摘 要：【目的】利用高分衛(wèi)星監(jiān)測大別山區(qū)西段林草濕地覆蓋變化，對其生態(tài)環(huán)境進(jìn)行定量評估，為后續(xù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)及修復(fù)提供相關(guān)數(shù)據(jù)支撐?！痉椒ā酷槍Υ髣e山西段典型生態(tài)屏障區(qū)，基于Landsat遙感影像，綜合運(yùn)用遙感圖像處理技術(shù)制作了1980—2018年6期1：25萬衛(wèi)星遙感影像圖和1：25萬土地利用、覆蓋遙感解譯圖。在此基礎(chǔ)上，對大別山西段土地利用/覆蓋各地類的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并對林草濕地覆蓋的空間格局及時(shí)空變化進(jìn)行了分析。【結(jié)果】從1980—2018年變化趨勢來看：研究區(qū)內(nèi)耕地總量持續(xù)減少，總面積減少了781.42 km2；草地呈先增加后減少的變化趨勢，總面積減少了23.77 km2；濕地呈現(xiàn)先減少后快速增加的趨勢，總面積增加了168.43 km2；林地面積呈波動變化，但整體上處于下降趨勢；總面積減少了142.68 km2?！窘Y(jié)論】通過多期次遙感圖像分析能夠獲取該地區(qū)土地利用和覆蓋的空間分布格局及變化趨勢，可為當(dāng)?shù)赝恋匾?guī)劃、利用和保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，為生態(tài)保護(hù)和資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大別山西段；林草濕地；時(shí)空變化；細(xì)小地物

中圖分類號：TP79" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）02-0102-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.02.019

Study on the Temporal and Spatial Changes of Land Use in the Western Section of Dabie Mountains Monitored by High Resolution Satellite

ZHANG Hongchao" " ZHANG Jun" " HU Xiangrong" " FAN Wangdong

（Changsha General Survey of Natural Resources Center， Changsha 410600， China）

Abstract： [Purposes] This paper uses high-resolution satellites to monitor the changes in forest and grass wetland coverage in the western section of the Dabie Mountains， and quantitatively evaluate its ecological environment， thus providing relevant data support for subsequent ecological environment protection and restoration. [Methods] For the typical ecological barrier area in the Shanxi section of the Dabie Mountains， this article， based on Landsat remote sensing images， comprehensively uses remote sensing image processing technology to produce six issues of 1：250 000 satellite remote sensing image maps and 1：250 000 land use/cover remote sensing interpretation maps from 1980 to 2018. On this basis， statistical calculations were conducted on the land use/coverage area of various types in the Shanxi section of the Dabie Mountains， and analyzed the spatial pattern and tempral and spatial variation of forest， grass， and wetland coverage. [Findings] From 1980 to 2018， the trend of changes shows that the total amount of arable land in the study area continues to decrease， with a total decrease of 781.42 km2; The grassland showed a trend of increasing first and then decreasing， with a total area reduction of 23.77 km2; The wetland experienced a trend of first decreasing and then rapidly increasing， with a total area increasing by 168.43 km2; The forest area shows fluctuating changes， but overall it is in a downward trend; The total area of forest land has decreased by 142.68 km2. [Conclusions] Through the analysis of multiple remote sensing images in this study， it can be obtained that the spatial distribution pattern and change trend of land use and cover in the region， providing basic data support for local land planning， utilization， and protection， as well as scientific basis for ecological protection and resource development and utilization.

Keywords： western section of the dabie mountains; forest grass and wet land; temporal and spatial variation; exiguous types

0 引言

遙感技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，為地理信息提取和分析提供了有力手段，在地學(xué)研究中受到廣泛關(guān)注［1-5］。根據(jù)遙感圖像反映的信息，可對區(qū)域的土地、生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行分類分析，獲取有價(jià)值的指導(dǎo)信息。馮威丁等［6］以呼倫貝爾草原為研究區(qū)域，研究結(jié)果反映了20世紀(jì)90年代以來該區(qū)域草地覆蓋面積逐漸減少，沙漠化日益嚴(yán)重，該研究還為當(dāng)?shù)睾罄m(xù)的環(huán)境治理提供了諸多參考建議。黃木易等［7］利用InVEST模型對皖西大別山區(qū)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空演化及景觀格局進(jìn)行了分析。馬童慧［8］對中國濕地類型空間重疊分布與整合優(yōu)化進(jìn)行研究。鄭義剛等［9］根據(jù)土地利用變化對大別山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究、彭劍峰等［10］對大別山區(qū)氣候因子的研究都是基于應(yīng)用遙感技術(shù)。

本研究以大別山西段為研究區(qū)，通過遙感圖像分析查明大別山西段林草濕資源及生態(tài)地質(zhì)要素分布情況，并對其林地、草地、濕地等覆蓋的空間分布格局、變化趨勢進(jìn)行定量分析，采用生態(tài)分布圖、轉(zhuǎn)移矩陣等方法直觀闡明大別山西區(qū)林草濕地覆蓋分布特征及時(shí)空變化規(guī)律，以期為研究區(qū)土地規(guī)劃、利用和保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，為大別山西段的生態(tài)保護(hù)和資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

