人类活动对河龙区间潜在自然植被的干预强度.pdf

第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 4 修回日期:2 0 2 2-1 0-1 4 资助项目:国家自然科学基金(4 1 8 0 7 0 7 0;U 2 2 4 3 2 1 0)第一作者:李文栋(1 9 9 8),男,山东沂水人,在读硕士研究生,主要从事生态水文研究。E-m a i l:l w d 1 9 9 8 0 9 0 81 6 3.c o m 通信作者:付金霞(1 9 7 8),女,甘肃靖远人,博士,副教授,主要从事气候变化、土地利用覆被变化与土壤侵蚀研究。E-m a i l:f u j i n x i a 4 0 5n w s u a f.e d u.c nh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 5.0 5 1.李文栋,姜悦,李博,等.人类活动对河龙区间潜在自然植被的干预强度J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(5):2 8 3-2 9 3.L IW e n d o n g,J I AN GY u e,L IB o,e ta l.I n t e r v e n t i o nI n t e n s i t yo fH u m a nA c t i v i t yo nP o t e n t i a lN a t u r a lV e g e t a t i o ni nt h eH e k o u z h e n-L o n g m e nR e g i o nJ.R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,3 0(5):2 8 3-2 9 3.人类活动对河龙区间潜在自然植被的干预强度李文栋,姜 悦,李 博,田 璇,黄艳平,付金霞,李 志(西北农林科技大学 资源环境学院,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0)摘 要:目的 探究黄河中游河龙区间潜在自然植被(P NV)的时空变化规律,查明人类活动对该区域P NV的干预程度,可为区域生态系统恢复、重建和可持续发展提供理论参考。方法 基于河龙区间1 9 6 02 0 1 7年气象数据和1 9 9 02 0 1 8年4期土地利用数据,利用G I S技术和综合顺序分类系统(C S C S)模拟并分析了河龙区间1 9 6 02 0 1 7年P NV的时空变化特征,并探讨1 9 9 0年以来人类活动对P NV的干预强度。结果 河龙区间稳定的P NV类型按面积由大到小排序为:暖温微干温带典型草原类、暖温微润森林草原类、微温微润草甸草原类、微温微干温带典型草原类。不同年代各P NV类型重心发生不同程度的迁移。土地利用类型以草地、耕地和林地为主。草地、林地、建设用地面积呈增长趋势,而耕地和其他地类呈减少趋势。各地类重心也在不断发生变化。受人类活动影响,草原类P NV的3 0.9%3 6.2%和1 1.4%1 8.5%面积分别转变为耕地和林地,森林草原类P NV的1 9.0%3 2.6%面积转变为耕地,潜在草地区转变为林地的面积比例逐年增加。结论 人类活动对P NV的干扰动态变化度在1 9 9 02 0 0 0年和2 0 1 02 0 1 8年较大,尤其是2 0 1 02 0 1 8年,且现有林地是否持续存活需要多关注。关键词:潜在自然植被;干预强度;综合顺序分类系统;河龙区间;人类活动中图分类号:Q 9 4 8 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 2 8 3-1 1I n t e r v e n t i o nI n t e n s i t yo fH u m a nA c t i v i t yo nP o t e n t i a lN a t u r a lV e g e t a t i o n i nt h eH e k o u z h e n-L o n g m e nR e g i o nL IW e n d o n g,J I ANGY u e,L IB o,T I ANX u a n,HUANGY a n p i n g,F UJ i n x i a,L IZ h i(C o l l e g eo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t,N o r t h w e s tA&FU n i v e r s i t y,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eE x p l o r i n gt h e t e m p o r a l a n ds p a t i a l c h a n g e so fP o t e n t i a lN a t u r a lV e g e t a t i o n(P NV)a n di d e n t i f y i n gt h e i n t e r v e n t i o ni n t e n s i t yo fh u m a na c t i v i t yo nP NVi nt h eH e k o u z h e n-L o n g m e nR e g i o no ft h em i d d l er e a c h e so ft h eY e l l o w R i v e rc a np r o v i d eat h e o r e t i c a lr e f e r e n c ef o rr e g i o n a le c o s y s t e mr e s t o r a t i o n,r e c o n s t r u c t i o na n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t.M e t h o d sB a s e do nm e t e o r o l o g i c a l d a t a f r o m1 9 6 0t o2 0 1 7a n dl a n du s ed a t a f r o m1 9 9 0t o2 0 1 8i nt h eH e k o u z h e n-L o n g m e nR e g i o n,w eu s e dG I St e c h n o l o g ya n dC o m p r e-h e n s i v ea n dS e q u e n t i a lC l a s s i f i c a t i o nS y s t e m(C S C S)m o d e l t os i m u l a t ea n da n a l y z e t h e t e m p o r a l a n ds p a t i a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fP NVi nt h eH e k o u z h e n-L o n g m e nR e g i o nf r o m1 9 6 0t o2 0 1 7,a n de x p l o r e dt h e i n-t e r v e n t i o ni n t e n s i t yo fh u m a na c t i v i t yo nP NVs i n c e1 9 9 0.R e s u l t sT h es t a b l eP NVt y p e si nt h eH e k-o u z h e n-L o n g m e nR e g i o nw e r e s o r t e d i nd e s c e n d i n go r d e ro f a r e aa s f o l l o w s:W a r mt e m p e r a t e-s e m i a r i dw a r mt e m p e r a t et y p i c a ls t e p p e,W a r m t e m p e r a t e-s u b h u m i df o r e s ts t e p p e,C o o lt e m p e r a t e-s u b h u m i d m e a d o ws t e p p e,C o o l t e m p e r a t e-s e m i a r i dt e m p e r a t et y p i c a l s t e p p e.D i f f e r e n td e g r e e