基于GIS和RS的黄龙山林区林地时空动态变化分析
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摘要
全球变化是当先国内外学者研究的热点问题,人类社会不断发展进步,技术手段越来越先进,人类对自然环境的影像也一天比一天深入,反之,人类也将面临着全球变化所带来的好的或者坏的影响。而作为森林中心组成部分的林地,其结构和功能的稳定不仅是林业发展的基础,也是森林生态服务功能和环境价值得以实现前提条件。林地发展还是退化直接影响区域乃至全球生态环境的稳定,同时影响到经济、社会的方方面面,引起全球范围的变化。
黄土高原是我国西北部的一个特殊的地理区域,常年降雨量少而且集中,植被相对较少,气候条件较差,有因为以前很长时间的破坏开发,使得当地的环境条件十分恶劣,生态系统非常脆弱,对当地经济社会的发展和人类的生存造成及其严重的影响。黄龙山林区在陕西省乃至西北地区都具有非常重要的生态地位,其独有的地理位置,良好的林木生长环境,为地区的生态平衡起到了重要的作用。选择黄龙山林区作为本次研究区域,揭示该林区林地变化过程及发展趋势,具有一定的典型性和代表性。可以为本区林地资源管理、林地结构调整、森林经营方案编制以及其他经济政策的制定和实施提供理论依据,为陕北黄土高原的其他其它类似区域提供借鉴和参考。
本研究以黄龙山林区为研究对象,以1990年、2000年和2008年的Landsat TM影像为主要数据源,在Erdas9.3和ArcGIS9.3软件的支持下,对黄龙山林区土地特别是林地利用现状进行了分析,利用土地利用动态模型,全面分析了1990- 2000年、2000-2008年和1990-2008年间土地(林地)利用数量变化、土地(林地)利用程度变化、土地(林地)利用空间结构变化等土地(林地)利用的时空变化特点及规律。应用GIS技术进行数据叠加分析得出该区土地利用特别是林地变化数据库,以区域土地可持续利用为目标,运用GIS、马尔科夫模型和数学统计相结合的方法对黄龙山林区土地利用的变化趋势进行预测。
本研究取得以下几个方面的成果:
(1)对2008年的Landsat TM遥感影像监督分类成果进行野外验证,并对与野外实际不符的少量数据进行了修改与更新。
(2)在1990- 2000年间,有林地面积增加最多,达246.51km2;耕地和其他林地分别增加36.95 km2和12.69 km2,未利用地、疏林地和灌木林分别减少134.10 km2、115.59 km2和59.06 km2。各土地利用类型的变化速度依次为其他林地>水域>疏林地>未利用地>灌木林地>城乡用地>有林地>耕地。在2000-2008年间,有林地面积增加最多,达180.55 km2;其他林地增加1.48 km2,耕地面积减少最多,达113.66km2。各土地利用类型的变化速度依次为未利用地>耕地>疏林地>城乡用地>水域>灌木林地>有林地>其他林地。在1990-2008年整个阶段,有林地面积共增加427.06 km2,其他林地也有增加,其他土地利用类型均在减少,各土地利用类型的变化速度依次为其他林地>疏林地>未利用地>水域>灌木林地>有林地>耕地>城乡用地。1990-2000年的综合土地利用动态度为1.60%,2000-2008年为0.94%。
(3)自1990年以来,林地恢复进程明显,有林地、其他林地呈明显增长势头,耕地变化幅度大,呈现先增后减的变化态势,而未利用地变化剧烈减少。在1990-2000年之间,土地利用类型之间的转移相对分散,趋势不明显。从2000年以后,主要变化趋势是其他土地利用类型转向有林地和灌木林地,这主要是退耕还林的结果,土地利用类型向着更加理想的方向转移。
(4)运用马尔科夫模型预测研究区未来土地利用变化趋势,结果表明:2008年以后的16年内(2008-2024年),研究区内耕地、疏林地、未利用地等将进一步减少且减幅不断降低;有林地和其他林地面积将继续增加,城乡用地和水域等也有增减但幅度不大。
Global change is a research hot spot in the geographical fields. With the continuous progress of society, its influence on geographical environment has also been greater, human is faced with a variety of global change brought about by this impact. As the main type of land use, the forest has a direct effect on the stability of the ecological environment, which also relates to economic and social development, and global changes.
Loess Plateau is a special geographical unit with dry climate, low and concentrated rainfall, and low vegetation cover. In a long history of the development process, the vegetation has been destroyed, the ecological conditions are very poor, and the ecosystem is very fragile, which seriously affects human’s living environment and socio-economic development of this area. Further more, frequent disasters pose a serious threat on the socio-economic development and security of the downstream area of the Yellow River. Huanglong Mountain forest region located in the southeastern Loess Plateau is one of the five forest areas in Shaanxi Province, known as "the Green Pearl of the Loess Plateau, "and also "the lung of Shaanxi. " Therefore, the study that is based on Huanglong county and reveals the character of the forest land in this area, in particular the process of change and development trends, is typical and representative. In addition, this study can provide a theoretical basis for ecological environment construction, industrial restructuring, urbanization, and the formulation and implementation of regional economic policy, which can also be a reference of other similar areas.
