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退耕还林工程植被覆盖的影响

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1研究区域概况

黔东南州地跨107°17'20″~109°35'24″E,25°19'20″~27°31'40″N,位于贵州省东南部,云贵高原东南缘的苗岭山脉向湘西丘陵和广西盆地过渡地段,东西宽220km,南北长240km,总面积30337.1km2。东邻湖南省怀化,南接广西柳州、河池地区,西连黔南布依族苗族自治州,北抵遵义、铜仁两地区。州境总体地势西、北、南三面高而东部低,由西向东及东南急骤下降。中部雷公山区和南部月亮山为中山地带,西部和西北部为丘陵状低中山区,东部和东南部为低中山、低山、丘陵、盆地。境内大部分地区海拔500~1000m,相对高度2042m。境内全州辖凯里市、施秉、三穗、镇远、岑巩、天柱、锦屏、剑河、台江、黎平、榕江、从江、雷山、麻江、丹寨16个市县。据2012年《黔东南年鉴》,至2011年末,黔东南州常住人口为458.18万人,居住着苗族、侗族等33个民族,其中少数民族人口346.23万人,占总人口的75.57%,其中苗族人口占总人口42.22%,侗族人口占总人口29.75%,是全国苗族侗族人口最集中的地区[9]。

2研究方法

2.1数据来源及处理黔东南州于2000年开始退耕还林工程试点,开始实施退耕地造林,于2006年结束,共退耕地37233.33hm2,因此本研究选取1999年LandsatETM+为退耕还林前监测数据,以2009年LandsatETM+数据及2013年Landsat8数据作为退耕还林后监测数据,以黔东南州地形图、DEM、林相、行政区划图为辅助数据,在分析研究区自然、社会经济、人口、森林资源等有关数据的基础上,应用遥感和GIS等软件对数据进行处理,采用监督分类与非监督分类相结合的方法,提取研究区土地利用变化信息,建立土地利用综合数据库,研究各土地利用类型在退耕还林前后的变化。

2.2土地利用分类参考中华人民共和国国家质量监督检查检疫总局和中国国家标准化管理委员会联合发布的《土地利用现状分类》[10],结合黔东南州实际,将黔东南州土地利用类别划分为5个:耕地、林地、草地、建筑用地和水域。采用监督分类和非监督分类的方法提取三期遥感影像的土地利用现状图,三期影像的分类精度分别为88.70%,88.03%和86.65%,Kappa指数分别为0.86,0.84和0.83。

2.3土地利用度变化度及其计算方法土地利用动态度可以定量描述研究区域内某种土地利用类型的变化速度,是反映一定时期特定区域内某种土地利用类型数量变化状况的指标,它对比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势都具有重要作用。

2.4土地利用转换模型为了很好的了解土地利用类型在某一时段的空间演变过程,需要对不同土地利用类型之间从T时刻到T+1时刻的相互转化情况进行定量描述,可以采用马尔科夫转移矩阵模型来描述[12-13]。根据地图代数原理和马尔科夫过程原理,对任意两个时期土地利用类型图ATi×j和AT+1i×j,采用地图代数方法进行分析[14]Ci×j=ATi×j×10+AT+1i×j(土地利用类型<10时适用)式中Ci×j即为由T时期到T+1时期的土地利用变化图,它表现了土地利用变化的类型及其空间分布。据此可以求得土地利用类型相互转化数量关系的原始转移矩阵,然后根据原始转移矩阵求出两个时期不同土地利用类型之间的相互转化率及T+1时期各种土地利用类型相对于T时期的年变化程度。

