羅應(yīng)忠 韋小茶 馬龍生 韋政學(xué) 顏紅 梁建方

摘要：在遙感和GIS技術(shù)的支撐下，基于1995年、2005年和2017年遙感影像目視解譯獲得3期土地利用數(shù)據(jù)，結(jié)合土地利用動態(tài)變化和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的方法，對貴州省漣江流域1995—2017年土地利用時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：近20a來，漣江流域的土地利用以灌木林地、耕地、林地和草地為主，灌木林地和耕地的面積呈下降趨勢，林地呈略微增加趨勢，草地先增加后下降，其他用地和水域面積呈下降后又保持平穩(wěn)趨勢，建設(shè)用地的面積則持續(xù)增加;各土地利用類型在2005—2017年的變化程度比1995—2005年更劇烈，從1995—2017年整個(gè)研究時(shí)段來看，建設(shè)用地的增加趨勢最明顯，主要分布在流域中部的惠水縣和北部的花溪區(qū)黨武鎮(zhèn)、青巖等地;在1995—2005年，土地利用轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為耕地轉(zhuǎn)為草地和林地灌木林地轉(zhuǎn)為林地，說明退耕還林還草、石漠化治理等生態(tài)建設(shè)效果比較明顯;而在2005—2017年，耕地、草地和水域轉(zhuǎn)為建設(shè)用地較為明顯，流域近年的城鎮(zhèn)化進(jìn)程在逐步加快;建設(shè)用地和耕地主要在研究區(qū)中部偏東呈縱列分布，林地主要在研究區(qū)中部呈塊狀分布，草地和灌木林地遍布全區(qū)，且兩者差別不大，除此之外部分耕地在研究區(qū)零星分布。研究結(jié)果為漣江流域的生態(tài)文明建設(shè)、城鎮(zhèn)化發(fā)展和土地資源利用規(guī)劃等提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土地利用;時(shí)空變化;漣江流域;貴州省

中圖分類號：S-3? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200229040

引言

土地是影響人類賴以生存和發(fā)展的重要資源，而土地資源的不合理利用，如亂砍濫伐、陡坡開墾和過度放牧等極易導(dǎo)致土地生產(chǎn)力下降、耕地資源減少等不可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)象[1]。在社會和全球變化背景下，土地利用/覆被變化（Land use and cover change，LUCC）已成為全球變化研究的熱點(diǎn)之一[2， 3]。

土地利用/覆被變化主要表現(xiàn)為土地利用類型、格局和強(qiáng)度的變化，目前已有許多學(xué)者對土地利用/覆被的時(shí)空變化特征展開了大量研究，并已取得了豐碩的成果。例如：王渺林等開展土地利用變化和氣候波動對東江流域水循環(huán)的影響研究[4];陳水森等對珠江口岸區(qū)近20a來土地利用變化基本特點(diǎn)進(jìn)行分析[5];韓會慶等基于地貌特征對貴州省土地利用時(shí)空變化進(jìn)行了分析[6];劉敏等對貴州山區(qū)土地利用變化進(jìn)行多尺度空間自相關(guān)分析[7];金建德等基于RS和GIS技術(shù)展開貴陽市土地利用/覆蓋變化時(shí)空特征分析[8]基于RS和GIS的土地利用變化時(shí)空特征研究以重慶主城區(qū)為例[9];劉嬌運(yùn)用灰度關(guān)聯(lián)法對湄潭縣土地利用結(jié)構(gòu)動態(tài)演變的特征與社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)的驅(qū)動力因素做關(guān)聯(lián)分析[10]。也有部分學(xué)者對喀斯特地區(qū)的土地利用變化進(jìn)行研究，如李成志等開展喀斯特地區(qū)縣域土壤侵蝕估算及其對土地利用變化的影響[11]，李瑞等對黔中喀斯特區(qū)典型土地利用方式及耕作措施的水土流失調(diào)控效應(yīng)進(jìn)行研究[12]。

貴州省屬于典型的山地省份，廣泛分布典型的喀斯特地貌，具有地表破碎、地形崎嶇、生態(tài)脆弱、石漠化嚴(yán)重和貧困等突出的人地關(guān)系矛盾[13， 14]。貴州土地資源稀缺，并且目前正處于“西部大開發(fā)”、“生態(tài)文明建設(shè)”、“大生態(tài)、大數(shù)據(jù)和大扶貧”的戰(zhàn)略背景下，合理的土地利用開發(fā)與規(guī)劃利用對當(dāng)?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展具有極其重要的意義[15]。漣江流域是典型的喀斯特流域，也分布有貴州省重要的土地資源，近年來的土地利用正發(fā)生巨大的變化。因此本文基于1995年、2005年和2017年3期遙感影像，通過人機(jī)交互目視解譯的方法獲得3期土地利用數(shù)據(jù)，結(jié)合土地利用動態(tài)變化和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的分析方法，對貴州省漣江流域1995—2017年土地利用時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)氐耐恋乩煤侠硪?guī)劃提供一定的決策參考。

