太原市土地利用/覆被变化及驱动因素研究

马小红, 苏永红, 林菲, 代晨阳

太原市土地利用/覆被变化及驱动因素研究

马小红1,*, 苏永红2, 林菲1, 代晨阳3

1. 太原师范学院汾河流域科学发展研究中心, 晋中 030619 2. 中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室, 兰州 730000 3. 太原师范学院地理科学学院, 晋中 030619

目前人类面临的诸多资源环境问题都与土地利用有关, 土地利用/覆被变化是人类-资源-环境耦合系统研究的理想切入点。基于Landsat TM遥感影像数据、自然环境和社会经济数据, 运用GIS空间分析和统计学方法, 定量研究了改革开放以来太原市土地利用/覆被变化的空间格局、转移特征、变化规律及驱动机制。结果表明: (1)目前太原市的土地利用类型以植被(670 km2)、建筑用地(385 km2)和耕地(296 km2)为主, 分别占总面积的47%、27%和21%。1981—2018年, 建筑用地和未利用地的变化速度和强度最大, 其次是植被和耕地, 水域的变化不大。(2)改革开放以来, 建筑用地持续向主城区西部和南部扩张, 大量的耕地(128.45 km2)、植被(77.21 km2)和未利用地(67.63 km2)转化为建筑用地; 土地利用变化动态度和强度分别为5.77和0.50。(3)未利用地主要分布在城区北部, 改革开放以来, 呈持续减少的趋势, 主要被转化为植被(256.54 km2)、建筑用地(83.12 km2)和耕地(57.18 km2)。土地利用变化动态度和强度分别为-2.36和-0.59。(4)植被主要分布在地势较高的东部和西部地区, 自1981年以来呈先轻微、缓慢下降, 后明显、较快增加的趋势, 2000前后的土地利用动态度分别为-0.25和1.39, 土地利用强度分别为-0.10和0.53。(5)耕地主要分布在河谷地带, 改革开放以来呈先向河流西面扩张而增加, 后随着建设用地的增加在城区南面和北面开始萎缩而降低的趋势。1981—2018年, 耕地的土地利用变化动态度和强度分别为-0.40和-0.10。(6)地形、地貌、水文等自然条件决定了太原市土地利用/覆被的整体格局, 并限制了土地利用/覆被变化的方向; 人口数量和结构、经济发展水平、退耕还林还草政策等影响了太原市各土地利用类型的面积及分布。

太原市; 土地利用变化; 遥感; 改革开放

0 前言

受气候变化和人类活动的双重影响, 土地利用/覆被在不同时空尺度上发生着快速地变化, 使得下垫面性质发生改变, 从而影响生态系统的物质循环和生理生化过程, 反过来成为气候变化的重要驱动力[1]。土地利用/覆被(land use and land cover, LULC)变化及其与气候变化和人类活动的相互作用是全球环境变化研究的重要内容, 同时也是人类-资源-环境耦合系统研究的理想切入点。

随着中国社会经济的快速发展, 人类活动对土地利用/覆被变化的影响是深远而显著的, 其中城市化进程、退耕还林还草政策等对LULC的影响备受关注[2]。改革开放以来, 全国各省市均出现了以城市化为主要特征的较大规模的土地利用/覆被变化及驱动机制研究, 例如对江苏省[3]、北京市[2, 4, 5]、上海市[6, 7]、厦门市[8]、贵阳市[9]、成都市[10]、武汉市[11]、宁波市[12]、杭州市[13]等城市的土地利用变化特征、稳定性、景观格局及驱动机制的研究。这些研究都具有一定的特殊性和代表性, 研究结论的应用必然也具有一定的局限性, 有必要进一步进行深入研究。目前有关太原市土地利用/覆被变化研究较少, 李冰等人的研究发现太原市土地利用变化特征主要表现为耕地的减少和建筑用地的增加, 缺乏土地利用/覆被变化影响机制的探讨[14]; 冀晓燕基于《太原市地籍台账》和土地利用详查数据分析了主要地类的变化情况及土地利用和管理中存在的问题[15]; 柴燕妮就太原市建设用地的扩张及影响因素进行了研究[16]; 刘慧芳基于1997和2006年的《太原市统计年鉴》和《太原市统计台账》数据, 分析了太原市的土地利用变化及其与人口、GDP和政策的关系, 数据量较少且驱动因素分析是从宏观角度进行的、缺乏量化[17]。上述研究虽然分析了太原市土地利用/覆被变化的一些特征, 并从宏观角度对其影响机理做了一定地探讨, 但是太原市土地利用/覆被变化的空间格局、转移特征、变化趋势及驱动机制仍然不甚清楚, 尤其是人类活动对土地利用/覆被变化的影响机理不清。因此, 有必要深入分析改革开放以来太原市土地利用/覆被变化的空间格局和变化趋势, 并基于自然环境、政策及多种社会经济指标从不同层面分析土地利用/覆被变化的驱动机制, 从而为太原市的生态环境保护和可持续发展提供一定的理论支撑。

