近40年來貴陽市“兩湖一庫”地區(qū)土地利用／覆被變化

趙衛(wèi)權(quán)，蘇維詞，周文龍，張 凡

土地利用／覆被變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要影響，并以累積的方式影響全球環(huán)境變化［1］，土地利用／覆被變化是當(dāng)今國際全球變化研究中最為活躍的領(lǐng)域之一，IGBP和IHDP等［2］國際全球變化研究計(jì)劃都極其重視這一領(lǐng)域的研究。

順應(yīng)世界科學(xué)發(fā)展潮流，我國從20世紀(jì)90年代中期起也開始進(jìn)行這方面的研究，而且在相關(guān)理論、研究方法以及區(qū)域或城市等個(gè)案分析上都取得了研究成果。余新曉等［3］分析了位于我國西北黃土高原的甘肅省天水市羅玉溝流域20a來土地利用變化情況及驅(qū)動(dòng)力；王鵬等［4］以秭歸縣為試驗(yàn)區(qū)，分析了三峽水庫的土地利用變化情況；周文佐［5］研究了黃河三角洲1995—2004年間土地利用／覆被的時(shí)空變化特征，并對(duì)區(qū)域土地利用／覆被變化的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行了探討。

本研究對(duì)貴陽市飲用水源“兩湖一庫”地區(qū)近40a來的土地利用／覆被時(shí)空演變特征進(jìn)行分析，為水源地生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)信息。

1 材料及方法

1.1 研究區(qū)概況

貴陽市紅楓湖、百花湖和阿哈水庫是貴陽市主城區(qū)的重要飲用水水源地，簡(jiǎn)稱“兩湖一庫”。為了對(duì)飲用水源進(jìn)行保護(hù)，貴陽市2007年成立專門的管理機(jī)構(gòu)——兩湖一庫管理局。本研究以鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃為基礎(chǔ)，結(jié)合“兩湖一庫”飲用水源保護(hù)區(qū)范圍確定研究區(qū)域，總面積為1 703.82km2。該區(qū)域地處貴陽市西南部，分屬安順市的平壩縣和貴陽市的清鎮(zhèn)市、花溪區(qū)、南明區(qū)、云巖區(qū)和白云區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

研究數(shù)據(jù)主要由研究區(qū)域1973年的MSS影像，1993的TM影像，2001年的TM影像和2010的ALOS影像解譯后獲得。土地利用分類采用中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫中的全國1∶100 000制圖比例尺的土地利用分類系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)土地資源經(jīng)營特點(diǎn)、利用方式和覆蓋特征采用3級(jí)分類：一級(jí)主要根據(jù)土地的資源屬性和利用屬性分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6個(gè)類型；二級(jí)主要根據(jù)土地自然屬性分為25個(gè)類型；三級(jí)主要根據(jù)土地的地貌再分為8個(gè)類型［6－7］。在分級(jí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合水源地生態(tài)環(huán)境研究的需要，將研究區(qū)的土地利用類型進(jìn)行歸并處理，主要對(duì)旱地、水田、林地、建設(shè)用地、荒草地和水域6個(gè)類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

運(yùn)用ERDAS 9.2軟件對(duì)4期遙感影像相應(yīng)波段組合后，進(jìn)行人機(jī)交互解譯。在判讀解譯過程中，采用監(jiān)督分類和人工目視解譯，充分結(jié)合土地利用現(xiàn)狀圖及野外考察結(jié)果來建立分類標(biāo)準(zhǔn)，并借助地形圖等相關(guān)輔助資料進(jìn)行校準(zhǔn)。然后利用ArcGIS 9.3地理信息系統(tǒng)軟件形成4期土地利用類型數(shù)據(jù)庫，利用該軟件的空間疊置分析功能，獲取土地利用的動(dòng)態(tài)變化信息。由于4期遙感影像的時(shí)間分辨率相差較大，故在解譯過程中參考了研究區(qū)域1∶200 000土地利用現(xiàn)狀資料和1∶50 000地形圖資料。

