馮 雨，呂 芳

(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，大連 116029)

·農(nóng)業(yè)區(qū)劃·

旅順口區(qū)土地退化分區(qū)分級(jí)研究*

馮 雨，呂 芳※

(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，大連 116029)

[目的]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源開發(fā)規(guī)模和強(qiáng)度不斷擴(kuò)大，土地退化的問題也逐漸顯現(xiàn)出其弊端。[方法]文章以2003年、2006年、2009年的旅順口區(qū)土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用GIS軟件的疊置分析，空間分析對(duì)研究區(qū)土地退化分區(qū)分級(jí)研究。通過掌握土地利用變化的數(shù)量、時(shí)空模式及變化趨勢(shì)來揭示研究區(qū)在不同時(shí)期、不同資源開發(fā)強(qiáng)度下土地退化的時(shí)空特征。[結(jié)果]研究表明，研究區(qū)的土地退化類型在2003～2009年主要為土地污染、次生鹽堿化、草地退化； 荒草地和耕地面積在6年間共減少2068.12hm2，耕地土地利用動(dòng)態(tài)度為-2.85%，荒草地土地利用動(dòng)態(tài)度為-2.37%，建設(shè)用地土地利用動(dòng)態(tài)度為2.25%，其他未利用地土地利用動(dòng)態(tài)度為6.84%； 在不同的研究時(shí)期和區(qū)域，土地退化的強(qiáng)度不同； 根據(jù)分區(qū)區(qū)域面積加權(quán)計(jì)算，旅順口區(qū)的耕地退化指數(shù)小于3，預(yù)計(jì)土地退化程度屬于輕度退化，研究結(jié)果可信。[結(jié)論]旅順口區(qū)土地退化分區(qū)分級(jí)研究為今后旅順口區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的決策和生態(tài)環(huán)境的管理提供了科學(xué)依據(jù)。

土地退化 土地利用 空間分析 旅順口區(qū) GIS

0 引言

我國(guó)是世界上土地退化問題最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，該問題已嚴(yán)重影響到我國(guó)某些地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。以大連市旅順口區(qū)為例，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源開發(fā)規(guī)模和強(qiáng)度不斷加大，土地退化的問題也逐漸顯現(xiàn)出其弊端。

目前土地退化問題中全球土壤退化評(píng)價(jià)(GLASOD)定義土壤退化為人類引起的現(xiàn)象，它降低了土壤目前和將來支持人類生存的能力。在土地退化分類研究基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外土地退化分級(jí)研究也逐漸開展起來。羅明等將土地退化分為沙漠化、土壤侵蝕、土地污染、鹽堿化、潛育化、耕地生產(chǎn)力下降、采礦跡地等7類[1]。朱震達(dá)等[2]將我國(guó)土地退化分為輕度、中度和強(qiáng)度等3級(jí)，對(duì)各類土地退化分別提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)和分級(jí)值。國(guó)內(nèi)外土地退化評(píng)價(jià)由于尺度不同所采取的方法也不同[3-9], 如從景觀尺度的角度評(píng)價(jià)土地退化程度多數(shù)基于GIS技術(shù)。土地退化是一個(gè)復(fù)雜連續(xù)的動(dòng)態(tài)過程[10], 文章結(jié)合GIS技術(shù)，通過掌握旅順口區(qū)土地利用變化的數(shù)量、時(shí)空模式及變化趨勢(shì)[11]來揭示旅順口區(qū)在不同時(shí)期、不同資源開發(fā)強(qiáng)度下土地退化的時(shí)空特征[12-15]，對(duì)研究區(qū)土地退化從分區(qū)著手對(duì)土壤生產(chǎn)力程度作分級(jí)評(píng)價(jià)，從而能夠全面地認(rèn)識(shí)現(xiàn)存的土地退化問題。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域大連旅順口區(qū)地處遼東半島最南端，地理坐標(biāo)為120°8′E～121°35′E， 38°7′N～39°N。全區(qū)實(shí)際行政管轄陸地面積402.7km2，劃分為12個(gè)街道、84個(gè)行政村及居委會(huì)。西與西北瀕渤海，南與東南臨黃海與山東半島隔海相望，東與東北與甘井子區(qū)接壤，南北最大縱距26.1 km，東西最大橫距31.2 km，公里總面積506.78 km2。長(zhǎng)白山脈干山余脈延伸至境內(nèi)，構(gòu)成沿海丘陵區(qū)。地勢(shì)由東向西傾斜，土地面積的結(jié)構(gòu)是：六丘半水三分半田。