so fc e n t r o i d so fP NVt y p e sh a ds h i f t e di nd i f f e r e n ta g e s.T h ec e n t e ro fg r a v i t yo fP NVt y p e sh a dm i g r a t e di nd i f f e r e n td e g r e e s i nd i f f e r e n ta g e s.T h el a n du s et y p e sw e r em a i n l yg r a s s l a n d,c u l t i v a t e dl a n da n df o r e s t l a n d.T h ea r e a so fg r a s s l a n d,f o r e s t l a n da n dc o n s t r u c t i o n l a n ds h o w e da n i n c r e a s i n g t r e n d,w h i l e t h e a r e a so f c u l t i v a t e d l a n da n do t h e r l a n dt y p e ss h o w e dad e c r e a s i n gt r e n d.T h ec e n t e ro fg r a v i t yo f e a c hl a n du s e t y p ew a sa l s oc h a n g i n g.A f f e c t e db yh u m a na c t i v i t y,3 0.9%3 6.2%a n d1 1.4%1 8.5%o fs t e p p eP NV w e r et r a n s f o r m e di n t oc u l t i v a t e dl a n da n df o r e s t l a n dr e s p e c t i v e l y,a n d1 9.0%3 2.6%o f f o r e s t-s t e p p eP N Vw a s t r a n s f o r m e d i n t oc u l t i v a t e dl a n d.T h ep r o p o r t i o no f p o t e n t i a l g r a s s l a n d a r e a c o n v e r t e d t o f o r e s t l a n dw a s i n c r e a s i n gy e a r b yy e a r,C o n c l u s i o nT h e d y n a m i cc h a n g ed e g r e eo fh u m a na c t i v i t y i n t e r f e r e n c et oP N V w a sl a r g e r i n1 9 9 02 0 0 0a n d2 0 1 02 0 1 8,e s p e c i a l l yi n2 0 1 02 0 1 8,a n dm o r ea t t e n t i o ns h o u l db ep a i dt ow h e t h e r t h ee x i s t i n gf o r e s t l a n dc a ns u r v i v ec o n t i n u o u s l y.K e y w o r d s:p o t e n t i a ln a t u r a lv e g e t a t i o n;i n t e r v e n t i o ni n t e n s i t y;c o m p r e h e n s i v ea n ds e q u e n t i a lc l a s s i f i c a t i o ns y s t e m;H e k o u z h e n-L o n g m e nR e g i o n;h u m a na c t i v i t y 随着社会经济的不断发展,人类活动对自然生态系统的影响越来越显著,其中土地利用/覆被变化(L a n du s e/c o v e rc h a n g e)是人类活动对下垫面影响最显著的一个方向1-2。