基于土地利用變化的貴州壩子土地利用功能演變研究

陳 會(huì),李陽兵,盛佳利

貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴陽 550001

土地作為人類活動(dòng)的載體,為人類提供產(chǎn)品和服務(wù)[1],關(guān)系著人類的生存、生活、生產(chǎn)和發(fā)展,影響人類的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治等各個(gè)領(lǐng)域。人類因?qū)哟魏桶l(fā)展階段不同,對(duì)土地需求不同,在自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政策等的導(dǎo)向下使土地利用不斷變化,形成不同土地利用結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)決定功能[2]。土地利用變化是全球變化的決定性因素之一[3-4]。為了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,所以要探尋土地利用的可持續(xù)性。土地利用形態(tài)包括顯性形態(tài)和隱形形態(tài)[5],即空間形態(tài)和功能形態(tài)[6]。而土地利用可持續(xù)性是功能的目標(biāo)[7]。

土地利用功能(LUFs)是指不同土地利用方式所提供的產(chǎn)品和服務(wù)[8]；隨著社會(huì)發(fā)展,驅(qū)動(dòng)著土地利用功能由單一變得多樣性,即土地利用多功能性[9],土地利用多功能性指一個(gè)區(qū)域土地利用功能及其環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)功能的狀態(tài)和表現(xiàn),是評(píng)價(jià)土地利用變化對(duì)功能影響的重要概念,通常以土地利用功能表示[10],任何有人類活動(dòng)的土地都有多功能屬性[11]；多功能性的概念源于農(nóng)業(yè)[12-13],后發(fā)展到土地利用領(lǐng)域[14],如今土地利用多功能性內(nèi)涵界定已達(dá)到成熟,但是具體分類標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一,指標(biāo)體系不完善,評(píng)價(jià)方法單一[15]。土地利用/覆蓋變化(LUCC)的國際前沿?zé)狳c(diǎn)正從結(jié)構(gòu)和格局演變研究向土地利用多功能可持續(xù)性發(fā)展轉(zhuǎn)變[16]。當(dāng)前,土地利用多功能性的應(yīng)用研究薄弱,未來研究的主要內(nèi)容為從時(shí)空尺度研究土地利用多功能性的演變過程、區(qū)域效應(yīng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)制及優(yōu)化調(diào)控[17]。

西南巖溶山地的壩子近年來也引起了不少研究者的關(guān)注,如李倩等[18]利用土地利用數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型、生態(tài)功能定位及制約條件,估算云南貴州兩省可利用壩區(qū)面積。而楊子生等[19]利用壩區(qū)土地面積比例、耕地面積比例、面積≥100km2壩子個(gè)數(shù)和壩區(qū)土地綜合指數(shù)對(duì)云南省129個(gè)縣進(jìn)行壩區(qū)縣、半山半壩縣、山區(qū)縣的劃分。Zhao等[20]則是利用探索性空間數(shù)據(jù)分析研究了貴州省縣域山地類型與土地利用程度的空間耦合關(guān)系,從而為貴州省土地資源合理利用提供參考。對(duì)于壩子的定義,童紹玉等[21]認(rèn)為壩子是四周較高,中間較低平,中間地面坡度在8°或12°以下的小型河谷沖積平原、山間中小型盆地、起伏較和緩的高原面等地貌類型。張述清等[22]根據(jù)云南的實(shí)際情況,認(rèn)為壩子是以縣(市、區(qū))為單位,面積大于1km2且坡度在8°以下的區(qū)域。李陽兵等[23]認(rèn)為壩子是形狀較為規(guī)則,面積較大且比較寬闊的區(qū)域。

