劉詩雅

[摘要]藍(lán)山縣的土地利用結(jié)構(gòu)以“林地-耕地”為主，土地利用變化受人類活動(dòng)影響較小，林地是藍(lán)山縣最主要的土地利用類型，工業(yè)用地年變化率最大；十年間各種一級(jí)土地類型土地利用轉(zhuǎn)移率普遍低，土地類型變化小，其中其他土地利用類性轉(zhuǎn)移率最高；2000～2010年間，各土地利用類型空間變化小，這與政府決策有一定關(guān)系，其中空間變化最明顯的是人工表面。在RS、GIS的技術(shù)支持下，得到了藍(lán)山縣2000年、2005年和2010年的土地利用分類圖與相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)藍(lán)山縣這十年間的土地利用變化進(jìn)行了分析。以期為藍(lán)山縣區(qū)域土地資源的合理利用、開發(fā)與保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及更好的開展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)提供參考。

[關(guān)鍵詞]土地利用；GIS；時(shí)空格局變化

[中圖分類號(hào)]N945.11 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

隨著經(jīng)濟(jì)全球化和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，人地矛盾越發(fā)尖銳。在這個(gè)背景下，土地利用/土地覆蓋變化成為了世界環(huán)境變化的核心研究領(lǐng)域與研究熱點(diǎn)。藍(lán)山縣屬于湖南省湘江源地區(qū)，是湖南省委省政府響應(yīng)中央水利改革、加強(qiáng)湘江的綜合生態(tài)保護(hù)的重要地區(qū)，是國家生態(tài)文明先行示范區(qū)，其生態(tài)環(huán)境受到政府與社會(huì)的重視。本文以藍(lán)山縣為研究對(duì)象，在Landsat TM/ETM等遙感影像的基礎(chǔ)下，運(yùn)用ENVI和ArcGIS軟件，主要是從結(jié)構(gòu)、類型和空間3個(gè)方面的變化來分析2000～2010十年間藍(lán)山縣的土地利用/土地覆蓋變化的時(shí)空格局。為區(qū)域土地資源的合理利用、開發(fā)與保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及更好的開展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)提供參考。

1 研究區(qū)域概況

藍(lán)山縣（如圖1），位于中國湖南省的南端，北緯25°01′02″～25°37′08″之間 ，東經(jīng)111°54′15″～112°2′08″之間。藍(lán)山縣位于九嶷山東麓，其地形以山地為主，地勢(shì)西南高東北低；屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，光照熱量較充足；地跨長江、珠江兩大流域的上游地區(qū)，水系較發(fā)達(dá)。藍(lán)山縣資源較為豐富，其中森林資源和動(dòng)物資源地位突出：含有楠竹、桉樹、水杉、龍竹和銀杏等38種珍稀植物，森林覆蓋率高，是湖南省的重點(diǎn)林區(qū)縣，有一個(gè)國有森林公園；娃娃魚、香獐、猴面鷹、獼猴和麂子等60多種珍稀動(dòng)物，主要分布在林間山溪地區(qū)。藍(lán)山縣還是糧食、油茶、茶葉和烤煙等農(nóng)作物的主要產(chǎn)地。藍(lán)山縣交通便利，有二廣和廈蓉兩條高速公路， 322、314、216三條省道以及永連二級(jí)公路縱貫藍(lán)山縣的南北。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與土地利用分類

本次所用數(shù)據(jù)包括研究區(qū)域2000、2005和2010年空間分辨率為30m的Landsat TM遙感影像、研究區(qū)域的行政區(qū)劃圖、地形圖及其他輔助圖件。主要采用ENVI和ArcGIS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在關(guān)注藍(lán)山縣的土地利用/土地覆蓋特點(diǎn)的同時(shí)，也考慮研究區(qū)土地資源的實(shí)際情況和Landsat TM/ETM遙感影像的分類能力，本次研究使用的土地利用/土地覆蓋分類系統(tǒng)主要參考“生態(tài)十年環(huán)境感監(jiān)測(cè)土地覆蓋分類系統(tǒng)（2013年版）”，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)代碼，有利于政府間和各國際組織之間的數(shù)據(jù)交換與對(duì)比分析，能反映出通用的土地覆被特征，具有普遍性和全球性。此分類系統(tǒng)分為二級(jí)：一級(jí)為IPCC土地覆被類型，二級(jí)基于碳收支的LCCS土地覆被類型。其中一級(jí)的包括林地、草地、濕地、耕地、人工表面和其他等6 種土地分類；二級(jí)類型是通過運(yùn)用FAO LCCS的方法進(jìn)行劃分的，包括草甸、湖泊、水田、居住地、裸巖和常綠闊葉林等共38類。由此獲得2000年、2005年和2010年3年藍(lán)山縣的土地利用/土地覆蓋分類圖（圖1）。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度分析。土地利用動(dòng)態(tài)度包括單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度指數(shù)（K）和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)（LC），它們可以反映區(qū)域土地利用的變化速度和地域差異性。

