陳斌, 楊頂田, 徐尚昭*, 周陽(yáng)陽(yáng), 王宏志, 方穎穎

1990—2015年湖北省林地遙感制圖與時(shí)空變化分析

陳斌1,2, 楊頂田3, 徐尚昭1,2*, 周陽(yáng)陽(yáng)1,2, 王宏志4, 方穎穎1,2

4. 核工業(yè)二九〇研究所, 廣東省環(huán)境保護(hù)核輻射追蹤研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 韶關(guān) 512029 2. 廣東省放射性生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程技術(shù)研究中心, 韶關(guān) 512029 3. 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所，廣東省海洋遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510301 華中師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079

林地作為一種重要森林生態(tài)資源, 在區(qū)域發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮了重要的基礎(chǔ)性作用。研究基于湖北省1990—2015年(1990、1995、2000、2005、2010和2015年)6期土地利用遙感基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)、DEM和氣象(氣溫和降水)數(shù)據(jù), 借助變化率分析方法和GIS空間分析法, 完成了研究區(qū)林地遙感制圖分析, 并對(duì)研究區(qū)近25年間林地時(shí)空變化特征及驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行深入探討。研究表明：近25年間湖北省林地面積總體呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì), 其中1990—1995年林地面積增加顯著, 增加幅度為641.14 km2; 2000—2005年林地面減少顯著, 減少762.96 km2; 1990—2015年林地類型主要以有林地、灌木林地和其他林地為主, 三者占林地總面積的95%以上; 研究區(qū)林地在空間上分布較不均勻, 鄂西北、西南為林地的主要集中分布區(qū), 而在江漢平原、武漢市、荊州市及江門市分布較少, 整體呈零星狀分布; 林地變化活躍區(qū)集中在高程500—1000 m、坡度5—15 °、氣溫17—18 ℃、降水1000—1200 mm的區(qū)域。在驅(qū)動(dòng)因素上, 自然地理要素的垂直地帶性規(guī)律影響和制約林地的空間分布態(tài)勢(shì), 而國(guó)家政策方針、經(jīng)濟(jì)因素和人類活動(dòng)等因素成為影響林地分布的短期驅(qū)動(dòng)因素。本研究能為湖北省林地制圖、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綜合評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。

林地; 生態(tài)環(huán)境; 遙感制圖; 時(shí)空變化; 驅(qū)動(dòng)因素

0 前言

林地作為一種重要的森林生態(tài)資源, 在生物多樣性保護(hù)、氣候調(diào)節(jié)、生態(tài)修復(fù)以及防風(fēng)固沙等方面發(fā)揮著重要作用[1-3]。林地資源的豐度還會(huì)間接影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和自然資源承載力水平, 借助遙感技術(shù)開(kāi)展林業(yè)資源動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)已成為林業(yè)調(diào)查的重要手段, 也是進(jìn)行林業(yè)生態(tài)資源估算的最有效工具。