貴州省是典型的喀斯特地貌,境內(nèi)山多、丘陵多、壩地少。壩子內(nèi)部地形平坦、土壤肥沃、水資源相對(duì)充足,是土地資源的精華部分,能夠?yàn)槿祟愄峁└黝惖漠a(chǎn)品和服務(wù)。壩子不僅是主要糧食生產(chǎn)基地也是人類活動(dòng)中心[24],要同時(shí)滿足人們吃飯、建設(shè)、生態(tài)保護(hù)的三個(gè)難題[25- 26]。但現(xiàn)有關(guān)于壩子的研究集中在壩子分類、空間分布和耕地保護(hù)等方面,對(duì)壩子的土地利用時(shí)空變化、對(duì)當(dāng)前已突出顯現(xiàn)的壩子土地利用功能轉(zhuǎn)型、土地利用功能多樣性演變等仍缺認(rèn)識(shí)。因此,研究壩地地區(qū)的土地利用功能的演變對(duì)于貴州省的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。本文借鑒土地利用多功能性相關(guān)內(nèi)涵、分類標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)體系、研究方法等,從貴州省實(shí)際出發(fā)建立適合壩子的土地利用功能分類體系,并在此基礎(chǔ)上分析了貴州省壩子土地利用功能多樣性演變過程,了解土地利用功能類型在壩子間的數(shù)量分布、功能轉(zhuǎn)換、功能空間分布變化規(guī)律,挖掘內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力和外部影響,提出高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值壩子保護(hù)建議,從而為貴州即將開展的將33.3hm2以上大壩進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策和打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)提供科學(xué)的參考,以及為貴州省壩子土地持續(xù)利用提供科學(xué)的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

貴州省位于東經(jīng) 103°36′—109°35′、北緯 24°37′—29°13′之間。境內(nèi)地勢(shì)西高東低,平均海拔在1100m左右,土地資源以山地、丘陵為主,平壩區(qū)較少,2016年全省土地面積17.61萬km2,其中山地面積占全省土地總面積的61.70%,丘陵占31.10%,山間平壩區(qū)僅占7.50%[27]。2015年,全省總?cè)丝跒?530萬人,到2016年總?cè)丝跒?555萬人,增加了25萬人。2016年貴州省GDP為11776.73億元。研究區(qū)所選的樣本位于山間平壩地區(qū),地勢(shì)平坦,與貴州省的生產(chǎn)、生活和生態(tài)發(fā)展有緊密聯(lián)系,具有很大的研究價(jià)值。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1壩子的數(shù)據(jù)來源

以2010年10m分辨率的Alos影像和2.5m分辨率的資源衛(wèi)星影像為主要數(shù)據(jù)源,對(duì)照壩子的定義,參考楊廣斌等[28]將土地利用類型圖和坡度圖進(jìn)行空間疊置分析提取貴州萬畝大壩信息的方法,在高清遙感影像上對(duì)壩子進(jìn)行人工識(shí)別,然后與貴州省比例尺為1∶50000地形圖疊置分析,進(jìn)行人工糾正誤差,確保貴州省壩子數(shù)據(jù)的精度及可靠性。與以往研究不同的是,本文是根據(jù)地形地貌特征從高清遙感影像上識(shí)別壩子,既包括了城鎮(zhèn)壩子,也包括了農(nóng)業(yè)耕地壩子,本文所指的壩子實(shí)際上是從地形地貌角度揭示貴州省有一定面積規(guī)模的平地的空間分布。

2.1.2壩子功能的數(shù)據(jù)來源

以1990年的Landsat TM影像(結(jié)合航片)、2000年的Landsat ETM+影像(結(jié)合航片)、2010年的Alos影像(10m分辨率,部分2.5m分辨率)、2016年的Landsat8 OLI/TIRS影像(結(jié)合Gooogle Earth 影像)為數(shù)據(jù)源,將壩子空間分布矢量數(shù)據(jù)覆蓋于數(shù)據(jù)源上,同時(shí)為了提高準(zhǔn)確性,結(jié)合貴州省局部壩子各年的航片和高分辨率衛(wèi)星影像利用ArcGIS軟件對(duì)貴州省各個(gè)壩子功能進(jìn)行人工目視解譯。

2.1.3社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

貴州省土地面積、耕地面積等來自貴州省自然資源廳官網(wǎng),貴州省總?cè)丝跀?shù)量、GDP數(shù)據(jù)等來自《貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2017)。

2.2 貴州壩子土地利用功能類型劃分與評(píng)價(jià)指標(biāo)

