西藏曲水－桑日地區(qū)1988－2009年土地利用景觀格局演變研究

趙銀兵，倪忠云，陳陵康，南 希，趙 勇

（1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都610059；2.成都理工大學(xué) 旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，成都610059；3.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州341000）

土地利用景觀格局是國土資源與區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的表觀形式，其分布及演變可反映其依托的環(huán)境本底特征及社會經(jīng)濟活動的作用模式。曲水—桑日地區(qū)屬于西藏政治經(jīng)濟文化的核心區(qū)域，按照西藏的生態(tài)功能區(qū)劃，亦隸屬于生物多樣性保護、水土保持和防風固沙區(qū)域［1－3］。1988—2009年，該區(qū)經(jīng)濟得到了迅猛發(fā)展，土地利用格局和模式隨之發(fā)生了巨大變化，與全球及區(qū)域氣候和環(huán)境變化及人類活動表現(xiàn)出強烈的耦合性［4－6］。

關(guān)于該區(qū)及西藏各區(qū)域的土地利用方式及其效應(yīng)研究不斷豐富，從早期的土地利用空間分布規(guī)律描述，逐步上升至土地利用演變跟蹤；近年來，重點轉(zhuǎn)入評價與分析土地利用的時空分布及演變規(guī)律，研究從以耕地為主提升至各個地類，土地利用從單項效應(yīng)定性分析提高為綜合效應(yīng)評價分析；主要借助遙感、地理信息系統(tǒng)和數(shù)理統(tǒng)計等技術(shù)方法，集成土地利用的多源信息，將之轉(zhuǎn)化為景觀格局，實現(xiàn)量化研究，探究各種地類的轉(zhuǎn)出與轉(zhuǎn)入關(guān)系，分析其變化的動力學(xué)機制；驅(qū)動力研究逐步成為區(qū)內(nèi)景觀格局研究的趨勢之一，該類研究有助于實現(xiàn)西藏這一特殊地域背景下的土地利用模式優(yōu)化以及區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的保護和自然災(zāi)害的防治［7－12］。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處西藏中南部，北鄰念青唐古拉山脈，南靠喜馬拉雅山脈，主體區(qū)域?qū)賹姿股矫}東緣，為高原高山河谷地貌，大型山脈總體東西走向，小型山脈多南北展布，地勢北高南低，西高東低，水系為雅魯藏布江及其支流；區(qū)內(nèi)最低海拔約3 360m，最高海拔約5 960m，平均海拔約4 485m［13－14］。該區(qū)轄高原溫帶季風半干旱氣候區(qū)的拉薩小區(qū)、高原溫帶季風半濕潤氣候區(qū)的桑日—加查小區(qū)和墨竹工卡—工布江達小區(qū)［1，6］，地跨拉薩市、山南地區(qū)和林芝地區(qū)的14縣，面積約1.25萬km2。川藏公路、青藏公路、中尼公路和拉澤公路等主干公路貫穿全區(qū)，形成“工”字形道路格架。2010年底，區(qū)內(nèi)人口總數(shù)約為65萬，主要分布在雅魯藏布江和拉薩河的河谷地帶，土地利用類型主要為有林地、灌木林、疏林地、未成林、草地、河流、湖泊、建筑用地、工礦用地、未利用地、裸巖、沙地、灘地和耕地等，經(jīng)濟以農(nóng)業(yè)為主，工業(yè)和牧業(yè)等次之，屬西藏社會經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)。

2 數(shù)據(jù)選擇及處理

選取30m分辨率的TM／ETM＋遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，時相為1988年、2000年和2009年的11月和12月。遙感數(shù)據(jù)軌道編號為137039，137040，138039，138040，無云覆蓋，影像清晰，質(zhì)量較好。對遙感影像作校正、鑲嵌、增強和圖像裁剪等處理，基于地貌差異［6，15－16］，采 用 分 區(qū) 方 法 （目 視 解 譯 區(qū) 和 計 算 機 解 譯區(qū)）提取地類信息，流程為：地貌分區(qū)→明確各區(qū)信息提取模式→各區(qū)分類后處理→各區(qū)接邊處理→集成信息→轉(zhuǎn)移矩陣計算→景觀格局統(tǒng)計與分析。

目視解譯區(qū)，主要依據(jù)地物基本特征，參考野外調(diào)查成果、局部高分辨率遙感影像以及中國科學(xué)院環(huán)境資源數(shù)據(jù)中心的全國1∶10萬土地利用數(shù)據(jù)庫（2000年），提取各個地類邊界。計算機解譯區(qū)，應(yīng)用種子像元法作監(jiān)督分類，考慮空間距離和光譜距離等約束條件。

