王芳?邵景安 黨永峰
[摘 要]選取重慶市石柱縣為樣區(qū),使用TM、SPOT-5影像及其它相關基礎圖件數(shù)據(jù),運用Markov模型對研究區(qū)1995~2015年近20年間的土地利用變化特征進行系統(tǒng)分析,揭示其土地利用類型變化及演變規(guī)律,結果表明:1樣區(qū)土地利用類型在數(shù)量上呈現(xiàn)為林地>耕地>草地>水域>建設用地,其中林地和耕地所占總面積的比例超過了90%。2樣區(qū)1995~2015年,五種土地利用類型的面積隨時間變化存在差異:草地和耕地面積不斷減少,林地和建設用地面積持續(xù)增加,水域變化不顯著。3樣區(qū)五種土地利用類型在空間格局變化上主要呈現(xiàn)為耕地—林地、耕地—建設用地、草地—林地和草地—建設用地四者之間的轉換。
[關鍵詞]土地利用;Markov模型;重慶市;石柱縣
[中圖分類號]F301 [文獻標識碼]A
土地利用/覆被變化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)是人類活動對地表影響的重要載體。歸納起來,國外的學者注重從宏觀角度定性的研究大規(guī)模尺度上的LUCC變化特征及其驅動因素,尤其側重于借助各種模型對未來土地利用情況進行模擬預測,評價其對資源環(huán)境的影響,特別是北美流派和歐洲流派;而國內大多數(shù)學者關注的是大中城市及其周邊地區(qū)和經(jīng)濟快速發(fā)展的熱點地區(qū),對山地城市生態(tài)保護區(qū)域的土地利用變化及其驅動因素的研究有限。
石柱縣位于三峽庫區(qū)重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū),具有生態(tài)環(huán)境脆弱、經(jīng)濟發(fā)展不足以及少數(shù)民族聚集等特點,土地利用類型的變化對當?shù)鼐用裆钌a以及經(jīng)濟發(fā)展具有重要的作用和實際影響。
1 材料與方法
1.1 區(qū)域概況
重慶市是我國西南地區(qū)典型的山地都市區(qū),樣區(qū)石柱土家族自治縣(簡稱石柱縣)(107°59′22″~108°34′45″E,29°39′29″~30°32′45″N),位于長江上游地區(qū)、重慶東部,三峽庫區(qū)腹心,是集少數(shù)民族自治縣、三峽庫區(qū)淹沒縣、生態(tài)保護發(fā)展區(qū)縣于一體的特殊區(qū)域。樣區(qū)氣候屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū),年均氣溫16.5℃,年均降水量1103.0 mm。土壤以黃壤、黃棕壤、紫色土、水稻土等為主。
1.2 數(shù)據(jù)來源及處理
本文中使用的基礎地理數(shù)據(jù):1995年30m分辨率TM影像來源于中科院地理所資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心;2005年和2015年2.5m分辨率SPOT-5影像來源于國家林業(yè)局調查規(guī)劃設計院;1995年和2005年1:1萬土地利用圖、2010年1:1萬國土二調數(shù)據(jù)、1:1萬地形圖、1:1萬道路和居名點分布圖來源于石柱縣國土局;30m分辨率DEM來源于中國西部數(shù)據(jù)中心。社會經(jīng)濟數(shù)據(jù):主要來源于《石柱統(tǒng)計年鑒》以及石柱縣各年公布的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報;2005年的退耕還林以及天保工程等的補償信息來源是石柱縣林業(yè)局。
將所有矢量數(shù)據(jù)在Arcgis10.0軟件中經(jīng)過坐標轉換統(tǒng)一投影在西安80坐標系下,進行格式轉換,所有的柵格數(shù)據(jù)大小為30m×30m,然后再提取各個不同地類和選取驅動因子等處理后,將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉換成二進制文本格式,在IDRISI Selva 17.0中再將數(shù)據(jù)轉為IDRISI能夠識別的rst柵格格式,最后再運用Markov模型和Logistic模型生成土地利用轉移矩陣和驅動因子的回歸分析。
1.3 研究方法
在Markov過程中,系統(tǒng)的將來狀態(tài)僅僅依賴于當前狀態(tài)。
Markov模型的公式為:
(1)
(2)
式中,X(t)表示隨機事件在t時刻的狀態(tài);P表示狀態(tài)轉移概率矩陣,取值范圍為[0,1];X(t+1)表示隨機事件在t+1時刻的狀態(tài)。通過創(chuàng)建t1至t2的土地利用變化轉移概率矩陣,可以直接用于分析土地利用類型面積的變化信息,也可作為Markov鏈分析中的狀態(tài)轉移概率矩陣,用以預測土地利用變化趨勢。
2 結果與分析
2.1 土地利用類型總體特征
