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JOURNAL OF NATURAL RESOURCES >

2019 , Vol. 34 >Issue 2: 274 - 287

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20190205

Resource Utilization and Management

Response of land use change to human activities in the Yellow River Basin based on water resources division

  • ZHANG Ran ,
  • WANG Yi-min , † ,
  • CHANG Jian-xia ,
  • LI Yun-yun
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  • State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China

Received date: 2018-08-28

  Request revised date: 2018-12-17

  Online published: 2019-02-28

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《自然资源学报》编辑部 所有
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Abstract

Land use change analysis at different periods has been very helpful for resource management and essential trends detection through time. In order to understand the changes of land use, we examine the level of land use and the strength of human activities on land use in the Yellow River Basin in recent years. Based on the analysis of the change of land use area in the study area, according to secondary divisions of water resources, importance index of land use change (Ci), proportion of land use change area (D) and vegetation index of forest and grassland (R) were used to analyze the direction and degree of land use change in eight regions of Yellow River Basin during 1980-2015. It is found that land use in this basin underwent significant changes in the 35 years. The intensity of land changes in the Hekouzhen-Longmen section of the Yellow River Basin was the most intense. Although the degree of change in the eight sub-regions was relatively small, the absolute change area was large. The speed and degree of land use change were studied in four periods of 1980-1990, 1990-2000, 2000-2010 and 2010-2015 by using single land use dynamic degree, comprehensive land use dynamic degree and land use degree. The results showed that compared with 1980, the area of built-up land and water changed significantly. By analyzing the rate of single land use change in different periods, the rate of desert and unused land, water and urban and rural industrial and residential land changed significantly. The other three types of land use were not noticeable because of larger base area. In terms of the study periods, the change rate during 2010-2015 was the highest, and presented an increasing trend over time. Through the analysis of land use change rate, there was an increasing trend in all the eight regions; however the increasing trend in Longyangxia region was the most obvious. Except Longyangxia and Huayuankou water resources divisions, the comprehensive index of land use degree in the entire Yellow River basin ranged from -2 to 2 from 1980 to 2015, indicating that the comprehensive level of land use in each division did not change much in this period. From this perspective, human activities have less impact on land use. The reason for this result is that the entire area of the Yellow River Basin is too large, and the areas with intense human activities are only distributed in densely populated towns and plains. In the 35-year period, human activities did not have a profound impact on forests, grasslands, and deserts.

Key words： land use change; Yellow River Basin; secondary divisions of water resources; human activity

Cite this article

ZHANG Ran , WANG Yi-min , CHANG Jian-xia , LI Yun-yun . Response of land use change to human activities in the Yellow River Basin based on water resources division[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2019 , 34(2) : 274 -287 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20190205

