王 權(quán),李陽兵,劉亞香,胡先培

貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴陽 550025

土地是地球表面某一區(qū)域包括地質(zhì)、地貌、氣候、水文、土壤、植被等多種自然要素在內(nèi)的自然綜合體[1],而土地利用是人類與自然環(huán)境長期相互作用的結(jié)果[2],是一個動態(tài)的過程,包括時間與空間上的動態(tài)變化[3]。隨著時間的發(fā)展土地利用在不同尺度的時空上表現(xiàn)出明顯的差異性[4]。地形在自然環(huán)境中是影響土地利用的重大因素,在一定程度上決定土地利用/土地覆被變化(LUCC)的方向和方式[5-6]。 多重因素主導(dǎo)下,不同土地利用類型在地形上表現(xiàn)出共同的變化特征與差異[7-9],在不同高程、坡度、地形起伏度上呈現(xiàn)明顯梯度效應(yīng)[10-12]。近些年來,利用地形因子對土地利用空間分布格局及其變化一直是該領(lǐng)域的研究熱點。不少學(xué)者利用數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)研究地形因子對土地利用演變規(guī)律,呈現(xiàn)出一定的垂直分布特征;建設(shè)用地、農(nóng)村居民點、耕地和水域?qū)Φ匦螚l件的選擇性較強[13]。崔步禮、湯國安、谷建立、崔步禮、哈凱等學(xué)者基于數(shù)字高程模型,深入研究了土地利用空間分布格局與地形因子具有顯著的相關(guān)性[14-17]。但這些研究多是將高程、坡度等作為單個因子來研究,而把高程和坡度組合一起,綜合分析土地利用空間分布格局基于地形梯度的變化及規(guī)律,則相對較少;尤其是缺乏進一步對巖溶槽谷這典型地貌單元不同地形梯度上的土地利用在空間分布研究,研究其具有科學(xué)性與實踐意義。

西南喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱,地形起伏多變、高差大;槽谷這一典型地貌單元山坡-槽壩在地形地貌空間上交替出現(xiàn),地形分異明顯,土地利用空間格局差異顯著。在社會經(jīng)濟快速發(fā)展背景和地形因子主導(dǎo)下,槽谷區(qū)土地利用分布格局的梯度效應(yīng)是否存在顯著現(xiàn)象？因此,有必要深入研究巖溶槽谷這典型地貌單元土地利用在地形梯度上空間分布格局、土地利用多樣性、土地利用程度以及土地利用是否在地形梯度上存在不合理現(xiàn)象,從而判斷巖溶槽谷區(qū)土地利用是否處于合理狀態(tài)。為此,本論文主要選取具有代表性的貴州省德江、沿河、印江三縣交界處的三條巖溶槽谷,分別是西部槽谷、中部槽谷、東部槽谷,對其進行不同地形梯度的土地利用在空間分布差異對比分析，以揭示在我國快速的城鎮(zhèn)化和工業(yè)化等社會經(jīng)濟變化背景下,巖溶槽谷區(qū)這典型地貌單元在地形梯度上土地利用分布特征和土地利用程度狀況,從而掌握巖溶槽谷區(qū)土地利用/覆被變化情況、以及土地退化與恢復(fù)取得客觀全面的認(rèn)識,為巖溶槽谷山地地區(qū)政府部門取得科學(xué)規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于貴州省德江縣、沿河縣和印江縣交界處,三條槽谷分別為：西部槽谷、中部槽谷、東部槽谷;西部槽谷位于楓香溪鎮(zhèn)和譙家鎮(zhèn),中部槽谷位于杉樹鎮(zhèn),東部槽谷位于沙子坡鎮(zhèn)(圖1)。三條槽谷處于共同區(qū)域,呈北東向排列組合、地形上為背斜呈山、向斜呈谷的平行嶺谷,每條槽谷又分別由中間谷地和兩側(cè)坡面構(gòu)成,山-槽梳狀緊密褶皺交替出現(xiàn)。其中西部槽谷位于東經(jīng)108°32′37″—108°31′42″和北緯28°12′41″—28°26′35″之間,長為38.96km,寬為7.29km,平均海拔為760m,平均坡度為12°;中部槽谷位于東經(jīng)108°41′42″—108°42′53″,北緯28°11′32″—28°13′37″之間,長為42.85km,寬為3.90km,平均海拔為880m,平均坡度為16°;東部槽谷位于東經(jīng)108°48′48″—108°49′53″和北緯28°22′45″—28°23′37″之間,長為3.257km,寬為4.86km,平均海拔為680m,平均坡度為17°。研究區(qū)域自然條件惡劣,自然災(zāi)害頻繁,植被覆被少,生態(tài)環(huán)境脆弱,石漠化現(xiàn)象嚴(yán)重,水土流失嚴(yán)重,農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)單一,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低。全區(qū)氣候類型屬于亞熱氣候和暖溫帶季風(fēng)山地氣候,年平均氣溫15℃,年均降雨量1200 mm。

