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南水北調(diào)中線(xiàn)水源區(qū)土地利用/覆被變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析
摘要：綜合運(yùn)用統(tǒng)計(jì)資料及1990、2000和2010年3個(gè)年份衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)研究了南水北調(diào)中線(xiàn)水源區(qū)土地利用/覆被變化（LUCC）過(guò)程及驅(qū)動(dòng)機(jī)制。結(jié)果表明，研究區(qū)域坡度因子、高程因子對(duì)研究區(qū)LUCC有明顯的驅(qū)動(dòng)作用，高程因子是自然因素中主要的驅(qū)動(dòng)因子，兩個(gè)時(shí)段在500～1 000 m高程范圍上的土地利用/覆被變化面積均較大。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素中人口因子、經(jīng)濟(jì)因子（GDP）主要影響耕地、林地和草地的變化，人口因子是建設(shè)用地變化的主要驅(qū)動(dòng)因子，水域、未利用地轉(zhuǎn)化主要由經(jīng)濟(jì)因子（GDP）變化引起。
關(guān)鍵詞：土地利用/覆被變化；空間格局；驅(qū)動(dòng)機(jī)制；南水北調(diào)中線(xiàn)工程水源區(qū)
中圖分類(lèi)號(hào)：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）19-4634-04
土地利用格局受自然環(huán)境的限制與人類(lèi)活動(dòng)的干預(yù)而發(fā)生變化，開(kāi)展土地利用變化研究，分析其成因機(jī)制和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，是了解人類(lèi)社會(huì)與自然環(huán)境相互關(guān)系的重要途徑，也是大尺度區(qū)域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及發(fā)展趨勢(shì)分析十分有效的手段[1-6]。土地利用變化過(guò)程中自然因素是人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用土地的先天條件，也是土地利用/覆被變化（LUCC）的影響因素[7]。土地利用/覆被變化對(duì)氣候等自然因素則具有反饋?zhàn)饔�，能夠引起自然環(huán)境的改變�？梢哉f(shuō)，土地利用/覆被變化和自然因素的變化二者是相互影響、相互作用的[8]。自然因素在短期內(nèi)發(fā)生的變化不夠顯著，在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)才能看到其發(fā)生明顯變化和影響效應(yīng)，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素則不同，在科技和生產(chǎn)力推動(dòng)下短期內(nèi)就會(huì)發(fā)生較大變化，具有活躍性，對(duì)其所引發(fā)的伴隨效應(yīng)進(jìn)行研究是比較容易進(jìn)行的，因而成為土地利用/覆被變化驅(qū)動(dòng)力研究的一個(gè)重要方面。總結(jié)眾多研究會(huì)發(fā)現(xiàn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素是區(qū)域土地利用/覆被變化的主要驅(qū)動(dòng)因素[9，10]。在許多相關(guān)研究中，對(duì)自然因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析的過(guò)程中所選取的研究重點(diǎn)是高程因子、坡度因子、人口因子、降水因子、經(jīng)濟(jì)因子（GDP）、農(nóng)林牧漁業(yè)增加值因子、土地利用政策因子[10，11]。
南水北調(diào)中線(xiàn)工程水源區(qū)近年來(lái)土地利用/覆被變化較大，水土流失加劇，植被涵養(yǎng)水源功能下降。客觀地把握研究區(qū)土地利用/覆被變化的時(shí)空特征，弄清這一過(guò)程的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素及其作用方式，進(jìn)而找到通過(guò)土地利用科學(xué)規(guī)劃來(lái)調(diào)整人地關(guān)系的有效途徑，是進(jìn)一步保護(hù)性開(kāi)發(fā)利用研究區(qū)土地資源、保護(hù)和改善水源區(qū)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)水源區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略順利實(shí)施的重要基礎(chǔ)[12]。對(duì)該區(qū)域LUCC驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究，也是保證南水北調(diào)引水水質(zhì)，追求引水地與供水地的人地和諧，實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)工程預(yù)期效益的現(xiàn)實(shí)需要。
