全 文 ：晋西北生态脆弱区土地利用动态变化及驱动力*
李秀芬1 摇 刘利民1 摇 齐摇 鑫2 摇 张金鑫3 摇 肇同斌1 摇 王摇 一1 摇 刘雪峰1 摇 周永斌1**
( 1沈阳农业大学, 沈阳 110866; 2辽宁省农业科学院, 沈阳 110161; 3中国科学院沈阳应用生态研究所 /中国科学院清原森林
生态实验站, 沈阳 110016)
摘摇 要摇 基于遥感和 GIS技术,结合相关统计资料,以典型生态脆弱区晋西北为研究对象,利
用获取的 1980、1990、2000 及 2010 年 4 期土地利用信息,对该区 1980—2010 年的土地利用动
态变化特征及驱动因素进行分析.结果表明: 1980—2010 年,研究区土地利用结构发生了明
显变化,耕地面积持续减少,草地和林地面积分别经历了增鄄减鄄增和减鄄增鄄减的过程,工矿居
民地面积持续增加,水域和未利用地面积持续减少.耕地主要流向草地和林地;工矿居民地的
增加主要以耕地面积的减少为代价;减少的水域面积转为草地和耕地;未利用地的持续减少
则是由于生态工程实施和城市扩张占用所致. 2000 年之前,研究区总体土地利用变化程度高
于后期;单一土地利用动态度的变化,以工矿居民地、未利用地及林地和草地的变化程度较剧
烈.驱动力分析表明,人口增加和经济发展共同驱动了区域耕地和工矿居民地的演变;多个林
业生态工程的实施是驱动林草面积变化的主要对策因素;干旱化加剧的气候特征是水域面积
持续减少及林地恢复较慢的主要驱动因素.
关键词摇 晋西北地区摇 土地利用摇 动态变化摇 驱动力
文章编号摇 1001-9332(2014)10-2959-09摇 中图分类号摇 S127摇 文献标识码摇 A
Land use change dynamics and driving forces of the vulnerable ecological region in north鄄
western Shanxi Province, China. LI Xiu鄄fen1, LIU Li鄄min1, QI Xin2, ZHANG Jin鄄xin3, ZHAO
Tong鄄bin1, WANG Yi1, LIU Xue鄄feng1, ZHOU Yong鄄bin1 ( 1 Shenyang Agricultural University,
Shenyang 110866, China; 2Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161, China;
3 Institute of Applied Ecology / Qingyuan Experimental Station of Forest Ecology, Chinese Academy of
Sciences, Shenyang 110016, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(10): 2959-2967.
Abstract: By using remote sensing and GIS technology, this paper collected land use information of
1980, 1990, 2000 and 2010 and the relevant statistical data, and analyzed the characteristics of
land use change and its driving forces in northwestern Shanxi Province, the typical ecological fragile
area. The results showed that there were significant changes in land use patterns in the past 30
years. During 1980-1990, 1990-2000 and 2000-2010 periods, the area of farmland decreased
continuously, while the areas of grassland and woodland experienced increase鄄decrease鄄increase and
decrease鄄increase鄄decrease patterns of change, respectively. The areas of industrial and resident
lands increased continuously, but the water body and unused land decreased. The farmland was
mainly transformed to grassland and woodland, and the areas of industrial and resident lands in鄄
creased from the farmland. The lost area of water body was transformed to grassland and farmland.
The decrease of unused land was due to the implementation of ecological engineering and urban ex鄄
panding. In general, the changes of land use types were significantly higher before 2000 than after
2000. The industrial and resident lands, unused land and grassland changed drastically. The rela鄄
tionships between land use types and driving forces indicated that population pressure and economic
development led to the changes of industrial land and farmland; policy of forestry ecological engi鄄
neering drove the changes of woodland and grassland; the drought鄄characterized climate was the
major cause inducing the decrease of water area and hindering the restoration of forest.
Key words: the northwest of Shanxi Province; land use; change dynamics; driving force.
*“三北防护林工程固碳速率和潜力研究冶项目(XDA05060400)和中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1鄄YW鄄08鄄02鄄02)资助.
