基于GIS的藍山縣土地利用時空格局變化研究

劉詩雅

[摘要]藍山縣的土地利用結構以“林地-耕地”為主，土地利用變化受人類活動影響較小，林地是藍山縣最主要的土地利用類型，工業(yè)用地年變化率最大；十年間各種一級土地類型土地利用轉移率普遍低，土地類型變化小，其中其他土地利用類性轉移率最高；2000～2010年間，各土地利用類型空間變化小，這與政府決策有一定關系，其中空間變化最明顯的是人工表面。在RS、GIS的技術支持下，得到了藍山縣2000年、2005年和2010年的土地利用分類圖與相關數(shù)據(jù)，并對藍山縣這十年間的土地利用變化進行了分析。以期為藍山縣區(qū)域土地資源的合理利用、開發(fā)與保護生態(tài)環(huán)境以及更好的開展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會提供參考。

[關鍵詞]土地利用；GIS；時空格局變化

[中圖分類號]N945.11 [文獻標識碼]A

隨著經(jīng)濟全球化和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，人地矛盾越發(fā)尖銳。在這個背景下，土地利用/土地覆蓋變化成為了世界環(huán)境變化的核心研究領域與研究熱點。藍山縣屬于湖南省湘江源地區(qū)，是湖南省委省政府響應中央水利改革、加強湘江的綜合生態(tài)保護的重要地區(qū)，是國家生態(tài)文明先行示范區(qū)，其生態(tài)環(huán)境受到政府與社會的重視。本文以藍山縣為研究對象，在Landsat TM/ETM等遙感影像的基礎下，運用ENVI和ArcGIS軟件，主要是從結構、類型和空間3個方面的變化來分析2000～2010十年間藍山縣的土地利用/土地覆蓋變化的時空格局。為區(qū)域土地資源的合理利用、開發(fā)與保護生態(tài)環(huán)境以及更好的開展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會提供參考。

1 研究區(qū)域概況

藍山縣（如圖1），位于中國湖南省的南端，北緯25°01′02″～25°37′08″之間 ，東經(jīng)111°54′15″～112°2′08″之間。藍山縣位于九嶷山東麓，其地形以山地為主，地勢西南高東北低；屬于亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，光照熱量較充足；地跨長江、珠江兩大流域的上游地區(qū)，水系較發(fā)達。藍山縣資源較為豐富，其中森林資源和動物資源地位突出：含有楠竹、桉樹、水杉、龍竹和銀杏等38種珍稀植物，森林覆蓋率高，是湖南省的重點林區(qū)縣，有一個國有森林公園；娃娃魚、香獐、猴面鷹、獼猴和麂子等60多種珍稀動物，主要分布在林間山溪地區(qū)。藍山縣還是糧食、油茶、茶葉和烤煙等農(nóng)作物的主要產(chǎn)地。藍山縣交通便利，有二廣和廈蓉兩條高速公路， 322、314、216三條省道以及永連二級公路縱貫藍山縣的南北。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與土地利用分類

本次所用數(shù)據(jù)包括研究區(qū)域2000、2005和2010年空間分辨率為30m的Landsat TM遙感影像、研究區(qū)域的行政區(qū)劃圖、地形圖及其他輔助圖件。主要采用ENVI和ArcGIS軟件對數(shù)據(jù)進行處理。在關注藍山縣的土地利用/土地覆蓋特點的同時，也考慮研究區(qū)土地資源的實際情況和Landsat TM/ETM遙感影像的分類能力，本次研究使用的土地利用/土地覆蓋分類系統(tǒng)主要參考“生態(tài)十年環(huán)境感監(jiān)測土地覆蓋分類系統(tǒng)（2013年版）”，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)代碼，有利于政府間和各國際組織之間的數(shù)據(jù)交換與對比分析，能反映出通用的土地覆被特征，具有普遍性和全球性。此分類系統(tǒng)分為二級：一級為IPCC土地覆被類型，二級基于碳收支的LCCS土地覆被類型。其中一級的包括林地、草地、濕地、耕地、人工表面和其他等6 種土地分類；二級類型是通過運用FAO LCCS的方法進行劃分的，包括草甸、湖泊、水田、居住地、裸巖和常綠闊葉林等共38類。由此獲得2000年、2005年和2010年3年藍山縣的土地利用/土地覆蓋分類圖（圖1）。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動態(tài)度分析。土地利用動態(tài)度包括單一土地利用類型動態(tài)度指數(shù)（K）和綜合土地利用動態(tài)度指數(shù)（LC），它們可以反映區(qū)域土地利用的變化速度和地域差異性。

