分析土地利用变化及驱动力在沿河流域从1980年到2015年翻

文摘

基于RS和GIS技术的支持下,分析了时空变化特征和土地利用驱动力沿河流域翻通过遥感图像的处理和解释在不同时期从1980年到2015年土地利用转移矩阵的方法和动态的态度。结果表明,耕地、草地和林地的三种类型的土地利用最明显的变化,而城市土地和水体沿河流域翻相对较小的变化。之间的转移农田、林地和草地和城市土地是非常明显的,其中农田是最高的转化率。15年从2000年到2015年期间,沿河流域翻的土地利用类型变化13.17%,平均年增长率为0.88%。实施生态修复和治理政策是土地利用变化的直接驱动力在沿河流域翻。这一研究获得的结果可以为土地利用规划和管理提供参考依据,土地利用结构优化在沿河流域在未来翻。

1。介绍

土地利用变化是一个重要的表现人类活动对地球表面的生态系统(1]。主要变化的性质,表面通过气候变化和人类活动的共同行动。土地利用模式是与人类社会的快速发展不断变化的,所以土地利用的变化也是一个重要的方式来反映人类活动对自然环境的影响(2]。自21世纪以来,很多研究表明,土地利用变化引起了自然灾害,能源短缺,粮食短缺,经济危机,和其他社会和生态问题3]。因此,国际地圈生物圈计划(IGBP)和全球环境变化人文因素计划(IHDP)提出了研究土地利用变化及驱动力分析的规则为核心的研究方向,以减少土地利用变化对自然和社会的负面影响(4]。这是对社会的可持续发展具有重要意义[5]。目前,人类研究土地利用变化主要关注土地利用类型变化的速度,土地利用类型转移方向,土地利用程度和驱动因素6,7]。在研究方法方面,学者们通常用数理统计,建立相应的数学模型,通过遥感图像(8]。在中国很多学者研究了不同尺度的土地利用变化使用不同的指标。大规模的研究领域,刘等人。9,10]分析了大规模的区域土地利用时空变化特征在中国21世纪初通过综合指标和土地利用程度变化、土地利用动态态度揭示了空间格局和土地利用变化的主要驱动因素在中国通过动态土地使用分区地图。他们分析了时间和空间格局和土地利用变化的新特征在中国从2010年到2015年通过比较与土地利用变化的时空模式在21世纪初。研究中小尺度区域,廖et al。11]分析了土地利用变化的速度在黄河流域基于土地利用数据的6个阶段从1980年到2015年,分析了转移土地利用类型和数量在整个盆地和省盆地内从1980年到2000年,从2000年到2015年通过土地利用转移矩阵,最后指出,推动土地利用变化最重要的因素在黄河流域气候变化、人口增长和经济发展。

沿河流域是一个大型翻支流黄河中游的也是一个关键黄河流域的泥沙来源(12]。丘陵的典型代表,在黄土高原沟壑区,它遭受了严重的土壤侵蚀了很长一段时间。由于土地资源的过度开采和利用人类和一些自然因素,这个地区的生态系统非常脆弱,高度敏感的外部干扰(13]。随着社会经济的快速发展,特别是在实施“退耕还林”的生态政策在1999年年底,中国发生了巨大的变化在燕流域的土地利用结构和成效显著的水土保持措施(14]。目前,取得了丰富的成果的研究土地利用变化在沿河流域翻。例如,李et al。15]讨论了土地利用变化的影响在沿河流域的生态服务价值翻盆。跑等。16]分析了土地利用/覆盖变化的尺度转换方法模型在沿河流域翻。李等人。17]分析了水土保持措施对径流的影响,沉积物在沿河流域翻。魏et al。18和谢等。19),分别揭示了影响“退耕还林”政策的时间和空间变化的土地利用和土壤侵蚀沿河流域翻。然而,有相对较少的研究土地利用变化在沿河流域翻长时间系列。本研究分析了土地利用的时空变化特征在沿河流域从1980年到2015年翻和分析了土地利用变化的驱动因素在沿河流域翻过去35年在此基础上,以掌握土地利用变化的总体趋势在沿河流域翻过去35年正确,为土地利用规划和管理提供参考依据和土地利用结构优化在沿河流域翻。