圖1 研究區(qū)地貌Fig.1 The topography of study area

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究數(shù)據(jù)來源包括：巖溶槽谷區(qū)30 m×30 m DEM(Digital Elevation Model)來源于ASTER GDEM,經(jīng)處理得到所需要數(shù)據(jù);以2017年landsat TM高清影像為數(shù)據(jù)(來源于地理空間數(shù)據(jù)云, http://www.gscloud.cn/),采用Eradas imagine 9.0遙感軟件對影像進行幾何校正,在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn),配準(zhǔn)誤差控制在0.5個像元內(nèi)。在Arcgis 10.2軟件支持下,采用目視解譯,最后得到巖溶槽谷區(qū)土地利用矢量圖,再由Arcgis 10.2軟件進行拓撲檢查、修改;在分類中參照2007年全國土地利用分類體系,把斑塊分為12種地類(灌木林地、農(nóng)村居民用地、山地旱地、水田、水域、溝渠、道路、城鎮(zhèn)用地、工礦用地、有林地、草地、裸露巖地)并賦予每個斑塊代碼屬性值,最后得到土地利用現(xiàn)狀圖(圖2)。研究區(qū)土地總面積為503.39km2,其中,西部槽谷的土地面積為251.09km2,占研究區(qū)總面積44.88%;中部槽谷土地面積為178.82km2,占研究區(qū)總面積31.96%;東部槽谷土地面積為129.61km2,占研究區(qū)總面積23.16%。鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點和山地旱地、水田主要分布在各條槽谷的地形平坦部位;灌木林地、有林地、草地主要分布于各條槽谷山坡部位。

圖2 巖溶槽谷區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖Fig.2 The land use status map in karst trough valley area

2.2 研究方法

2.2.1地形位指數(shù)

地形位指數(shù)是指在一定區(qū)域范圍內(nèi)高程和坡度組合形成的地形因子。它是精確定量化分析土地利用類型的空間分布格局與地形梯度的變化關(guān)系。本論文運用地形位指數(shù)來進行土地利用狀況的梯度變化[18],其公式為：

(1)

基于Arcgis 10.2軟件,提取槽谷區(qū)對應(yīng)的高程圖、坡度圖,并采取spatial anaysis tool的 reclassify對高程圖與坡度圖分級,并統(tǒng)一為Cell size為30m的柵格數(shù)據(jù)。根據(jù)實際情況,將1080m以上土地類型分布單一,則可以單獨為一級,把380—1000m之間的高程區(qū),按照海拔間隔100m進行分級。坡度在30°以上,對土地利用的限制性較強烈,因此把30°以上可單獨作為一級,30°以下,每5°為一級,依此得到第1級、第2級直至第7等級。在此基礎(chǔ)上,利用Arcgis 10.2 spatial anaysis tool的raster calculator對高程與坡度分級柵格數(shù)據(jù)進行組合運算,分別得到,巖溶槽谷區(qū)的地形位空間分布圖(圖3)。

圖3 巖溶槽谷區(qū)地形位Fig.3 The terrain niche in karst trough valley area

2.2.2分布指數(shù)

分布指數(shù)是用來描述不同土地類型在地形梯度分布狀況,其是一個無量綱指數(shù)[19],表示不同土地類型分布優(yōu)勢狀況[20]。其公式為：

(2)

式中,P為分布指數(shù);e表示地形因子,分別為高程、坡度;Sie表示地形因子特定等級下的i地類的面積;Si是i地類的面積;Se是整個區(qū)域e地形因子特定等級下的總面積;S為整個區(qū)域面積。分布指數(shù)是一個標(biāo)準(zhǔn)化、無量綱的指數(shù)。如果P>1,表示第i種地類在e級地形上的分布屬于優(yōu)勢分布,P值越大,優(yōu)勢度越高,P<1其分布優(yōu)勢度越小。

2.2.3土地利用多樣性指數(shù)

在土地利用組成多樣性中,多樣性指數(shù)表示研究區(qū)內(nèi)土地利用組成分布上的多樣性特征,即所有分類單元在組成分布上的均勻程度[21]。其公式為：

