The impact of land use/land cover changes on human settlements in sandylands

研究区位于宁夏盐池县北部风沙区（图 1），地处毛乌素沙漠南缘，37°04′～38°10′N，106°30′～107°41′E，总面积为4 085 km²。属于鄂尔多斯缓坡丘陵区，其间地势平缓起伏，由侵蚀高丘陵、缓坡丘陵、沙丘、湖泊等地貌单元组成。该地区年降水量为250～350 mm。降水量年内变幅大，7-9月降水量占全年的60%～70%。年平均风速为2.8 m·s^-1，年大风日数24.2 d，沙暴日为20.6 d。年日照时间2 867 h，年蒸发量为2 600 mm。以多年生草本植物为主，间有半灌木、灌木。土壤主要有黑垆土、灰钙土和风沙土三大类。研究区水资源十分缺乏，没有过境地表径流和地下径流补给，全区95%以上的土地无就地灌溉条件。灾害性天气主要有干旱、风沙、霜冻、冰雹等，其中以干旱、风沙对农牧业和居民生活危害较大，风沙灾害、土地荒漠化已成为制约盐池县经济社会发展的瓶颈，严重阻碍着地区经济社会的发展。按照《盐池县城市总体规划》的部署，近期（2010-2015年）城市建设用地11.2 km²，远期（2030年）城市建设用地14.4 km²，将进一步加大对城市基础设施建设投入，大力实施西进东扩战略。

Figure 1.  Location of the study area and land use/cover map of the study area in 1989-2007

数据包括1989（来源：中国资源环境数据中心），1995年，2000年和2007年4期已进行过几何纠正的Landsat TM遥感影像及对应时间的TM（thematic mapper）影像解译的土地利用图。为了验证影响解译精度，利用盐池县2005年SPOT影像解译成果、第2次森林普查成果图等基本图件对这4期土地利用图进行校正及重分类，最终确定的土地利用类型为：农地、林地（郁闭度＞10%），高盖度草地（覆盖度＞50%），中盖度草地（50%＞覆盖度＞20%），低盖度草地（20%＞覆盖度＞5%），水域，建设用地（其中包括县级以上主要道路、居民点等），沙地和未利用地9个类别（图 1）。其他数据资料还包括研究区1∶50 000地形图、1995-2007年社会经济统计年鉴和盐池县实地调研数据。

利用土地沙化、道路密度变化、人口数据空间变化趋势、植被变化等来反应或者部分反应上述几个方面，以阐述沙区人居环境建设的几个重要方面及土地利用/覆盖变化对人居环境的影响。借鉴力学中重心的概念，人口重心假设研究区域是同质的，每个人都是这个平面内的一点。该区域由几个小区单元构成，单元坐标为（x，y），M为该单元人口数，则该区域人口重心坐标表示为^[15]： $\overset{\leftarrow }{\mathop{x}}\,=\sum\limits_{i=1}^{n}{{{M}_{i}}{{x}_{i}}}/\sum\limits_{i=1}^{n}{{{M}_{i}}};\overset{\to }{\mathop{y}}\,=\sum\limits_{i=1}^{n}{M{{y}_{i}}}/\sum\limits_{i=1}^{n}{{{M}_{i}}}$ 。通过分析多时间序列上人口重心的迁移趋势，以此作为科学建设沙区人们休闲场所、绿地空间、基础设施等规划的依据。

Forman等^[16]认为，道路密度是直接度量道路造成景观斑块化的指标，道路密度（d_r）指的是在一定区域内，道路网的总里程（l）与该区域面积（S）的比值。公式表示如下：d_r = l/S。

利用4期TM影像提取研究区道路密度的变化，以指示近20 a来研究区道路增加对区域景观造成的破碎化程度。

控制流沙蔓延的速度，防止沙区居民住地被沙埋，保护住户的生存安全，已成为沙区人居环境体系建设的主要方面。如表 1所示，在过去20 a，沙化土地面积总体上呈前先上升后下降的趋势。1995年前后是研究区沙漠化最为严重的时期，沙漠化土地占到了总面积的16.05%，这与郭坚等^[17]研究结论基本一致。自20世纪80年代后期以来，为了尽快解决那些自然环境恶劣，生存条件艰难，特别是在原居住地无法解决人畜饮水和生活出路的贫困乡村群众的生计问题，开始实施生态移民，把俗称为盐池“三条沙带”上居住的大部分农民搬迁出来，安置在城西滩等水源较好的地方居住。但由于该区域农田防护林和防风固沙带的建设起步较晚，防护措施尚不健全，风季遭遇风沙的危害较为严重，以后存在弃耕的危险性。一旦弃耕，由于地表天然植被已被破坏，植被恢复将是一个漫长的过程；迁出区耕地荒废，宅基地浪费的现象明显，而且研究区处于基础设施建设快速发展时期，随意取土现象较普遍，这些都为土地沙化和沙尘暴的发生准备了物质基础，由此造成了1995年前后土地沙化面积增加，土地沙化的发展会进一步吞没良田、牧场等可利用土地，导致生境恶化，贫困加剧，并破坏交通、居住区等人居环境系统。而20世纪90年代后期由于退耕还林还草、围栏禁牧等政策和一系列治沙项目的实施，生态环境得到了明显好转，人们愿意安置下来，而2.2.2节中人口重心总体向东北偏移的趋势吻合也很好的证明该区人居大环境在好转。