本研究基于Landsat遥感影像数据和社会经济数据, 运用空间叠置和统计分析方法, 分析了太原市土地利用/覆被变化的空间格局、转移特征及变化规律, 并探讨了太原市土地利用/覆被变化的驱动机制, 以期为太原市及汾河流域的生态环境建设、土地资源的合理开发和可持续发展提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本文以太原市区为研究对象, 包括尖草坪区、万柏林区、晋源区、小店区、杏花岭区和迎泽区(图1), 旨在探讨改革开放以来, 太原市区的土地利用/覆被变化及驱动机制。太原市区坐落于海拔760—800米的汾河河谷平原上, 汾河自北向南纵穿而过, 地势北高南低, 东部山地是太行山支脉舟山的延续, 地势较缓, 西部山地为吕梁山西翼云中山的延续, 地势陡峭; 中部和南部为汾河冲击平原。该地区的气候属于温带大陆性季风气候, 四季分明, 冬季寒冷干燥、夏季炎热多雨, 多年平均(1985—2017)年降水量为435 mm, 多年平均气温为11 ℃, 平均年日照时长为2449 h。土壤以褐色土为主, 土壤化学分解强烈, 矿质养分较为丰富[18]。太原市是一个以煤炭、化工、机械和冶金为主的重工业城市; 改革开放以来, 随着快速的城市化进程, 土地利用/覆被发生了明显的变化, 产生了一系列的生态环境问题。

1.2 数据来源及处理

本研究涉及的主要数据有Landsat遥感影像数据、太原市城区矢量数据和太原市的社会经济数据。其中Landsat遥感影像数据来源于地理空间数据云, 具体数据信息如表1所示; 社会经济数据来源于太原市统计年鉴。社会经济数据包括GDP、人口密度、城镇人口数、农业人口数、粮食作物产量、财政总收入、财政支出、社会消费品零售总额、固定资产投资、地区生产总值。

选取1981年、2000年和2018的Landsat遥感影像数据, 经几何校正、标准假彩色合成、图像融合等预处理后, 通过目视解译对各期遥感影像进行监督分类, 考虑到城区内乔木、灌木及草地交互分布、难以区分, 故将研究区内的林地和草地统称为植被。在此基础上, 基于中国土地资源分类系统[19], 本研究将太原市城区土地利用/覆被类型分为耕地、植被、水域、城乡建设用地和未利用地六类。

1.3 研究方法

(1)土地利用变化强度指数是指某一空间单元内, 单位面积上土地利用类型从时期到时期发生的改变[20]。

其中,i为土地利用类型在某一空间单元内的土地利用变化强度指数,K,b和K,a分别是研究末期和研究初期, 土地利用类型在空间单元内的土地面积;i为空间单元的土地面积;为研究末期和初期相间隔的时间。

(2)土地利用变化动态度

利用单一土地利用动态度指数()和综合土地利用动态度指数(K)分析土地利用/覆被变化的动态变化。单一土地利用动态度指数可定量描述土地利用变化的速度, 预测土地利用变化的区域差异和趋势。