當(dāng)前, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于衛(wèi)星遙感影像開(kāi)展林業(yè)資源調(diào)查和變化監(jiān)測(cè)的研究并不少見(jiàn)。如, 王金亮等[4]對(duì)三峽庫(kù)區(qū)20年間林地利用變化進(jìn)行研究; 楊朝俊等[5]基于GIS技術(shù), 對(duì)退耕還林工程區(qū)林地動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)研究; 甘淑等[6]基于NDVI數(shù)據(jù), 對(duì)瀾滄江流域山區(qū)林地覆蓋變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究; 楊伯鋼等[7]基于1999、2002和2005年三期TM遙感影像, 對(duì)北京市林地進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究; 孫燕等[8]利用1986年土地利用數(shù)據(jù)和2000年TM遙感數(shù)據(jù)對(duì)鹽源縣林地進(jìn)行了制圖分析; 任沖等[9]利用1988—2015年5期Landsat TM/OLI遙感影像, 對(duì)天水市近30年林地動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究; 龐國(guó)錦等[10]基于1978—2007年間4期Landsat MSS、TM/ETM遙感數(shù)據(jù), 對(duì)河西走廊的林地變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè), 并揭示了不同林地類型變化的特征和影響因素。從數(shù)據(jù)源上來(lái)看, 現(xiàn)有研究多以Landsat TM單一數(shù)據(jù)源或Landsat MSS/TM/OLI和MODIS-NDVI等多源數(shù)據(jù)為主[11, 12]。從研究方法上來(lái)看, 多以支持向量機(jī)和最大似然分類提取方法為主[13, 14]。從研究尺度上來(lái)看, 現(xiàn)有研究多以小范圍和短時(shí)間序列的區(qū)域性林地遙感監(jiān)測(cè)研究為主, 對(duì)林地動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)研究也多集中在2010年前后[15-17]。從研究對(duì)象上來(lái)看, 研究區(qū)域主要集中在三峽庫(kù)區(qū)[18]、黃土丘陵區(qū)[19, 20]、秦嶺山地[21]、流域周邊[6]為主, 而對(duì)中國(guó)中部重要的林業(yè)生態(tài)保護(hù)省份湖北省開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)序和系統(tǒng)性林地遙感監(jiān)測(cè)研究尚較缺乏。

湖北省地處長(zhǎng)江中下游, 氣候溫暖濕潤(rùn), 森林資源豐富, 是全國(guó)重要的林業(yè)資源大省和林業(yè)生態(tài)保護(hù)區(qū), 其轄區(qū)內(nèi)神農(nóng)架林區(qū)更被譽(yù)為“世界國(guó)家地質(zhì)公園”。湖北省林地總面積800余萬(wàn)公頃, 占全省土地面積的40%以上。近年來(lái), 隨著人類活動(dòng)影響, 林地資源遭受破壞嚴(yán)重, 盡管國(guó)家于2002年開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施“退耕還林”保護(hù)工程, 但林地由于自身生長(zhǎng)周期長(zhǎng)的特殊性, 使得林地恢復(fù)進(jìn)程緩慢。

基于上述分析, 本文基于湖北省1990—2015年(1990、1995、2000、2005、2010和2015)6期土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 結(jié)合研究區(qū)高程、坡度、氣溫和降水等數(shù)據(jù), 采用變化率分析法及相關(guān)分析法, 對(duì)湖北省1990—2015年近25年間林地時(shí)空變化特征進(jìn)行了分析, 并進(jìn)一步揭示了林地變化的驅(qū)動(dòng)因素, 以期能為湖北省林地遙感制圖、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綜合評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。

1 研究區(qū)概況

湖北省(29°01′53″N—33°6′47″N, 108°21′42″E—116°07′50″E)位于中國(guó)大陸中部偏南, 東臨安徽, 西接重慶、南連江西湖南、北通河南陜西。東西跨度740 km, 南北跨度470 km, 全省總面積約為18.59× 104km2, 占全國(guó)總面積的1.94%。湖北省地勢(shì)呈現(xiàn)中部低平, 東、西環(huán)山, 地貌類型主要以平原為主, 其中山地、平原和丘陵占比約為14: 6: 5。湖北素有“千湖之省”之稱, 其轄區(qū)內(nèi)河流湖泊眾多, 除長(zhǎng)江、漢江外, 還擁有大小天然湖泊755個(gè), 且主要分布在江漢平原地區(qū), 其中洪湖、梁子湖和長(zhǎng)湖水面面積均在100 km2以上。湖北省地處亞熱帶, 屬于典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)性氣候, 除高山地區(qū)外, 大部分以亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候?yàn)橹? 光熱充足、降水充沛、雨熱同季, 無(wú)霜期較長(zhǎng), 全年平均氣溫在14—18 ℃, 年均降水量800—1600 mm, 無(wú)霜期在230—300天之間。湖北省作為全國(guó)重要的林業(yè)生態(tài)保護(hù)區(qū), 其境內(nèi)神農(nóng)架林區(qū)更是擁有“國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)”和“國(guó)家濕地公園”之稱, 但由于近年來(lái)人類活動(dòng)影響, 使得湖北省林地資源過(guò)度開(kāi)采, 自然生態(tài)環(huán)境遭受破壞, 這些問(wèn)題迫切使得湖北省需加大對(duì)林地資源的保護(hù)力度。