(3)

式中,在土地利用組成組分多樣性中,Yh表示研究區(qū)內(nèi)土地利用在組成上的多樣性特征;Pi表示是土地類型i所占面積的比例;n為土地利用類型的數(shù)目,其表示研究區(qū)土地類型的相對多度。

在土地利用的構(gòu)成組分多樣性里,多樣性指數(shù)值域為[0,1],值趨近1,說明研究區(qū)域的每一種土地利用類型分布越均勻;若趨近0,說明研究區(qū)土地利用類型分布均勻度較差,某一類或少數(shù)幾類土地利用,占用了該研究區(qū)的總面積。

2.2.4土地利用程度綜合指數(shù)

為了更加科學(xué)合理定量化土地利用程度的地形位分異規(guī)律,論文引入土地利用綜合指數(shù)指標(biāo),根據(jù)研究區(qū)實際情況,將土地利用程度綜合指數(shù)分為4級[22],得研究區(qū)12種土地類型賦值表1。其公式為：

(4)

式中,Ld為某研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù);Ei研究區(qū)內(nèi)第i級土地利用程度分級指數(shù);Ci為研究區(qū)內(nèi)第i級土地利用程度分級面積百分比;n為土地利用程度分級數(shù)。

表1 土地利用程度分級指數(shù)賦值表

2.2.5土地利用相對合理性指數(shù)

土地利用相對合理性指數(shù)是反映出一定地域土地類型在空間上分布的合理程度[23]。本論文是通過地形位指數(shù)反映土地利用相對合理性程度;因此依據(jù)坡度與高程組成地形位,進行評估土地利用的合理性程度。根據(jù)國家水利部門土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)(SL190—2007),再與研究區(qū)實際相結(jié)合,收集當(dāng)?shù)赝寥狼治g數(shù)據(jù)對土地利用類型相對合理度系數(shù)重新修訂(表2)。若各土地利用類型在合適的位置能減少有效侵蝕,則測算土地利用合理性時有較大的權(quán)重。依據(jù)水利部門土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)(SL190—2007),灌木林地與有林地在各地形位等級上具有很強的水土保持功能,草地對地形位梯度具有適應(yīng)性選擇,隨著地形位等級增加,然而水土保持功能有逐漸減弱。山地旱地、水田受人類活動頻繁,其本質(zhì)屬性是為人類生產(chǎn)經(jīng)濟資料,從而在地形位梯度增加時,水土流失現(xiàn)象明顯。決定水域、溝渠在地形位上的分布主要因子是坡度,因此隨著地形梯度增加,水域、溝渠對地形位具有較強的選擇適宜性。其他地類在地形位上均有適應(yīng)性強,相對合理度系數(shù)在地形位上均為1。土地利用相對合理性指數(shù)公式為：

式中,seij為地形位j條件下土地類型i的面積百分比;tij為地形位j條件下土地類型i的相對和力度系數(shù);n為地形位分級;m土地類型總數(shù)。D的值域在[0,1]之間變化,當(dāng)D=1時,說明土地侵蝕達到最低限度,土地利用結(jié)構(gòu)處于合理狀態(tài);D=0時,說明土地侵蝕現(xiàn)象處于最嚴(yán)重狀態(tài),土地利用結(jié)構(gòu)最不合理。

表2 土地利用類型合理度系數(shù)

3 結(jié)果分析

3.1 基于地形位梯度的土地利用類型分布指數(shù)變化特征

根據(jù)巖溶槽谷區(qū)高程與坡度計算組合得到地形位,再結(jié)合槽谷區(qū)實際情況,將地形位指數(shù)分為7等級,基于此,利用Arcgis 10.2進行統(tǒng)計分析西、中、東部槽谷灌木林地、農(nóng)村居民用地、山地旱地、水田、水域、溝渠、道路、城鎮(zhèn)用地、工礦、有林地、草地、裸露巖地在各地形位等級上的分布指數(shù)。其中地形位分布指數(shù)P>1,土地利用類型表現(xiàn)為越來越具有優(yōu)勢度,P<1則分布優(yōu)勢度越低。

3.1.1西部槽谷土地利用類型在不同地形梯度上的分布特征

圖4 西部槽谷地形梯度的土地利用類型分布Fig.4 The land use type distribution of terrain gradient in western trough valley

