1987-2014 年納帕海流域土地利用時空變化分析

王小蓮

（西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與水土保持學(xué)院，昆明650224）

1 引言

土地利用的動態(tài)監(jiān)測影響到氣候變化、生態(tài)平衡與人類活動等全球性的核心問題[1]。20 世紀(jì)90 年代以來，隨著全球性問題關(guān)注度的提高及3S 技術(shù)的高速發(fā)展，促使土地利用變化的研究力度不斷加大，方法更加多樣化[2]。當(dāng)前研究土地利用變化的常用技術(shù)是RS 和GIS，其涉及的數(shù)據(jù)信息源中，Landsat 影像的最小空間分辨率為30m，幾何精度較高，數(shù)據(jù)易于獲取。因此，在提取土地利用信息時可采用Landsat 影像。

納帕海濕地地處青藏高原東南緣，由于其對氣候變化和人類活動擾動響應(yīng)的高度敏感，開展其土地利用時空變化研究，對區(qū)域生態(tài)、社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義[3]。但現(xiàn)已開展的研究距今較為久遠(yuǎn)[4，5]，因此，本文將利用支持向量機(jī)，提取納帕海流域1987、1996、2005 和2014 年的土地利用分類信息，分析研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化，以反映近30 年境內(nèi)土地利用的時空演變過程，為促進(jìn)滇西北高原濕地區(qū)域的植被建設(shè)、土地資源開發(fā)利用與生態(tài)安全提升具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

納帕海流域位于云南省香格里拉市西北角，地理位置為27°47′-27°55′N，99°35′-99°40′E，面積12046.51hm2，平均海拔3266m，屬低緯度高海拔，由草甸、沼澤、水面和湖周森林植被構(gòu)成的季節(jié)性高原淡水湖泊沼澤濕地。四周山嶺環(huán)繞，屬寒溫帶高原季風(fēng)氣候，受地形和大氣環(huán)流的影響，年平均降水量620mm，干濕季分明。1984 年建立納帕海省級自然保護(hù)區(qū)，2005 年被列入《國際重要濕地名錄》。

本文選用的遙感數(shù)據(jù)為1987 年、1996 年、2005 年、2014 年的Landsat 影像，其數(shù)據(jù)均來自地理空間數(shù)據(jù)云。獲取4 個時相Landsat 影像后，借助ENVI 5.3 軟件對其進(jìn)行圖像預(yù)處理。

3 研究方法

3.1 分類方法

本文借助平臺ENVI，使用監(jiān)督分類中的人工目視解譯分類方法——支持向量機(jī)，提取土地利用類型。

①支持向量機(jī)。首先通過自動尋找能對分類有較大區(qū)分能力的支持向量，其次構(gòu)造出分類器，最后實(shí)現(xiàn)不同類別之間的間隔最大化。②建立分類方案與規(guī)則集。結(jié)合實(shí)地勘察和與研究時間相近的Google Earth 高分辨率影像進(jìn)行對比匹配地類，在圖像上進(jìn)行目視判讀，選取具有代表性的典型感興趣區(qū)（ROIs），根據(jù)ROIs 中已知的不同地物的光譜特征，通過訓(xùn)練計(jì)算機(jī)，進(jìn)行未知地物分類到已知的地類中，實(shí)現(xiàn)自動識別的目的。③分類后處理。分類后的圖像存在較多小塊的圖斑，其在一定程度上干擾圖像的美感和地物面積計(jì)算結(jié)果。因此，使用Classification 工具對小圖斑進(jìn)行處理。依照研究區(qū)植被覆蓋/土地利用的特征，將其土地類型分為：林地、灌木林地、草地、耕地、建設(shè)用地和水域。

3.2 分析方法

為了分析納帕海流域土地利用類型變化速率及程度，引用土地利用動態(tài)變化模型，再結(jié)合轉(zhuǎn)移矩陣方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。

①單一土地利用類型變化動態(tài)度是指一定時期內(nèi)研究區(qū)某一種土地利用類型的數(shù)量變化。其表達(dá)公式如下：，式中，K 為研究期內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度，Ua、Ub分別為研究初期、末期某一類型的土地利用面積，T 為研究周期。②土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。不同的土地利用類型之間的變化是相互的，通過轉(zhuǎn)移矩陣列表實(shí)現(xiàn)不同地類之間相互轉(zhuǎn)化的定量性，揭示不同地物間的轉(zhuǎn)移概率。

4 結(jié)果與分析

參照國家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》，結(jié)合納帕海流域的具體地理特征，利用支持向量機(jī)進(jìn)行分類，得到1987-2014 年土地利用類型圖。草地空間很大，這是納帕海流域的自然資源優(yōu)勢；水域變化幅度較平緩，其中部分水域僅在總體水量較大時出現(xiàn)；灌木林地與林地集中于區(qū)域邊緣，并且是相互轉(zhuǎn)化的，其中，林地整體是遞增的趨勢。