1.3 研究方法

1.3.1 單一土地利用／覆被類型動(dòng)態(tài)度 單一土地利用／覆被類型動(dòng)態(tài)度［8－9］反映了研究期內(nèi)不同土地利用／覆被在數(shù)量上的變化，通過分析土地利用／覆被面積變化，可以了解土地利用／覆被變化總的態(tài)勢(shì)及其結(jié)構(gòu)變化，其特點(diǎn)在于可以直觀地反映土地利用／覆被變化的幅度和速度。其計(jì)算公式為：

式中：K——研究時(shí)段內(nèi)某一類型土地利用／覆被的動(dòng)態(tài)度；Ua，Ub— —研究初期和末期某一類型的土地利用／覆被面積；T——研究時(shí)段，若T為年時(shí)，K值即為該研究區(qū)此土地利用／覆被類型的年變化率。

1.3.2 單一土地利用／覆被類型綜合動(dòng)態(tài)度 單一土地利用／覆被類型綜合動(dòng)態(tài)度，又稱空間動(dòng)態(tài)度［10－11］。它同時(shí)考慮了從研究初期到研究末期土地利用／覆被類型的轉(zhuǎn)出部分和轉(zhuǎn)入部分，從整體上度量了其動(dòng)態(tài)變化程度，相對(duì)于單一土地利用／覆被類型，動(dòng)態(tài)度值越大，表明該類面積擴(kuò)張趨勢(shì)越明顯。其計(jì)算公式為：

式中：Vt——某一土地利用／覆被類型綜合動(dòng)態(tài)度；Δouti——研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用／覆被類型轉(zhuǎn)化為其它土地利用／覆被類型的面積總和；Δini——研究時(shí)段內(nèi)其它土地利用／覆被類型轉(zhuǎn)化為某一土地利用／覆被類型的面積總和。

1.3.3 區(qū)域綜合土地利用／覆被類型動(dòng)態(tài)度 綜合土地利用／覆被動(dòng)態(tài)度［12－13］反映在研究時(shí)段T 內(nèi)某區(qū)域土地利用／覆被變化的劇烈程度，其計(jì)算公式為：

式中：S——綜合土地利用／覆被動(dòng)態(tài)度；Uai——研究時(shí)段T初期第i類土地利用／覆被類型的面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)域土地利用／覆被變化轉(zhuǎn)移過程分析

由表1可知，研究區(qū)域主要以旱地、水田、林地和建設(shè)用地為主，其面積之和比例在各個(gè)時(shí)期都占93%左右，說明近40a“兩湖一庫”地區(qū)的土地利用／覆被類型的變化主要在林地、耕地和建設(shè)用地之間發(fā)生轉(zhuǎn)換。1973—1993年研究區(qū)旱地面積增加，水田面積減少，耕地總量變化不大，荒草地減少約1／2，說明在這一期間未利用地的利用效率有所提高，建設(shè)用地面積增加了44.16%，林地面積略有減少，水域面積增加了27.09%；在1993—2001年研究區(qū)荒草地面積繼續(xù)減少，旱地略有減少，建設(shè)用地面積增加了30%，林地面積變化不大，水田面積減少了20.39%，水域面積繼續(xù)增加了19.16%；在2001—2010年研究區(qū)荒草地面積繼續(xù)被利用，其面積減少了16.86%，旱地面積銳減了20.38%，建設(shè)用地面積急增了64.20%，林地面積增加了19.03%，水田面積增加了14.14%，水域減少了6.19%。近40a來，“兩湖一庫”地區(qū)土地利用／覆被變化總體呈現(xiàn)出建設(shè)用地面積大幅度增加，林地面積增加、耕地面積減少，水域面積增加和荒草地被大量利用的態(tài)勢(shì)。

表1 “兩湖一庫”地區(qū)4期不同土地利用／覆被類型變化

分析表2和1973—1993研究區(qū)土地利用變化圖（圖略）可知，1973—1993年研究區(qū)旱地、水田主要轉(zhuǎn)向林地和建設(shè)用地，轉(zhuǎn)換率在18%～26%；林地則主要變?yōu)楹档?，轉(zhuǎn)換率為30.83%；部分建設(shè)用地轉(zhuǎn)為耕地和林地，轉(zhuǎn)換率達(dá)55.93%，水域主要轉(zhuǎn)為耕地和林地，轉(zhuǎn)換率達(dá)22.4%，荒草地主要利用為耕地和林地，利用率高達(dá)90.79%。在20a間，土地利用類型演變主要發(fā)生在“兩湖”主要所在地的清鎮(zhèn)市和貴陽主城區(qū)（南明區(qū)和云巖區(qū)），主要體現(xiàn)了20世紀(jì)70—80年代土地資源利用的粗狂性和盲目性，大量的林地轉(zhuǎn)為耕地，耕地變轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。

