王啟名, 楊 昆, 許泉立, 高 蓉

(1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 云南 昆明 650500; 2.西部資源環(huán)境地理信息技術(shù)教育部工程研究中心,云南 昆明 650500; 3.云南師范大學(xué) 信息學(xué)院, 云南 昆明 650500; 4.東北師范大學(xué) 商學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春 130000)

滇池流域土地利用格局變化的地形梯度效應(yīng)

王啟名1,2, 楊 昆2,3, 許泉立1,2, 高 蓉4

(1.云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院,云南昆明650500; 2.西部資源環(huán)境地理信息技術(shù)教育部工程研究中心,云南昆明650500; 3.云南師范大學(xué)信息學(xué)院,云南昆明650500; 4.東北師范大學(xué)商學(xué)院,吉林長(zhǎng)春130000)

[目的] 分析滇池流域的土地利用變化的總趨勢(shì)和地形梯度格局及影響因素，為土地利用模式的優(yōu)化配置和土地資源的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。 [方法] 采用土地利用幅度和動(dòng)態(tài)度分析了土地利用變化的總趨勢(shì)，從地形因子(地形起伏度、坡度、坡向、地形位)角度用地形分布指數(shù)法分析了土地利用的地形梯度格局，用定性分析法分析了地形梯度效應(yīng)的影響因素。 [結(jié)果] (1) 2000—2014年研究區(qū)土地利用類型以耕地、林地、草地和建設(shè)用地為主，建設(shè)用地增速最快，草地減速最快。 (2) 土地利用在不同地形梯度上有明顯的層次分布格局和變化趨勢(shì)。隨著地形梯度的升高，水域、耕地和建設(shè)用地、草地和未利用地、林地的優(yōu)勢(shì)分布區(qū)逐漸升高，分別在最低、低和中低、中低、中高和高地形梯度上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；水域、耕地和建設(shè)用地(除后兩者最低一級(jí)梯度)分布指數(shù)隨之減少，草地和未利用地分布指數(shù)變化不明顯，林地分布指數(shù)則不斷增加。 (3) 土地利用格局變化的地形梯度效應(yīng)受基礎(chǔ)的地形因素、起推動(dòng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和宏觀調(diào)控的政策因素的共同影響。 [結(jié)論] 滇池流域土地利用地形梯度格局變化明顯，并受地形、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政策因素共同影響。

土地利用; 滇池流域; 地形分級(jí); 分布指數(shù)

文獻(xiàn)參數(shù)： 王啟名, 楊昆, 許泉立, 等.滇池流域土地利用格局變化的地形梯度效應(yīng)[J].水土保持通報(bào)，2017,37(4)：106-113.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.018； Wang Qiming, Yang Kun, Xu Quanli, et al. Terrain gradient effect of land use pattern change in Dianchi watershed[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(4)：106-113.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.018

土地利用/覆被變化(land use/cover change， LUCC)是地球表面一個(gè)最明顯的景觀格局變化特征，已成為全球氣候變化、生態(tài)環(huán)境變化和資源可持續(xù)發(fā)展的核心研究命題之一[1-5]，而土地利用格局變化反映了自然環(huán)境和人類活動(dòng)以不同程度和速度在地球表面的作用，因此土地利用格局變化也成為土地利用/覆被變化研究的重要內(nèi)容[6]。地形因素是影響土地利用變化格局的基本地理要素[7]，地形的變化會(huì)引起不同地形梯度上的土地利用格局水熱組合和能量收支平衡，從而引起土地利用的結(jié)構(gòu)和功能在土地利用方式和程度上的差異，形成土地利用變化的地形格局差異，也促使LUCC的變化備受關(guān)注。近幾年，在地形梯度上的土地利用格局變化也在備受相關(guān)學(xué)者的關(guān)注[8-13]。但更多進(jìn)行高度、地形位上的土地用空間格局變化分析，而對(duì)地形起伏度、坡度和坡向的上的土地利用空間格局變化分析較少[8]。滇池流域位于云南省中東部，該地區(qū)地形起伏較大，從滇池向四周海拔不斷升高，分別為盆地區(qū)、丘陵區(qū)、山地區(qū)，使得土地利用類型在不同地形梯度上的利用方式和用途分布不同，并且在不同的海拔、坡度、坡向及地形位上表現(xiàn)不同的土里利用變化分布格局。近年來(lái)，由于人類活動(dòng)超越了地形梯度約束下的土地利用類型的變化，引起城鎮(zhèn)的劇烈擴(kuò)張、農(nóng)業(yè)和生態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，導(dǎo)致土地利用的方式和方向發(fā)生很大的轉(zhuǎn)變，使得環(huán)滇池區(qū)生態(tài)環(huán)境變得脆弱，對(duì)人類的生存和發(fā)展帶來(lái)了影響。目前，沒有關(guān)于滇池流域土地利用格局的地形梯度方面的研究，因此，本文從地形起伏度、坡度、坡向、地形位4個(gè)宏觀地形因子，綜合研究滇池流域的土地利用空間格局在地形梯度上的時(shí)空變化，以期為土地資源提供合理利用方式并提高利用效率、為相關(guān)部門的合理規(guī)劃和布局提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