**通讯作者. E鄄mail: yyzyb@ 163. com
2014鄄02鄄19 收稿,2014鄄07鄄09 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 10 月摇 第 25 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2014, 25(10): 2959-2967
摇 摇 黄土高原区是我国典型的风沙过渡区、农牧交
错区和生态脆弱区,近几十年来,随着人口的急剧增
加以及城镇化进程的加快,该区成为人与自然环境
作用强烈之地带;另一方面,在国家相关政策的导引
下,该地区开展了大规模的如“三北防护林冶、“水土
保持林冶、“退耕还草还林冶等国家重大生态工程建
设,使该区的土地利用 /覆被状况变化成为中国土地
覆被变化较为巨大的区域之一[1-2] . 国内众多学者
一直关注该区的生态退化与恢复[3-5],近年开始利
用遥感和地理信息系统手段对该区的土地利用 /覆
被动态变化、驱动机制及生态环境效应等[6-9]进行
研究.但以往的研究主要集中在土地类型划分、土地
资源分类和分等、土壤侵蚀、土地适宜性评价、土地
利用分区等方面[10-14],多为静态的、定性的分析研
究,且多数研究集中在某些固定的区域,如陕北、陇
中等地区[7,15-18],将晋西北作为研究区进行土地利
用动态变化过程及相应驱动力的研究鲜见报道.
晋西北地处黄土高原东部边缘,是在人类活动
诱导下土地退化和生态景观变化较为典型的区域.
区域内落后的经济状况、恶劣的自然环境及人为不
合理的土地利用使得该地区生态环境十分脆弱和敏
感,即使环境的小幅波动都会导致其生态系统发生
深刻变化[19-22] .近几十年来,在自然以及社会经济
因素(如退耕还林政策、产业结构调整等)交织作用
下,土地利用 /覆被格局(如大面积土地荒漠化、水
土流失、局部地区的植被恢复重建等)发生了较大
变化,但该区固有的人地矛盾问题并没有得到根本
改善,以水土流失和风沙危害为主要表征的生态与
环境恶化趋势一直未能得到有效控制,严重影响了
区域的可持续发展[19,22] . 鉴于此,本文对该区
1980—2010 年土地利用动态演变过程及自然和人
为驱动因素进行探讨,旨在揭示该生态脆弱区的形
成和环境演变机制,以期为该区今后土地资源的治
理规划及合理开发利用提供科学依据,对于晋西北
地区今后的生态环境整治与恢复、土地可持续利用
及社会经济的发展均有重要意义.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
晋西北地处我国黄土高原东缘的沙地黄土地带
内(38毅43忆—40毅17忆 N,111毅06忆—112毅58忆 E),是我国
黄土高原的主要组成部分(图 1). 地形主要表现为
起伏和缓的沙黄土丘陵,全区平均海拔 1300 ~ 1500
m,相对高差 100 ~ 200 m,呈现高原形态,习称晋西
北高原.该区属温带大陆性季风气候,干旱(春旱、
伏旱)特征显著,年均气温 3. 6 ~ 7. 5 益,极端最低
气温-40 益;年降水量 380 ~ 450 mm,季节分配不均
且变率大;年蒸发量 2000 ~ 2300 mm,为半干旱半湿
润区.植被从森林草原向典型草地过渡,地带性植被
己被破坏殆尽,植被盖度较低.现存的植被大多为次
生灌木和草类,以沙棘(Hippophae rhamnoides)、柠条
(Caragana korshinskii)、锦鸡儿(Caragana sinica)等
次生灌丛及百里香(Thymus vulgaris)、白羊草(Both鄄
riochloa ischaemum)、蒿类等为代表性植被. 该区是
水土保持的重点区.
1郾 2摇 数据来源及处理
研究区基础数据资料为 1980 年 MSS、1990 年
TM、2000 年 ETM及 2010 年 TM 遥感影像.首先,对
4 期遥感影像进行 4、3、2 波段合成,形成易于识别
植被的标准假彩色影像,对影像进行线性图像增强
处理,并对 MSS影像(分辨率 80 m伊80 m)进行重采
样,形成与 TM / ETM 分辨率匹配的 30 m伊30 m 影
像.其次,对各期影像进行几何校正.选择 2000 年的
ETM数据,以 1 颐 100000 地形图为地理参考数据,
每景选取 40 ~ 50 个控制点进行校正,形成正射影
像.最后,以 2000 年的正射影像为参考影像,对
1980 年 MSS、1990 年 TM 和 2010 年 TM 进行校正,
校正模型选用二次多项式模型,采用最邻近法,且平
原地区像元的均方根误差(RMS)小于 1 个像元(30
m)、山区小于 2 个像元(60 m).本研究所用数据均
为Albers正轴等面积双标准纬线割圆锥投影(中央
经线为 105毅 E,双标准纬线分别为 25毅 N 和 47毅 N,
Krasovsky椭球体).