西部槽谷的土地利用類型在地形位上呈現(xiàn)不同變化特征(圖4)。裸露巖地、溝渠在1—2等級分布指數(shù)最高,分別為5.21、3.52,分布具有優(yōu)勢地位;隨地形位等級的增加,優(yōu)勢度越小。有林地、灌木林地隨著地形位等級增加,分布優(yōu)勢度逐漸增加,這說明,有林地、灌木林地對高地形位的選擇適宜性好,便于當(dāng)?shù)赝烁€林政策的進行[24]。水域主要分布于3—5等級且占優(yōu)勢地位,是因為在該等級梯度,有大面積分布水田,山地旱地、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民用地對用水需求,人工修建截流儲水池和引流水壩;草地分布指數(shù)在1附近波動不明顯,在等級1—7分布均勻,即,草地在1—7級有較好分布優(yōu)勢地位。山地旱地、水田在1—3等級具有優(yōu)勢地位,這說明,在該區(qū)域為主導(dǎo)土地利用方式;山地旱地、水田隨著地形位等級增加,逐漸下降趨于0,是因為人類活動主要集中低地形位區(qū)域的結(jié)果。城鎮(zhèn)用地在等級1—4有分布優(yōu)勢地位,其中等級為2時,分布指數(shù)達到最高(7.75)。隨著地形位等級的增加,農(nóng)村居民用地、城鎮(zhèn)用地、工礦用地、道路、水田、山地旱地分布面積逐漸減少,分布優(yōu)勢度降低,這主要是由于隨著地形位的增加,地形條件惡劣,從而導(dǎo)致土地利用類型分布面積逐漸下降。

3.1.2中部槽谷土地利用類型在不同地形位等級上的分布特征

根據(jù)圖5,中部槽谷區(qū),溝渠的地形位分布指數(shù)在1—5等級較優(yōu)勢度,且等級6—7分布優(yōu)勢度逐漸降低,說明1—5級有水田分布,為了保障水田灌溉,溝渠分布與水田相一致。有林地、草地、灌木林地、山地旱地分布指數(shù)都處在1—7等級,分布優(yōu)勢地位略好,原因是中部槽谷海拔高、坡度陡、地形起伏度大,農(nóng)村居民用地分散,人口密度少,土地利用擾動弱。水域、道路、水田在1—7等級分布指數(shù)均P<1,則反應(yīng)出該幾類土地類型沒有優(yōu)勢地位,原因是槽谷地貌由谷地和坡面構(gòu)成,水田、水域?qū)Φ偷匦挝坏倪x擇性強,等級為7時,道路分布指數(shù)為0。地形位等級為3時,裸露巖地優(yōu)勢地位最大,分布指數(shù)為5.36,原因是該區(qū)域農(nóng)村居民用地分布集中,滿足生計需要,對自然環(huán)境活動較強;當(dāng)?shù)鼐用駥ν恋亻_墾活動較大,采石場分布較多,造成土地流失現(xiàn)象激烈,石漠化現(xiàn)象突出,需要引起當(dāng)?shù)卣块T注意,實施退耕還林還草政策[25]。

圖5 中部槽谷地形梯度的土地利用類型分部圖Fig.5 The land use type distribution of terrain gradient in middle trough valley

3.1.3東部槽谷土地利用類型在不同地形位等級上的分布特征

土地利用類型在不同地形梯度上分布呈現(xiàn)相似特征和差異(圖6)。農(nóng)村居民用地、城鎮(zhèn)用地、山地旱地、水田、溝渠在地形位等級1—4時,分布指數(shù)P>1,分布具有優(yōu)勢地位,其中城鎮(zhèn)用地分布在等級2時,分布指數(shù)最大(5.21),隨著地形梯度增加分布指數(shù)均減小趨勢。從1—7等級,草地分布指數(shù)逐漸上升,草地分布在整個地形梯度上分布優(yōu)勢度好。有林地和灌木林地在等級7時P<1,分布優(yōu)勢度較差,原因是當(dāng)?shù)亻_墾高地形位的灌木林地、林地轉(zhuǎn)為茶葉基地。裸露巖地最優(yōu)勢分布為1—3等級,其中在1等級時,分布指數(shù)最高(7.35),原因是城鎮(zhèn)用地、山地旱地、工礦用地主要分布于該地形位,人類活動頻繁,致使裸露巖地在該地形位分布較高;隨地形位等級增加,達等級5時降為0。

圖6 東部槽谷地形梯度的土地利用類型分布圖Fig.6 Land use type distribution of terrain gradient in eastern trough valley