滇池流域地處云南省中東部，包括昆明市的中部的5區(qū)(五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)、西山區(qū)和呈貢區(qū))、北部的3縣(尋甸回族彝族自治縣、富民縣和嵩明縣)和南部的晉寧縣9個(gè)縣級(jí)區(qū)縣，地形地貌變化趨勢(shì)明顯，地形沿滇池向周圍不斷升高，地貌沿滇池由近及遠(yuǎn)呈現(xiàn)為盆地、丘陵和山地，其總面積占云南省0.75%，但卻是云南省人口最稠密、城鎮(zhèn)化程度最高和經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，使得滇池流域內(nèi)土地利用格局在地形梯度上發(fā)生了很大的改變，使得土地利用各個(gè)方面的承受力嚴(yán)重超出了自身的使用程度和方式。所以本文研究滇池流域土地利用格局變化的地形梯度效應(yīng)分析，目的是促進(jìn)土地資源的可持續(xù)利用、土地利用格局的協(xié)調(diào)和經(jīng)濟(jì)的生態(tài)適宜發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文選取土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)地理空間數(shù)據(jù)云的Landsat遙感影像，以2000,2005,2009年的Landsat TM和2014年Landsat 8 OLI為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用ENVI 5.1對(duì)以上4期遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正、圖像融合、流域邊界裁剪，得到滇池流域的遙感影像，按照1調(diào)和過(guò)渡時(shí)期的土地利用現(xiàn)狀分類指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和滇池流域的地域特點(diǎn)，將土地利用分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地，采用監(jiān)督分類和目視解譯相結(jié)合的方法，以Google Earth影像為輔助，將研究區(qū)土地利用進(jìn)行分類，對(duì)以上4期的遙感影像進(jìn)行精度檢驗(yàn)，總解譯精度分別為86.23%，86.88%，87.78%和91.92%，kappa系數(shù)分別為0.78，0.81，0.83，0.85，均達(dá)到研究需要。并將分類的4期遙感影像分別保存為柵格格式，并且柵格單元大小統(tǒng)一為30 m×30 m。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度 土地資源變化快慢程度可以用土地利用動(dòng)態(tài)度進(jìn)行度量。土地利用動(dòng)態(tài)度表示研究區(qū)在起止時(shí)間段某種土地利用類型數(shù)量變化多少[19]。其表達(dá)式為：

(1)

式中：V——土地利用的動(dòng)態(tài)度；Ua，Ub——研究區(qū)初末期某種土地利用類型的面積；T——土地利用變化的起止時(shí)間段，若T為年，則V表示某種土地利用的年變化速度。

2.2.2 地形梯度等級(jí)的劃分 根據(jù)地形的起伏變化情況，選取地形起伏度、坡度、坡向和地形位4個(gè)地形宏觀因子進(jìn)行地形梯度的劃分，分析地形在垂直梯度上對(duì)土地利用變化空間格局的分布和影響。