其中, Uai和Ubi分别表示研究初期和研究末期某土地利用类型i的面积, T为研究时段。

Figure 1 The location of the study

表1 遥感数据来源及说明

其中,U和U分别表示研究初期和研究末期某土地利用类型的面积,为土地利用类型数,为研究时段长(年)。

(3)主成分分析

由于反映社会经济发展的因子很多, 而且各因子之间相互影响、相互制约, 各社会经济因素对土地利用/覆被变化的影响机理难以逐一进行分析和量化。因此, 如何揭示变量之间的关系和如何简化分析过程是极为关键的。在众多统计方法中, 主成分分析方法能够解决这一问题。主成分分析是一种通过降维来简化数据结构的方法, 即把多个指标转化为少数几个综合指标, 且能够反映原来多个变量的大部分信息。

2 结果与分析

2.1 土地利用类型的空间格局及变化特征

太原市城区各土地利用类型的空间分布及变化特征如图2所示, 数量特征及变化情况如图3和表2—4所示。由图2、图3和表2—4可知, 1981—2018年, 太原市城区的各土地利用类型的空间格局和数量均发生了明显地变化。

(1)城市化进程明显, 建设用地持续向西、向南扩张。

1981年研究区的建设用地面积为122.74 km2,主要分布于汾河东面, 集中在尖草坪区东南部、杏花岭区西南部、迎泽区西部、小店区北部的小部分区域, 呈散点状分布于河流东面的南部和北部地区。随着改革开放进程的加快, 建设用地主要呈带状向河流西部扩张, 并在原有基础上向南、向北、向东均略有扩张; 至2000年, 建设用地面积为201 km2, 集中分布于太原市城区的中部平原地区, 并呈散点状分布于河流东西两侧的南部地区和河流东侧的北部地区。之后, 随着社会经济的快速发展, 城市建设用地在进一步向东、向北略有扩张的基础上主要向西、向南扩张; 至2018年, 建设用地主要呈带状、沿河流集中分布于研究区的中部地区, 呈散点状分布于研究区的中北部和中南部地区, 建设用地面积为384.97 km2。总之, 改革开放以来, 太原市城区的建设用地逐渐增加, 由1981年的122.74 km2增加到2000年的201 km2再增加到2018年的384.97 km2。

(2)非建设用地类型在空间和数量上均存在明显调整, 主要表现为: 耕地先向河流西面扩张而增加, 后随着建设用地的增加在城区南面和北面开始萎缩而降低的趋势; 研究区西部和东部地区的植被逐渐扩张, 使得未利用地逐渐减少, 从而弥补了建设用地扩张所导致的植被面积减少, 2000年之后植被呈增加趋势; 水域面积和空间格局没有明显变化。

受太原市地形地势的限制, 其耕地主要分布在中部和南部, 1981年以后耕地面积呈先增加后降低的趋势。1981年太原市城区的耕地也主要分布于汾河东面, 耕地面积为346.98 km2, 耕地集中在尖草坪区中部和南部地区以及小店区的大部分地区, 在城区南部和北部呈现出成片沿河分布的特点。1981年后, 随着社会经济的发展, 在城区南部耕地呈带状向河西扩张、在城区北部耕地向北、向东逐渐扩张; 到2000年, 耕地面积扩张, 耕地面积为417.34 km2, 主要分布在城区南部和北部的河流东西两侧区域, 包括晋源区东部、小店区绝大部分地区和尖草坪区东部地区。在此之后, 随着城市建设用地的扩张, 耕地面积从城区南面和北面开始逐渐萎缩; 到2018年, 耕地面积为295.49 km2, 主要分布于小店区南部、晋源区东南部和尖草坪区中部。

图2 太原市1981年、2000年和2018年的土地利用情况

Figure 2 Land use of Taiyuan City in 1981, 2000 and 2018

图3 1981—2018年太原市土地利用变化情况

Figure 3 Land use change of Taiyuan City from 1981 to 2018

1981年汾河西面主要以林地和草地为主, 植被集中、成片分布于晋源区、万柏林区和尖草坪区的西部; 汾河东面以耕地、城市建设用地和未利用地为主, 植被分布较少且位于最东面; 1981年研究区的植被分布面积为562.89 km2。至2000年, 由于耕地和建设用地呈带状向河西扩张, 河西的植被面积减少, 但仍然呈片状集中分布于西部地区; 河东的植被面积在原有基础上向西北扩张, 大量未利用地转化为植被; 2000年总的植被面积为535.98 km2, 相比于1981年面积变化不大。2000年之后, 更多的未利用地转化为植被, 植被面积在原有基础上继续增大, 主要分布于研究区的东部和西部地区, 2018年植被面积为670.18 km2。总的来说, 随着城市建设面积的扩张, 植被面积并未减少, 2000年之后反而呈现增加的趋势, 这主要是因为大量的未利用地转化为植被, 使得植被面积增加, 从而弥补了建设用地扩张所导致的植被面积减少。