3.2 基于地形位梯度土地利用多樣性分析

圖7 巖溶槽谷區(qū)地形梯度的土地利用多樣性Fig..7 Land use diversity of terrain gradient in karst trough valley area

通過不同地形位梯度的土地利用多樣性指數(shù)計算[26],反映出西、中、東部槽谷土地利用多樣性在地形位梯度上呈現(xiàn)出共同的特征與差異(圖7)。西部槽谷在地形位等級為1時,土地利用構(gòu)成組分多樣性最高,最大值為0.80,在等級為2時,多樣性指數(shù)為0.76,這說明,西部槽谷土地利用類型構(gòu)成組分均勻,在地形位1—2級為主。隨著地形位等級的增加,多樣性指數(shù)由1等級的0.80降低到7等級的0.56,這說明,土地利用多樣性有降低趨勢。中部槽谷多樣性指數(shù)在地形位1等級時0.78,等級2時,多樣性指數(shù)為0.73,說明土地利用多樣性豐富度主要分布于1—2級;隨著地形位等級增加,降低到7等級的0.57,土地利用多樣性隨之減少。東部槽谷土地利用多樣性指數(shù)從等級1的0.75降低到等級7的0.48,這說明,土地利用多樣性主要集中在地形位等級1。

根據(jù)西、中、東部槽谷在地形位上變化特征可認(rèn)為,三條槽谷土地利用類型分布均勻度主要集中于低地形位區(qū)域,該區(qū)域的土地利用構(gòu)成組分占研究區(qū)主要面積,原因是低地形梯度,其地形起伏較小,地勢較平坦且開闊,城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地集中槽壩,便于開墾利用,然而土地利用多樣性增加,且分布均勻[27]。三條槽谷變化的共同特征是;土地利用多樣性隨地形位等級增加,都表現(xiàn)出降低趨勢,主要原因是;土地利用多樣性對地形位等級有較高的選擇適應(yīng)性。西中部槽谷在地形位等級1—2時,多樣性指數(shù)降低緩慢;2—3等級時,多樣性指數(shù)分別減少了0.11、0.09,波動較大,說明在1—2等級與2—3等級是土地利用多樣性的跨區(qū)。

3.3 基于地形位梯度的土地利用程度分析

隨著地形位等級增加,西、中、東部槽谷土地利用程度指數(shù)存在降低趨勢(圖8),是由于新型城鎮(zhèn)化、新農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整主要集中在低地形位區(qū)域,使得低地形位土地利用程度較高[28-29]。西、東部槽谷在1—2等級時,土地利用程度指數(shù)大于中部槽谷,原因是西、東部槽谷自然環(huán)境較中部槽谷平坦,且分布著楓香溪鎮(zhèn)(西部槽谷)、譙家鎮(zhèn)(西部槽谷)和沙子坡鎮(zhèn)(東部槽谷),社會經(jīng)濟較發(fā)達,人類對土地利用擾動頻繁所致。在等級4時,西、中、東部槽谷的土地利用程度指數(shù)接近穩(wěn)定,說明西、中、東部槽谷在該等級上,土地利用程度具有相似性。從地形位等級3—7時,西、中、東部槽谷的土地利用程度緩慢降低,這主要原因是,地形梯度越高,人口密度分布越少,距城鎮(zhèn)、道路距離越遠;加之,當(dāng)?shù)卣块T進行退耕還林還草工程的實施,大量山地旱地轉(zhuǎn)換為有林地和草地,人類活動較少?？傮w上,西、中、東部槽谷在低地形位與高地形位區(qū)域,其土地利用程度發(fā)展趨勢朝著穩(wěn)定和合理的分布狀態(tài)。

圖8 巖溶槽谷區(qū)地形梯度的土地利用程度Fig.8 Land use intensity of terrain gradient in karst trough valley area

3.4 基于地形位梯度上的土地利用合理性分析

圖9 巖溶槽谷區(qū)地形梯度的土地利用合理性Fig..9 Land use rationality of terrain gradient in karst trough valley area