式（1）中，K是指某一區(qū)域土地利用類型在研究時間段內(nèi)的動態(tài)度（或變化率）；Ua是指某一種土地利用類型在研究初期的面積，Ub是指某一種土地利用類型在研究末期的面積；T是指研究時間的長度。為了揭示出區(qū)域土地利用/覆蓋中土地利用類型的變化程度，可以采用土地利用動態(tài)度指數(shù)來分析土地利用類型的動態(tài)變化。式（2）中，LC的值是指某研究區(qū)域土地利用總的變化速度；LUi是第i類土地利用類型在研究初期的面積；是第i類土地利用類型在研究時間范圍內(nèi)轉變成其他土地利用類型的面積；T是指研究時間的長度。

2.2.2 土地利用變化強度。土地利用變化強度反映一個地區(qū)的人類活動對土地覆蓋的干擾度或土地利用程度。由此本文以人類活動對土地覆蓋的干擾度大小為標準來劃分土地利用程度分級指數(shù)，將其他用地賦值為1，林地、草地和濕地賦值為2，耕地賦值為3，人工表面賦值為4。土地利用綜合程度指數(shù)（La）的值介于100～400之間，值越大，說明某一地區(qū)土地利用的強度越大。公式如下所示：

式（3）中，La是指土地利用綜合程度指數(shù)；Ai是指通過對土地利用程度進行分級后，地類i的指數(shù)；Ci是指地類i占整個研究區(qū)面積的比重。

3 結果分析

3.1 結構變化分析

3.1.1 類型結構變化。通過運用各土地類型的面積比例、變化面積和單一土地利用類型動態(tài)度指數(shù)，由此來探究湘江源頭2000～2010 年土地利用/土地覆蓋類型的數(shù)量變化和年變化率，從而分析湘江源頭土地利用/土地覆蓋的類型結構變化特點。從一級分類系統(tǒng)的6種地類來看（圖2），藍山縣土地利用/土地覆蓋結構以“林地-耕地”為主，十年間這種結構變化小。其中最主要的土地覆蓋類型是林地，高達75%，這與藍山縣森林蓄積量廣和森林覆蓋率高的特點，以及湖南省的重點林區(qū)縣的現(xiàn)狀一致。藍山縣17%以上是耕地，其中水田略多于旱地。十年間草地面積基本不變。

藍山縣有20種二級分類系統(tǒng)地類，從這20種二級地類的面積變化來看（表1），2000～2005年間，各土地利用類型的面積除草甸外，其余地類都發(fā)生了變化。草叢、草本濕地、河流、居住地、工業(yè)用地、交通用地、常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠闊葉灌木林和喬木園地的面積有所增長；草叢的面積增長最多，增加了7305m2；其次是常綠闊葉林和居住地。然而湖泊、水庫/坑塘、水田、旱地、裸巖、常綠針葉林、落葉闊葉灌木林的面積有所減少，其中常綠針葉林的面積減少最多，減少了9211m2，其次是落葉闊葉灌木林。2000～2005年間單一土地利用類型動態(tài)度K的變化情況為：工業(yè)用地增長速度最快，年增長率高達74.17%，增長速度雖快但增長面積僅為267m2；草叢年增長率僅為1.98%但是增長面積為7305m2；裸土的負增長嚴重，年增長率為-20.00%。2005～2010年間的面積變化情況：湖泊、河流和喬木園地面積無變化。草叢、水庫/坑塘、居住地、工業(yè)用地、交通用地、常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠針葉林和常綠闊葉灌木林的面積有所增長；其中常綠針葉林的面積增長最多，增加了10433m2；其次是交通用地和居住地。草甸、草本濕地、水田、旱地、裸巖、和落葉闊葉灌木林的面積有所減少；其中旱地的面積減少最多，減少了8708m2；其次是水田和落葉闊葉灌木林。2005～2010年間單一土地利用類型動態(tài)度K的變化情況為：工業(yè)用地和交通用地增長速度最快，年增長率分別為30.09%和26.66%，增長速度差距雖小但是際增長面積差距大，分別是510m2和4189m2；草甸和草本濕地的負增長現(xiàn)象嚴重，年增長率均為-20.00%。期間林地年增長由負增長到增長，變化率緩慢上升；草地年增長率由正到負；濕地增長率由負增長到增長；人工表面年增長率一直在增長且提高快；其他地類一直處于負增長狀態(tài)。這與當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、人類需求的提高以及政府的一系列政策、法律法規(guī)等休戚相關。

3.1.2 整體結構變化。通過運用綜合土地利用動態(tài)度指數(shù)和土地利用綜合程度指數(shù)可以反映藍山縣土地利用總的變化速度，可以分析藍山縣土地利用/土地覆蓋的整體結構的變化。從圖3可知，2000～2010年之間，藍山縣的土地利用綜合程度由增加再到減少，但浮動變化小。La 值由 218.30 上升到 218.77，再降低到218.66，說明藍山縣2000～2005年的土地利用強度稍增加，2005～2010年的土地利用強度略減少，說明在藍山縣人類活動對土地利用/土地覆被變化的影響較小。2000～2010年之間，藍山縣綜合土地利用動態(tài)度指數(shù)（Lc）呈增加趨勢，但增長幅度小，2000～2005年的Lc值為0.16%，略低于2005～2010 年的Lc值0.18%，說明藍山縣十年間的土地利用/土地覆蓋的變化速度在增長得極慢。