1981年研究区的未利用地在河流东面, 主要呈片状分布于尖草坪区东北部、杏花岭区中部和迎泽区中部; 在河流东面, 主要呈不规则状散布于万柏林区和尖草坪区西部; 未利用地面积为356.51 km2; 之后, 未利用地逐渐转化为建设用地和植被, 未利用地面积减少, 2000年为239.05 km2, 2018年为45.17 km2。研究区的水域主要包括晋阳湖和汾河, 1981年、2000年和2018年研究区的水域面积分别为29.13 km2, 24.89 km2, 22.46 km2; 尽管1981— 2018年的水域面积逐渐减少, 但是水域面积及空间格局均没有显著变化。

2.2 土地利用类型的转移情况及数量特征

1981—2018年土地类型转移的空间分布特征由图3所示。建筑用地在空间上呈明显扩张趋势, 在1981年城区分布的基础上建筑用地主要向南和向西进行扩张, 在城区东面和北面略有扩张, 建筑用地的扩张主要来源于耕地、植被及未利用地的转化。例如, 原城区南边即小店区北部大部分地区的耕地转化为建筑用地, 城区东面部分未利用地转化为建筑用地, 城区西面即万柏林区东部、晋源区东北部的大部分植被转化为建筑用地, 城区北边部分地区的耕地转化为建筑用地。在空间分布上呈明显变化的另一土地利用类型是未利用地, 1981年的未利用地主要分布在太原北部地区, 到2018年大量的未利用地转化为植被, 还有部分靠近城区的未利用地转化为建筑用地。耕地在空间上呈缩小趋势, 太原市东南部大量的耕地转为建筑用地, 西南部晋源区的部分植被转为耕地, 其沿河流呈狭长型。

表2—4给出了不同时期各土地利用类型转移的数量特征。由表2—4和图3可知, (1)近40年来建筑用地呈持续扩张的趋势, 由1981年的122.73 km2增加到2000年的201.00 km2再到2018年的384.97 km2, 建筑用地增加的部分主要来源于耕地。1981—2000年耕地转化为建筑用地的幅度较小, 转化面积为47.95 km2; 2000—2018年, 耕地转化为建筑用地的幅度增大, 转化面积为129.60 km2。除耕地外, 2000之前植被和未利用地对建筑用地增加的贡献都比较大, 分别为34.61 km2和25.67 km2; 而2000之后植被对建筑用地增加的贡献很小, 转化面积为14.15 km2, 未利用地的贡献较大, 转化面积为57.45 km2。(2)研究期间耕地的面积呈先增加后降低的趋势, 由1981年的347.00 km2增加到2000年的417.34 km2, 再减少到2018年的295.49 km2。2000之前耕地增加的部分主要来源于植被和未利用地, 其转化面积分别为76.72 km2和23.03 km2; 而2000之后, 大量耕地转化为建筑用地, 只有少量未利用地和建筑用地转化为耕地, 植被和水域对耕地的贡献极小, 因此耕地呈下降趋势。(3)1981—2000年植被的变化幅度较小, 呈略微下降的态势, 由1981年的562.98 km2下降到2000年的535.98 km2; 而2000年之后植被覆盖面积的增幅较大, 2018年的植被覆盖面积为670.18 km2, 其中有137.35 km2的未利用地转化为植被, 其他用地类型的贡献极小。(4)研究期间未利用地呈持续缩小趋势, 由1981年的356.42 km2降低到2000年的239.05 km2, 再降低到2018年的45.17 km2。未利用地主要转化为植被, 其次是建设用地, 还有部分被开垦为耕地。(5)近40年来水域面积呈略微减少趋势, 但无明显变化。