土地是人地关系的桥梁和纽带,能够促使人类更好地厘清复杂的人地关系[1]。早在2005年启动全球土地计划（Global Land Project,GLP）中就着重强调了陆地系统中人类—环境耦合系统的综合集成与模拟研究的重要性,以人类—环境耦合系统为核心的土地利用/土地覆盖变化LUCC动态过程的监测与模拟逐渐成为研究关注的焦点[1,2,3,4]。LUCC是全球气候变化和全球环境变化研究关注的重点内容[5,6],是包括生物地球化学中全球氮循环的改变、大气中二氧化碳浓度的不断增加的三个全球变化研究核心主题之一[7]。土地利用变化是人类活动作用于陆地表层环境的一种重要表现形式[8,9,10,11]。改革开放以来,由于中国经济的高速发展、人口的快速增加以及科技的突飞猛进,使得人类在加强开发和利用土地的同时,也改变着区域土地利用的类型。所以,为揭示人类活动对于地球陆面土地利用的综合作用,可通过研究LUCC,深入剖析土地利用变化的复杂过程[12]。如刘纪远等[13,14,15]分析了近年来全国土地利用的时空变化特征,发现土地利用类型的变化与人类活动关系密切;蒲罗曼等[16]以吉林省西部为研究对象,从土地利用变化的类型、速度和程度方面研究了该区域的土地利用变化特征,揭示出其对人类活动的响应。
关于黄河流域LUCC研究已较为深入,吴琳娜等[12]在分析总结北洛河流域1976年以来土地利用变化规律的基础上,揭示出北洛河流域人类活动对土地利用变化的影响方向和程度;王光谦等[17]研究了黄河流域在改革开放以后20世纪80-90年代近十年的土地利用和土地覆盖变化情况,得到流域土地利用和覆盖变化的主要因素为人类活动;李帅等[18]选取宁夏黄河流域作为研究对象,总结了研究区域内1985-2010年间的土地利用状况,并分析土地利用变化的时空分布特征;罗娅等[19]选取黄河河口镇—潼关区间作为研究对象,系统地研究了该区域1998-2010年的土地利用变化情况;高清竹等[20]应用转移矩阵和景观空间格局指数分析方法,对黄河中游的长川流域土地利用及其变化进行研究;董斌等[21]对黄河流域山东段土地利用进行分析,发现区域的土地利用格局朝好的方向发展,森林生态系统到2036年达到相对稳定;郭振华等[22]以河南省洛阳市为例,采用转移矩阵分析了研究区域2001-2009年近十年的土地利用变化情况;刘晓燕等[23]利用遥感影像分析了黄河中游河口镇至潼关区间的林草植被变化,发现河龙间黄河以西和北洛河上游地区林草综合状况改善最为明显;李艳忠等[24]以黄河中游为研究对象,定量分析了黄河中游LUCC的过程与趋势,揭示出由于退耕还林/还草生态工程的实施,黄河中游土地利用转换类型主要是耕地向草地。但是,从目前的研究情况来看,大部分研究是针对黄河流域部分区域,尤其是中游区域,对整个黄河流域土地利用变化的研究较少,且所用的研究方法也不够全面。因此,在利用多种指标、全面而系统地分析整个黄河流域土地利用变化方面有待于进一步加强。
在查阅已有研究成果的基础上,本文对黄河流域进行分区域研究,宏观上分析流域1980-2015年近35年土地利用面积变化情况,选取常用的土地利用变化重要性指数、土地利用变化面积比例、林草植被变化指数,探讨不同分区内土地利用变化的方向和程度;针对1980-1990年、1990-2000年、2000-2010年、2010-2015年四个时期,选取单一土地利用动态度和综合土地利用动态度探究各水资源分区的土地利用变化速度,并采用土地利用程度进一步量化土地利用变化程度,从流域到各水资源分区、长时间尺度到短时间尺度,全方位、多角度地分析黄河流域近35年土地利用变化的方向、速度和程度。深入剖析黄河流域不同分区的LUCC状况,特别是改革开放后人类活动对土地作用的强度及空间异质性,将对结合科学与技术合理地利用紧缺有限的土地资源、保障生态环境健康、以及维护流域人民生活稳定和经济社会的可持续发展均具有重要意义。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

黄河是中国的“母亲河”,发源于青藏高原巴彦喀拉山北麓的约古宗列盆地,在山东垦利县注入渤海,流域面积达79.5万km2。黄河流域内有丰富的土地资源[25],耕地、林地和牧草地是流域主要的土地利用类型,还有约200万hm2适宜开垦的荒地资源[26]。流域内总土地面积达0.79×108 hm2,占全国土地面积的8.3%。地貌复杂多样,多年平均降水量200~650 mm的区域占流域大部分地区,从西北到东南呈逐渐增加的特点。
流域贯穿9省区,人口众多,人类活动强烈。近几十年,由于复杂的自然环境和大量的人类活动,流域部分地区水土流失现象日趋严重,水环境和水生态等环境问题也持续恶化,这种状况已成为制约黄河流域经济社会发展的重要因素。因此,本文根据全国水资源二级分区,将黄河流域分为8个二级分区（图1）,分别是：Ι龙羊峡以上、Ⅱ龙羊峡—兰州、Ⅲ兰州—河口镇、Ⅳ内流区、Ⅴ河口镇—龙门、Ⅵ龙门—三门峡、Ⅶ三门峡—花园口和Ⅷ花园口以下。
Fig. 1 Secondary divisions of water resources in the Yellow River Basin

