吉首大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 楊禎琦，田建林，麻明友

一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口不斷積累，城市化成為社會發(fā)展的必然趨勢。城市規(guī)模盲目、過度擴(kuò)張的消極影響已經(jīng)越來越被認(rèn)識到。在城鎮(zhèn)化的過程中綠色生態(tài)空間讓位于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得更多的綠色生態(tài)空間轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地和耕地，綠色空間面臨著極度破碎化甚至消失的境遇[1]。從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，綠色生態(tài)空間可用森林、草地的面積總和來進(jìn)行度量。目前，區(qū)域城鎮(zhèn)化進(jìn)程日益加快，一種利用景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)理論，多維度研究綠色生態(tài)空間生態(tài)過程與格局關(guān)系來解釋綠色景觀結(jié)構(gòu)、功能和變化的方法，降低區(qū)域城鎮(zhèn)化對景觀格局的影響，實(shí)現(xiàn)張家界永定區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，成為了政府和學(xué)術(shù)界十分關(guān)注的問題。

二、研究區(qū)概況與研究方法

（一）研究區(qū)概況

張家界市永定區(qū)位于湖南省西北部，武陵山北支流中部。地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°04′～110°55′北緯28°52′～29°25′，土地總面積218332.08hm2，是張家界市旅游核心服務(wù)區(qū)。東臨慈利、桃源，西抵永順，南接沅陵，北與桑植和國家級風(fēng)景名勝區(qū)武陵源接壤。研究區(qū)轄9個(gè)鎮(zhèn)、12個(gè)鄉(xiāng)、6個(gè)街道辦事處，2016年末，顧總?cè)丝?7.33萬人，城鎮(zhèn)人口24.07萬人，農(nóng)村人口22.33萬人。地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，光照充足，氣候溫和，四季分明，適宜農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)發(fā)展。

（二）數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

采集2000、2010和2018年三個(gè)年份的夏季時(shí)期且云量最少的影像進(jìn)行景觀類型分類。整個(gè)分類過程包括影像預(yù)處理、感興趣區(qū)選取、影像的分類、精度驗(yàn)證。①輻射校正和大氣校正：直接在ENVI軟件中對捕獲的Landsat影像進(jìn)行校正，并通過FLAASH模塊對影像進(jìn)行大氣校正，以改善由于太陽輻射在大氣中吸收、散射和反射導(dǎo)致的影像質(zhì)量下降。盡可能獲得地球表面最真實(shí)的反射。②圖像裁剪：張家界永定地球矢量邊界加載到ENVI軟件中，利用SubsetdatafromROI工具分別對2000、2010和2018年3期遙感影像圖進(jìn)行裁剪，得到預(yù)處理后的永定區(qū)遙感影像。③遙感影像解譯：本文檔使用ENVI5.3軟件對預(yù)處理后的TM圖像進(jìn)行分類，橫向分類參見《土地利用分類（GB/T21010-2017）》和中國科學(xué)院土地利用/覆蓋變化（LUCC）。一級分類系統(tǒng)將最終分類的圖像組合成五種景觀類型：耕地、建筑用地、水體、草地和林地。然后對分類結(jié)果進(jìn)行分類后處理，去除小修正，進(jìn)行視覺調(diào)整，手動調(diào)整誤分類區(qū)域，提高分類精度。最后，以采集的地形樣本為實(shí)際參考，對分類圖像的精度進(jìn)行了檢驗(yàn)，總體分類精度超過82%，符合研究需要。

（三）景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣

利用俄羅斯數(shù)學(xué)家馬爾可夫模型構(gòu)建的景觀轉(zhuǎn)移矩陣，可以詳盡詳細(xì)地描述景觀變化的結(jié)構(gòu)特征和每個(gè)景觀變化的方向，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下。

式中：n為研究區(qū)景觀類型數(shù)，Sij為景觀類型i到j(luò)從初始時(shí)段T1到結(jié)束時(shí)段T2過渡的面積統(tǒng)計(jì)，對角線為在此期間景觀類型面積保持不變時(shí)期。

三、結(jié)果與分析

（一）景觀類型動態(tài)轉(zhuǎn)移

1.景觀結(jié)構(gòu)特征及面積變化

根據(jù)對遙感影像進(jìn)行分析得到的研究區(qū)土地整體分類結(jié)果，下圖為研究區(qū)2000年和2018年的分類影像。

從圖1中可以初步看出，2000至2018年這18年間，城市建設(shè)用地的有較明顯擴(kuò)張，研究區(qū)內(nèi)的綠色生態(tài)空間總體呈持續(xù)減小的趨勢。根據(jù)研究區(qū)2000—2018年3期土地利用遙感解譯數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)18年間的各景觀類型面積變化，見表1。