巖溶槽谷區(qū)西、中、東部槽谷土地利用相對合理性在不同地形位上呈現(xiàn)共同特征與差異(圖9)。西、中、東部槽谷在地形位等級1—3時,土地利用相對合理性指數(shù)均為1,其西、中、東部槽谷占地形位等級的面積比分別是48.37%、41.62%、36.07%;這說明,在1—3級土地利用合理性達到最佳狀態(tài);在社會經(jīng)濟發(fā)展同時,槽谷區(qū)域的人地關(guān)系處于耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)[30]。地形位等級大于3時,土地利用相對合理性指數(shù)隨著降低,且西部槽谷由等級3時的合理性指數(shù)1降到等級7的0.66;中部槽谷由等級3時的合理性指數(shù)1降到等級7的0.53;東部槽谷有等級3時的合理性指數(shù)1降到等級7的0.43;隨著地形位增加,不同土地利用類型在空間分布具有選擇適宜性[31]。由于槽谷區(qū)這一典型地貌對土地利用類型分布的局限性,地勢條件較好的西部槽谷,土地利用合理性大于中部槽谷和東部槽谷。東部槽谷在地形位等級6—7時,土地利用合理性低于中部槽谷,經(jīng)調(diào)研分析,原因是東部槽谷在地形位6—7等級時,土地利用沒有得到合理的規(guī)劃,進行大面積土地利用方式轉(zhuǎn)變;其草地、山地旱地、有林地開墾種植茶葉,造成局部土壤侵蝕嚴(yán)重,需引起相關(guān)部門重視[32]。

4討論4.1巖溶槽谷區(qū)不同地形位的土地利用空間分布的驅(qū)動因素

結(jié)合研究區(qū)實際情況,對土地利用在地形梯度上進行了系統(tǒng)研究,揭示出土地利用在地形梯度上呈現(xiàn)空間分布差異性,出現(xiàn)這種差異是與槽谷區(qū)的自然因素、社會經(jīng)濟因素、政府政策因素緊密相連(圖10)。

4.1.1自然因素

自然因素對土地利用多樣性指數(shù)具有決定性作用[33]。地形因子是影響水熱條件分布與人類活動的重要限制性因子,從而,對各土地利用類型在地形條件上的選擇性較大,決定了研究區(qū)土地利用多樣性和土地利用程度、土地利用組合的空間分布格局,以及土地利用合理性。山地旱地、草地、有林地、灌木林地是槽谷區(qū)主要土地利用類型,在各級梯度上分布面積多,且分布占有優(yōu)勢地位。由于地形因子限制作用,決定了城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地及農(nóng)業(yè)耕作土地利用類型主要分布于低地形位等級區(qū)域。在低地形位等級區(qū)域,土地利用多樣性豐富,隨著地形位增加,則出現(xiàn)土地利用多樣性指數(shù)降低且單一,低地形位土地利用程度明顯高于高地形位,地形位對土地利用程度具有基礎(chǔ)性作用。定量分析得,在地形位因子影響下,巖溶槽谷區(qū)西、中、東部槽谷土地利用是處于合理與較合理狀態(tài)。因此,在經(jīng)濟落后的巖溶槽谷區(qū)自然因素對土地利用分布格局、土地利用多樣性、土地利用程度占有主導(dǎo)作用。

4.1.2社會經(jīng)濟因素

隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展、人口增長、城鎮(zhèn)化建設(shè)、中國新農(nóng)村建設(shè)等社會經(jīng)濟驅(qū)動因子影響,促進不同地形梯度的土地利用分布格局[34-35]。在社會經(jīng)濟發(fā)展同時,人類擾動范圍不斷擴大,對低地形位梯度土地利用類型干擾性不斷加強,導(dǎo)致其土地利用多樣性在低地形位梯度上分布均勻化,地類豐富度增加;城鎮(zhèn)化、新農(nóng)村建設(shè)加大對土地需求,土地利用程度強烈由低地形位向高地形位擴張。在建設(shè)新農(nóng)村建設(shè)同時,大力發(fā)展鄉(xiāng)村旅游產(chǎn)業(yè),改變了農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和剩余勞動力增加,使得較遠距離、地形位較高處,土地大面積撂荒,土地利用轉(zhuǎn)換為草地現(xiàn)象突出;土地利用合理性由低地形位合理性向高地形位不合理性變化。綜上可以認(rèn)為,社會經(jīng)濟因素對研究區(qū)不同地形梯度土地利用分布、多樣性構(gòu)成組分及土地利用程度起著促進作用。