图1 黄河流域水资源二级分区

1.2 数据来源及处理

本文使用的数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn/）和中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http://www.gscloud.cn/）,包括Landsat MSS/TM/ETM卫星数字产品。在ENVI中对各期所有影像进行拼接,然后以2015年影像为基准对别的影像进行几何校正,应用红外、红光、绿光波段合成处理影像的标准假彩色,再对影像进行投影,采用的投影为Albers投影,投影参数为中央经线105°E,双标准纬线分别为25°N和47°N,地理坐标系为GCS_Krasovsky_1940,椭球体为Krasovsky椭球体。
在ArcGIS平台下进行人机交互式图像解译,根据黄河流域地形图、行政区划图、1970年代的土地利用现状图,以《土地利用现状分类（GB/T21010-2007）》为标准,结合野外踏勘和专家经验建立遥感解译标志,共将土地分为六类,分别为林地、草地、耕地、水域、城乡工矿居民用地、沙漠及未利用地。最后在ArcGIS平台下,所有数据都重采样为1 km×1 km的GRID数据。通过对数据的科学处理,得到1980年、1990年、2000年、2010年和2015年共五期土地利用现状图。查阅历史文档和以前的土地利用现状图,并通过走访当地居民获取以前的土地利用信息,调查面积约占总流域面积的27%,为确保获取数据的准确性,随机采集了流域内382个GPS点,作为对比以验证土地利用数据的精度。2015年和2010年的解译精度最高,分别达到了93.76%和91.84%,2000年和1990年次之,1980年解译精度最低,为86.52%。

1.3 研究方法

（1）土地利用变化重要性指数
土地利用变化重要性指数Ci[19]是第i种土地变化面积（Ai）与区域总土地变化面积（A）的比值,计算式（1）、式（2）,以筛选出各水资源分区土地利用变化的主要类型。
C i = A i / A × 100 % （1）
A = ∑ i = 1 n A i （2）
（2）土地利用变化面积比例
土地利用变化面积比例D[19]指所有类型土地变化总面积（A）和该区域总面积（S）的比值,衡量的是区域土地利用变化的剧烈程度,揭示区域土地变化面积的整体情况,计算公式如下：
D = A / S × 100 % （3）
（3）林草植被变化指数
黄河流域不同水资源分区的水沙变化在时间和空间上都存在差异,林草植被变化指数[19]可评估不同水资源分区林草植被变化的程度,计算公式如下：
R = R 2015 - R 1980 （4）
式中：R为林草植被变化指数,介于-1~1之间;R2015和R1980分别为2015年和1980年林地和草地用地面积比例（%）。
（4）单一土地利用动态度
受自然和人类活动两方面因素的影响,不同水资源分区土地利用方式不同,各时期变化的速度和幅度也有所区别。单一土地利用动态度（Ki）[12]就是描述特定时间内一种土地利用类型变化幅度和速度的指标[27,28,29],其数学模型为：
K i = S it 2 - S it 1 S it 1 × 1 t 2 - t 1 × 100 % （5）
式中：Ki为t1到t2时间段内第i类土地利用类型动态度;Sit1和Sit2分别为t1和t2时间第i类土地利用类型面积。
（5）综合土地利用动态度
综合土地利用动态度表征人类活动对区域各种土地利用类型变化的综合影响[30,31]。其数学模型为：
S = ∑ i = 1 n Δ S i - j S i × 100 × 1 t × 100 % （6）
式中：∆Si-j为研究时段内第i类土地利用类型转换为其他类土地利用类型的面积;Si为研究开始时间第i类土地利用类型面积;t为研究的时间段。
（6）土地利用程度
土地开发是人类改变地表土地类型的方式之一,土地利用程度[31,32]就是从这个层面上表征人类活动对区域土地利用变化的影响水平。土地利用程度综合指数和土地利用程度变化的模型公式分别如下：
I = 100 × ∑ i = 1 n A i × C i （7）
Δ I b - a = I b - I a = ∑ i = 1 n A i × C ib - ∑ i = 1 n A i × C ia × 100 % （8）
式中：I为研究区域的土地利用程度综合指数;Ai为第i级土地利用程度分级指数;Ci为第i等级的土地利用程度面积百分比;∆Ib-a为土地利用程度综合变化指数;Ia和Ib分别为对应时间a和b的土地利用程度综合指数;Cia和Cib分别为对应时间a和b第i等级的土地利用程度面积百分比。

2 结果分析

2.1 黄河流域土地利用变化面积

从2015年看（表1）,黄河流域所有土地利用类型中所占比例最大的是草地,高达47.47%;耕地面积次之,为26.46%;而城乡工矿居民用地和水域面积较少,占比分别为2.54%、1.69%,说明黄河流域土地利用现状是以草地和耕地为主,而河流水系、湖泊等不发达,水资源量少,反映了流域干旱缺水的现状。与1980年相比,2015年黄河流域土地利用类型中耕地变化最不明显,仅有-0.09%;沙漠及未利用地、林地和草地均发生了不同程度的变化;由于城乡工矿居民用地和水域面积较小,加上近些年来大规模的城市化进程和中国北方干旱化的趋势,城乡工矿居民用地与水域面积变化最大,分别增加50.66%和减少37.49%,反映出近35年黄河流域土地利用发生了显著变化。
Table 1 The area and change of various types of land use in the Yellow River Basin