人类活动引起的林地砍伐、草地退化、城镇化加剧等现象,使得区域下垫面发生显著变化,原有自然植被的结构、时空格局被打破,进而引发一系列生态环境问题,给区域生态环境修复带来了巨大的压力3-4。人类活动引起的土地利用/覆被变化是原有自然植被发生变化的主要驱动力。区域生态环境修复和重建工作必须以自然环境条件为背景 和 基 础5。潜 在 自 然 植 被(P o t e n t i a lN a t u r a lV e g e t a t i o n,P NV)是无人类活动干扰状态下,植被在立地环境中发育演替形成的最稳定、最成熟的顶级自然植被类型,能够反映特定时期区域植被发展的总体趋势6-7。已有研究表明,P NV不仅是气候变化与生态系统功能研究的关键8-9,也是区域植被恢复和重建的重要参照依据1 0-1 3。因此,在强烈人类扰动的土地利用变化区,定量分析人类活动即土地利用变化对P NV的干预强度,可为土地利用模式或植被模式的调整与区域生态环境的恢复提供理论参考。黄河中游河龙区间(河口镇至龙门镇)是黄河流域水土流失最严重的地区,这里既是气候变化敏感区和生态环境脆弱带,也是黄河流域水土保持生态建设重点区域1 4-1 5。黄河中游气候变化、经济建设和水土保持生态建设等人类活动已导致区间植被结构、覆盖度、生产力和时空分布发生显著变化1 6。人为引起的土地利用模式对P NV的影响程度如何?与P NV重叠程度如何?现有土地利用模式或植被模式是否能适应不断波动的气候变化?这些问题的深入认识,将有助于纠正土地利用或植被规划中不合适的植被模式,增强对气候变化的适应能力。当前P e n g、张静、修丽娜等对P NV及其与人类活动的关系做了大量研究工作1 1,1 7-1 8,但仍缺乏针对河龙区间高分辨率、长历时序列P NV的模拟及其时空变化分析,缺少人为引起的土地利用模式对P NV干扰程度的量化研究,从而导致无法明晰现有土地利用模式或植被模式与P NV的匹配程度,无法准确评估现有土地利用模式或植被模式能否适应不断波动的气候变化及其自然可持续性,也使得未来土地利用或植被模式的调整和规划缺乏自然可持续性方面的科学依据。综合顺序分类系统(C o m p r e h e n s i v ea n dS e q u e n t i a lC l a s s i f i c a t i o nS y s t e m,C S C S)因其简单有效、空间精度高、严谨的植被发生学理论和完善的分类体系等优势1 9-2 0,被广泛用于植被分类2 1-2 2、计算净初级生产力2 3-2 4、评估气候变化对植被的影响7,2 5-2 6和植被演替等2 7-2 8方面。任正超等2 6基于C S C S与国际上通用的P N V划分模型进行详细对比,并进一步明确P N V概念的界限,揭示气候变化对P NV演替的作用机理;S u n等1 9基于改进的C S C S对华南草原植被类型进行分类和评价初级净生产力。C S C S的提出和发展是基于中国区域气候与植被分布特征的,模型应用具有较强的区域针对性2 9,气候变化条件下植被分布所需的水热条件发生改变,则P NV类型就会发生演替,P NV空间格局就会发生变化2 8-2 9,且因气候的时空变化,不同立地P NV类型存在不同时间尺度(多年、十几年、几十年甚至更长时间)的时空变化3 0-3 1。因此,本研究选择空间精度高、有完善植被分类体系且被国内常用的综合顺序分类系统模拟并分析河龙区间1 9 6 02 0 1 7年P NV的时空变化特征,并将模拟的多期P NV与不同时期土地利用进行对比,借助P NV类型向土地利用类型转变的面积比例以及面积变化 速率来量化1 9 9 0年以来人 类活动对P NV的干预强度。在此基础上,遴选出不符合自然演变的植被恢复区域,进一步探讨P NV反映的水热状况对土地利用模式或植被模式可持续性的影响。研究结果可为黄河流域生态环境脆弱区可持续土地利用或植被管理规划提供指导。482 水 土 保 持 研 究 第3 0卷1 研究区概况河龙区间位于黄河中游河口镇到龙门镇之间的区域(3 5 4 0 4 0 3 4 N,1 0 8 0 2 1 1 2 4 4 E),面积约为1 1.3万k m2。海拔3 7 028 0 6m,地势中间低、四周高且北高南低(图1),地形复杂破碎。主要的地貌类型为黄土丘陵沟壑区、黄土残塬沟壑区、高原土石山区和风沙区3 2。