区域土地利用时空变化图谱分析

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摘要：运用地学信息图谱理论和方法，在RS 和GIS 的支持下，以海河流域40a土地利用5期空间数据为基础，合成了40a变化过程图谱，并通过图谱重构，提取了海河流域40a土地利用变化的“涨势”系列图谱、40a“涨势”变化过程图谱和40a土地利用时空演变模式图谱。通过图谱分析，逐一分析了不同时序单元、不同空间尺度土地利用格局的变化规律，并总结了40a土地利用的分异规律。

关键词：土地利用图谱；图谱分析；海河流域

1.研究区概况

研究区位于东经1120～1190、北纬350～420之间，西与山西高原与黄河流域接界，北与蒙古高原与内陆河流域接界，南界黄河，东临渤海。包括河北、河南、山西、内蒙古、北京和天津四省两市，流域面积23.2万平方公里，占全国总面积的2.4%。据1993年统计，海河流域内人口1.176亿人，约占全国总人口的10%；耕地1.63亿亩，占全国耕地的11%。海河流域处于中国干旱和湿润气候的过渡地带，多年年平均降水量为548mm。流域多年平均水资源总量为419亿m3，产水系数（水资源总量与降水量之比）为24%。人均水资源占有量仅有338m3，不足全国的1/6。流域西北高，东南低，主要地貌类型为平原、山地、丘陵和台地。海拔最高处3059m，最低地方仅为0m。

2.数据来源及处理

地学信息图谱单元的提取需要有具有一定时间间隔的土地利用状况数据作为基础。本文以海河流域生态环境治理工程项目，海河流域5期）土地利用数据为基础，参照2000年矢量化底图，利用GIS和RS软件进行地图矢量化。对不同期影像进行配准，保证误差不超过3个像元，参照不同期遥感影像，对照统计数据，采用人机交互的方法对遥感影像进行分类，最终得到5期土地利用数据。利用野外调研数据进行检验，并采用误差矩阵进行评价，精度都达到90%以上。

在已有各期土地利用数据的基础上，对土地利用类型进行重编码，以获取能最大反映土地利用变化的基本地物类别。为了便于进行空间数据之间的地图代数运算和编码的提取、综合以及图谱重构，以期能更好的在空间上反映各土地利用类型的时序变化状况。

3.分析结果

3.1 1970～2008年土地利用变化过程图谱分析

40a土地利用变化过程图谱是由40a的5个采样时刻的土地利用类型数据共同合成，图谱共产生4301类具有5位编码的图谱单元。其中，461类图谱单元占到变化面积96%。40年来，利用方式没有发生变化的耕地主要分布在海河流域地势平坦的东部平原和地势较高的西部和南部平原。发生变化的耕地主要集中在西北地势较高的平原、沿海以及大型城市的周边地区。尤其是沿海地区耕地次生盐碱化，耕地和水体湿地的频繁转换，以及城市建设，导致沿海地区的土地利用类型变化剧烈。海河流域呈从西部、北部耕牧交错区到中西部山区，经过草地过渡带到东部、南部的耕地、盐碱地、水域直到海域的土地利用格局。在这种变化格局中，耕地占据着优势，在北部山区的耕牧交错区，耕牧之间的转化最为频繁。应该说，农牧交错区、林草交错区及沿海地区的土地利用变化频繁，生态脆弱。

