基于DEM的土地利用类型与地形因_省略_究_以重庆市永川朱龙花等6村为例_罗明良
doi:10.3969/j.issn.1005-8141.2013.02.003
基于DEM 的土地利用类型与地形因子关系研究
)))以重庆市永川朱龙花等6村为例
罗明良,罗 静,王佑汉
(西华师范大学国土资源学院,四川南充637009)
摘要:以重庆市永川区陈食街道朱龙花等6村为例,基于全国二次调查土地利用现状图和数字高程模型(DEM),在ArcGIS 9.3平台支持下,进行了30m @30m 栅格单元的土地利用与地形因子关系研究,探讨了重庆市永川土地利用特征。结果表明,海拔高度、坡度和坡向与土地利用类型的综合分析有助于从定量剖析土地利用空间分布特征;朱龙花等6村海拔、坡度及坡向均值分别为345m 、17.28b 和271.25b (西坡);采用高程分带、坡度分级及坡向分类的方法能直观展示土地利用格局特征。耕地(水田及旱地)主要分布在低海拔的平原和丘陵上,阳坡面积大于阴坡,水田尤为突出。园地和林地主要分布在海拔低于400m 的丘陵上,坡度小于15b ,西坡和西北坡分布最多;草地主要分布在海拔200)500m 的平原和丘陵上,坡度小于25b ,各坡向均有少量分布;水域、水利建设用地、城镇村及工矿用地分布格局类似,主要分布在300)400m 的丘陵上,坡度小于6b ,东坡、东南坡分布较多;其他土地分布在海拔低于500m,坡度小于25b ,西坡分布较多。从土地利用与生态环境的协调发展角度看,该区域土地利用空间分布格局基本符合生态环境建设的要求,约有2.34hm 2的耕地位于坡度大于25b 的缓陡坡和陡坡上,应继续推行退耕还林、还草。研究结果表明,地形因子对土地利用的空间格局的影响较大;同一地形因子不同级别下的土地主导利用方式各异,土地利用类型的优势区域不尽相同。
关键词:DEM;土地利用;地形因子;空间分布;朱龙花村
中图分类号:S126 文献标志码:A 文章编号:1005-8141(2013)02-0118-04
Relationship between Land -use and Landform Factors Based on DEM
)))A C ase Study of 6Villages in Chenshi Town of Yongchuan,C hongqing
LUO Ming-liang,LUO Jing ,WANG You-han
(Land &Resources College,China West Normal Universi ty,Nanchong 637009,China)
Abstract:Taking 6villages in Chenshi town of Yongchuan,Chongqing as an example,the digital elevation model (DEM)and the land-use sur -vey data i n the year of 2009were processed in ArcGIS 9.3.Terrain factors like height,slope and aspect were used to analyze wi th land-use data by the way of spatial analysis tools.Relationship bet ween land-use spatial pattern and landform factors was revealed.The resul ts showed that elevation,slope combination wi th aspect together,could help depicting spatial di stribution characteristics of land-use.The average elevation,lope gradient and aspect of the watershed were respectively 345m,7.28b and 271.25b (west).Using elevation zone,classification of slope and aspect could directly show the land use pattern characteristics.Cultivated land were mainly distribu ted in plains and hills with low elevation,sunny area was greater than the shady ones,especially the paddy fields.Orchard and woodland were mainly distributed in the hills with elevation less than 400m,and slope was less than 15b .The highest di stribution of orchard and woodland was west slope and north western slopes.The grassland were mainly distributed in the plains and hills of an altitude of 200-500m,slope less than 25b and each aspect had a small amount of the distribution.Waters and water conservancy con -struction land were mainly distri bu ted in the hilly 300-400m,slope less than 6b ,and east and south-east slope with bigger area than others.Town village and indus trial land had the similar distribution pattern with waters and water conservancy construction land.Other land located at an elevati on lower than 500m wi th less than 25b slope,and more distributed in west slope.From the perspective of land-use and protection,the coordinated de -velopment and ecological environment should be persisted.About 2.34hectares of arable land located in the slope greater than 25b ,where should be continued retuning farmland to forests or grassland.The results showed that terrai n factors had an great effect on the spatial pattern of land utilization.Different terrain factors was under the different level leading to different ways of land-use.The advantage area of different land-use was different.The quantity and structure of land-use which were the same types of land-use in different terrain level was also a big difference.