图 1摇 研究区位置示意图
Fig. 1摇 Sketch map of the location in the study area.
0692 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
摇 摇 本文依据已建好的晋西北地区土地利用 /覆盖
的解译标志,采用人鄄机交互式目视解译方法对
1980、1990、2000、2010 年 4 期遥感影像进行土地利
用 /覆盖分类解译,最后形成 4 个时期土地利用 /覆
盖遥感影像解译图.为保证土地利用 /覆盖变化分类
具有一定的权威性和一致性,本研究参照中国科学
院资源环境数据中心制定的土地覆盖分类系统[23],
将研究区土地利用类型划分为 6 类,分别为耕地、林
地、草地、工矿居民地、水域和未利用土地.利用野外
实地调查对土地利用 /覆被数据(2010 年的解译结
果)进行验证,正确率在 90%以上.
1郾 3摇 土地利用动态度和土地利用类型转移矩阵
土地利用类型动态度指研究区一定时间范围内
某种土地利用类型的数量变化[22] .土地利用动态度
可分别用单一土地利用动态度和综合土地利用动态
度来表示[24] .单一土地利用动态度(K)公式如下:
K=
(Ub-Ua)
UaT
伊100% (1)
式中:Ua为某土地类型研究初期的面积;Ub为某土
地类型研究末期的面积;T为变化的时间间隔(年).
综合土地利用动态度公式如下:
LC =
移
n
i = 1
驻LUij
2移
n
i = 1
LUi
伊 1T 伊 100% (2)
式中:驻LUij为研究时段内第 i 类土地利用类型转为
非 i类土地利用类型的面积;LUi 为研究初期第 i 类
土地利用类型面积;T为监测时段长度,当 T的时段
设定为年时,LC即为土地利用年变化率.
土地利用转移矩阵不仅能反映土地利用类型转
换的数量,也可以表示土地利用类型转换的去向和
来源.在实际应用中,对于任意两期(k 和 k+1)土地
利用类型图 Akij和 Ak+1ij ,按照地图代数方法[25],可以
求得土地利用类型相互转化的数量关系的原始转移
矩阵(C ij):
C ij =10Akij+Ak+1ij (土地利用类型小于 10 时适用)
(3)
1郾 4摇 区域土地利用程度分析
土地利用程度的变化可定量表达地区土地利用
的综合水平和变化趋势. 根据刘纪远[23]提出的方
法,计算土地利用程度综合指数(Li)及土地利用程
度变化量(驻Lb-a):
L j = 100移
n
i = 1
AiC i(L j缀[100,400]) (4)
驻Lb-a = Lb - La = 100(移
n
i = 1
AiC ib - 移
n
i = 1
AiC ia)
(5)
式中:n为土地利用程度分级数;Ai 为研究区第 i 级
土地利用程度分级指数;C i 为第 i 级土地利用面积
百分比;Lb 和 La 分别为 b和 a时间的区域土地利用
程度综合指数;C ib和 C ia分别为某区域 b和 a时间第
i级土地利用程度面积百分比.若 驻Lb-a>0,则该区域
土地利用处于发展期;驻Lb-a <0,则该区域土地利用
处于调整期或衰退期.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 晋西北生态脆弱区土地利用变化状况
不同土地利用类型面积总量变化能反映区域土
地利用变化的幅度和总态势.研究期间,晋西北地区
土地利用类型均以耕地和草地为主,二者面积之和
占总面积的70%以上(表1) . 其中,耕地以晋西北
表 1摇 1980—2010 年研究区土地利用类型面积及比例
Table 1摇 Area and its percentage of land use types in the study area from 1980 to 2010
土地类型
Land use type
1980
面积
Area
(km2)
比例
Percentage
1990
面积
Area
(km2)
比例
Percentage
2000
面积
Area
(km2)
比例
Percentage
2010
面积
Area
(km2)
比例
Percentage
耕地
Cultivated land
7404. 51 47. 5 7161. 13 46. 0 7149. 09 45. 9 6628. 61 42. 6