1研究區(qū)概況

漣江屬珠江水系西江干流紅水河段支流蒙江的干流，在羅甸與長順縣之間的交硯與格凸河匯合后稱蒙江，長約150km。漣江流域位于貴州省西南部（E106°14′～106°51′，N25°32′～26°26′），面積約為3025km2。流域海拔高度在517～1650m之間，地勢北高南低，中部平緩，其境內(nèi)主要為喀斯特地貌類型，流域中部的惠水壩子是貴州省珍貴的土地資源。境內(nèi)以黃壤、石灰土、水稻土和草甸土為主要土壤類型，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，具有高原季風(fēng)濕潤氣候的特點(diǎn)。年平均氣溫為15.5℃，年降雨量在1215mm左右，自然帶屬于亞熱帶常綠闊葉林帶。流域大部分地區(qū)屬典型的喀斯特，生態(tài)環(huán)境脆弱。加上不合理的人為活動使得自然植被遭到破壞，土壤受到侵蝕，基巖大面積裸露，土地生產(chǎn)力下降。特別是流域內(nèi)的長順市、羅甸縣和龍里縣等地區(qū)石漠化、水土流失等生態(tài)環(huán)境現(xiàn)象嚴(yán)重。近年來，通過積極響應(yīng)國家退耕還林（還草）、石漠化綜合治理等生態(tài)文明建設(shè)和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、精準(zhǔn)扶貧等政策后，流域的土地利用發(fā)生了顯著變化。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

土地利用數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gscloud.cn/），分別為1995年Landsat 4-5 TM、2005年Landsat 4-5 TM、2017年Landsat 8 OLI，數(shù)據(jù)行列號均為127/42;SRTM DEM數(shù)據(jù)的空間分辨率為90m，條帶號和行編號分布為58和7。利用ENVI Classic 5.3對遙感影像進(jìn)行波段融合、去云等預(yù)處理，在Arc GIS 10.2軟件中對影像進(jìn)行目視解譯。參考中國科學(xué)院土地利用/覆被分類系統(tǒng)，把研究區(qū)分為有林地、灌木林地、草地、耕地、建設(shè)用地、水域和其他等7種土地利用類型，并通過野外實(shí)地調(diào)研和Google Earth驗(yàn)證，進(jìn)一步提高解譯精度。

2.2研究方法

2.2.1土地利用的動態(tài)變化

本文通過采用變化量和變化幅度2個(gè)指標(biāo)對土地利用變化進(jìn)行定量分析[16]。土地利用動態(tài)度是指某研究區(qū)在研究時(shí)間范圍內(nèi)單一土地利用類型的數(shù)量變化情況，土地利用變化率指單一土地利用類型的變化量占其初期總量的比例，反映土地利用變化的程度。具體表達(dá)式為：

ΔS=Sb-Sa（1）

K=（Ub-Ua）/Ua×100%（2）

式中，Sa表示初期土地利用的面積，Sb表示末期土地利用的面積;ΔS和K分別表示土地利用面積的變化量和變化率。

2.2.2土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是研究土地類型間相互轉(zhuǎn)化的數(shù)量和方向的方法，其能夠具體反映土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征和各類型間的轉(zhuǎn)移方向[17， 18]。具體表達(dá)式為：

Sij =S11S12…S1n

S21S22…S2n

Sn1Sn2…Snn（3）

式中，Sij表示研究初期第i類土地轉(zhuǎn)移為研究末期j類土地的面積;i為第1時(shí)期土地利用類型;j為第2時(shí)期土地利用類型;n為土地利用類型的數(shù)量。

3結(jié)果與分析

3.1土地利用結(jié)構(gòu)及其變化

結(jié)合表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)和圖2的土地利用空間分布圖分析發(fā)現(xiàn)，漣江流域的土地利用總體以灌木林地、耕地、林地和草地為主。流域的總面積為3025.62 km2，其中灌木林地在1995年、2005年和2017年3個(gè)時(shí)期所占流域總面積的比例均最大，分別為38.49%、37.87%和37.62%，在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)呈下降趨勢。耕地在3個(gè)時(shí)期占流域總面積的比例也呈下降的趨勢，分別為20.7%、18.27%和17.46%。林地在3個(gè)時(shí)期所占流域總面積的比例分別為13.85%、14.59%和14.70%，呈略微增加的趨勢。草地在3個(gè)時(shí)期所占流域總面積的比例分別為25.3%、27.04%和26.76%，呈先增加后下降的趨勢。建設(shè)用地則呈上升的趨勢，分別為1.39%、1.53%、2.78%。其它用地和水域面積在研究時(shí)段內(nèi)呈下降后又保持平穩(wěn)的趨勢，總體變化幅度不大。在研究時(shí)段內(nèi)灌木林地和耕地面積占比下降，林地、草地和建設(shè)用地面積占比總體增加，其中耕地和建設(shè)用地面積占比變化幅度較大。