Key words:DEM;land-use;terrain factors;spatial distribution;Zhulonghua Village
收稿日期:2012-12-07;修订日期:2013-01-24
基金项目:国家自然科学青年基金项目(编号:41101348);四川省
科技厅应用基础研究项目(编号:2010J Y0089);四川省教育厅自然科学
重点项目(编号:09ZA120)与科研基金项目(编号:10ZC015)联合资助。
第一作者简介:罗明良(1978-),男,河南省信阳人,博士(后),副
教授,硕士生导师,主要从事GIS 空间分析及DEM 数字地形分析研究。 土地利用是人类以生产、生活为目的进行的长期
性或周期性的经济活动,受自然条件、社会经济条件和技术条件共同决定。地形是决定土地利用的重要环境因子,也是众多自然因素中对人类影响最大的因素之一。当前学者们探讨土地利用格局的研究多从政策驱动、城镇化发展、经济力驱动、个人意愿等人文因素方面入手[1-3];对自然因素方面的探讨,国内外学者多从#
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宏观角度揭示了地形因子与土地利用时空变化的关系[4,5]。我国地域辽阔,地形条件复杂,高程、坡度等地形因子组合多样,对不同区域的研究结果不尽相同[6]。
本文以地处我国西南丘陵低山地区的重庆市永川区朱龙花等6村为案例区域,基于2009年土地利用现状图、DE M数据,提取高程、坡度、坡向三个地形因子,通过空间分析,研究各主要土地利用类型在不同高程、坡度、坡向条件下的分布特征。同时将耕地类型分布与地形因子进行相关性分析,研究高程、坡度等地形因子对耕地利用分布的影响程度。通过对土地利用类型与地形因子关系的研究,探讨土地利用空间格局的分布特征,揭示土地利用的空间分布规律及其与地形因子的相互关系,实现不同地形上土地利用类型的合理布局,以期为区域土地管理决策、土地可持续利用以及生态环境建设提供理论支持[7]。
1研究区域概况
陈食街道位于重庆市永川区东部,距永川城区12km,地处28b56c)29b34c N、105b38c)29b34c E之间。东靠云雾山,与璧山县三合镇、江津市吴滩镇连界,南接临江镇,西邻双竹镇、中山路街道,北连大安镇,面积81.60km2(图1,见封四)。研究区属亚热带季风性湿润气候,平均气温18.2e,年平均降雨量1042.2mm,平均日照1298.5h,年平均无霜期317d。境内拥有丰富的矿产资源,其中粘土矿储量3000万m3,红石和白泡石储量530万m3,优质原煤储量100余万t;境内水资源丰富,有中小型水库8座,储水量达1000万m3。研究区隶属于陈食街道,包括朱龙花村、菜茵岩村、卢家岩村、马银桥村、芋荷湾村和双河口村6个村,辖42个社,总人口20808人。研究区土地总面积3882.61hm2,耕地面积1956.46hm2,其次是其他农用地面积499.84hm2;农村居民点用地面积为459.82hm2,交通水利用地为22.04hm2,其他建设用地为1.08hm2。其他土地总面积为46.98hm2,其中水域为37.90hm2,自然保留地面积为9.08hm2。
2数据获取与研究方法
2.1数据来源
土地利用现状数据采用全国第二次土地调查数据,1B10000土地利用现状数据库作为基础数据源,土地利用类型划分采用第二次全国土地调查分类体系,包括12个一级土地利用类型、57个二级地类和8个三级地类[8,9]。为了便于研究,最终所用地类为:耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地、其他土地、城镇村及工矿用地(图2,见封四)。
在国际科学数据服务平台下载覆盖于重庆市永川区范围的全球30m分辨率ASTE R GDEM数据。该数据是由美国航天局与日本经济产业省共同推出的最新地球电子地形数据,是根据NASA新一代观测卫星TE RRA的详尽观测结果制作完成的。ASTER GDE M 是采用全自动化方法对150万景的ASTE R存档数据进行处理生成的。数据的采集范围为北纬83b到南纬83b之间的所有陆地区域,比以往任何地形图都广阔,达到了陆地表面的99%。总体来说,ASTER GDE M的垂直精度为20m,水平精度约30m,有些区域的数据精度已优于该数值。在ArcGI S支持下,拼接并裁剪出朱龙花等6村的DE M图(图3,见封四)。
2.2研究方法及数据处理
我们将研究区土地利用现状数据进行矢)栅转换,定义栅格尺寸被为30m@30m,以便进行空间分析匹配DEM精度。在ArcGIS9.3支持下,裁剪出该区域的坡度、坡向、高程图(图4、图5和图6,见封四);将裁剪出来的坡向、坡度和高程图用Spatial Analyst模块下的Reclassify进行重分类[10],分类标准见表1。对数据分类后,应用Tabulate Area制表,即可建立起研究区域内地形因子与土地利用之间的对应关系[11](图7)。
表1高程分带、坡度及分类标准
高程分带(m)
坡度分级
(b)
坡向分类
(b)
第一高程带0)200平地0)2平缓坡-1第二高程带200)300缓平地2)6北坡337.5)22.5第三高程带300)400缓地6)15东北坡22.5)67.5第四高程带400)500斜坡15)25东坡67.5)112.5第五高程带>500缓陡坡25)35东南坡l12.5)157.5
陡坡>35南坡157.5)202.5
西南坡202.5)247.5
西坡247.5)292.5
西北坡292.5)337.