In this study, the research object is Huanglong county, Landsat TM images in 1990, 2000 and 2008 is the main data source, and in the supports of Erdas9.3 and ArcGIS9.3 software, Huanglong Mountain forest land, especially the recent utilization of it is analyzed. Meanwhile, by using dynamic models of land use, comprehensive analysis of the characteristics and laws of the spatial and temporal changes of land use during the 1990– 2000, 2000 to-2008 and 1990-2008 years, such as the quantitative changes of Huanglong land (forest land) use, the change of the extent of land (forest land) use, the spatial structural changes of land (forest) use, is made. In addition, GIS technology is applied to overlay analysis of data to obtain the land use of this area especially the database of forest area changes. With the aim of sustainable use of regional land, the trend of the changes of land use of Huanglong area is predicted by applying GIS, Markov models and mathematical statistical methods.
In this study, the results obtained the following results:
(1) Supervised classification results of Landsat TM remote sensing image of 2008 has been verified, and data that is inconsistent with the facts has been modified and updated.
(2) During the period from 1990 to 2000, the forest area increased most, up to 246.51km2; arable land and other forest land increased by 36.95 km2 and 12.69 km2, unused land, sparse forest and shrubs decreased by 134.10 km2, 115.59 km2 and 59.06 km2 . The rate of change of land use was as followed: other woodland> water> open forest land> unused> shrub land> Rural Land> woodland> arable land. During 2000-2008, the forest area increased most, up to 180.55 km2; other woodlands increased by 1.48 km2, cultivated land area decreased most by 113.66km2. The rate of change in various land types use was as followed: unused land> arable land> sparse forest land> Rural land> water areas> shrub land> forestland> other woodlands. In the entire period of 1990-2008, the total forest area increased by 427.06 km2, other woodland also increased, and other land use types were reduced. The rate of change in land use was as followed: other woodland> open forest land> unused> water areas> Shrub land> woodland> arable land> urban and rural land. comprehensive land use dynamics is 1.60% in 1990-2000 and 0.94% in 2000-2008.
(3) Since 1990, forest recovery process has been significant, forest and other woodlands have been increasing significantly, cultivated land use has changed greatly, which decreased after a increase, however, the unused land decreased sharply. Between 1990 and 2000, the trend of transfer of land use types is not obvious. From 2000 onwards, the main trend is that other types of land use become forest and shrub land, which is mainly caused by returning farmland to forests. Land-use types change towards a more ideal direction.
(4) With the use of Markov model to predict the future trends of land use change in the study area, the results showed that: in 16 years after 2008 (2008-2024), the farmland, open forest land, unused land in the study area will reduce fewer and fewer; the area of forest and other woodlands will continue increasing, urban and rural land and water areas also fluctuate, but not obvious.
黄土高原是我国西北部的一个特殊的地理区域,常年降雨量少而且集中,植被相对较少,气候条件较差,有因为以前很长时间的破坏开发,使得当地的环境条件十分恶劣,生态系统非常脆弱,对当地经济社会的发展和人类的生存造成及其严重的影响。黄龙山林区在陕西省乃至西北地区都具有非常重要的生态地位,其独有的地理位置,良好的林木生长环境,为地区的生态平衡起到了重要的作用。选择黄龙山林区作为本次研究区域,揭示该林区林地变化过程及发展趋势,具有一定的典型性和代表性。可以为本区林地资源管理、林地结构调整、森林经营方案编制以及其他经济政策的制定和实施提供理论依据,为陕北黄土高原的其他其它类似区域提供借鉴和参考。
本研究以黄龙山林区为研究对象,以1990年、2000年和2008年的Landsat TM影像为主要数据源,在Erdas9.3和ArcGIS9.3软件的支持下,对黄龙山林区土地特别是林地利用现状进行了分析,利用土地利用动态模型,全面分析了1990- 2000年、2000-2008年和1990-2008年间土地(林地)利用数量变化、土地(林地)利用程度变化、土地(林地)利用空间结构变化等土地(林地)利用的时空变化特点及规律。应用GIS技术进行数据叠加分析得出该区土地利用特别是林地变化数据库,以区域土地可持续利用为目标,运用GIS、马尔科夫模型和数学统计相结合的方法对黄龙山林区土地利用的变化趋势进行预测。
本研究取得以下几个方面的成果:
(1)对2008年的Landsat TM遥感影像监督分类成果进行野外验证,并对与野外实际不符的少量数据进行了修改与更新。
(2)在1990- 2000年间,有林地面积增加最多,达246.51km2;耕地和其他林地分别增加36.95 km2和12.69 km2,未利用地、疏林地和灌木林分别减少134.10 km2、115.59 km2和59.06 km2。各土地利用类型的变化速度依次为其他林地>水域>疏林地>未利用地>灌木林地>城乡用地>有林地>耕地。在2000-2008年间,有林地面积增加最多,达180.55 km2;其他林地增加1.48 km2,耕地面积减少最多,达113.66km2。各土地利用类型的变化速度依次为未利用地>耕地>疏林地>城乡用地>水域>灌木林地>有林地>其他林地。在1990-2008年整个阶段,有林地面积共增加427.06 km2,其他林地也有增加,其他土地利用类型均在减少,各土地利用类型的变化速度依次为其他林地>疏林地>未利用地>水域>灌木林地>有林地>耕地>城乡用地。1990-2000年的综合土地利用动态度为1.60%,2000-2008年为0.94%。
(3)自1990年以来,林地恢复进程明显,有林地、其他林地呈明显增长势头,耕地变化幅度大,呈现先增后减的变化态势,而未利用地变化剧烈减少。在1990-2000年之间,土地利用类型之间的转移相对分散,趋势不明显。从2000年以后,主要变化趋势是其他土地利用类型转向有林地和灌木林地,这主要是退耕还林的结果,土地利用类型向着更加理想的方向转移。
(4)运用马尔科夫模型预测研究区未来土地利用变化趋势,结果表明:2008年以后的16年内(2008-2024年),研究区内耕地、疏林地、未利用地等将进一步减少且减幅不断降低;有林地和其他林地面积将继续增加,城乡用地和水域等也有增减但幅度不大。
Global change is a research hot spot in the geographical fields. With the continuous progress of society, its influence on geographical environment has also been greater, human is faced with a variety of global change brought about by this impact. As the main type of land use, the forest has a direct effect on the stability of the ecological environment, which also relates to economic and social development, and global changes.