表2 “兩湖一庫”地區(qū)1973－1993年土地利用／覆被變化轉(zhuǎn)移矩陣 %

從表3和1993—2001土地利用變化圖（圖略）可知，1993—2001年研究區(qū)旱地主要轉(zhuǎn)換成林地和水田，轉(zhuǎn)換率達(dá)27.33%；水田主要轉(zhuǎn)向旱地、建設(shè)用地和水域，其轉(zhuǎn)換率高達(dá)89.95%；林地主要轉(zhuǎn)換為耕地，其轉(zhuǎn)換率為32.02%；建設(shè)用主要轉(zhuǎn)為耕地和林地，其轉(zhuǎn)換率為39.59%；水域主要轉(zhuǎn)換為耕地和林地，其轉(zhuǎn)換率為11.23%；荒草地主要轉(zhuǎn)換為耕地和林地，其轉(zhuǎn)換率高達(dá)96.51%。8a內(nèi)土地利用／覆被類型的空間轉(zhuǎn)換明顯，主要體現(xiàn)在耕地和其它用地類型之間的相互轉(zhuǎn)換。從空間上看，清鎮(zhèn)市“兩湖”周邊區(qū)域的土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)化較為均勻，只有云巖區(qū)和白云區(qū)的建設(shè)地面積增加明顯，清鎮(zhèn)市紅楓湖周邊出現(xiàn)較大面積的建設(shè)用地。

表3 “兩湖一庫”地區(qū)1993－2001年土地利用／覆被變化轉(zhuǎn)移矩陣 %

由表4和附圖6可知，2001—2010年研究區(qū)旱地主要轉(zhuǎn)向水田、林地和建設(shè)用地，其轉(zhuǎn)換率達(dá)59.62%；水田則主要轉(zhuǎn)向旱地、林地和建設(shè)用地，其轉(zhuǎn)換率達(dá)67.85%；林帶主要轉(zhuǎn)向耕地和建設(shè)用地，其轉(zhuǎn)換率為29.45%；建設(shè)用地主要轉(zhuǎn)向耕地和林地，其轉(zhuǎn)換率為40.57%；水域則主要轉(zhuǎn)向耕地和林地，其轉(zhuǎn)換率為26.6%；荒草地則主要被利用為耕地和林地，利用率達(dá)94.98%。近10a間研究區(qū)域的土地利用／覆被類型除了在耕地、林地之間的相互轉(zhuǎn)換外，建設(shè)用地的急劇擴(kuò)張和轉(zhuǎn)換明顯。空間變化主要體現(xiàn)在，紅楓湖周邊大量的耕地變?yōu)榱值?，阿哈水庫所在地花溪區(qū)出現(xiàn)大量林地，生態(tài)環(huán)境得到改善，主要得益于國家退耕還林政策、貴陽市環(huán)城林帶建設(shè)和飲用水源地保護(hù)等政策的實(shí)施；貴陽市城區(qū)的擴(kuò)展使得白云區(qū)建設(shè)用地面積急增。