3.2 類型變化分析

藍山縣2000～2005年和2005～2010年兩個時間段的土地利用轉移率矩陣如表2和表3所示?？傮w而言，兩個時間段的各種一級土地類型土地利用轉移率普遍低，土地類型變化??；除了人工表面，其余5種土地利用類型第二個時間段比第一個時間段轉移率更低。2000～2005年期間約2.99%的濕地和2.34%的其他土地利用類型轉變?yōu)榱值兀?005～2010年期間約2.82%的耕地和1.34%的其他土地利用類型轉變?yōu)榱值?；兩個時間段分布約1.01%和1.61%的耕地轉變?yōu)槿斯け砻妫?000～2005年約4.61%的其他土地利用類型轉變?yōu)楦兀?005～2010年約1.42%的濕地轉變?yōu)楦兀?000～2005年約1.37%的其他土地利用類型轉變?yōu)椴莸?。明顯可以看出在2000～2005年間的其它土地利用類型轉變率最高約8.33%，裸土裸巖面積變少，說明隨著長時間的生態(tài)環(huán)境保護，植物的種類和數(shù)量達到一定規(guī)模，有機物總量增加，本地生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構越來越復雜，生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力越來越強。

3.3 空間變化分析

通過ArcGIS的空間疊加分析功能，將不同土地利用/土地覆被類型的變化劃分為不變、減少、增加3種類型，得到湘江源頭藍山縣2000～2010年間林地、草地、濕地、耕地、人工表面和其他6種土地利用/土地覆被類型的空間變化圖（圖4），分析該6種主要土地利用/土地覆被類型的空間變化特征。

草地主要零散的分布在藍山縣的東北部和西南部，十年間藍山縣草地面積變化不大。濕地主要分布在東北部，十年間濕地減少面積大于增加面積，減少的面積主要來源于草本濕地面積的下降和一些坑塘和湖泊的萎縮。耕地主要分布在藍山縣的北部和中部，十年間西部耕地面積持續(xù)減少，主要用于交通用地；人工表面主要分布在藍山縣的西北部和中部，十年間藍山縣西北部和中部人工表面都有所增加，其中2005～2010年增長最為明顯，特別是交通用地增加明顯，這與2004年開始啟動了加強農(nóng)村基礎設施建設的惠民工程“村村通”公路是密不可分的，人工表面變化最明顯。其他土地利用類型，主要指裸巖與裸土兩種類型，主要分布在北部和西南部；2000～2005年間，西南部的其他土地利用類型面積大幅度減少；2005～2010年間，變化少。林地主要分布在藍山縣的東部、西部和南部；2000～2005年間，藍山縣東北部林地有所減少，主要集中在湘江源附近，西南部林地略減；2005～2010年間，由于當?shù)卣訌娏擞嘘P保護湘江流域環(huán)境的法律法規(guī)，藍山縣東北部和西南部林地面積得到恢復。土地利用規(guī)劃需要綜合考慮經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，當?shù)卣畬τ诮?jīng)濟效益和生態(tài)效益的偏好程度不同，會導致林地、濕地和人工表面等面積發(fā)生變化。

4 結果與討論

從以上分析可以得出：（1）2000～2010年，藍山縣土地利用結構以“林地—耕地”為主，結構變化率小，林地是藍山縣最主要的土地利用類型，各土地利用類型中工業(yè)用地年變化率最大，藍山縣的土地利用的變化速度在緩慢增長，受人類活動影響較??；（2）2000～2010的兩個時間段的各種一級土地類型土地利用轉移率普遍低，土地類型變化??；其中其他土地利用類性轉移率最高；（3）2000～2010年間，各土地利用類型空間變化小，這與政府決策有一定關系，其中空間變化最明顯的是人工表面。

[參考文獻]

[1] Zhang L，Li X，Yuan Q，et al.Object-based approach to national land cover mapping using HJ satellite imagery[J].Journal of Applied Remote Sensing，2014，8（2）：464-471.

[2] 王秀蘭，包玉海.土地利用動態(tài)變化研究方法探討[J].地理科學進展，1999，18（1）：81-87.

[3] 劉紀遠，劉明亮，裝大方.中國近期土地利用變化的空間格局分析[J].中國科學（D），2002，3（2）：1031-1040.

[4] 鄧睿.淺議西雙版納的生態(tài)環(huán)境保護和建設[J].云南環(huán)境科學，2004（S2）：133-134.

[5] 李天猜，李韋，馮長春，等.湘江新區(qū)土地利用結構多目標規(guī)劃及決策偏好分析[J].地域研究與開發(fā)，2016，35（1）：132-138.