有林地
Wood land
3201. 84 20. 6 2546. 95 16. 4 2705. 18 17. 4 2699. 01 17. 3
草地
Grassland
4595. 34 29. 5 5464. 64 35. 1 5319. 07 34. 1 5810. 28 37. 3
工矿、居民地
Industrial and residential land
196. 5 1. 3 241. 87 1. 6 253. 63 1. 6 292. 75 1. 9
水域
Water area
163. 88 1. 1 153. 22 1. 0 143. 72 0. 9 140. 66 0. 9
未利用地
Unused land
18. 72 0. 1 11. 71 0. 1 9. 08 0. 1 8. 47 0. 1
169210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李秀芬等: 晋西北生态脆弱区土地利用动态变化及驱动力摇 摇 摇 摇 摇 摇
偏东部的区域分布最多,1980、1990、2000 和 2010
年耕地面积分别占相应年份土地总面积的 47. 5% 、
46. 0% 、45. 9% 、42. 6% ,呈逐年减少趋势,以南部地
区减少最明显;草地在研究区西部分布居多,各年的
面积占比分别为 29. 5% 、35. 1% 、34. 1% 、37. 3% ,
呈增长趋势,以南部地区增加较明显;林地各年的面
积占比分别为 20. 6% 、16. 4% 、17. 4% 、17. 3% ,呈
先减少后增加的趋势;工矿居民地各年面积占地均
小于 2% (1. 3% ~1. 9% ),期间的增加趋势明显,以
中部的朔城区和平鲁县分布面积最大(图 1);水域
和未利用地的面积占比最小,分别占研究区土地总
面积的 0. 9% ~ 1. 1%和 0. 1% ,研究期间呈明显减
少趋势.水域以朔城区分布最多,其他各区县分布较
少,未利用土地主要分布在研究区的西北部.
2郾 2摇 晋西北生态脆弱区土地利用的变化方向
由表 2 可以看出,1980—1990 年,研究区土地
利用类型的相互转换主要发生在耕地、林地和草地
之间.其中,耕地和林地的转出面积(638. 99、719. 66
km2)远大于转入面积(395. 61、65. 07 km2),主要转
给了草地,使得该时期耕地和林地面积均大幅减少,
林地面积减少最多(654. 59 km2),草地面积大幅增
加(868. 61 km2). 草地是耕地的主要来源之一(草
地转给耕地面积 200. 18 km2). 工矿居民用地面积
的增加主要源于耕地、草地和林地(27. 95、12. 45 和
8. 30 km2).水域主要转为草地和耕地(12. 86、7. 49
km2).未利用地主要转给耕地(6. 29 km2).
1990—2000 年,耕地面积的转出(448. 31 km2)
和转入(436. 27 km2 )相差较小,耕地面积略有减
少;林地面积的增加主要源于草地和耕地(397. 28、
225. 15 km2);草地转出的面积(608. 19 km2)大于转
入(462. 19 km2 );工矿居民地的转入面积 (13. 2
km2)大于转出面积(1. 44 km2),且以占用耕地资源
为主的扩张方式来增加面积 (耕地转给 11. 63
km2);水域转为耕地和草地;未利用地主要转给林
地和耕地(1. 01、2. 22 km2),说明造林工程和开荒
种地开始向未利用土地方向发展.
2000—2010 年,耕地大量转给草地 (535. 58
km2),导致耕地的转出面积(445. 22 km2)远大于转
入面积 (124. 74 km2 );草地面积的转入 (586. 18
km2)大于转出(94. 97 km2),这一阶段耕地仍然是
草地的主要来源;林地的转出面积(144. 97 km2)稍
大于转入面积(138. 79 km2 ) ;工矿居民地的转入
图 2摇 1980—2010 年晋西北地区土地利用 /覆盖变化
Fig. 2摇 Land use / cover change in northwest of Shanxi Province from 1980 to 2010.
