转换关系。人居地和盐碱地在研究时期的每一阶段都表现出一致的速度变化方向,两者只在
1986~1996年间向面积减少的方向变化,其余阶段都呈现出增长变化,从而整个时段上人居地和盐碱
地以增长的趋势主导,这意味着盐碱地的扩张与人类活动关系密切。林地则只在1964~1986年间表
现出面积减少的变化,且减少的速率很低,为其在各个阶段中速率的最低值,因此呈现出最为显著的面
积增长变化趋势。湿地作为研究区重要的生态保育类型,在整个研究时段内以面积减少的变化主导,
仅在1986~1996年间略有扩张。综合动态度分析显示,不同时段,以1996~2000年间研究区土地利
用变化最为剧烈,年变率达到4.30%,盐碱地、湿地、林地和耕地在这一时段都呈现出很高的年变率,
虽然变化的方向不一致。1964~1986年研究区土地利用综合动态度达到各阶段中的最低值,表现在
林地、草地和盐碱地均达到其年变率的最低值,耕地的增长速度也很缓慢,说明该时段研究区土地利用
整体比较稳定。由此可以得出,各土地利用类型以林地变化最为剧烈,呈现出快速的面积增长变化;湿
地的变化最为平缓,整个时段内呈现出缓慢的面积萎缩变化;耕地与草地之间相反的数量变化方向说
明二者之间存在密切的相互转化关系;人居地与盐碱地一致的数量变化方向则指示着人类活动是研究
区盐碱地面积扩张的一个主要影响因素;研究不同时段,以1996~2000年间,研究区整体土地利用变
化最为剧烈,1964~1986年间,研究区整体土地利用比较稳定,且随着时间推移,研究区整体土地利用
变化程度有加剧的趋势,这在一定程度上说明人类活动对区域土地利用/土地覆被的作用愈来愈显著。
3.2土地利用类型转换分析
土地利用转换分析是将不同时期50m删格数据,在ArcView3.3平台支持下执行tabulatearea操作,
获取不同时段各土地利用类型的转换矩阵。由于研究时段较多,在分析各土地利用类型之间的转换时,
为避免某些时段可能与其它时段有逆换的现象,这里引入累计转换量
[8]
,就是用各时段各土地利用类型
第11期卢晓宁等 近50年来霍林河流域下游沿岸土地利用变化过程#71#
之间转换之和来反映研究时段内土地利用类型转换的趋势,详见如下(3)式,它表示研究时期的各个时段
一种土地利用类型转为另一种土地利用类型的面积之和与研究区总土地面积之商,这里采用总土地面
积,而不用各个土地利用类型面积是为了使各土地利用类型之间在数量上更有可比性。
n
P
ij
=(
E
S
ij
/S%
总
)@100
i=1
(3)
式中:P
ij
为i类土地利用类型向j类土地利用类型的累计转换率;、ij表示研究区内土地利用类型;S
ij
为某一时段i土地利用类型向j土地利用类型转换的面积;n为时段;S
总
为研究区土地总面积。
受文章篇幅的限制,不同时期各土地利用类型之间的转换概率矩阵不予给出,仅提供由上式(3)计算
得到的各土地利用类型之间的累积转换概率(表2)。转换分析发现,霍林河流域下游沿岸各土地利用类
型之间的转换变化具有显著的差异性,同一土地利用类型在转出和转入土地利用类型及其转换量上的表
现不同,且随时间推移亦发生变化,转出的减少作用和转入的增加作用相叠加决定着研究区不同时段各
土地利用类型的动态变化。
表2 霍林河流域下游沿岸地区各土地利用类型累计转移概率(%)
Tab.2 Accumulationtransitionofvariouslanduse
1954-2000
耕 地
林 地
草 地
湿 地
人居地
盐碱地
沙裸地
耕地
78.02
4.46
30.40
2.02
0.68
2.98
0.30
林地
7.13
5.99
6.50
0.50
0.09
0.40
0.40
草地
29.70
3.44
68.15
6.84
0.35
16.84
1.83
湿地
2.12
0.20
7.03
27.96
0.05
7.09
0.23
人居地
1.51
0.15
1.05
0.12
3.89
0.26
0.01
盐碱地
5.23
0.34
23.91
13.43
0.36
32.88
0.65
沙裸地
0.43
0.16
2.55
0.28
0.01
0.61
0.46
耕地作为研究区的主导土地利用类型,表现出最高的稳定性,其维持自身土地利用类型比例平均有
65.35%,且在1996~2000年间出现最高值,未发生转换的耕地面积占到1996年耕地面积的89.69%。耕
地向其它土地利用类型转换输出量小,并且以向草地的转换输出占绝对比重,整个研究时段内平均有21.