2 數(shù)據(jù)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源和預(yù)處理

本研究選取數(shù)據(jù)有: 湖北省1990—2015年6期土地利用遙感監(jiān)測(cè)矢量數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù), 其中土地利用數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)。土地利用數(shù)據(jù)是以Landsat TM/ETM/OLI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 通過(guò)人機(jī)交互解譯而得到(目視解譯結(jié)合支持向量機(jī)等分類方法), 其中耕地和城鄉(xiāng)、工礦、居民用地平均分類精度達(dá)到85%以上, 其他土地利用類型平均分類精度均在75%以上[22]。氣象數(shù)據(jù)主要包括氣溫和降水, 它是通過(guò)氣象站點(diǎn)日觀測(cè)數(shù)據(jù), 借助GIS空間插值處理生成, 空間分辨率為1000 m。DEM來(lái)源于“地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)”(https://www. gscloud.cn/), 分辨率為30 m。為便于后續(xù)研究中林地與地形和氣象因子進(jìn)行空間疊加分析, 對(duì)土地利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)換, 將柵格轉(zhuǎn)換空間分辨率設(shè)置為30 m。

2.2 研究方法

2.2.1 林地類型劃分方法

本文參考劉紀(jì)遠(yuǎn)[22]劃分的全國(guó)土地利用分類數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn), 根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況, 將林地劃分為有林地、灌木林、疏林地和其他林地等4類(表1)。本研究中林地?cái)?shù)據(jù)是基于Landsat TM/ETM/OLI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 通過(guò)人機(jī)交互解譯而得到。

圖1 研究區(qū)位置

Figure 1 Location of study area

表1 林地分類系統(tǒng)

2.2.2 自然因子等級(jí)劃分方法

基于研究區(qū)DEM數(shù)據(jù), 利用ArcGIS空間分析方法提取坡度柵格數(shù)據(jù), 并根據(jù)地形及氣候因子分布特征對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行等級(jí)劃分, 將地形(高程、坡度)和氣候(氣溫、降水)等驅(qū)動(dòng)因子分別劃分成5個(gè)等級(jí)(表2), 等級(jí)越高, 表示相應(yīng)的自然因子取值范圍或區(qū)間越大。

2.2.3 不同類型林地變化分析

本研究采用最小二乘法計(jì)算湖北省不同類型林地的變化率, 變化率能直觀反映出連續(xù)時(shí)間段內(nèi)林地增加或者減少幅度, 它是不同類型林地面積變化的量化指標(biāo), 具體計(jì)算公式如下:

式中,為研究時(shí)間間隔;S為第年某一類型林地面積(＝1, 2, 3…);為該類型林地在時(shí)間序列上的變化斜率, 當(dāng)＞0, 表明林地年變化速率呈增大趨勢(shì), 數(shù)值越大, 增加趨勢(shì)越明顯, 當(dāng)＜0時(shí), 表明該林地變化率呈下降趨勢(shì), 值越小, 減少趨勢(shì)越明顯。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以用來(lái)表征不同類型用地之間的轉(zhuǎn)移方向和轉(zhuǎn)化量, 它能直觀反映出土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征和轉(zhuǎn)移方向[23]。本文利用土地轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算得到1990—2015年湖北省不同類型林地之間的轉(zhuǎn)移方向和轉(zhuǎn)化量。具體計(jì)算公式如下:

式中,S表示研究區(qū)第類林地向第類林地轉(zhuǎn)化的面積;表示前一時(shí)段林地類型;表示后一時(shí)段林地類型;為林地類型數(shù)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 1990—2015年林地空間分布制圖