2。数据和方法

2.1。研究区域

在沿河流域位于黄土高原中部翻在陕西省北部,地理坐标是36^°21 - - - - - -37^°19N - 108^°38 - - - - - -110年^°29日E(图1)。盆地占地总面积7725平方公里,总长度286.9公里,陕西北部,是第二大的河流。盆地属于暖温带大陆性半干旱气候,年降雨量510毫米,年平均气温9°C。盆地的地形条件是复杂的,主要是黄土丘陵沟壑地形;水土流失非常严重。流域自然灾害也频繁发生,主要包括暴雨、沙尘暴、干旱、霜冻。

2.2。数据

在这项研究中,七个阶段的多光谱遥感图像选择沿河流域1980年翻,1990,1995,2000,2005,2010,2015。他们都是地理空间数据的云(http://www.gscloud.cn),包括Landsat3 (MSS) Landsat5 (TM), Landsat7 (ETM +)和Landsat8(奥利)。遥感图像的可操作性和清晰的地面特征时应考虑建立土地利用变化的分类系统。根据国家总体土地利用分类系统和沿河流域翻的实际情况,结合以往学者的相关研究,考虑到弱的变化裸地和可能影响遥感图像监督分类的准确性,五个主要土地利用类型,包括耕地、林地、草原、城市土地和水域,被选(表1)。

以2015 Landsat8图像进行预处理为例,带5,带4,带3选择合成。首先,辐射校正、大气校正、几何校正的图像进行了处理工具的环境。但沿河流域翻的面积非常大;三个相互重叠的遥感图像需要下载至少完全覆盖它。的矢量边界盆地是用于剪断;这三个图片也加入了无缝镶嵌工具。最后,目视判读是由结合地形图,谷歌地球和其他工具与支持向量机监督分类方法。根据混淆矩阵表,总体分类精度为95.87%,kappa系数为0.92,表明良好的解释精度(图2)。最后,我们获得了土地利用类型的沿河流域翻地图(图七个阶段3)。

2.3。分析方法

2.3.1。土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵的应用马尔可夫模型在土地利用变化。马尔可夫模型不仅可以定量地显示不同土地利用类型之间的转换也揭示不同土地利用类型之间的转移速率。转移矩阵是量进行定量研究的主要方法和方向特征的土地利用类型之间的相互转化,可以专门反映土地利用变化的结构特点和不同类型之间的转移的方向20.]。其数学表达式如下: 在哪里各土地利用类型的面积变化,是总类型的土地使用,和的土地利用类型在研究的开始和结束。

2.3.2。土地利用动态度

(1)单一土地利用类型动态度:是指某一土地利用类型的定量变化在某一研究领域在一定时期内(21),通常表达的百分比,其表达式如下: 在哪里是动态的态度某种类型的土地利用研究领域和和是某种类型的土地使用的领域在研究的开始和结束。(2)综合土地利用动态度:它反映了研究区土地活动的态度和指的百分比各土地利用类型的面积变化在研究区22]。其表达式如下: 在哪里综合土地利用动态度,的面积是土地利用类型转换为非 土地类型在研究期间,土地利用类型的面积是我在研究的开始,然后呢是全部的土地利用类型。

3所示。结果和分析

3.1。土地利用变化的总体特征

根据七个阶段土地利用类型地图,根据初步实施退耕还林的政策(草),2000年的土地利用变化沿河流域翻地图的从1980年到2000年,从2000年到2015年(数字4和5)和土地利用变化总面积沿河流域(表翻2分别得到使用Arcgis10.2。

表2显示整个变化范围的土地利用类型在沿河流域翻很小的从1980年到2000年。林地和草地面积最大的土地类型变化,农田、水体、城市土地面积没有变化。面积增加的土地利用类型的林地和城市土地,分别和面积减少的类型是草地,农田和水体。林地的面积从826.78公里²到1980年的857.77公里²2000年,增加了30.99公里²沿河流域翻,与此同时,整体的比例从10.82%上升到11.22%,最大的增长0.4%。从3473 .14点公里草地的面积减少²1980年3443 .63公里²2000年,下降为29.51公里²。沿河流域翻的整体比例从45.45%下降到45.06%,最大的减少0.39%。