96%的弃耕地演变为草地,1954~1964年间耕地向草地的转换量出现最高值,在区域上主要集中于研究
区吉林省境内的洮南市和通榆县,空间上呈现出连续的面状格局。其它土地利用类型向耕地的转换输入
量高,这主要是受人类活动的强烈影响,为满足人类日益增长的粮食需求,大面积的草地被开垦为耕地,
2
研究区耕地面积的25.01%是由草地转换输入而来,转换输入面积累计达到4054.85km,累计转换量占到
研究区总面积的30.40%,且在空间构型上呈连续的面状格局,在区域上以研究区中部的转换变化最为集
中,这一转换量随时间推移呈现出递增的趋势,说明随着社会对谷物需求量的增长,人类开垦草地资源的
程度在加强。
林地在整个研究时期内以其它地类的转换输入变化为主,贡献量最大的为耕地和草地,而林地
向其它地类的转换输出变化只突出表现在1964~1986年,这是研究区林地面积整体呈现出增长变
化的主要原因。研究时期内累计有950.69km的弃耕地和866.68km的草地转换为林地,其它地类
2
向林地的转换输入面积之和累计仅有185.56km,不及二者贡献量的10.21%,且耕地向林地的转
换在空间上零散分布于研究区中部的洮南市、通榆县境内,草地向林地的转换则主要发生在通榆县
境内,1986~1996年间且其境内的向海保护区有集中成片的草地演变为林地,1996~2000年间发
生这种转换变化的区域集中于研究区通榆县西部。1964~1986年研究区林地呈现出被人为开垦为
耕地及退化为草地的转换输出变化,该时段有92.74%的林地转换为其它地类,其中的49.65%被
人为开垦为耕地,41.92%则退化为草地,仅向二者的转换输出导致其面积减少838.02km,而同期
只有241.30km的其它地类发生向林地的转换输入变化,林地高的输出转换量和低的输入转换量是
导致该时段林地面积锐减的主要原因。在空间布局上,林地转换为耕地的部分呈现出环居民点的空
间格局,向草地退化的部分分布零散,主要集中于研究区中部的通榆县和洮南市境内,科右中旗北
部边界亦有大片林地退化为草地。
草地作为研究区第二大土地利用类型,稳定性相对而言较低,平均保持50.07%的不变率。其在整个
研究时期内呈现出面积增减交替的波动变化,是由其不同阶段输入和输出作用的强度差异所致。1954~
1964年和1986~1996年草地面积的增长变化以耕地的输入作用占绝对优势,盐碱地和湿地所占比重也
较大,两时段其它地类向草地的转换输入量累计有5677.86km,其中96.36%来自于三者的输入贡献,与
2
2
2
22
#72#干 旱 区 资 源 与 环 境
2
第21卷
此同时草地向其它地类的转换输出量仅有3290.36km,因此以其它地类向草地的输入作用占支配地位。
1964~1986年和1996~2000年间大面积的草地被开垦为耕地和盐碱地,两时段累计有6237.48km的草
地发生向其它地类的转换,其中44.45%转换为耕地,41.01%转换为盐碱地,此时其它地类向草地的输入
量仅有2191.86km,亦以耕地、盐碱地的贡献量最大,湿地转换输入的比例亦较高。随着时间推移,草地
趋向于盐碱地的比例逐渐增长,到1996~2000年间,草地向盐碱地的转换量远远超过向耕地的转换量,前
者为后者1.66倍,达到1653.76km,且在空间上呈现出沿霍林河河道的带状及环草地边缘的环状结构,
区域上集中于研究区通榆县、洮南市西部及大安和前郭境内。与此同时,其它土地利用类型在该时段向
草地的转换输入量只有475.97km,仅及草地向其它地类转换输出量的15.64%,导致该时段草地面积锐
减,盐碱地面积激增,后者最终取代前者,成为研究区继耕地之后的第二大土地利用类型。
研究时期内,大面积的湿地演变为盐碱地和草地,也有一定比例被开垦为耕地,向三种地类的平均转
22
换比例分别为23.84%、12.45%、3.75%。1954~2000年的47年间,累计有1791.52km和912.15km的
湿地分别退化为盐碱地和草地,与此同时,仅有945.08km和937.08km的盐碱地和草地演变为湿地,导
致整个研究时期内湿地面积呈现出减少的变化趋势,但其维持自身土地利用类型的比例却呈持续上升态
势,这说明随着研究区内湿地面积萎缩,湿地稳定性逐渐增强。湿地的这种退化现象在1964~1986年间
表现最为突出,该时段仅有43.79%的湿地维持其自身湿地类型,这部分较稳定的湿地分布于霍林河河道
附近,向海保护区境内及研究区西部的一些较大的湖泡,其余1149.45km的湿地转换为其它地类,其中
64.58%退化为盐碱地,面积达到742.26km,主要发生在干涸的霍林河河道,及一些孤立的湖泡周边,与
2
此同时其它土地利用类型在这一时段向湿地的转换量很小,只有1228.95km,仅占到整个研究时期各土
地利用类型向湿地转换输入总面积的20.62%,较高的转换输出量叠加上较小的转换输入量,导致研究区
湿地面积在这一时段迅速下降。1986~1996年间发生较大面积的其它土地利用类型向湿地的转换,10间
2
累计转换输入面积有1322.55km,其中24.28%来自于盐碱地,10.15%来自于草地,此期间只有275.
15km的湿地发生向其它地类的转换,导致该时段研究区湿地面积呈现出增长变化,研究区湿地面积的增
长是由盐碱地和草地转换输入所致,前者向湿地的转换在空间上呈明显的绕湖泡及沿霍林河的环带和条
带状结构,主要集中于研究区的大安和乾安市境内,通榆县境内的霍林河北支南岸亦有一明显的条带;后
者向湿地的转换主要集中于通榆县东北部的向海保护区境内,空间上无明显构型。
人居地一旦建立就表现出很强的稳定性,计算得到其向其它土地利用类型转换的比例平均仅为41.
31%,而以其它土地利用类型向人居地转换输入为主,其中贡献量最大的为耕地和草地,造成研究区人居
地面积的显著扩张变化。为满足粮食需求,人类开垦草地转为耕地,随着人口增长,耕地的区位优势导致
其进一步被开发利用,转换为人居地,研究时期内累计有201.95km的耕地被开发利用为居民地,环境条
件优越的草地也常被直接用于人类定居,1954~2000年共计有139.66km的草地被开辟为人居地。人居
地的这种显著扩张变化突出表现在1964~1986年,该时段通榆县人口快速增长,由1964年的20.15万人
22
增长为1986年的31.78万人,年均递增5287人,造成96.57km耕地和98.91km的草地被用于扩张人口
的定居,还有18.58km的林地被砍伐。耕地向人居地的转换主要发生在研究区的中西部,而草地向人居
地转换则偏研究区的中东部。
盐碱地作为霍林河流域生态环境恶化的指示土地利用类型,随着流域人口增长及人类用地面积的扩
张,在研究时期内呈现出显著的增长变化趋势,主要是由于对生态环境具有优化作用的草地和湿地受流
域气候干旱及人类活动的强烈干扰影响,发生大面积地向盐碱地的退化变化,也有较大面积的耕地演变
为盐碱地。研究时期内,累计有3189.68km和1791.52km的草地和湿地演变为盐碱地,还有698.04km
的耕地转换为盐碱地,其它土地利用类型向盐碱地的转换量相对而言较小。盐碱地的这种扩张变化在
1996~2000年间表现最为显著,短短的4年间,研究区盐碱地面积增长了1821.44km,超过了草地的面
积,成为居耕地之后的研究区第二大土地利用类型。该时段盐碱地面积的增长,94.47%来源于草地的转
换输入,在空间上呈现出沿霍林河河道及绕湖泡边缘的带状和环带状格局,区域上集中于研究区通榆县
东部、大安市境内;此外,还有16.84%受湿地转换输入控制,这一部分在空间构型上呈现出围绕湖泡边缘
的环带状结构,区域上集中于研究区东部的大安市及乾安市境内的湖泡周边,通榆县境内的向海保护区
内也有零散斑块出现。在水源条件明显改善的情况下,盐碱地也会反向朝向草地和湿地演化,这种指示
2
生态环境明显改善的变化突出表现在1986~1996年间,该时段内有2246.04km的盐碱地转换为草地,亦
主要发生在霍林河河道边缘,还有814.50km转换为湿地,在空间构型上以环带状为主,还有一明显的条
2
2
222
2
2
2
2
2
2
22
2
2
2
2
第11期卢晓宁等 近50年来霍林河流域下游沿岸土地利用变化过程#73#
带出现在霍林河北支沿岸,该时段盐碱地向两种土地利用类型的转换量占到研究区1986年盐碱地总面
积的53.14%,这预示着1996与1986年相比霍林河流域下游沿岸生态环境得到明显改善。
沙裸地是霍林河流域下游各土地利用类型中最为敏感,转换变化最为强烈的一种,维持其自身土地
利用类型的比例平均只有15.31%,在整个研究时期内以其它土地类型向沙裸地的转换输入变化为主,向
其它土地利用类型转换输出的绝对量较小,导致其面积呈现出增长的变化趋势,线性倾向率为41.7。整
体上以与草地之间的转换关系最为密切,次之为盐碱地、耕地和林地,与人居地之间的转换关系最弱,并
且不同时段与各种土地利用类型之间转换的比例关系差异明显。以其它地类转换输入变化为主的1964
~1986年和1986~1996年间,草地向沙裸地的转换输入占绝对优势,分别占到各时段其它地类向沙裸地
转换输入总量的59.31%和57.76%,差异在于,前期以耕地的转换输入居第二位,占到21.79%,而后期
则以盐碱地的转换输入居第二位,占到29.65%;以沙裸地向其它地类转换输出为主的1954~1964年和
1996~2000年间,两时段都表现出向草地的转换输出比重最高,分别占到相应时段沙裸地向其它土地利
用类型转换总面积的44.28%和39.55%,居第二位的前期为林地,占到21.81%,后期为盐碱地,占到30.
