劉月陽，杜 崇，龔文峰，劉鐵冬，聶堂哲，劉 濤，曹凱華，徐鋮龍

（1黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080；2海南大學(xué)林學(xué)院，海口 570228）

0 引言

土地利用/覆被變化(LUCC)作為全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域，且“時(shí)間變化”及“空間變化”現(xiàn)已成為土地利用變化研究的重要內(nèi)容，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)其開展了大量的相關(guān)研究[1-2]。而普通定量分析難以全面闡述不同時(shí)空尺度下的土地利用變化這一復(fù)雜過程。地理信息圖譜可以通過圖形語言和譜系表達(dá)更好地展現(xiàn)土地利用時(shí)空變化規(guī)律[3-4]，其原理是借助一種時(shí)空復(fù)合分析方法，對(duì)時(shí)空信息加以有效利用，實(shí)現(xiàn)土地利用變化的格局與過程一定的耦合，以便呈現(xiàn)出更加直觀、形象的土地利用變化格局，以此揭示土地利用方式轉(zhuǎn)變的過程及成因。不僅對(duì)于土地資源的合理配置、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義[7]，而且在一定程度上為研究土地利用格局時(shí)空演變提供了新的途徑。

地學(xué)信息圖譜是一種時(shí)空復(fù)合分析方法，可以更加清楚的表達(dá)土地利用時(shí)空變化規(guī)律，有利于深化土地利用變化內(nèi)在規(guī)律和多維表達(dá)[8]。目前已有學(xué)者運(yùn)用地學(xué)信息圖譜對(duì)不同區(qū)域土地利用進(jìn)行研究，研究區(qū)域主要集中于中國(guó)中部及東南部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)[9-10]。近幾年又轉(zhuǎn)向流域等區(qū)域，于元赫等[11]運(yùn)用地理信息圖譜對(duì)沂河流域在1995—2015年的土地利用時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行分析；李曉蕾等[12]運(yùn)用CLUE-S模型對(duì)博斯騰湖流域土地利用變化進(jìn)行模擬，分析不同情景下土地利用變化差異性；李丹等[13]基于地學(xué)信息圖譜分析了黃河三角洲景觀格局影響研究。但是基于土地利用圖譜研究中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的西南區(qū)域的土地利用格局演變的相對(duì)較少，研究重慶東南區(qū)域的酉陽縣土地利用時(shí)空演變規(guī)律則更加稀少。

酉陽縣地處武陵山區(qū)腹地，位于武陵山區(qū)及烏江干流兩個(gè)經(jīng)濟(jì)帶之間，而烏江流域是三峽庫(kù)區(qū)水土流失嚴(yán)重的區(qū)域之一。酉陽縣位于渝東南地區(qū)，是重慶市定點(diǎn)扶貧縣及渝東南地區(qū)的國(guó)家生態(tài)景區(qū)，同時(shí)也是中國(guó)西南的典型巖溶山區(qū)，該區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，土地貧瘠，巖溶區(qū)面積達(dá)總面積的60%以上，石漠化廣泛分布且嚴(yán)重[14-15]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)年均土壤侵蝕總量795.99萬t，水土流失面積達(dá)到2094.15 km2，占區(qū)域面積的40.28%，屬于典型的生態(tài)脆弱區(qū)，且人地矛盾尖銳并加劇了區(qū)域的石漠化和土壤侵蝕程度。因此，探究該區(qū)域土地利用時(shí)空變化特征及生態(tài)地理過程，對(duì)于合理開發(fā)區(qū)域土地資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和維護(hù)長(zhǎng)江流域生態(tài)屏障具有重要意義。基于此，本研究以2000—2015年酉陽縣土地利用數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，基于地理信息圖譜，構(gòu)建3個(gè)時(shí)序單元的土地利用轉(zhuǎn)移圖譜和土地利用漲落勢(shì)圖譜，定量研究區(qū)域土地利用空間分布特征和時(shí)空演變規(guī)律，進(jìn)而全面準(zhǔn)確地反映研究區(qū)土地利用時(shí)空間格局變化，為區(qū)域土地資源的可持續(xù)利用提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)，該結(jié)果可以為三峽庫(kù)區(qū)的其它生態(tài)功能區(qū)的研究提交參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 地理位置