3 土地利用景觀格局演變分析

3.1 土地利用空間分布特征

基于遙感數(shù)據(jù)和處理流程，根據(jù)全國土地利用分類體系框架的標準，參照二級分類的規(guī)則［6］，將區(qū)內(nèi)土地劃分為16類。應(yīng)用地貌、土壤［17］、高程、坡度和坡向等信息，與土地利用信息疊加，分析2009年土地利用的空間分布特征（表1）。

表1 2009年各類土地面積及百分比

河流占總面積的1.37%，雅魯藏布江和拉薩河為辮狀，支流多為樹枝狀。灘地占總面積的2.63%，是沙地的主要物源之一。湖泊占總面積的0.06%，分布在桑日和墨竹工卡等地，最大面積1.50km2，最小面積約2 878m2，平均面積為55 312m2；最小高程3 676m，最大高程5 440m，平均高程5 157m。

耕地占總面積的5.71%，分布在堆龍德慶、達孜、貢嘎、墨竹工卡、扎囊和乃東等地的沖積平原，高程≤4 500m，坡度≤15°，以全陽坡為主，土壤為棕凍鈣土、黑氈土、潮土、草氈土、淋溶棕冷鈣土、薄黑氈土、脫潮土、草原風沙土和沖積土等類型。

建筑用地占總面積的1.47%，主要為區(qū)內(nèi)的縣政府駐地、城鎮(zhèn)及村莊，主要分布在河谷及沖洪積扇，被耕地和林地所包圍，高程≤4 200m，坡度≤6°。工礦用地占總面積的0.03%，主要為曲水、墨竹工卡和桑日等地的銅礦、鉻鐵礦和水泥用灰?guī)r等開發(fā)礦山，地貌為凍蝕侵蝕高山，高程4 200～5 500m，坡度16°～35°。

灌木林占總面積的13.83%，分布在墨竹工卡和桑日等地的凍蝕侵蝕高山、冰蝕高山和高寒中山［18］，高程≤5 500m，坡度≤35°，土壤主要為草氈土、黑氈土和棕凍鈣土。有林地占總面積的0.81%，分布在貢嘎、扎囊、乃東、墨竹工卡和達孜等地的沖積平原，高程≤3 800m，坡度≤15°，主要為平地、全陽坡和半陽坡，土壤類型為草原風沙土、沖積土和淋溶棕冷鈣土等。疏林地占總面積的6.92%，分布與有林地相似。未成林地占總面積的6.33%，分布在堆龍德慶、達孜、拉薩城關(guān)區(qū)和曲水等地，高程3 800～4 500m，坡度多≤25°，集中分布在半陽坡及平地，土壤主要為黑氈土、草氈土和薄黑氈土等類型。

草地分為高、中、低覆蓋三類，占總面積的36.03%，主要分布在墨竹工卡、桑日和扎囊等地≤5 500m區(qū)域，地貌主要為凍蝕侵蝕高山、冰蝕高山、高寒低山丘陵和高寒中山，坡度≤45°，背陽坡分布相對較少，土壤類型主要為草氈土、黑氈土和棕凍鈣土等。

沙地占總面積2.88%，≤3 800m沙地約占沙地總面積71.57%，3 800～4 200m約占19.31%，≥4 200m約占9.12%。沙地分布于平緩區(qū)，≤25°沙地占71.41%，25°～35°占19.31%，35°～45°占7.41%，≥45°占1.88%。太陽輻射及盛行風向制約沙地分布，平地沙化占總面積的32.22%，全陽坡為46.42%。

裸巖面積最廣，主要分布在≥4 500m凍蝕侵蝕高山和冰蝕高山的半陽坡，坡度多＞15°。未利用土地占總面積的0.29%，分布在貢嘎和達孜等地的沖積平原，海拔多≤4 200m，坡向以半陽坡和陰坡為主。

3.2 景觀格局指標選擇

景觀格局表征景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，可用不同指標表達其多樣性、變化性和動態(tài)性，基于區(qū)內(nèi)土地空間分布及演變的系統(tǒng)性和層次性特征，結(jié)合區(qū)域土地利用的生態(tài)學(xué)過程，應(yīng)用土地利用景觀格局軟件Fragstats 3.3，在類型水平和景觀水平兩個層次上進行統(tǒng)計分析［19］。景觀水平反映土地利用的中觀層次特征，遴選可靠度較高的斑塊個數(shù)、斑塊密度、總邊界長度、邊緣密度、斑塊平均大小、蔓延度、散布與并列指數(shù)、景觀豐度、香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)10個指標作為分析重點；在景觀水平分析的基礎(chǔ)上，遴選對區(qū)域演變過程反映較為靈敏的斑塊密度、邊緣密度、平均斑塊面積和散布與并列指數(shù)4個指標進行綜合分析。