,从2000年到2015年,耕地是土地面积最大的变化,其次是林地和草原,最小的水体在沿河流域翻。面积增加的土地利用类型的森林,草原,和城市土地,和面积减少的类型是农田和水体,分别。农田的面积下降了863.18公里²从3289 .13公里²到2000年的2425公里²在2015年。沿河流域翻的整体比例从43.04%下降到31.74%,面积减少了11.3%,最大的减少。草原的面积从3443 .63点增加公里²到2000年的4016公里²2015年,增加了573.32公里²。沿河流域翻的整体比例从45.06%上升到52.56%,面积增加了7.5%,最大的增长。林地的面积从857.77公里²在2000年到1127年50公里²2015年,增加了269.73公里²。沿河流域翻的整体比例从11.22%上升到14.75%,面积增加了3.53%,一个明显的增加。城市土地的面积从26.73公里²到2000年的46.93公里²2015年,增加了20.2公里²。沿河流域翻的整体比例从0.35%上升到0.61%,面积增加了0.26%,一个明显的增加。

3.2。从1980年到2015年土地利用变化转移矩阵

为了探索土地利用类型的内部结构和特点在沿河流域翻,四个土地利用转移矩阵是由Arcgis10.2叠加分析(表生成的3- - - - - -6),分析不同土地利用类型的流入和流出沿河流域从1980年到2015年翻。

从表3,从1980年到1990年,三个主要的土地利用类型转换草地面积为144.94公里²,转化率为4.17%,其中3.94%为林地转化为农田和0.2%。农田的转换区域是158公里²,转化率为4.8%,其中4.17%是林地转化为草地和0.58%。转换林地面积为28.33公里²,转化率为3.42%,其中0.9%是转化为草地和2.5%的农田。在此期间,所有土地利用类型在沿河流域翻没有显著变化。

土地利用变化的转移矩阵表4解释了一些改变在沿河流域从1990年到2000年翻细节。转换草地面积为175.65公里²,转化率为5.33%,其中4.21%为林地转化为农田和1.07%。的转换区域农田was165.35公里²,转化率为5.29%,其中4.35%是林地转化为草地和0.81%。转换林地面积为27.57公里²,转化率为3.46%,其中2.48%是草地转化为农田和0.92%。结果表明,在沿河流域翻所有土地利用类型变化不大。在此期间,沿河流域翻主要的土地利用类型改变草原林地。这是有关各种水土保持措施的实施在沿河流域翻20世纪结束的时候,这表明,生态环境脆弱的综合管理已经取得一定成果。

从表5转换草地面积为88.47公里²,转化率为2.64%,其中1.47%被转化为农田和1.01%进森林土地从2000年到2010年。和转换区农田921.12公里²,转化率为38.90%,其中27.64%是林地转化为草地和10.57%。转换林地面积为13.81公里²,转化率为1.64%,其中0.50%是转化为草地和1.03%的农田。转换城市土地面积是0.81公里²,转化率为3.11%,其中1.23%是转化为草地和1.68%的农田。转换区域的水是2.78公里²,转化率为12.49%,其中2.70%是转化为草地和8.56%的农田。在此期间,沿河流域翻的农田面积显著减少,大部分转化为草地和林地,这主要是与生态修复的有力实施退耕还林政策自1999年以来(草)。此外,城市土地的面积开始增加与前一个阶段相比,和草原和农田的一部分开始转移到城市土地,这也表明,住宅面积的增长率在沿河流域翻加速,城市化水平的进一步提高。流域的生态环境所取得的明显效果通过综合治疗。结果主要是由于生态退耕还林的政策(草)和等节水措施的实施世界银行贷款二期项目在沿河流域2002年翻。