酉陽土家族苗族自治縣位于重慶市東南部（圖1），地理坐標(biāo)為 ：108°18'25"—109°19'02"E，28°19'28"—29°24'18"N。地處武陵山腹地，東鄰湖南省龍山縣，南與秀山縣、貴州省松桃縣、印江縣接壤，西與貴州沿河縣隔烏江相望，西北與彭水縣，正北與黔江區(qū)、湖北省咸豐縣、來鳳縣相連。幅員面積5173 km2，東西寬98.3 km，南北長(zhǎng)119.7 km。酉陽縣屬武陵山區(qū)，地勢(shì)中部高，東西兩側(cè)低。北部老灰阡梁子為酉陽縣的最高點(diǎn)，海拔1895 m；酉陽縣屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，全年雨量充沛，冬暖夏涼。年平均日照時(shí)數(shù)為1131 h。年平均氣溫由海拔280 m的沿河地區(qū)17℃遞減到中山區(qū)的11.8℃。1月氣溫最冷為3.8℃，7月最高為24.5℃。年降雨量一般在1000～1500 mm。

圖1 研究區(qū)域概況

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究采用的遙感數(shù)據(jù)來源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS,https://glovis.usgs.gov/)，包括：2000、2005 及2010年Landsat-5TM影像和2015年Landsat-8 OLI影像，成像時(shí)間為當(dāng)年7—9月。參照《土地利用現(xiàn)狀分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，將土地類型分為林地（林地、灌木林地及其他林地等）、耕地（水田、水澆地及旱地等）、草地（天然牧草、人工牧草及其他牧草等）、水域（河流水面、湖泊水面及溝渠等）、居民工礦用地（城鎮(zhèn)用地、工業(yè)用地及交通用地等）及未利用地（沙地及裸地等）6類。在遙感軟件ENVI 5.3的支持下，完成遙感圖像的輻射矯正、大氣矯正、拼接和裁剪等處理，采用最大似然法完成遙感圖像的分類，基于部分土地利用數(shù)據(jù)和Google Earth歷史高空間分辨率影像，分別隨機(jī)在各期土地利用分類圖上抽取100個(gè)樣點(diǎn)，并與參考數(shù)據(jù)比較，完成分類精度驗(yàn)證，其總體精度均高于85%，滿足研究區(qū)土地利用變化研究的需要，以此獲取研究區(qū)的土地利用空間數(shù)據(jù)，并將林地、耕地、草地、水域、居民工礦用地和未利用地按順序分別賦予1～6的代碼。同時(shí)收集其它相關(guān)數(shù)據(jù)，如《酉陽縣統(tǒng)計(jì)年鑒》、《重慶市水資源公報(bào)》、《重慶市酉陽縣總體規(guī)劃（2006—2020年）》、《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒》等。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動(dòng)態(tài)度 單一土地利用動(dòng)態(tài)度用來表征研究區(qū)一定時(shí)段內(nèi)某種土地利用類型的變化速率，表達(dá)式見公式(1)。

式中，U為研究時(shí)段內(nèi)某種土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Sa、Sb分別為初期、末期某種土地利用類型的面積；T為時(shí)間段。當(dāng)T設(shè)定為年時(shí)，U表示研究時(shí)段內(nèi)某種土地利用類型的年變化率。

1.3.2 土地利用圖譜分析 土地利用圖譜能夠以圖譜單元來記錄土地利用變化的時(shí)空復(fù)合信息，是由空間單元和時(shí)序單元合并而成，具有定量表示多時(shí)空條件下“空間格局”與“時(shí)序特征”的復(fù)合特點(diǎn)。選取與集合是創(chuàng)建圖譜的關(guān)鍵步驟如下。

（1）確定基本單元。選取研究區(qū)4個(gè)時(shí)間點(diǎn)的土地利用空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(30 m×30 m)為基本空間地理單元，分別構(gòu)建了 2000—2005年、2005—2010年和2010—2015年3個(gè)時(shí)段的時(shí)序圖譜單元。

（2）土地利用圖譜構(gòu)造?；贏rcGIS 10.2空間分析功能，先將相鄰兩期土地利用數(shù)據(jù)相交，而后將將前后兩期土地類型編碼值進(jìn)行代數(shù)計(jì)算，計(jì)算公式見公式(2)。

式中，P為新生成的兩位數(shù)編碼值，即土地利用圖譜單元類型；M為前期的土地利用類型編碼值；N為后期的土地利用編碼值，進(jìn)而獲取研究區(qū)2000—2005年、2005—2010年和2010—2015年3個(gè)時(shí)期的土地利用轉(zhuǎn)移圖譜。

（3）漲落勢(shì)圖譜分析。根據(jù)分類原則，將其他所有用地類型轉(zhuǎn)入該類型的面積歸為該類型新增面積，即漲勢(shì)圖譜，而該類型轉(zhuǎn)出的所有面積歸為該類型萎縮面積，即落勢(shì)圖譜?；诖?，本文對(duì)研究區(qū)2000—2005年、2005—2010年和2010—2015年3期土地利用圖譜變化特征分析，以期揭示區(qū)域土地格局時(shí)空演變和空間分異規(guī)律。

