基于地形因素的赤峰市城子乡土地利用空间格局变化

盛 艳，姚云峰，秦富仓

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古呼和浩特 010019;2.内蒙古农业大学林学院，内蒙古呼和浩特 010019)

土地利用是指人类有目的、有意识的开发利用土地资源的一切活动。土地利用空间格局的变化主要受自然环境条件的制约与人类活动的干扰。研究土地利用空间格局及变化，探讨其影响机制，是了解人类社会与自然环境相互关系的重要途径，亦是评价分析区域生态环境现状及其发展趋势的有效手段［1-3］。地形因素对土地利用空间格局的形成及变化有一定的制约作用，特别是在山地丘陵地区，地形直接影响地表物质的迁移和能量的转换［4-5］，并影响植被类型的分布。山地丘陵地区，海拔、坡度和坡向3种地形因素在很大程度上决定着光照、水分、温度和土壤条件，在一定程度上决定着土地利用的方向与方式，同时对土地利用空间格局的分布和变化有显著影响［6-7］。山地丘陵区地形复杂多变，属于生态环境脆弱区，且该地区人口众多，人地矛盾尤为突出，不当的土地利用方式极易造成生态环境的破坏，导致严重的水土流失。通过分析山地丘陵区土地利用的地形控制机制，可以更好地掌握土地利用空间格局分布和变化，为半干旱山地丘陵区的土地资源管理及规划、土地利用开发与水土保持等生态保护之间权衡提供科学依据［8-9］。

松山区地处赤峰市东南部，属于燕山丘陵区，山地丘陵约占总面积的85%，占耕地面积65%以上。笔者以内蒙古赤峰市松山区城子乡作为典型研究区，运用GIS技术，研究10a来赤峰市城子乡不同地形条件下的土地利用空间格局变化，从地形角度(高程、坡度)分析其土地利用空间格局及变化，揭示地形因素对土地利用空间格局及变化的影响机制。

1 研究区概况

城子乡行政隶属于内蒙古自治区赤峰市松山区，位于松山区南部，地理坐标为北纬42°02'05″～42°14'19″，东经118°22'34″～118°49'17″，土地总面积 358 km2，有 20 个行政村，总人口 3.2 万人。城子乡属于北温带大陆性季风气候，春季干旱多风，降雨稀少;夏季温热且降雨集中，雨热同期;秋季温度剧降，降雨减少，光照充足，昼夜气温变化较大;冬季寒冷、干燥而漫长。年平均气温7.2℃，年内最高气温24.8℃，最低气温-12.4℃;年平均降水量370 mm，降水主要集中在6—9月，占全年降水量的80%;年平均日照时数2865.8 h，日照时数每天可达12～14 h，光照充足;无霜期135d;最大冻土深度1.8 m;林草覆盖度约48%;地带性土壤类型为棕壤土和褐土。城子乡地处低山丘陵区，属赤峰市西部老哈河水系半箭河流域。

2 数据来源及研究方法

选取2001年和2011年2个时期的土地利用现状图，将研究区土地利用类型划分为耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他用地共8类。在GIS技术的支持下，将研究区1∶10000地形图(2001年航摄，1980西安坐标系，1985国家高程基准，等高线间距5 m)进行扫描，在ARCGIS下对等高线进行屏幕跟踪矢量化，生成DEM图。DEM的数据结构较为简单，便于进行分析运算;精度较高，可以得到比较准确的分析结果，是一种优秀的地形数据描述形式。在DEM基础上可以获得多层次、多角度的有关地形信息的内容［10］。在ARCGIS软件支持下，对DEM数据进行高程和坡度提取，并对高程、坡度数据进行重分类分级。根据研究区域的地形及土地利用类型分布特点将高程划分为5个等级［11-13］，参考水土流失调查中采用的8°作为缓坡，将坡度分为6个等级，详见表1、图1、图2，然后将高程、坡度图分别与两期土地利用图进行空间叠加分析［14-16］，从而得出研究区不同地形条件下的土地利用格局分布和变化情况。

表1 地形因素分级系统Table 1 Terrain factor classification system

图1 DEM图Fig.1 DEM map

图2 坡度分级示意图Fig.2 Sketch map of slope classification

3 结果分析

3.1 土地利用空间格局变化分析

由表2和图3可知:10a间土地利用变化较为明显。林地、城镇村及工矿用地、交通运输用地面积呈现上升趋势，其中以林地面积增加最多，其次是城镇村及工矿用地和交通运输用地;园地、草地、水域及水利设施、其他用地面积一直在减少，总量均有所下降。其中以园地减少最明显，其次是草地、水域及水利设施用地和其他用地;同时由于退耕还林还牧政策的实施，耕地呈现出减少趋势，耕地总量较2001年减少了750.14 hm2。