综合表2—4, 图3和图4可知, 1981年研究区各土地利用类型的面积大小依次为: 植被(563 km2)>未利用地(357 km2)>耕地(347 km2)>建筑用地(123 km2)>水域(29 km2); 2000年各土地利用类型的面积大小依次为: 植被(536 km2)>耕地(417 km2)>未利用地(239 km2)>建筑用地(201 km2)>水域(25 km2); 2018年各土地利用类型的面积大小依次为: 植被(670 km2)>建筑用地(385 km2)>耕地(295 km2)>未利用地(45 km2)>水域(22 km2)。可见, 研究期间研究区的建筑用地面积呈持续扩张的趋势, 大量的耕地、未利用地和植被转化为建筑用地; 大量的未利用地转化为植被, 部分转化为建筑用地, 未利用地明显缩小; 水域变化不大; 植被和耕地在2000年前后的变化趋势不一致。相比于1981年, 2000年之前的耕地面积增大, 这是由于这一阶段较多的植被和未利用地转为耕地, 而耕地向建设用地等的转化较少。1981年和2000年, 植被的面积差异不大, 而2000年之后, 大量的未利用地转化为植被, 植被面积明显扩张, 这可能受“退耕还林还草”政策的影响较大。整体而言, 1981—2018年, 太原市的未利用地和耕地分别减少了311.26 km2和51.49 km2, 水域面积减少了7 km2, 建筑用地和植被分别增加了262.23 km2和107.29 km2; 太原市土地利用类型由以植被、未利用地和耕地为主的格局转变为以植被、建筑用地和耕地为主(图4)。

表3 2000—2018年太原市土地利用类型转移矩阵表(单位: km2)

表4 1981—2018年太原市土地利用类型转移矩阵表(单位: km2)2

图4 1981—2018年各土地利用类型的数量特征

Figure 4 The numerical characteristics of area for different land use types between 1981 and 8018

2.3 土地利用动态变化分析

太原市各土地利用类型变化的强度及单一动态度如表5所示。从变化强度来看, 1981—2000年, 太原市土地利用变化结构的主体为未利用地、建筑用地和耕地, 土地利用变化强度分别为-0.44%、0.29%和0.26%。2000—2018年, 随着城市化进程的进一步加快, 人地矛盾加剧, 各土地利用类型之间转化频繁, 未利用地和耕地被转化为建筑用地, 未利用地、建筑用地和耕地的变化强度增大, 分别为0.76%、0.72%和-0.48%; 同时随着“退耕还林还草”政策的实施和生态环境保护意愿的增强, 大量的未利用地转化为植被, 植被的变化强度增大。

由表5可知, 太原市不同土地利用类型的动态度差异明显, 其中建设用地的动态度最大, 由1981—2000年的3.36%, 增加到2000—2018年的5.08%, 研究期间年平均动态度为5.77%。相对于耕地、植被和水域而言, 未利用地的动态度也一直处在较高水平, 由1981—2000年的-1.73%, 增加到2000—2018年的-4.51%。1981—2000年, 未利用地、水域和植被的动态度均为负值, 呈缩小趋势, 缩小程度为: 未利用地>植被>水域; 而2000—2018年, 植被的动态度转为正值, 呈增加趋势, 耕地的动态度转为负值, 呈缩小趋势。整体而言, 建筑用地的动态度最大, 其次是未利用地; 近40年来建筑用地呈持续扩张趋势, 植被占地面积呈先降低后增加的趋势, 未利用地呈持续下降趋势, 耕地呈先增加后降低的趋势, 而水域的变化不大呈轻微缩小趋势。

