薛習(xí)習(xí) ， 羅 婭，2 ， 劉 茂 ， 張榮星 ， 薛璽霖

（1.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，貴州 貴陽(yáng) 550025；3.貴州民族大學(xué)政治與經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025）

0 引言

土地利用是人類與自然環(huán)境長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果[1-2]。河流流域作為人類活動(dòng)最頻繁的區(qū)域之一，土地利用變化明顯[3]，土地利用變化對(duì)流域內(nèi)水文循環(huán)過(guò)程、土壤侵蝕以及生物多樣性的影響十分顯著，不合理的土地利用則可能威脅到流域的生態(tài)環(huán)境安全，因而成為區(qū)域土地利用研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[4]。因此，基于土地利用數(shù)據(jù)分析流域土地利用時(shí)空變化特征，對(duì)流域進(jìn)行土地利用規(guī)劃、石漠化治理與生態(tài)恢復(fù)等具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

北盤江屬于珠江流域西江水系的一級(jí)支流，發(fā)源于云南東部，自西北向東南流經(jīng)云貴高原向廣西丘陵過(guò)渡的斜坡地帶[5]。在貴州省境內(nèi)的北盤江流域位于東經(jīng)104°00′～106°20′，北緯24°50′～26°45′，覆蓋畢節(jié)、黔西南、安順3 個(gè)地州市17 個(gè)區(qū)縣，長(zhǎng)352 km。近年來(lái)，受人類活動(dòng)的影響，流域生態(tài)環(huán)境愈加脆弱，水土流失嚴(yán)重[6-7]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文研究數(shù)據(jù)主要包括：研究區(qū)行政邊界矢量數(shù)據(jù)和30 m 分辨率土地利用柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（https://www.resdc.cn/）。參照GB/T 21010—2017《土地利用現(xiàn)狀分類》[8]，將使用的土地利用數(shù)據(jù)重分類為六大類，分別為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地（居民、工礦、城鄉(xiāng)用地）及未利用土地。

2 研究方法

2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以揭示不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)移方向和轉(zhuǎn)移速率[3]，其表達(dá)式為：

式中，Bm*n指初始時(shí)期的第m種地類轉(zhuǎn)變?yōu)榻K止時(shí)期的第n種地類的面積，k為土地利用類型數(shù)量。

2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用的時(shí)空變化特征還可用單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度表示[9]。兩者表達(dá)式依次為：

式中，Ua和Ub分別代表前期和后期土地利用類型面積；ΔLUi-j為第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對(duì)值，ΔLUi為前期土地利用類型的面積，T為期間隔的時(shí)間。

2.3 核密度分析

核密度分析能用來(lái)顯示地理數(shù)據(jù)活動(dòng)發(fā)生的高密度或高聚集區(qū)域[10]，計(jì)算公式如下：

式中，n為觀測(cè)值的個(gè)數(shù)，h為閾值，y為閾值內(nèi)的點(diǎn)數(shù)，H為核密度方程。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用空間分布分析

北盤江流域1990—2020 年土地利用空間分布如圖1 所示。由圖1 可知，北盤江流域主要的土地利用類型為林地、草地和耕地，其中林地主要分布在流域中游地區(qū)，面積占比大；耕地和草地主要分布在流域上游、下游和東北部；水域在整個(gè)流域呈現(xiàn)分散式分布；建設(shè)用地在1990—2010 年主要分布在流域東北部和西北部，2010—2020 年，流域西部和西南部建設(shè)用地增加，整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖1 北盤江流域1990—2020年土地利用空間分布

北盤江流域1990—2020年土地利用結(jié)構(gòu)如表1所示。由表1 可知，建設(shè)用地和水域所占面積的比重隨時(shí)間的推移在逐漸增加，建設(shè)用地占比從0.34%增加到1.53%，水域占比從0.12%增加到0.67%；未利用地所占面積比重變化不明顯，其他地類有較小的波動(dòng)。

表1 北盤江流域1990—2020年土地利用結(jié)構(gòu)

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

根據(jù)1990 年、2020 年土地利用數(shù)據(jù)，得到北盤江流域1990—2020 年土地利用矩陣，如表2 所示。1990—2020 年，北盤江流域大部分地類之間互有轉(zhuǎn)換，有發(fā)生轉(zhuǎn)移的用地類型總面積為4 055.06 km2，占研究區(qū)總面積的18.58%。其中，林地和耕地的面積有所減少，林地主要是轉(zhuǎn)化為草地和耕地，分別轉(zhuǎn)化1 762.03 km2和262.92 km2，耕地主要轉(zhuǎn)化為林地和草地，分別轉(zhuǎn)化273.13 km2和247.63 km2；草地的面積有所增加，主要由林地和耕地轉(zhuǎn)入，分別轉(zhuǎn)入1 762.03 km2和247.63 km2。建設(shè)用地面積增加幅度最大，由74.69 km2增加到334.84 km2，主要來(lái)源于耕地；其次增幅較大的是水域，由26.41 km2增加到145.61 km2，主要來(lái)源于耕地和林地；未利用地變化較為平穩(wěn)。

