曹宇鵬，方江平，關(guān)麗雪，徐 迪

（西藏農(nóng)牧學(xué)院高原生態(tài)研究所/西藏林芝高山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站/西藏高原森林生態(tài)教育部重點實驗室/西藏自治區(qū)生態(tài)安全聯(lián)合實驗室，西藏 林芝 860000）

土地利用與覆被變化（LUCC）是當(dāng)前研究的熱點之一。隨著社會的發(fā)展，土地利用與覆被的變化形態(tài)會在時間序列上發(fā)生相應(yīng)的改變［1］，進而可以反映所在地的環(huán)境狀況與環(huán)境變化。目前，土地利用與覆被變化已經(jīng)被列入全球變化研究中的核心內(nèi)容［2］?？v觀目前的研究現(xiàn)狀，對于縣域、市域、省域和流域的研究是學(xué)者們研究的重心［3-9］?；贚andsat 遙感影像，利用 RS 與 GIS 對 LUCC 進行分析已經(jīng)形成較成熟的理論與方法［10-14］。

川藏鐵路是中國繼青藏鐵路之后的第二條進藏鐵路，對維護祖國統(tǒng)一、區(qū)域社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展都具有重要的意義［15］。鐵路全線通車后，成都市對西藏自治區(qū)的影響可能會比青藏鐵路上的西寧市更大。目前，成雅段已建成通車，拉林段已建成準(zhǔn)備通車，雅林段正在建設(shè)當(dāng)中。由于鐵路的建設(shè)，鐵路沿線生態(tài)狀況將會成為人們研究的熱點之一。本研究基于Landsat 遙感影像，利用GIS 空間分析工具對其土地利用變化情況進行深入研究，以期對川藏鐵路沿途生態(tài)狀況、各縣域未來實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，以及為鐵路建成后進行土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整與生態(tài)安全評價提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

川藏鐵路東起四川省省會成都市，西至西藏自治區(qū)首府拉薩市，全長約1 838 km，耗資3 000 多億元，途徑四川省和西藏自治區(qū)33 個縣（區(qū)），是連接四川與西藏的大動脈。川藏鐵路從四川盆地爬升至青藏高原，高差達3 000 余米，期間多次橫穿雅魯藏布江，施工難度在世界范圍都實屬罕見。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣是以土地利用變化面積為基礎(chǔ)，以矩陣方式顯示，直觀地展示各時間段內(nèi)不同土地利用類型之間轉(zhuǎn)移變化的情況。其計算公式如下。

式中，K表示土地利用類型的面積；i，j分別表示轉(zhuǎn)移之前與轉(zhuǎn)移之后的土地利用類型；Kij表示土地利用類型從i轉(zhuǎn)變?yōu)閖的面積；n表示轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型［16］。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓是衡量要素空間分布與特征的工具［17］，可直觀揭示數(shù)據(jù)在空間上的方向性。其計算公式如下。

式中，X和Y表示數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)；n為樣本總數(shù)［18］。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究LUCC 分類數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院國家青藏高原數(shù)據(jù)中心，選用 2000、2005、2010、2015 年的分類數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)是基于各年份Landsat TM/ETM 遙感影像，通過人工目視解譯而成，包括6 個一級土地利用類型與25 個二級土地利用類型?？臻g分辨率為1 km，選用WGS 坐標(biāo)系［19］。為便于研究，采用一級土地利用類型進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用狀況

2000—2015 年土地川藏鐵路沿線LUCC 結(jié)構(gòu)與統(tǒng)計情況如表1 所示。由表1、圖1 可知，2000—2015 年，川藏鐵路沿線土地利用類型以草地為主，平均占總面積的46.34%。其次是林地，平均占總面積的27.55%。然后是未利用地，平均占總面積的18.50%。草地、林地與未利用地三者平均共占總面積的92.39%。最后依次是水域、耕地和建筑用地，面積平均占比分別為3.90%、3.26%和0.45%。由圖2可以看出，昌都市八宿縣至雅安市天全縣間的路段自然資源豐富。成雅段人口較多，大部分地區(qū)都被開辟為建筑用地與耕地。