2.4 土地利用/覆被变化的驱动因素

土地利用/覆被变化是一个相当复杂的过程, 同时受自然因素和人文因素的双重影响。太原市的地形、地貌、水文等自然条件决定了土地利用/覆被的整体格局, 并限制了土地利用/覆被变化的方向; 人类活动如城市化、退耕还林还草政策等影响了太原市各土地利用类型的面积及分布。太原市区地势北高南低, 东部和西部均为山地、地势陡峭, 这使得太原市城区主要向南部扩张。有研究表明, 太原市区的海拔高度在83—1804 m之间, 地形坡度在0—62°范围内, 其中东、西、北三面的海拔高度高、坡度大, 而中部和南部地区海拔高度低、地势平坦、坡度在30度以下[16]。而《城市用地竖向规划规范》(CJJ83—99)明确规定, 建设用地的最佳坡度范围在8—25°之间。因此, 太原市区建设用地主要向城区南部扩张。同时, 太原市区的地形条件限制了其它土地利用/覆被类型的分布。例如, 植被(草地和林地)主要分布在太原市东、西两侧山地, 植被的减少或增加也主要发生在该区域; 耕地主要分布在汾河两岸的河谷上, 2000年之前耕地在城区南部呈带状向河西扩张; 而2000年之后随着建设用地的扩张, 城区南部的耕地面积减少。此外, 受国家退耕还林还草政策的影响, 2000年前后植被(林地和草地)面积的变化趋势明显不同。2000年之前植被面积呈减少趋势, 而2000之后呈增加趋势, 且变化强度和动态度均远高于2000之前。

表5 太原市土地利用变化指数

就某个区域而言, 在一定时期内土地利用/覆被变化的驱动因素主要是社会经济因素, 而自然因素具有相对稳定性。本研究选取人口数(1)、人口密度(2)、粮食作物产量(3)、财政收入(4)、农林渔业总产值(5)、固定资产投资(6)、地区生产总值(7)、城市化水平(8)、气温(9)和降水量(10), 利用主成分分析发现: 第一主成分与人口数量(人口密度)、社会经济发展水平(农林渔业总产值、财政收入、地区生产总值、固定资产投资)及城市化水平密切相关; 第一主成分的贡献率在88%以上, 该结论与张俊茂等人对东南诸河流域土地利用变化驱动机制的研究结果类似(第一主成分的贡献率在92%以上)[21]。气候因素(温度和降水)对土地利用和覆被变化的影响相对较小。

3 讨论

改革开放以来, 太原市与其他城市一样出现了以城市化为主要特征的土地利用/覆被变化, 建筑用地持续增加[2, 22], 所不同的是建筑用地增加的主要来源不同。本研究发现太原与北京[2]、上海[7]、武汉[11]等城市一样, 建筑用地的增加主要源于耕地, 其他城市如大庆建筑用地扩张的部分主要源于森林和湿地[23]; 这种差异主要与城市所处的地理位置和环境条件有关。各土地利用类型中, 建设用地的土地利用动态度和土地利用强度较大。

土地利用/覆被变化受自然和人为因素的共同作用。地形、地貌、水文等自然条件决定了土地利用/覆被的整体格局, 如太原市北高南低、东西为山地的地形地势决定了太原市城区主要向南部扩张, 耕地主要分布在河流两侧的冲击平原上, 植被大片的分布在东、西两侧山地上。人类活动直接影响着土地利用类型的面积、空间分布及变化方向和速度, 如退耕还林还草政策影响了植被的变化趋势, 2000之前植被呈缓慢降低趋势, 而2000之后呈较快增加趋势。人口数量和经济发展水平使得太原市出现了以城市化为主要特征的土地利用/覆被变化。主成分分析是研究社会经济因素对土地利用/覆被变化影响的重要研究方法之一, 例如臧淑英等人利用主成分分析和多元回归模型, 发现黑龙江省大庆市的土地利用/覆被变化受石油资源的开发和利用驱动[24]。本研究发现太原市土地利用/覆被变化的人为驱动因素主要是人口数量和结构、城市化水平、经济发展水平、退耕还林还草政策。1981年以来, 随着人口数量的激增和经济水平的不断提高, 太原市城乡建筑用地增加, 这与城市化进程相一致。同时, 随着城市化进程的不断推进, 社会经济发展和产业结构发生了变化, 从而引起建筑用地的变化。

