黎 遙 ，趙勝楠，2*，石林峰

（1.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；2.焦作市自然資源和規(guī)劃局，河南 焦作 454000；3.自然資源部第一大地測量隊(duì)，陜西 西安 710054）

0 引言

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類在資源、人口、環(huán)境等3 個方面存在較大問題，尤其是土地資源方面。土地作為人類生存和社會經(jīng)濟(jì)活動的重要資源，其變化不僅影響社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，而且間接影響全球環(huán)境的變化［1］。借助遙感技術(shù)可進(jìn)行諸多研究，比如獲取大區(qū)域的地表覆蓋［2］、進(jìn)行土地利用變化監(jiān)測［3］、農(nóng)作物估產(chǎn)等［4］。

根據(jù)2020 年12 月18 日湖北省自然資源廳發(fā)布的《關(guān)于神農(nóng)架林區(qū)開展土地利用總體規(guī)劃修改的批復(fù)》，要求神農(nóng)架林區(qū)自然資源和規(guī)劃局堅(jiān)持建設(shè)用地總量控制目標(biāo)不突破、耕地保有量不減少、不得占用永久基本農(nóng)田和生態(tài)紅線的原則。因此，本文利用Landsat衛(wèi)星影像，獲取1997年、2007年、2019年的土地利用數(shù)據(jù)，分析神農(nóng)架地區(qū)各類土地利用的變化特征，并結(jié)合社會資料，進(jìn)行驅(qū)動因素分析探討其變化原因，從而為規(guī)劃管理神農(nóng)架林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)和區(qū)域環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

神農(nóng)架林區(qū)位于湖北省西北部，處武當(dāng)山、長江三峽組成的旅游帶上，東與湖北省襄陽市?？悼h接壤，西鄰重慶市巫山縣，南依宜昌市興山縣、巴東而瀕長江三峽，北倚十堰市房縣、竹山縣，遠(yuǎn)眺武當(dāng)山風(fēng)景名勝區(qū)。神農(nóng)架林區(qū)是中國唯一以“林區(qū)”命名的省轄行政區(qū)，總面積3 253 km2，總?cè)丝诩s6.6 萬人，轄6鎮(zhèn)2 鄉(xiāng)和1 個國家級自然保護(hù)區(qū)、1 個國有森工企業(yè)林業(yè)管理局、1 個國家濕地公園。該區(qū)夏季濕潤多雨，冬季溫和少雨，是亞熱帶氣候與溫帶氣候的過渡區(qū)域，降水豐富且分布均勻［5］，全年80%的時間盛行東南風(fēng)，一般從9月底到第2年4月底有冰霜期。

神農(nóng)架山脈大致從東西向橫亙于西南部，神農(nóng)頂最高，高程為3 105.4 m，也是華中地區(qū)最高點(diǎn)。神農(nóng)架林區(qū)復(fù)雜多樣的地貌是由于第四紀(jì)氣候的冷暖變化，在部分地區(qū)殘留了冰川地貌。區(qū)內(nèi)大致地貌可分為構(gòu)造溶蝕地貌、溶蝕侵蝕地貌、剝蝕侵蝕地貌、堆積地貌等4種地貌單元［6］。2016年以來，神農(nóng)架以建設(shè)世界著名生態(tài)旅游目的地為目標(biāo)，以旅游發(fā)展反哺生態(tài)保護(hù)，以生態(tài)保護(hù)促進(jìn)旅游發(fā)展。積極探索生態(tài)保護(hù)型全域旅游發(fā)展之路，推動經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文數(shù)據(jù)主要來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺的Landsat 系列衛(wèi)星影像、神農(nóng)架林區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒和神農(nóng)架林區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報。神農(nóng)架林區(qū)氣候多變，年降水量800~2 500 mm，覆蓋該地區(qū)的Landsat 軌道號為 P125R038（125 為衛(wèi)星軌道號，038為行號）和P126R038。經(jīng)過影像質(zhì)量查詢，遙感數(shù)據(jù)選取1997年、2007年、2019年6月、7月、8月云量較少的3期影像，其中，1997年和2007年的影像采用的是Landsat TM 傳感器的6個多光譜波段，2019年的影像采用的是Landsat OLI傳感器的8個多光譜波段，空間分辨率均為30 m。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括大氣校正、影像無縫拼接、裁剪等環(huán)節(jié)。