1.3.3 土地利用類型變化 土地利用變化比率表示轉(zhuǎn)變的土地利用類型占研究區(qū)所有轉(zhuǎn)變的土地利用類型的比例，能夠進(jìn)一步反映土地利用變化圖譜單元數(shù)量變化特征，計(jì)算見公式(3)。

式中，Q為變化比率；Sij為初期第i種土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)槟┢诘趈種土地利用類型的圖譜單元面積；n為土地利用類型個(gè)數(shù)。

1.3.4 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)一定時(shí)序單元內(nèi)各土地利用各要素間面積的轉(zhuǎn)化過程與轉(zhuǎn)移狀態(tài)的定量描述，能夠全面地反映區(qū)域特定時(shí)間段內(nèi)土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征和轉(zhuǎn)換方向，其數(shù)學(xué)表達(dá)式見公式(4)。

式中，Sij表示初期的第i種土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)槟┢诘牡趈種土地利用類型的面積；i、j分別為研究初期與末期的土地利用類型；m為土地利用類型的數(shù)目。本研究在ArcGIS 10.2的支持下，定量獲取2000—2005年、2005—2010年及2010—2015年3個(gè)時(shí)序的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化分析

在ArcGIS 10.2的支持下，獲取研究區(qū)的土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（見圖2），并進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算（見表1）。由表1可知，2000—2015年間研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)主要以林草類型為主，面積比例分別為86.79%，88.54%，86.13%和85.86%，占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，符合該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)，其中林地面積比例最大，分別為52.95%、66.64%、54.27%和54.19%，在研究區(qū)域占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)地位，2000—2005年林地變化速率最大，為5.17%，2005—2010年和2010—2015年分別為-3.71%和-0.03%，表明林地呈先增而后減的變化趨勢(shì)，但總體年變化速率為0.47%，呈增加態(tài)勢(shì)，主要?dú)w因于國(guó)家積極推行退耕還林等生態(tài)政策。草地所占的面積比例分別為33.84%、21.83%、31.86%和31.67%，年變化速率分別為-7.06%、9.10%和-0.12%，表明草地呈現(xiàn)先減后增而后再減的曲折變化，但總體年變化速率為-1.28%，呈減少態(tài)勢(shì)，說明草地被侵占的態(tài)勢(shì)沒有得到最終的遏制。耕地所占的面積比例分別為12.25%、10.80%、12.84%和12.82%，耕地變化速率分別為-2.31%、3.69%、-0.02%，15年來耕地呈現(xiàn)先減后增的變化趨勢(shì)，且林地與草地是耕地的轉(zhuǎn)入來源，表明區(qū)域土地利用的不合理性。水域面積比例分別為0.47%、0.44%、0.60%和0.69%，呈現(xiàn)微弱的增加趨勢(shì)。居民工礦用地占據(jù)比例較小，呈現(xiàn)略微減少而后小幅增加的趨勢(shì)，且林地和草地是其主要的轉(zhuǎn)換來源，源于隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增加，部分林地和草地被擠壓侵占后轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，區(qū)域土地利用呈現(xiàn)一定的不合理性，生態(tài)環(huán)境受到一定程度的破壞。根據(jù)《酉陽土家族苗族自治縣及37個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）修改方案》，酉陽縣規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)落實(shí)城鎮(zhèn)工礦用地規(guī)模為20.80 km2，建設(shè)用地131.97 km2，對(duì)居民工礦用地的需求將持續(xù)增加，如何在生態(tài)紅線的框架下，合理規(guī)劃利用土地，是該研究區(qū)域當(dāng)前要解決的一個(gè)棘手問題。未利用地占據(jù)最小面積比例，且基本沒什么變化。

圖2 2000—2015年研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖

表1 2000—2015年酉陽縣土地利用變化統(tǒng)計(jì)表

從土地動(dòng)態(tài)度來看（見表2），2000—2015年的林地動(dòng)態(tài)度是0.47%，說明其增加趨勢(shì)緩慢；耕地動(dòng)態(tài)度為0.93%，表明其增加速率相對(duì)加快，基本向林草地轉(zhuǎn)化；草地動(dòng)態(tài)度為-1.28%，表明草地下降速率較快，水域的增加速率為9.23%，居民工礦用地增加速率最快，為12.30%；未利用地下降速率最快，為-18.40%。