2692 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 2摇 研究区 1980—2010 年各时期土地利用转移矩阵
Table 2摇 Transfer matrix of land use in the study area from 1980 to 2010 (km2)
时段
Period
土地类型
Land
type
耕地
Cultivated
land
林地
Wood
land
草地
Grassland
工矿居民地
Industrial and
residential land
水域
Water
area
未利用地
Unused
land
1980—1990 耕地 Cultivated land 6765. 52 24. 80 581. 10 27. 95 5. 14 0
林地 Wood land 184. 73 2481. 88 523. 00 8. 30 3. 63 0
草地 Grassland 200. 18 33. 60 4346. 50 12. 45 1. 30 0. 32
工矿居民地 Industrial and residential land 2. 49 0. 05 0. 84 193. 12 0 0
水域 Water area 7. 49 0. 33 12. 86 0. 05 143. 13 0. 02
未利用地 Unused land 0. 72 6. 29 0. 34 0 0 11. 37
1990—2000 耕地 Cultivated land 6712. 82 225. 15 211. 48 11. 63 0 0. 05
林地 Wood land 185. 52 2095. 12 237. 18 0. 38 28. 75 0. 27
草地 Grassland 224. 88 379. 28 4856. 45 0. 98 1. 72 1. 33
工矿居民地 Industrial and residential land 0. 37 0. 37 0. 66 240. 43 0. 04 0
水域 Water area 24. 49 3. 04 12. 28 0 113. 21 0. 18
未利用地 Unused land 1. 01 2. 22 1. 02 0. 21 0 7. 25
2000—2010 耕地 Cultivated land 6503. 87 76. 04 535. 58 33. 58 0 0. 02
林地 Wood land 90. 77 2560. 21 49. 14 1. 45 0. 64 2. 97
草地 Grassland 31. 17 60. 33 5224. 10 3. 15 0 0. 32
工矿居民地 Industrial and residential land 1. 38 2. 18 0 250. 05 0 0. 02
水域 Water area 1. 42 0. 18 1. 31 0. 79 110. 02 0
未利用地 Unused land 0 0. 06 0. 15 3. 73 0 5. 14
面积(42. 7 km2)大于转出面积(3. 58 km2),其面积
的增加以占用耕地资源为主;水域面积主要是转给
了耕地(1. 42 km2)和草地(1. 31 km2);未利用地主
要转给了工矿居民用地(3. 73 km2),工矿居民地在
占据大量未利用地的同时又部分转给了林地(2. 18
km2)和耕地(1. 38 km2).
2郾 3摇 晋西北生态脆弱区土地利用变化速度
从表 3 可以看出,1980—2010 年,研究区耕地
的动态度一直为负数,说明其面积一直在缩减,尤其
以 2000—2010 年间的缩减速度最快 (动态度为
-0. 7% ).林地的动态度表现为先急剧减少,又稳步
增多,后又缓慢减少的趋势.工矿居民地的动态度变
化表明其面积呈增加趋势,且中后期的面积增加速
度小于前期.水域和未利用地的动态度均为负数,表
明其面积呈持续减少趋势. 另外,通过对比 1980—
1990、1990—2000、2000—2010 年的综合土地利用
动态度发现,区域土地利用类型变化的剧烈程度在
降低(0郾 53>0郾 50<0郾 29),说明研究区 2000 年之前
的总体土地利用变化程度明显高于后期.