3.2土地動態(tài)變化

表2和圖3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，流域在1995—2005年時(shí)段內(nèi)，耕地和灌木林地的面積減少比較明顯，耕地減少的面積為60.48km2，變化率為-9.86%，灌木林地面積減少18.79km2，變化率為-1.61%。林地、草地和建設(shè)用地的面積增加比較明顯，其中林地面積增加了22.42km2，變化率為5.35%;草地的面積增加了52.77km2，變化率為6.89%;建設(shè)用地面積增加4.43km2，變化率為10.55%。在2005—2017年時(shí)段內(nèi)，流域的建設(shè)用地變化最明顯，其面積增加了37.59km2，變化率為37.59%。耕地、草地和其它用地的面積分別減少了24.49km2、8.66km2和0.08km2，變化率分別為-4.43%、-1.06%和-3.81%。從整個(gè)研究時(shí)段來看，漣江流域1995-2017年的耕地、灌木林地、其它用地、水域面積持續(xù)減少。其中耕地減少84.94km2，變化率為-13.85%。建設(shè)用地的增加趨勢最明顯，其增加的總面積達(dá)42.02km2，變化率為100.11%，主要分布在流域中部的惠水縣和北部的花溪區(qū)黨武鎮(zhèn)、青巖等地。其次增加比較明顯的是林地和草地，增加量分別為25.71km2和44.11km2，變化率分別為6.14%和5.76%。建設(shè)用地主要在研究區(qū)中部偏東呈縱列斷續(xù)分布，林地主要在研究區(qū)中部呈塊狀分布，草地和灌木林地遍布全區(qū)，且兩者差別不大，而耕地主要在研究區(qū)中部偏東呈縱列連續(xù)分布，除此之外部分耕地在研究區(qū)零星分布。

3.3土地轉(zhuǎn)移矩陣

通過Arcmap軟件對3期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行兩兩疊置分析，并把相交后的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel中統(tǒng)計(jì)進(jìn)行土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析。結(jié)果顯示，漣江流域1995―2005年（表3）的土地利用轉(zhuǎn)移方向主要表現(xiàn)為耕地轉(zhuǎn)化為草地的面積最大，為56.40km2，其次為林地、建設(shè)用地，轉(zhuǎn)化的面積分別為5.26km2和3.85km2;灌木林地主要轉(zhuǎn)化為林地，轉(zhuǎn)化面積達(dá)21.95km2。草地、建設(shè)用地、其它用地、水域轉(zhuǎn)化不明顯。流域在2005―2017年（表4）的土地利用類型轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的面積最大，為30.71km2，其次為林地，轉(zhuǎn)化面積為5.24km2;林地主要轉(zhuǎn)化為耕地、灌木林地、建設(shè)用地和水域，灌木林地主要轉(zhuǎn)化為耕地、林地和建設(shè)用地。在1995—2005年時(shí)段內(nèi)，耕地轉(zhuǎn)為草地和林地，灌木林地轉(zhuǎn)為林地占主要的變化方向，各地類轉(zhuǎn)為草地和林地的總面積分別達(dá)56.81km2和35.19km2，說明在這期間的退耕還林還草等生態(tài)建設(shè)效果比較明顯。在2005―2017年時(shí)段內(nèi)，耕地、草地和水域轉(zhuǎn)為建設(shè)用地最為明顯，各地類轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的總面積在土地利用轉(zhuǎn)移中最大，為43.52km2。

