朱麗輝，徐 瑤，杜 忠

（西華師范大學(xué) 國土資源學(xué)院，四川 南充637009）

目前，土地利用／覆被變化已成為全球變化研究熱點之一［1－2］，對生態(tài)系統(tǒng)的能量、結(jié)構(gòu)和功能有著顯著影響，與全球變化、生物多樣性等密切相關(guān)［3］。土地利用／覆被變化是影響全球變化，區(qū)域生態(tài)環(huán)境的最直接的人為驅(qū)動因素之一，因此，在全球變化研究中起著及其重要的作用［4］。目前的土地利用／覆被變化研究中，RS技術(shù)起著重要作用，能夠大范圍、有效的監(jiān)測土地利用／覆被變化，且遙感數(shù)據(jù)與土地利用的時空特性保持高度的一致性［5］，從而遙感技術(shù)成為監(jiān)測土地利用／覆被變化的有效手段［6］。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對不同時空范圍的土地利用／覆被變化特征和驅(qū)動因素進行了大量研究，取得了重要成果。Philips［7］利用多時相遙感影像數(shù)據(jù)和GIS 技術(shù)等手段，對土地覆被對生態(tài)環(huán)境的影響進行了評價。吳倩雯等［8］采用人工解譯和監(jiān)督分類相結(jié)合的方法對東江源稀土礦區(qū)土地利用變化進行研究。周書貴等［9］運用轉(zhuǎn)移矩陣的方法，定量描述了近20年黃土高原土地利用／覆被的時空變化特征。Maimaitijiang M 等［10］對圣路易斯大都市區(qū)的土地覆蓋和土地利用變化驅(qū)動因素進行分析。馬晴等［11］利用Landsat遙感數(shù)據(jù)和土地利用動態(tài)變化模型，對疏勒河流域中下游綠洲土地利用變化過程、趨勢及其驅(qū)動機制進行了深入分析。這些研究表明土地利用／覆被變化成為全球變化研究熱點，有必要對其動態(tài)變化及驅(qū)動因素進行深入研究。

南充市作為長江中游重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，近年來經(jīng)濟發(fā)展迅速，人類活動對該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成一定程度上的干擾，致使土地利用／覆被狀況發(fā)生了一定變化。因此，掌握南充市土地利用／覆被變化的特征，有利于長江流域的水土保持和生態(tài)修復(fù)。本文基于南充2000，2010，2015 年 的3 期Landsat影 像 和QuickBird高精度遙感數(shù)據(jù)，運用區(qū)域統(tǒng)計和疊加分析方法，分析出南充市土地利用／覆被變化特征及驅(qū)動因素，以期為當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)、土地整治工程、合理開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南充市位于四川盆地東北部，嘉陵江中游，介于北緯30°35′—31°51′、東經(jīng)105°27′—106°58′之間。屬于中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，雨熱同季，降水量的季節(jié)分配不均，夏季降水強度最大，冬季最小，秋季大于春季。地貌類型分為北部低山區(qū)和南部丘陵區(qū)兩大類，原生的自然植被以亞熱帶常綠闊葉林和亞熱帶落葉闊葉林為主。地勢從北向南傾斜，海拔在256～888.8 m 之間。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

選擇南充市2000，2010和2015年Landsat影像和2007，2008，2010年南充市Quick Bird高精度遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)幾何精校正、正射影像校正處理、專題處理，提取南充市土地利用／覆被信息。輔助參考數(shù)據(jù)包括：①空間分辨率為30 m 的DEM 數(shù)據(jù)，從而生成坡度數(shù)據(jù)；②氣象數(shù)據(jù)來源于南充市氣象站，包括年平均氣溫和年降水量；③南充市人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)；④四川省南充市土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）和實地踏勘收集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計文字資料。

參照國際地圈—生物圈計劃（IGBP）土地利用／土地覆被分類系統(tǒng)［12］，并采用目視解譯和野外實地踏勘數(shù)據(jù)進行檢查和修正，精度可靠。因此，確定研究區(qū)土地利用類型為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水體5種類型（見表1）。

表1 南充市土地利用類型

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用／覆被轉(zhuǎn)換方向與幅度 土地利用／覆被轉(zhuǎn)換的方向與幅度主要用轉(zhuǎn)移矩陣來描述，計算公式如下：

式中：i和j——矩陣的行和列，不同行列分別代表不同的土地利用／覆被類型；Cij——土地利用／覆被類型i轉(zhuǎn)變?yōu)閖 的幅度；ΔSij——2期土地利用／覆被數(shù)據(jù)中土地利用／覆被類型i轉(zhuǎn)變?yōu)閖 的面積（km2）；Si——前一期土地利用／覆被中i類土地利用／覆被類型面積（km2）。

1.3.2 土地利用／覆被狀況指數(shù) 狀況指數(shù)是指土地利用／覆被類型的面積占研究區(qū)總面積的百分比。可以用來衡量區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)綜合功能，值越高其功能越好。計算公式為：