地形起伏度表征地形起伏差別的宏觀地形特征，是研究區(qū)域內(nèi)最大海拔高度值減去最低海拔高度值，利用ArcGIS軟件中的空間分析—鄰域分析—焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)工具進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)均值變點(diǎn)分析法[14]確定矩形領(lǐng)域高度和寬度10×10像元為最佳地形起伏度計(jì)算單元，生成的地形起伏度示意圖如圖1所示。坡度是指高程在水平表面的變化率，反映了地形陡緩程度的特征，利用ArcGIS軟件中的空間分析—表面分析—坡度工具進(jìn)行計(jì)算，生成的坡度示意圖見圖1。而坡向表示坡面在水平方向上投影的方向，直接影響地形區(qū)域接受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的大小及日照時(shí)間的長(zhǎng)短，利用ArcGIS軟件中的空間分析—表面分析—坡向工具進(jìn)行計(jì)算，生成的坡向示意圖見圖1。地形位表征了高程和坡度結(jié)合的綜和地形因素對(duì)土地利用格局的分布和影響，利用公式[7-8,15-16](1) 進(jìn)行計(jì)算，生成的地形位示意圖(圖1)。公式(2)如下：

(2)

圖1 研究區(qū)地形起伏度、坡度變率、坡向和地形位示意

對(duì)地形因子進(jìn)行分級(jí)，利用地形梯度的明顯變異點(diǎn)來(lái)進(jìn)行各級(jí)別臨界值的劃分，能達(dá)到很好地分類效果。采用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法進(jìn)行劃分能夠使各級(jí)別中的變異總和達(dá)到最小，使突變點(diǎn)更明顯，運(yùn)用突變點(diǎn)進(jìn)行劃分，因?yàn)閷?duì)于地形起伏度沒有很優(yōu)的劃分方法，故采用自然間斷分級(jí)法。根據(jù)土壤侵蝕在不同坡度影響程度，將坡度分為0°～3°，3°～8°，8°～15°，15°～25°，25°～35°，>35°。坡向根據(jù)地形接受太陽(yáng)輻射方向不同分為5種級(jí)別，以0°為東順時(shí)針遞增直至360°，即平坡(-1°)、陽(yáng)坡(135°～225°)、半陽(yáng)坡(90°～135°和225°～270°)、半陰坡(45°～90°和270°～315°)和陰坡(0°～45°和315°～359.79°)。地形位分級(jí)采用等數(shù)量重分類法對(duì)地形位分為16個(gè)等級(jí)(等間隔為0.124)，并將16個(gè)等級(jí)合并為4個(gè)不同地形位，即1—3等級(jí)合并為低地形位、4—5等級(jí)合并為中低地形位、6—8等級(jí)合并為中高地形位、9—16等級(jí)合并為高地形位。

2.2.3 地形分布指數(shù)效應(yīng) 采用分布指數(shù)(distribution index，DI )分析土地利用類型在不同地形梯度上的概率分布特征情況，因?yàn)镈I是一個(gè)無(wú)量綱化的單位[15,17]，可以消除地形梯度間和土地利用類型間的面積差異的影響，其公式為[7-8,11,18]：

DI=(Tij/Ti)/(Tj/TA)

(3)

式中：DI——地形分布指數(shù)；j——地形因子梯度；i——土地利用類型；Ti——第i種土地利用類型的總面積；Tij——第i種土地利用類型在第j地形梯度上的總面積；Tj——第j地形梯度上的總面積； TA——研究區(qū)的總面積。當(dāng)DI>1，表示該種土地利用類型在某個(gè)地形梯度上呈優(yōu)勢(shì)分布的特征，DI值越高，優(yōu)勢(shì)度越明顯；反之，DI<1，表示該種土地利用類型在某個(gè)地形梯度上呈現(xiàn)劣勢(shì)分布，DI值越小，劣勢(shì)度越明顯。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化分析