利用ArcGIS軟件對(duì)湖北省6期林地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行空間制圖分析(圖2)。湖北省林地面積整體呈現(xiàn)西部高于東部、東部高于中部, 林地主要集中分布在鄂西南、西北地區(qū), 如: 恩施土家族自治區(qū)、宜昌市、神農(nóng)架林區(qū)和十堰市林地分布較為集中, 東北和東南雖有分布, 但總體相對(duì)分散。江漢平原的武漢市、荊州市和天門市等地林地分布較少, 整體呈零星狀分布。由于鄂西南、西北多以山地為主, 人類活動(dòng)強(qiáng)度小且分散, 故林地多呈現(xiàn)集中分布, 而江漢平原地勢(shì)低平, 城市人口集中、人類活動(dòng)強(qiáng)度大, 故林地分布總體較少。

3.2 1990—2015年林地結(jié)構(gòu)與面積變化

利用最小二乘法計(jì)算得到湖北省1990—2015年林地變化率及各時(shí)段林地面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖3、表4)。由圖3可知, 除1990—1995年其他林地變化率小于0, 其余三個(gè)時(shí)段內(nèi)其他林地變化率均在10%以上, 其中2005—2010年其他林地變化率達(dá)到34.05%; 有林地在2010—2015年變化率最大為1.98%; 灌木林和疏林地在1990—1995年變化率達(dá)到最大, 分別為1.25%、0.98%。從各類型林地面積變化上來(lái)看, 1990—2015年湖北省林地類型主要以有林地、灌木林地和其他林地為主, 三者占林地總面積的95%以上。有林地面積呈現(xiàn)增加—減小—增加態(tài)勢(shì), 總體呈增加態(tài)勢(shì), 其中2010—2015年面積增加明顯, 為811.46 km2, 2005—2010年面積下降最為明顯, 為374.99 km2; 灌木林面積總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 其中1995—2000年下降幅度最大, 為296.47 km2; 疏林地面積呈現(xiàn)先增加后減小態(tài)勢(shì), 其中1990—1995年增加最明顯, 為292.89 km2, 1995—2000年下降幅度最大, 為339.84 km2; 其他林地面積一直呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì), 其中2005—2010年面積增加明顯, 達(dá)到了205.80 km2。

表2 自然因子等級(jí)區(qū)間劃分

圖2 1990—2015年湖北省林地空間分布圖

Figure 2 The spatial distribution of forestland in Hubei Province from 1990 to 2015

3.3 1990—2015年林地轉(zhuǎn)移類型變化分析

湖北省近25年間林地類型轉(zhuǎn)化存在顯著差異, 為進(jìn)一步分析林地內(nèi)部轉(zhuǎn)移方向和轉(zhuǎn)化量, 對(duì)各類型林地進(jìn)行轉(zhuǎn)移矩陣分析(表4、表5)。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知, 1990—2015年, 除其他林地—其他林地轉(zhuǎn)移矩陣概率低于90%, 其他4種類型自身轉(zhuǎn)移矩陣概率均在95%以上。非林地—非林地轉(zhuǎn)移矩陣概率最高, 達(dá)到了98.64%, 其次為有林地和灌木林, 轉(zhuǎn)移概率分別為97.37%和97.17%。而在林地轉(zhuǎn)出類型中, 疏林地—非林地轉(zhuǎn)移面積最多, 為877.32 km2, 其次為有林地—非林地, 面積為613.77 km2, 而其他林地—疏林地轉(zhuǎn)移面積最少, 僅為8.62 km2。總體來(lái)看, 1990—2015年湖北省林地—非林地轉(zhuǎn)化面積大于非林地—林地轉(zhuǎn)移面積。除其他林地—非林地轉(zhuǎn)移面積低于非林地—其他林地, 其他三種類型(有林地、灌木林和疏林地)林地向非林地轉(zhuǎn)移面積均高于非林地—林地轉(zhuǎn)移面積。因此, 當(dāng)?shù)亓謽I(yè)主管部門應(yīng)加大對(duì)林地的保護(hù)力度, 嚴(yán)格管控林地向非林地類型轉(zhuǎn)化。