2郾 4摇 晋西北生态脆弱区土地利用程度的变化
造成研究区土地利用程度提高的主要原因是土
地利用类型从未利用地向林地和草地的转化、林地
和草地开垦为耕地以及城镇、工矿用地的增加等;造
成研究区土地利用程度降低的主要原因是耕地转化
为林地和草地.由表 4 可以看出,研究期间,朔城区
及其周围区域(包括山阴县、平陆县及神池县)的土
地利用程度均有所提高(吟Lb-a分别为 14. 7、11. 62、
5. 37 和 3. 97),说明这些区县的土地利用均处于发
展期.从 1993 年起,朔城区由县改市,城镇建设、交
通和露天煤矿的开采都处在快速发展时期,导致围
表 3摇 不同时期研究区土地利用动态度
Table 3摇 Dynamic degree of land use at different periods in the study area (%)
土地利用动态度类型
Type of dynamic
degree of land use
土地利用类型
Land use type
时段 Period
1980—1990 1990—2000 2000—2010
单一土地利用动态度 耕地 Cultivated land -0. 33 -0. 02 -0. 73
Dynamic degree 林地 Wood land -2. 04 0. 62 -0. 02
of land use 草地 Grassland 1. 89 -0. 27 0. 93
工矿居民地 Industrial and residential land 2. 31 0. 49 1. 54
水域 Water area -0. 65 -0. 62 -0. 21
未利用地 Unused land -3. 75 -2. 25 -0. 67
综合土地利用动态度 Comprehensive land use dynamic index 0. 53 0. 50 0. 29
369210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李秀芬等: 晋西北生态脆弱区土地利用动态变化及驱动力摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 4 摇 研究区各区县 1980—2010 年土地利用程度指数的
变化
Table 4 摇 Land use degree index change for different re鄄
gions in the study area from 1980 to 2010
区县
District / County
土地利用程度指数
Land use degree index
1980 2010
1980—2010 年
土地利用程度变化量
Increment of land
use degree index
from 1980 to 2010
左云县 Zuoyun County 249. 91 247. 98 -1. 9
右玉县 Youyun County 249. 88 250. 49 0. 6
平鲁县 Pinglu County 242. 71 248. 08 5. 4
偏关县 Pianguan County 240. 25 231. 93 -8. 3
河曲县 Hequ County 262. 43 254. 12 -8. 3
山阴县 Shanyin County 226. 59 238. 21 11. 6
朔城区 Shuocheng District 268. 01 282. 71 14. 7
神池县 Shenchi County 251. 21 255. 18 4. 0
五寨县 Wuzai County 254. 69 254. 91 0. 2
保德县 Baode County 239. 82 232. 88 -6. 9
岢岚县 Kelan County 251. 84 241. 95 -9. 9
绕城市扩建和煤炭资源而兴建的附属设施增加了对
当地土地的开发程度;同时,也带动了相邻县区社会
经济的发展,进而加强了周边区域土地开发利用的
程度.土地利用程度降低的区域有岢岚县(吟Lb-a为
-9. 89)、偏关县(吟Lb-a为-8. 32)、河曲县(吟Lb-a为
-8. 31)和保德县(吟Lb-a为-6. 94),导致这些地区土
地利用程度较低的原因可能是因为国家将这些县确
定为晋西北黄土缓坡丘陵类型区示范点[26],大规模
开展了一系列诸如 “三北防护林冶和 “退耕还林
(草)冶等林业生态示范工程. 在这些林业工程的相
继实施下,区域内林地和草地的覆盖率得到大幅提
升,土地利用程度有所下降,但并不意味着土地利用
处于调整期或衰退期. 其他县区的土地利用程度变
化较小.
2郾 5摇 晋西北土地利用变化的驱动力
土地利用变化是自然和人为因子共同作用的结
果,既受自然因素(地貌、水文、气候等)的制约,又
受人文因素(社会、经济和历史等)的影响,具有很
强的综合性和地域性[24] .自然环境条件是土地利用
类型分布的基础条件,在大环境下控制着土地利用
的状况和变化,而社会、经济、技术等人为因素在某
种程度上决定着土地利用的时空变化,是土地利用
变化的另一主要驱动力.
2郾 5郾 1 自然因素摇 气候条件对土地利用具有制约作
用,对本研究区而言,气温和降水状况是主要限制因
子. 1980—2010 年,晋西北地区的年均气温呈显著
升高趋势,年增温速率达 0. 057 益,年降水量并没有
表现出明显的变化趋势(图 3). 温度和降水的这种
变化规律导致干燥度呈增加趋势,即研究区干旱化
程度在加剧.在晋西北地区地表外来河流供水很少
的情况下[22],干旱化是促成晋西北水域面积大幅减
少的一个重要原因. 该区域大部分耕地需要灌溉才
能种植,由于水域面积的减少,使灌溉耕地的水源减
少,这可能也是区域内耕地面积减少的原因之一.干
旱化的气候条件对林木生长非常不利(林木成活率
低、生长退化严重),进而导致成林面积远远小于造
林面积,使多个林业生态工程的实施没有达到预期
效果.由此表明,干旱化加剧的气候因素是该区域土
地利用变化的主要驱动力之一.
