基于高程和坡度分级的延安市土地利用格局研究

　　摘 要：地形因子影响地表水热再分配、风沙作用方式和水力侵蚀强度，不同地形上土地利用类型的改变会产生不同的生态修复效 果。 为了给科学合理地评估退耕还林(草) 效果和相关研究提供参考，基于 1988 年、1998 年、2008 年、2018 年 Landsat4- 5 TM、 Landsat8 OLI 卫星遥感影像数据与 DEM 数据，在 RS 与 GIS 技术支持下获取土地利用与地形因子数据，将土地利用类型与地形因子 耦合，分析了延安市大规模实施退耕还林(草)前后各土地利用类型在不同地形因子上的分异及转移特征。 结果表明：退耕还林 (草)工程的实施，使延安市土地利用结构发生明显变化，耕地面积占比由 29.01%降低到 11.51%，草地面积占比由 32.88%降低到 25.31%，而林地面积占比由 36.01%大幅提高到 60.60%;各土地利用类型在各级高程与坡度上的分布差异随时间推移愈加明显，坡 度小于 15°的耕地面积占耕地总面积的比例大幅提高，即随着时间推移耕地分布逐渐向缓坡区域转移;草地与林地在各级坡度上的 分布具有一致性，二者的分布优势均随着坡度增大而增大，其中林地分布优势在高程 919 ～ 1 445 m 尤其在 919 ～ 1 115 m 较大且随 着时间推移进一步增大，草地分布优势随海拔的提高逐渐减小，但随着时间的推移其在高海拔区域的分布优势逐渐变大。 应根据 土地利用类型的地形分异特征对土地利用结构进行进一步优化调整。

　　关键词：退耕还林(草);土地利用类型;土地利用结构;耕地;林地;高程分级;坡度分级;延安市

　　土地利用/ 覆盖变化是人类活动对地球陆表自然 生态系统影响的最直接反映，是全球气候变化和环境 变化研究的重要内容[1-3] 。 土地利用类型及结构的变 化影响着生态系统物质循环和能量流动，进而改变土 壤侵蚀的发生和发展[4-6] 。 人口增长和城市扩张等造 成的人地矛盾日益突出，因此土地利用结构调整成为 黄河流域高质量发展研究的焦点。 我国于 1999 年开始实施的退耕还林(草)工程是 世界上最大的生态修复工程，现已由大规模推进转入 成果巩固阶段。

　　土地利用论文范例：黑河中游土地利用与景观格局的水文效应分析

　　延安市作为“全国退耕还林(草)第一 市”，积极落实国家退耕还林(草)政策、率先实施退耕 还林(草)工程并推行全市禁牧，使区域生态环境显著 改善，为黄河流域甚至全国退耕还林(草)和生态修复 树立了典范，其做法、经验和效果具有重要的借鉴价 值，因此有不少学者对延安市退耕还林(草)后的土地 利用、生态效益、土壤侵蚀变化情况等进行了监测、评 估、研究[7-14] 。 地形因子影响地表水热再分配、风沙作用方式和 水力侵蚀强度，不同地形上土地利用类型的改变会产 生不同的生态修复效果，但是退耕还林(草)和土地利 用格局相关研究中对地形因子的分析较少。 笔者基于 遥感数据与 DEM 数据，在 RS 与 GIS 技术支持下获取 土地利用与地形因子数据，分析了延安市大规模实施 退耕还林(草)前后各土地利用类型在不同地形因子 上的分异及转移特征，以期为科学合理地评估退耕还 林(草)效果和相关研究提供参考。

　　1 延安市概况与研究方法

　　1.1 延安市概况

　　延安市总面积为 37 031.30 km 2 ，地处黄河中游地 区，境内有黄河及其支流北洛河、延河、清涧河、仕望河、汾川河等，大都属黄土丘陵沟壑区，地势西北高、东 南低，平均海拔 1 000 m，地貌以梁、峁、沟为主，地形破 碎、生态环境脆弱、水土流失严重。 延安市属半湿润半 干旱大陆性季风气候区，四季分明，昼夜温差大，年均 气温 9.9 ℃ 、1 月平均气温-5.5 ℃ 、7 月平均气温 23.1 ℃ ，年均无霜期 170 d，年日照时数为 2 300 ～ 2 700 h; 年均降水量 537 mm，降水时空分布不均，降雨多集中 于 6—9 月，年均降水量从南部的 650 mm 递减到北部 的 380 mm。 1999 年以来延安市实施了 2 轮退耕还林 (草)，第一轮自 1999 年开始在全国率先退耕坡度大 于 25°的坡耕地，第二轮从 2013 年开始率先启动实施 坡度大于 15°的坡耕地退耕。