表1 黄河流域各地类面积及变化

土地利用类型 面积/万km2 2015年比1980年
增加或减少/万km2		 增加或减少占1980年比/%
1980年 1990年 2000年 2010年 2015年
林地 10.2240 10.1910 10.2090 10.4630 10.5290 0.3054 2.99
沙漠及未利用地 5.9933 5.9657 5.9248 6.0306 6.8204 0.8271 13.80
城乡工矿居民用地 1.3410 1.3556 1.4918 1.6596 2.0204 0.6794 50.66
水域 2.1487 2.0099 1.9652 2.0200 1.3432 -0.8055 -37.49
草地 38.7160 38.7900 38.5210 38.3900 37.7290 -0.9875 -2.55
耕地 21.0490 21.1600 21.3600 20.9100 21.0300 -0.0190 -0.09

2.2 不同水资源分区土地利用变化差异

2.2.1 主要土地变化类型
为识别出各水资源分区土地主要变化类型,将土地利用变化重要性指数（ C i ）按从大到小排序,统计出 C i 值累计之和大于70%的土地变化类型,图2为各水资源分区计算结果。
Fig. 2 The Ci value of main land change types in different water resources divisions

图2 不同水资源分区主要土地变化类型Ci值

结果表明,Ι区以草地向沙漠及未利用地、沙漠及未利用地向草地、水域向沙漠及未利用地、草地向林地变化为主;Ⅱ区变化最多的类型是草地向林地,其次是林地向草地、草地向耕地、耕地向草地和草地向沙漠及未利用地;Ⅲ区以草地向耕地、耕地向草地、草地向沙漠及未利用地、沙漠及未利用地向草地、草地向林地、耕地向城乡工矿居民用地与林地向草地转化为主;Ⅳ区以草地向沙漠及未利用地、沙漠及未利用地向草地、草地向耕地转化为主;Ⅴ区土地类型转化重要性指数最大的是耕地向草地,接着依次是草地转向耕地、草地向林地、沙漠及未利用地向草地、耕地向林地和林地向草地;Ⅵ区土地类型转化重要性指数最大的是草地向耕地,此外还有耕地向草地、林地向草地、草地向林地;Ⅶ区主要是草地向耕地、林地向耕地、耕地向林地、耕地向草地、耕地向城乡工矿居民用地和草地向林地变化;Ⅷ区土地类型转化重要性指数最大的是耕地向城乡工矿居民用地,接着依次为城乡工矿居民用地向耕地、水域向耕地、草地向耕地、耕地向草地。
2.2.2 土地变化剧烈程度
统计8个水资源二级分区的土地利用变化面积比例（D）值（图3a）,结果发现,黄河流域河口镇—龙门D值最大,高达30.61%,说明该区域是黄河流域土地利用变化最为剧烈的地区,这与该区近些年来实施退耕还林、退牧还草等水土保持措施有关;D值最小的是龙羊峡以上区域,说明该区域的土地利用近35年来较其他地区相对稳定,变化面积比例相对较小;此外,龙羊峡—兰州、兰州—河口镇、内流区、龙门—三门峡、三门峡—花园口及花园口以下区域D值也较大,分别为25.71%、26.03%、22.66%、26.11%、21.52%、24.72%。
Fig. 3 The D and R value of different water resources divisions in the Yellow River Basin

图3 不同水资源分区D值和R值

2.2.3 林草变化程度
图3b表示各水资源分区的林草植被变化指数,从计算结果看,黄河中游河口镇—龙门为正值,其他分区均为负值,这与近年来中游实施退耕还林/草工程措施有关,使河口镇—龙门林草面积增加527 km2;R绝对值最大的区域是上游兰州—河口镇,为-2.03%;最小的区域是龙门—三门峡,为-0.12%;虽然林草植被相对面积变化较小,但绝对变化面积较大,高达6431 km2,说明近35年黄河流域林草植被的变化非常明显。