气候属温带大陆性季风气候,年均气温2.21 5,年降水量为3 1 06 1 0mm3 3,降水分布不均衡,由东南向西北递减,东南部湿润地区多年平均降水量可达5 9 0mm,而西北部地区降水量仅为3 0 0mm左右3 4,水热条件变化剧烈,气候敏感性程度高。河龙区间植被以草原为主,从东南森林草原向西北荒漠草原过渡3 5,自然植被带自东南向西北依次为暖温带落叶阔叶林带与温带草原带的森林草原、干草原和荒漠草原3个亚带3 6。草地、耕地和林地是主要的土地利用类型。图1 河龙区间在黄河流域的位置示意图2 材料与方法2.1 数据来源本研究数据源包括气象数据、土地利用数据、数字高程模型(D i g i t a lE l e v a t i o nM o d e l)和中国1 0 0万植被类型及植被区划空间分布数据。河龙区间1 2个国家级气象站日均温、降水量数据均来源于中国气象数据网(h t t p:d a t a.c m a.c n/),经过了严格的质量控制。河龙区间1 9 9 0年、2 0 0 0年、2 0 1 0年、2 0 1 8年4期土地利用数据是L a n d s a t遥感影像的解译产品,来源于地理国情检测云平台(h t t p:www.d s a c.c n/),空间分辨率3 0m3 0m。3 0m空间分辨率的D EM数据来 源 于 地 理 空 间 数 据 云 网 站(h t t p:www.g s c l o u d.c n/),用以校正气象数据的空间插值。中国1 0 0万植被类型及植被区划空间分布数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(h t t p s:www.r e s-d c.c n/),用以验证P NV模拟结果的准确性。2.2 研究方法2.2.1 综合顺序分类系统 基于1 9 6 02 0 1 7年河龙区间1 2个国 家级气象站 日气温数据 计算各站点 0 的年积温,基于气象站点年积温和日降水量数据利用“任胡湿润度模型”2 2,3 7计算各站点年平均湿润度,通过K r i g i n g插值并经D E M校正后得到研究区不同时期热量(0 的年积温)、湿润度的空间分布图,再根据C S C S检索图(图2)中热量、湿润度组合来确定植被类型。本研究中经D E M数据校正 0 年积温数据的空间插值结果,即考虑了不同海拔对气温的影响以及进而对P NV的 影 响。C S C S较 中 国 植 被 分 类 系统3 8而言,在考虑热量、植被型的基础上增加了水分因素。本研究将温带草原类、暖温带落叶阔叶林类进行详细划分,植被类型名称及代码详见文献3 9。图2 C S C S分类检索图任-胡湿润度模型计算公式如下:K=R/(0.1)(1)式中:K为湿润度;R为年降水量;为0的年积温;0.1为模型的调整系数。2.2.2 转移矩阵模型 转移矩阵模型可以定量表示目标类型中不同地类的变化情况,对不同目标类型的时空变化有更加清晰的揭示作用。利用A r c G I S软件对多期模拟的P NV模式和土地利用图进行处理,得到研究区P NV和土地利用类型的转移矩阵。转移矩阵公式如下4 0:Si j=S1 1S1 2S1nS2 1S2 2S2nSn1Sn2Sn n(2)式中:S代表土地利用或P NV面积(k m2);Si j表示582第5期 李文栋等:人类活动对河龙区间潜在自然植被的干预强度nn矩阵;其中n为土地利用类型数或P NV类型数;Si代表研究初期土地利用类型或P NV面积;Sj表示研究末期土地利用类型或P NV面积。2.2.3 重心模型 重心分布及其迁移可反映地理要素或地理现象的空间格局及动态演变。本研究基于A r c G I S的空间统计、计算几何等工具对P NV和土地利用的重心分布及其迁移进行分析。重心模型计算公式如下7:X=ne=1(me fxe)/ne=1(me f)(3)Y=ne=1(me fye)/ne=1(me f)(4)式中:X,Y分别为第f年重心的横坐标与纵坐标;me f为第f年P NV或土地利用的面积;xe与ye分别为第e个评价单元的重心坐标,则第f年的重心坐标为(X,Y)。重心移动计算公式如下:=k2+a r c t a n(Yt2-Yt1Xt2-Xt1)1 8 0(5)式中:为重心偏移的角度,范围为-1 8 0 1 8 0;(Xt1,Yt1)代表研究初期的重心坐标;(Xt2,Yt2)代表研究末期的重心坐标;k为调整系数,调整值为0,1,2。