49%。
4结论
(1)耕地和草地是霍林河流域下游沿岸主要土地利用类型,次之为盐碱地,湿地的生态优化功能占有
相当比重,林地面积比例较小,研究区沙化土地面积较小,沙化程度还较轻,但呈现出加重的趋势。
(2)土地利用数量变化分析显示,近50年来,霍林河流域下游沿岸各土地利用类型之间以及同一地
利用类型在研究的不同时段都呈现出显著的速度差异变化。以林地的变化最为剧烈,呈现出快速的面积
增长变化,湿地则呈现出缓慢的面积萎缩变化;整个研究时期内林地与草地之间相反的数量变化方向说
明两种土地利用类型之间密切的相互转化关系,而人居地和盐碱地始终一致的数量变化方向则指示出人
类活动在研究区盐碱化程度加重中的重要作用;综合土地利用动态度的变化说明,1996~2000年间,研究
区土地利用变化最为剧烈,而以1986~1996年间土地利用整体最为稳定,随着时间推移,研究区整体土地
利用变化呈现出加剧的趋势。
(3)霍林河流域下游沿岸各土地类型之间的转换变化具有显著的差异性,同一土地利用类型在转出
和转入土地利用类型及其转换量上的表现不同,且随时间推移亦发生变化;各土地利用类型之间的转换
在区域分布及空间构型上存在差异,转出的减少作用和转入的增加作用相叠加决定着研究区不同时段各
土地利用类型的动态变化。
(4)霍林河流域下游各土地利用类型的稳地性排序为耕地>湿地>人居地>盐碱地>林地>草地>
沙裸地,随着研究区湿地面积萎缩,其稳定性加强。
(5)霍林河流域下游各土地利用类型的转换变化规律如下:
①耕地在整个研究时期内以草地的转换输入量最大,且随时间推移,人类对草地资源开发活动在加
剧,在整个研究区上呈连续面状格局。
②耕地和草地的绝对转换输入是研究区林地面积呈增长变化的主要原因,且耕地向林地的转换在空
间上零散分布,而草地向林地的转换则呈现出连续的片、面状格局。
③受不同时段转换输入和转换输出作用强度差异的影响,研究时期内草地面积呈增减交替变化,增
长时段以耕地的转换输入占绝对优势,减少时段以向耕地和盐碱地的转换输出为主,且随时间推移草地
趋向于盐碱地的比例逐渐增长,向盐碱地的转换在空间上呈现出沿霍林河河道的带状及环草地边缘的环
带状结构。
④湿地向盐碱地和草地转换输出的主导作用,使得研究区湿地面积呈减少变化的趋势。1964~1986
年间,研究区干涸的霍林河河道及一些孤立的湖泡周边发生大面积的湿地向盐碱地的转换变化。
⑤人居地在研究区内的面积增长变化主要受耕地和草地向人居地的转换输入控制,前者集中于研究
区中西部,而后者则偏研究区的中东部。
⑥盐碱地的面积扩张主要来自于草地和湿地的退化变化,突出在1996~2000年间,此期间草地向盐
碱地的转换输入占绝对优势,在空间构型上呈沿霍林河河道及绕湖泡周边的带状和环带状格局;湿地向
盐碱地的转换呈现出围绕湖泡周边的环带状结构。在水源条件明显改善的情况下,盐碱地可反向朝向草
#74#干 旱 区 资 源 与 环 境第21卷
地和湿地演化,说明研究区盐碱化状况具有较大的改善空间。
⑦沙裸地在整个研究时期内以其它土地利用类型的转换输入起主导作用,表现在研究时期内面积的
增长变化,整体上以与草地之间的转换关系最为密切,且不同时段与各土地利用类型之间转换的比例关
系差异显著。
参考文献
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[2]张艳红,邓伟.河流洪泛湿地的功能特征及综合开发利用)以向海湿地为例[J].国土与自然资源研究,2002,(1):51-53.
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学,2005,27,(2):71-76.
