朱麗蓉 崔乙斌 葉長青③

（1 海南大學旅游學院 海南海口5702282；2 海南大學生態(tài)與環(huán)境學院 海南?？?7022）

土地是環(huán)境地學中的基本要素。19 世紀初，人們就開始了土地利用變化的研究［1］。1970 年之后，隨著GIS和遙感的應用，開始出現(xiàn)多學科交叉研究。20 世紀80 年代，人們逐步重視地球系統(tǒng)變化與持續(xù)健康發(fā)展的問題，相繼開展了生物多樣性（DIVERSIΤAS） 和世界氣候研究等計劃（WCRP）［2］。20 世紀90 年代，認識到土地利用變化在全球變化研究中的重要作用，將土地利用變化研究集中在“何時何地發(fā)生變化、發(fā)生哪種變化和變化機理”等方面。隨著“國際地圈—生物圈計劃”（IGBP）“國際全球環(huán)境變化人類行為計劃”（IHGP）等計劃的實施，關于土地利用的研究無論在理論、還是方法和實踐方面都取得了長足進步，土地利用變化科學（Land Change Science，LCS）相應誕生。近年來，土地利用/覆被變化已成為研究熱點［3‐4］。而GIS 具有強大的信息空間管理和分析功能，已成為環(huán)境地學研究全球變化的一個重要工具。隨著人類對自然改造能力的不斷加強，土地利用變化動力機制發(fā)生了“從自然到人類”的明顯改變［5‐6］，其影響機理也更加復雜，而研究土地利用變化可以更好地規(guī)劃全局，達到合理使用土地資源的目的。

松濤水庫位于海南省儋州市南部，流域總面積達1 496 km2，地理位置為東經(jīng)109°10′～109°45′，北緯18°56′～19°30′，跨儋州市的南豐鎮(zhèn)以及白沙縣的阜龍鄉(xiāng)、牙叉鎮(zhèn)、細水鄉(xiāng)、元門鎮(zhèn)、南開鄉(xiāng)和青松鄉(xiāng)共7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。流域內地形屬于低山丘陵地形，由于構造斷裂及褶皺作用，山地比較高陡，溝谷數(shù)量眾多而深切，較為破碎，水系發(fā)達。流域年平均降雨量為1 896.1 mm，全年降雨量中5～10 月，其降雨量占全年的80%以上，干、濕季節(jié)明顯［7］。沿河流水系的地帶大都被改造為耕地，種植糧食以及其它農作物，自然條件較好的丘陵臺地已被開墾，種植了橡膠和其它熱帶作物，植被覆蓋較好。松濤水庫作為海南省第一大水庫，流域范圍廣闊，擔負著給水和灌溉任務。近年來，松濤水庫流域的土地利用格局伴隨人類活動發(fā)生了明顯變化，利用GIS和遙感技術分析探討流域土地利用變化及驅動力機制，可政府政策制定提供科學依據(jù)。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究數(shù)據(jù)

基礎數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站2002 年10月的Landsat7 EΤΜ 衛(wèi)星遙感影像及Google Earth上2016 年高分辨率影像。社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)源于海南省儋州市和白沙縣歷年統(tǒng)計年鑒。

1.2 方法

1.2.1 監(jiān)督分類

在ENVI5.3 中利用已知參數(shù)對2002 年10 月的Landsat7 EΤΜ 衛(wèi)星遙感影像進行輻射定標和大氣校正預處理工作，利用預先裁剪好的流域邊界提取研究區(qū)；然后依照監(jiān)督分類具體步驟［7］，根據(jù)松濤水庫流域的實際土地利用特點將研究區(qū)分為水域、道路、居民點、林地、園地、耕地和未利用地，制作土地利用分類圖。再將分類圖進行處理和結果驗證。

1.2.2 目視解譯

目視解譯是一種較為簡便的遙感解譯方法，對遙感影像直接進行識別和判斷，將各目標區(qū)域進行分類。Google Earth 具備最新年份的高分辨率遙感影像，通過人工目視解譯判讀，應用Google Earth 中線條勾畫工具，將研究區(qū)的地塊類型進行分類和標記；再轉到ArcGIS10.2 中利用線切割面以及融合、轉換、疊加等功能，得到土地利用分類矢量圖。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

在ArcGIS 中將2 期土地利用分類圖屬性表中各個地塊類型的面積進行計算匯總。將屬性表導出并計算：（1）計算各類型土地利用變化幅度；（2）計算單一土地利用動態(tài)度；（3）計算綜合土地利用動態(tài)度；（4）做出土地利用類型轉移矩陣。最后分析土地利用變化的驅動因素。

2 結果與分析

2.1 土地利用變化幅度

圖1為松濤水庫流域2002、2016年的土地利用情況。根據(jù)2002、2016年的土地利用變化幅度可以看出：居民點和園地趨向于增長，水域、林地、耕地與未利用地趨向于減少。水域從2002年的154.71 km2下降到2016年的126.18 km2；道路由2002年4.73 km2上升到2016年5.47 km2；居民點從2002年的8.55 km2上升至2016 年15.20 km2；林地由2002 年的1 105.86 km2下降到2016 年的1 015.23 km2，減 少了90.62 km2。園地、耕地和未利用地變化最為明顯，園地從2002 年的111.74 km2上升至2016 年的429.16 km2，增加了317.42 km2；耕地從2002年的235.99 km2減少到2016 年的95.92 km2；未利用地由2002 年的65.57 km2減少到2016 年幾乎為零。流域的土地利用變化幅度可以明顯體現(xiàn)出土地利用類型的變化。

2.2 土地利用變化速度

土地利用動態(tài)度是用來表示一定時間內區(qū)域的土地利用變化速率。區(qū)域一定時間內某種土地利用類型的數(shù)量變化情況可用單一土地利用動態(tài)度來表達［7］。