圖1 研究區(qū)區(qū)位

圖2 土地退化分區(qū)分級(jí)研究技術(shù)流程

2 研究方法

2.1 技術(shù)路線

對(duì)收集到的圖件資料和文獻(xiàn)資料合理分析處理，創(chuàng)建圖形數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)2003年、2006年、2009年等3個(gè)時(shí)期的土地利用現(xiàn)狀矢量圖層疊加建立轉(zhuǎn)移矩陣，由土地利用變化的數(shù)量、時(shí)空模式及變化趨勢(shì)來分析土地退化現(xiàn)狀。指定退化劃分等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)，確定土地退化程度，分別計(jì)算各區(qū)域的土地利用類型退化指數(shù)，預(yù)計(jì)其土地退化的程度，從而揭示旅順口區(qū)土地退化現(xiàn)狀。技術(shù)流程參考圖2。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及處理

針對(duì)旅順口區(qū)政府的土地開發(fā)政策推行時(shí)間，以2002年后的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)研究區(qū)做土地退化分區(qū)分級(jí)研究。因此，土地利用研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)信息源為旅順口區(qū)2003年、2006年、2009年的土地利用現(xiàn)狀圖。根據(jù)收集信息，創(chuàng)建圖形數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，將圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)確定2003年、2006年、2009年等3個(gè)時(shí)期的土地利用現(xiàn)狀，對(duì)上述3個(gè)時(shí)期的土地利用現(xiàn)狀矢量圖層疊加建立轉(zhuǎn)移矩陣。利用ArcGIS10.2軟件進(jìn)行投影變換、數(shù)據(jù)提取和裁剪、疊置分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)，由土地退化類型的界定類型，分別對(duì)4個(gè)區(qū)域的類型進(jìn)行地類轉(zhuǎn)化數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。

2.3 土地退化分等定級(jí)研究

2.3.1 土地類型和土地退化等級(jí)的確定

(1)研究區(qū)域土地類型的確定

在參照《土地利用現(xiàn)狀分類》[12]的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)的土地利用特點(diǎn)和土地退化研究的需要，將土地利用類型劃分為7類，即耕地、林地、園地、建筑用地、水域、荒草地和其他未利用地。其他未利用地包括灘涂、裸地、沙地、鹽堿地等難利用地。

(2)土地退化程度評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

在全球土壤退化評(píng)價(jià)中，土壤退化程度是從區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性的角度來劃分。將生產(chǎn)力作為土地退化程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，把土地退化程度分為4個(gè)等級(jí)，即輕度、中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)度[18]。 如表1所示。

表1 土地退化程度評(píng)價(jià)等級(jí)

退化程度描 述輕度土地生產(chǎn)力稍有下降，仍適于農(nóng)業(yè)利用。生態(tài)系統(tǒng)未受較大影響，耕地退化指數(shù)小于3中度土地生產(chǎn)力有較大下降，尚適于農(nóng)業(yè)利用。生態(tài)系統(tǒng)受到部分破壞，需采取較強(qiáng)的整治措施才能恢復(fù)強(qiáng)度僅部分做牧業(yè)利用，生態(tài)系統(tǒng)功能基本喪失，對(duì)土壤進(jìn)行生物生物工程措施才有恢復(fù)的可能極強(qiáng)度不再適于農(nóng)林牧業(yè)，生態(tài)系統(tǒng)功能完全喪失，極難恢復(fù)