Land-UseChangesAlongtheLowerReaches
ofHuolinRiverintheLast50Years
LUXiao-ning, DENGWei, ZHANGShu-qing,
21
XONGDong-hong, XINXin
(uUniverstyofInformationandTechnology,Chengdu 610225;
ueofMountainHazardsandEnvironment,CASChengdu 610041,China;
astInstituteofGeographyandAgroecologyChineseAcademyofSciences,Changchun 130012,China)
1,321
Abstracts
HuolinRiverisinaridandsemi-aridregionsofChina,theland-usespatialdataofwhichwasbuilton
thebasisoftopographicmapsof1954and1964,andremotesensingdataof1986,ysing
oflandusedynamicchangesandtransitionprocessionduringstudyperiods,thelandusevariationsalongthe
sshowedthatthefarmlandandgrassland,
followedbysalinizedlandtooktheleadingplace,theproportionsofwetland,woodland,residentiallandand
ulatingtheland-usedynamicdegree,thequantityvariationoflanduse
ablespeedvariationdifferencesweredetectedinvariouslandusetypes,aswellasindi-f
ferentresearchintervalsofanidenticallandusetype,thatwasembodiedbytheabsolutemagnitudeanddirection
time,thefarmlandandgrassland
werechanginginoppositedirections,whichindicatedcloseinter-conversionrelationshipbetweenthem,while
theresidentiallandandsalinizedlandvariedinsamedirectionsalltheway,fromwhichwecouldconcludethat
humandi-usetransitionanalysis
manifestedthatthestabilityofvariousland-usetypewasrankedwiththefarmlandinthefirstplace,followed
bywetland,residentialland,salinizedland,woodland,nsitionchan-
ndsofidenticalusetype,thetypesoftransition
inputsandoutputs,aswellasthetransitionmagnitude,showedobviousdifferencesandhadtendencytovarying
s,thistransitionchang
dynamicchangesofvariousland-usetypesindifferentintervalswerecontrolledbythereducefunctionoftrans-i
tionoutputsoverlayingwiththeincreasefunctionoftransitioninputs.
Keywords:theHuolinriver;landuse;dynamicdegree;quantityvariation;cumulativetransitionproba-
bility;Gis
2024年3月17日发(作者：卿友安)
第21卷 第11期
2007年11月
干 旱 区 资 源 与 环 境
JournalofAridLandResourcesandEnvironment
Vo.l21 No.11
Nov.2007
文章编号:1003-7578(2007)11-068-07
*
近50年来霍林河流域下游沿岸土地利用变化过程
卢晓宁, 邓 伟, 张树清, 熊东红, 信 欣
3.中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春 130012)
1,32121
(1.成都信息工程学院,成都 610225; 2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,成都 610041;
提 要:本文以干旱半干旱脆弱区霍林河流域下游沿岸为研究靶区,利用1954和1964年
地形图,1986、1996和2000年的TM遥感影像作为基本信息源,在GIS支持下,建立土地利用
空间数据库,通过分析不同时段各土地利用类型的动态变化及其转换过程,揭示近50年来霍
林河流域下游沿岸土地利用变化过程及其规律。研究得出,耕地和草地是霍林河流域下游沿
岸的主要土地利用类型,次之为盐碱地,湿地和林地比重较小,人居地和沙裸地最小。计算土
地利用动态度进行土地利用变化的数量分析发现,各土地利用类型之间以及同一土地利用类
型在不同的研究时段都呈现出显著差异的速度变化,表现在速度变化的绝对量上、速度变化的
方向上和土地利用综合动态度上,耕地和草地始终相反的速度变化方向说明二者之间存在密
切的相互转换关系,而人居地和盐碱地始终一致的速度变化方向则说明人类干扰活动是研究
区盐碱地面积扩张变化的一个主要因素。土地利用转换分析显示,霍林河流域下游沿岸各土
地利用类型稳定性排序为耕地>湿地>人居地>盐碱地>林地>草地>沙裸地,它们之间的
转换变化具有显著的差异性,同一土地利用类型在转出和转入土地利用类型及其转换量上的
表现不同,且随时间推移亦发生变化,且这种转换变化在区域分布及空间构型上存在差异。转
出的减少作用和转入的增加作用相叠加决定着研究区不同时段各土地利用类型的动态变化。
关键词:霍林河;土地利用;动态度;数量变化;累积转换概率;GIS
中图分类号:P931.7 文献标识码:A
在全球环境演变加速进行的形势下,土地利用/覆被变化尤为突出,目前成为全球变化研究的一
个热点。霍林河流域下游地处松嫩平原西南部,地势平坦,形成面积广泛的洪泛湿地,科尔沁、向
海和查干湖湿地位于该区域,它们对调节区域气候、调节径流、维护生物多样性起重要作用。然而,
近几十年来,受气候变化和人类活动干扰的影响,以及本区半干旱和脆弱的自然条件,致使流域生
态环境显著恶化,盐碱化、荒漠化迅速发展,威胁生态安全,影响区域经济、社会、环境的可持续发
[2,3]
展。因此有必要加强对干旱半干旱脆弱区霍林河流域下游沿岸土地利用变化的研究。本文借
助遥感和GIS技术,重点分析流域1954~2000年的土地利用动态变化和转换过程,寻找近50年来
霍林河流域下游沿岸土地利用变化的规律,这对该区土地管理、生态环境整治和恢复、土地可持续
利用均具有重要意义。
[1]