2.3 不同水资源分区土地利用变化速度

2.3.1 单一土地利用类型变化速度
为定量反应和解释各分区人类活动对不同土地利用类型的影响,本文计算了1980-1990年、1990-2000年、2000-2010年、2010-2015年黄河流域土地利用类型变化的速度,图4表示各水资源分区在四个时期的计算结果,分析得出：
Fig. 4 Change rate of land use types in the Yellow River Basin in different periods

图4 不同时期各水资源分区的土地利用类型变化速度

（1）Ι区。林地在前三个时期变化程度很小,均小于0.2%,2010-2015年增加速度为1.22%;草地在四个时期变化程度均较小;沙漠及未利用地在1980-2000年之间基本没有变化,2000年以后呈增加趋势,增加速度分别为0.50%、7.94%;水域面积先减少后增加再减少,1980年代减少速度为0.41%,1990年代和2000-2010年呈增加趋势,2010-2015年间显著减少,减少速度高达11.99%;耕地面积一直处于增加的状态,1980-1990年增加了0.88%,后三个时期分别增加了0.53%、0.43%和1.04%;城乡工矿居民用地面积四个时期变化速度分别为0.67%、0.67%、1.51%和41.05%,可以看出2010-2015年城乡工矿居民用地面积变化速度增加显著。
（2）Ⅱ区。该区在35年间土地利用变化速度整体偏小。1980-2010年：三个时期各种土地利用类型面积变化速度均很小,介于-0.21%~0.85%之间;林地、沙漠及未利用地、草地三个时期变化速度均小于0.1%;城乡工矿居民用地变化速度较大,1980年代面积略减小,1990年代后一直呈增加趋势,分别增加了0.85%、0.64%和3.99%;水域面积在2010年以前基本没有变化;耕地面积1980年代基本不变,1990年代增加速度为0.24%,2000-2010年面积减小速度为0.21%。2010-2015年：此区域土地利用类型面积发生明显变化,最为显著的是沙漠及未利用地增加10.23%,城乡工矿居民用地增加3.99%;而水域面积显著减少,仅5年就减少12.36%;林地、草地和耕地变化速度较小。
（3）Ⅲ区。总体而言,该区35年间单一土地利用动态度较小。林地面积在1980年代基本保持不变,减少速度为0.02%,1990年代以后呈增加趋势,到21世纪增速加快,分别为0.76%、0.64%;沙漠及未利用地呈现出先减小后增加再减小又增加的趋势,增加速度大于减小速度;城乡工矿居民用地四个时期变化的速度分别为0.19%、0.63%、1.21%和5.30%,说明四个时期均呈增加趋势,且增加速度逐渐变大;河流、湖泊等水域面积增加速度除2000-2010年增加外,其他时期均呈减少趋势;草地面积在四个时期变化均不明显,2010-2015年减小速度为0.34%;耕地面积除2000-2010年不明显减少外,其他时期均呈增加趋势,2010-2015年间耕地面积增速为0.48%。
（4）Ⅳ区。林地面积逐渐增加,且增加速度逐步增大,四个时期增加速度分别为0.14%、1.02%、1.62%和2.00%;沙漠及未利用地四个时期面积变化不大;城乡工矿居民用地呈现出逐步增加的趋势,特别是在2010-2015年间达到了11.24%;水域面积逐渐减少,尤其是在2010-2015年间减少速度为3.98%;草地和耕地变化速度很小。
（5）Ⅴ区。林地在1980-1990年和2010-2015年间变化速度很小,面积基本没有变化,1990-2010年间面积逐渐增加,增加速度分别为0.11%和0.73%;沙漠及未利用地在1980-1990年间变化速度基本为0,后三个时期变化速度分别为-1.27%、0.33%和0.39%;城乡工矿居民用地增加速度最大,特别是在2000-2010年和2010-2015年间,增加速度分别达到了2.23%和21.18%;水域面积变化速度呈现出先增加后降低再增加又降低的波动趋势,变化速度分别为0.26%、-0.40%、0.17%和-2.16%,面积减小的速度大于增加的速度;草地和耕地面积变化速度不大。
（6）Ⅵ区。该区变化速度比较明显的有沙漠及未利用地、城市工矿居民用地和水域这三种土地利用类型,沙漠及未利用地面积先减小后增加,变化速度是所有土地利用类型中最大的,变化速度分别为-2.68%、-1.48%、0.01%和9.53%;城乡工矿居民用地面积逐渐增加,增加速度分别为0.22%、1.28%、1.05%和2.75%;水域面积变化主要以减小为主,变化速度分别为-1.05%、0.15%、-0.13%和-0.34%。
（7）Ⅶ区。该区变化速度比较明显的有沙漠及未利用地、城市工矿居民用地和水域这三种土地利用类型,沙漠及未利用地呈现出明显增加的趋势,增加速度在1980-1990年和2010-2015年间达到了13.00%和8.88%,1990-2000年减小速度为3.96%;城市工矿居民用地面积先减小后增加,变化速度分别为-0.34%、2.12%、1.22%和1.64%;水域面积先减少后增加,变化速度分别为-0.09%、-2.17%、3.82%和0.20%。
（8）Ⅷ区。由于该区域面积较小,加上强烈地受到人类活动的影响,各种土地利用类型变化都较剧烈。林地面积变化速度分别为0.41%、-0.29%、0.02%和5.72%;沙漠及未利用地面积呈先减少后增加的趋势,前三个时期内减少速度分别为1.64%、2.79%、1.19%,2010-2015年间增加速度高达8.67%;城乡工矿居民用地面积先减少后增加,1980-1990年间稍微降低,1990年以后增加速度分别为0.90%、0.95%和2.26%;水域面积先减少后增加,1980年代和1990年代减少速度分别为1.55%和2.89%,2000年后呈增加速度分别为1.39%和2.12%;草地面积在1980年代不明显增加,2000-2010年减少速度为0.43%,到2010-2015年增加速度为4.40%;耕地面积变化主要在2010-2015年,增加速度为1.21%。
2.3.2 综合土地利用变化速度
不同水资源分区人类活动程度不同,这种空间上的差异可直接导致土地利用类型在空间上也有很大区别。因此,本文计算了四个时期各分区的土地利用综合动态度,结果见表2。1980-1990年：三门峡—花园口土地利用综合动态度最大,值为13.64;其次是龙门—三门峡区域和花园口以下,分别为4.09和4.04;其余水资源分区相对较小。1990-2000年：土地利用综合动态度最大的是三门峡—花园口,为8.63;龙羊峡—兰州最小,为1.29。2000-2010年：三门峡—花园口土地利用综合动态度为5.30;内流区人类活动明显加剧,强烈作用于下垫面,为4.02;龙羊峡—兰州还是最小的区域。2010-2015年：8个分区土地利用综合动态度均最大,其中龙羊峡以上高达63.29;其次是龙羊峡—兰州为27.84;三门峡—花园口区域反而相对变小,为10.87;内流区、河口镇至龙门以及花园口以下也较大,分别为18.02、24.49、24.37。说明黄河流域1980-1990年代中下游区域综合土地利用变化速度最快,到了21世纪,上游区域综合土地利用变化速度急剧上升,人类活动作用显著加强。
Table 2 Comprehensive dynamic degree of land use in 4 different regions of the Yellow River Basin