圖3 1990—2015年湖北不同林地面積變化率

Figure 3 The change rate of different forestland area variation in Hubei Province from 1990 to 2015

表3 1990—2015年不同林地類型面積統(tǒng)計(jì)(km2)

3.4 1990—2015年林地時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)因素分析

林地的時(shí)空差異變化是自然和人為雙重因素共同驅(qū)動(dòng)下的結(jié)果。自然因素是林地在空間分布呈現(xiàn)差異性的主導(dǎo)因素, 自然地理要素的垂直地帶性規(guī)律影響和制約林地的時(shí)空變化。為進(jìn)一步揭示1990—2015年湖北省林地時(shí)空變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制, 本研究通過(guò)GIS空間疊加分析方法, 將林地柵格數(shù)據(jù)同研究區(qū)高程、坡度、平均氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì), 得到林地分布與自然要素的空間關(guān)系圖(圖4)。由圖4可知, 林地在不同等級(jí)高程和坡度上的面積占比呈現(xiàn)出較高的一致性, 總體隨高程和坡度先增加后減小。在高程500—1000 m、坡度5—15°區(qū)間內(nèi)林地面積最大, 分別為27293.79 km2、28008.35 km2; 在氣溫17—18℃、降水1000—1200 mm區(qū)間內(nèi)林地面積最大, 分別為34061.34 km2、31292.52 km2。總體來(lái)看, 湖北省林地主要集中分布在高程1500 m以下、坡度小于15—35°、氣溫17—18 ℃和降水量1600 mm以下的區(qū)域。

從高程上看, 1990—1995年林地面積增加的93.63%均發(fā)生在高程1000 m以下區(qū)域, 1995—2000年林地面積減少的90.39%均發(fā)生在高程1000 m以下區(qū)域, 2010—2015年林地面積減少的98.91%均發(fā)生在高程1500 m以下區(qū)域。從坡度上看, 1990—1995年林地面積增加的78.50%均發(fā)生在坡度25°以下區(qū)域, 1995—2000年林地面積減少的91.45%均發(fā)生在坡度35°以下區(qū)域。從氣溫上看, 1990—1995年林地面積增加的82.85%均發(fā)生在氣溫18 ℃以下區(qū)域, 2000—2005年林地面積減少的99.22%均發(fā)生在氣溫17℃以上區(qū)域。從降水分布上看, 1990—1995年林地面積增加的77.61%均發(fā)生在降水1400 mm以下區(qū)域, 1995—2000年林地面積減少的84.50%均發(fā)生在降水1400 mm以下區(qū)域, 2005—2010年林地面積增加的58.77%均發(fā)生在降水1200 mm以上區(qū)域。

林地的時(shí)空變化不僅受到自然因素的影響和制約, 人為因素也已經(jīng)成為影響林地時(shí)空分布的重要驅(qū)動(dòng)因子。1990—2015年間湖北省林地資源變化是自然因素和人為雙重因素共同驅(qū)動(dòng)下的結(jié)果。地方和國(guó)家性方針政策在短期內(nèi)會(huì)對(duì)林地的動(dòng)態(tài)變化起著決定性作用, 如: 《湖北省林地管理?xiàng)l例》于1997年8月開(kāi)始實(shí)施, 國(guó)家自1999 年開(kāi)始在湖北、四川等省區(qū)試點(diǎn)實(shí)施的退耕還林工程, 2007年湖北省政府開(kāi)始貫徹落實(shí)“退耕還林”政策。這些方針政策在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)對(duì)資源起著積極的保護(hù)作用, 但由于林地生長(zhǎng)需要一定時(shí)間期限, 盡管退耕還林政策開(kāi)始試點(diǎn)實(shí)施, 2000—2005林地總面積仍在下降, 但減少幅度明顯下降, 直到2015年國(guó)家退耕還林政策和研究區(qū)林地保護(hù)才取得初步成效, 2000—2015林地面積共增加521.79 km2。