表2 土地利用動(dòng)態(tài)度

2.2 土地利用變化圖譜分析

2.2.1 2000—2005年土地利用變化圖譜分析 在ArcGIS10.2的支持下，進(jìn)行研究區(qū)2000—2005年土地利用圖譜變化計(jì)算，共生成36種圖譜單元（見圖3）。將圖譜單元按照面積大小排序，并計(jì)算其變化率（見表3）和土地利用格局轉(zhuǎn)移概率矩陣（見表4）。由表3可知：轉(zhuǎn)移面積最大的圖譜為草地→林地，其面積為695.21km2，占土地利用變化比率的38.09%，該類型的轉(zhuǎn)變歸因于退耕還林、退耕還草等各項(xiàng)林業(yè)政策的推動(dòng)，部分棄耕地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸兀莸赜洲D(zhuǎn)變?yōu)榱值?，一方面源于森林自然再生，另一方面源于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，當(dāng)?shù)卣膭?lì)農(nóng)民種植林業(yè)，重點(diǎn)發(fā)展特色經(jīng)濟(jì)林業(yè)，發(fā)展規(guī)模的要求和經(jīng)濟(jì)利益的追求推動(dòng)了該類型的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在五福鄉(xiāng)、大溪鎮(zhèn)、可大鄉(xiāng)、偏柏鎮(zhèn)、酉酬鎮(zhèn)、后溪鎮(zhèn)、麻旺鎮(zhèn)；其次，耕地→林地轉(zhuǎn)移面積為343.02 km2，占土地利用變化率的18.80%，很大程度上源于退耕還林政策的推行以及對(duì)25°以上坡耕地全部實(shí)施退耕還林的要求，使得部分坡耕地、棄耕地和未利用地被改造為林地。作為重慶市林業(yè)大縣和全國(guó)綠化模范縣候選縣，林業(yè)受到當(dāng)?shù)卣臉O大重視，成為該縣的產(chǎn)業(yè)支柱，該轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（木葉鄉(xiāng)、車田鄉(xiāng)、毛壩鄉(xiāng)）；再次草地→耕地，轉(zhuǎn)移圖譜單元數(shù)為310816個(gè)，轉(zhuǎn)移面積為279.73 km2，表明部分區(qū)域的土地利用存在一定的不合理性，毀草開荒現(xiàn)象依舊存在，酉陽縣優(yōu)質(zhì)土地資源匱乏，耕地質(zhì)量差，水土流失嚴(yán)重，較多山地不利于農(nóng)作物的耕作，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，當(dāng)?shù)鼐用窦哟罅藢?duì)草地的改造利用程度，主要集中分布于酉陽縣中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（徐市鄉(xiāng)、鐘多鎮(zhèn)等）與西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（龔灘鎮(zhèn)、兩署鄉(xiāng)等）；此外，林地→草地的轉(zhuǎn)換面積達(dá)到了208.29 km2，該類型的轉(zhuǎn)變與農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、人為干擾活動(dòng)和地理?xiàng)l件有一定的關(guān)系，轉(zhuǎn)移主要發(fā)生于酉陽縣中部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（涂市鄉(xiāng)、鐘多鎮(zhèn)等）與西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（龔灘鎮(zhèn)、兩署鄉(xiāng)等）；最后，耕地→草地和林地→耕地的面積分別為137.26 km2和123.91 km2，耕地→草地源于在退耕還草等各項(xiàng)林業(yè)政策的推動(dòng)，耕地?zé)o人耕作而被撂荒，逐漸演變?yōu)闂壐?，棄耕地又演變?yōu)椴莸?，林地→耕地則再次表明該區(qū)域土地利用存在一定的不合理性，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，當(dāng)?shù)鼐用窦哟髮?duì)林地改造利用程度，酉陽縣是少數(shù)民族的聚集地，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，部分少數(shù)民族為了獲取薪柴，加大對(duì)森林植被的破壞，致使森林面積減少，部分采伐跡地逐漸演變?yōu)楦兀饕植荚谀救~鄉(xiāng)、車田鄉(xiāng)、毛壩鄉(xiāng)、腴地鄉(xiāng)、花田鄉(xiāng)、徐市鄉(xiāng)、鐘多鎮(zhèn)和龔灘鎮(zhèn)。