大別山區(qū)位于安徽省、湖北省、河南省交界處，西接桐柏山，東延為霍山和張家?guī)X。地理坐標(biāo)為北緯29°44′N～33°10′N，東經(jīng)113°00′E～117°34′E，全區(qū)總面積為74 586.7 km2。大別山區(qū)是長江和淮河兩大水系的分水嶺，也是我國連接南北的重要生態(tài)屏障區(qū)，其生態(tài)環(huán)境直接影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、旅游業(yè)發(fā)展。本研究以大別山西段為研究區(qū)，以羅山縣—大悟縣為生態(tài)地質(zhì)調(diào)查廊道。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本研究采用的遙感影像數(shù)據(jù)來自美國馬里蘭大學(xué)和中國科學(xué)院國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，采用美國陸地衛(wèi)星1980年、1990年、2000年、2010年、2015年、2018年共6期的Landsat遙感影像，云量均接近0%。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分類解譯之前，需要進(jìn)行預(yù)處理，主要步驟如下：先進(jìn)行波段選擇及融合，然后進(jìn)行圖像幾何校正與配準(zhǔn)，再進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，最后進(jìn)行影像拼接與裁剪得到覆蓋整個(gè)研究區(qū)的遙感影像。

2.3 分類方法

本研究根據(jù) LUCC 分類體系（參考中國科學(xué)院分類標(biāo)準(zhǔn)），結(jié)合研究目的及遙感信息源的情況，制定了6個(gè)一級分類、25個(gè)二級分類的土地利用/土地覆蓋分類體系。該體系對地物的幾何形狀，顏色特征、紋理特征和空間分布情況進(jìn)行分析，在內(nèi)業(yè)建立解譯標(biāo)志與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ)上，不斷地對解譯模板進(jìn)行修改，以提高土地利用/覆蓋類型精度。由于遙感圖像自身的空間分辨率，同物異譜和異物同譜現(xiàn)象廣泛存在，錯(cuò)分和誤分的情況很常見，因此需要對分類結(jié)果做進(jìn)一步的處理，即去除小圖斑的工作，通常稱為分類后處理。常用的處理方法包括聚類統(tǒng)計(jì)（Clump）、過濾分析（Sieve）、去除分析（Eliminate）、分類重編碼（Recode）等。

2.4 質(zhì)量控制與檢查

解譯結(jié)果經(jīng)野外調(diào)查和歷史高空間分辨率影像檢驗(yàn)，通過隨機(jī)抽樣方法，分別在各期土地利用分圖上隨機(jī)抽取 200 樣點(diǎn)，并與上述參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，總體精度均高于 95％，能較好地滿足研究需要。

2.5 細(xì)小地物的處理技術(shù)與方法

要得到準(zhǔn)確的土地利用面積，必須采用相應(yīng)的采樣技術(shù)，獲取有關(guān)信息，保證資源類型尤其是耕地資源面積的準(zhǔn)確性?？紤]到耕地內(nèi)部細(xì)節(jié)一般相對不變，可將細(xì)小地物抽樣分三類扣除：第一類是Landsat影像中小于6×6個(gè)象元的面狀細(xì)小地物；第二類是Landsat影像中的重要線狀地物；第三類是結(jié)合分辨率更高的航片得到的更加細(xì)小的地物。將抽取后的數(shù)據(jù)各自形成細(xì)小地物抽樣形成數(shù)據(jù)庫，用于細(xì)小地物的面積扣除。

3 結(jié)果與分析

3.1 時(shí)間變化過程與趨勢分析

根據(jù)對大別山西段1980年、1990年、2000年、2005年、2010年和2018年前后衛(wèi)星遙感林草濕信息提取，制作了大別山西段6期1：25萬衛(wèi)星遙感影像圖和1：25萬土地利用/覆蓋遙感解譯圖。在此基礎(chǔ)上，對大別山西段6期1：25萬土地利用/覆蓋各地類面積統(tǒng)計(jì)計(jì)算（見表1），重點(diǎn)分析了林地、草地、濕地、耕地和建設(shè)用地的時(shí)空變化過程，進(jìn)而得出1980—2018年大別山西段生態(tài)環(huán)境動態(tài)演化趨勢和整體變化趨勢［11-12］。

3.1.1 耕地變化趨勢。1980—1990年大別山西段的耕地不斷增加，自1990年開始持續(xù)減少。由于地處山區(qū)，地貌單元復(fù)雜，坡耕地占了很大比例，隨著國家實(shí)施退耕還林、還草政策，區(qū)域耕地呈現(xiàn)持續(xù)減少。同1980年耕地比較，區(qū)域耕地總面積減少了781.42 km2。