4.1.3政府政策主導(dǎo)因素

不同地形梯度的巖溶槽谷區(qū)受到政府政策輔助作用[36],政策決策可以使土地利用程度在不同地形位表現(xiàn)出梯度效應(yīng),從而對不同地形梯度的土地利用合理性具有指導(dǎo)作用。貴州省屬于南方重點喀斯特區(qū)域,且石漠化現(xiàn)象嚴(yán)重[37],實施石漠化綜合治理工程、退耕還林還草和林地保護工程以來,促使大面積裸露巖地、未利用地、草地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?從而加大土地整治復(fù)墾力度,在不同地形位上土地利用強烈各異。1999—2005年,其他未利用地轉(zhuǎn)為林地和草地,這說明,退耕還林還草政策取得重大成果,使得林地與草地的多樣性分布不均勻,高地形位區(qū)多樣性單一。2014年來,貴州省實施精準(zhǔn)扶貧政策、生態(tài)移民搬遷、異地搬遷,導(dǎo)致山地旱地、水田、草地撂荒現(xiàn)象突出,大面積轉(zhuǎn)為草地、林地和灌木林地;另一方面,集中連片的果園等規(guī)模利用增加,槽谷區(qū)土地利用朝著集約型轉(zhuǎn)變。

圖10 地形梯度的土地利用響應(yīng)機制Fig.10 Land use response mechanism of terrain gradient

4.2 巖溶槽谷區(qū)土地利用在地形梯度的剖面分布規(guī)律

為更清楚呈現(xiàn)出西、中、東部槽谷的地形地貌狀況,及土地利用在地形剖面上分布空間特征,對各條槽谷選取具有代表的剖面圖和樣帶圖(圖1)。在選取各槽谷剖面圖位置時,根據(jù)各條槽谷地形地貌特征能形象反映地形起伏狀況進行的。根據(jù)研究區(qū)地貌特征,本文主要從橫剖面的縱斷面和橫剖面進行具體分析。

研究區(qū)三條槽谷土地利用分布規(guī)律受自然因素影響呈現(xiàn)出一定共同變化特征與差異(圖11、圖12、圖13)。縱斷面上西、中、東部槽谷在高地形向低地形都呈現(xiàn)土地利用多樣性豐富分布規(guī)律;土地利用合理性于地形位等級1—3時,都呈現(xiàn)最優(yōu)狀態(tài),大于3時,則土地利用合理性降低。三條槽谷之間表現(xiàn)出一定共同變化特征外,在空間分布還呈現(xiàn)出一定差異性。自然條件較好的西部槽谷分布著2個集鎮(zhèn),人口數(shù)量多,人類活動頻繁,土地需求量大,土地利用程度上都較中部東部槽谷強烈,中部槽谷土地利用程度最低;三條槽谷土地利用多樣性在低地形位是西部槽谷>中部槽谷>東部槽谷,高地形位則表現(xiàn)出,中部槽谷>西部槽谷>東部槽谷。

橫剖面上西、中、東部槽谷在海拔與地形位上均呈現(xiàn)出空間分布差異性。在西部槽谷低海拔和低地形位區(qū)域距離2500—5500m左右,土地利用程度呈現(xiàn)高且集聚利用狀態(tài),槽壩向山坡兩翼延伸,土地利用程度呈現(xiàn)低利用狀態(tài)。中部槽谷在距離0—2500m左右(即中部槽谷左翼)土地利用程度高,原因是槽谷左翼坡度較緩,位置處于向陽坡,造成農(nóng)村居民用地、山地旱地、水田等主要集中分布左翼;而中部槽谷右翼處于向陰坡,主要分布有林地、灌叢等地;在距離2500—4000m左右,土地利用活動少,因此土地利用程度呈現(xiàn)低狀態(tài)。東部槽谷于1200—3800m之間,土地利用程度呈現(xiàn)高,在橫剖面距離0—1200m土地利用程度較高,而距離3800—5500m左右,土地利用呈現(xiàn)最低狀態(tài),原因是在東部槽谷的右翼山坡較陡,處于陰坡,裸巖面積大,石漠化嚴(yán)重,不適宜人居生存活動選擇的結(jié)果。

圖11 西部槽谷橫剖面的土地利用空間分布Fig.11 Spatial distribution of land use in transverse section of western trough valley

圖12 中部槽谷橫剖面的土地利用空間分布Fig.12 Spatial distribution of land use in transverse section of middle trough valley

圖13 東部槽谷橫剖面的土地利用空間分布Fig.13 Spatial distribution of land use in transverse section of eastern trough valley

