基于3S技术的天然草原土地利用动态研究——以锡林郭勒草原国家级自然保护区为例

第25卷第4期干旱区资源与环境Vol．25No．4 2011年4月Journal of Arid Land Resources and Environment Apr．2011文章编号:1003－7578(2011)04－121－06基于3S技术的天然草原土地利用动态研究—以锡林郭勒草原国家级自然保护区为例金良(内蒙古财经学院经济学院，呼和浩特010070)提要:土地利用以及由此引起的土地覆盖的变化是全球变化最显著的方面，也是影响草原生态系统质量的重要因素。

文中以1987年、2000年和2005年三年的研究区TM遥感影像数据为基础，利用土地利用动态度模型和土地利用转移矩阵，分别从土地类型变化的速率和变化方向两个方面对锡林郭勒草原国家级自然保护区进行了研究。

结果表明:(1)保护区的土地总体上明显退化，土地利用变化的总体趋势为草地和水域面积减少;耕地、沙地、沼泽地、居民点用地和裸岩、石砾地的面积增加，其中耕地、沙地和居民点用地的增加幅度比较大。

(2)自2000年以后个别地方的土地退化现象得到了遏制，土地质量日益好转。

(3)1987年至2000年的新增耕地全部来自优良的牧草地和湿地，2000年以来耕地的增长加快，开垦的范围也从原来的优良牧草地和湿地扩展到了低覆盖度草地和一些未利用土地。

(4)高覆盖度草地退化和开垦严重，比例分别占减少面积的85．84%、11．51%。

(5)18年间，研究区新增沙地20769．82hm2，主要来源于草地，草地沙化严重。

关键词:动态度模型;转移矩阵;土地利用变化;锡林郭勒中图分类号:F062．2;S812．6文献标识码:A1研究区概况锡林郭勒草原自然保护区主要位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市境内，总面积为580000hm2，主要保护锡林河流域范围内半干旱气候条件下发育在栗钙土上的典型草原生态系统，在半湿润气候条件下发育在黑钙土上的草甸草原生态系统，草原地带沙地森林生态系统以及河谷湿地生态系统等结构与功能的完整性;保护在各生态系统中繁衍生息的野生动物、植物、菌类的多样性，对濒危物种实行特殊保护;保护和管理保护区内的自然和人文景观资源［1］。

保护区范围内总人口为39608人，人口密度为7人/km2，是一个以蒙古族为主体，汉族为多数的多民族聚居地区。

畜牧业是该地区的主要产业。

2主要土地利用类型时间动态分析以遥感数据解译为主导，与土地分类系统相协调为原则，确定研究区土地利用类别为林地(主要是有林地)、高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、耕地、居民点用地、湖泊、沼泽地、盐碱地、沙地和裸岩石砾地共11个类型。

2．1土地利用现状的对比及单一土地利用动态度分析根据对1987年、2000年和2005年三年的研究区TM影像的目视解译的结果得出锡林郭勒草原自然保护区1987年、2000年和2005年三个年份的土地利用状况对比图(图1)，可以看出1987年以来保护区*收稿日期:2010－11－28。

基金项目:内蒙古高等学校研究项目(NJSY07078)资助。

作者简介:金良(1974－)，女，内蒙古奈曼旗人，副教授，博士，主要从事区域资源与环境经济、土地利用方面的研究。

nmJinliang@ 163．com各类土地面积的变化趋势。

同时，引进土地利用类型动态度(K )模型来分析保护区几种主要类型土地的变化情况。

土地利用类型动态度(K )是指研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化速率［2，3］。

表达式为:K =Ua －Ub /Ua ˑ1/T ˑ100%(1)式中Ua ，Ub 分别为研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量;T 为研究时段;T 的单位为年时，K 的值是研究区某一种土地利用类型的年变化率。

考虑到保护区草地、耕地、沙地和沼泽地的面积相对比较大，变化也比较明显的状况，利用上述三个年份的TM 影像解译数据，计算了保护区的草地动态度、耕地动态图11987年、2000年和2005年土地利用面积对比Fig．1Comparison of land use area among 1987，2000and 2005表1锡林郭勒草原自然保护区土地利用动态度表Tab．1Dynamic extent of land use 时段草地动态度(%)耕地动态度(%)沙地动态度(%)沼泽地动态度(%)1987－2000年0．27－3．29－67．252．662000－2005年0．62－10．81－2．30－11．92度、沙地动态度和沼泽地动态度，从而得出该四种土地利用类型的总体变化速率(表1)，当动态度值为正值时该类型土地的面积在逐渐减少，负值时表明面积在逐渐增加，其相对值越大表明转变为其它类型土地的速度就越快。

根据图1和表1可以看出，在这近20年里，保护区土地利用变化的总体趋势为草地和水域面积在减少;耕地、沙地、沼泽地、居民点用地和裸岩、石砾地的面积在增加，其中耕地、沙地和居民点用地的增加幅度比较大。

草地中，高覆盖度草地面积明显减少，低覆盖度草地面积增加。

生态环境整体上继续退化，局部出现好转，主要表现在草地、沙地、沼泽地、湖泊、盐碱地和裸岩、石砾地等类型上。

具体如下:(1)草地的变化。

近20年以来，保护区草地总面积逐渐变小。

1987年草地总面积622392．40hm 2，占保护区总面积的92%;2000年草地总面积600649．84hm 2，占保护区总面积的91%;到2005年，草地总面积减少到582015．86hm 2，只占保护区总面积的88%。