1霍林河流域概况
霍林河是松花江流域嫩江水系的一级支流,发源于内蒙古扎鲁特旗德鲁特勒罕山北麓,海拔高程
2
1439m,全长约590km,流域面积36623km。流域西部为大兴安岭南端东麓的低山丘陵区,向东过渡为松
辽平原地带,受新构造运动影响,上游山区持续抬升,中下游平原以沉降为主,形成隆状沙丘与垄间洼地
*
收稿日期:2006-9-21。
基金项目:国家自然科学基金"三江平原典型类型沼泽湿地界面水通量模拟研究"项目(40171017)资助。
作者简介:卢晓宁(1980-),女,山东省青岛人,博士研究生,主要从事水文、水资源与水环境方面研究。
E-mai:llxn801012@
第11期卢晓宁等 近50年来霍林河流域下游沿岸土地利用变化过程#69#
交错相间排列的微地貌格局,从而发育了面积广泛的沼泽和湖泡,有科尔沁、向海和查干湖湿地,其中向
海为国际重要湿地。气候上属北温带大陆性季风气候,年均气温4.6~5.6e;年降水量一般低于400mm,
远小于蒸发量,水资源较为缺乏,一般年份霍林河为内陆无尾河。土壤类型主要有黑钙土、淡黑钙土、风
沙土、盐渍土、草甸土和沼泽土。植被包括草甸植被、草原植被、沼泽植被、盐生植被、碱生植被和沙地植
被。本文选择霍林河流域下游沿岸地区作为研究靶区(图1),在行政区划上主要包括吉林省的通榆县、乾
安县、洮南市、大安市、前郭尔和长岭县,还有内蒙古的科右中旗部分。多年来,由于人类活动对自然环境
干扰强度不断增大,诸如过度放牧、垦草为田以及一些水利工程带来的负面效应,致使霍林河流域下游土
壤盐渍化程度日益严重,碱斑地面积迅速扩大。在沙质草地上,由于植被受到破坏,土地沙化也十分严
重。干旱化、土地盐碱化、沙化和草地退化,使该区农牧业的发展受到严重阻碍,亟待研究解决。
2
2.1
研究方法
地表覆被分类系统
[4,5]
参照国内外主要土地分类系统,结
合本研究目的及研究区野外调查实际情
况,在综合各种类型的基础上,将霍林河流
域下游沿岸土地利用类型分为7大类,具
体为耕地、林地、草地、湿地、人居地、盐碱
地和沙裸地,这里的耕地指旱地,湿地则包
括河流、湖泊、沼泽、滩地自然湿地型和水
库坑塘和水田人工湿地型,沙裸地则是以
沙地为主,这一分类系统在宏观上能够全
面反映霍林河流域下游土地利用/覆被特
征。
2.2数据源及数据处理
用于提取研究区土地利用类型的数据源包括1954年(1B10万)、1964年(1B5万)地形图,1986、
1996和2000年的Landsat/TM遥感影像数据,GPS野外调查获取的研究区土地利用/土地覆被变化状况材
料及自然地理基础资料。
数据源不同,数据处理方式不同。对于遥感影像数据源,先对2000年的TM数据进行几何纠正,再以
纠正好的2000年TM影像为基准,采用影像对影像的方式分别纠正1996和1986年的遥感影像。在对遥
感影像进行增强变换的基础上,选取TM453波段进行假彩色合成,依据霍林河流域下游相关土地利用类
型的解译标志,在ARCVIEW支持下,获得研究区2000年土地利用/土地覆被信息。以2000年数据为基
础,将其叠加到1986和1996年影像之上,分别与2000年影像对比,勾绘出土地利用类型相对于2000年
发生变化的斑块,从而生成各时期的土地利用现状图。地形图土地利用数据的提取依据各类型的明显边
界、地类界,无地类界的沿最低等高线进行勾绘。将上述各时期土地利用数据在ARC/INFO环境下存为
COVERAGE文件格式,建立霍林河流域下游不同时期的土地利用现状图形数据库和相应的50mGRID分
析数据。
图1 研究区在霍林河流域的位置示意图
Fig.1 Sketchmapofstudyarealocatedin
theHuolinrivercatchment
3土地利用动态变化过程
解译得到的研究区不同时期土地利用现状图(图略),由表1可以看出耕地和草地是霍林河流域下游
沿岸的主要土地利用类型,两者平均占到研究区总面积的63.83%,次之为盐碱地,占到研究区总面积的
17.32%,且该种土地利用类型在2000年超过草地的比重,占到研究区总面积的25.52%,成为继耕地之
后的研究区第二大土地利用类型。湿地和林地作为研究区重要的生态优化土地利用类型,以湿地发挥的
功能较大,所占面积占到研究区总面积的12.07%,林地仅占到4.29%。研究区内人居地面积平均只有
202.25km,占到研究区总面积的1.52%,这在一定程度上说明研究区城市化水平相对较低。沙裸地面积
的增长变化说明研究区沙化状况有加重的趋势,但总体而言沙化程度仍较轻,仅占到研究总面积的0.
97%,具有较大的改善空间。
2
#70#
3.1土地利用变化的数量分析
干 旱 区 资 源 与 环 境第21卷
表1 霍林河流域下游沿岸各土地利用类型动态变化(%)
Tab.1 Land-usedynamicchangesalongthelowerreachesofHuolinriver
地类
耕 地
林 地
草 地
湿 地
人居地
盐碱地
沙裸地
综合动态度
1954-1964
-5.15
154.93
2.91
-0.22
3.57
5.93
-5.98
2.81
1964-1986
2.56
-3.10
-1.24
-1.82
7.94
2.41
37.54
1.21
1986-1996
-0.42
9.37
2.97
1.85
-0.17
-5.02
5.29
1.94
1996-2000
5.04
11.93
-12.59
-3.92
0.91
28.77
-13.12
4.30
绝对均值
3.29
44.83
4.93
1.95
3.15
10.53
15.48
2.57
土地利用的数量变化通常可以用土地利用动态来表示,它包括单一土地利用类型动态度和综合土地
利用类型动态度,前者表达的是某一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况,后者则是可以从
总量上反映研究区内综合土地利用的数量变化信息。土地利用动态度定量描述了土地利用的变化程度
和变化速度,对预测未来土地利用趋势有积极的作用。其表达式分别为:
k=(U
b
-U
a
)/U
b
/T@100%
LC=
(1)
(2)
E
vLU
i-j
/
E
LU
i
/2/T
i=1i=1
nj
@100%
式中:k为研究时段内某一土地利用类型动态度;U
a
,U
b
分别为研究初和研究末期某一种土地利
用类型的数量;T为研究时段长;LC为研究时段内综合土地利用动态度;LU
i
为监测起始时间第i类
土地利用类型面积;vLU
i-j
为监测时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对
值;当T的时段设定为年时,k的值为该研究区某种土地利用类型年变率,LC的值为该研究区土地
[6,7]
利用年变化率。
由表1中可看出,各土地利用类型之间以及同一土地利用类型在不同的研究时段都呈现出显著
差异的速度变化,表现在其量值及方向上。从各土地利用类型变化速度的绝对量上看,以林地最
高,绝对均值达到44.83%,这主要是受其在1954~1964年突出的面积增长所致,次之沙裸地和盐
碱地,指示出两种土地利用类型较强的敏感性;研究时期内面积变化最为缓慢的为湿地,次之为人
居地和耕地,草地居中。从各土地利用类型数量变化的方向上看,耕地和草地作为研究区面积最大
的两种土地利用类型,呈现出相反的正负交替的速度变化,这在一定程度上说明了两者之间密切的