式1 中K—變化率；Ua—研究初期某種土地類型的數(shù)量；Ub—研究期末某種土地類型的數(shù)量；T—研究時段。

整個區(qū)域的土地利用變化的速度可用綜合土地利用動態(tài)度來描述。

式2 中Lc—土地利用動態(tài)度；LUi—監(jiān)測起始時間第i類土地利用類型面積；△LUi-j—監(jiān)測時段第i類土地利用類型轉為非i類土地利用類型的絕對值；T—監(jiān)測時段長度。

根據(jù)以上公式計算得到松濤水庫流域14 年來綜合土地動態(tài)度年變化率為19.24%（表1）。園地的單一土地利用動態(tài)度為20.29%，園地的年變化率最大；其次為居民點、耕地和未利用地，分別為5.49%、4.24%、7.14%；再次為水域、道路，分別為1.30%、1.12%；林地最小，僅為0.59%。

表1 2002～2016年土地利用年變化率

2.3 土地利用的轉化過程

土地利用類型面積轉化矩陣可細致反映各地類間的相互轉化關系，為了解研究期初各類型土地的流失去向以及研究期末各類型土地的來源與構成提供參考。采用ArcGIS對2002年和2016年土地利用圖進行疊置分析，從而獲得土地利用轉移矩陣見表2。

由表2可知，2002～2016年間土地利用類型轉化特點：（1）園地大量增加，水域、林地以及耕地主要向園地變化發(fā)展；（2）人口遷入，居民點和道路增加，地塊類型變化來源主要為林地和未利用地；（3）林地和園地彼此轉化。

表2 2002～2016年土地利用類型轉化矩陣 單位：km2

2.4 土地利用結構及其變化

松濤水庫流域14年間土地利用變化程度較大，以林地和園地為主，水域和耕地次之，居民點和道路較少。由圖2 可知，相比2002 年，2016 年水域占流域總面積的比例減少了1.67%，道路增加了0.04%，居民點增加了0.39%，林地減少了5.37%，園地增加了18.81%，耕地減少了8.30%，未利用地減少了3.89%。

3 驅動因素

3.1 自然條件

松濤水庫流域內多為低山丘陵地形，地形起伏較大，屬熱帶季風氣候，溫和多雨，流域內水系網(wǎng)絡發(fā)達，水資源豐富［8］。在這種自然條件下，流域土地利用結構呈現(xiàn)出相應的分布格局，集中山區(qū)的林地及山腰的水果、橡膠、檳榔等熱帶經(jīng)濟作物面積占比超過70%，水域占9%左右，沿水域地帶主要分布耕地、園地及一些為種植而聚集的居民點，居民點主要分布于平坦的區(qū)域，且較為分散。說明松濤水庫流域的自然地理條件對流域的土地利用格局具有重要的影響。

3.2 人口增長驅動

人口變化對土地利用變化具有直接影響的作用，是土地利用變化的根本驅動力。圖2 顯示，2016 年居民點所占面積比2002 年增加了0.39%，這可能是人口增長增加了人類活動所需空間給土地利用帶來了壓力，一定程度上破壞或減少流域內的土地；而人類會作為土地利用主體，根據(jù)自身的需要，對土地進行改造，通過毀林開荒方式，將土地適當改造成園地、耕地等，也會導致林地面積的減少。

由圖3可知，2002～2011年，松濤水庫流域內各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口呈現(xiàn)增長趨勢，說明流域內總人口在持續(xù)穩(wěn)定增加。人口增長使城市居住用地面積不斷增加，2002～2016 年人類居民點用地總面積增加了4.3%。

3.3 政府政策的驅動

政府實施的政策是驅動土地利用變化的一個重要因素。20 世紀80 年代開始，國家在農村實施生產責任制，集體經(jīng)營的土地承包給農戶，這一政策的實施極大激發(fā)了農民們的生產積極性和勞動效率，土地資源得到了充分利用。由圖4可以看出，流域內儋州市和白沙縣近年來橡膠的種植面積變化呈增長趨勢，這可能是由于政府出臺對熱帶經(jīng)濟作物和橡膠種植的補貼政策，如《海南民營天然橡膠補貼政策》［9］，經(jīng)濟效益的驅使下，松濤水庫附近的農民盡可能地種植熱帶經(jīng)濟作物，新種植的經(jīng)濟作物主要分布在流域內新改造的山地、臺地和丘陵等地形，從而導致林地面積減小，林地大量轉化為園地；加之有些耕地由于原經(jīng)濟效益不理想，也被改造成種植園地，耕地面積也在減小。

4 結論

通過對松濤水庫流域衛(wèi)星遙感影像解譯得到土地利用數(shù)據(jù)，研究流域的土地利用變化并分析其驅動因素，結果表明：

（1）2002～2016 年，松濤水庫流域內的土地利用格局具有明顯變化，綜合土地利用年變化率為19.24%。

（2）2002～2016 年林地以及園地都占明顯優(yōu)勢，兩種用地類型總和占流域總面積超過70%，園地面積出現(xiàn)明顯增長趨勢；水域相對較有優(yōu)勢，占流域總面積的7%～9%。居民點和耕地相當；未利用地2016年基本轉化完畢。

（3）水域和林地逐漸減少并向園地以及居民點轉變；水域、林地、園地、居民點的年變化率分別為‐1.30%、‐0.59%、20.29%、5.19%。耕地和未利用地減少，年變化率分別為‐4.24%、‐7.14%，主要向園地變化。

（4）隨著人口增長和經(jīng)濟發(fā)展，再加上政府政策的干預，農戶趨向于將地塊改造為園地，所以園地顯著增加。