表2 北盤江流域1990—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 單位：km2

3.3 土地利用動(dòng)態(tài)度

3.3.1 單一土地利用動(dòng)態(tài)度

根據(jù)北盤江流域1990 年、2000 年、2010 年、2020年4 期遙感影像解譯數(shù)據(jù)計(jì)算出各土地利用類型單一動(dòng)態(tài)度，如表3所示。由表3可知，1990—2000年各類用地變化幅度較為平穩(wěn)，其中草地和耕地的動(dòng)態(tài)度僅為0.001%與0.002%；2000—2010 年水域的動(dòng)態(tài)度變化最高，為15.90%，林地相較于上一個(gè)時(shí)段，有所增加。2010—2020 年，建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)度變化最高，為14.24%，其次是水域?yàn)?.53%?？傮w來(lái)看，從1900—2020年，單一動(dòng)態(tài)度為正值的3種地類是建設(shè)用地、水域和草地，表明它們的面積增加；面積減少的地類中，林地減幅最大，其單一土地利用動(dòng)態(tài)度為-2.65%。

表3 1990—2020年北盤江流域土地利用單一動(dòng)態(tài)度變化

3.3.2 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度

1990—2020 年北盤江流域綜合土地利用動(dòng)態(tài)度變化如表4 所示。由表4 可知，在近30 年的時(shí)間里，北盤江流域的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為19.51%。在3 個(gè)不同時(shí)間段上呈持續(xù)上升的變化趨勢(shì)，2010—2020 年發(fā)生類型轉(zhuǎn)變面積最多，為3 495.48 km2，同時(shí)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度也是最高，為17.17%；1990—2000年流域綜合土地利用動(dòng)態(tài)度最低，為0.23%。

表4 1990—2020年北盤江流域綜合土地利用動(dòng)態(tài)度變化

3.4 土地利用轉(zhuǎn)型熱點(diǎn)區(qū)域分析

借助ArcGIS 軟件對(duì)土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行空間分析，得到各研究土地利用變化熱點(diǎn)區(qū)域分布，如圖2所示。

圖2 1990—2020年北盤江流域土地利用變化熱點(diǎn)區(qū)域分布

由圖2 可知，1990—2020 年的各個(gè)時(shí)段里，北盤江流域的土地利用變化強(qiáng)度呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)。其中，1900—2000 年的土地利用變化強(qiáng)度最低，且變化呈現(xiàn)零星分布；2000—2010 年的土地利用變化強(qiáng)度升高，整個(gè)流域范圍內(nèi)土地利用變化強(qiáng)度相對(duì)上一階段都有所增強(qiáng)；2010—2020 年流域的土地利用變化強(qiáng)度最大，主要集中在流域的中游區(qū)域。流域的土地利用變化熱點(diǎn)區(qū)域的范圍經(jīng)歷了從“零星分布—擴(kuò)散—相對(duì)集中”的變化過(guò)程。

4 結(jié)論

本研究以貴州省北盤江流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，從土地利用結(jié)構(gòu)變化、轉(zhuǎn)移特征、動(dòng)態(tài)變化與變化強(qiáng)度等方面系統(tǒng)分析了1990—2020 年北盤江流域的土地利用變化特征，得出以下主要結(jié)論：1）在近30 年的時(shí)間里，北盤江流域土地利用類型主要是由林地、草地與耕地占主導(dǎo)，三者之間皆有互相轉(zhuǎn)化，但土地利用比重變化最大的是建設(shè)用地和水域。2）在土地利用動(dòng)態(tài)度方面，在研究的各個(gè)時(shí)段內(nèi)，北盤江流域除了建設(shè)用地單一動(dòng)態(tài)度出現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)、耕地單一動(dòng)態(tài)度出現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)以外，其他土地利用單一動(dòng)態(tài)度均為非單調(diào)性的變化；綜合土地利用動(dòng)態(tài)度在3 個(gè)時(shí)間段呈持續(xù)上升的變化趨勢(shì)。3）北盤江流域不同時(shí)期土地利用變化熱點(diǎn)區(qū)域的范圍呈現(xiàn)出不同的分布格局，從1900—2020 年經(jīng)歷了從“零星分布—擴(kuò)散—相對(duì)集中”的變化過(guò)程，說(shuō)明隨著時(shí)間的推移，北盤江流域大部分地區(qū)已經(jīng)完成了土地利用轉(zhuǎn)型，目前土地利用類型變化較為強(qiáng)烈的區(qū)域主要集中在流域的中游地區(qū)。