3结果分析

3.1土地利用类型的总体变化黔东南州最主要的土地利用类型是林地,其次是耕地,耕地和林地面积占总面积的90%以上。对黔东南州14a土地利用变化进行分析,结果如表1所示,各地类变化的总体趋势为:建筑用地、水域急剧增加,耕地明显增加,林地、草地下降,草地尤为剧烈;在2009—2013年间,建筑用地和水域面积急剧增加,且增加速率也呈上涨趋势,耕地呈缓慢下降趋势,草地呈缓慢增加趋势,林地略有减少。说明在实施退耕还林工程以后,天然林地的丧失得到缓解,天然草地得到了补充,建筑用地的快速增加说明黔东南州开发加剧,在快速发展经济的同时更应当注意生态环境保护。对黔东南州耕地和林地不同时段的空间分布作图进行分析,可以得出1999年耕地主要分布于州西北部、北部和东北部,林地主要分布于中部、西南部、南部和东南部。2009年黔东南州耕地在西北部、北部分布减少,南部耕地面积增加,林地主要分布区仍然是中部、东南部,南部林地大量减少,北部、东北部林地略有增加。10a间,耕地在空间上从西北部、北部向东南部、南部转移,也可以明显的看出耕地面积有所增加,而林地在空间分布上趋于破碎化,面积减少。2013年黔东南州耕地、林地在空间上的分布与2009相比,变化不大,只在西南部雷公山地区能看出林地略有减少。

3.2耕地类型的空间变化黔东南州耕地包括旱地、水田、果园三大类,1999—2013年耕地的总面积总体是增加的,但在空间分布上发生了明显的变化。14a间,耕地在空间分布上呈现出北减南增的趋势,北部、西北部减少的耕地主要转化为林地和草地,分别为331865.00hm2和23157.90hm2,分别占1999年耕地面积的29.43%和2.05%,还有17587.26hm2的耕地转化为建筑用地,占1999年耕地面积的1.56%;耕地转化为建筑用地主要是在2009—2013年发生的,建筑用地在4a间增长了3倍,14a间增长了4倍多。而南部、东南部增加的耕地主要是由林地和草地开垦、复垦而来,分别为481590.40hm2和73861.65hm2,分别占1999年林地面积的29.15%和草地面积的35.49%。耕地的增长主要发生在1999—2009年;2009—2013年耕地变化趋势是减少,减少的耕地主要向林地和建筑用地转化,分别为22854.42hm2和17171.82hm2。说明在黔东南州退耕还林工程取得了一定的成效,建设用地的增加也说明了该州开发加剧。将黔东南州1999—2013年各时段耕地的空间变化作图并进行分析,可以得出,耕地的转出主要发生在北部、西北部、东北部,而耕地的转入主要发生在南部及东南部。这与黔东南州西高东低的地势有关,地势低、平缓的东南部利于耕作促进了林地草地向耕地的转化。由于人类活动、政府决策、地理环境因素的影响,耕地在不同空间的变化方向和变化速率大不相同。按照行政区划为单元,对不同县域的耕地转出和转入速率的空间分异进行分析。结果显示,1999—2013年,从江县、锦屏县、凯里市的耕地转出率最低,一是因为从江县、锦屏县地势平坦、耕地多,基数大,因此转化率小;二是从江县、锦屏县退耕地造林面积少,同时这两个县也是耕地转入率较高的区域,原因是黔东南州近年来大力发展经济作物,如烤烟、药材的种植,大量林地和草地被开垦成为种植园。雷山县为耕地转出率最高的区域,同时也是耕地转入率较高的区域,这是因为雷山县不仅是退耕还林面积较大的区域,而且该县位于黔东南州雷公山区,耕地本来所占比例较小,随着人口的增长和旅游业的发展,需要更多的耕地来维持当地居民的生活所需,这也说明了在实施生态退耕的同时,林地、草地的复垦也在进行着。施秉县、黄平县、凯里市是耕地转入率最低的区域,主要原因是这三个县是退耕还林的重点区域,实施退耕还林的同时也注意天然林地、草地的保护,所以耕地转入量少。1999—2009年,耕地变化率在空间分布上与1999—2013年空间分布规律相似。2009—2013年间,黎平县的耕地转出率最高,是因为该县是自2009年来实施退耕还林封山育林面积最大的县。岑巩县和黄平县是耕地转入率最低的区域,同时也是耕地转出率较高的区域,说明这两个县注重天然林地的保护,也贯彻落实了退耕还林工程。对黔东南州不同县域的耕地转林地变化进行统计,如表2所示。14a间,耕地转林地面积最多的县是天柱县和黄平县,最小的是锦屏县。这与黔东南州退耕还林工程的实施有着莫大的关系。黄平县、麻江县、镇远县、黎平县、凯里市为黔东南州重点退耕还林区。雷山县耕地向林地的转化率最高,达到了54.72%,这是因为雷山县原有耕地少,森林覆盖度高,著名的雷公山自然保护区分布其中。从江、榕江、锦屏等县处于地势较缓的东南部地区,原有耕地比例大,且处于非重点退耕还林区,故转化率低。