表2 黄河流域各分区4个时期土地利用综合动态度

分区 土地利用综合动态度
1980-1990年 1990-2000年 2000-2010年 2010-2015年
I龙羊峡以上 2.20 1.91 2.65 63.29
II龙羊峡—兰州 0.36 1.29 0.96 27.84
III兰州—河口镇 1.78 2.03 2.56 8.77
IV内流区 1.46 1.92 4.02 18.02
V河口镇—龙门 1.13 2.50 3.87 24.49
VI龙门—三门峡 4.09 3.02 1.62 12.83
Ⅶ三门峡—花园口 13.64 8.63 5.30 10.87
Ⅷ花园口以下 4.04 7.11 4.15 24.37
从各分区来看,I区土地利用综合动态度明显增加,从1980年代的2.20增大到2010-2015年的63.29。II区从1980-2010年土地利用综合动态度基本不变,且三个时期均为动态度最低的区域,到2010-2015年突增到27.84。III区呈现逐渐增加的趋势,从1980年代的1.78到2010-2015年的8.77。IV区从1980-1990年代基本不变,1990年代之后增加明显,2000-2010年综合动态度为4.02,到2010-2015年综合动态度增加到18.02。V区土地利用综合动态度前三个时期均比较低,但是土地利用综合动态度逐渐增大,到2010-2015年达到24.49。Ⅵ区土地利用综合动态度在前三个时期逐渐降低,到2010-2015年增大到12.83。Ⅶ区前三个时期均为所有区域中综合动态度最大的区域,到2010-2015年相对较小,为10.87。Ⅷ区花园口以下前三个时期土地利用综合动态度仅次于Ⅶ区,到2010-2015年增加到24.37。