2郾 5郾 2 人为因素 摇 土地是人类社会赖以生存的基
础,也是人类进行各种开发利用活动的载体,同时人
类也是改变土地利用的组织者、参与者.人们通过改
变土地利用的类型与结构,加强对土地的干预程度,
来满足其对生存环境的需求. 特别是随着社会经济
的发展,人地矛盾日益突出,不合理的人类活动极为
深刻地影响着当地土地利用的变化,且相应的社会、
经济、技术、政策制度等也影响着土地利用的空间分
布及时间变化.
1)人口. 在各种人类社会经济因素中,人口因
素对土地利用变化的影响起主要作用.例如,随着人
口增长、经济发展和科技水平提高,人类活动对土地
利用变化的影响强度逐渐增加. 人口数量的增加会
直接导致对居住及相关基础设施用地的需求增加,
进而影响土地利用及空间布局的变化.自 1980 年以
来,晋西北总人口呈持续增长趋势(到 2010 年增加
609650 人)(图 4),其中,非农业人口增加的比例较
大(城镇人口增加 568226 人,乡村人口增加 41424
人) [27] .人口的增多必然导致生存空间的增多,增加
对土地的压力.为了满足人们对物质生存的基本需
求,不断增加的住房、交通等建设用地必然会挤占大
图 3摇 研究区年均温度、降水量及干燥度的变化
Fig. 3摇 Change of annual mean temperature, rainfall and aridity
in the study area.
4692 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 4摇 研究区 1980—2010 年人口数
Fig. 4摇 Population during 1980-2007 in the study area.
量耕地、林地及草地,同时随着城市化进程的加速,
非农业人口迅速增长,城市面积被动扩张,研究期
间,共有 98. 29 km2(表 4)的耕地、林地和草地被建
设用地占用.
2)经济.土地利用作为人类的一种社会经济活
动,必然会受到市场经济规律的制约.市场经济规律
下土地利用方式变化是土地从单位产出低的类型向
单位产出高的类型转化,以实现土地利用的高产出
与高收益[28-29] .显然,现实条件下单位农用地产出
远低于单位工矿和建设用地的产出.研究期间,晋西
北地区第一产业生产总值的比重最小 (6. 4% ~
20郾 1% )且增长速度缓慢,第二、三产业所占比重较
大(分别为 46. 0% ~ 57. 5% 、22. 4% ~ 43. 6% )且增
长速度较快,1990—2010 年间的增长尤为显著(图
5).受这种比较利益的驱动,导致相当一部分效益低
的耕地、林地和草地逐渐转变为效益更高的工矿用
地、交通用地、居住用地等非农用地(表 4).为促进当
地经济的发展,与产业结构变化相适应,土地利用类
型结构也发生了相应转变,说明不同土地利用类型之
间的经济产出差异是驱动晋西北土地利用结构调整
和农用地向建设用地转化的主要驱动力之一.
图 5摇 研究区 1980—2010 年经济指标的变化
Fig. 5 摇 Change of economic indicator in the study area from
1980 to 2010.
摇 摇 3)政策. 与土地资源开发、利用相关的各种政
策制度等对区域土地利用变化影响很大,是土地利
用的直接决策因素[30] .如为了缓解晋西北地区生态
环境的恶化,该区作为“三北冶防护林工程的一个主
要组成部分,从 20 世纪 80 年代到 90 年代末,国家
实施造林工程,营造了大量的防护林,使该区林地面
积在 1990—2000 年间大幅增加,林地呈恢复趋势.
到后期(2000 年以后),虽然包括“三北防护林工
程冶在内的多项林业工程同时开始实施,但林地面
积却没有增加,说明后期林业工程的建设成效并不
显著,这可能与我国近期(2000 年以后)快速发展的
经济驱动所带来的强烈人为干扰及防护林衰退有
关.由于 2000 年之后“退田还林(草)冶工程开始实
施,使得后期(2000—2010 年)区域内耕地面积大量
转给草地而减少,而草地面积却大幅增加,这在一定
程度上对晋西北地区土地利用的变化有影响.此外,
随着晋西北地区多个露天煤矿的开采及由煤炭资源
带动的城市扩建加速了土地利用程度的变化[31],尤
其是对耕地及草地的占据影响极大,煤矿开发后的
复垦过程同样会引发土地利用的变化.由此表明,政
策因素是影响土地利用变化的主要因素之一,并且
该因素对土地利用变化的影响往往是突发性的,其
程度可能超过其他一切影响因子的积累效应.