1.3 研究方法

本文的土地利用分類采用監(jiān)督分類方法，類別設(shè)置為林地、植被（林地以外的其他植被，包括耕地）、水域、居民點(diǎn)用地和未利用土地5 種。借助ENVI 軟件繪制多邊形感興趣區(qū)選取不同類別的樣本，然后采用分類精度較高的最大似然法作為分類器，進(jìn)而得到3期影像的分類結(jié)果。最大似然法用統(tǒng)計(jì)方法和數(shù)學(xué)方法對各個類別進(jìn)行計(jì)算，得出一個參數(shù)，然后將其他像元根據(jù)這一參數(shù)進(jìn)行分類處理，得到全域的土地利用分類結(jié)果。如果分類結(jié)果不理想，則重新選擇樣本繼續(xù)分類。

土地利用轉(zhuǎn)換矩陣能夠反映研究區(qū)時段期初和時段期末各種地類的變化過程，其不僅可以反映各地類面積的增減，同時也可以反映不同地類之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，因而它被廣泛用于土地利用數(shù)量的結(jié)構(gòu)變化分析［7］。獲取 1997 年、2007 年和 2019 年土地利用數(shù)據(jù)后，本文采用ARCGIS軟件和EXCEL中的數(shù)字透視圖工具制作土地利用轉(zhuǎn)換矩陣。

2 土地利用變化分析

2.1 遙感解譯

對3期處理后的遙感影像分別進(jìn)行解譯，采用上文方法進(jìn)行分類。需要注意的是，選擇樣本后可以先計(jì)算樣本的可分離性計(jì)算，通常樣本可分離性數(shù)值要大于1.8，數(shù)值越大，說明樣本選擇越好，分類準(zhǔn)確性越容易得到保障。初步分類完成后，部分地區(qū)會出現(xiàn)錯分現(xiàn)象。因此為了得到精度更高的分類圖，還需要進(jìn)行分類后處理，尤其是白云遮擋的地區(qū)。本文通過ENVI 軟件將分類結(jié)果轉(zhuǎn)換成ARCGIS 中能識別的矢量文件，結(jié)合其他時期的遙感影像，將明顯錯誤的圖斑進(jìn)行屬性修改，最終得到3 期分類精度較高的結(jié)果。從結(jié)果看，近20 年神農(nóng)架林區(qū)土地利用狀況變化明顯，具體變化如下：

（1）神農(nóng)架林區(qū)位于東北部的植被面積和未利用土地明顯減少。相較于1997 年，部分植被在2007 年已轉(zhuǎn)為居民地和未利用土地，到2019年，未利用土地漸漸轉(zhuǎn)化成植被和居民地，東北方向未利用土地都得到了利用。（2）水域面積基本沒有太大變化，主要分布在東北方向居民地集中的地區(qū)。（3）1997—2019 年居民地面積顯著增多，幾乎分部整個林區(qū)。（4）總體來看，林地面積3期逐漸增多，植被面積也逐期減少。

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

遙感分類完成后，為了進(jìn)一步研究神農(nóng)架林區(qū)土地利用變化狀況，分兩個時段（1997—2007 年、2007—2019年）計(jì)算土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果如表1、表2所示。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以直觀反映不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。從表1 和表2 中可以看出以下幾點(diǎn)。

表1 1997—2007年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 （單位：hm2）

表2 2007—2019年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 （單位：hm2）

（1）1997 年神農(nóng)架林區(qū)以林地（89.28%）、植被（8.60%）為主，未利用土地（1.92%）、水域（0.13）次之，居民地（0.06%）最少。

（2）在1997—2007 年，水域和居民地明顯增加，植被以及未利用土地面積減少較多。原有的植被變化程度劇烈，有較大比例轉(zhuǎn)為林地和居民地；林地相對穩(wěn)定，變化幅度較小。經(jīng)過10年的土地調(diào)整，水域由0.13%提高至0.24%，而植被由8.60%降低至7.86%，未利用土地由1.92%減少至1.81%，居民地增幅最大，由0.06%提高至0.54%，林地面積相對穩(wěn)定，僅增加0.26%。