根据表6转换草地面积为37.14公里²,转化率为0.93%,其中0.76%被转化为农田和0.16%进森林土地从2010年到2015年。转换农田面积是37.88公里²,转化率为1.56%,其中1.3%是林地转化为草地和0.21%。转换林地面积为12.63公里²,转化率为1.12%,其中0.66%是转化为草地和0.45%的农田。在此期间,所有土地利用类型在沿河流域翻没有显著变化。但林地的面积自2000年以来首次下降后的实施退耕还林的政策。和城市土地和水面积略有增加,这主要是由于大规模开发,2012年在延安新区建设,大量的耕地、林地、草地被用于城市化建设。

总之,农田在沿河流域翻的转化率大大增加从1980年到2015年,这表明耕地不断转移到其他土地利用类型。没有显著改变林地的转化率,表明林地没有转移到其他土地利用类型,以及林地的增加主要来自农田和草地。草原的转化率有所下降随着时间的增加,表明草原地区的传输速率,其他土地利用类型变得越来越慢。此外,农田草地和林地的转化率还表示,从农田转移到草原面积大于从林地转移。

3.3。土地利用动态度

根据公式(2)和(3),动态土地利用沿河流域翻的态度从1980年到2000年,从2000年到2015年可以获得(表7和8)。

表7和8描述,0.69%的土地利用在沿河流域翻改变平均年增长率为0.03%,总体变化从1980年到2000年。土地类型增加动态土地利用的态度是城市土地和森林土地,而土地类型与消极的动态土地利用的态度是农田,草地,和水体,分别显示区域显示连续下降的趋势。最明显的提高城市土地的动态的态度是,高达15.41%,平均每年0.77%的速度增加。最明显的减少动态的态度是在水体中,高达-7.62%,平均每年0.38%的速度下降。三个主要的土地利用类型(农田、林地和草地)动态的态度没有显著变化,表明他们的整体度没有显著变化。相反,15年期间从2000年到2015年,13.17%的土地利用变化,平均年增长率为0.88%,近30倍的平均年增长率在前20年,表明沿河流域翻的土地利用类型有显著改变了15年。土地利用类型以提高土地利用的态度从大到小城市土地、林地、草原,75.57%,31.45%,和16.65%,分别与年度增长率为5.04%,2.1%,和1.11%,分别。土地利用类型与降低动态对土地利用的态度是耕地、水体(分别为-26.24%和-0.28%),年均下降率为1.75%和0.02%,分别。据透露,林地和草地的面积在沿河流域翻大大增加15年,住宅用地的面积和交通也迅速增加,土地和农田的面积大大减少,这是密切相关的延安新区建设,生态管理的巨大成就在沿河流域翻。

3.4。土地利用变化的驱动力

土地利用变化通常指的是下垫面变化同步行动造成的自然因素和文化因素。自然因素主要包括气候、土壤、地形等方面;文化因素主要包括人口变化、经济发展和国家政策。一般来说,土地利用变化引起的自然因素在一定时期内是相对较弱,而文化因素是土地利用变化的主要驱动力23]。分析了土地利用变化的驱动力沿河流域翻从三个方面:人口和城市化、区域经济发展、生态修复和治理策略,从而揭示土地利用变化的原因在沿河流域翻过去35年,以提供一个综合盆地土地资源管理的基础。

人口是一个最直接的土地利用变化的驱动力;人口增长不仅影响农产品需求的变化来影响土地利用空间格局的变化也会直接影响土地利用变化在某种程度上(24]。从1980年到2015年,沿河流域翻的人口迅速扩张,人们对住宅用地的需求也不断增加,所以城市土地的面积也明显增加。同时,由于城市周边地区的发展和流域城市基础设施的建设,大量的农田和林地资源被占用,转向城市土地。此外,随着科学技术的发展,传统的农业生产不能满足人民日常生活的需要,逐渐下降的农田也自然。因此,可以看出,巨大的人口增长将导致城市土地的增加也影响农田的减少。

35年从1980年到2015年期间,沿河流域翻的经济迅速发展,和盆地的GDP总量自2000年以来增长了10倍以上。经济的持续快速发展和人民生活质量的提高加速了土地利用类型的变化在沿河流域翻。从事第一产业的人数在沿河流域翻继续减少随着生活水平的提高,同时与石油工业的快速发展和在延安红色旅游产业,第三产业的比例的总GDP盆地逐渐增加。随着城市化的发展和产业结构的调整,大量的基础设施建设需要占用的土地资源盆地,这促进了土地利用类型的变化在沿河流域翻。