表4 1990—2015年湖北省林地變化轉(zhuǎn)移矩陣(km2)

表5 1990—2015年湖北省5期林地變化轉(zhuǎn)移矩陣(km2)

圖4 林地分布與自然要素空間關(guān)系

Figure 4 The spatial relationship among forest distribution and natural factors

總之, 林地的時(shí)空分布特征是自然和人為雙重因素共同控制下的結(jié)果, 單一自然因素, 如高程、坡度、氣溫和降水等變化對(duì)林地面積變化的影響不能起到?jīng)Q定性作用。低海拔地區(qū)林地受人類活動(dòng)影響, 總體分布較為分散, 高海拔和坡度地區(qū), 雖然林地受人為因素影響較小, 但由于受到自然地理要素的垂直地帶性(氣溫和降水)和水土流失等因素制約, 使得林地在空間分布上呈現(xiàn)出較大的差異性。

4 討論與結(jié)論

林地面積和類型之間的相互轉(zhuǎn)化, 不僅能夠從側(cè)面反映出所在區(qū)域氣溫和降水的變化特征, 也能直觀反映出研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況。本研究結(jié)合多時(shí)相土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、DEM、氣溫及降水?dāng)?shù)據(jù), 對(duì)湖北省近25年間林地變化的時(shí)空特征進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)研究, 并進(jìn)一步揭示了研究區(qū)林地變化的驅(qū)動(dòng)因素。主要研究結(jié)論如下:

(1)湖北省林地在空間分布較不均勻, 鄂西北、西南成為林地的主要集中分布區(qū), 而在江漢平原、武漢市、荊州市及江門市則分布較少, 呈零星狀分布。

(2)近25年間湖北省林地面積總體呈現(xiàn)出先上升后下降的態(tài)勢(shì), 其中1990—1995年林地面積增加幅度最大, 達(dá)到了641.14 km2; 2000—2005年林地面減少顯著, 減少762.96 km2; 1990—2015年林地類型主要以有林地、灌木林地和其他林地為主, 三者占林地總面積的95%以上。

(3)從不同類型林地轉(zhuǎn)移方向上來(lái)看, 研究區(qū)1990—2005年轉(zhuǎn)出類型中, 疏林地—非林地轉(zhuǎn)移面積最多, 達(dá)到了877.32 km2, 其次為有林地—非林地, 面積為613.77 km2, 其他林地—疏林地轉(zhuǎn)移面積最少, 為8.62 km2。這表明湖北省林地資源持續(xù)向非林地類型轉(zhuǎn)化, 政府應(yīng)加大林地保護(hù)力度, 嚴(yán)禁非法采林。

(4)林地變化活躍區(qū)集中在高程500—1000 m、坡度5—15°、氣溫17—18℃及降水1000—1200 mm的區(qū)域。在驅(qū)動(dòng)因素上, 自然地理要素的垂直地帶性決定了湖北省林地的總體分布態(tài)勢(shì), 而國(guó)家政策方針、經(jīng)濟(jì)因素和人為因素成為影響林地分布的短期驅(qū)動(dòng)因素。

本研究結(jié)合湖北省1990—2015年土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 完成了湖北省近25年間林地時(shí)空變化制圖分析, 并結(jié)合地形和氣象數(shù)據(jù)對(duì)林地變化的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了探討。但僅從自然地理因素視角定量探討林地變化特征仍然不夠全面, 如何在此基礎(chǔ)上加入統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要素, 對(duì)林地變化的驅(qū)動(dòng)因素開(kāi)展綜合性和交叉性分析, 將是今后林地變化研究的重要方向。

[1] 唐守正. 中國(guó)森林資源及其對(duì)環(huán)境的影響[J]. 生物學(xué)通報(bào), 1998(11): 4–8.

[2] 黃麟, 祝萍, 肖桐, 等. 近35年三北防護(hù)林體系建設(shè)工程的防風(fēng)固沙效應(yīng)[J]. 地理科學(xué), 2018, 38(4): 600–609.