3摇 讨摇 摇 论
在自然和人为两大因素的共同驱动下,1980—
2010 年间晋西北地区土地利用发生了较大变化,前
期(1980—1990 年),林地和耕地转给草地,面积快
速减少,草地急速增加,同时,也有部分草地转给了
耕地,说明该时段不合理的耕作方式和土壤侵蚀导
致部分弃耕的土地变成了荒草地,且大片耕地被弃
耕的同时又有大量草地被开垦为农田. 虽然这个时
期已经开始实施林业工程,但由于造林工程没有相
应的保护工程配合,人工造林和毁林同时并存,导致
大量被毁的林地变为草地[32] . 中期 (1990—2000
年),草地和耕地大幅向林地转移,林地面积快速增
加(动态度为 0. 6% ). 由此反映出该时期林业工程
实施成效显著,人为破坏得以控制,林地面积稳步增
长,林地呈现恢复趋势[32] . 后期(2000—2010 年),
耕地主要转为草地.本研究结果说明,国家大力实施
的退耕还林还草等林业生态工程成效显著,通过封
育、禁牧使很大一部分退化的草地又恢复了生产力;
林地在此阶段却表现为转出略大于转入,说明林木
生长存在退化现象,虽然多个林业工程均在实施,但
569210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李秀芬等: 晋西北生态脆弱区土地利用动态变化及驱动力摇 摇 摇 摇 摇 摇
成林效果不显著[33] .
工矿居民地的面积在研究期间一直保持增加趋
势,且前期增加的速度大于中后期 (表 3). 前期
(1980—1990 年)面积的增加基本以占用其他资源
(耕地、草地和林地)为主,中期(1990—2000 年)以
占用耕地为主来扩张面积,后期(2000—2010 年)在
占用耕地的同时,又将大量占据的未利用地转为耕
地和林地.说明 30 年间研究区城市的发展逐渐从单
纯的面积增加转变为了城市的合理规划,而采矿业
的发展也不再是数量的增加,逐渐变为对原有小规
模煤矿的整合,并对开采后的煤矿区进行了复垦和
生态重建[34-35] . 尤其是从 1999 年开始实施基本农
田保护政策以来,国家加强了土地政策的管理,严格
控制了对耕地的占用,使工矿居民用地开始向未利
用地方向发展.在整个研究时段内,水域和未利用地
的面积一直持续减少,这与近年来的气候干旱化
(图 3)状况密不可分,从水域的转移方向(主要转给
耕地和草地)来看,存在水域面积减少形成草地及
沿河造田的现象.未利用地的持续减少则是由于生
态工程实施和城市扩张而被大量占用所致. 研究区
工矿居民地、水域及未利用地的变化情况与毕超
等[35]和李琳等[36]对晋西北矿区的研究结果一致.
干旱化程度加剧、人口增加、产业经济结构的改
变和快速发展及政策制度的导向均是引起该区土地
结构改变的驱动因素,这可以从 3 个时段综合土地
利用动态度的变化趋势进一步得以体现. 前期
(1980—1990 年)社会经济的快速增长和人口增加
带来的人为干扰等因素驱动了当地土地结构的剧烈
变化,使得区域综合土地利用动态度较大;后期伴随
国家一系列政策的出台和相继实施(如退耕还林、
土地保护及严格控制建设用地等),适度控制了土
地的开发,在一定程度上加速了该区土地利用结构
的转变,使土地利用逐步合理化,导致该时期
(2000—2010 年)区域土地利用综合动态度较小.
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作者简介摇 李秀芬,女,1973 年生,博士.主要从事农林气象
灾害、农林遥感等研究. E鄄mail: lixiufen2009@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
769210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李秀芬等: 晋西北生态脆弱区土地利用动态变化及驱动力摇 摇 摇 摇 摇 摇