式（1）中，K是指某一區(qū)域土地利用類型在研究時(shí)間段內(nèi)的動(dòng)態(tài)度（或變化率）；Ua是指某一種土地利用類型在研究初期的面積，Ub是指某一種土地利用類型在研究末期的面積；T是指研究時(shí)間的長度。為了揭示出區(qū)域土地利用/覆蓋中土地利用類型的變化程度，可以采用土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)來分析土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化。式（2）中，LC的值是指某研究區(qū)域土地利用總的變化速度；LUi是第i類土地利用類型在研究初期的面積；是第i類土地利用類型在研究時(shí)間范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變成其他土地利用類型的面積；T是指研究時(shí)間的長度。

2.2.2 土地利用變化強(qiáng)度。土地利用變化強(qiáng)度反映一個(gè)地區(qū)的人類活動(dòng)對(duì)土地覆蓋的干擾度或土地利用程度。由此本文以人類活動(dòng)對(duì)土地覆蓋的干擾度大小為標(biāo)準(zhǔn)來劃分土地利用程度分級(jí)指數(shù)，將其他用地賦值為1，林地、草地和濕地賦值為2，耕地賦值為3，人工表面賦值為4。土地利用綜合程度指數(shù)（La）的值介于100～400之間，值越大，說明某一地區(qū)土地利用的強(qiáng)度越大。公式如下所示：

式（3）中，La是指土地利用綜合程度指數(shù)；Ai是指通過對(duì)土地利用程度進(jìn)行分級(jí)后，地類i的指數(shù)；Ci是指地類i占整個(gè)研究區(qū)面積的比重。

3 結(jié)果分析

3.1 結(jié)構(gòu)變化分析

3.1.1 類型結(jié)構(gòu)變化。通過運(yùn)用各土地類型的面積比例、變化面積和單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度指數(shù)，由此來探究湘江源頭2000～2010 年土地利用/土地覆蓋類型的數(shù)量變化和年變化率，從而分析湘江源頭土地利用/土地覆蓋的類型結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn)。從一級(jí)分類系統(tǒng)的6種地類來看（圖2），藍(lán)山縣土地利用/土地覆蓋結(jié)構(gòu)以“林地-耕地”為主，十年間這種結(jié)構(gòu)變化小。其中最主要的土地覆蓋類型是林地，高達(dá)75%，這與藍(lán)山縣森林蓄積量廣和森林覆蓋率高的特點(diǎn)，以及湖南省的重點(diǎn)林區(qū)縣的現(xiàn)狀一致。藍(lán)山縣17%以上是耕地，其中水田略多于旱地。十年間草地面積基本不變。

藍(lán)山縣有20種二級(jí)分類系統(tǒng)地類，從這20種二級(jí)地類的面積變化來看（表1），2000～2005年間，各土地利用類型的面積除草甸外，其余地類都發(fā)生了變化。草叢、草本濕地、河流、居住地、工業(yè)用地、交通用地、常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠闊葉灌木林和喬木園地的面積有所增長；草叢的面積增長最多，增加了7305m2；其次是常綠闊葉林和居住地。然而湖泊、水庫/坑塘、水田、旱地、裸巖、常綠針葉林、落葉闊葉灌木林的面積有所減少，其中常綠針葉林的面積減少最多，減少了9211m2，其次是落葉闊葉灌木林。2000～2005年間單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度K的變化情況為：工業(yè)用地增長速度最快，年增長率高達(dá)74.17%，增長速度雖快但增長面積僅為267m2；草叢年增長率僅為1.98%但是增長面積為7305m2；裸土的負(fù)增長嚴(yán)重，年增長率為-20.00%。2005～2010年間的面積變化情況：湖泊、河流和喬木園地面積無變化。草叢、水庫/坑塘、居住地、工業(yè)用地、交通用地、常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠針葉林和常綠闊葉灌木林的面積有所增長；其中常綠針葉林的面積增長最多，增加了10433m2；其次是交通用地和居住地。草甸、草本濕地、水田、旱地、裸巖、和落葉闊葉灌木林的面積有所減少；其中旱地的面積減少最多，減少了8708m2；其次是水田和落葉闊葉灌木林。2005～2010年間單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度K的變化情況為：工業(yè)用地和交通用地增長速度最快，年增長率分別為30.09%和26.66%，增長速度差距雖小但是際增長面積差距大，分別是510m2和4189m2；草甸和草本濕地的負(fù)增長現(xiàn)象嚴(yán)重，年增長率均為-20.00%。期間林地年增長由負(fù)增長到增長，變化率緩慢上升；草地年增長率由正到負(fù)；濕地增長率由負(fù)增長到增長；人工表面年增長率一直在增長且提高快；其他地類一直處于負(fù)增長狀態(tài)。這與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、人類需求的提高以及政府的一系列政策、法律法規(guī)等休戚相關(guān)。