表4 “兩湖一庫”地區(qū)2001－2010年土地利用／覆被變化轉(zhuǎn)移矩陣 %

2.2 研究區(qū)域土地利用／覆被變化動(dòng)態(tài)分析

由表5可知，從單一土地利用／覆被類型動(dòng)態(tài)度來看，1973—1993年研究區(qū)林地的動(dòng)態(tài)度最低，平均每年轉(zhuǎn)移率為0.19%；1993—2001年旱地的動(dòng)態(tài)度最低，平均每年轉(zhuǎn)移率為0.04%；2001—2010年水域的動(dòng)態(tài)度最低，平均每年轉(zhuǎn)移率為0.69%。土地利用／覆被類型在此時(shí)段內(nèi)較其它類型的轉(zhuǎn)移量小，是較為穩(wěn)定的土地利用類型。草地在1973—1993年期間動(dòng)態(tài)度最高，說明該類型在該時(shí)段內(nèi)最為活躍；水田在1993—2001年期間動(dòng)態(tài)度最高，說明水田在此期間的變化最為強(qiáng)烈；建設(shè)用地在2001—2010年期間動(dòng)態(tài)度最高，且動(dòng)態(tài)度遠(yuǎn)高于其它土地利用／覆被類型，體現(xiàn)出其在此期間的活動(dòng)異常劇烈，這和貴陽市整個(gè)城市在近10a的急劇擴(kuò)張有著密不可分的聯(lián)系，說明“兩湖一庫”地區(qū)也是貴陽市區(qū)擴(kuò)張的一個(gè)方向。

從單一土地利用／覆被類型綜合動(dòng)態(tài)度來看，“兩湖一庫”地區(qū)近40a來各土地利用／覆被類型的綜合動(dòng)態(tài)度數(shù)指數(shù)都較大，表明在研究期內(nèi)它們內(nèi)部相互轉(zhuǎn)化劇烈，轉(zhuǎn)移幅度較大，因此整個(gè)土地利用／覆被類型空間結(jié)構(gòu)變化較大。而在3個(gè)不同時(shí)段內(nèi)，林地和耕地的綜合動(dòng)態(tài)度值均大于其它土地利用／覆被類型。這主要是由于國家政策的貫徹實(shí)施，社會(huì)發(fā)展速度的提升，使得人類活動(dòng)對(duì)其干擾程度加大。1973—1993年與1993—2001年相比，只有水域用地動(dòng)態(tài)變化明顯愈加活躍于其它類型；1993—2001年與2010—2001年相比，也只有水域的動(dòng)態(tài)變化趨于減弱。結(jié)合單一動(dòng)態(tài)度分析，同一類型在不同時(shí)期以及同一時(shí)期不同的類的變化均不相同，表現(xiàn)出復(fù)雜的變化過程。

綜合對(duì)比分析3個(gè)時(shí)段的區(qū)域綜合土地利用／覆被類型動(dòng)態(tài)度，除了1993—2001年的水域類型綜合動(dòng)態(tài)度急增外，其它土地利用／覆被類型動(dòng)態(tài)度的差異不是很明顯。表明近40a來，雖然研究區(qū)域土地利用／覆被類型內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化非常復(fù)雜、頻繁，但是各類型之間相關(guān)轉(zhuǎn)換的相對(duì)活躍程度卻較為平緩。其主要原因是，由于20世紀(jì)70年代后期—80年代經(jīng)濟(jì)發(fā)展剛剛起步，土地利用方式粗放，規(guī)劃性較差；90年代國家退耕還林、土地復(fù)墾等政策影響較大；新世紀(jì)以來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展空前迅速，在建設(shè)用地大規(guī)模擴(kuò)張的同時(shí)，植樹造林等生態(tài)恢復(fù)工程也在同步實(shí)施。

表5 兩湖一庫地區(qū)3個(gè)時(shí)段土地利用／覆被動(dòng)態(tài)度 %

2.3 土地利用／覆蓋變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

采用生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值分析土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。根據(jù)謝高地等［14－17］的研究，不同土地利用方式所具有的生態(tài)服務(wù)功能是不同的，即，水域＞林地＞耕地＞荒草地＞建設(shè)用地，參考相關(guān)學(xué)者對(duì)中國生態(tài)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算和修正方法，對(duì)研究區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算（表6）。

根據(jù)表6，林地是研究區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值的主要貢獻(xiàn)者，在1973—2001年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但在2001年后的近10a內(nèi)增加了近20%；耕地的生態(tài)服務(wù)功能在近40a間總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，水域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。總體而言，在1973—1993年研究區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量?jī)H增加了0.57%，變化很?。?993—2001年研究區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量增加了1.24%，約為是前20a的2倍；2001—2010年研究區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量增加了5.43%，變化幅度較大。“兩湖一庫”區(qū)域生態(tài)環(huán)境在近40a間總體呈現(xiàn)逐步優(yōu)化態(tài)勢(shì)，尤其是近10a來，由于人們開始重視飲用水源地的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，通過實(shí)施退耕還林政策，環(huán)保工程實(shí)施和涵養(yǎng)水源林地建設(shè)等措施使得區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況得到很大改善。