4.3 巖溶槽谷區(qū)地形位梯度的土地利用類型組合模式

土地利用類型組合模式是指根據(jù)土地利用類型的地域差異,及其在特定區(qū)域范圍內(nèi)土地用途、性質(zhì)及其分布規(guī)律,而劃分為一系列土地利用方式相同的基本地域組合單元。在土地利用類型劃分時,既要考慮其相關(guān)自然要素性質(zhì)及其組合的特征,又要考慮其相關(guān)的社會經(jīng)濟特性[38-39]。巖溶槽谷區(qū)土地利用類型在地形位上表現(xiàn)出一定土地利用類型組合模式。根據(jù)土地利用類型、土地利用多樣性、土地利用程度、土地利用合理性相關(guān)研究得出,由西部槽谷、中部槽谷、東部槽谷,高程在380—580m、坡度0—10°時,主要土地利用類型組合模式是水田、溝渠、水域為主,即為低地形位土地利用類型組合模式;其土地利用多樣性豐富、土地利用程度強烈、土地利用合理性高。高程為580—880m、坡度為10—20°時,土地利用類型組合模式是道路、農(nóng)村居民用地、城鎮(zhèn)用地、工礦用用地、山地旱地為主,即為中地形位土地利用類型組合模式;其土地利用多樣性較豐富、土地利用程度一般、土地利用合理性也較高。高程為880—1280m、坡度大于20°時,則主要以有林地、灌木林地、裸露巖地、草地土地利用類型為主,即高地形位土地利用類型組合模式;其土地利用多樣性均勻度逐漸降低、土地利用程度較弱、土地利用合理性較好(圖14)。

圖14 地形位土地利用類型組合模式Fig.14 Land use type of terrain niche combination model

4.4 巖溶槽谷區(qū)不同地形位梯度土地利用空間分布的生態(tài)意義

研究區(qū)西、中、東部槽谷在地形位梯度的土地利用多樣性、土地利用程度、土地利用合理性在空間分布格局上即存在共同特征,又存在各自差異性,研究其對土地生態(tài)意義具有重要意義。通過槽谷區(qū)地形地貌比較和不同地形梯度土地利用空間分布格局分析,在進行土地利用規(guī)劃時應(yīng)遵循土地利用類型在不同地形梯度上選擇性與適應(yīng)性,應(yīng)做到因地制宜原則、綜合分析原則、科學(xué)規(guī)劃原則,從而對土地利用合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整,減輕巖溶槽谷區(qū)的土地石漠化現(xiàn)象治理及土地生態(tài)環(huán)境的保護、恢復(fù)有著極其重要意義[40],實現(xiàn)巖溶山地土地資源優(yōu)化配置及土地利用可持續(xù)性。

5 結(jié)論

本文選取貴州省德江縣、沿河縣和印江縣交界處的西部槽谷、中部槽谷、東部槽谷作為研究區(qū)域,槽谷區(qū)主要由山坡(高地形位)-槽壩(低地形位)兩種土地類型構(gòu)成。本文從地形位梯度上來反映槽谷區(qū)土地利用空間分布特色：①同一槽谷, 山坡-槽壩的土地利用對比,反映出在不同地形梯度上的土地利用類型梯度選擇性;②不同槽谷之間,山坡-槽壩的土地利用進行對比,這主要根據(jù)3個槽谷的橫剖面的土地利用分布格局顯示出來。本文綜合分析了土地利用類型在地形梯度上的空間分布共性特征與差異,有以下幾點結(jié)論：

(1)盡管西、中、東部槽谷地形地貌存在差異性,但在地形梯度上土地利用類型都呈現(xiàn)梯度層次性,農(nóng)村居民用地、城鎮(zhèn)用地、水田、山地旱地集中分布于低地形位,具有分布優(yōu)勢地位;草地、有林地、灌木林地主要分布高地形位。土地利用類型組合模式主要以低、中、高3種地形位組合模式。

(2)三條槽谷土地利用多樣性指數(shù)于低地形位區(qū)域分布均勻,且利用類型豐富,隨著地形梯度增加,土地利用多樣指數(shù)都呈現(xiàn)降低,土地利用多樣性分布不均勻。

(3)土地利用程度主要集中于低地形梯度,隨地形位梯度的增加都呈現(xiàn)降低共性,其中土地利用程度是:西部槽谷>東部槽谷>中部槽谷。

(4)盡管各條槽谷土地利用類型分布有所差異,但土地利用合理性主要集中地形位等級1—3,其土地利用相對合理性指數(shù)都為1,土地利用處于最佳狀態(tài);總體上三條槽谷土地利用都處于合理狀態(tài)。

(5)本文主要從土地利用多樣性、土地利用程度、土地利用合理性,探討土地利用類型在地形梯度上分布格局共性與差異,關(guān)于在地形梯度上,巖溶槽谷區(qū)的土地利用演變時空共性與差異、土地利用轉(zhuǎn)型和人地關(guān)系矛盾將是本研究繼續(xù)值得探討的方向。