2.3.2 土地退化的界定

該文根據(jù)研究數(shù)據(jù)的精度情況和人為因素的客觀性，主要對(duì)大連市旅順口區(qū)的主要幾類土地退化類型的空間分布特征進(jìn)行分析和討論，具體表述為：耕地荒廢和占用，次生鹽堿化。其土地類型轉(zhuǎn)化的表現(xiàn)形式為耕地和荒草地向其他未利用地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化。

2.3.3 土地利用類型數(shù)量變化和區(qū)域差異研究

(1)土地利用動(dòng)態(tài)度[16]可定量描述區(qū)域土地利用變化的速度，它對(duì)比較土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測(cè)未來土地利用變化趨勢(shì)都具有積極的作用。土地利用方式時(shí)間變化分析采用單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度。單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度可以從不同方面定量地表達(dá)某研究區(qū)一定時(shí)間內(nèi)的土地利用類型的變化速度，其表達(dá)式為：

(1)

式中，K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度； Ua和Ub分別為研究期初及研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量； T為研究時(shí)段長(zhǎng)，當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí)，K的值就是該研究區(qū)某種土地利用類型年變化率。

(2)土地利用變化是存在地區(qū)差異的，可以通過各區(qū)域某種土地利用類型相對(duì)變化率及各區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)度的差別反映土地利用變化的區(qū)域差異。引入的某研究區(qū)某一種特定土地利用類型相對(duì)變化率計(jì)算方法為：

R=(Kb/Ka)×(Cb/Ca)

(2)

Ka、Kb分別代表某區(qū)域某一特定土地利用類型研究期初及研究期末的面積； Ca、Cb分別代表全研究區(qū)某一特定土地利用類型研究期初及研究期末的面積。

如果某區(qū)域某種土地利用類型的相對(duì)變化率R>1，則表示該局部區(qū)域某一土地利用類型變化較整體區(qū)域大。相對(duì)變化率是一種反映土地利用變化區(qū)域差異的很好的方法。在研究中選用上式，計(jì)算旅順口區(qū)的土地利用相對(duì)變化率。

2.3.4 土地利用類型退化指數(shù)分析

通過土地利用類型退化指數(shù)(P)[17]來表述研究區(qū)單一土地利用類型退化的時(shí)間特征，即：

Pi=Ci/Si×100%

(3)

式中，Pi為土地退化指數(shù)；Ci為研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型i退化面積； Si為土地利用類型i在研究時(shí)段初期面積。通過土地利用類型退化指數(shù)求耕地的退化程度，從而來預(yù)測(cè)該區(qū)域內(nèi)的土地生產(chǎn)力水平。

3 結(jié)果與分析

(1)土地利用數(shù)量變化研究

在GIS軟件支持下，對(duì)旅順口區(qū)2003年、2006年、2009年等3個(gè)時(shí)間段內(nèi)的耕地、林地、園地、建筑用地、水域、荒草地和其他未利用地等7類土地利用類型進(jìn)行土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算，得到數(shù)理統(tǒng)計(jì)報(bào)表，如表2所示。

表2 2003年、2006年、2009年旅順口區(qū)各土地利用類型數(shù)量變化

土地利用類型2003200620092003～2006動(dòng)態(tài)度2006～2009動(dòng)態(tài)度面積(hm2)比重(%)面積(hm2)比重(%)面積(hm2)比重(%)耕地997650196988989217568270511630-360-235園地479823947458102904439899870-151-132林地167324833021699857335417039513350053008水域222125438195667386182441360-397-225建筑用地121809924031299504256413827392741223214荒草地254807503230628455218580431-316-174其他未利用地2220484382941505803132396181082216

圖3 2003年、2006年、2009年旅順口區(qū)的土地利用類型

表3 2003～2009年旅順口區(qū)土地利用類型的相對(duì)變化率

土地利用類型2003～2009相對(duì)變化率R北部南部西部東部耕地095103092110荒草地101096107086建筑用地108098112090其他未利用地096102089113