[3] 韓永偉, 拓學(xué)森, 高吉喜, 等. 黑河下游重要生態(tài)功能區(qū)植被防風(fēng)固沙功能及其價(jià)值初步評(píng)估[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2011, 26(1): 58–65.

[4] 王金亮, 邵景安, 李陽(yáng)兵. 近20a三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)林地利用變化圖譜特征分析[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2015, 30(2): 235–247.

[5] 楊朝俊, 胡庭興, 劉波, 等. 基于GIS的退耕還林工程區(qū)林地動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測(cè)研究[J]. 遙感信息, 2006(1): 38–40.

[6] 甘淑, 何大明, 袁希平. NDVI在瀾滄江流域山區(qū)林地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 林業(yè)科學(xué), 2001(4): 134–136.

[7] 楊伯鋼, 董明, 祝曉坤, 等. 基于遙感影像的北京林地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 30(S1): 105–107.

[8] 孫燕, 周萬(wàn)村, 江曉波. 遙感及GIS技術(shù)支持下林地動(dòng)態(tài)變化圖的編制及林地資源動(dòng)態(tài)變化研究——以四川省鹽源縣為例[J]. 山地學(xué)報(bào), 2001(S1): 142–147.

[9] 任沖, 鞠洪波, 張懷清, 等. 天水市近30年林地動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測(cè)研究[J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2017, 30(1): 25–33.

[10] 龐國(guó)錦, 董曉峰, 宋翔, 等. “三北”防護(hù)林建設(shè)以來(lái)河西走廊林地變化的遙感監(jiān)測(cè)[J]. 中國(guó)沙漠, 2012, 32(2): 539–544.

[11] 劉曉娜, 封志明, 姜魯光, 等. 西雙版納橡膠林地的遙感識(shí)別與數(shù)字制圖[J]. 資源科學(xué), 2012, 34(9): 1769–1780.

[12] 張嵩, 馬保東, 陳玉騰, 等. 融合遙感影像光譜和紋理特征的礦區(qū)林地信息變化監(jiān)測(cè)[J]. 地理與地理信息科學(xué), 2017, 33(6): 44–49.

[13] ZISIS I, MANAKOS I, STATHAKI T, et al. Discrimination of vegetation height categories with passive satellite sensor imagery using texture analysis[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations＆Remote Sensing, 2015, 8(4): 1442–1455.

[14] FENG Q, LIU J, GONG J. UAV Remote sensing for urban vegetation mapping-using random forest and texture analysis[J]. Remote Sensing, 2015, 7(1): 1074–1094.

[15] 顏長(zhǎng)珍, 王一謀, 馮毓蓀, 等. 應(yīng)用遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)寧夏林地資源的宏觀研究[J]. 資源科學(xué), 2001(2): 81–84.

[16] 楊存建, 張洋, 程曦冉, 等. 基于遙感和GIS的20世紀(jì)90年代后半期四川林地動(dòng)態(tài)變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006(12): 4113–4119.

[17] 徐新良, 劉紀(jì)遠(yuǎn), 莊大方, 等. 中國(guó)林地資源時(shí)空動(dòng)態(tài)特征及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2004(1): 41–46.

[18] 何彥然, 彭道黎, 李云霄, 等. 基于不同抽樣方案的三峽庫(kù)區(qū)林地面積遙感監(jiān)測(cè)研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 35(7): 50–56.

[19] 韓新輝, 佟小剛, 楊改河, 等. 黃土丘陵區(qū)不同退耕還林地土壤有機(jī)碳庫(kù)差異分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(12): 223–229.

[20] 張曉霞, 楊宗儒, 查同剛, 等. 晉西黃土區(qū)退耕還林22年后林地土壤物理性質(zhì)的變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(2): 416–424.

[21] 郭少壯, 白紅英, 孟清, 等. 秦嶺地區(qū)林地與草地景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)因素[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2020, 40(1): 130–140.