表6 典型用地主成分特征值及贡献率/%

表7 典型用地主成分载荷矩阵

4 结论

改革开放以来, 太原市的土地利用类型从以植被、未利用地和耕地为主转化为以植被、建筑用地和耕地为主, 建筑用地呈持续增加的趋势, 出现了以城市化为主要特征的土地利用/覆被变化。除水域外, 非建设用地类型在空间和数量上均存在明显调整。耕地、植被、建筑用地、水域和未利用地的土地利用变化强度分别为-0.10、0.20、0.50、-0.01、-0.59, 土地利用变化动态度分别为-0.40、0.52、5.77、-0.62、-2.36。其中建筑用地和未利用地的变化速度和强度最大。自然环境(地形、地貌、水文等)限制了太原市土地利用类型的空间格局及变化方向, 而社会经济因素和政策因素直接影响着太原市各土地利用类型的面积、转移特征及变化规律。

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Land use/cover change and its driving factors in Taiyuan city

MA Xiaohong1,*, SU Yonghong2, LIN Fei1, DAI Chenyang3

1. Research Center for Scientific Development in Fenhe River Valley, Taiyuan Normal University,Jinzhong 030619, China 2. Key Laboratory of Ecohydrology of Inland river Basin, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China 3. School of geography science, Taiyuan Normal University, Jinzhong 030619, China

Land use/coverage change is an ideal entry point for the study of human-resource-environment coupling systems. Nowadays, many resources and environmental issues faced by mankind are related to land use/coverage change. The study investigated the process, spatial pattern, change and transfer characteristics, and driving mechanisms of land use/cover change using spatial analysis of GIS and statistical methods, based on data of Landsat TM remote sensing image, natural environment, and social economy. The results show that: (1) The main types of land use in Taiyuan urban district are vegetation (670 km2), construction land (385 km2) and cultivated land (296 km2), which account for 47%, 27% and 21% of the total area, respectively. The speed and intensity of land use change were largest in construction and unused land for 1981-2018. (2) Since the reform and opening up, construction land has continued to expand to the west and south of urban district. A large amount of cultivated land (128.45 km2), vegetation (77.21 km2) and unused land (67.63 km2) have been converted into construction land. The dynamic degree and intensity index of construction land use were 5.77 and 0.50, respectively. (3) Unused land is mainly distributed in the northern part of the city. Since 1981,it has continued to decrease, and has been mainly converted into vegetation (256.54 km2), construction land (83.12 km2), and cultivated land (57.18 km2). The dynamic degree and intensity index of unused land use were -2.36 and -0.59, respectively. (4) Vegetation is mainly distributed in the eastern and western regions where the terrain is higher. It has shown a slight, slow decline trend before 2000, and then a significant and rapid increase was showed. The dynamic degree of land use around 2000 was -0.25 and 1.39, respectively. The intensity index of land use was -0.10 and 0.53, respectively. (5) Cultivated land is mainly distributed in river valleys. Since 1981, it has first expanded and increased to the west of the river, and then decreased with the increase of construction land in the south and north of urban district. From 1981 to 2018, the dynamics degree and intensity index of land use change in cultivated land were -0.40 and -0.10, respectively. (6) Natural conditions such as topography, geomorphology, and hydrology determined the spatial pattern of land use/cover in Taiyuan City and limited the change in direction of land use/cover change; however, population size and structure, economic development level, the policies of returning farmland to forests or grass and other human factors have affected the area and distribution of land use types in Taiyuan.

Taiyuan city; land use/coverage; remote sensing; the reform and opening up

马小红, 苏永红, 林菲, 等. 太原市土地利用/覆被变化及驱动因素研究[J]. 生态科学, 2021, 40(3): 201–210.

MA Xiaohong, SU Yonghong, LIN Fei, et al. Land use/cover change and its driving factors in Taiyuan city[J]. Ecological Science, 2021, 40(3): 201–210.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.03.024

P901

A

1008-8873(2021)03-201-10

2020-05-18;

2020-06-06

山西省高等学校人文社会科学重点研究基地项目(20190122); 山西省应用基础研究计划面上青年基金项目(201901D211419); 中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室资助(KLEIRB-ZS-20-05);太原师范学院校级1331创新团队项目(院办字[2017]34号)

马小红(1990—), 女, 甘肃定西人, 博士, 讲师, 主要从事干旱区生态水文研究, E-mail: maxiaohong@tynu.edu.cn

马小红