圖1 川藏鐵路沿線各縣域分布情況

表1 2000—2015 年川藏鐵路沿線LUCC 結(jié)構(gòu)與統(tǒng)計

圖2 2015 年川藏鐵路沿線土地類型分布

由表2 可以看出，建筑用地的面積變化率最明顯，除2005—2010 年只有1.77%的變化率外，其余2個時期變化率都在10%以上。耕地面積在2000—2015 年呈下降趨勢，但其降幅減少，2010—2015 年降幅只有0.46%。林地、草地與未利用地變幅不大，林地在研究期間先增后減，未利用地則逐漸增加，變化率較小。水域面積在2000—2005 年幾乎沒有發(fā)生變化，在2005—2015 年緩慢下降。2000—2015 年各土地利用類型的平均變化率絕對值大小排序表現(xiàn)為建筑用地＞耕地＞未利用地＞水域＞林地＞草地。

表2 2000—2015 年川藏鐵路沿線面積變化

2.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移分析

利用GIS 對4 個時期LUCC 數(shù)據(jù)進行處理，得到2000—2005、2005—2010 年與 2010—2015 年 3 期土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果見表3。

表3 2000—2015 年川藏鐵路沿線土地類型利用轉(zhuǎn)移矩陣 （單位：km2）

2000—2015 年，建筑用地、林地、未利用地與水域面積均有增加，耕地與草地面積減少?？傮w來看，2005—2010 年與 2010—2015 年 2 個時間段土地類型變化程度明顯高于2000—2005 年。

由表4 可知，2000—2015 年建筑用地面積增加了181.62 km2，增量在所有土地利用類型中最大，其面積歷年均擴張明顯。說明在研究期間川藏鐵路沿線各縣域經(jīng)濟發(fā)展迅速。耕地是建筑面積最主要輸入源與輸出源。研究期間耕地面積減少了171.63 km2，形勢嚴(yán)峻。耕地主要轉(zhuǎn)為草地與林地，2005—2010、2010—2015 年草地和林地分別轉(zhuǎn)入486.06、716.04 km2和 503.04、783.35 km2，主要轉(zhuǎn)出為建筑用地、林地和草地。草地作為研究區(qū)內(nèi)最主要的土地利用類型，其面積變化量并不大。2000—2015 年草地面積共減少85.37 km2，主要轉(zhuǎn)出為林地，輸入來源以林地與未利用地為主。未利用地面積增加35.68 km2，林地與草地是主要輸入源，主要輸出為草地。水域面積增加12.73 km2，在4 種面積增加的地類中增加量最少，其主要輸入來源為林地與草地，主要輸出為未利用地與草地。林地面積占比僅次于草地，其變化量較小，2000—2015 年共增加26.92 km2。因林地與草地面積總量大，其動態(tài)變化主要是二者之間的相互轉(zhuǎn)換。

表4 2000—2015 年各土地利用類型面積增量

從圖 3 可以看出，2000—2015 年，面積變化區(qū)域主要集中于川藏鐵路東部的成都市，其主要發(fā)生由耕地轉(zhuǎn)化為建筑用地的動態(tài)變化；雅安市至甘孜藏族自治州段主要發(fā)生草地轉(zhuǎn)化為林地的動態(tài)變化；昌都市卡若區(qū)和江達縣北部主要發(fā)生草地轉(zhuǎn)化為林地和未利用地的動態(tài)變化；林芝市巴宜區(qū)主要發(fā)生草地轉(zhuǎn)化為建筑用地的動態(tài)變化；拉林段發(fā)生動態(tài)變化區(qū)域不大，主要集中在拉薩市的城關(guān)區(qū)和堆龍德慶區(qū)，主要發(fā)生草地轉(zhuǎn)化為建筑用地的動態(tài)變化?？傮w來看，發(fā)生變化的主要區(qū)域都是人口較多的地區(qū)，土地類型的動態(tài)變化與人為活動具有正相關(guān)性，東部段變化程度明顯高于中部段與西部段。

圖3 2000—2015 年川藏鐵路沿線土地利用類型轉(zhuǎn)移動態(tài)變化

2.3 土地利用類型標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析

利用 ArcGIS 提 取 2000—2005 年、2005—2010年、2010—2015 年3 期土地利用變化情況，采取第一級別標(biāo)準(zhǔn)差（68%）對其進行標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析，結(jié)果見表 5 和圖 4。