表6 “兩湖一庫”地區(qū)不同時(shí)期生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算結(jié)果

3 結(jié)論

（1）近40a來，“兩湖一庫”地區(qū)水域面積從1973年的61.82km2，增加到2010年的87.82km2，最大值為2001年的93.61km2，由于近10a來的氣候變化，生態(tài)系統(tǒng)惡化等因素，水域面積比10a前有所減少。

（2）土地利用／覆被類型相互轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在耕地和林地之間，其轉(zhuǎn)換率均在20%以上，建設(shè)用地總規(guī)模相對(duì)增加幅度較大，2010年面積是1973年面積的3倍，“兩湖一庫”地區(qū)已逐步納入貴陽城市發(fā)展范圍。

（3）3個(gè)時(shí)段的土地利用／覆被類型綜合動(dòng)態(tài)度相對(duì)較為均勻，但是整體趨勢(shì)而言，2001—2010年期間明顯高于1973—1993年和1993—2001年這兩個(gè)時(shí)段，表明在最近10a研究區(qū)域的土地利用／覆被變化最為劇烈。

［1］ 倪紹祥.土地利用／覆被變化研究的幾個(gè)問題［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2005，20（6）：932－937.

［2］ 劉紀(jì)遠(yuǎn)，張?jiān)鱿椋煨铝?，?21世紀(jì)初中國土地利用變化的空間格局與驅(qū)動(dòng)力分析［J］.地理學(xué)報(bào)，2009，64（12）：1411－1420.

［3］ 余新曉，張曉明，牛麗麗，等.黃土高原流域土地利用／覆被動(dòng)態(tài)演變及驅(qū)動(dòng)力分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（7）：219－225.

［4］ 王鵬，吳炳方，張磊.三峽水庫建設(shè)期秭歸縣土地利用時(shí)空變化特征分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（6）：302－309.

［5］ 周文佐.近10a黃河三角洲LUCC及其驅(qū)動(dòng)因素分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（1）：341－345.

［6］ 龔文峰，孔達(dá)，范文義，等.松花江流域哈爾濱段土地利用時(shí)空格局演變特征分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（8）：249－255.

［7］ 郭宗鋒，馬友鑫，李紅梅，等.流沙河流域土地利用變化研究［J］.水土保持研究，2006，13（1）：144－147.

［8］ 周蘭萍，魏懷東，丁峰，等.1998—2005年石羊河流域土地利用／覆蓋變化及其分析［J］.水土保持通報(bào)，2009，29（1）：169－173.

［9］ 何春陽，史培軍，陳晉，等.北京地區(qū)土地利用／覆蓋變化研究［J］.地理研究，2001，20（6）：679－688.

［10］ 蒙吉軍，吳秀芹，李正國.黑河流域1988—2000年土地利用／覆被變化研究［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，40（6）：922－929.

［11］ 張曉玲，關(guān)欣，文倩.市（縣）級(jí)土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析：以醴陵市為例［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2007（3）：21－24.

［12］ 朱會(huì)義，李秀彬.關(guān)于區(qū)域土地利用變化指數(shù)模型方法的討論［J］.地理學(xué)報(bào).2003，58（5）：643－650.

［13］ 王思遠(yuǎn)，劉紀(jì)遠(yuǎn).中國土地利用時(shí)空特征分析［J］.地理學(xué)報(bào)，2001，56（6）：631－639.

［14］ 謝高地，肖玉，甄霖，等.我國糧食生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，13（3）：10－13.

［15］ 王飛，高建恩，邵輝，等.基于GIS的黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)土地利用變化的響應(yīng)及生態(tài)補(bǔ)償［J］.中國水土保持科學(xué)，2013，11（1）：26－31.

［16］ 蔣晶，田光進(jìn).1998—2005年北京生態(tài)服務(wù)價(jià)值對(duì)土地利用變化的響應(yīng)［J］.資源科學(xué)，2010，32（7）：1407－1416.

［17］ 謝高地，甄霖，魯春霞，等.一個(gè)基于專家知識(shí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化方法［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2008，23（5）：911－918.