3.3林地类型的空间变化黔东南州林业资源丰富,1999年林地占全州面积的55.56%。14年来,全州林地面积总体呈减少趋势,共减少162584.00hm2,占1999年林地面积的9.64%。空间上林地呈现出南减北增的趋势,恰好与耕地变化趋势相反,如图1所示。减少的林地主要被开垦成耕地和草地,分别为491590.40hm2和77053.32hm2。分别占1999年黔东南州林地面积的29.15%和4.57%。有少量林地转化为建筑用地和水域。由于退耕还林工程的实施,减少的林地大部分由耕地补充,由耕地转化而来的林地占2013年林地面积的21.78%。但是退耕还林工程的实施并没有阻止林地的丧失,在实施生态退耕的同时,毁林开荒、复垦也在进行着,而且毁林开荒的速度要大于生态退耕的速度,这使得黔东南州林地日益减少。林地的减少主要发生在1999—2009年,在2009—2013年林地面积稳定中略有减少,减少为53.85hm2,减少的林地主要转化为草地,为12500.82hm2;其次转化为耕地,少量转化为建筑用地和水域,减少的林地主要由耕地补充,为22854.42hm2。由于各种人为和自然因素对土地利用的影响,不同区域的林地变化特点各不相同。按照行政区划为单元,将不同县域的林地转出和转入速率的空间分异作图(图2)。14a间,林地转出率最高的是黎平县和天柱县,这是因为黎平县、天柱县位于低山丘陵区,地势较平缓,利于耕种,并且受经济作物种植的驱动,使得大量的林地被开垦成为经济作物种植区。其次为榕江县、丹寨县和凯里市,黎平县同时也是林地转入率最低的县,说明黎平县在实施退耕还林的同时,天然林地的毁坏也在在进行着。林地转出率最低的县是雷山县和黄平县,这两个县也是林地转入率较高的地区,这得利于黔东南州的退耕还林工程,使得陡坡地区的耕地转化为林地,这将有效的防治水土流失的发生。林地转入率最高的县是麻江县、丹寨县和三穗县,林地的转入主要来自于耕地,因此林地转入率高的区域正是耕地转出率高的区域。而林地也主要是转化为耕地,因此林地的转化方向恰好与耕地的变化方向相反。转入率最低的县是施秉县、黎平县,这两个县处于中低山丘陵区,地势平缓,利于耕作,原有耕地比例高,林地比例小,虽然都是退耕还林的重点区域,但是由于基数大,因此林地转入率低。1999—2009年林地转入率空间分布与14年来林地的转入率空间分布类似。林地转出率最高的是锦屏县,说明锦屏县在2009—2013年林地得到了较好的恢复。2009—2013年,林地转入和转出量不大且达到了动态平衡,说明黔东南州对生态环境的保护有所加强。对黔东南州不同县域的林地转耕地变化进行统计,如表2所示。林地转耕地面积最多的县是黎平县,其次为从江县和榕江县,黎平县和榕江县同时也是林地向耕地转移率高的县。转化面积最小的凯里市。这与黔东南州的地理环境和政策有关,黎平县、从江县、榕江县都属于低山丘陵区,利于耕作,加之对于烤烟、药材种植的需求促进了人们对林地的开垦。而凯里市虽然同样处于低山丘陵区,但由于退耕还林工程和天然林保护工程的实施,有效的保护了凯里市天然林。雷山县是耕地向林地转移率最低的区域,这同样是得益于退耕还林工程和天然林保护工程。