圖1 2000年和2018年研究區(qū)域分類圖像

表1 2000-2018研究區(qū)各景觀類型面積變化

由表1可以看出，自2000年以來，研究區(qū)內(nèi)的綠色生態(tài)空間總體呈持續(xù)減小的趨勢，耕地、林地和草地面積均減小，其中主要減小的綠色空間為耕地，建設(shè)用地有較大幅度增加，水域無較大變化。3個(gè)時(shí)期研究區(qū)各地類的面積中，林地占主導(dǎo)地位，所占比重均超過60%，其面積由2000年的142777.17ha2減少到2018年的142541.55ha2，其面積總減小量為235.62ha2。而耕地面積僅次于林地，在2000、2010與2018年三個(gè)時(shí)期耕地分別占永定區(qū)總面積的24.08%、23.93%、23.16%，比重逐年降低，由2000年的52569.09ha2減少到了2018年的50561.01ha2，相比減少了2008.08ha2，其面積變化最顯著。由于城市化擴(kuò)張等因素的影響，研究區(qū)的建設(shè)用地的面積逐年增加。建設(shè)用地在2000年面積為1769.04ha2，至2018年，其面積增加到4091.58ha2，其比重也由2000年的0.81%逐年上升至2018年的1.87%。由此可見，永定區(qū)在快速化城區(qū)擴(kuò)張的過程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的耕地流失的現(xiàn)象。草地所占比例呈減小趨勢，但減小幅度不大。而水體的變化表現(xiàn)為波動減小趨勢，除2000-2018年間有輕微增加外，整體上仍然呈減小趨勢。

2.土地利用類型矩陣轉(zhuǎn)移過程

進(jìn)一步考察了塔永定地區(qū)不同景觀類型之間的相互運(yùn)動，了解景觀類型的時(shí)空演化過程和機(jī)制，以及特定景觀類型的流量減少和來源增加。研究分析了研究區(qū)2000-2010年和2010-2018年景觀類型變化矩陣。在ArcGIS軟件中，利用Anylysis—Overlay—Intersect工具，將2000與2010年、2010與2018年景觀格局矢量圖進(jìn)行空間疊加運(yùn)算。得到2000-2010年景觀類型轉(zhuǎn)移面積矩陣見表2和2010-2018年景觀類型轉(zhuǎn)移面積矩陣見表3。

表2 2000年-2010年永定區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移面積矩陣

表3 2010年-2018年永定區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移面積矩陣

表2為永定區(qū)2000—2010年景觀轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果表明

（1）草地：草地面積有18930.69ha2保持不變，4.05ha2轉(zhuǎn)為林地，5.4ha2轉(zhuǎn)為耕地，2.88ha2轉(zhuǎn)為水域，轉(zhuǎn)出總面積為12.33ha2；草地的轉(zhuǎn)入則主要來源于耕地，轉(zhuǎn)入的面積為108.45ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的94.65%。

（2）耕地：耕地的面積有52200.9ha2保持不變，163.17ha2轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，46.8ha2轉(zhuǎn)為水域，152.1ha2轉(zhuǎn)為林地，6.12ha2轉(zhuǎn)為其他用地。耕地轉(zhuǎn)出主要以建設(shè)用地及林地為主，轉(zhuǎn)出總面積為315.27ha2；耕地的轉(zhuǎn)入則主要來源于林地，轉(zhuǎn)入面積為36.9ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的90.11%。

（3）建設(shè)用地：建設(shè)用地面積有1760.04ha2保持不變，且轉(zhuǎn)出量較小，2000-2010年間僅向林地轉(zhuǎn)出9ha2；建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入則主要來源于耕地，轉(zhuǎn)入的面積為163.17ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的64.54%。

（4）林地：林地面積有142520.5ha2保持不變，108.45ha2轉(zhuǎn)為草地，82.71ha2轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，36.9ha2轉(zhuǎn)為耕地，28.62ha2轉(zhuǎn)為水域。林地轉(zhuǎn)出主要以草地為主，轉(zhuǎn)出總面積為256.68ha2;林地的轉(zhuǎn)入則主要來源于耕地，轉(zhuǎn)入的面積為152.1ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的96.79%。

（5）水域：水域面積有2268.72ha2保持不變，且轉(zhuǎn)出量較小，2000-2010年間僅向林地轉(zhuǎn)出5.04ha2。水域的轉(zhuǎn)入則主要來源于耕地，轉(zhuǎn)入的面積為46.8ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的59.22%。