2.4 不同水资源分区土地利用程度

为进一步探究不同水资源分区土地利用变化对人类活动的响应程度和时空差异性,采用式（7）~式（8）计算了1980年、1990年、2000年、2010年和2015年的土地利用程度。表3是各水资源分区四个时期的土地利用程度综合指数的变化及2015年的土地利用程度综合指数。
Table 3 Land use change in different regions of the Yellow River Basin in 4 periods and comprehensive index of land use in 2015

表3 黄河流域各分区四个时期土地利用程度综合指数变化及2015年土地利用程度综合指数

分区 土地利用程度综合指数变化 2015年综合指数
1980-1990年 1990-2000年 2000-2010年 2010-2015年
Ι龙羊峡以上 0.12 0.00 -0.47 -3.90 186.29
Ⅱ龙羊峡—兰州 -0.15 0.49 -0.16 -1.40 210.80
Ⅲ兰州—河口镇 0.52 0.78 0.44 1.78 219.60
Ⅳ内流区 -0.36 -0.03 -1.23 0.76 178.77
Ⅴ河口镇—龙门 0.45 0.89 -1.12 1.74 226.83
Ⅵ龙门—三门峡 0.18 0.65 -0.24 0.66 250.77
Ⅶ三门峡—花园口 -0.12 1.31 -0.12 0.37 249.19
Ⅷ花园口以下 0.83 3.04 0.66 -1.76 291.80
从表3来看,除龙羊峡以上区域在2010-2015年土地利用程度综合指数变化绝对值较大,为-3.90,各水资源分区在四个时期的土地利用程度综合指数绝对值都较小,均无明显差异,各水资源分区在四个时期的土地利用综合水平整体变化不显著。2015年土地利用程度最大的水资源分区是花园口以下,其次为龙门—三门峡,最小的是内流区,整个流域基本呈现出从上游向下游逐渐增大的趋势。这是由于龙门—三门峡和花园口以下区域整体地势平坦,人口密集,经济发达,加上主要土地利用方式为耕地,导致人类活动对这两个区域的土地利用影响较大。而内流区和龙羊峡以上等上游区域,土地利用方式主要以草地和沙漠及未利用地为主,人口稀少,经济落后,所以土地利用程度低。

3 结论

借助RS和GIS技术手段,采用一定的方法获取黄河流域土地利用的空间信息,采用数学方法定量计算出土地利用的时空变化,并总结其在空间分布上的差异,深入挖掘各水资源分区土地利用的变化情况,探究黄河流域土地利用时空变化规律及对人类活动的响应,促进流域土地资源合理及可持续利用。具体结论如下：与1980年相比,2015年流域土地利用类型中耕地变化最不明显;城乡工矿居民用地与水域面积变化最明显,这反映出近35年黄河流域人类活动确实导致土地利用发生了变化。8个分区的土地利用变化面积比例存在一定差异,黄河流域河口镇—龙门D值最大,说明这个区域是黄河流域土地利用变化最为剧烈的地区,这与该区近些年来实施退耕还林、退牧还草等水土保持措施有关,D值最小的是龙羊峡以上区域。
通过分析各时期单一土地利用类型变化的速度发现,沙漠、未利用地、水域和城市以及工矿用地变化速度明显,其余三种土地利用类型由于面积基数较大,导致变化速度并不明显。从各时期来看,所有分区中2010-2015年变化速度最大,并且大致呈现出随着时间的推移变化速度越来越大的特征。反映出人类活动对黄河流域土地利用的影响逐渐增大,土地利用呈现出快速变化的特点。通过综合土地利用变化的速度分析,8个分区基本均呈现出逐渐增加的趋势,2010-2015年增加非常明显。除龙羊峡以上和花园口以下,1980-2015年整个黄河流域土地利用程度综合指数变化介于-2~2之间,表明现阶段各分区土地利用综合水平变化不大,从这个角度看人类活动对土地利用影响程度较小。导致这种结果的原因是整个黄河流域面积太大,现阶段人类活动强烈作用的区域仅分布于人口密集的城镇与平原区域,近35年来,人类活动对大部分森林、草原和沙漠影响并不深刻。

The authors have declared that no competing interests exist.

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