重心移动距离公式如下:D=(Xt1-Xt2)2+(Yt1-Yt2)2(6)式中:D为研究期间重心移动的距离(k m);(Xt1,Yt1)代表研究初期的重心坐标;(Xt2,Yt2)代表研究末期的重心坐标。2.2.4 动态变化度 为了更好地分析人类活动对P NV的干预程度并揭示其速率和强度,选择单一动态度和综合动态度分析研究区P NV受人类活动干扰的变化程度。将模拟的多期P NV与不同时期土地利用进行对比,借助P NV类型向土地利用转变的面积比例以及面积变化速率(动态变化度)来量化1 9 9 0年以来人类活动对P NV的干预强度。单一动态度模型表达式为4 1:K=Sj-SiSiT1 0 0%(7)式中:K为单一动态度(%);Si代表研究初期P NV类型的保留自然区或人类改变区面积;Sj表示研究末期P NV类型的保留自然区或人类改变区面积;T为研究时长。综合动态度模型为4 2:L C=(ni=1 Si-j/2ni=1Si)/T1 0 0%(8)式中:L C为综合动态度(%);n为研究区P NV类型总数;Si-j是符合P NV的自然区或人类改变区转换面积的绝对值。3 结果与分析3.1 河龙区间潜在自然植被时空变化3.1.1 潜在自然植被结构及其面积变化 1 9 6 02 0 1 7年河龙区间P N V主要有4种类型:暖温微干温带典型草原类(C 1 8)、暖温微润森林草原类(D 2 5)、微温微干温带典型草原类(C 1 7)和微温微润草甸草原类(D 2 4)。其中C 1 8面积介于2 38 5 5.7 49 30 9 2.7 1k m2,面积占比2 1.1%8 2.2%;D 2 5面积介于1 4 6.2 39 46 8 0.6 0k m2,面积占比0.1%8 3.6%;C 1 7面积介于44 2 5.9 83 12 8 9.1 1k m2,面积占比3.9%2 7.6%;D 2 4面积介于1 09 0 0.0 04 21 1 9.0 9k m2,面积占比9.6%3 7.2%(图3)。1 9 6 0 s,1 9 7 0 s出现少量微温湿润森林草原、落叶阔叶林类(E 3 1),1 9 9 0 s短期出现少量暖温干旱暖温带半荒漠类(B 1 1),面积占比均不超过3%。注:C 1 8代表暖温微干温带典型草原类;D 2代表暖温微润森林草原类;C 1 7代表微温微干温带典型草原类;D 2 4代表微温微润草甸草原类;E 3 1代表微温湿润森林草原、落叶阔叶林类;B 1 1代表暖温干旱暖温带半荒漠类。图3 P N V类型面积变化1 9 6 0 s,D 2 5,D 2 4,C 1 8和C 1 7面积分别为4 26 2 9.0 0k m2(3 7.7%),4 21 1 9.0 9k m2(3 7.2%),2 38 5 5.7 4k m2(2 1.1%)和44 2 5.9 8k m2(3.9%)。与1 9 6 0 s相比,1 9 7 0 s D 2 5和D 2 4面 积 分 别 减 少4 4.2%和3 8.0%,C 1 8和C 1 7面 积 分 别 增 加8 0.4%和3 0 0.5%,D 2 5,D 2 4减少区分别转变为C 1 8和C 1 7。与1 9 7 0 s相 比,1 9 8 0 s C 1 8和D 2 4面积 分 别 减 少3 0.4%和3 5.7%,C 1 7和D 2 5面积分别增加4 7.8%和7 6.5%,C 1 8减少区主要转变为D 2 5和C 1 7,D 2 4减少区主要转变为C 1 7,E 3 1区全部转变为D 2 4。与1 9 8 0 s相比,1 9 9 0 s D 2 5,C 1 7和D 2 4面 积 分 别 减 少8 8.9%,8 2.9%和1 3.1%,C 1 8面积增加1 9 3.9%(5 81 0 4.0 8k m2),D 2 5和C 1 7减少区主要转变为C 1 8。与1 9 9 0 s相比,2 0 0 0 sD 2 5和D 2 4面积分别减少9 6.3%和2 5.4%,C 1 7和C 1 8面积分别682 水 土 保 持 研 究 第3 0卷增加6 9.3%和5.7%,D 2 5和B 1 1减少区主要转变为C 1 8。与2 0 0 0 s相比,2 0 1 02 0 1 7年P NV类型面积变化剧烈,C 1 8和C 1 7消失,分别转变为D 2 5和D 2 4;D 2 5和D 2 4面积分别增加9 45 3 4.3 7k m2(6 46 4 8.5%)和76 2 6.6 0k m2(7 0.0%),D 2 5在该时期面积占比最大(8 3.6%)。