3.2 1970～2008年土地利用变化“涨势”系列图谱分析

根据土地利用的转入状况，分析涨势系列图谱可知，1970～1980年间，变化面积最大的图谱单元类型为新增林地、园地，主要分布在海河流域中部太行山山脉一线，在流域北部和南部山区也有零星分布。第二大变化图谱单元类型为新增草地，主要分布在流域西北部到西南部山脉沿线。草地增加大部分来源于林地逆向演替，也有一部分来源于耕地转化。此外，新增耕地成为面积位居第三的土地利用变化类型，集中分布在流域中南部平原向山区过度地带，在北部山区及沿海也有增加，分布零散。1980～1990年间，土地利用变化面积最大的是新增草地，草地增加主要集中在流域北部张家口、赤诚和怀来一带，另外，沿太行山山脉一线也有零星分布。与草地增长方式不同，林地增长多为成片增加，主要分布在流域北部山区，平原上也有零星增加。1990～2000年，草地增加趋势明显，集中分布在流域西北部山区，呈块状分布。另外，林地也有明显增加，山区增加林地多成片状，平原上多为零星散布。2000～2008年，林地增加占据主要地位，主要来源于北部山区退耕还林以及平原区果园增加。第二大变化图谱单元类型为新增草地，主要分布在流域西北部山区，多为退耕还草，另外其它新增草地多为块状分散分布，由林地采伐逆向演替为草地所致。

3.3海河流域40年土地利用模式图谱特征分析

为了从宏观上了解海河流域土地利用转变方式时空特征，根据图谱单元变化特点及其稳定性，归纳了18类土地利用时空演变模式特征。这样，同一图谱单元记录了相同空间位置上4个时序时段内土地利用的不同转化状态。海河流域40a土地利用变化具有显着的时空分异特征，具体变现在：（1）40a中，稳定型土地利用模式图谱面积在排序表中位居第一，占研究区面积65%。其中耕地是最大的稳定性图谱单元，计814.82×104 hm2，主要分布在流域东部农业耕地区，东部平原区由于地势平坦，农业集约化水平较高，为流域较为稳定的农业耕地区，另外在西北部山区高原也有少许分布。（2）第二大土地利用模式图谱类型为反复摆荡型，占研究区面积的13%。主要分布在山区到平原过度带以及易于受人为干扰的地区。其中最大的反复摆荡型图谱单元面积为林草的反复转化区域。（3）平稳转换型主要集中在城镇与耕地交错区域，为快速城镇化进程侵占大量耕地所致，占流域面积的7.72%，位居排序表第3位。其中变化最大的图谱类型面积，为早期耕地向城镇的稳定转移区域。（4）第四大土地利用模式图谱类型为最近转换型，面积116.57×104 hm2，占流域面积的5%。其中最大图谱单元面积为耕地向建设用地的转化区，是2000年以后快速的城市化的结果。（5）新稳态转化型面积占流域面积4%，成为第五大土地利用模式图谱类型。具有代表性的最大图谱单元面积仍为耕地新增为城镇的区域，是第3时段内城镇的扩张所致。

4.结论和讨论

40a海河流域土地利用变化具有明显的时空特征，在时段上表现为：1970～1980年间，土地利用方式的改变以林草的转化以及垦殖和开发为主；到了1980～1990年间，耕地的转出

以及林草之间的转化成为主要的土地利用转移方式；在1990～2000年间，退耕还林还草力度加强，林草之间的转化以及耕地的转出，使得草地大幅度增加；2000～2008年间，进一步加快的城镇化进程使得耕地大幅度转出，退耕还林还草也使得耕地有进一步减少趋势，耕地的快速下降成为此期土地利用变化方式的主旋律。在空间格局上表现为：在滨海，耕地-水域-未利用地之间的转换趋于频繁，空间位置不固定；在平原，耕地和建设用地表现出‘此消彼长’的趋势，平原区果园的增多使得耕地进一步转出，在平原到山区的过度地带，耕地向草地的转出使得耕地进一步减少，但同时也有大量草地被开垦为耕地；在山区，林草之间的转化较为频繁，特别是林草交界区以及山区的采矿和林地采伐区，使得林草的空间位置出现较大的波动状态；在北部高原，耕地和草地的转化频繁，随着退耕还林还草力度的加大，使得耕地和林草地的空间位置处于频繁变换当中。应该说，海河流域的这种时空动态变化，是由自然因素和人为因素双重作用的结果。

参考文献：

[1]李秀彬.全球环境变化研究的核心领域――土地利用/土地覆被变化的国际研究动向.地理学报，1996

[2]唐中实，李小乙.澳门城市遥感信息图谱[J].地理学报，2001

[3]田永中，岳天祥.地学信息图谱的研究及其模型应用探讨[J].地球信息科学，2003