重慶市石柱縣土地利用變化分析

王芳?邵景安 黨永峰

[摘 要]選取重慶市石柱縣為樣區(qū)，使用TM、SPOT-5影像及其它相關(guān)基礎(chǔ)圖件數(shù)據(jù)，運(yùn)用Markov模型對(duì)研究區(qū)1995～2015年近20年間的土地利用變化特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，揭示其土地利用類型變化及演變規(guī)律，結(jié)果表明：1樣區(qū)土地利用類型在數(shù)量上呈現(xiàn)為林地>耕地>草地>水域>建設(shè)用地，其中林地和耕地所占總面積的比例超過了90%。2樣區(qū)1995～2015年，五種土地利用類型的面積隨時(shí)間變化存在差異：草地和耕地面積不斷減少，林地和建設(shè)用地面積持續(xù)增加，水域變化不顯著。3樣區(qū)五種土地利用類型在空間格局變化上主要呈現(xiàn)為耕地—林地、耕地—建設(shè)用地、草地—林地和草地—建設(shè)用地四者之間的轉(zhuǎn)換。

[關(guān)鍵詞]土地利用；Markov模型；重慶市；石柱縣

[中圖分類號(hào)]F301 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

土地利用/覆被變化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）是人類活動(dòng)對(duì)地表影響的重要載體。歸納起來，國外的學(xué)者注重從宏觀角度定性的研究大規(guī)模尺度上的LUCC變化特征及其驅(qū)動(dòng)因素，尤其側(cè)重于借助各種模型對(duì)未來土地利用情況進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，評(píng)價(jià)其對(duì)資源環(huán)境的影響，特別是北美流派和歐洲流派；而國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者關(guān)注的是大中城市及其周邊地區(qū)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的熱點(diǎn)地區(qū)，對(duì)山地城市生態(tài)保護(hù)區(qū)域的土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)因素的研究有限。

石柱縣位于三峽庫區(qū)重慶市生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)，具有生態(tài)環(huán)境脆弱、經(jīng)濟(jì)發(fā)展不足以及少數(shù)民族聚集等特點(diǎn)，土地利用類型的變化對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆钌a(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的作用和實(shí)際影響。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

重慶市是我國西南地區(qū)典型的山地都市區(qū)，樣區(qū)石柱土家族自治縣（簡(jiǎn)稱石柱縣）（107°59′22″～108°34′45″E，29°39′29″～30°32′45″N），位于長江上游地區(qū)、重慶東部，三峽庫區(qū)腹心，是集少數(shù)民族自治縣、三峽庫區(qū)淹沒縣、生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)縣于一體的特殊區(qū)域。樣區(qū)氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫16.5℃，年均降水量1103.0 mm。土壤以黃壤、黃棕壤、紫色土、水稻土等為主。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文中使用的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)：1995年30m分辨率TM影像來源于中科院地理所資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心；2005年和2015年2.5m分辨率SPOT-5影像來源于國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院；1995年和2005年1：1萬土地利用圖、2010年1：1萬國土二調(diào)數(shù)據(jù)、1：1萬地形圖、1：1萬道路和居名點(diǎn)分布圖來源于石柱縣國土局；30m分辨率DEM來源于中國西部數(shù)據(jù)中心。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：主要來源于《石柱統(tǒng)計(jì)年鑒》以及石柱縣各年公布的國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)；2005年的退耕還林以及天保工程等的補(bǔ)償信息來源是石柱縣林業(yè)局。

將所有矢量數(shù)據(jù)在Arcgis10.0軟件中經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換統(tǒng)一投影在西安80坐標(biāo)系下，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，所有的柵格數(shù)據(jù)大小為30m×30m，然后再提取各個(gè)不同地類和選取驅(qū)動(dòng)因子等處理后，將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制文本格式，在IDRISI Selva 17.0中再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為IDRISI能夠識(shí)別的rst柵格格式，最后再運(yùn)用Markov模型和Logistic模型生成土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和驅(qū)動(dòng)因子的回歸分析。

1.3 研究方法

在Markov過程中，系統(tǒng)的將來狀態(tài)僅僅依賴于當(dāng)前狀態(tài)。

Markov模型的公式為：

（1）

（2）

式中，X（t）表示隨機(jī)事件在t時(shí)刻的狀態(tài)；P表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，取值范圍為[0，1]；X（t+1）表示隨機(jī)事件在t+1時(shí)刻的狀態(tài)。通過創(chuàng)建t1至t2的土地利用變化轉(zhuǎn)移概率矩陣，可以直接用于分析土地利用類型面積的變化信息，也可作為Markov鏈分析中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，用以預(yù)測(cè)土地利用變化趨勢(shì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型總體特征

1995-2015年間，林地和耕地一直是主要土地利用類型，其中，耕地、草地呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，林地、水域、建設(shè)用地呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。林地在五種土地類型中占絕對(duì)主導(dǎo)的地方，隨著時(shí)間推移，林地面積和林地占總面積的比例具有顯著增加，其中，林地面積增加幅度較大，1995年面積為165607.37hm2，占全縣的55.23%，在以后的每個(gè)10年均是呈現(xiàn)增長趨勢(shì)，到2015年面積已到達(dá)210089.41 hm2，占全縣面積比例的70.06%；耕地的面積僅次于林地，1995年為106335.58 hm2，占全縣面積比例的35.46%，但數(shù)量變化趨勢(shì)正好與林地相反，20年間處于不斷減少的態(tài)勢(shì)，到2015年耕地面積減少至67244.79 hm2，只占到全縣面積的22.43%。