分别计算道路0～2，2～4，和4～6 km缓冲区内近20 a来居民点面积占总研究区居民点总面积的百分比，用来表征主要交通干线对居民出行的便捷度变化。结果（表 2）显示，近20 a来，研究区道路密度增加了1倍，主要交通干线0～2 km缓冲区内的居民点面积比例增加了20%，表明随着研究区社会经济发展，交通建设给人们出行带来便利，为农村人居环境建设打下基础；2～4 km缓冲区内居民点面积变化比例先增大后减小，其主要原因是随着主要交通干线路网密度增加，2～4 km缓冲区内的人们到达主要交通干线的距离更加便利，逐渐减少到2 km范围以内，因此0～2 km缓冲区内的居民点面积比例明显增加；4～6 km范围内居民点面积减少到7%左右，但到2007年为止，交通主干道4 km以上缓冲区内的居民区面积占到35%以上，主要是因为研究区地处农牧交错带，以靠养殖业为生的居民更愿意远离交通发达区域居住，以保证有丰富的草源。因此，沙区人居环境体系的建设应充分考虑不同民族文化、习俗等因素，建立多元化的住区文化环境。

1985-2007年间研究区人口净增2.6万，加大了对居住面积的需求，使得大片农田被转为建设用地，造成耕地面积逐年下降。而人口增长也加大了对耕地的需求，但2007年耕地保有量却比1989年减少了49％，使得研究区粮食安全问题凸显，沙区人居环境改善缺乏基本物质保障。为保证沙区绿地空间、基础设施与住区的邻近性，避免土地浪费和设施的重复建设，分析多时间序列上人口的空间分布格局及人口重心的迁移趋势，以此作为科学建设沙区绿地空间、基础设施等规划的依据。通过对1985年，1990年，1995年，2000年，2003年，2005年和2007年人口重心的计算，得到研究区近20 a来的人口重心的动态演化（图 2），人口重心总体有向东北偏移的趋势，这与《盐池县城市总体规划》提到的“东扩”战略基本一致，但笔者多次对研究区实际调查发现，绿地空间、基础设施等的建设情况并不能很好地反应人口重心迁移趋势，新建的生态移民区防护林网缺乏，道路也不完善。因此，未来研究区人居环境体系建设中，应考虑将绿地空间等公共用地与人口空间分布状况和人口重心的迁移趋势相吻合，提高重要基础设施资源的共享性，尽可能减少建设成本，公共用地布局是否合理很大程度上影响着人居环境改善的进程及成果。

Figure 2.  Movement the population gravity center in the study area (1985-2007)

由表 3可以看出：1989-2007年间研究区林地面积增加了14 846 hm²，高覆盖度草地面积呈持续减少趋势，20 a间共减少了3 157 hm²，占1989年高覆盖度草地面积的66.09%；而中覆盖度草地和低覆盖草地面积均呈增加趋势，分别增加了79 054 hm²和1 587 hm²。中覆盖度草地、林地年变化率分别为2.85%和2.30%。以1995年为界，研究区林地面积1995年之前呈下降趋势，1995年之后有明显增加，这与20世纪90年代后期大力开展治沙造林、退耕还林政策有关。由于数据资料有限，仅对1982-2001年的扬沙日数和沙暴日数做趋势分析，总体有下降趋势。有研究^[18]表明：地表植被覆盖率决定了沙尘天气年发生的频次。20世纪80年代后期由于过度放牧、滥采滥樵等造成植被急剧减少，使生态系统保持水土、涵养水源等服务功能降低，并最终使风沙、旱涝等灾害的频度和强度都有很大程度增加；而20世纪90年代后期开展的大量生态建设项目，使研究区生态环境得到了明显改善，沙尘天气发生的频次减少，研究区肺病哮喘人数有所减少。

结果表明：①1995年前后是宁夏盐池县北部风沙区沙漠化最为严重的时期，沙漠化土地占到了总面积的16.05%，土地沙化加大了该区人居环境改善的难度。②近20 a来，研究区道路密度增加了1倍，主要交通干线0～2 km缓冲区内的居民点面积比例增加了20%，2～4 km缓冲区内居民点面积变化比例先增大后减小，4～6 km范围内居民点面积减少到7%左右，沙区人居环境体系的建设应充分考虑不同民族文化、习俗等因素。③1985-2007年间研究区人口净增2.6万，居住面积需求增加，大片农田被转为建设用地，2007年耕地保有量却减少了49％，粮食安全问题凸显，沙区人居环境改善缺乏基本物质保障。人口重心总体有向东北偏移的趋势，绿地空间、基础设施等的建设情况并不能很好地反应这种迁移趋势，公共用地布局是否合理很大程度上影响着人居环境改善的进程及成果。④1989-2007年间研究区林地面积增加了14 846 hm²，以1995年为界，1995年之前呈下降趋势，之后有明显增加。高覆盖度草地面积呈持续减少趋势，近20 a间共减少了3 157 hm²，占1989年高覆盖度草地面积的66.09%；而中覆盖度草地和低覆盖草地面积均呈增加趋势，分别增加了79 054 hm²和1 587 hm²。中覆盖度草地、林地年际变化率分别为2.85%和2.30%，20世纪90年代后期开展的大量生态建设项目，使研究区生态环境得到了明显改善。研究区植被增加是沙区人居环境改善不可忽视的重要因子。