圖3 2000—2005年時(shí)序單元土地利用轉(zhuǎn)移圖譜

表3 2000—2005年土地利用變化主要圖譜單元排序表

表4 2000—2005年土地利用格局轉(zhuǎn)移概率矩陣

2.2.2 2005—2010年土地利用變化圖譜分析 2005—2010年土地利用信息圖譜共有34類發(fā)生了變化，空間分布范圍如圖4，將圖譜單元按面積大小排序（表5），并計(jì)算其變化率和土地利用格局轉(zhuǎn)移概率矩陣（見表6）。如表5所示，圖譜類型最顯著的是林地→草地，轉(zhuǎn)移面積最大，為658.38 km2，占土地利用變化比率的35.61%，主要發(fā)生在酉陽縣的東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蒼嶺村、廟溪鄉(xiāng)等）與西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（五福鄉(xiāng)、大溪鎮(zhèn)等），歸因于林地退化或者與采伐跡地轉(zhuǎn)變成草地，與農(nóng)業(yè)政策和當(dāng)?shù)氐臍夂蚨加幸欢ǖ年P(guān)系；其次為林地→耕地，面積為353.99 km2，占土地利用變化比率的19.15%，主要發(fā)生于東北部村落（木葉鄉(xiāng)、車田鄉(xiāng)等）及西南村落（花田鄉(xiāng)、雙泉鄉(xiāng)等），源于研究區(qū)耕地資源相對(duì)匱乏，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)下，人們加大了對(duì)林地的改造和利用，不合理的土地利用方式依舊存在，在一定程度上表明今后要加大力度推行林業(yè)生態(tài)政策；耕地→草地和耕地→林地緊隨其后，轉(zhuǎn)移面積分別為267.62 km2和128.79 km2，占變化比率的14.48%和6.97%，源于退耕還林等積極生態(tài)政策的推行，研究區(qū)于2009年開始大力實(shí)施“工業(yè)強(qiáng)縣、林牧富縣、旅游興縣、環(huán)境立縣”四大戰(zhàn)略，山區(qū)部分勞動(dòng)力的外出和農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)減少，致使耕地的利用程度降低，尤其在環(huán)境脆弱和遭受石漠化威脅后，坡耕地棄耕擺荒現(xiàn)象更為突出，部分坡耕地、棄耕地和未利用地被改造為林地，這一程度上也表明了退耕還林還草、荒山造林等生態(tài)工程優(yōu)先選擇土壤侵蝕較為嚴(yán)重的山區(qū)地帶，主要轉(zhuǎn)化區(qū)域發(fā)生在龔灘鎮(zhèn)、兩署鄉(xiāng)、鐘多鎮(zhèn)、徐事鄉(xiāng)、麻旺鎮(zhèn)；最后，草地→林地和草地→耕地的轉(zhuǎn)化面積分別為245.66 km2和149.31 km2，變化比率分別為13.29%和8.08%，前者很大程度上源于自然植被的演替和生態(tài)環(huán)境的適宜性，后者反映了研究區(qū)對(duì)耕地的擴(kuò)張，人們對(duì)該區(qū)域草地的加大開墾，致使草地向耕地轉(zhuǎn)變，局部區(qū)域土地利用呈現(xiàn)一定不合理性。

圖4 2005—2010年時(shí)序單元土地利用轉(zhuǎn)移圖譜

表5 2005—2010年土地利用變化主要圖譜單元排序表

表6 2005—2010年土地利用格局轉(zhuǎn)移概率矩陣

2.2.3 2010—2015年土地利用變化圖譜分析 基于表7可知，研究區(qū)2010—2015年土地利用轉(zhuǎn)移圖譜共生成23類圖譜單元，其中11類土地利用類型發(fā)生了變化，總面積為14.93 km2，空間分布范圍更為擴(kuò)散（如圖5），同前兩期圖譜變化相比，土地利用類型轉(zhuǎn)移方向發(fā)生了一定變化，土地利用格局轉(zhuǎn)移概率矩陣（見表8）。首先，草地→居民工礦用地變化最為顯著，圖譜單元個(gè)數(shù)為9054個(gè)，轉(zhuǎn)移面積為8.15 km2，土地利用變化比率為54.58%，主要集中分布于酉陽縣中心區(qū)域的鄉(xiāng)鎮(zhèn)（泔溪鎮(zhèn)、麻旺鎮(zhèn)、酉酬鎮(zhèn)等小鎮(zhèn)）。同時(shí)林地→居民工礦用地與耕地→居民工礦用地轉(zhuǎn)移面積共為2.00km2，占土地利用變化比率的13.37%，究其原因是酉陽縣經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化水平的快速提升，尤其“一區(qū)四園”建設(shè)快速推進(jìn)，交通、工商業(yè)和住宅等建筑用地需求急劇增加，導(dǎo)致部分耕地和林草地被侵占后轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，使得研究區(qū)域GDP飛速增長(zhǎng)，2012年已經(jīng)達(dá)到12.9%。城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展使該區(qū)域土地利用現(xiàn)狀發(fā)生了變化，加快了耕地和林草地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換速度，加之酉陽縣是典型的巖溶地區(qū)，如缺乏正確的土地利用引導(dǎo)方式，將會(huì)加劇石漠化和區(qū)域土地侵蝕程度，引發(fā)更多的生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重制約區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并危及三峽庫(kù)區(qū)的區(qū)域生態(tài)安全問題；其次變化顯著的是其他地類向水域的轉(zhuǎn)化，主要有林地→水域和草地→水域，圖譜單元數(shù)共有4441個(gè)，轉(zhuǎn)移的面積為3.99 km2，占土地利用變化比率的26.77%，主要轉(zhuǎn)移區(qū)域發(fā)生在官清鄉(xiāng)和李溪鎮(zhèn)，轉(zhuǎn)化主要源于水域面積增大等自然因素致使林地和草地被淹沒。