图3 土地利用空间格局分布Fig.3 Distribution of spatial patterns of land use

2001—2011 年，土地利用类型转化比较频繁，其中林地、城镇村及工矿用地和其他用地之间的转化最频繁。耕地的主要转化来源是园地和草地。园地、草地、水域及水利设施用地和其他用地均向其他土地利用类型转化，而没有其他土地利用类型的转入，导致这几类土地面积一直在减少。林地、城镇村及工矿用地和交通运输用地均未向其他土地利用类型转化，而均有其他土地利用类型的转入，导致这几类土地面积一直在增加。

表2 城子乡土地利用类型及变化Table 2 Land use types and changes in Chengzi Township

3.2 基于高程的土地利用空间格局分布及其变化

由图1和图4可知:研究区海拔高度在605～1695 m范围内，其中800～1000 m高程分级面积最大，占研究区总面积的38.16%，其次是≤800 m高程分级，占研究区总面积的29.24%，可见，研究区的土地利用类型主要分布于高程≤1000 m的区域内。高程≤800 m区域主要土地利用类型有耕地、林地、草地、城镇村及工矿用地，分别占2011年各土地利用类型总面积的比例为 32.54%、22.10%、33.11%、67.93%。高程800～1000 m区域主要土地利用类型有耕地、林地、草地、城镇村及工矿用地、水域及水利设施用地，分别占2011年各土地利用类型总面积比例为48.93%、39.74%、24.50%、29.39%、36.27%。高程 1 000～1200 m区域主要土地利用类型有园地、林地、其他用地，分别占2011年各土地利用类型总面积比例为20.65%、22.50%、70.16%。高程1200～1400 m区域主要土地利用类型有园地、林地、草地。高程＞1 400 m区域主要土地利用类型是林地和其他用地。由此可见，耕地主要集中分布在高程≤1 000 m的区域范围，随高程增加而减少，其主要原因是高程低的地区地理环境和水土资源条件更有利于人类生活和从事各种生产活动，从而增大了对土地的利用强度。林地主要集中分布于高程800～1200 m范围内;草地主要集中分布在高程≤1000 m和高程1200～1400 m的范围内。城镇村及工矿用地分布随高程增加而减少，主要分布在高程≤1000 m范围，说明随着高程的增加，地理环境和气候等条件都已经不利于人类的生产活动。其他用地主要分布在高程≤1200 m范围，并随高程增加而增加。

由表3可知:在高程≤800 m的范围内，耕地、草地、水域及水利设施用地在不断减少，而林地、城镇村及工矿用地和交通运输用地在不断增加。在800～1000 m和1000～1200 m范围内，基本也呈现这样的变化趋势，但变化的幅度明显变小，说明在低海拔区域，土地利用类型转换比较频繁，主要是耕地向建设用地转化，草地转化为林地，其他用地和水域转化为林地。而在高海拔区域，园地和耕地减少较快，大部分都转化为林地，但相对于低海拔区域，土地利用相对比较稳定。低海拔区域主要分布着耕地、城镇村及工矿用地，随着海拔升高，主导土地利用类型逐渐被林地取代，特别是经过多年退耕还林政策的实施和对生态建设的加强，高海拔区域不适宜耕作的土地已基本转变为林地，因而林地分布面积相对比较稳定。

图4 特定土地利用类型在各高程段中的分布比例Fig.4 Distributions of specific land use types in different elevation ranges

表3 2001—2011年城子乡各高程段不同土地利用类型所占面积变化比例Table 3 Changing percentages of land use types in different elevation ranges in Chengzi Township from 2001 to 2011