3.4坡度25°以上耕地、林地变化当山地坡度>25°时,随着坡度的增加,雨水冲刷和块体运动加剧,土壤侵蚀强烈,水土流失严重,土层变薄,土壤贫瘠,裸岩增多,不宜耕作,因此将坡度>25°的陡坡耕地是退耕还林的主要区域[15]。黔东南地区坡度>25°的面积占全州土地面积的17.61%。对不同县域坡度25°以上面积进行统计如表3所示。坡度25°以上面积占全县面积最大的县是剑河县,其次为雷山县,分别占全县面积的33.3%和31.5%。占全县面积最小的县为黄平县,其次为天柱县。分别占全县面积的9.2%和9.6%。对14a间不同时间段坡度25°以上林地、耕地变化进行统计如表3。耕地转林地面积最大的县为麻江县和镇远县,面积最小的为锦屏县和黎平县;林地转耕地面积最大的县为榕江县,其次为从江县,面积最小的县为黄平县,其次小为凯里市。统计得出,黔东南州坡度25°以上林地面积增加的有黄平县、凯里市、丹寨县、麻江县和施秉县,其余县林地面积均处于下降趋势。2009—2013年,除从江县、锦屏县、雷山县和丹寨县坡度25°以上林地略有减少外,其他12县的林地都有增加,16个县坡度25°以上的耕地都有所减少,耕地转林地面积最大的县为榕江县,其次为锦屏县、黎平县和天柱县,面积最小的县为雷山县;4a间坡度25°以上的区域没有林地向耕地转化。1999—2013年,全州坡度>25°以上的森林面积减少了62973.60hm2,耕地增加了58128.94hm2。对黔东南州1999年、2009年、2013年坡度>25°土地利用类型空间分布作图(图3),从图中可以看出,州坡度25°以上的耕地呈现出南增北减的趋势,林地变化趋势与之相反。

4讨论与分析

1.总体来看,黔东南州林地一直处于减少趋势,说明虽然实施了退耕还林工程,但是并没有阻止森林面积的减少。在实施生态退耕的同时,毁林开荒、草地林地的复垦也在同时进行着。说明黔东南州对天然林地、草地的保护力度还不够,在今后的生态保护中需要加强天然林地和草地的保护。耕地处于增加趋势,说明为了发展经济作物而导致大量林地和草地被开垦成为耕地。2.黔东南州耕地、林地在空间上的变化受退耕还林工程的影响。退耕还林工程确实有效的减缓了林地的减少。赵松婷2011年研究发现,黔东南州林地的减少速率由退耕还林前的1.01%/a[16]下降到0.69%/a。这与退耕还林实际落实的情况有关。黔东南州北部、西北部重点退耕还林区林地面积增加明显,说明退耕还林实施效果显著;而南部、东南部虽然实施了退耕还林,但退耕还林的速度远不及毁林开荒的速度,导致其林地毁坏而耕地增加。3.1999—2009年林地大量减少,耕地大量增加;而在2009—2013年,耕地有所减少,此阶段林地处于动态平衡状态,说明退耕还林工程有效的阻止了天然林地的破坏,并在某些区域得到了一定的恢复。4.对坡度>25°的土地利用变化进行分析发现,1999—2009年土地利用变化趋势与黔东南州土地利用的整体变化趋势是相同的。这有两方面的素,一是黔东南州属于山区,整体坡度较高,部分>25°的某些区域属于基本农田区,为了保证农业生产,不能实施生态退耕;二是虽然部分耕地退耕,但也需要数年的封山育林才能发育成为林地,2009—2013年坡度>25°耕地的减少、林地的增加正好说明了这一点。5.从黔东南州退耕还林后的土地利用变化状态来看,陡坡地的林地得到了保护和恢复,但是平缓区的林地却在逐渐丧失,应继续推行生态退耕,与此同时,也要加强原有的天然林与草地的保护。

作者:王丹 郭泺 赵松婷 吕靓 单位:中央民族大学生命与环境科学学院 园林科学研究所 浙江省地理信息中心

退耕还林工程植被覆盖的影响责任编辑:杨雪    阅读:人次