相互转换关系。人居地和盐碱地在研究时期的每一阶段都表现出一致的速度变化方向,两者只在
1986~1996年间向面积减少的方向变化,其余阶段都呈现出增长变化,从而整个时段上人居地和盐碱
地以增长的趋势主导,这意味着盐碱地的扩张与人类活动关系密切。林地则只在1964~1986年间表
现出面积减少的变化,且减少的速率很低,为其在各个阶段中速率的最低值,因此呈现出最为显著的面
积增长变化趋势。湿地作为研究区重要的生态保育类型,在整个研究时段内以面积减少的变化主导,
仅在1986~1996年间略有扩张。综合动态度分析显示,不同时段,以1996~2000年间研究区土地利
用变化最为剧烈,年变率达到4.30%,盐碱地、湿地、林地和耕地在这一时段都呈现出很高的年变率,
虽然变化的方向不一致。1964~1986年研究区土地利用综合动态度达到各阶段中的最低值,表现在
林地、草地和盐碱地均达到其年变率的最低值,耕地的增长速度也很缓慢,说明该时段研究区土地利用
整体比较稳定。由此可以得出,各土地利用类型以林地变化最为剧烈,呈现出快速的面积增长变化;湿
地的变化最为平缓,整个时段内呈现出缓慢的面积萎缩变化;耕地与草地之间相反的数量变化方向说
明二者之间存在密切的相互转化关系;人居地与盐碱地一致的数量变化方向则指示着人类活动是研究
区盐碱地面积扩张的一个主要影响因素;研究不同时段,以1996~2000年间,研究区整体土地利用变
化最为剧烈,1964~1986年间,研究区整体土地利用比较稳定,且随着时间推移,研究区整体土地利用
变化程度有加剧的趋势,这在一定程度上说明人类活动对区域土地利用/土地覆被的作用愈来愈显著。
3.2土地利用类型转换分析
土地利用转换分析是将不同时期50m删格数据,在ArcView3.3平台支持下执行tabulatearea操作,
获取不同时段各土地利用类型的转换矩阵。由于研究时段较多,在分析各土地利用类型之间的转换时,
为避免某些时段可能与其它时段有逆换的现象,这里引入累计转换量
[8]
,就是用各时段各土地利用类型
第11期卢晓宁等 近50年来霍林河流域下游沿岸土地利用变化过程#71#
之间转换之和来反映研究时段内土地利用类型转换的趋势,详见如下(3)式,它表示研究时期的各个时段
一种土地利用类型转为另一种土地利用类型的面积之和与研究区总土地面积之商,这里采用总土地面
积,而不用各个土地利用类型面积是为了使各土地利用类型之间在数量上更有可比性。
n
P
ij
=(
E
S
ij
/S%
总
)@100
i=1
(3)
式中:P
ij
为i类土地利用类型向j类土地利用类型的累计转换率;、ij表示研究区内土地利用类型;S
ij
为某一时段i土地利用类型向j土地利用类型转换的面积;n为时段;S
总
为研究区土地总面积。
受文章篇幅的限制,不同时期各土地利用类型之间的转换概率矩阵不予给出,仅提供由上式(3)计算
得到的各土地利用类型之间的累积转换概率(表2)。转换分析发现,霍林河流域下游沿岸各土地利用类
型之间的转换变化具有显著的差异性,同一土地利用类型在转出和转入土地利用类型及其转换量上的表
现不同,且随时间推移亦发生变化,转出的减少作用和转入的增加作用相叠加决定着研究区不同时段各
土地利用类型的动态变化。
表2 霍林河流域下游沿岸地区各土地利用类型累计转移概率(%)
Tab.2 Accumulationtransitionofvariouslanduse
1954-2000
耕 地
林 地
草 地
湿 地
人居地
盐碱地
沙裸地
耕地
78.02
4.46
30.40
2.02
0.68
2.98
0.30
林地
7.13
5.99
6.50
0.50
0.09
0.40
0.40
草地
29.70
3.44
68.15
6.84
0.35
16.84
1.83
湿地
2.12
0.20
7.03
27.96
0.05
7.09
0.23
人居地
1.51
0.15
1.05
0.12
3.89
0.26
0.01
盐碱地
5.23
0.34
23.91
13.43
0.36
32.88
0.65
沙裸地
0.43
0.16
2.55
0.28
0.01
0.61
0.46
耕地作为研究区的主导土地利用类型,表现出最高的稳定性,其维持自身土地利用类型比例平均有
65.35%,且在1996~2000年间出现最高值,未发生转换的耕地面积占到1996年耕地面积的89.69%。耕
地向其它土地利用类型转换输出量小,并且以向草地的转换输出占绝对比重,整个研究时段内平均有21.
96%的弃耕地演变为草地,1954~1964年间耕地向草地的转换量出现最高值,在区域上主要集中于研究
区吉林省境内的洮南市和通榆县,空间上呈现出连续的面状格局。其它土地利用类型向耕地的转换输入
量高,这主要是受人类活动的强烈影响,为满足人类日益增长的粮食需求,大面积的草地被开垦为耕地,
2
研究区耕地面积的25.01%是由草地转换输入而来,转换输入面积累计达到4054.85km,累计转换量占到
研究区总面积的30.40%,且在空间构型上呈连续的面状格局,在区域上以研究区中部的转换变化最为集
中,这一转换量随时间推移呈现出递增的趋势,说明随着社会对谷物需求量的增长,人类开垦草地资源的
程度在加强。
林地在整个研究时期内以其它地类的转换输入变化为主,贡献量最大的为耕地和草地,而林地
向其它地类的转换输出变化只突出表现在1964~1986年,这是研究区林地面积整体呈现出增长变
化的主要原因。研究时期内累计有950.69km的弃耕地和866.68km的草地转换为林地,其它地类
2
向林地的转换输入面积之和累计仅有185.56km,不及二者贡献量的10.21%,且耕地向林地的转
换在空间上零散分布于研究区中部的洮南市、通榆县境内,草地向林地的转换则主要发生在通榆县
境内,1986~1996年间且其境内的向海保护区有集中成片的草地演变为林地,1996~2000年间发
生这种转换变化的区域集中于研究区通榆县西部。1964~1986年研究区林地呈现出被人为开垦为
耕地及退化为草地的转换输出变化,该时段有92.74%的林地转换为其它地类,其中的49.65%被
人为开垦为耕地,41.92%则退化为草地,仅向二者的转换输出导致其面积减少838.02km,而同期
只有241.30km的其它地类发生向林地的转换输入变化,林地高的输出转换量和低的输入转换量是
导致该时段林地面积锐减的主要原因。在空间布局上,林地转换为耕地的部分呈现出环居民点的空
间格局,向草地退化的部分分布零散,主要集中于研究区中部的通榆县和洮南市境内,科右中旗北
部边界亦有大片林地退化为草地。
草地作为研究区第二大土地利用类型,稳定性相对而言较低,平均保持50.07%的不变率。其在整个
研究时期内呈现出面积增减交替的波动变化,是由其不同阶段输入和输出作用的强度差异所致。1954~
1964年和1986~1996年草地面积的增长变化以耕地的输入作用占绝对优势,盐碱地和湿地所占比重也
较大,两时段其它地类向草地的转换输入量累计有5677.86km,其中96.36%来自于三者的输入贡献,与
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#72#干 旱 区 资 源 与 环 境
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第21卷
此同时草地向其它地类的转换输出量仅有3290.36km,因此以其它地类向草地的输入作用占支配地位。