如表5 和圖4 所示，橢圓面積代表土地利用主要變化范圍，扁率表示變化的方向性趨勢。3 期標(biāo)準(zhǔn)差橢圓顯示，2000—2005 年的橢圓位置明顯異于2005—2010 年 、2010—2015 年 2 個 時 期 。 2000—2005 年變化中心點位于四川省白玉縣東部，2005—2010 年向東南遷移至康定市西北部，此后向西小幅移動。2000—2005 年橢圓面積大于后2 個時期，表明后2 個時期的變化范圍明顯小于2000—2005 年，數(shù)據(jù)空間集聚性則大于2000—2005 年。橢圓扁率顯示，2000—2005 年土地利用類型變化的方向性較弱；2005—2015 年橢圓扁率大于 2000—2005 年，表明后2 個時期數(shù)據(jù)空間離散度大于2000—2005 年，且趨于穩(wěn)定狀態(tài)。后2 個時期橢圓旋轉(zhuǎn)角度有向南、向西擴張的趨勢。綜上，在2000—2015 年，川藏鐵路沿線各類土地利用類型變化的空間范圍在縮小后逐漸擴大，方向性變化趨于穩(wěn)定。

圖4 2000—2015 年川藏鐵路沿線土地利用變化標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

表5 川藏鐵路沿線2000—2015 年土地利用變化類型標(biāo)準(zhǔn)差橢圓參數(shù)

3 小結(jié)與討論

本研究以GIS 為技術(shù)手段，對川藏鐵路沿線土地利用類型面積的變化情況與方向性特征進行深入分析，結(jié)論如下。

1）川藏鐵路沿線土地利用類型在2005—2015年較2000—2005 年變化明顯，但各類土地利用類型總量占比變化很小。草地所占面積最大，平均占總面積的46.34%。林地面積僅次于草地，平均占總面積的27.55%。其余面積由大到小依次為未利用地、水域、耕地與建筑用地，平均分別占總面積的18.50%、3.90%、3.26%和0.45%。

2）研究期間，建筑用地、林地、未利用地與水域面積增加，耕地與草地面積則有縮減。其中，建筑用地面積增加量最大，為181.62 km2。林地、未利用地和水域面積分別增加了26.92、35.68 和12.73 km2。耕地面積減少量最大，研究期間減少了171.63 km2；草地面積減少了85.37 km2。

3）建筑用地變化率最大，除2005—2010 年約有2%的變化率外，其余2 個時期均有10%以上的變化。耕地變化率僅次于建筑用地，前2 個時期有1.5%左右的變化率，2010—2015 年變化率大幅下降至0.46%。林地、草地與未利用地的變化率較小。水域在2000—2005 年幾乎沒有變化，在2005—2010年與2010—2015 年2 個時期內(nèi)變化率提升較大，分別為0.42%和0.22%。

4）川藏鐵路沿線土地變化范圍有明顯的區(qū)域性，大部分集中于鐵路東部的四川段，主要發(fā)生耕地轉(zhuǎn)化為建筑用地的變化與草地轉(zhuǎn)化為林地的變化。西部的拉薩市主要發(fā)生草地轉(zhuǎn)化為建筑用地的變化。雅林段發(fā)生變化的區(qū)域主要位于昌都市卡若區(qū)與江達縣北部縣域邊界上，主要發(fā)生草地轉(zhuǎn)化為林地和未利用地的變化。

5）川藏鐵路沿線2000—2005 年與后2 個時期土地利用變化的空間特征差異明顯。2000—2005 年土地利用類型變化空間集聚性遠(yuǎn)低于后2 個時期。2000—2005 年主要變化中心位于白玉縣東部，后2個時期主要變化范圍中心轉(zhuǎn)移至東部的康定市，之后緩慢向西移動。主要變化覆蓋范圍有向西、南方向擴張的趨勢。2000—2005 年變化空間離散度小于 2005—2010 年與 2010—2015 年這后 2 個時期，空間集聚性小于后2 個時期，且后2 個時期空間離散度較穩(wěn)定。

本文是對川藏鐵路開工建設(shè)前沿途的各縣域土地利用類型進行研究。在鐵路通車后，沿途流動的人口大幅增加，勢必會造成土地利用類型的劇烈變動。因此，之后還需對其進行相應(yīng)分析，將其與鐵路未通車前的情況進行深入對比研究，以維護沿線生態(tài)環(huán)境為主要研究目的，最大限度優(yōu)化土地利用類型，以滿足社會發(fā)展的需要。