滇池流域2000—2014年土地利用類型結(jié)構(gòu)面積和比例差異明顯(表1)。2000—2014年4個(gè)時(shí)期中，耕地、林地、草地和建設(shè)用地為主要的土地利用類型，占總流域的87%左右，水域和未利用地僅占總流域的13%左右，土地利用結(jié)構(gòu)主要是耕地和草地面積減少，而林地和建設(shè)用地面積增加，水域和未利用基本保持不變。從2000年以耕地、林地和草地為主(占總流域76.55%)的土地利用類型，到2014年轉(zhuǎn)換為耕地、林地和建設(shè)用地為主(占總流域77.18%)，耕地和草地占總流域比例不斷減少，分別減少了13.55%和23.48%，而建設(shè)用地和林地所占比例不斷增加，分別增加了17.75%和17.66%，上述變化由于滇池流域2000年嚴(yán)格實(shí)施“退耕還林”政策，加強(qiáng)了生態(tài)用地的保護(hù)并且2006年以后西部大開發(fā)政策及西南門戶的大開放促進(jìn)了昆明市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，這些變化促使土地利用模式發(fā)生明顯的變化。根據(jù)公式(1)計(jì)算2000—2014年3個(gè)時(shí)期的土地利用變化速度和總體變化速度，從表1可以看出，建設(shè)用地和林地總的變化速度增加，分別為12.15%和6.16%，而其他土地利用變化速度均不同程度地減少，其中草地和耕地減少速度最快，分別為5.30%和3.96%。在3個(gè)時(shí)期的變化速度中，其中速度增加方面，林地由快到慢，建設(shè)用地一直增長(zhǎng)很快；而速度減少方面，耕地在2009—2014年減速很快，高達(dá)9.21%，草地先減少很快后趨于緩慢，而水域先緩慢減少后微微增加，未利用地先緩慢增加后減少加快。造成以上變化主要是由于前期退耕還林政策的不斷推進(jìn)、城鎮(zhèn)化及其經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)導(dǎo)致耕地、林地、草地和建設(shè)用地的速度發(fā)生明顯變化，政府同時(shí)也重視未利用地開墾利用，在此期間在晉寧縣建酸水塘水庫(kù)、西山區(qū)建明朗水庫(kù)進(jìn)行蓄水以應(yīng)對(duì)異常干旱情況使水域增加。土地利用的結(jié)構(gòu)變化，反映了土地利用整體變化的最終狀況，但對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)在地形格局上變化難以判斷，須從地形梯度的層次角度分析土地利用結(jié)構(gòu)的空間格局變化特征。

表1 研究區(qū)2000-2014年土地利用結(jié)構(gòu)和速度變化分析

3.2 土地利用結(jié)構(gòu)的地形梯度效應(yīng)

3.2.1 土地利用結(jié)構(gòu)的地形起伏度梯度差異 滇池流域土地利用結(jié)構(gòu)在不同的地形起伏度上梯度變化差異明顯(表2)。土地利用類型(除水域)比例集中在地形起伏度>19～108 m，而水域則集中在0～19 m。水域分布指數(shù)在地形起伏度0～19 m占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，水域主要分布在低海拔區(qū)域；耕地和建設(shè)用地分布指數(shù)在地形起伏度>19～77 m具有優(yōu)勢(shì)，這個(gè)區(qū)域是人類活動(dòng)最頻繁的區(qū)域，對(duì)耕地和建設(shè)用地的開發(fā)程度較高；林地在地形起伏度在>50～514具有優(yōu)勢(shì)分布且優(yōu)勢(shì)度向低地形起伏度范圍擴(kuò)展，由于中低區(qū)域被耕地和建設(shè)用地所占迫使林地分布在較高地形起伏度區(qū)域；草地和未利用地對(duì)地形起伏度的選擇性較強(qiáng)，草地的優(yōu)勢(shì)分布幅度縮小并轉(zhuǎn)向低梯度，地形起伏度從2000年的>50～514 m變?yōu)?014年的>19～77 m，未利用地的優(yōu)勢(shì)分布幅度增加并轉(zhuǎn)向高梯度，地形起伏度從2000年的>19～77 m變?yōu)?014年>50～514 m，近年來(lái)人們不斷重視居住地生態(tài)環(huán)境建設(shè)并加大對(duì)中低地形起伏度未墾荒地的開發(fā)。

在>77～514 m地形起伏度等級(jí)上，各土地利用類型(除耕地)所占比例隨著地形起伏度的增加而不斷減少，耕地、建設(shè)用地、草地和未利用地所占比例集中在>19～77 m地形起伏度等級(jí)，水域和林地所占比例則集中在0～19 m和>50～150 m地形起伏度等級(jí)。2014年與2000年相比，林地和草地所占比例在0～77 m梯度增加，在>77～514 m梯度減少，說(shuō)明退耕還林還草政策初見成效，人們也不斷重視生態(tài)保護(hù)地環(huán)境；建設(shè)用地所占比例在0～50 m梯度增加，在>50～514 m梯度間減少，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加促使居民地和工礦用地不斷擴(kuò)展；未利用地所占比例在0～77 m梯度增加，在>77～514 m梯度減少，人們?cè)诘偷匦纹鸱葘?duì)土地資源的需求增加從而不斷開墾利用荒地；耕地所占比例在0～50 m梯度減少，在>50～514 m梯度增加，耕地在中低地形起伏度被建設(shè)用地所占迫使其向更高地形起伏度擴(kuò)展。