根據(jù)旅順口區(qū)2003年、2006年、2009年等3個(gè)時(shí)段土地利用結(jié)構(gòu)變化(表2)可知，旅順口區(qū)以耕地、林地和建設(shè)用地為主，以2003年為例，上述3個(gè)地類占全區(qū)面積的76.74%。以該文土地退化的界定類型角度看，耕地在2003～2006年和2006～2009年間都是逐年減少， 6年間一共減少1705.99hm2，荒草地所占全區(qū)面積比例也是逐年減少，共減少362.13hm2，而建筑用地面積在穩(wěn)定逐年上升，共增加1636.4hm2，其他未利用地面積在2003～2006年間增加幅度最大，這主要是土壤被污染導(dǎo)致的土壤鹽堿化、沙化，部分耕地和荒草地所占區(qū)域的土壤質(zhì)量降低，致使耕地鹽堿化、荒草地退化等土地退化問題的出現(xiàn)。從耕地、荒草地、建設(shè)用地和其他未利用地的面積變化幅度來看，耕地減少的面積最多，其他未利用地面積增加的幅度最大，說明旅順口區(qū)土地的總生產(chǎn)力在下降，土壤的質(zhì)量在逐年降低，這些都是土地退化現(xiàn)象的表現(xiàn)。通過以上報(bào)表對(duì)旅順口區(qū)2003年、2006年、2009年的土地利用類型數(shù)量變化做堆積柱狀圖(圖3)，以便參考研究。

(2)土地利用變化的區(qū)域差異研究

依據(jù)旅順口區(qū)地理位置和數(shù)據(jù)的局限性，借助ArcGIS軟件的疊置分析將旅順口區(qū)12個(gè)街道和3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位劃分為北部、南部、西部、東部等4個(gè)區(qū)域，其中北部包括北海街道、雙島灣街道、三澗堡街道，南部包括水師營(yíng)街道、龍頭街道、光榮街道、登峰街道、得勝街道、市場(chǎng)街道，西部包括江西街道、鐵山街道、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，東部包括長(zhǎng)城街道、奶牛場(chǎng)、龍王塘街道。針對(duì)土地退化的界定類型，分別對(duì)耕地、荒草地、建筑用地、其他未利用地等4類土地利用類型做4個(gè)區(qū)域在2003～2009年土地利用類型的相對(duì)變化率的計(jì)算。根據(jù)旅順口區(qū)2003～2009年土地利用類型的相對(duì)變化率(表3)可知，旅順口區(qū)各區(qū)域土地利用類型的變化具有差異性，從相對(duì)變化率和1之間的比較，看出局部和整體之間土地利用類型變化速率的差異性，例如旅順口區(qū)北部耕地在2003～2009年間的R值小于1，說明該區(qū)域的耕地變化較整體耕地變化小，而東部正相反。通過對(duì)土地利用類型的相對(duì)變化率的比較，可以從表中看出旅順口區(qū)的土地退化的空間格局，以便全面了解旅順口區(qū)的土地退化狀況。

圖4 2003～2006年、2003～2009年旅順口區(qū)的北部土地退化狀況

(3)土地退化時(shí)空分析

運(yùn)用ArcGIS軟件的空間疊置分析功能、屬性查詢功能和制圖技術(shù)，將2003年各區(qū)域耕地和荒草地的圖層屬性提取出來，并分別對(duì)2006年、2009年的建設(shè)用地和其他未利用地提取的圖層屬性做交集取反，得到耕地和荒草地向建設(shè)用地和其他未利用地的轉(zhuǎn)化區(qū)域?qū)傩孕畔ⅰＴ贕IS軟件支持下，對(duì)旅順口區(qū)4個(gè)區(qū)域在2003～2006年和2003～2009年間土地退化區(qū)域進(jìn)行圖件輸出。將計(jì)算得到的土地退化區(qū)域字段進(jìn)行唯一值符號(hào)顯示，得到旅順口區(qū)2003～2006年和2003～2009年的土地退化狀況(圖4)，從圖像和數(shù)據(jù)得知,2003～2006年間土地退化程度高于2006～2009年土地退化程度。