3.1.2 草地變化趨勢。1990—2018年大別山西段的草地呈先增加后減少的變化趨勢，同1980年耕地比較，區(qū)域草地總面積減少了23.77 km2。

3.1.3 濕地變化趨勢。1990—2018年大別山西段的濕地呈先減少后快速增加的變化趨勢。2000—2018年，水域濕地出現(xiàn)快速增長，主要原因如下：一是水利工程設(shè)施修建，導(dǎo)致水面（主要是水庫水面）面積有較大幅度增加；二是濕地保護(hù)得到重視，原濕地耕作區(qū)域逐步退耕并還原為濕地，區(qū)內(nèi)一些重要濕地得到保護(hù)，面積不斷擴(kuò)大。同1980年濕地比較，區(qū)域濕地總面積增加了168.43 km2。

3.1.4 林地變化趨勢。1990—2018年大別山西段的林地面積呈波動變化，但是總量上呈下降趨勢，1980—2018年區(qū)域林地總面積減少了142.68 km2。主要原因如下：一是城鎮(zhèn)的擴(kuò)展占用了大量耕地；二是流域濕地的增加。

由上述分析可知 ，1980—2018年大別山西段林地呈波動性但是總體穩(wěn)定，濕地呈增加趨勢，草地呈下降趨勢。但是，林草濕總量呈現(xiàn)增加的趨勢，據(jù)此可認(rèn)為大別山西段生態(tài)環(huán)境總體穩(wěn)中向好。

3.2 空間分布變化分析

大別山西段林草濕分別占區(qū)域土地總面積的34.46%、5.42%和1.88%，區(qū)域土地覆被的主導(dǎo)類型是耕地，占區(qū)域總面積的51.57%。1980—2018年大別山西段林地、草地、濕地資源變化情況如圖1所示。由圖1可知，1980—2018年區(qū)域濕地的減少主要是由于耕地和基建的占用；林地減少的主要是由于不透水用地和耕地的占用；草地減少主要是由于向耕地、林地轉(zhuǎn)變；耕地減少主要是由于基建占用和退耕還林、還湖。

3.3 地表生態(tài)覆被因子變化轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述。通常的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣中（見表2）。行表示T1時(shí)點(diǎn)土地利用類型，列表示T2時(shí)點(diǎn)土地利用類型。Pij表示T1—T2期間土地類型i轉(zhuǎn)換為土地類型j的面積占土地總面積的百分比；Pii表示T1—T2期間i種土地利用類型保持不變的面積百分比；Pi+表示T1時(shí)點(diǎn)地類i的總面積百分比；P+j表示T2時(shí)點(diǎn)j種土地利用類型的總面積百分比；Pi+- Pii為T1—T2期間地類i面積減少的百分比； P+j- Pjj為T1—T2期間地類j面積增加的百分比。

通過空間疊加分析獲取了區(qū)域1980—2018年期間土地利用變化面積和轉(zhuǎn)移矩陣，分別見表3和表4。由表3可知，耕地總變化量最大，占土地總面積的2.05%；其次是建設(shè)用地變化量，占2.04%；濕地和林地轉(zhuǎn)變總量相對較小，分別占0.44%和0.37%。從轉(zhuǎn)出的類型看：濕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，轉(zhuǎn)出總量約占濕地面積的4.28%；其次是轉(zhuǎn)為建設(shè)用地（人工不透水地表）和林地，分別為1.23%和1.27%；林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾徒ㄔO(shè)用地（人工不透水地表），轉(zhuǎn)出總量分別占林地面積的2.03%和1.03%；草地的轉(zhuǎn)出類型主要為耕地和林地，分別占草地總面積的3.54%和3.01%。耕地的轉(zhuǎn)出類型主要是人工不透水地表，約占耕地總面積的3.43%；其次轉(zhuǎn)出為濕地和林地，分別為1.37%和1.32%。

4 結(jié)論

本研究通過高分衛(wèi)星監(jiān)測大別山區(qū)西段土地利用情況，對大別山區(qū)西段1980—2018年生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行遙感圖像分析，結(jié)論如下。

大別山區(qū)西段耕地面積最大，占區(qū)域總面積的51.57%，但是耕地總量持續(xù)減少，總量減少了781.42km2，主要受到城鎮(zhèn)擴(kuò)展和退耕還林、還湖政策的影響。濕地總量占區(qū)域總面積的1.88%，呈現(xiàn)增加趨勢，總面積增加了168.43 km2，主要得益于水利工程設(shè)施修建和濕地保護(hù)的重視。草地占區(qū)域總面積的5.42%，草地的變化呈先增加后減少的趨勢，總面積減少了23.77 km2，林地占區(qū)域土地總面積的34.46%，總量呈下降趨勢，總面積減少了142.68 km2，主要原因是城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積和流域面積的增加。從上述結(jié)論可以看出這一時(shí)段相關(guān)政策的變化，也直觀地了解該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變化。

通過遙感高分衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，能夠深入研究大別山西段的生態(tài)環(huán)境變化，為區(qū)域的土地規(guī)劃、利用和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，為生態(tài)保護(hù)和資源開發(fā)利用提供重要參考。

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