3.1.2 整體結(jié)構(gòu)變化。通過運(yùn)用綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)和土地利用綜合程度指數(shù)可以反映藍(lán)山縣土地利用總的變化速度，可以分析藍(lán)山縣土地利用/土地覆蓋的整體結(jié)構(gòu)的變化。從圖3可知，2000～2010年之間，藍(lán)山縣的土地利用綜合程度由增加再到減少，但浮動(dòng)變化小。La 值由 218.30 上升到 218.77，再降低到218.66，說明藍(lán)山縣2000～2005年的土地利用強(qiáng)度稍增加，2005～2010年的土地利用強(qiáng)度略減少，說明在藍(lán)山縣人類活動(dòng)對(duì)土地利用/土地覆被變化的影響較小。2000～2010年之間，藍(lán)山縣綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)（Lc）呈增加趨勢(shì)，但增長幅度小，2000～2005年的Lc值為0.16%，略低于2005～2010 年的Lc值0.18%，說明藍(lán)山縣十年間的土地利用/土地覆蓋的變化速度在增長得極慢。

3.2 類型變化分析

藍(lán)山縣2000～2005年和2005～2010年兩個(gè)時(shí)間段的土地利用轉(zhuǎn)移率矩陣如表2和表3所示。總體而言，兩個(gè)時(shí)間段的各種一級(jí)土地類型土地利用轉(zhuǎn)移率普遍低，土地類型變化小；除了人工表面，其余5種土地利用類型第二個(gè)時(shí)間段比第一個(gè)時(shí)間段轉(zhuǎn)移率更低。2000～2005年期間約2.99%的濕地和2.34%的其他土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱值兀?005～2010年期間約2.82%的耕地和1.34%的其他土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?；兩個(gè)時(shí)間段分布約1.01%和1.61%的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯け砻妫?000～2005年約4.61%的其他土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)楦兀?005～2010年約1.42%的濕地轉(zhuǎn)變?yōu)楦兀?000～2005年約1.37%的其他土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?。明顯可以看出在2000～2005年間的其它土地利用類型轉(zhuǎn)變率最高約8.33%，裸土裸巖面積變少，說明隨著長時(shí)間的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，植物的種類和數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模，有機(jī)物總量增加，本地生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力越來越強(qiáng)。

3.3 空間變化分析

通過ArcGIS的空間疊加分析功能，將不同土地利用/土地覆被類型的變化劃分為不變、減少、增加3種類型，得到湘江源頭藍(lán)山縣2000～2010年間林地、草地、濕地、耕地、人工表面和其他6種土地利用/土地覆被類型的空間變化圖（圖4），分析該6種主要土地利用/土地覆被類型的空間變化特征。

草地主要零散的分布在藍(lán)山縣的東北部和西南部，十年間藍(lán)山縣草地面積變化不大。濕地主要分布在東北部，十年間濕地減少面積大于增加面積，減少的面積主要來源于草本濕地面積的下降和一些坑塘和湖泊的萎縮。耕地主要分布在藍(lán)山縣的北部和中部，十年間西部耕地面積持續(xù)減少，主要用于交通用地；人工表面主要分布在藍(lán)山縣的西北部和中部，十年間藍(lán)山縣西北部和中部人工表面都有所增加，其中2005～2010年增長最為明顯，特別是交通用地增加明顯，這與2004年開始啟動(dòng)了加強(qiáng)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的惠民工程“村村通”公路是密不可分的，人工表面變化最明顯。其他土地利用類型，主要指裸巖與裸土兩種類型，主要分布在北部和西南部；2000～2005年間，西南部的其他土地利用類型面積大幅度減少；2005～2010年間，變化少。林地主要分布在藍(lán)山縣的東部、西部和南部；2000～2005年間，藍(lán)山縣東北部林地有所減少，主要集中在湘江源附近，西南部林地略減；2005～2010年間，由于當(dāng)?shù)卣訌?qiáng)了有關(guān)保護(hù)湘江流域環(huán)境的法律法規(guī)，藍(lán)山縣東北部和西南部林地面積得到恢復(fù)。土地利用規(guī)劃需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，當(dāng)?shù)卣畬?duì)于經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的偏好程度不同，會(huì)導(dǎo)致林地、濕地和人工表面等面積發(fā)生變化。

4 結(jié)果與討論

從以上分析可以得出：（1）2000～2010年，藍(lán)山縣土地利用結(jié)構(gòu)以“林地—耕地”為主，結(jié)構(gòu)變化率小，林地是藍(lán)山縣最主要的土地利用類型，各土地利用類型中工業(yè)用地年變化率最大，藍(lán)山縣的土地利用的變化速度在緩慢增長，受人類活動(dòng)影響較小；（2）2000～2010的兩個(gè)時(shí)間段的各種一級(jí)土地類型土地利用轉(zhuǎn)移率普遍低，土地類型變化小；其中其他土地利用類性轉(zhuǎn)移率最高；（3）2000～2010年間，各土地利用類型空間變化小，這與政府決策有一定關(guān)系，其中空間變化最明顯的是人工表面。

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