表2 研究區(qū)2000-2014年土地利用類型的地形起伏度梯度差異

3.2.2 土地利用結(jié)構(gòu)的坡度梯度差異 滇池流域土地利用結(jié)構(gòu)在不同的坡度上梯度變化差異明顯(表3)。土地利用結(jié)構(gòu)比例集中在坡度梯度0°～25°之間。水域分布指數(shù)在0°～5°坡度等級(jí)上具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，坡度對(duì)水域具有嚴(yán)格的限制性；耕地和建設(shè)用分布指數(shù)在>5°～15°坡度等級(jí)上具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵谄露容^小的梯度上，適合農(nóng)作物的生長(zhǎng)和耕種、人類的生產(chǎn)生活；林地分布指數(shù)在>25°坡度等級(jí)上具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榈推露葏^(qū)被耕地、建設(shè)用地和水域所占，使林地向高坡度梯度上發(fā)展；草地和未利用地對(duì)坡度的選擇性很弱，草地的優(yōu)勢(shì)分布幅度減少并轉(zhuǎn)向低梯度，從2000年的>5°坡度等級(jí)減少為2014年的>5°～15°坡度等級(jí)，而未利用地的優(yōu)勢(shì)分布幅度增加并轉(zhuǎn)向高梯度，從2000年的>5°～15°坡度等級(jí)擴(kuò)大為2014年的>5°坡度等級(jí)，說(shuō)明人類對(duì)生態(tài)保護(hù)區(qū)和山地的開發(fā)利用程度不斷加大。

隨著坡度的增加，各土地利用結(jié)構(gòu)(除水域)所占比例以8°～15°為分界先增加后減少，耕地、草地、建設(shè)用地和未利用地所占比例集中在0°～25°坡度等級(jí)上，水域和林地所占比例則集中在0°～5°和>8°～35°坡度等級(jí)上。

2014與2000年相比，在0～15°坡度等級(jí)上，2014年耕地和未利用地所占比例和分布指數(shù)均減少，而林地、草地、建設(shè)用地所占比例和分布指數(shù)均增加，主要是由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口的壓力對(duì)緩坡土地資源需求增長(zhǎng)，使得耕地和未利用地減少，建設(shè)用地增加，同時(shí)人們更注重居住地生態(tài)保護(hù)，林地和草地則不斷增長(zhǎng)；在15°～35°坡度等級(jí)上，2014年耕地和未利用地所占比例和分布指數(shù)均增加，而林地、草地、建設(shè)用地所占比例和分布指數(shù)均減少，由于緩坡建成地的擴(kuò)張使耕地不斷向陡坡發(fā)展，陡坡耕地增加，侵占林地和草地，水土保持下降使得未利用地增加，同時(shí)陡坡不適宜人類的居住，生態(tài)移民使得陡坡度上建設(shè)用地減少。

表3 研究區(qū)2000-2014年土地利用類型的坡度梯度差異

3.2.3 土地利用結(jié)構(gòu)的坡向梯度差異 滇池流域土地利用結(jié)構(gòu)在不同的坡向上梯度變化差異明顯(表4)。在平坡等級(jí)上，水域所占比例和分布指數(shù)具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而其他土地利用結(jié)構(gòu)所占比例和分布指數(shù)完全不具優(yōu)勢(shì)；在其他坡向等級(jí)上，水域所占比例和分布指數(shù)完全不具優(yōu)勢(shì)，而其他土地利用結(jié)構(gòu)所占比例在各個(gè)等級(jí)上比例基本相同，分布指數(shù)也具有優(yōu)勢(shì)。這說(shuō)明水域主要分布在平坡，而其他地類坡向分布均衡。2014與2000年相比，水域在各個(gè)坡向上所占比例均增加；耕地、林地和建設(shè)用地在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡上所占比例增加，而在半陰坡和陰坡所占比例減少；草地和未利用地在半陰坡和陰坡上所占比例增加，而在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡減少。由于水庫(kù)的建設(shè)使水域逐漸增加，耕地、林地和居民地對(duì)光照時(shí)間和光照強(qiáng)度的趨向性較強(qiáng)，使得耕地、林地和建設(shè)用地在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡上增加，而草地和未利用地對(duì)太陽(yáng)輻射的選擇性不強(qiáng)。