1995-2015年間,林地和耕地一直是主要土地利用類型,其中,耕地、草地呈現(xiàn)減少趨勢,林地、水域、建設用地呈現(xiàn)增加趨勢。林地在五種土地類型中占絕對主導的地方,隨著時間推移,林地面積和林地占總面積的比例具有顯著增加,其中,林地面積增加幅度較大,1995年面積為165607.37hm2,占全縣的55.23%,在以后的每個10年均是呈現(xiàn)增長趨勢,到2015年面積已到達210089.41 hm2,占全縣面積比例的70.06%;耕地的面積僅次于林地,1995年為106335.58 hm2,占全縣面積比例的35.46%,但數(shù)量變化趨勢正好與林地相反,20年間處于不斷減少的態(tài)勢,到2015年耕地面積減少至67244.79 hm2,只占到全縣面積的22.43%。
樣區(qū)的土地利用類型20年間在空間分布上表現(xiàn)出明顯的異質性。林地和耕地以及草地在全縣的土地利用類型中占主導地位。林地類型的分布由西北到東南主要在方斗山、七曜山北部高山區(qū)和七曜山南部的中山區(qū),基本上都是圍繞山地分布;耕地類型的分布由西北到東南主要是在沿江層山脊淺丘的平壩區(qū)和方斗山—七曜山所夾的槽谷區(qū);草地類型的分布則是處于林地和耕地交錯帶區(qū)域,1995年和2005年主要是在七曜山北部的高山區(qū)以及沿江平壩區(qū),而2015年大部分的草地分布轉移至了方斗山低山區(qū),七曜山北部高山區(qū)也有分布,跟10年和20年前相比,分布明顯減少。
2.2 土地利用類型動態(tài)變化
對比1995~2015年的面積轉移矩陣可知,耕地、林地、草地和建設用地四者之間的轉換最為顯著。在1995~2005年期間,主要表現(xiàn)為耕地、林地和建設用地之間的轉換:大量的耕地轉換為其它用地類型,其中林地和建設用地是主要的轉換去向;部分的林地類型轉為耕地、草地和建設用地;少量的草地轉換為耕地、林地和建設用地。因此由1995~2015年的面積轉移矩陣可以看出,樣區(qū)在這近20年間各個土地利用類型間均有不同程度的轉換,其中耕地、林地、草地和建設用地之間的轉換更為頻繁和劇烈。
圖2 樣區(qū)1995~2005年、2005~2015年、1995~2015年土地利用類型變化轉移圖
樣區(qū)土地利用類型轉換的空間格局分布上具有較強的異質性(圖2)。由1995~2015年的用地類型轉換可以看出,全縣主要的土地利用類型轉換是耕地—林地、耕地—建設用地、草地—林地和草地—建設用地四者之間的轉換。在不同時期內各個用地類型的轉換和空間分布存在較大差異:在1995~2005年期間,用地類型間的轉換主要是耕地—林地和耕地—建設用地;在2005~2015年期間用地類型間的轉換主要是耕地—林地、耕地—草地、耕地—建設用地、草地—林地和草地—建設用地;在兩個時期中也有少量的轉換為耕地、草地和建設用地,但可以從圖上看到,分布的范圍比較零散和破碎。而研究區(qū)土地利用類型在地域上的變化轉移20年間都比較穩(wěn)定,耕地—林地、耕地—草地和耕地—建設用地的轉換主要分布在方斗山西部較中緣、坡度較不平緩地區(qū)和槽谷區(qū)耕地林地交錯帶靠近山地的部分;草地—耕地和草地—建設用地的轉換則分布在方斗山和七曜山下緣坡度較平緩的地區(qū),而草地—林地的轉換分布與兩山海拔較高、坡度也較大的區(qū)域。
3 結論與討論
本文通過選取三峽庫區(qū)的重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)石柱縣作為武陵山區(qū)的典型區(qū)域,對研究區(qū)1995~2015年近20年間的土地利用變化特征進行了系統(tǒng)分析,結論如下。
(1)樣區(qū)的土地利用類型無論是在數(shù)量上還是空間分布上,均是耕地和林地兩種用地類型占主要地位,面積比例總和占全縣面積的90%以上。其中林地的分布是最廣泛的,到2015年已占全縣面積比例的70.06%;耕地的分布面積僅次于林地,到2015年只占到全縣面積的22.43%;草地面積總量雖不大,但是整體所占比例也大于水域和建設用地總和。
(2)樣區(qū)各個土地利用類型的動態(tài)變化存在較大差異。1995~2015年近20年間,耕地和草地用地類型在數(shù)量上處于持續(xù)減少狀態(tài),林地和建設用地類型在數(shù)量上呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢,水域類型的數(shù)量變化整體幅度不大。
(3)樣區(qū)土地利用類型的動態(tài)變化在空間格局分布上具有較強異質性,全縣主要的土地利用類型轉換是耕地—林地、耕地—建設用地、草地—林地和草地—建設用地四者之間的轉換。
隨著全國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,樣區(qū)石柱縣作為三峽庫區(qū)山地城市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)的典型區(qū)域,未來土地利用類型將會繼續(xù)發(fā)生巨大的變化。同時伴隨著在天保工程、退耕還林還草以及土地流轉等政策法規(guī)的頒布與實施,耕地和草地持續(xù)減少到最終保持穩(wěn)定,林地的增長為生態(tài)壓力過大起到了一定的緩解作用,建設用地的增長是匹配快速增長的人口以及社會經(jīng)濟的必然趨勢。
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