为了确保流域生态环境的健康稳定发展,中国政府开始建立相应的土地利用政策致力于流域的生态修复和治疗环境自1970年以来。沿河流域翻开始实施三北防护林体系建设和其他相关生态项目1978年;世界粮食计划署批准实施的综合流域管理项目Xingzi河的一条支流沿河流域;1988年翻沿河流域翻治理项目,由世界银行,1994年出生和实施;在1998年的天然林保护工程实施;项目的退耕还林(草)是完全在1999年底实现。这些政策的实施在沿河流域造成翻的快速减少农田,森林和草原的大幅增加,从农业生产和土地利用类型改变了土地生态修复的土地。沿河流域翻的生态环境已大大提高了自2000年以来。因此,生态修复和治理策略的实现是土地利用变化的直接驱动力在沿河流域从1980年到2015年翻。

4所示。讨论

在这项研究中,使用遥感数据和GIS技术获取土地利用变化的结果的沿河流域从1980年到2015年翻。耕地面积大大减少,已经转移到草地和林地,草地和林地面积大,增加和城市土地继续增加。本研究结果基本上是符合之前的学者(13,16在同一盆地。此外,农田和林地的面积沿河流域翻自2000年开始发生重大变化。从2000年到2010年,在盆地农田的面积继续减少,而林地和草地的面积显著增加。这项研究结果也符合先前的学者(12),表明生态政策,如退耕还林(草)沿河流域翻在过去的十年里取得了明显的效果,和植被覆盖率显著增加。从2010年到2015年,林地在盆地的面积相对减少,耕地的减少速度也显著减少与前期相比,草地,水的身体,和城市土地略有增加,这主要是相关的小规模生态退耕还林的政策(草)和项目实施的进展缓慢。

此外,动力分析是土地利用变化研究的一个重要组成部分,和人为因素是最核心驱动因素在所有驱动力。一些学者[24)探讨了土地利用变化及驱动力沿河流域翻从1985年到2000年,但是时间序列短期和人口因素,政策,和农业生产模式被考虑在驱动力的分析,而社会经济发展的因素没有考虑。很明显,土地利用结构的调整在沿河流域翻密切相关的社会经济持续快速发展这些35年通过分析沿河流域翻的社会和经济情况结合国家政策在长时间系列从1980年到2015年。由于经济政策的支持和人们的思想的变化,越来越多的人离开农村,开始从事二三产业,这是其中一个重要原因,土地利用类型的变化在沿河流域翻。

与此同时,也有许多局限性。定量研究土地利用变化涉及到一些技术问题,如连续采集和解释的多光谱遥感图像和消除错误,和驱动力的定量分析还需要更详细的和实际的社会经济数据,这既难完成实际工作。因此,这些问题在未来的研究需要进一步考虑。

5。结论

从这项研究中可以得出一些重要结论:(1)农田、草原、森林和土地是土地利用的三种最明显的变化,而城市土地和水域的变化相对较小。(2)可以看出,农田之间的转移,林地、草地和城市土地是非常明显的在1980 - 2015年期间,其中农田的转化率最高,森林土地没有显著变化,对草原有所下降随着时间的增长,自2000年以来城市土地转化率显著增加。(3)15年从2000年到2015年期间,沿河流域翻的土地利用类型变化13.17%,平均年增长率为0.88%,表明沿河流域翻的土地利用类型改变明显。(4)此外,土地利用变化的主要驱动力在沿河流域翻包括人口和城市化;地区、社会和经济发展;和生态修复和治理政策。实施生态修复和治理政策是土地利用变化的直接驱动力在沿河流域翻。这一研究获得的结果可以为土地利用规划和管理提供参考依据,土地利用结构优化在沿河流域在未来翻。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号31971723)和国家重点研究项目China-Variation机制和趋势预测黄河流域的水和沉积物(2016 yfc0402402)。

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