1 研究區(qū)概況
南水北調(diào)中線(xiàn)工程水源區(qū)（丹江口庫(kù)區(qū)及其上游）具體范圍包括丹江口水庫(kù)大壩以上的整個(gè)集水區(qū)即漢江中上游流域，包括漢江、丹江兩大流域，流域海拔范圍為13～3 566 m，研究區(qū)屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16 ℃左右，年降水量800～1 000 mm，有落葉-常綠闊葉混交林、落葉闊葉林-黃棕壤等地帶性景觀，具有明顯的亞熱帶與暖溫帶過(guò)渡性特征[12]。研究區(qū)包括陜、鄂、豫、川、渝、甘6�。ㄊ校┕灿�(jì)48個(gè)縣（市、區(qū)），2010年人口7 368萬(wàn)，2010年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值近17 000億元，土地總面積達(dá)9.54×104 km2。
2 研究數(shù)據(jù)來(lái)源
研究數(shù)據(jù)包括： 30 m分辨率的數(shù)字高程模型（DEM）；1980、1995、2000年1 km網(wǎng)格土地利用柵格數(shù)據(jù)；1990年中國(guó)縣級(jí)尺度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)矢量圖；2003年1 km網(wǎng)格GDP數(shù)據(jù)和人口密度數(shù)據(jù)�，F(xiàn)行土地利用分類(lèi)系統(tǒng)分類(lèi)龐雜，為方便數(shù)據(jù)計(jì)算分析，將土地利用二級(jí)類(lèi)型合并分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域用地、未利用土地6個(gè)一級(jí)類(lèi)型。
3 結(jié)果與分析
研究區(qū)土地利用/覆被類(lèi)型在時(shí)空變化上以林地、耕地和草地之間的相互轉(zhuǎn)變?yōu)橹�。耕地的變化呈現(xiàn)出先減少后增加的狀況；林地在1990～2000年間有較大的增加，2000～2010年略有減少。建筑用地在這兩個(gè)時(shí)段均有較大增加，增長(zhǎng)幅度分別為24.5%、33.1%，以其他土地利用/覆被類(lèi)型轉(zhuǎn)入為主。水域面積在1990～2000年有所下降，在2000～2010年又有所回升，整體上沒(méi)有太大變化。而這些發(fā)生變化的土地利用/覆被類(lèi)型在空間上仍然多分布于人類(lèi)活動(dòng)較多的低海拔、低坡度的河谷地區(qū)。這里將從高程、坡度、人口、GDP等6個(gè)方面對(duì)研究區(qū)土地利用/覆被變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行討論。
3.1 高程因子
3.2 坡度因子
3.3 降水因子
降水在宏觀上影響了一個(gè)地區(qū)土地利用/覆被類(lèi)型，同時(shí)對(duì)土地利用/覆被變化也有重要作用。如中國(guó)南部、東部降水多，北部、西部降水較少的降水空間分異決定了南部、東部土地利用/覆被類(lèi)型主要為耕地、林地，北部、西部土地利用/覆被類(lèi)型主要為牧地、戈壁荒漠的格局。研究區(qū)域降水較多（800～1 000 mm），年際降雨量差異不大，生存條件較好，農(nóng)業(yè)發(fā)展條件優(yōu)越，水稻種植占有一定面積。這就使得研究區(qū)河谷地帶、地勢(shì)較低的聚水區(qū)、一部分土質(zhì)較好的低矮丘陵被開(kāi)發(fā)成水田種植產(chǎn)量較高的水稻，這些地區(qū)土地利用/覆被變化就表現(xiàn)為夏季是種植水稻的水田，水稻收割以后則變成種植其他作物的旱地，這也是研究區(qū)農(nóng)作物熟制的客觀使然。
3.4 人口因子
人是各種社會(huì)活動(dòng)的主體，人類(lèi)通過(guò)各種手段改變土地利用/覆被變化來(lái)滿(mǎn)足自身生存發(fā)展的需要，人口因子成為了影響土地利用/覆被變化中最主要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，成為土地利用/覆被變化最具活力的驅(qū)動(dòng)力之一[11]。這里以2000～2010年的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行人口因子分析（圖1）。