3.3 景觀要素轉(zhuǎn)移分析

將三個時期矢量格式的土地利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柵格格式，應(yīng)用ERDAS的轉(zhuǎn)移矩陣模塊計算各地類演變情況。1988—2000年，各地類的轉(zhuǎn)移面積合計約871.74km2。灘地轉(zhuǎn)出面積最大，約561.02km2，主要轉(zhuǎn)出為低覆蓋草地、沙地、灌木林和有林地。河流轉(zhuǎn)出面積約為102.91km2，其中70%轉(zhuǎn)化為灘地，其余轉(zhuǎn)化為沙地和有林地及灌木林。灌木林轉(zhuǎn)出面積約為67.77km2，其中14.18km2轉(zhuǎn)化為有林地，15.42km2轉(zhuǎn)化為灘地，16.78km2轉(zhuǎn)化為耕地，其余則多轉(zhuǎn)化為草地。低覆蓋草地、沙地、灘地、灌木林地、有林地和耕地的轉(zhuǎn)入面積位居前列。沙地轉(zhuǎn)入面積104.02km2，轉(zhuǎn)出面積37.29km2，增加面積66.73 km2，主要由草地、灌木林和灘地等轉(zhuǎn)入。建筑用地增加22.55km2，主要由耕地、灘地、草地及灌木林地轉(zhuǎn)入。工礦用地增加約0.58km2，主要由草地和灌木林地轉(zhuǎn)入。

2000—2009年間，地類的轉(zhuǎn)移面積合計約567.79 km2。灘地轉(zhuǎn)出約106.97km2，主要轉(zhuǎn)化為灌木林、沙地、耕地和有林地；灘地轉(zhuǎn)入105.59km2，主要由河流和沙地轉(zhuǎn)入。灌木林地轉(zhuǎn)出約96.01km2，主要轉(zhuǎn)化為灘地、有林地和建筑用地；灌木林地轉(zhuǎn)入71.05 km2，主要由灘地、未利用地、耕地、低覆蓋草地轉(zhuǎn)入。沙地轉(zhuǎn)出面積約79.28km2，主要轉(zhuǎn)化為有林地、灌木林、灘地和耕地等；沙地轉(zhuǎn)入面積53.32km2，主要由灘地、低覆蓋草地和灌木林轉(zhuǎn)入，沙地整體面積減少25.96km2，沙化有所遏制。耕地面積轉(zhuǎn)出73.83 km2，轉(zhuǎn)入25.53km2，減少48.30km2，主要轉(zhuǎn)化為建筑用地、有林地、灌木林和草地等。建筑用地轉(zhuǎn)出1.48km2，由灌木林、灘地和沙地等地類轉(zhuǎn)入59.92 km2，增加面積約為58.44km2，增速為1988—2000年的兩倍多。工礦用地由中覆蓋草地轉(zhuǎn)入，凈增面積約1.75km2。

3.4 景觀層次演變分析

1988—2009年（表2）地類斑塊個數(shù)（NP）持續(xù)上升，表明局部地類斑塊歸并和轉(zhuǎn)化，形成更大地類圖斑；斑塊密度（PD）由1988年的3.496 4個／hm2減少到2009年的3.473 7個／hm2?？傔吔玳L度（TE）先減后增，表明地類邊界由簡化變得破碎化。邊緣密度（ED）與總邊界長度呈現(xiàn)出一致的趨勢。斑塊平均大?。ˋREA＿MN）逐漸增大，與斑塊個數(shù)變化相反。蔓延度（CONTAG）先增再減，表明地類在經(jīng)歷聚類擴張之后，轉(zhuǎn)移為新地類，并且收縮。散布與并列指數(shù)（IJI）先減后增，地類多為條帶狀和塊狀，環(huán)狀或似環(huán)狀較少，1988—2000年環(huán)狀或似環(huán)狀的地類增加，2000—2009年條帶狀、塊狀地類增加。景觀豐度（PR）在三個年份未變，反映地類未變。香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）呈上升態(tài)勢，區(qū)內(nèi)土地利用強度增加。香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）呈小幅上升，區(qū)內(nèi)裸巖、低覆蓋度草地、灌木林、中覆蓋度草地、疏林地、未成林、灘地和耕地等的優(yōu)勢地位相對穩(wěn)定，且微弱上升。