圖5 2010—2015年時(shí)序單元土地利用轉(zhuǎn)移圖譜

表7 2010—2015年土地利用變化主要圖譜單元排序表

表8 2010—2015年土地利用格局轉(zhuǎn)移概率矩陣

2.3 漲落勢(shì)分析

2.3.1 漲勢(shì)圖譜分析 基于地學(xué)信息圖譜理論構(gòu)建研究區(qū)2000—2005年、2005—2010年和2010—2015年3個(gè)時(shí)序單元的漲勢(shì)圖譜（如圖6），并對(duì)轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析（見表9），以此探究區(qū)域土地利用格局時(shí)空演變和生態(tài)過程。由表9可知：2000—2005年間新增面積最大的是林地，新增面積為1049.63 km2，占總面積的9.25%。轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（五福鄉(xiāng)、大溪鎮(zhèn)等），主要原因是酉陽縣積極響應(yīng)國(guó)家退耕還林和退耕還草等政策，使得耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?，尤其坡度大?5°以上的耕地。在退耕還林等生態(tài)政策的積極推動(dòng)下，致使區(qū)域大面積的坡耕地和棄耕地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)林，土地利用逐漸合理化，加之研究區(qū)屬武陵山區(qū)，具有山高谷深的特點(diǎn)和地勢(shì)起伏大的自身地理?xiàng)l件，高差相對(duì)較大，氣候垂直分異較明顯，地形條件相對(duì)復(fù)雜，在一定程度上限制人類的干擾活動(dòng)，對(duì)于海拔高且坡度大的平地高山而言，不適宜再進(jìn)行一系列農(nóng)耕活動(dòng)，所以退耕還林、荒地造林等水土保持工程使森林資源得到較好的恢復(fù)，抑制了區(qū)域山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，在一定程度上緩解區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惡化程度。2005—2010年漲勢(shì)最多的是草地，面積為929.61km2，主要發(fā)生在酉陽縣的東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蒼嶺村、廟溪鄉(xiāng)等）與西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（五福鄉(xiāng)、大溪鎮(zhèn)等），主要是對(duì)草地的保護(hù)力度加大使得部分坡耕地、棄耕地被改造成草地，說明積極的農(nóng)業(yè)政策對(duì)草地起到了一定的保護(hù)作用，墾殖草地的現(xiàn)象在一定程度上得到遏制，但仍不容樂觀；此外林地也是草地的一個(gè)重要來源，一方面與當(dāng)?shù)厣贁?shù)民族毀林開牧有關(guān)，另一方面源于在高海拔區(qū)域，氣候條件對(duì)林地的影響使得部分林地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦苓m宜環(huán)境生長(zhǎng)的高山草甸，因此建議加強(qiáng)對(duì)林地資源的保護(hù)，充分發(fā)揮其水土源涵養(yǎng)能力。2010—2015年居民工礦用地漲勢(shì)最強(qiáng)，新增面積為10.21 km2，究其原因?yàn)槌鞘谢l(fā)展進(jìn)程加快，耕地和林草地被擠壓侵占，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地。可見，該區(qū)域城市化的進(jìn)程中，一定程度上是以破壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的，過于注重經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2001—2015年3次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由43:23:34轉(zhuǎn)變?yōu)?4:39:37，農(nóng)民年人均純收入由1358元變?yōu)?3700元，全縣農(nóng)業(yè)人口由91.37%降為71.7%，人口增長(zhǎng)也是影響土地利用變化的重要因素，2002—2012年10年間酉陽縣人口從73.78萬增加到84.48萬，凈增加了10.7萬，其中非農(nóng)業(yè)人口從6.92萬增加到23.11萬，城鎮(zhèn)化率上升了15.92%，城鎮(zhèn)人口的增長(zhǎng)帶來的影響，最主要的表現(xiàn)是對(duì)城鎮(zhèn)周圍的土地利用程度加劇，使得林地、草地及耕地被居民工礦用地?cái)D壓侵占，破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。由此可見，無論從人均GDP還是從城鎮(zhèn)化率都可以看出，酉陽縣經(jīng)濟(jì)水平在不斷提高，是以部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞和生態(tài)失衡為代價(jià)的。作為三峽庫(kù)區(qū)的經(jīng)濟(jì)生態(tài)區(qū)，在今后土地利用規(guī)劃和土地資源配置過程中，注重長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)的生態(tài)保護(hù)，協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，做到土地資源的合理利用和可持續(xù)發(fā)展。