經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開(kāi)土地資源的支撐，土地資源的承載能力也制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[11]。影響土地利用/覆被變化的經(jīng)濟(jì)因素有多種，在研究中代表性較好的數(shù)據(jù)是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP），以2000～2010年的數(shù)據(jù)為例，將研究區(qū)2000～2010年土地利用/覆被變化空間分布圖與2003年1 km網(wǎng)格GDP數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析得到不同等級(jí)GDP土地利用/覆被變化空間分布圖（圖2）。從圖2可以看出，GDP變化為0～1萬(wàn)元的區(qū)域LUCC是整個(gè)研究區(qū)域中最大的部分，主要分布在漢中市、安康市、十堰市和南陽(yáng)市等地形平緩、海拔較低的區(qū)域。各GDP等級(jí)內(nèi)變化最大的仍是耕地、林地、草地之間的轉(zhuǎn)變，除此之外，各個(gè)等級(jí)對(duì)其他LUCC的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)又都各有其特征。具體表現(xiàn)在GDP變化為0～1萬(wàn)元的區(qū)域中主要是水域同其他土地利用/覆被類(lèi)型的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變比例為水域-耕地1.75%，水域-林地0.50%；而此變化特征在GDP變化1 000萬(wàn)～7 000萬(wàn)元的區(qū)域表現(xiàn)更為突出，水域-耕地變化的比例達(dá)8.50%，水域-林地變化的比例達(dá)3.58%；GDP變化為110萬(wàn)～1 000萬(wàn)元的區(qū)域其他土地利用/覆被類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)變也主要以此2種為主；GDP變化為15萬(wàn)～110萬(wàn)元的區(qū)域最明顯的是林地-未利用地的變化，變化幅度為1.90%，其次是未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值�，變化面積占該等級(jí)總變化面積的1.67%；建設(shè)用地變化主要分布在GDP變化為15萬(wàn)～110萬(wàn)元的區(qū)域，在該等級(jí)內(nèi)其變化狀況和幅度為耕地-建設(shè)用地1.78%，林地-建設(shè)用地0.50%，建設(shè)用地-耕地0.90%。 3.6 土地利用政策因子
土地利用政策是人為因素中對(duì)LUCC影響最大的，也是促使土地利用/覆被發(fā)生變化最為直接、明顯的因素，研究區(qū)人為規(guī)劃興建丹江口水庫(kù)，進(jìn)行南水北調(diào)，使研究區(qū)水域面積短時(shí)期內(nèi)大量增加。研究區(qū)是重要的糧食生產(chǎn)區(qū)，在守住國(guó)家耕地紅線(xiàn)和地方耕地紅線(xiàn)，保護(hù)和合理利用農(nóng)用地宏觀政策之下，該區(qū)域尤其是山區(qū)在城市化中退耕還林、將其他土地劃作建設(shè)用地也是較常見(jiàn)的土地利用/覆被變化。地區(qū)迅速發(fā)展的實(shí)際導(dǎo)致城市用地總量增加，而土地利用政策要求保證耕地、林地等其他用地的總量，因此研究區(qū)就出現(xiàn)了一方面占用耕地、林地、草地，而另一方面又開(kāi)發(fā)新的耕地、林地、草地以實(shí)現(xiàn)土地利用政策規(guī)劃和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。政策是區(qū)域土地利用/覆被“既占用又開(kāi)發(fā)保護(hù)”這種變化局面的主要因素。
4 結(jié)論
以遙感數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用RS和GIS相關(guān)技術(shù)，對(duì)南水北調(diào)中線(xiàn)水源區(qū)1990～2010年的土地利用/覆被時(shí)空變化特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了分析，可以得出以下結(jié)論：
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