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图7研究技术路线图
3结果与分析
3.1土地利用高程分布特征
由图8可见,在第一高程带内分布着耕地(水田、
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旱地)和城镇村及工矿用地(村庄),所占比例分别为
77.78%和22.22%,其他地类均无分布。在第二高程
带耕地(水田、旱地)占较大比例,为55.90%;园地、林
地、城镇村和工矿用地也占据一定比例,分布面积所占
比例分别为10.00%、18.10%、11.20%;草地、水域及
水利设施用地面积显著增加,但所占比例不大,分别为
0.50%和4.00%。在第三高程带内,耕地(水田、旱地)
处于绝对优势地位,其比例达62.32%,而园地、林地、
其他土地相比上一个高程带所占比例有所减少,且林
地的减少幅度大于园地和其他土地的减少幅度,所占
比例分别为8.18%、9.14%、0.13%;草地、水域及水利
设施用地和城镇村及工矿用地均有大幅增加。第四高
程带林地、耕地处于优势地位,且林地优于耕地,所占
比例分别为37.39%、34.36%;草地、水域及水利设施
用地和其他土地有少量分布,水域、城镇村及工矿用地
面积下降趋势明显,草地、园地和其他土地面积有所增
加。第五高程带地势较高,耕地、林地、其他土地下降
明显,无草地分布;园地、水域及水利设施用地、城镇村
及工矿用地有显著增加,且园地增长较大,城镇村及工
矿用地次之,
主要表现为采矿用地。图8 各高程区土地利用类型分布面积(hm 2)3.2 土地利用具有随坡度的分布特征从图9可见,平坡耕地占较大比例,处于优势地位,城镇村和工矿用地次之,园地、林地、水域及水利设施用地所占比例较小,草地、其他土地在此区域所占比例极小。这主要与研究区的自然环境有关,中西部地势平坦且所占面积较大、土质较好,适宜人类活动,是人类活动干扰较强烈的区域。缓平地耕地仍占较大比例,园地、林地、水域及水利设施用地和城镇村和工矿建设用地有一定数量的分布,草地和其他土地占据比例较小,不到1%;耕地占较大比例,说明该区域同样与人类生活和生产有关,对土地有所开发利用。缓坡地耕地仍占最大比例(40.98%),林地次之(27.75%),
园地所占比例比缓平地增加幅度大(18.32%),草地、水域及水利设施用地、其他土地和城镇村及工矿建设用地占很小的比例,草地、其他土地相比上一坡度而言有微弱增长,其余两种地类有明显下降。斜坡林地占据最大的比例,为57.10%,园地为23.08%,耕地为14.79%,相对上一坡度而言,下降趋势明显;草地、其他土地和城镇村及工矿建设用地所占据比例小;水域及水利设施用地无分布。缓陡坡地的林地占据面积最大,处于绝对优势地位,园地次之,所占比例为17.75%;耕地所占比例小(2.39%),其他土地利用类型无分布。陡坡区域耕地和部分村庄少有分布,所占面积均不到1hm 2;其他土地利用类型无分布。该区域的耕地主要是荒山荒地和一些陡坡旱地,主要是在人类开垦后形成的。从保护环境和合理利用土地的角度,这部分耕地应退耕还林还草,由于所占比例小,研究区的用地结构较合理。
图9 各坡度区土地利用类型分布面积(hm 2)
3.3 土地利用具有随坡向的分布特征
由图10可见,北坡耕地占最大比例,达60.07%,
园地、林地、城镇村及工矿用地也占一定比例,分别为
9.62%、11.45%、14.17%,草地和其他土地所占比例不到1%。东北坡耕地占最大比例,为68.26%,城镇
村及工矿用地次之,比例为12.71%,园地、林地、水域
及水利设施用地所占面积较小,均不超过10%,草地
和其他土地所占比例也不超过1%。东坡耕地仍占最
大比例,较前一个坡向有所增长,城镇村及工矿用地次
之,较前一个坡向增长少,为13.38%;水域及水利设
施用地较前一个坡向有所增长,为7.15%,其余地类
均有减少,但减少幅度不大。东南坡耕地仍是该区域
土地的主导利用方式,占71.08%的面积,城镇村及工
矿用地次之,为13.54%;园地和林地较前一个坡向有
所增长,分别为4.38%、3.65%;草地、水域及水利设施
用地、其他土地均有下降趋势,下降幅度不到1%。南
坡耕地仍占最大比例,较之前比例有所减少,为#