（3）在2007—2019 年，水域、居民地的總面積繼續(xù)增加，分別增至研究區(qū)的0.28%，3.22%；林地面積增幅擴(kuò)大，增加至91.36%；植被面積占比降至5.00%，未利用土地降至0.14%。整體來看，隨著當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)保護(hù)型全域旅游發(fā)展之路的推進(jìn)，林區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境明顯提高。

3 驅(qū)動因素分析

土地利用變化是一個長期且復(fù)雜的過程，在各種驅(qū)動因素的影響下，土地利用的演化過程才得以實(shí)現(xiàn)，以符合人類生活和社會需要，更好地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。下面從以下幾個方面分析。

3.1 人口因素

神農(nóng)架林區(qū)人口較少，基本穩(wěn)定在7.8萬左右，1996—2019年神農(nóng)架林區(qū)本地人口數(shù)量與游客接待量統(tǒng)計(jì)如圖1所示。可以看出，神農(nóng)架林區(qū)本地人口數(shù)量出現(xiàn)先增加后減少的趨勢，但整體變化幅度不大。年游客接待量日益增多，從2011 年開始增勢迅猛，2018 年達(dá)到1 587.5 萬人次。在此期間，為提高游客接待能力而進(jìn)行的景區(qū)開發(fā)、道路修建、酒店民宿構(gòu)建等，會導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)景觀類型發(fā)生明顯變化［8］。該變化與林區(qū)的林地、居民地增加，未利用土地減少相呼應(yīng)。

圖1 1996—2019年本地人口與年游客接待量統(tǒng)計(jì)

3.2 經(jīng)濟(jì)因素

1996—2019 年地區(qū)生產(chǎn)總值與年旅游總收入的趨勢如圖2所示。1997—2007年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長速度緩慢，隨著旅游業(yè)的發(fā)展，旅游經(jīng)濟(jì)開始帶動全區(qū)經(jīng)濟(jì)，地區(qū)生產(chǎn)總值逐步與年旅游總收入成正比，旅游業(yè)變?yōu)樯褶r(nóng)架地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)。2018年林區(qū)旅游總收入接近57.3億元，并于當(dāng)年退出貧困縣行列。

圖2 1996—2019年地區(qū)生產(chǎn)總值與年旅游總收入統(tǒng)計(jì)

3.3 政策因素

土地利用結(jié)構(gòu)及變化深受區(qū)域政策的影響［9-10］。神農(nóng)架林區(qū)在1997—2007 年期間，土地利用主要遵循2003年確立的“保護(hù)第一、科學(xué)規(guī)劃、合理開發(fā)、永續(xù)利用”方針，使原本伐木賣錢、毀林開荒的現(xiàn)象得到遏制，林地覆蓋率明顯提高。2011年，神農(nóng)架政府發(fā)布《神農(nóng)架旅游總體規(guī)劃》，并開始實(shí)施天然林保護(hù)、退耕還林還濕、綠滿荊楚、生態(tài)移民等工程。2014年，神農(nóng)架紅坪機(jī)場正式通航，交通運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施的便利使得旅游業(yè)進(jìn)入快速通道。2016年7月，神農(nóng)架國家公園管理局正式成立，標(biāo)志著神農(nóng)架的保護(hù)與管理工作步入國家公園新時代，而神農(nóng)架林區(qū)也成為名副其實(shí)的“天然氧吧”，吸引越來越多的游客前來觀光旅游。

4 結(jié)語

土地是人們賴以生存的根基，是人類生產(chǎn)生活中重要的載體，對于土地利用及其覆蓋變化的研究在全球各方面都有十分重要的作用。本文利用遙感影像獲取了神農(nóng)架林區(qū)近20年的土地利用分布及變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著天然林保護(hù)、退耕還林還濕、生態(tài)移民等政策的實(shí)施，神農(nóng)架林區(qū)發(fā)生了較大的變化，整體表現(xiàn)為林地、居民地的擴(kuò)張，而其土地的來源主要是未利用土地以及非林植被。隨著土地的調(diào)整，林區(qū)在人口波動不大的情況下，居民收入持續(xù)提高，旅游業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè)，林區(qū)也朝著世界著名旅游目的地的目標(biāo)不斷邁進(jìn)。