[22] 劉紀(jì)遠(yuǎn), 張?jiān)鱿? 莊大方, 等. 20世紀(jì)90年代中國(guó)土地利用變化時(shí)空特征及其成因分析[J]. 地理研究, 2003(1): 1–12.

[23] 陳斌, 王宏志, 徐新良, 等. 武漢市主城區(qū)用地結(jié)構(gòu)遙感監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)變化[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 21(2): 293–303.

Analysis of spatial and temporal changes and attribution discrimination of forestland in Hubei Province from 1990 to 2015

CHEN Bin1,2, YANG Dingtian3, XU Shangzhao1,2*, ZHOU Yangyang1,2, WANG Hongzhi4, Fang Yingying1,2

1. Research Institute No.290, CNNC, Guangdong Provincial Key Laboratory of Environmental Protection and Nuclear Radiation Tracking Research, Shaoguan 512029, China 2. Guangdong Provincial Engineering Technology Research Center of Radioactive Eco-environmental Protection, Shaoguan 512029, China 3. South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangdong Key Laboratory of Ocean Remote Sensing, Guangzhou 510301, China 4. College of Urban and Environment Science, Central China Normal University, Wuhan 430079, China

As an important forest ecological resource, woodland has played an important fundamental role in regional development and ecological environmental protection. This article was based on Hubei Province’s 1990-2015 (1990, 1995, 2000, 2005, 2010 and 2015) six-phase land-use remote sensing basic survey data, DEM and meteorological (temperature and precipitation) data, with the help of change rate analysis methods and GIS spatial analysis Method, the remote sensing mapping analysis of the forest land in the study area was completed, and the spatial-temporal change characteristics and driving factors of the forest land in the nearly 25a of the study area were discussed in depth. Research shows that the area of forest land in Hubei Province has shown an upward trend and then decreased in the past 25 years. Among them, the forest land area increased significantly from 1990 to 1995, with an increase of 641.14 km2. The forest land area decreased significantly from 2000 to 2005, a decrease of 762.96 km2. The types of woodland in 2015 were mainly woodland, shrubbery land and other woodlands, which accounted for more than 95% of the total forest land area. The spatial distribution of forest land in Hubei Province is relatively uneven. Forest land is mainly distributed in the northwest and southwestern Hubei, while Wuhan, Jingzhou, and Jiangmen in the Jianghan Plain are less distributed, showing sporadic distribution. The active areas of woodland change are concentrated in areas with an elevation of 500-1000 m, a slope of 5-15 °, temperature of 17-18℃, and precipitation of 1000-1200 mm. In the analysis of driving factors, the vertical zonality of natural geographical factors affects and restricts the overall distribution of forest land, and national policies and guidelines, economic factors, and human factors become short-term driving factors that affect the distribution of forest land. This research can provide scientific basis and theoretical reference for forest land mapping, ecological environment protection and comprehensive evaluation in Hubei Province.

forestland; ecosystem; remote sensing mapping; spatio-temporal variation; driving factors

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.06.015

TP75; TP79

A

1008-8873(2021)06-125-08

陳斌, 楊頂田, 徐尚昭,等. 1990—2015年湖北省林地遙感制圖與時(shí)空變化分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(6): 125–132.

CHEN Bin, YANG Dingtian, XU Shangzhao, et al. Analysis of spatial and temporal changes and attribution discrimination of forestland in Hubei Province from 1990 to 2015[J]. Ecological Science, 2021, 40(6): 125–132.

2020-05-02;

2020-06-10

廣東省海洋遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所)基金資助項(xiàng)目(2017B030301005-LORS2009); 中核集團(tuán)核工業(yè)二九〇研究所科研創(chuàng)新項(xiàng)目(202003, 202004)

陳斌(1992—), 男, 安徽桐城人, 工程師, 研究方向土地利用/土地覆被變化與城市環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)研究, E-mail: giscb@foxmail.com

通信作者：徐尚昭，男，高級(jí)工程師，主要從事GIS應(yīng)用及國(guó)土空間規(guī)劃研究, E-mail: cnnc290cy@126.com