整个研究期内,河龙区间年平均气温呈显著上升趋势,特 别 是1 9 9 8年 后 上 升 明 显;年 降 水 量 在1 9 6 02 0 0 0年呈缓慢下降、2 0 0 0年后持续升高的趋势。因气温持续上升、2 0 0 0年后降水显著增加,D 2 5增加较多。3.1.2 潜在自然植被空间分布及重心迁移 受不同时期气温、降水空间分布及其变化的影响,河龙区间各P NV类型的空间分布存在变异性(图4)。C 1 8主要分布在研究区中部和南部,气温持续升高使其向外扩张。D 2 5围绕C 1 8分布在其东部和南部,降水的增多易使C 1 8转变为D 2 5。C 1 7对水热要求较低,主要分布在研究区西北部,但随着气温升高、降水增多,C 1 7逐步转变为C 1 8和D 2 4。D 2 4主要分布在研究区北部和海拔较高处。短期出现且面积很小的E 3 1、B 1 1分别分布在研究区东北部和中西部毛乌素沙地。图4 P N V类型空间分布 1 9 6 02 0 1 7年,C 1 7和D 2 4重心迁移幅度较大,D 2 5重心迁移轨迹最为曲折,C 1 8和E 3 1重心迁移幅度较小,B 1 1未迁移(图5)。C 1 7重心迁移方向始终较为稳定,总体向东北方向迁移1 8 3.4 5k m。D 2 4重心在1 9 6 02 0 0 9年持续向东北方向迁移、2 0 0 02 0 1 7年向西北方向迁移,总体向东北方向迁移1 2 4.8 8k m。D 2 5不同时期重心依次向东南、西南、东北、西南方向迁移,总体向西北方向迁移4 6.7 5k m。C 1 8重心向东南方向迁移5 6.7 0k m,E 3 1重心向西北方向迁移1 9.1 4k m。图5 P N V重心迁移轨迹3.2 河龙区间土地利用时空变化3.2.1 面积变化及转移轨迹 1 9 9 02 0 1 8年,草地、耕地和林地是河龙区间主要土地利用类型,其中草地面积介于4 91 3 4.3 55 21 9 6.4 8k m2,面积占比4 3.4%4 6.1%;耕地面积介于3 21 2 6.0 03 57 2 3.1 8k m2,面积占比2 8.4%3 1.6%;林地面积介于1 66 9 4.6 21 78 7 2.8 5k m2,面积占比1 4.8%1 5.8%。水域、建设用地面积占比分别小于1.1%和2.2%,未利用地面积占比7.2%8.7%(图6)。研究期内,草地、林地、建设用地面积呈增长趋势,而耕地、水域、未利用地面782第5期 李文栋等:人类活动对河龙区间潜在自然植被的干预强度积呈减少趋势。特别在2 0 0 02 0 1 0年期间,耕地面积减少明显,而草地、林地面积增长明显,这与“退耕还林还草”工程、区域生态环境建设有关。注:C L代表耕地;F L代表林地;G L代表草地;W代表水域;C o L代表建设用地;U L代表未利用地。图6 土地利用类型面积变化 1 9 9 02 0 1 8年土地利用数量变化轨迹(图7)表明:1 9 9 02 0 0 0年,耕地、林地、草地和水域面积变化不大(均不超过2.0%),建设用地面积增加6.3%,未利用地面积减少1 1.6%;未利用地是土地利用类型转化的主要贡献者,其中14 4 0.0 3k m2(5 4.4%)的面积转化为草地。2 0 0 02 0 1 0年,耕地、水域和未利用地面积分别减少1 0.0%,8.9%和4.2%,而林地、草地和建设用地面积分别增加5.9%,4.4%和1 2 0.4%;耕地是土地利用类型转化的主要贡献者,其转出面积占总转出面积的4 9.3%;草地是主要转入区,转入草地的面积占总转入面积的4 8.7%。2 0 1 02 0 1 8年,除建设用地面积增加6 4.0%外,其余地类均呈微弱减少趋势,减幅均不超过2.0%;各地类主要向建设用地转化。注:从左向右表示各阶段发生转移的面积中不同土地利用类型的转出与转入面积的流向情况。图7 土地利用数量变化轨迹(单位:k m2)1 9 9 02 0 1 8年整个研究期,河龙区间发生转变的土地利用类型面积达到1 38 7 4.3 9k m2,占河龙区间总面积的1 2.3%。耕地、未利用地和水域面积分别减少35 3 2.6 9k m2(9.9%),16 5 1.0 4k m2(1 6.9%)和1 3 7.6 1k m2(1 1.2%),而林地、草地和建设用地面积分别增加10 9 2.6 2k m2(6.5%),23 4 7.4 3k m2(4.8%)和18 8 1.0 2k m2(2 8 4.3%)。