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64.25%;除水域及水利设施用地外有所下降外,园地、林地、草地、其他土地和城镇村及工矿用地比例均有所增长。西南坡耕地仍是土地的主导利用方式,为56.26%,园地、林地、草地均有小幅度增长,水域及水利设施用地、其他土地和城镇村及工矿用地所占比例有所减少。西坡耕地所占比例继续下降,但仍是该区域的主导用地,为40.69%;园地、林地、其他土地都呈现增长趋势,且林地增长趋势较大,为28.46%;草地、水域及水利设施用地和城镇村及工矿用地均有所减少。西北坡耕地面积大,占49.20%,较西坡的比例有明显增长,草地、水域及水利设施用地和城镇村及工矿用地增长幅度均不到1%;而园地、林地比例减少。在平缓坡(-1b)区域内,耕地仍是该区域的主导面积,占69.51%;草地无分布;有13.72%的城镇及工矿用地分布该区域;其余地类分布比例均不到10%。
图10各坡向区土地利用类型分布面积(hm2)
图11耕地在高程下的分布情况(hm2)
3.4耕地分布与地形因子关系的分析。
利用Arcgis9.3中的Tabulate Area工具统计出来的数据,我们对水田和旱地的数据分别做了统计分析。由图11、图12、图13的结果表明,水田在高程、坡向、坡度上的分布均比旱地多;水田在高程低于400m且坡度小于6b的土地上占有优势;旱地也在高程低于400m且坡度小于6b土地上占有优势,但分布面积不及水田多;不同的是,水田在各个坡向的分布均比旱地多,尤其是在东坡和东南坡上,旱地则是在西坡和西北坡分布较多;陈食街道朱龙花等6村的耕地以水田为主,主要分布在坡度小于6b和高程小于400m的平原和丘陵区。
图12耕地在坡度下的分布情况(hm2)
图13耕地在坡向下的分布情况(hm2)
4结论与讨论
本文根据2009年重庆市永川区陈食街道朱龙花等6村的土地利用图,结合DEM分析了该区域与地形因子的关系,得到以下结论:1地形因子是影响山地丘陵区土地利用类型的一个重要因素。o耕地主要分布在低海拔的平原和丘陵上,耕地在阳坡的面积多于阴坡,这是因为耕地对光、水分和温度等条件具有较强的选择性,其中水田表现得尤为突出;园地和林地主要分布在海拔低于400m的丘陵上,坡度小于15b,西坡和西北坡分布最多;草地主要分布在海拔200)500m的平原和丘陵上,坡度小于25b,各坡向均有少量分布;水域及水利建设用地主要分布在300)400m的丘陵上,在坡度6b以内的东坡、东南坡分布较多;其他土地分布在海拔低于500m、坡度小于25b地区,西坡分布较多;城镇村及工矿用地主要分布在300)400m的丘陵地区,坡度小于6b,东坡和东南坡分布较多。?从土地利用与生态环境协调发展角度,该区域土地利用空间分布
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变化的演变过程[20]。为了更好地反映国家级公益林生态效益的价值,以便为国家级公益林的可持续管理提供科学依据,构建合理的评估模型,提供科学合理的公益林生态补偿标准将是下一步的研究重点。
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格局符合生态环境建设的要求,约有2.34hm2的耕地位于坡度>25b的缓陡坡和陡坡上,应继续推行退耕还林还草。
综上所述,耕地分布主要集中于低地形、平坡和平地区域上,说明耕地对地形的选择性较强。该土地利用类型受地形因子的影响力较弱,其分布主要是人类活动的结果。从空间分布上看,主要分布在低海拔、缓坡区域,说明园地各地形因子的适应性较强,同时也与当地的农业结构调整有关。林地空间分布特征明显,主要分布于高海拔、大坡度的区域,这有助于防止水土流失。草地主要分布在低海拔、平坡区域,主要受自然环境因素的影响。
针对西南丘陵山区的地形特点,这种基于像元的土地利用和地形因子的分析是从数量上准确剖析土地利用地形分布特征的有效途径之一,对合理利用西南丘陵山区的土地具有指导意义。平原区要保证基本农田面积,抓紧粮食生产不放松,加强基本农田保护和建设;丘陵区应根据其地形特点推进产业结构调整,实施优势农产品区域布局规划,在坡度较小的丘陵区建设一批布局相对集中、区域特色明显的农产品生产基地;山地区要把维护生态环境和有效利用林地资源结合起来,充分利用光能资源、水资源的时空差异性。考虑到山地环境的脆弱性,必须建立立体化的林业产业结构。
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