4結(jié)論與討論

基于1995年、2005年和2017年遙感影像，通過目視解譯得到3期土地利用數(shù)據(jù)，對貴州省漣江流域1995—2017年土地利用時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：漣江流域以灌木林地、耕地、林地和草地為主，灌木林地和耕地的面積呈下降趨勢，林地呈略微增加的趨勢，草地先增加后下降，其他用地和水域面積呈下降后又趨于平穩(wěn)，建設(shè)用地的面積則持續(xù)增加;各土地利用類型在2005—2017年的變化幅度比1995—2005年大，從1995—2017年整個(gè)研究時(shí)段來看，建設(shè)用地的增加趨勢最明顯，主要分布在流域中部的惠水縣和北部的花溪區(qū)黨武鎮(zhèn)、青巖等地;在1995—2005年時(shí)段內(nèi)，耕地轉(zhuǎn)為草地和林地，灌木林地轉(zhuǎn)為林地占主要的變化方向，說明退耕還林還草、石漠化治理等生態(tài)建設(shè)效果比較明顯而在2005—2017年時(shí)段內(nèi)，耕地、草地和水域轉(zhuǎn)為建設(shè)用地最為明顯，流域的城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快研究區(qū)建設(shè)用地主要在中部偏東呈縱列斷續(xù)分布，林地主要在中部呈塊狀分布，草地和灌木林地遍布全區(qū)，且兩者差別不大，而耕地主要在中部偏東呈縱列連續(xù)分布，除此之外部分耕地在研究區(qū)零星分布。因此，今后應(yīng)注重協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展之間的矛盾，進(jìn)行合理、科學(xué)的土地規(guī)劃，牢固并貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的可持續(xù)發(fā)展理念。

參考文獻(xiàn)

[1] 史培軍， 宮鵬. 土地利用/覆蓋變化研究的方法與實(shí)踐[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2000.

[2]楊存建， 劉紀(jì)遠(yuǎn)， 張?jiān)鲈敚?等. 遙感和GIS支持下的中國退耕還林還草決策分析[J]. 遙感學(xué)報(bào)， 2002， 6（3）： 205-211.

[3]劉紀(jì)遠(yuǎn)， 匡文慧， 張?jiān)鱿椋?等. 20世紀(jì)80年代末以來中國土地利用變化的基本特征與空間格局[J]. 地理學(xué)報(bào)， 2014， 69（1）： 3-14.

[4]王渺林， 夏軍. 土地利用變化和氣候波動對東江流域水循環(huán)的影響[J]. 人民珠江， 2004 （02）： 4-615.

[5]陳水森， 黎夏， 鄒春洋. 珠江口岸區(qū)近20年來土地利用變化基本特點(diǎn)[J]. 人民珠江， 2001（05）： 52-54.

[6]韓會慶， 楊廣斌， 張鳳太， 等. 基于地貌特征的貴州省土地利用時(shí)空變化分析[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 39（5）： 99-105.

[7]劉敏， 趙翠微， 施明輝， 等. 貴州山區(qū)土地利用變化多尺度空間自相關(guān)分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012， 28（20）： 239-246.

[8]金建德， 周治黔， 孟維亮， 等. 基于RS和GIS的貴陽市土地利用/覆蓋變化時(shí)空特征分析[J]. 云南大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 33（1）： 42-48.

[9]王福海， 陳丹. 基于RS和GIS的土地利用變化時(shí)空特征研究—以重慶主城區(qū)為例[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2016， 30（7）： 78-85.

[10]劉嬌. 湄潭縣土地利用結(jié)構(gòu)變化及其驅(qū)動因素研究[J]. 人民珠江， 2019， 40（02） ：51-56.

[11]李成志 連晉姣， 陳洪松， 等. 喀斯特地區(qū)縣域土壤侵蝕估算及其對土地利用變化的響應(yīng)[J]. 中國水土保持科學(xué)， 2017， 15（5）： 39-47.

[12]李瑞， 李勇， 熊康寧， 等. 黔中喀斯特區(qū)典型土地利用方式及耕作措施的水土流失調(diào)控效應(yīng)[J]. 水土保持通報(bào)， 2017， 37（6）： 136-140.

[13]王世杰， 李陽兵. 喀斯特石漠化研究存在的問題與發(fā)展趨勢[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展， 2007， 22（6）： 573-582.

[14]張殿發(fā)， 歐陽自遠(yuǎn)， 王世杰. 中國西南喀斯特地區(qū)人口、資源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展[J]. 中國人口.資源與環(huán)境， 2001， 11（1）： 78-82.

[15]周忠發(fā)， 安裕倫. 貴州省水土流失遙感現(xiàn)狀調(diào)查及空間變化分析[J]. 水土保持通報(bào)， 2000（06）： 23-2541.

[16]周秋文， 韋小茶， 許幼霞， 等. 清水河流域1978—2010年土地利用變化時(shí)空特征[J]. 測繪工程， 2016， 25（11）： 12-17.

[17]朱麗輝， 徐瑤， 杜忠. 2000—2015年南充市土地利用/覆被變化及其驅(qū)動因素[J/OL]. 水土保持通報(bào)，2019， 39（5）： 1-5.

[18]許丁雪， 吳芳， 何立環(huán)， 等. 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響研究——以張家口承德地區(qū)為例[J/OL]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2019， 39（20）： 1-9.