同时从表1中可以看出草地动态度值都是正值，这也表明自1987年以来草地面积持续减少;1987年至2000年间，草地动态度值为0．27%，2000年至2005年间为0．62%，近年来草地的减少速度大于2000年之前。

草地中，高覆盖度草地大幅度减少，从1987年的261333．77hm 2减少到2000年的82980．14hm 2，到2005年稍有好转，高覆盖度草地的面积增加到了162816．34hm 2，但仍不及1987年的63%，出现明显退化趋势。

草地中退化最严重的低覆盖度草地的面积则从1987年的110806．16hm 2增加到了2005年的147742．67hm 2，增加了近4万hm 2，2000年的情况尤为严重，低覆盖度草地面积比1987年增加了近80000hm 2，占草地总面积的13%左右。

(2)耕地的变化。

1987年以来，耕地面积有直线上升趋势，从1987年的12480．03hm 2增加到了2005年的27437．40hm 2，是1987年的2．2倍，占保护区总面积的比例从1．89%增加到了4．20%。

但耕地的增长速度有所差别，1987年至2000年动态度为－3．29%，2000年至2005年为－10．81%，增长速度明显加快。

锡林郭勒草原自然保护区是以草原为主要景观的自然保护区，耕地的快速增加将会加快草原的退化。

(3)水域、湿地的变化。

保护区的水域主要是河流和湖泊，但从三个年份的遥感影像中，均看不到主要河流锡林河的水面，都以沼泽地的形式出现，所以保护区的水域就是面积很小的几个湖泊，其面积受降水量的影响很大，即年际波动明显，但总体趋势是面积在变小;沼泽地主要分布在锡林河河道周围，1987年至2000年动态度为2．66%，沼泽地面积出现减少趋势，2000年至2005年动态度为－11．92%，沼泽地面积增加。

(4)未利用土地的变化。

该保护区的未利用土地主要有沙地、盐碱地和裸岩、石砾地，其中沙地的变化最明显。

1987年沙地面积仅2093．23hm 2，2000年20395．86hm 2，到2005年进一步增加到了22745．·221·干旱区资源与环境第25卷50hm 2，是1987年的近11倍。

沙地动态度值为1987年至2000年间－67．25%，2000年至2005年间－2．30%，表明1987年至2000年间沙化严重，2000年以后得到了一些缓解。

盐碱地和裸岩、石砾地的面积都较小，其中，盐碱地的变化不太明显;裸岩、石砾地从无到有，且有进一步增加的趋势。

除此之外，考虑到该地区的主要景观类型是草原，林地面积小，所以对遥感影像进行解译时把一些灌木林地和疏林地都归到草地类型当中，导致了最终得到的结果是林地面积基本没有变化;居民点用地在明显增加，但面积仍很小，所以也没有对其进行特别的分析。

2．2土地利用转移矩阵根据地图代数原理，对任意两期土地利用类型图Aij k 和Aij k +1，采用如下的地图代数方法［4］:C ij =Aij k ˑ10+Aij k +1(2)可以求得由k 时期到k +1时期的土地利用变化图C ij ，它直观表现了土地利用变化方向及其空间分布，并可间接求得反映土地利用类型相互转化定量关系的转移矩阵。

通过转移矩阵可以研究两个时期各种土地类型面积的变化情况，即土地利用面积增加的来源和减少的去向。

从表2－4可以看出研究区在1987 2005年间，土地利用类型发生了很大的变化。

在表2－4中，行表示k 时期(如:1987年或2000年)i 种土地利用类型，列表示k +1时期(如:2000年或2005年)j 种土地利用类型;表中的数字表示的是k 时期的土地利用类型转变为k +1时期各种类型的面积，即土地利用变化转移矩阵Aij 。

根据三个土地利用类型转移矩阵表可以发现，在1987－2005年期间，保护区土地利用变化表现出以下特点:(1)耕地的变化。

18年间，新开垦耕地15421．84hm 2，向高、中覆盖度草地退耕还草的有464．46hm 2，耕地净增加14957．37hm 2。

增加的来源是:高覆盖度草地(81．2%)、中覆盖度草地(17．6%)、低覆盖度草地(0．7%)、沼泽地(0．5%)，绝大部分都来自优良的牧草地和湿地。

其中，1987年至2000年的新增耕地全部来自优良的牧草地和湿地，2000年以来耕地的增长加快，开垦的范围也从原来的优良牧草地和湿地扩展到了低覆盖度草地和一些未利用土地。

(2)草地的变化。

草地面积逐渐减少，18年内减少了40376．54hm 2，但不同覆盖度草地的面积变化有所不同。

减少最严重的是高覆盖度草地，总面积净减少近100000hm 2，其中高覆盖度草地变成其它类型的有108761．97hm 2，11．51%被开垦为耕地，85．84%退化成中、低覆盖度草地，变成沼泽地的有0．98%，其余已沙化、盐碱化和被居民点占据。

新增的1万hm 2左右的高覆盖度草地主要来自中、低覆盖度草地和沼泽地。

中覆盖度草地面积有所增加，净增加了2．12万hm 2，其中，新增101633．05hm 2，原有中覆盖度草地变成其它类型的有80428．67hm 2。

新增的72．83%来自高覆盖度草地，25．78%则来源于低覆盖度草地，其余主要来自水域、湿地，原有中覆盖度草地的减少部分74．33%退化成低覆盖度草地，10．85%退化成沙地、盐碱地和裸岩、石砾地，3．90%被耕地和居民点占据，只有10．28%变成高覆盖度草地，0．64%变成水域、湿地。