Loess Plateau is a special geographical unit with dry climate, low and concentrated rainfall, and low vegetation cover. In a long history of the development process, the vegetation has been destroyed, the ecological conditions are very poor, and the ecosystem is very fragile, which seriously affects human’s living environment and socio-economic development of this area. Further more, frequent disasters pose a serious threat on the socio-economic development and security of the downstream area of the Yellow River. Huanglong Mountain forest region located in the southeastern Loess Plateau is one of the five forest areas in Shaanxi Province, known as "the Green Pearl of the Loess Plateau, "and also "the lung of Shaanxi. " Therefore, the study that is based on Huanglong county and reveals the character of the forest land in this area, in particular the process of change and development trends, is typical and representative. In addition, this study can provide a theoretical basis for ecological environment construction, industrial restructuring, urbanization, and the formulation and implementation of regional economic policy, which can also be a reference of other similar areas.
In this study, the research object is Huanglong county, Landsat TM images in 1990, 2000 and 2008 is the main data source, and in the supports of Erdas9.3 and ArcGIS9.3 software, Huanglong Mountain forest land, especially the recent utilization of it is analyzed. Meanwhile, by using dynamic models of land use, comprehensive analysis of the characteristics and laws of the spatial and temporal changes of land use during the 1990– 2000, 2000 to-2008 and 1990-2008 years, such as the quantitative changes of Huanglong land (forest land) use, the change of the extent of land (forest land) use, the spatial structural changes of land (forest) use, is made. In addition, GIS technology is applied to overlay analysis of data to obtain the land use of this area especially the database of forest area changes. With the aim of sustainable use of regional land, the trend of the changes of land use of Huanglong area is predicted by applying GIS, Markov models and mathematical statistical methods.
In this study, the results obtained the following results:
(1) Supervised classification results of Landsat TM remote sensing image of 2008 has been verified, and data that is inconsistent with the facts has been modified and updated.
(2) During the period from 1990 to 2000, the forest area increased most, up to 246.51km2; arable land and other forest land increased by 36.95 km2 and 12.69 km2, unused land, sparse forest and shrubs decreased by 134.10 km2, 115.59 km2 and 59.06 km2 . The rate of change of land use was as followed: other woodland> water> open forest land> unused> shrub land> Rural Land> woodland> arable land. During 2000-2008, the forest area increased most, up to 180.55 km2; other woodlands increased by 1.48 km2, cultivated land area decreased most by 113.66km2. The rate of change in various land types use was as followed: unused land> arable land> sparse forest land> Rural land> water areas> shrub land> forestland> other woodlands. In the entire period of 1990-2008, the total forest area increased by 427.06 km2, other woodland also increased, and other land use types were reduced. The rate of change in land use was as followed: other woodland> open forest land> unused> water areas> Shrub land> woodland> arable land> urban and rural land. comprehensive land use dynamics is 1.60% in 1990-2000 and 0.94% in 2000-2008.
(3) Since 1990, forest recovery process has been significant, forest and other woodlands have been increasing significantly, cultivated land use has changed greatly, which decreased after a increase, however, the unused land decreased sharply. Between 1990 and 2000, the trend of transfer of land use types is not obvious. From 2000 onwards, the main trend is that other types of land use become forest and shrub land, which is mainly caused by returning farmland to forests. Land-use types change towards a more ideal direction.
(4) With the use of Markov model to predict the future trends of land use change in the study area, the results showed that: in 16 years after 2008 (2008-2024), the farmland, open forest land, unused land in the study area will reduce fewer and fewer; the area of forest and other woodlands will continue increasing, urban and rural land and water areas also fluctuate, but not obvious.
引文
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