表9 2000—2015年土地利用漲勢(shì)圖譜數(shù)據(jù)

圖6 酉陽縣各時(shí)序單元土地利用漲勢(shì)圖譜

2.3.2 落勢(shì)圖譜分析 基于地學(xué)信息圖譜生成研究區(qū)2000—2005年、2005—2010年和2010—2015年3個(gè)時(shí)序單元的落勢(shì)圖譜（如圖7），并對(duì)其變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比較分析（見表10），以此揭示研究區(qū)域土地利用格局時(shí)空演變規(guī)律。由表10可知，2000—2005年和2010—2015落勢(shì)最大的為草地，面積分別為980.83 km2和9.72 km2，草地主要是林、耕地和居民工礦用地的轉(zhuǎn)入來源，草地轉(zhuǎn)入林地很大程度上源于農(nóng)業(yè)政策的調(diào)整，草地轉(zhuǎn)換為耕地和居民工礦用地則表明區(qū)域土地利用呈現(xiàn)一定的不合理化，前一個(gè)時(shí)間段草地萎縮是后一個(gè)時(shí)間的110倍，說明該區(qū)域毀草和超載放牧等不合理的人為干擾活動(dòng)依舊很強(qiáng)烈，尤其是對(duì)地勢(shì)平緩區(qū)域的草地開發(fā)利用力度更為強(qiáng)烈，雖然該階段實(shí)施退耕還草工程，對(duì)草地起到一定的保護(hù)作用，但是沒有從根本上遏制對(duì)草地的開發(fā)利用。2000—2005年間，草地萎縮主要發(fā)生在五福鄉(xiāng)、大溪鎮(zhèn)、可大鄉(xiāng)、偏柏鎮(zhèn)、酉酬鎮(zhèn)、后溪鎮(zhèn)和麻旺鎮(zhèn)。2010—2015年，雖然草地依舊呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢(shì)，但面積相對(duì)較小，歸因于退耕還草政策的實(shí)施讓草地墾殖活動(dòng)得到了遏制。2005—2010年，萎縮林地面積最大，為1023.84 km2，主要集中分布于酉陽縣的東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蒼嶺村、廟溪鄉(xiāng)、車田鄉(xiāng)等）與西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（五福鄉(xiāng)、大溪鎮(zhèn)、花田鄉(xiāng)等），林地的轉(zhuǎn)出對(duì)象主要為草地、耕地和居民工礦用地，林地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?，除了有自然植被的演替和生態(tài)環(huán)境的適宜外，很大程度上歸于農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)展，毀林開牧的現(xiàn)象依舊存在，這與當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)政策調(diào)整和少數(shù)民族游牧特性有一定的關(guān)聯(lián)，林地轉(zhuǎn)化為耕地和居民工礦用地，則表明在城鎮(zhèn)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速發(fā)展過程中，破壞林地而獲取經(jīng)濟(jì)利益現(xiàn)象仍然存在。加大推動(dòng)退耕還林和還草工程的實(shí)施力度，杜絕生態(tài)脆弱區(qū)濫墾濫伐、過度放牧和侵占林草地等不合理的土地利用發(fā)生，要加強(qiáng)生態(tài)紅線和生態(tài)林地規(guī)劃管理，協(xié)調(diào)好當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和土地合理利用之間的關(guān)系；3個(gè)時(shí)期萎縮面積都是未利用地最小，2010—2015年僅為0.01 km2。

圖7 酉陽縣各時(shí)序單元土地利用落勢(shì)圖譜

表10 2000—2015年土地利用落勢(shì)圖譜數(shù)據(jù)

3 討論

3.1 自身環(huán)境因素對(duì)酉陽縣土地利用格局的影響

酉陽縣地處于西南典型巖溶地區(qū)，是以林、草地為主，擁有的優(yōu)質(zhì)土地資源匱乏，耕地質(zhì)量較差，水土流失較重，山地較多，用地矛盾較為突出，受自然條件限制，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢[16-18]，加之該區(qū)域土地整治難以開展并且農(nóng)村勞動(dòng)力析出越來越多，受當(dāng)?shù)厣贁?shù)民族開荒和過度放牧的人類活動(dòng)的干擾，加劇了區(qū)域耕地碎化程度，使得部分區(qū)域植被破壞，尤其草地較為突出，15年減少的面積為111.86 km2，同時(shí)受中國(guó)新型城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的影響以及當(dāng)?shù)刈匀粭l件的限制，更多的農(nóng)村勞動(dòng)力逐漸放棄農(nóng)業(yè)，開始向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，使得耕地撂荒這一現(xiàn)象較為嚴(yán)重，王秀圓[19]等在重慶市3個(gè)區(qū)縣土地利用總體規(guī)劃實(shí)施評(píng)價(jià)分析對(duì)比中，得出酉陽縣地形環(huán)境復(fù)雜，且耕地撂荒現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