1964~1986年和1996~2000年间大面积的草地被开垦为耕地和盐碱地,两时段累计有6237.48km的草
地发生向其它地类的转换,其中44.45%转换为耕地,41.01%转换为盐碱地,此时其它地类向草地的输入
量仅有2191.86km,亦以耕地、盐碱地的贡献量最大,湿地转换输入的比例亦较高。随着时间推移,草地
趋向于盐碱地的比例逐渐增长,到1996~2000年间,草地向盐碱地的转换量远远超过向耕地的转换量,前
者为后者1.66倍,达到1653.76km,且在空间上呈现出沿霍林河河道的带状及环草地边缘的环状结构,
区域上集中于研究区通榆县、洮南市西部及大安和前郭境内。与此同时,其它土地利用类型在该时段向
草地的转换输入量只有475.97km,仅及草地向其它地类转换输出量的15.64%,导致该时段草地面积锐
减,盐碱地面积激增,后者最终取代前者,成为研究区继耕地之后的第二大土地利用类型。
研究时期内,大面积的湿地演变为盐碱地和草地,也有一定比例被开垦为耕地,向三种地类的平均转
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换比例分别为23.84%、12.45%、3.75%。1954~2000年的47年间,累计有1791.52km和912.15km的
湿地分别退化为盐碱地和草地,与此同时,仅有945.08km和937.08km的盐碱地和草地演变为湿地,导
致整个研究时期内湿地面积呈现出减少的变化趋势,但其维持自身土地利用类型的比例却呈持续上升态
势,这说明随着研究区内湿地面积萎缩,湿地稳定性逐渐增强。湿地的这种退化现象在1964~1986年间
表现最为突出,该时段仅有43.79%的湿地维持其自身湿地类型,这部分较稳定的湿地分布于霍林河河道
附近,向海保护区境内及研究区西部的一些较大的湖泡,其余1149.45km的湿地转换为其它地类,其中
64.58%退化为盐碱地,面积达到742.26km,主要发生在干涸的霍林河河道,及一些孤立的湖泡周边,与
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此同时其它土地利用类型在这一时段向湿地的转换量很小,只有1228.95km,仅占到整个研究时期各土
地利用类型向湿地转换输入总面积的20.62%,较高的转换输出量叠加上较小的转换输入量,导致研究区
湿地面积在这一时段迅速下降。1986~1996年间发生较大面积的其它土地利用类型向湿地的转换,10间
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累计转换输入面积有1322.55km,其中24.28%来自于盐碱地,10.15%来自于草地,此期间只有275.
15km的湿地发生向其它地类的转换,导致该时段研究区湿地面积呈现出增长变化,研究区湿地面积的增
长是由盐碱地和草地转换输入所致,前者向湿地的转换在空间上呈明显的绕湖泡及沿霍林河的环带和条
带状结构,主要集中于研究区的大安和乾安市境内,通榆县境内的霍林河北支南岸亦有一明显的条带;后
者向湿地的转换主要集中于通榆县东北部的向海保护区境内,空间上无明显构型。
人居地一旦建立就表现出很强的稳定性,计算得到其向其它土地利用类型转换的比例平均仅为41.
31%,而以其它土地利用类型向人居地转换输入为主,其中贡献量最大的为耕地和草地,造成研究区人居
地面积的显著扩张变化。为满足粮食需求,人类开垦草地转为耕地,随着人口增长,耕地的区位优势导致
其进一步被开发利用,转换为人居地,研究时期内累计有201.95km的耕地被开发利用为居民地,环境条
件优越的草地也常被直接用于人类定居,1954~2000年共计有139.66km的草地被开辟为人居地。人居
地的这种显著扩张变化突出表现在1964~1986年,该时段通榆县人口快速增长,由1964年的20.15万人
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增长为1986年的31.78万人,年均递增5287人,造成96.57km耕地和98.91km的草地被用于扩张人口
的定居,还有18.58km的林地被砍伐。耕地向人居地的转换主要发生在研究区的中西部,而草地向人居
地转换则偏研究区的中东部。
盐碱地作为霍林河流域生态环境恶化的指示土地利用类型,随着流域人口增长及人类用地面积的扩
张,在研究时期内呈现出显著的增长变化趋势,主要是由于对生态环境具有优化作用的草地和湿地受流
域气候干旱及人类活动的强烈干扰影响,发生大面积地向盐碱地的退化变化,也有较大面积的耕地演变
为盐碱地。研究时期内,累计有3189.68km和1791.52km的草地和湿地演变为盐碱地,还有698.04km
的耕地转换为盐碱地,其它土地利用类型向盐碱地的转换量相对而言较小。盐碱地的这种扩张变化在
1996~2000年间表现最为显著,短短的4年间,研究区盐碱地面积增长了1821.44km,超过了草地的面
积,成为居耕地之后的研究区第二大土地利用类型。该时段盐碱地面积的增长,94.47%来源于草地的转
换输入,在空间上呈现出沿霍林河河道及绕湖泡边缘的带状和环带状格局,区域上集中于研究区通榆县
东部、大安市境内;此外,还有16.84%受湿地转换输入控制,这一部分在空间构型上呈现出围绕湖泡边缘
的环带状结构,区域上集中于研究区东部的大安市及乾安市境内的湖泡周边,通榆县境内的向海保护区
内也有零散斑块出现。在水源条件明显改善的情况下,盐碱地也会反向朝向草地和湿地演化,这种指示
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生态环境明显改善的变化突出表现在1986~1996年间,该时段内有2246.04km的盐碱地转换为草地,亦
主要发生在霍林河河道边缘,还有814.50km转换为湿地,在空间构型上以环带状为主,还有一明显的条
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第11期卢晓宁等 近50年来霍林河流域下游沿岸土地利用变化过程#73#
带出现在霍林河北支沿岸,该时段盐碱地向两种土地利用类型的转换量占到研究区1986年盐碱地总面
积的53.14%,这预示着1996与1986年相比霍林河流域下游沿岸生态环境得到明显改善。
沙裸地是霍林河流域下游各土地利用类型中最为敏感,转换变化最为强烈的一种,维持其自身土地
利用类型的比例平均只有15.31%,在整个研究时期内以其它土地类型向沙裸地的转换输入变化为主,向
其它土地利用类型转换输出的绝对量较小,导致其面积呈现出增长的变化趋势,线性倾向率为41.7。整
体上以与草地之间的转换关系最为密切,次之为盐碱地、耕地和林地,与人居地之间的转换关系最弱,并
且不同时段与各种土地利用类型之间转换的比例关系差异明显。以其它地类转换输入变化为主的1964
~1986年和1986~1996年间,草地向沙裸地的转换输入占绝对优势,分别占到各时段其它地类向沙裸地
转换输入总量的59.31%和57.76%,差异在于,前期以耕地的转换输入居第二位,占到21.79%,而后期
则以盐碱地的转换输入居第二位,占到29.65%;以沙裸地向其它地类转换输出为主的1954~1964年和
1996~2000年间,两时段都表现出向草地的转换输出比重最高,分别占到相应时段沙裸地向其它土地利
用类型转换总面积的44.28%和39.55%,居第二位的前期为林地,占到21.81%,后期为盐碱地,占到30.