表2 景觀層次指標統(tǒng)計

3.5 類型層次演變分析

斑塊密度（PD）。各地類的平均斑塊密度存在較大的差異，低覆蓋草地最大，中覆蓋草地和裸巖次之；有林地、河流、湖泊、建筑用地、工礦用地、未利用地、沙地、灘地和耕地等斑塊密度較小，這些地類占據(jù)面積較小，不具有明顯的主導(dǎo)作用。從3個年份的斑塊密度變化來看，斑塊密度較小者中的有林地、建筑用地、工礦用地、沙地等持續(xù)增大，低覆蓋度草地出現(xiàn)漲消。斑塊密度表明處于絕對極大值的斑塊和處于相對極小值的斑塊都出現(xiàn)了不同程度的演變，這種變化增加了地類的破碎性，增加了地類之間的交叉作用效應(yīng)。

邊緣密度（ED）。與斑塊密度呈現(xiàn)出相似的特征。低覆蓋草地、裸巖、灌木林、中覆蓋草地等邊緣密度較大，反映這些地類具有較為復(fù)雜的地類邊界，分布面積較大。有林地、湖泊、建筑用地、工礦用地、未利用地、沙地、灘地和耕地等邊緣密度較小，表明這些地類分布面積較小，地類的邊界相對簡單。從三期邊緣密度變化來看，有林地、中覆蓋度草地、建筑用地、工礦用地表現(xiàn)出持續(xù)上升的態(tài)勢，表明人類活動與這些地類之間的作用密切。

平均斑塊面積（AREA＿MN）。耕地的平均斑塊面積最大，灘地次之，未利用地、建筑用地和有林地等地類的斑塊的面積也較大，湖泊平均斑塊密度最?。豢偯娣e較大的裸巖、低覆蓋度草地、中覆蓋度草地和灌木林等的平均斑塊面積則相對較小，表明這些地類被其它地類穿插，形成區(qū)域切割，導(dǎo)致圖斑個數(shù)增加，平均斑塊面積減小。1988—2009年的平均斑塊面積變化來看，耕地、灘地、沙地、有林地等都呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，而未利用地等表現(xiàn)為先減后增的態(tài)勢，灌木林、疏林地、未成林等地類則變化微小。

散布與并列指數(shù)（IJI）。灘地、工礦用地和湖泊因受場地控制，多為圓形或橢圓形態(tài)，在1988—2009年的演變過程中，灘地和湖泊變得更接近圓形或橢圓形，因此散布與并列指數(shù)持續(xù)減小。工礦用地隨著規(guī)模增大，形態(tài)愈不規(guī)則，逐漸脫離原有的圓形或環(huán)狀形態(tài)；其它占據(jù)較大面積的地類，多為條塊狀分布，在20多年內(nèi)并未突破原有分布形態(tài)。

4 結(jié)論

（1）1988—2000年，地類轉(zhuǎn)移面積約871.74 km2，占區(qū)域總面積的6.95%；2001—2009年，轉(zhuǎn)移面積約為567.79km2，地類轉(zhuǎn)移比率降為4.52%。從面積最大的裸地到面積較小的湖泊和工礦用地，所有地類均發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移強度較大的是灌木林、灘地、沙地和草地，轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入表現(xiàn)為鄰接地類轉(zhuǎn)化。耕地和沙地變化趨勢為先增后減；建筑用地和工礦用地表現(xiàn)為持續(xù)增長；高山湖泊面積先增后減，綜合表現(xiàn)為面積減少。

（2）1988—2009年，地類未有增減，主要地類的優(yōu)勢地位相對穩(wěn)定，且微弱上升，因土地利用強度加大和社會經(jīng)濟動態(tài)發(fā)展，地類在景觀層次綜合表現(xiàn)為：斑塊數(shù)增加，斑塊密度微弱減小，邊緣密度和總邊界長度先減后增，平均斑塊面積增加，蔓延度先增后減，散布與并列指數(shù)先減后增。

（3）1988—2009年，斑塊密度較大和較小的地類均發(fā)生不同程度演變，驅(qū)動其他的地類轉(zhuǎn)移，地類破碎性增加；與人類活動緊密相關(guān)的有林地、建筑用地、工礦用地的邊緣密度持續(xù)增加；耕地、灘地、沙地和有林地等與其他地類混交較小的地類，平均斑塊面積先增后減；灘地和湖泊因氣候變化影響，散布與并列指數(shù)持續(xù)減小，而開發(fā)加強的工礦用地持續(xù)增大。

致謝：衷心感謝西藏區(qū)調(diào)隊生態(tài)地質(zhì)研究所、成都理工大學(xué)青年科學(xué)基金和成都工大學(xué)大學(xué)教改項目（XJG1111）對本文的大力支持。

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