3.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)酉陽縣土地利用格局的影響

酉陽縣地處武陵山區(qū)，氣候溫和，自然條件相對(duì)欠缺，農(nóng)業(yè)主要以山地種植為主，但自然資源相對(duì)豐富、生態(tài)環(huán)境以及生物多樣性特征十分顯著，有較好的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景，卻受制于當(dāng)?shù)氐慕煌òl(fā)展，造成農(nóng)業(yè)發(fā)展遲緩，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理。2006年重慶市正式提出了“一圈兩冀”發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)酉陽縣的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力和影響力，拉動(dòng)了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)[20-21]。近幾年，酉陽縣委大力實(shí)施“旅游興縣”戰(zhàn)略，高起點(diǎn)定位，大氣魄規(guī)劃，大手筆建設(shè)[22]，建筑用地面積大幅度增加，15年間居民工礦用地增加了12.12 km2。同時(shí)當(dāng)?shù)卣布哟笾矘湓炝值壬鷳B(tài)政策的推行力度，城區(qū)綠化覆蓋率達(dá)到42.16%，生態(tài)環(huán)境在重慶市名列第一，使得旅游業(yè)成為了酉陽縣主推的發(fā)展方向之一，且具有巨大的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展空間，在一定程度上實(shí)現(xiàn)旅游經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)共同發(fā)展，協(xié)調(diào)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的均衡發(fā)展。因此，在今后的發(fā)展過程中，研究區(qū)既要注重生態(tài)保護(hù)，更要注重生態(tài)安全[23-25]。

本研究基于地學(xué)信息圖譜構(gòu)建了3個(gè)時(shí)序單元的土地利用轉(zhuǎn)移圖譜和土地利用漲落勢(shì)圖譜，全面準(zhǔn)確地分析了研究區(qū)域15年間土地利用空間格局變化和生態(tài)變化過程，直接揭示不同階段性變化過程及其時(shí)空變化規(guī)律，其研究結(jié)果比較符合實(shí)際，豐富了基于縣級(jí)尺度的土地利用信息圖譜的研究成果[26-28]，為今后土地利用規(guī)劃和土地資源配置提供一定理論依據(jù)和技術(shù)支持[29-31]，更為長(zhǎng)江流域及三峽庫(kù)區(qū)其他地域合理的土地利用、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展研究提供了相應(yīng)的科學(xué)依據(jù)[32-33]。但論文采用的遙感數(shù)據(jù)源主要以Landsat TM/OLI為主，其圖譜分辨率過低；此外以縣級(jí)尺度為研究對(duì)象，使得研究區(qū)域相對(duì)過?。辉诜治鐾恋乩脮r(shí)空演變規(guī)律過程中，對(duì)酉陽縣土地利用變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究分析等不足[34-36]，沒有深入挖掘土地利用時(shí)空變化的影響因素等。

4 結(jié)論

本研究借助ArcGIS軟件和地理信息圖譜理論，基于酉陽縣2000—2015年間土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建2000—2005、2005—2010和2010—2015年3個(gè)時(shí)序土地利用變化信息圖譜，分析研究區(qū)15年間土地利用空間格局時(shí)空演變特征，結(jié)論如下：2000—2015年間研究區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)主要以林草為主體的格局現(xiàn)狀，其它地類鑲嵌其中且呈現(xiàn)向外擴(kuò)張的變化特征，15年間地類間轉(zhuǎn)化有較大的差異性。從可持續(xù)發(fā)展的角度看，今后要加強(qiáng)生態(tài)林地和草地規(guī)劃管理，推進(jìn)土地的合理利用，否則環(huán)境因素會(huì)變成制約酉陽縣發(fā)展的障礙要素；總體來看，生態(tài)環(huán)境狀況有所改善，土地利用格局逐漸合理化，在建筑用地增加的同時(shí)沒有破壞林、草地，研究區(qū)的土地利用格局經(jīng)歷了從不合理化逐步走向合理的過程，由此可以看出，土地利用格局變化影響程度隨著時(shí)間序列變化而呈現(xiàn)出不同變化。所以在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過程中更應(yīng)該注重土地利用變化以及環(huán)境保護(hù)。