3.3 基于坡度的土地利用空间格局的分布及其变化

由图2和图5可知:研究区0°～3°坡度分级面积最大，占研究区总面积的33.09%，其次是15°～25°坡度分级，占研究区总面积的21.57%，8°～15°坡度分级，占研究区总面积的20.86%，＞35°的坡地仅占研究区总面积的1.46%。耕地、城镇村及工矿用地和交通用地基本分布在0°～3°以内，而该坡度段也正是人类活动比较集中的区域，所以与人类生产生活密切相关的土地利用类型大多分布在该区域。草地和其他用地在15°～25°范围内分布最广，分别达到31.94%和40.39%;林地在＜25°的坡度范围内，随着坡度的增加其面积比例也随之增加，其中在15°～25°坡度段内分布最广，是该坡度范围内分布最多的类型。水域及水利设施用地主要分布在0°～3°以内，随坡度的增加急剧减少。＞35°的坡度范围内，由于坡度较大，受人类活动干扰影响较小，该区域内土地利用类型以林地和草地为主，还有部分耕地，应当适当减少该坡度区域内耕地的面积，退耕还林还牧，防止水土流失，其他土地利用类型在该坡度段内呈现零星分布。在15°～25°、25°～35、＞35°区域内，各土地利用类型面积比例开始显著下降，表明随着坡度的增加，开发利用程度在降低，且不合理的开发将导致严重的生态环境破坏。不同坡度段内各土地利用类型的面积比例也具有一定的规律，在各坡度段范围内都有一个比较有优势的土地利用类型，比如在0°～3°的坡度段内，耕地、城镇村及工矿用地分布比较广，说明其受地形因素影响较大，对坡度选择性较高。在＞15°的坡度段内，森林分布较为广泛，体现了退耕还林还牧政策的实施效应。

由表4可以看出:研究期内，耕地在各个坡度级别中都呈现减少的趋势，在0°～3°坡度段内，减少的耕地主要转化为建设用地，在＞15°坡度段内，减少的耕地主要转化为林地，主要是响应国家的政策，要求＞15°坡度段耕地进行退耕。林地在各个坡度级别中都呈现增加的趋势，在15°～25°坡度段内，增加的速度最快，有退耕的耕地转化为林地，还有部分是园地和草地转化为林地，主要是国家注重生态环境建设的结果。基于坡度的土地利用空间格局变化的总体趋势是随着坡度的增加，各土地利用类型之间的转化幅度有所增加，特别在15°～25°坡度段内。在≤15°坡度段内，各土地利用类型之间的转化频率较高。

图5 特定土地利用类型在各坡度段的分布比例Fig.5 Distributions of specific land use types in different slope ranges

表4 2001—2011年城子乡各坡度段中不同土地利用类型所占面积变化比例Table 4 Changing percentages of land use types in different slope ranges in Chengzi Township from 2001 to 2011

4 结 论

a.研究区土地利用格局的垂直分布与高程和坡度具有相关性，表现为随高程的增加，林地变为主要利用类型，耕地在各高程区域中的相对数量呈现先增加后减少的趋势，城镇村及工矿用地、交通运输用地和水域及水利设施用地的分布比例逐渐减少，同时土地利用多样性降低。耕地、城镇村及工矿用地和交通运输用地基本分布在0°～3°坡度段内，而该坡度段也正是人类活动比较集中的区域，所以与人类生产生活密切相关的土地利用类型大多分布在该区域，草地和其他用地在15°～25°范围内分布最广，林地在在15°～25°坡度段内分布最广，随着坡度的增加其面积比例呈现出先降低后增加再降低的趋势。城镇村及工矿用地主要分布在≤8°坡度段内，说明其受地形地貌因素影响较大，对坡度选择性较高。

b.地形因素对研究区不同土地利用类型的转化有显著影响，不同地形区域土地利用类型的转化存在一定差异，低地形区域是土地利用空间格局的变化最为活跃的区域。在高地形区域，土地利用相对比较稳定。整体而言，林地转化优势区间集中于中高地形区域，转化优势地位愈显突出。

c.土地利用空间格局是自然条件限制和人类活动影响共同作用的结果，地形是形成研究区土地利用空间格局的背景性基础因素，原因在于地形因素通过影响水热条件及其他自然资源要素的再分配，进而影响着人类对土地资源的利用方式和干扰程度。主要表现为高海拔区域人类对土地的干扰程度弱，土地利用相对稳定，其多样性低。而低海拔区域，因地势平缓、交通便利、气候条件适宜，人类对土地的利用强度明显增大，土地利用多样性较高。

d.研究只对地形因素中高程与坡度如何影响土地利用空间格局分布与变化进行研究，今后需要更深层次的研究其他要素如何与地形因素协同影响土地利用空间变化，以及各种地形因素对土地利用空间格局分布和变化的系统影响效应。

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