表4 研究區(qū)2000-2014年土地利用類型的坡向梯度差異

3.2.4 土地利用結(jié)構(gòu)的地形位梯度差異 地形位能很好體現(xiàn)高程和坡度組合的中間狀態(tài)下概率分布狀態(tài)不明顯問題，因此，不同等級(jí)地形位梯度可以明顯反映土地利用類型分布差異特征。從圖2可以看出，2000—2014年，耕地、林地、建設(shè)用地和草地在不同地形梯度上地形位指數(shù)分布趨勢(shì)基本不變，而草地和未利用地則變化較大。

耕地、建設(shè)用地分布指數(shù)隨地形位梯度等級(jí)的增加而減少(從2級(jí)地形位起)，其優(yōu)勢(shì)分布指數(shù)在2～7級(jí)的低、中低和中高地形位上，主要是因?yàn)楦睾徒ㄔO(shè)用地受海拔和坡度的共同約束較強(qiáng)；林地分布指數(shù)隨地形位梯度的增加不斷增加，其優(yōu)勢(shì)分布區(qū)在>7級(jí)中高和高地形位上，說(shuō)明林地對(duì)地形的適應(yīng)性很強(qiáng)；水域分布指數(shù)隨地形位梯度的增加不斷減少，且1～2級(jí)梯度減少最為明顯，其優(yōu)勢(shì)度在1級(jí)地形梯度占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明水域主要分布在自然條件好的平緩區(qū)域并且受地形的嚴(yán)格限制；草地和未利用地分布指數(shù)隨地形位梯度變化趨勢(shì)不明顯，草地優(yōu)勢(shì)度指數(shù)幅度減少并向低地形位梯度轉(zhuǎn)移，而未利用地優(yōu)勢(shì)度指數(shù)幅度增加并向高地形位梯度轉(zhuǎn)移，說(shuō)明草地和未利用地對(duì)地形的適宜性較強(qiáng)。2014與2000年相比較，在≤6級(jí)梯度時(shí)，耕地、未利用地分布指數(shù)減少，而林地、草地和建設(shè)用地分布指數(shù)增加；在>6級(jí)梯度時(shí)，耕地、未利用地分布指數(shù)增加，而林地、草地和建設(shè)用地分布指數(shù)減少。在低和中低地形梯度上，人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)建成地的需求不斷增加，大量荒地被開墾，耕地不斷被侵占，使耕地向著更高地形梯度擴(kuò)展，耕地的適應(yīng)性被拉大，同時(shí)人們也不斷注重生態(tài)環(huán)境建設(shè)，不斷保護(hù)生態(tài)用地，使草地和林地不斷增加。

圖2 研究區(qū)2000-2014年土地利用類型在地形位梯度上的分布指數(shù)差異

4 討 論

研究區(qū)的土地利用在地形梯度上的分布差異和所占比例特征明顯，這與滇池流域的實(shí)際地形地貌、氣候等自然因素和人口增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)擴(kuò)張等人為因素有密切的關(guān)系。從自然因素來(lái)看，地形起伏度、坡度、坡向和地形位等地形因素在垂直梯度上影響著不同地形上水熱組合并且制約人類的活動(dòng)。研究區(qū)土地利用類型面積主要分布在地形起>19～108 m、坡度梯度0～25°區(qū)間內(nèi)，分別占總面積的87.6%和89.65%，這個(gè)區(qū)段對(duì)土地利用空間分布起到了關(guān)鍵作用。由于地形因素制約了人類耕種、城鎮(zhèn)擴(kuò)張和工礦用地建設(shè)等人類生產(chǎn)生活活動(dòng)，致使建設(shè)用地和耕地對(duì)地形梯度的選擇性較強(qiáng)，使建設(shè)用地和耕地的分布優(yōu)勢(shì)集中在地形起伏度較小、緩坡、低和中低地形梯度上，隨著地形梯度(2級(jí)起)的增加耕地和建設(shè)用地的分布指數(shù)呈減少趨勢(shì)。林地分布優(yōu)勢(shì)主要在地形起伏度高、坡度大、中高和高地形位梯度上，主要由于低地形梯度被耕地和建設(shè)用地所占所致。水域分布指數(shù)在低地形梯度上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這就決定了水域?qū)Φ匦翁荻扔袊?yán)格的選擇性。草地和未利用地分布指數(shù)在中低地形梯度上具有優(yōu)勢(shì)，但優(yōu)勢(shì)分范圍不斷向上下梯度延伸，表明草地和未利用地對(duì)地形的適應(yīng)性很強(qiáng)。從以上分析表明地形因素是研究區(qū)土地利用空間格局分布和變化的基礎(chǔ)因素。