式中：S——土地利用／覆被狀況指數(shù)；Ci——水體、林地、耕地、草地、建設(shè)用地的面積（km2）；A——研究區(qū)的面積（km2）。

土地利用／覆被狀況指數(shù)變化率，可以用來描述生態(tài)系統(tǒng)狀況的轉(zhuǎn)變，計算公式如下：

式 中：S1與S2——表 示 前 后2 期 的 狀 況 指 數(shù)；Sration——2期狀況指數(shù)的變化率（%）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用／覆被面積變化

南充市2000—2015年主要的土地利用類型是耕地和林地，兩者面積之和占南充市總面積80%以上（附圖26）。從各土地利用類型變化量來看，15 a間南充市耕地、草地和水體面積呈減少趨勢，分別減少了1 549.8，307.9，90.4 km2。而林地和建設(shè)用地面積增勢明顯，分別增加了1 006.2，965.4 km2。其中，耕地和林地面積變化幅度最大。從時間段來看，2000—2010 年耕地、林地面積變化幅度要大于2010—2015年，這說明在退耕還林工程實施的前10 a效果顯著，而在2010年后南充市的耕地和林地轉(zhuǎn)換相對穩(wěn)定。2000—2010 年和2010—2015 年的草地和水體面積減少速率較小，建設(shè)用地面積隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展逐年平穩(wěn)增加，2000—2010，2010—2015年的年增長率分別為65.3%和62.6%（見表2）。

表2 南充市2000年－2015年各土地利用類型面積變化 km2

2.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移分析

由表3 可以看出，在2000—2015 年期間，共有5 055.7 km2的土地利用類型發(fā)生轉(zhuǎn)換，占研究區(qū)總面積的40.5%。15 a間退耕和開墾同時存在，其中，23.5%的林地轉(zhuǎn)化為了草地，轉(zhuǎn)出面積達到了661 km2，其次主要向耕地轉(zhuǎn)化，只有極少部分轉(zhuǎn)為水體和建設(shè)用地，轉(zhuǎn)出面積比例很低（0.1%）；同時有539.4 km2的其他土地利用類型轉(zhuǎn)為林地，主要貢獻者是耕地（12.7%）和草地（11.9%），面積達到498.8 km2，分別占林地轉(zhuǎn)化面積的73.8%和18.7%，也有部分水體和建設(shè)用地轉(zhuǎn)為林地，但轉(zhuǎn)入面積很小（40.6 km2）。草地轉(zhuǎn)入面積為1 868.8 km2，而耕地是草地轉(zhuǎn)入面積的主要來源，27.0%的耕地向草地轉(zhuǎn)出，面積達到846.8 km2，占草地轉(zhuǎn)入面積的45.3%。而建設(shè)面積的增加主要由2.5%的水體和0.4%的耕地轉(zhuǎn)化而來。

表3 南充市2000－2015年土地利用／覆被轉(zhuǎn)換面積

2.3 土地利用／覆被狀況指數(shù)分析

由表4可知，南充市2000，2010，2015 年的土地利用／覆被狀況指數(shù)分別為20.00，20.00，20.04，可以看出南充市近15 a的生態(tài)系統(tǒng)功能較穩(wěn)定。近15 a南充市平均土地利用／覆被狀況指數(shù)為20.02，各土地利用類型的平均土地利用／覆被狀況指數(shù)由低到高分別是水體（3.15）、草地（8.32）、建設(shè)用地（11.64）、林地（33.33）、耕地（43.63），可以看出林地和耕地是南充市主要的土地利用類型。從土地利用／覆被狀況變化率來看（圖1），2000—2010年除了耕地，其他土地覆被狀況變化率均為正值，呈轉(zhuǎn)好趨勢；其中主要是林地和建設(shè)用地的增加，耕地面積減少。2010—2015年耕地、草地和水體變化率為負值，呈轉(zhuǎn)差趨勢，而林地和建設(shè)用地變化率為正值，呈轉(zhuǎn)好趨勢。15 a間，耕地變化率為負值，建設(shè)用地和林地變化率均為正值，且變化劇烈。

表4 2000－2015年南充市土地利用／覆被狀況指數(shù)

2.4 土地利用／覆被變化的驅(qū)動因素

2.4.1 自然因素 土地利用／覆被變化的驅(qū)動因素復(fù)雜，主要包括自然因素和社會經(jīng)濟因素。而自然因素是土地利用／覆被變化的基礎(chǔ)環(huán)境條件，由于自然因素在不同地域存在差異，造成土地利用／覆被變化的差異［13］。因此，氣溫、降水和地形等常被認為是土地利用／覆被變化的主要驅(qū)動因素。

圖1 2000－2015年南充市土地利用／覆被狀況變化率

（1）氣溫和降水。有關(guān)研究指出，土地利用／覆被變化在一定程度上受到氣候變化的影響［14］，從2000—2015年的南充市氣溫和降水趨勢來看（見圖2），年平均氣溫呈下降趨勢，斜率為－0.041 3，下降幅度平緩，且年降水量變化不明顯（R2＝0.077 9），因此，可以看出過去15 a間南充市年均氣溫和年降水量變化都不大，從耕地、草地、林地以及建設(shè)用地的變化情況來看，氣溫和降水變化對南充市的土地利用／覆被變化影響相對較小。