從2010-2018年轉(zhuǎn)移面積矩陣來看，各景觀類型面積轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出量各不相同，詳細(xì)情況具體如下：

（1）草地：草地面積有18317.43ha2保持不變，461.34ha2轉(zhuǎn)為林地，111.33ha2轉(zhuǎn)為耕地，64.17ha2轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，90.99ha2轉(zhuǎn)為水域。草地轉(zhuǎn)出主要以林地為主，轉(zhuǎn)出總面積為727.83ha2；草地的轉(zhuǎn)入則主要來源于林地，轉(zhuǎn)入面積為444.15ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的的81.58%。

（2）耕地：耕地的面積有49494.6ha2保持不變，1619.55ha2轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，931.95ha2轉(zhuǎn)為林地，104.94ha2轉(zhuǎn)為水域，90.81ha2轉(zhuǎn)為草地。耕地轉(zhuǎn)出主要以林地及建設(shè)用地為主，轉(zhuǎn)出總面積為2747.25ha2；耕地的轉(zhuǎn)入則主要來源于林地，轉(zhuǎn)入的面積為633.24ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的59.38%。

（3）建設(shè)用地：建設(shè)用地面積有1886.22ha2保持不變，67.68ha2轉(zhuǎn)為林地，51.84ha2轉(zhuǎn)為耕地，4.5ha2轉(zhuǎn)為水域，1.08ha2轉(zhuǎn)為草地。建設(shè)用地的轉(zhuǎn)出主要以耕地為主，轉(zhuǎn)出總面積為125.1ha2，建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入則主要來源于耕地，轉(zhuǎn)入面積為1619.55ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的73.44%。

（4）林地：林地面積有140945.8ha2保持不變，633.24ha2轉(zhuǎn)為耕地，515.34ha2轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，444.15ha2轉(zhuǎn)為草地，148.14ha2轉(zhuǎn)為水域。林地轉(zhuǎn)出主要以耕地和建設(shè)用地為主，轉(zhuǎn)出總面積為1740.8ha2；林地的轉(zhuǎn)入則主要來源于耕地，轉(zhuǎn)入面積為931.95ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的58.4%。

（5）水域：水域面積有1927.53ha2保持不變，270ha2轉(zhuǎn)為耕地，134.82ha2轉(zhuǎn)為林地，6.3ha2轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，8.37ha2轉(zhuǎn)為草地。水域轉(zhuǎn)出主要以耕地和林地為主，轉(zhuǎn)出總面積為419.49ha2；水域的轉(zhuǎn)入則主要來源于林地，轉(zhuǎn)入面積為148.14ha2，占轉(zhuǎn)入總面積的42.5%。

四、結(jié)論

本文以2000-2018年三相遙感分析數(shù)據(jù)作為張家界永定區(qū)景觀研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在時(shí)間和空間尺度上分析永定區(qū)。上述變化代表了18年來永定景觀類型的相互轉(zhuǎn)換，主要體現(xiàn)在城市化進(jìn)程中人造景觀的大量增加和大量耕地的開發(fā)建設(shè)。用于建設(shè)用地。分析期內(nèi)各部分建設(shè)用地面積增加最多的是2010-2018年，凈增加2080.26公頃2。流轉(zhuǎn)面積主要為耕地和林地，分別為1619.55公頃和515.34公頃2.農(nóng)用地面積在各局部變化時(shí)期均呈現(xiàn)顯著減少，減少幅度最大，2010-2018年為1068.84公頃。毀林面積最大的是931.95公頃，其次是水庫和草原?？梢钥闯?，由于退耕還林、退耕還林等環(huán)保工程和相關(guān)政策法規(guī)的實(shí)施，森林面積有所增加。在整個(gè)研究期間，森林面積顯著減少。2000年至2010年間，隨著人類活動更加活躍，森林被砍伐，草地、建筑和耕地增加，森林面積明顯減少。2010-2018年，張家界環(huán)保工程實(shí)施后，植被有所改善，其他類型土地復(fù)墾后轉(zhuǎn)為林地面積達(dá)1740.8公頃。其中，耕地和草原退耕還林面積分別占總退耕面積的58.4%和26.5%，少量水體和開發(fā)用地也轉(zhuǎn)為森林。林地尚未完全恢復(fù)，整個(gè)研究期間總面積仍減少了235.62公頃。草原面積的變化并不穩(wěn)定。2000-2010年，草原面積增加102.24公頃，以林地為主，占移民安置總面積的94.65%。草地減少183.42公頃，主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾透亍?000-2010年水體面積穩(wěn)步增加，2010-2018年水體面積減少，主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾土值亍?/p>