從社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素來(lái)看，隨著人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在低地形梯度上的強(qiáng)度和速度不斷增加，工礦、居民點(diǎn)和交通用地等建設(shè)用地需求不斷增加，導(dǎo)致耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，使建設(shè)用地優(yōu)勢(shì)分布在低和中低地形上的增加，致使耕地在較高地形上分布指數(shù)值提高。人類在低、中低地形上開發(fā)未利用地使其優(yōu)勢(shì)分布范圍不斷減少。人類對(duì)旅游資源的開發(fā)也使中高地形梯度林地優(yōu)勢(shì)分布值減少。從政策因素看，由于滇池流域低地形梯度的優(yōu)質(zhì)土地資源少，昆明市政府因地制宜，在較高海拔和坡度上調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，合理種植一些經(jīng)果林，促使生態(tài)和經(jīng)濟(jì)雙贏。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和政策因素是土地利用變化的地形梯度效應(yīng)的推動(dòng)和宏觀調(diào)控作用。

本文從地形因子(地形起伏度、坡度變率、坡向和地形位指數(shù))分析了土地利用空間格局的地形梯度效應(yīng)?？傮w上看，各個(gè)地形因子從某種程度上能夠反映土地利用的空間分布，但地形位因子更能綜合和明顯地反映土地利用的空間分布規(guī)律，并能夠避免單一地形因子對(duì)土地利用空間格局分布的偏離，這與李京京等[9]、吳見等[10]、陳楠等[16]和高彥凈等[20]的研究結(jié)論基本相符。

5 結(jié) 論

(1) 2000—2014年研究區(qū)土地利用類型以耕地、林地、草地和建設(shè)用地為主，2000年的耕地、林地和草地為主轉(zhuǎn)換為2014年的耕地、林地和建設(shè)用地，建設(shè)用地增速最快，草地減速最快。

(2) 2000—2014年研究區(qū)土地利用類型分布指數(shù)在不同地形梯度上呈現(xiàn)不同的層次格局和分布趨勢(shì)。水域在低地形梯度上選擇性和分布指數(shù)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其分布指數(shù)隨著地形位梯度的增加而減少；耕地和建設(shè)用地在低、中低地形梯度上選擇性強(qiáng)且分布優(yōu)勢(shì)明顯，其分布指數(shù)隨著地形梯度的增加而減少；草地和未利用地在中低梯度上具有分布優(yōu)勢(shì)，但在整個(gè)地形梯度上具有很強(qiáng)適應(yīng)性，其分布指數(shù)趨勢(shì)不明顯；林地在中高、高地形梯度上選擇性強(qiáng)、分布優(yōu)勢(shì)明顯，其分布指數(shù)隨著地形梯度的增加而增加。

(3) 研究區(qū)土地利用格局變化的地形梯度效應(yīng)受自然因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和政策因素的共同影響。其中自然因素是土地利用格局變化形成的基礎(chǔ)，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和政策因素起推動(dòng)作用和宏觀政策調(diào)控作用。