圖2 2000－2015年南充市年均氣溫及年均降水量變化

（2）地形。不同地形的土地利用／覆被類型的變化情況也不同。結(jié)合南充市的坡度分級圖（附圖27）和南充市2015年土地利用分類圖（附圖26），發(fā)現(xiàn)耕地和林地是南充市主要的土地利用／覆被類型，且耕地主要分布在坡度低緩的中部，這是因為坡度低緩區(qū)利于耕作，因此耕地則被保留下來或進行城市建設(shè)，利于城市經(jīng)濟的發(fā)展，為人們生活便利創(chuàng)造了條件。而由于隨著坡度的增加，不利于人類活動，不利于農(nóng)作物灌溉，林地和草地主要分布在坡度較大的東部、南部和北部，有益于南充市的生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

2.4.2 社會經(jīng)濟因素 大量研究表明，社會經(jīng)濟因素是土地利用／覆被變化的主導(dǎo)因素，其中人口、經(jīng)濟、科技和政策等社會因素對土地利用／覆被變化的影響顯著［15］，本文主要從人口、城市化和退耕還林工程3個社會經(jīng)濟因素分析。

（1）人口快速增長，城市化快速發(fā)展。南充市人口從2000年的7.09×106上升到2015年的7.42×106，人口增長率為4.60%，為四川省第二大人口城市。而城市人口增加幅度大于總?cè)丝谠黾臃?，增長率為56.50%，城鎮(zhèn)化率為46.50%。因此，隨著城市人口的快速增長，對居住地等的需求量升高，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)對土地的需求急劇增長，15 a間南充市建設(shè)用地增加了965.40 km2。同時，隨著城市化的快速發(fā)展，中心城區(qū)和管轄的其他地方縣的基礎(chǔ)設(shè)施和交通網(wǎng)絡(luò)的完善占用了大量的耕地資源，且隨著公眾環(huán)保意識的增強以及國家退耕還林工程的推動，部分耕地被退耕還林還草，15 a間耕地面積減少了1 549.8 km2。綜上，人口快速增長以及城市化水平的提高導(dǎo)致了建設(shè)用地面積增加，耕地面積大幅減少。

（2）退耕還林工程。1999年四川省在全國率先啟動實施退耕還林工程，川中丘陵區(qū)退耕還林工程已實施多年，生態(tài)和經(jīng)濟效益逐步顯現(xiàn)。表現(xiàn)在南充市15 a間耕地由2000年的6 370.2 km2減少到2015年的4 820.5 km2，減少了1 549.8 km2，減少的耕地主要轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地和林地，其中約有398.1 km2耕地面積轉(zhuǎn)換成了林地面積，使得林地面積比2000年同比增加了5.59%。林地面積的增加較為明顯，由2000年的3 554.1 km2增加到了2015年的4 560.3 km2。退耕還林工程的實施使得南充市耕地面積大幅減少，林地面積增加，改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論與討論

15 a來，南充市土地利用類型變化較明顯，尤其是2000—2010年，耕地和林地的轉(zhuǎn)化幅度和速度最為明顯，是因為自1999年來國家大力實施的退耕還林工程，耕地面積不斷減少，林地面積增加，而2010—2015年，各土地利用／覆被變化減小，土地利用類型達到較穩(wěn)定的狀態(tài)?？偟膩碚f，2000—2015年，耕地面積呈減少趨勢，減少了1 549.8 km2，林地和建設(shè)用地不斷增加，分別增加了1 006.2，965.4 km2。其次，由于南充市城鎮(zhèn)人口的增長和城鎮(zhèn)化發(fā)展，對土地的需求增加，使得南充市土地利用／覆被總體格局由2000年的耕地＞林地＞草地＞建設(shè)用地＞水體，轉(zhuǎn)變?yōu)?015年的耕地＞林地＞建設(shè)用地＞草地＞水體。建設(shè)用地面積不斷增加，超過草地的面積，耕地和林地為南充市主要的土地利用類型。

本研究從土地利用類型的面積變化、轉(zhuǎn)化率及轉(zhuǎn)化速率來分析2000—2015 年土地利用／覆被變化特征，但只利用了3期遙感數(shù)據(jù)，且圖像處理方面還存在不足，在今后的研究中應(yīng)適當增加影像數(shù)量和選取更加高精度的影像，以對南充市的土地利用／覆被變化特征進行深入、準確的分析，且隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，可能會有更多的因素影響土地利用／覆被的變化趨勢，因此，應(yīng)進一步加強對土地利用／覆被變化的驅(qū)動機制的研究，為南充市的土地資源可持續(xù)利用與生態(tài)環(huán)境的保護提供科學(xué)依據(jù)。