总体而言,耕地是1 9 9 02 0 1 8年土地利用类型转化的主要贡献者,其转出面积占总转出面积的4 0.7%。6种土地利用类型中,面积扩张最大的是草地,虽然其转出面积较高(41 2 1.4 9k m2),但它的转入面积达到了64 6 8.6 8k m2,远高于其他5种土地利用类型;其中,耕地和未利用地是草地最主要的转入源,1 0.1%的耕地、1 9.0%的未利用地转为了草地。3.2.2 空间分布及重心迁移 耕地、草地基本呈均匀分布,但耕地在研究区中部较为集中;林地以条带状集中分布在研究区东部及东南部高地;未利用地主要分布在研究区西部的毛乌素沙漠;建设用地则零散分布在研究区内(图8)。1 9 9 02 0 1 8年草地、耕地和水域的重心迁移幅度较小,迁移距离不超过5.0 0k m;建设用地、未利用地和林地的重心迁移幅度较大,分别向西南方向迁移3 4.3 8k m,1 0.6 4k m和7.2 9k m(图9)。不同时期,耕882 水 土 保 持 研 究 第3 0卷地重心分别向东南、东北和西南方向迁移,其中2 0 0 02 0 1 0年向东北方向迁移较明显,重心总体向东北方向迁移。草地重心在1 9 9 02 0 0 0年、2 0 0 02 0 1 8年分别向西北、东南方向迁移,总体向东南方向迁移。建设用地重心在1 9 9 02 0 1 0年、2 0 1 02 0 1 8年分别向西南、西北方向迁移,其中2 0 0 02 0 1 0年向西南方向迁移幅度最大。林地重心在1 9 9 02 0 1 0年、2 0 1 02 0 1 8年分别向西南、东南方向迁移,其中1 9 9 02 0 1 0年向西南方向迁移幅度大。人类活动对土地利用空间格局变化的影响程度在增强。图8 土地利用类型空间分布图9 土地利用类型重心迁移轨迹3.3 人类活动对潜在自然植被的干预强度3.3.1 结构及其面积变化 基于气候特征模拟的潜在自然植被区未考虑天然水域、沙漠区等的存在。另外,在一定时期内,水域和沙漠等未利用地属于人类活动较少干扰区。为明晰人类活动对不同时期P NV的干预强度,首先,基于1 9 9 0年、2 0 0 0年、2 0 1 0年、2 0 1 8年4期 土 地 利 用 图,分 别 对1 9 8 0 s,1 9 9 0 s,2 0 0 0 s,2 0 1 02 0 1 7年4期P NV图进行校正,即在P NV图中存留同期土地利用图中的水域和未利用地区;然后,对比分析在人类活动干预下1 9 9 0年以来P NV向土地利用转变的情况(图1 0)。982第5期 李文栋等:人类活动对河龙区间潜在自然植被的干预强度图1 0 P N V向土地利用类型转换 1 9 8 0 s P N V在人为土地利用活动干预下,C 1 8面积的4 9.4%,7.2%和0.3%分别转变为耕地、林地和建设用地,C 1 7面积的2 1.2%,4.7%和1.1%分别转变为耕地、林地和建设用地,D 2 4面积的3 6.1%,2 7.8%和1.5%分别转变为耕地、林地和建设用地,森林草原类D 2 5面积的3 2.6%和0.2%分别转变为耕地和建设用地(图1 0,图1 1)。1 9 9 0 sP N V中,C 1 8面积的3 5.3%,1 4.3%和0.4%分别转变为耕地、林地和建设用地,C 1 7面积的1 9.3%,5.3%和2.3%分别转变为耕地、林地和建设用地,D 2 4面积的3 8.4%,2 1.7%和1.9%分别转变为耕地、林地和建设用地,森林草原类D 2 5面积的2 0.0%和0.1%分别转变为耕地和建设用地。2 0 0 0 sP N V中,C 1 8面积的3 1.2%,1 6.9%和1.0%分别转变为耕地、林地和建设用地,C 1 7面积的2 3.8%,7.8%和5.0%分别转变为耕地、林地和建设用地,D 2 4面积的3 5.5%,2 6.0%和2.4%分别转变为耕地、林地和建设用地,森林草原类D 2 5面积的1 9.0%和0.6%分别转变为耕地和建设用地。2 0 1 02 0 1 7年P NV中,唯一的草原类D 2 4面积的3 0.9%(55 3 6.6 0k m2),1 8.5%(33 1 6.0 9k m2)和5.0%(8 8 9.6 6k m2)分别转变为耕地、林地和建设用地。森林草原类D 2 5面积的3 1.0%(2 65 3 3.6