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土地利用/覆盖变化(LUCC)是国际地圈生物圈计划(IGBP)与全球环境变化的人文因素计划(LHDP)的核心研究计划之一,是全球环境研究的热点和前沿问题,无论是从生态环境的角度还是从社会经济的角度均具有重要的意义。中国作为世界文明古国,长久以来人类对土地的开发利用,导致土地覆盖发生了巨大的变化。随着中国经济的快速发展、人口数量的增加,中国土地利用与土地覆盖格局变化的深度、广度和速度呈现急剧增加的趋势,经济发展同生态环境之间的矛盾越来越突出,因此开展典型地区土地利用/覆盖变化及其环境效应研究是认识全球变化的重要途径之一,尤其是作为全球环境变化明显的前沿阵地——青藏高原的土地利用变化尤为值得关注和研究。目前对于土地利用/覆盖变化及其环境效应的研究主要集中于经济发展的热点区域和生态脆弱地区,而对青藏高原地区复杂地形和特殊环境下的土地利用/覆盖变化及其生态环境效应研究相对较少。同时,目前在特殊自然地理环境下的定量评价研究还处在一个不完善的阶段,综合考虑特殊自然环境要素的土地可持续利用研究仍是目前相关学科研究的热点和难点。因此,开展青藏高原地区复杂地形和特殊环境下土地利用/覆盖变化及其环境效应定量研究具有重要的现实意义。
本文结合中国地质调查局“青海1:25万民和县幅区调”项目(项目编号:200213000016),利用1994年7月份和2001年7月份的Landsat+ETM遥感影像(轨道号131035),以湟水流域民和县为研究区域,对青海省民和县的土地利用变化地貌因子进行分析。在广泛收集研究区不同时期卫星遥感数据、土地利用现状数据、土壤、水文、社会经济等资料的基础上,综合运用自然地理学、地貌学、遥感科学、土地资源学和地理空间信息技术理论,采用人机交换目视解译的遥感信息提取技术,对1994年和2001年的土地利用/覆盖状况进行信息提取,并在此基础上,分析其土地利用/覆盖变化,最后,采用定性分析、统计分析、基于遥感和GIS的定量化分析等多种方法,对其土地利用/覆盖变化的驱动力进行分析研究。通过对遥感影像进行几何精校正、配准、增强等预处理,以及对土地利用现状图、土壤图等辅助图件进行编辑、校正、建立地理信息库的基础上,进行遥感信息提取。继而对遥感数据的地形特征进行统计分析,进行波段优选,利用不同的波段进行RGB融合,并对影像进行一系列的增强处理与计算机图像分类,提取了相关的土地利用变化信息,利用GIS软件完成该区不同时期的土地利用变化图。针对民和县特殊的地理环境和地貌环境,对民和县土地利用变化的地貌因子进行分析,各因子特征做了简要的叙述,最后通过遥感信息提取与土地利用变化图进行叠加,结合野外实地考察,得出如下认识:
(1)遥感图像的预处理和土地利用遥感信息提取。通过运用人工目视解译和计算机交互解译相结合的方法解译出1994年和2001年的土地利用现状图,1994年和2001年的遥感图像的Kappa指数分别为0.8767和0.8319,达到了分类精度的要求,并在ARCGIS的支持下提取了土地利用的变化信息。
(2)根据土地利用图的数据,对民和县的土地利用进行整体分析,并通过GIS叠加分析得到研究区土地利用转移矩阵。分析得到1994年-2001年民和县草地和水体用地的面积呈增加态势,而耕地、林地、建设用地和未利用地面积则呈现减少的趋势,尤其是未利用地的面积减少非常明显,同时未利用地和林地及耕地与其他土地类型存在着强烈的相互转化过程。从各种土地利用/覆盖类型变化率来看,变化率最高的为草地,其次为未利用地,再次为林地。土地利用变化率最大的区域为中低山农业区,变化率高的原因是受到了退耕还林还草政策的影响。
(3)从2001年民和县土地利用/覆盖现状分析来看,民和县草地面积占到40%以上,草地主要分布于民和县西部;民和县的耕地大部分分布在北部湟水沿岸和南部黄河沿岸区,且以旱作农业为主,少量的水田分布在湟水河和黄河沿岸;民和县的林地主要分布于西北部的拉脊山南段和东北;未利用地集中分布在黄河以北、湟水河以南和拉脊山东部。通过对土地利用多样化指数和土地利用程度指数的分析发现:民和县的河谷区是土地利用多样化程度、土地利用程度最高的地区,这说明尽管未利用地面积占到一半以上,但人类活动还是集中在河谷农业区。造成民和县土地利用/覆盖分布格局的原因是多方面的,从自然因子上说主要包括:地势地貌、气候。民和县的六级阶梯地貌和沿西北一东南方向变化的气候特点决定了当前的土地利用分布格局。
(4)不同地形因子对土地利用变化的影响分析。地貌因子在根本上控制着土地利用/覆盖变化,海拔高度、坡度、坡向决定了人类活动不能超越生态安全的界限,在坡度过陡,海拔过高和气候过于干旱的地区进行耕种最终要选择退耕还林。通过分析发现退耕还林还草主要发生在坡度小于20度的地方,但目前民和县山地旱田中仍存在坡度大于20度的耕地,这些是导致水土流失和荒漠化扩展的隐患。
除此之外,与自然因子相比的其它因素对土地利用/覆盖变化的影响更明显。国家出台关于保护耕地、森林、草地资源的政策法规,直接导致了民和地区耕地由扩张到减少,草地、林地恢复性地增长。同时改革开放以来,地方经济的发展带来了农业科技进步和机械化程度的提高也影响了土地利用格局的变化。
文章在尝试特殊自然地理环境下的山区以多时相的ETM+数据为主要信息源并结合其他资料开展土地利用变化遥感监测研究,具有一定的科学意义和应用前景,并可为当地的生态环境建设提供定量的信息,从而促进像青藏高原这种特殊环境下社会的可持续发展。