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大清河流域土地利用变化的地形梯度效应分析(2)

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（1）

式中T为地形位；S和E分别为坡度(°)与高程（m）；S0与E0分别为坡度(°)与平均高程（m）。因此，坡度越大、高程越高的区域则对应的地形位数值越大[18]。

根据图1高程与坡度图，结合该流域土地利用类型的实际情况，将高程在1 600 m以上的单一类型土地单独归为一级，200～1 600 m之间的高程区，按间隔200 m进行分级。当坡度大于35°时，对土地利用限制作用强烈，为此35°以上单独归为一级，35°以下，按间隔5°进行分级，坡度缓、高程低则对应的等级较低，坡度陡、高程高则对应的等级较高，由此得到1～8级地形位梯度[19]。

2.2.3 地形梯度效应

根据分布指数（Distribution Index, DI）可以得到不同土地利用类型及结构变化特征在不同地形梯度上的分布特征[14]，公式为

（2）

其中DI为分布指数，Ai、Aij分别表示第i种地类的总面积（km2）和在第j级地形区的分布面积（km2），Aj为第j级地形区面积（km2），TA为研究区面积（km2）。若DI>1，该类型土地在某等级地形中呈优势分布，优势度越大则对应的分布指数越高；若DI<1，呈劣势分布，优势度越低则对应的分布指数越小[20]。

3 结果与分析

3.1 土地利用结构变化的地形梯度差异

3.1.1 土地利用结构变化的地形起伏度差异

1974－2019年的4期大清河流域土地利用分类结果如图2所示。2019年大清河流域建设用地在平原地区呈现“棋盘式”分布，在西部山区呈不规则聚集分布，总面积可达6 923 km2。耕地呈现先增后减趋势，分布在东部、中部平原以及中西部居民点周围，面积为17 881 km2；水体面积受降水、蒸发以及下垫面等的综合影响，最终面积约为979 km2；草地面积多年来基本稳定，多分布在耕地、林地周围，面积约为2 501 km2；林地主要分布在山区与低山丘陵区，在前期垦荒与后期保护的双重影响下，面积为14 868 km2；未利用地区多分布于东部平原的居民点周围，面积约为140 km2。

表1为1974－2019年土地利用类型的地形起伏度梯度差异。地形起伏度梯度在0～100 m的区域主要土地利用类型为耕地、水体、建设用地和未利用地；地形起伏梯度在100～200 m的区域主要是林地、草地的优势分布区；梯度在200 m以上时，水体分布优势增大。林地主要集中在高起伏度区域。耕地在0～100 m的地形起伏度中占比由80.93%升至93.86%，一方面原因是在耕地在大清河流域被建设用地不断挤占，导致耕地总面积减小；一方面是由于对于生态环境的保护，在较高地形起伏度的耕地不适宜大规模发展农业故而被林地取代。建设用地的面积是单向递增的，年增长速度约为5.83%，为了保证粮食安全，建设面积的扩张不能无限度的挤占耕地，因此不得不向在较高地形起伏度的区域扩张，在0～100 m的地形起伏度的面积比例由原来的94.01%降至88.84%而在较高地形起伏度中面积分布上升。

图2 1974—2019年大清河流域土地利用类型Fig.2 Land use type of Daqinghe River Basin during1974－2019

表1 1974－2019年土地利用类型的地形起伏度梯度差异Table 1 Landform relief gradient difference of land use types during 1974－2019土地利用类型Land use types年份Years面积变化比例Area change proportion/%分布指数 Distribution index 0~100 m>100~200 m>200~300 m>300~400 m>400 m0~100 m>100~200 m>200~300 m>300~400 m>400 m 耕地 . . . 林地 . . . 草地 . . . 水域 . . . 建设用地 . . . 未利用地 . . .

3.1.2 土地利用结构变化的坡度变率梯度差异

如表2所示，大清河流域土地利用类型坡度变化率梯度差异明显，土地利用类型变化主要分布在0°～15°区域。耕地、水域、建设用地、草地均在坡度变化率在0°～2°的梯度范围内具有分布优势；林地在坡度>6°的梯度范围分布优势逐渐加大，且在>35°时达到最大值2.50；草地的优势分布区从1974年的0°～6°变化为2019年的6°～35°以上的梯度区域。

表2 1974－2019年土地利用类型的坡度变化梯度差异Table 2 Gradient difference of slope change rate of land use types during 1974－2019土地利用类型Land use types年份Years面积变化比例Area change proportion /%分布指数 Distribution index 0°~2°>2°~6°>6°~15°>15°~25°>25°~35°0°~2°>2°~6°>6°~15°>15°~25°>25°~35° 耕地 . . . 林地 . . . 草地 . . . 水域 . . . 建设用地 . . . 未利用地 . . .

1974－2019年，除草地外，各土地利用类型所占面积比例差异不大，随着坡度的逐渐增大，建设用地、裸地、水域的所占比例不断减小，耕地、草地、林地的比例先增大后减小。耕地、林地的减少主要表现在坡度在0°～15°范围内，而建设用地的大量增加则主要表现在0°～2°范围内，36年间在该流域建设用地增加10 295 km2，耕地、林地面积分别减小2 278、6 264 km2。

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