樣區(qū)的土地利用類型20年間在空間分布上表現(xiàn)出明顯的異質(zhì)性。林地和耕地以及草地在全縣的土地利用類型中占主導(dǎo)地位。林地類型的分布由西北到東南主要在方斗山、七曜山北部高山區(qū)和七曜山南部的中山區(qū)，基本上都是圍繞山地分布；耕地類型的分布由西北到東南主要是在沿江層山脊淺丘的平壩區(qū)和方斗山—七曜山所夾的槽谷區(qū)；草地類型的分布則是處于林地和耕地交錯(cuò)帶區(qū)域，1995年和2005年主要是在七曜山北部的高山區(qū)以及沿江平壩區(qū)，而2015年大部分的草地分布轉(zhuǎn)移至了方斗山低山區(qū)，七曜山北部高山區(qū)也有分布，跟10年和20年前相比，分布明顯減少。

2.2 土地利用類型動(dòng)態(tài)變化

對(duì)比1995～2015年的面積轉(zhuǎn)移矩陣可知，耕地、林地、草地和建設(shè)用地四者之間的轉(zhuǎn)換最為顯著。在1995～2005年期間，主要表現(xiàn)為耕地、林地和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換：大量的耕地轉(zhuǎn)換為其它用地類型，其中林地和建設(shè)用地是主要的轉(zhuǎn)換去向；部分的林地類型轉(zhuǎn)為耕地、草地和建設(shè)用地；少量的草地轉(zhuǎn)換為耕地、林地和建設(shè)用地。因此由1995～2015年的面積轉(zhuǎn)移矩陣可以看出，樣區(qū)在這近20年間各個(gè)土地利用類型間均有不同程度的轉(zhuǎn)換，其中耕地、林地、草地和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換更為頻繁和劇烈。

圖2 樣區(qū)1995～2005年、2005～2015年、1995～2015年土地利用類型變化轉(zhuǎn)移圖

樣區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)換的空間格局分布上具有較強(qiáng)的異質(zhì)性（圖2）。由1995～2015年的用地類型轉(zhuǎn)換可以看出，全縣主要的土地利用類型轉(zhuǎn)換是耕地—林地、耕地—建設(shè)用地、草地—林地和草地—建設(shè)用地四者之間的轉(zhuǎn)換。在不同時(shí)期內(nèi)各個(gè)用地類型的轉(zhuǎn)換和空間分布存在較大差異：在1995～2005年期間，用地類型間的轉(zhuǎn)換主要是耕地—林地和耕地—建設(shè)用地；在2005～2015年期間用地類型間的轉(zhuǎn)換主要是耕地—林地、耕地—草地、耕地—建設(shè)用地、草地—林地和草地—建設(shè)用地；在兩個(gè)時(shí)期中也有少量的轉(zhuǎn)換為耕地、草地和建設(shè)用地，但可以從圖上看到，分布的范圍比較零散和破碎。而研究區(qū)土地利用類型在地域上的變化轉(zhuǎn)移20年間都比較穩(wěn)定，耕地—林地、耕地—草地和耕地—建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換主要分布在方斗山西部較中緣、坡度較不平緩地區(qū)和槽谷區(qū)耕地林地交錯(cuò)帶靠近山地的部分；草地—耕地和草地—建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換則分布在方斗山和七曜山下緣坡度較平緩的地區(qū)，而草地—林地的轉(zhuǎn)換分布與兩山海拔較高、坡度也較大的區(qū)域。

3 結(jié)論與討論

本文通過選取三峽庫區(qū)的重慶市生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)石柱縣作為武陵山區(qū)的典型區(qū)域，對(duì)研究區(qū)1995～2015年近20年間的土地利用變化特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)論如下。

（1）樣區(qū)的土地利用類型無論是在數(shù)量上還是空間分布上，均是耕地和林地兩種用地類型占主要地位，面積比例總和占全縣面積的90%以上。其中林地的分布是最廣泛的，到2015年已占全縣面積比例的70.06%；耕地的分布面積僅次于林地，到2015年只占到全縣面積的22.43%；草地面積總量雖不大，但是整體所占比例也大于水域和建設(shè)用地總和。

（2）樣區(qū)各個(gè)土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化存在較大差異。1995～2015年近20年間，耕地和草地用地類型在數(shù)量上處于持續(xù)減少狀態(tài)，林地和建設(shè)用地類型在數(shù)量上呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢(shì)，水域類型的數(shù)量變化整體幅度不大。

（3）樣區(qū)土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化在空間格局分布上具有較強(qiáng)異質(zhì)性，全縣主要的土地利用類型轉(zhuǎn)換是耕地—林地、耕地—建設(shè)用地、草地—林地和草地—建設(shè)用地四者之間的轉(zhuǎn)換。

隨著全國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，樣區(qū)石柱縣作為三峽庫區(qū)山地城市生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)的典型區(qū)域，未來土地利用類型將會(huì)繼續(xù)發(fā)生巨大的變化。同時(shí)伴隨著在天保工程、退耕還林還草以及土地流轉(zhuǎn)等政策法規(guī)的頒布與實(shí)施，耕地和草地持續(xù)減少到最終保持穩(wěn)定，林地的增長為生態(tài)壓力過大起到了一定的緩解作用，建設(shè)用地的增長是匹配快速增長的人口以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的必然趨勢(shì)。

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