針對(duì)土地生產(chǎn)力的評(píng)估，分別對(duì)旅順口區(qū)的4個(gè)區(qū)域的耕地進(jìn)行土地利用類型退化指數(shù)計(jì)算，得到4個(gè)區(qū)域的耕地退化指數(shù)，即3.51、2.86、1.93、3.04。由于研究區(qū)區(qū)域范圍小，影響判斷因素少，故通過各區(qū)域面積加權(quán)計(jì)算整個(gè)研究區(qū)域的耕地退化指數(shù)為2.47，根據(jù)表1從局部看整體，旅順口區(qū)土地生產(chǎn)力稍有下降，但仍適于農(nóng)業(yè)利用，而且生態(tài)系統(tǒng)未受較大影響，采取合理的生產(chǎn)方式，較易恢復(fù)，旅順口區(qū)土地現(xiàn)狀屬于輕度土地退化。

4 結(jié)語

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，人對(duì)自然資源的開發(fā)和利用活動(dòng)直接或間接作用于旅順口區(qū)的自然環(huán)境，從而影響旅順口區(qū)土地退化的空間格局。為了預(yù)防更加嚴(yán)重的土地退化問題，避免土地退化問題對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展和人類生存環(huán)境構(gòu)成威脅，因此對(duì)旅順口區(qū)的土地退化問題的提出和研究是必要的。該文借助GIS技術(shù)從土地利用的角度來分析2003年、2006年、2009年等3個(gè)時(shí)段的土地退化現(xiàn)象，研究表明研究區(qū)的土地退化類型在2003～2009年間主要為土地污染、次生鹽堿化、草地退化，指出現(xiàn)階段旅順口區(qū)存在的土壤鹽堿化和草地退化等土地退化問題，并評(píng)價(jià)了現(xiàn)階段旅順口區(qū)的土地退化程度為輕度退化，將土地利用類型時(shí)空變化結(jié)合耕地退化指數(shù)突出體現(xiàn)土壤適應(yīng)性變化的趨勢(shì)，為今后旅順口區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的決策和生態(tài)環(huán)境的管理提供了科學(xué)依據(jù)，以便當(dāng)局科學(xué)地預(yù)防土地退化、恢復(fù)和改良已經(jīng)退化的土地資源來解決生態(tài)自然環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾。

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[18]沈渭?jí)郏?曹學(xué)章，沈發(fā)云.中國(guó)土地退化的分類與分級(jí).生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2006, 22(4): 39～88

STUDY ON PARTITION AND GRADING OF LAND DEGRADATIONIN LVSHUNKOU DISTRICT*

Feng Yu, Lv Fang※

(College of Urban and Environmental Science， Liaoning Normal University, Dalian 116029 China)

Based on the land use map of LVshunkou district in 2003，2006 and 2009, this paper analyzed the partition and grading of land degradation using the overlay analysis, spatial analysis, the attribute query, and mapping technology with the support of GIS software. and then it revealed the temporal and spatial characteristics of land degradation in different periods and different resources development intensity by understanding the quantity, spatial and temporal patterns, and changing trends of land use change. The results showed that the degradation of the study area of land types in 2003-2009 years were mainly land pollution, secondary salinization， grassland degradation. The grassland and cultivated land area in 6 years totally reduced 2068.12 hm2，the dynamic degree of land use of cultivated， grassland， and construction land was - 2.85%，- 2.37%，and 2.25%，respectively. The land degradation strength was different in different periods and regions. The land degradation index in Lvshunkou district was less than 3， which indicated the land degradation degree was slightly degraded.

land degradation； land use； spatial analysis；Lvshunkou district； GIS

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170318

2016-01-11

馮雨(1997—)，男，湖北孝感人，本科生。研究方向：土地利用變化研究?！ㄓ嵶髡撸簠畏?1974—)，女，遼寧大連人，講師。研究方向：土地利用變化研究。Email： 122599861@qq.com

*資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于局部土地利用競(jìng)爭(zhēng)元胞自動(dòng)機(jī)模型的土地利用變化模擬與預(yù)測(cè)研究”(41471140)； 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“城市人居擬態(tài)環(huán)境研究——以大連市為例”(41171137)； 2016年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的城市智慧交通輔助決策系統(tǒng)研究”(201610165071)

S158.1

A

1005-9121[2017]03115-06