本文通過(guò)土地利用變化的幅度、速度和地形分布指數(shù)的分析得出研究區(qū)2000—2014年土地利用變化的總體情況和地形梯度格局及變化。研究區(qū)土地地利用總體結(jié)構(gòu)分布基本合理，但建設(shè)用地不合理擴(kuò)張導(dǎo)致草地和耕地減少加快，不利于土地資源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡發(fā)展，應(yīng)根據(jù)土地利用類型在不同地形梯度分布優(yōu)勢(shì)，來(lái)調(diào)整土地利用類型在空間上的合理分布，即在中高和高地形梯度上宜林地分布，在低和中低地形梯度上宜耕地和建設(shè)用地的分布，但低地形梯度人口集中和人類活動(dòng)的加強(qiáng)促使建設(shè)用地加劇擴(kuò)張導(dǎo)致耕地不斷向中高地形位梯度擴(kuò)展，而中高地形梯度坡耕地不斷侵占林地分布，致使水土保持和地域生態(tài)環(huán)境受到影響。為了使土地利用分布格局更為合理和生態(tài)化，應(yīng)充分利用考慮影響土地利用格局的自然和人為因素，平衡社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境發(fā)展。在低和中低地形區(qū)域，應(yīng)劃定基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，防止耕地被占，合理規(guī)劃建成地，使建設(shè)用地有序高效發(fā)展；在中高和高地形區(qū)域，繼續(xù)推進(jìn)退耕還林政策，使中高地形增加的耕地轉(zhuǎn)換為經(jīng)果林，加大未利用地的植被覆蓋率。綜上，在進(jìn)行土地利用規(guī)劃與管理的過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合土地利用格局的地形梯度分布特征，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和合理布局，以實(shí)現(xiàn)土地利用模式的優(yōu)化配置和土地資源的可持續(xù)發(fā)展。

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Terrain Gradient Effect of Land Use Pattern Change in Dianchi Watershed

WANG Qiming1,2, YANG Kun2,3, XU Quanli1,2, GAO Rong4

(1.School of Tourism and Geography Science, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650500, China; 2.Western Resources Environment Geographic Information Technology Engineering Research Center of the Ministry of Education, Kunming, Yunnan 650500, China; 3.School of Information, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650500, China; 4.School of Business, Northeast Normal University, Changchun, Jilin 130000, China)

[Objective] General trend and terrain gradient distribution pattern and the influence factors of land use change in Dianchi watershed were analyzed to provide the optimal allocation of land use pattern and the reference for the sustainable development of land resources. [Methods] We used range and dynamic degree of land use to analyze the general trend of land use change. The terrain distribution index method with respect to the terrain factors(landform relief, slope, aspect, terrain niche) was analyzed. Influence factors of the terrain gradient effect were analyzed by qualitative analysis method. [Results] (1) The main land use types of the study region from 2000 to 2014 were cultivated land, forest land, grassland and construction land, among which, grassland had obviously decreased and construction land obviously increased. (2) The pattern of land use type in different terrain gradient has obvious level distribution and change trend. With the increase of topographic gradient, the proportional coverage by water area, cultivated land and construction land, grassland and unused land, woodland gradually increased. These land use types preponderated at lowest, low and mid-low, mid-low, mid-high and high terrain gradients, respectively. With the increase of topographic gradient, the distribution index of water area, cultivated land and construction land(except the lowest level gradient of cultivated land and construction) declined, the distribution index of grassland and unused land didn not change obviously, the distribution index of forest distribution increased. (3) Terrain gradient effect of land use pattern change is mutually influenced by basic terrain factors, promoted social and economic factors and control policy factors of macroeconomic regulation. [Conclusion] The terrain gradient distribution pattern of land use in Dianchi watershed changed distinctly and was affected by terrain, social economy and policy.

landuse;Dianchiwatershed;terrainclassification;distributionindex

A

： 1000-288X(2017)04-0106-08

： F301.2

2017-04-09

：2017-04-24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“城鎮(zhèn)化進(jìn)程中基于蟻群行為規(guī)則的滇池流域不透水表面擴(kuò)張智能體建模與模擬”(41461038)； 高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)聯(lián)合基金“盤龍江子流域城市非點(diǎn)源污染的地理空間模擬模型研究”(20115303110002)

王啟名(1988—)，男(漢族)，陜西省蒲城縣人，碩士研究生，研究方向?yàn)镚IS與土地資源系統(tǒng)研究。E-mail:305848964@qq.com。

楊昆(1963—),男(漢族)，云南省曲靖市人，碩士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地理信息系統(tǒng)及應(yīng)用研究。E-mail：kmdcynu@163.com。