通過計(jì)算得到納帕海流域土地利用變化統(tǒng)計(jì)表。1987-1996 年研究區(qū)草地減少了328.89hm2，動態(tài)度為-0.61%。1996-2005 年建設(shè)用地變化最為顯著。2005 年建設(shè)用地為1042.57hm2，比1996 增加了625.96hm2，動態(tài)度為16.69%。2005-2014 年林地變化較為顯著，草地降低了509.81hm2；耕地增加了4.25hm2，動態(tài)度為0.03%；灌木林地面積減少了1107.73hm2，林地面積增加了1318.29hm2，這主要受林業(yè)管理和當(dāng)年降水量多的影響。1987-2014 年納帕海流域土地利用變化最大的是灌木林地—林地的轉(zhuǎn)化，林地面積共增加了1569.68hm2。

為理清其不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)換，將演算不同地類間的轉(zhuǎn)換矩陣來分析其如何轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)化量大小。1987-1996年期間，共有929.90hm2的其他土地利用類型轉(zhuǎn)化為草地，1258.79hm2的草地轉(zhuǎn)換為其他地類，以草地與水域、耕地的轉(zhuǎn)化為主。原因是當(dāng)處于降水充沛時，水體淹沒草地，當(dāng)?shù)鼐用裨谠械牟莸厣线M(jìn)行農(nóng)作物耕作。521.08hm2的灌木林地轉(zhuǎn)為林地，原因在于先前低矮的灌木成材，這說明當(dāng)?shù)毓芾聿块T已逐漸開展生態(tài)保護(hù)并取得相應(yīng)的效果。最后，建設(shè)用地增加了151hm2，說明僅在1987-1996 年期間，研究區(qū)內(nèi)人類活動強(qiáng)度開始增大。

1996-2005年建設(shè)用地呈持續(xù)增長趨勢。草地、耕地與建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化較為劇烈，其原因是人口增長、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)建，例如香格里拉機(jī)場和環(huán)湖公路的建設(shè)、“三江并流世界自然遺產(chǎn)”申請成功，納帕海區(qū)域及其周邊的生態(tài)旅游蓬勃發(fā)展，推動了與旅游服務(wù)緊密相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)草地和耕地大面積被占用。在這期間，381.39hm2的林地轉(zhuǎn)為灌木林地，這和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件與居民的生產(chǎn)生活方式相關(guān)，例如伐木用于取暖、建筑。值得注意的是，282.03hm2的耕地轉(zhuǎn)化為草地，而草地有258.50hm2變更為灌木林地，說明在2002 年云南省全面啟動退耕還林還草工程略微有成效。

2005-2014年間林地仍呈增長趨勢，其中1251.56hm2的灌木林地轉(zhuǎn)為林地，這很大程度上得益于先前的退耕還林政策的實(shí)施；草地與建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化尤為顯著，540.05hm2的草地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。建塘鎮(zhèn)及周邊地區(qū)人口增長、經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，致使城區(qū)不斷擴(kuò)建，而當(dāng)?shù)囟虝焊叻宓穆糜涡问街率共莸刿`踏嚴(yán)重，加劇了草地銳減。

5 結(jié)論

以納帕海流域?yàn)檠芯繀^(qū)，采用1987 年、1996 年、2005 年和2014 年四景影像為數(shù)據(jù)源，獲取四個時期土地利用狀況，對近30 年土地利用的動態(tài)變化，并結(jié)合區(qū)域自然資源條件及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷程進(jìn)行分析。得到以下結(jié)論：

在研究時期內(nèi)，土地利用變化顯著，草地呈逐年下降，建設(shè)用地逐年上漲，林地、灌木林地、水域則不呈線性變化，耕地變化幅度較小。通過分析，區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展是土地利用變化的主要原因。林地與灌木林地之間的轉(zhuǎn)化，我們應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)當(dāng)?shù)亓謽I(yè)管理保護(hù)工作，并跟進(jìn)環(huán)境保護(hù)宣傳工作以提高居民的環(huán)保意識；就土地利用類型圖可看出大片草地面積被占用，建設(shè)用地面積的增長主要集中于納曲河南岸區(qū)域。隨著居民生活水平、旅游聚集度的提高，對建設(shè)用地的需求都在不斷增長。預(yù)計(jì)在將來很長的時間里，納帕海流域的旅游服務(wù)產(chǎn)業(yè)收入將會進(jìn)一步增加，區(qū)域的生產(chǎn)總值將會持續(xù)增加，人口以及建設(shè)用地面積也將顯著增長。