　　1.2 数据来源与处理

　　本研 究 采 用 的 遥 感 数 据 为 Landsat4 - 5 TM、 Landsat8 OLI 卫星遥感影像数据，共 20 景影像，空间 分辨率为 30 m，成像时间分别为 1988 年、1998 年、 2008 年、2018 年的 6—9 月，成像时云量均小于 10%。 影像数据下载于 https： / / www.usgs.gov / land-resources， 均为 Landsat Surface Reflectance 产品，并经过辐射定 标、大气校正、 几何校正和正射校正等处理 ( 其中 Landsat4-5 TM 影像数据采用 LEDAPS 进行预处理、 Landsat8 OLI 影像数据采用 LaSRC 进行预处理)，对20 景影像数据进行 7、5、3 波段合成、裁剪、镶嵌。 把 土地利用分为耕地、林地、草地、建设用地、水域等 5 种 类型，采用随机森林法对卫星遥感影像进行监督分类， 分类精度均在 80%以上，4 个时期延安市土地利用分 类结果见图 1。 采用的 DEM 数据空间分辨率为 30 m， 按照自然断点法将高程分为 5 级，根据全国农业区划 委员会制定的《土地利用现状调查技术规程》将坡度 也分成 5 级。

　　2 结果与分析

　　2.1 土地利用类型动态度计算结果及分析

　　延安市不同时期各类土地利用面积占比。 1988—2018 年耕地与林地面积变化较大，耕地面积占 比由 29.01%降低到 11.51%，减少 6 481.50 km 2 ，其中 1998—2008 年耕地面积减幅最大;林地面积占比由 36.01% 提 高 到 60. 60%， 增 加 9 107. 64 km 2 ， 其 中 2008—2018 年增幅最大，由于林地成林需要一定时 间，与耕地面积的变化相比具有一定的滞后性，因此林 地面积剧烈变化的时间落后于耕地的;草地面积占比 由 32.88%降低到 25.31%，减少了 2 806.5 km 2 ;建设用 地面积增加 242.73 km 2 ，占比由 1.30%提高到 1.95%; 水域面积较小，呈波动减少趋势。

　　3 结 论

　　(1)退耕还林(草)工程的实施，使延安市土地利 用结构发生明显变化，耕地面积占比由 29.01%降低到 11.51%，草地面积占比由 32.88%降低到 25.31%，而林 地面积占比由 36.01%大幅提高到 60.60%。 (2)延安市各土地利用类型在各级高程与坡度上 的转移具有一定规律性，坡度小于 15°的耕地面积增 幅较大，随着时间推移耕地分布逐渐向缓坡区域转移; 草地与林地在各级坡度上的分布具有一致性，二者的 分布优势均随着坡度增大而增大;草地分布优势随海 拔的提高逐渐减小，但随着时间的推移其在高海拔区 域的分布优势逐渐变大;林地分布优势在高程为 919～ 1 445 m 较大，尤其是在高程为 919～1 115 m 的分布优 势更大且随着时间推移进一步增大。 (3)实施退耕还林(草)工程后，延安市各土地利 用类型在不同地形因子上的分布差异随时间推移愈加 明显，应根据土地利用类型的地形分异特征对土地利 用结构进行进一步优化调整。

　　参考文献：

　　[1] MOONEY H A， DURAIAPPAH A， LARIGAUDERIE A. Evolution of Natural and Social Science Interactions in Global Change Research Programs[ J]. Proceedings of the National Academy of Sciences，2013，110(S1)：3665-3672.

　　[2] 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[ J].地理学报，1996，51(6)： 553-558.

　　[3] 何亮，吕渡，郭晋伟，等.基于 MODIS 的北洛河流域植被 盖度变化研究[J].人民黄河，2020，42(2)：67-41.

　　[4] GAO Q， CI L， YU M. Modeling Wind and Water Erosion in Northern China Under Climate and Land Use Changes [ J]. Journal of Soil and Water Conservation，2002，57(1)：46-55.

　　[5] 傅伯杰，陈利顶，王军，等.土地利用结构与生态过程[ J]. 第四纪研究，2003，23(3)：247-255.

　　[6] 傅伯杰，赵文武，陈利顶，等.多尺度土壤侵蚀评价指数 [J].科学通报，2006，51(16)：1936-1943.

　　作者：火 红1 ，韩 磊2，3，4 ，奥 勇2 ，刘 钊2，3 ，赵永华2，3 ，朱会利5 ，陈 芮1