49%。
4结论
(1)耕地和草地是霍林河流域下游沿岸主要土地利用类型,次之为盐碱地,湿地的生态优化功能占有
相当比重,林地面积比例较小,研究区沙化土地面积较小,沙化程度还较轻,但呈现出加重的趋势。
(2)土地利用数量变化分析显示,近50年来,霍林河流域下游沿岸各土地利用类型之间以及同一地
利用类型在研究的不同时段都呈现出显著的速度差异变化。以林地的变化最为剧烈,呈现出快速的面积
增长变化,湿地则呈现出缓慢的面积萎缩变化;整个研究时期内林地与草地之间相反的数量变化方向说
明两种土地利用类型之间密切的相互转化关系,而人居地和盐碱地始终一致的数量变化方向则指示出人
类活动在研究区盐碱化程度加重中的重要作用;综合土地利用动态度的变化说明,1996~2000年间,研究
区土地利用变化最为剧烈,而以1986~1996年间土地利用整体最为稳定,随着时间推移,研究区整体土地
利用变化呈现出加剧的趋势。
(3)霍林河流域下游沿岸各土地类型之间的转换变化具有显著的差异性,同一土地利用类型在转出
和转入土地利用类型及其转换量上的表现不同,且随时间推移亦发生变化;各土地利用类型之间的转换
在区域分布及空间构型上存在差异,转出的减少作用和转入的增加作用相叠加决定着研究区不同时段各
土地利用类型的动态变化。
(4)霍林河流域下游各土地利用类型的稳地性排序为耕地>湿地>人居地>盐碱地>林地>草地>
沙裸地,随着研究区湿地面积萎缩,其稳定性加强。
(5)霍林河流域下游各土地利用类型的转换变化规律如下:
①耕地在整个研究时期内以草地的转换输入量最大,且随时间推移,人类对草地资源开发活动在加
剧,在整个研究区上呈连续面状格局。
②耕地和草地的绝对转换输入是研究区林地面积呈增长变化的主要原因,且耕地向林地的转换在空
间上零散分布,而草地向林地的转换则呈现出连续的片、面状格局。
③受不同时段转换输入和转换输出作用强度差异的影响,研究时期内草地面积呈增减交替变化,增
长时段以耕地的转换输入占绝对优势,减少时段以向耕地和盐碱地的转换输出为主,且随时间推移草地
趋向于盐碱地的比例逐渐增长,向盐碱地的转换在空间上呈现出沿霍林河河道的带状及环草地边缘的环
带状结构。
④湿地向盐碱地和草地转换输出的主导作用,使得研究区湿地面积呈减少变化的趋势。1964~1986
年间,研究区干涸的霍林河河道及一些孤立的湖泡周边发生大面积的湿地向盐碱地的转换变化。
⑤人居地在研究区内的面积增长变化主要受耕地和草地向人居地的转换输入控制,前者集中于研究
区中西部,而后者则偏研究区的中东部。
⑥盐碱地的面积扩张主要来自于草地和湿地的退化变化,突出在1996~2000年间,此期间草地向盐
碱地的转换输入占绝对优势,在空间构型上呈沿霍林河河道及绕湖泡周边的带状和环带状格局;湿地向
盐碱地的转换呈现出围绕湖泡周边的环带状结构。在水源条件明显改善的情况下,盐碱地可反向朝向草
#74#干 旱 区 资 源 与 环 境第21卷
地和湿地演化,说明研究区盐碱化状况具有较大的改善空间。
⑦沙裸地在整个研究时期内以其它土地利用类型的转换输入起主导作用,表现在研究时期内面积的
增长变化,整体上以与草地之间的转换关系最为密切,且不同时段与各土地利用类型之间转换的比例关
系差异显著。
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Land-UseChangesAlongtheLowerReaches
ofHuolinRiverintheLast50Years
LUXiao-ning, DENGWei, ZHANGShu-qing,
21
XONGDong-hong, XINXin
(uUniverstyofInformationandTechnology,Chengdu 610225;
ueofMountainHazardsandEnvironment,CASChengdu 610041,China;
astInstituteofGeographyandAgroecologyChineseAcademyofSciences,Changchun 130012,China)
1,321
Abstracts
HuolinRiverisinaridandsemi-aridregionsofChina,theland-usespatialdataofwhichwasbuilton
thebasisoftopographicmapsof1954and1964,andremotesensingdataof1986,ysing
oflandusedynamicchangesandtransitionprocessionduringstudyperiods,thelandusevariationsalongthe
sshowedthatthefarmlandandgrassland,
followedbysalinizedlandtooktheleadingplace,theproportionsofwetland,woodland,residentiallandand
ulatingtheland-usedynamicdegree,thequantityvariationoflanduse
ablespeedvariationdifferencesweredetectedinvariouslandusetypes,aswellasindi-f
ferentresearchintervalsofanidenticallandusetype,thatwasembodiedbytheabsolutemagnitudeanddirection
time,thefarmlandandgrassland
werechanginginoppositedirections,whichindicatedcloseinter-conversionrelationshipbetweenthem,while
theresidentiallandandsalinizedlandvariedinsamedirectionsalltheway,fromwhichwecouldconcludethat
humandi-usetransitionanalysis
manifestedthatthestabilityofvariousland-usetypewasrankedwiththefarmlandinthefirstplace,followed
bywetland,residentialland,salinizedland,woodland,nsitionchan-
ndsofidenticalusetype,thetypesoftransition
inputsandoutputs,aswellasthetransitionmagnitude,showedobviousdifferencesandhadtendencytovarying
s,thistransitionchang
dynamicchangesofvariousland-usetypesindifferentintervalswerecontrolledbythereducefunctionoftrans-i
tionoutputsoverlayingwiththeincreasefunctionoftransitioninputs.
Keywords:theHuolinriver;landuse;dynamicdegree;quantityvariation;cumulativetransitionproba-
bility;Gis