土地利用是土地功能多樣化的過程,土地利用變化決定土地利用功能多樣性[29],不同的土地利用方式提供不同土地利用功能。土地系統(tǒng)的生產(chǎn)功能、生態(tài)功能、生活功能是相互聯(lián)系、不可分割的統(tǒng)一體[30]。國外普遍認(rèn)可的生產(chǎn)-生活-生態(tài)“三支柱”理念與黨十八大提出的國土生產(chǎn)-生態(tài)-生活空間的發(fā)展目標(biāo)相一致[31- 32]。黨麗娟、呂立剛等[33-34]也都分別根據(jù)“三生”主導(dǎo)功能對(duì)土地利用功能進(jìn)行進(jìn)一步的劃分。本文基于土地利用變化與功能的聯(lián)系,借鑒“三生功能”理論,根據(jù)對(duì)貴州省壩子土地利用實(shí)際調(diào)研、綜合文獻(xiàn)中對(duì)土地利用功能分類方法對(duì)壩子土地利用功能進(jìn)行分類,分為3個(gè)一級(jí)類,6個(gè)二級(jí)類,即6個(gè)單一功能,并確定具體指標(biāo)層(表1)。

表1 貴州省壩子土地利用功能分類體系

貴州省壩子土地利用功能并非所有都是單一的,壩子的二級(jí)分類功能具有交叉性,部分壩子的功能為兩種功能復(fù)合型,即具有多功能性,為了評(píng)價(jià)單元土地利用功能強(qiáng)弱的識(shí)別更精準(zhǔn),利用二級(jí)分類進(jìn)行不同功能組合模式劃分(圖1),共有30種組合模式。雖然理論上存在的復(fù)合功能類型有30類,但直到2016年,貴州省壩子實(shí)際存在的復(fù)合功能類型才有17類。

圖1 貴州省壩子土地利用功能復(fù)合分類模式Fig.1 Composite classification patterns of land use function of basins in Guizhou Province

根據(jù)表1和圖1的壩子土地利用功能分類標(biāo)準(zhǔn),逐一定性人工識(shí)別1990年、2000年、2010年和2016年貴州各個(gè)壩子土地利用功能類型(圖2)。

圖2 貴州省1990年、2000年、2010年、2016年壩子土地利用功能空間分布格局Fig.2 Spatial distribution patterns of land use function of basins in Guizhou Province in 1990, 2000, 2010 and 2016

2.3 土地利用功能轉(zhuǎn)移矩陣分析

通過圖2可以得到貴州省壩子土地利用功能在1990—2000年、2000—2010年和2010—2016年三個(gè)時(shí)間段內(nèi)的面積變化,并通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算各種功能的轉(zhuǎn)入率和轉(zhuǎn)出率。

(1)

2.4 土地利用功能熱點(diǎn)分析

熱點(diǎn)分析工具是通過計(jì)算局部某個(gè)要素及其周圍要素值的總和與所有要素值的總和進(jìn)行比較。利用ArcGIS10.2軟件的Getis-Ord Gi*模塊識(shí)別具有相似土地利用功能的集聚區(qū)的空間分布位置,即不同空間位置顯示出高值集群和低值集群。Z值和P值的不同組合用來識(shí)別冷熱點(diǎn)區(qū)域。如果Z值大而P值小,則表明該區(qū)域是功能高水平聚集的熱點(diǎn)區(qū)域。 如果Z值較低且為負(fù)數(shù)和P值小,則表明該區(qū)域是功能低聚集的冷點(diǎn)區(qū)域。Z的絕對(duì)值越大,空間聚集的程度越大。

(2)

式中n是研究區(qū)的地區(qū)總數(shù),xi和xj是i區(qū)和j區(qū)的功能能力,X是功能能力的平均值,Wij是空間權(quán)重矩陣。

3 結(jié)果分析

3.1 壩子土地利用功能數(shù)量演變

利用貴州省壩子1990年、2000年、2010年、2016年四期土地利用功能數(shù)據(jù)(圖2)得到各功能壩子個(gè)數(shù)數(shù)量變化(圖3)?？梢钥闯鲆韵绿攸c(diǎn)：

貴州省壩子的功能已由以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能為主轉(zhuǎn)為以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能為主,壩子功能由單一功能向多功能轉(zhuǎn)變。從1990年至2016年,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子數(shù)量不斷減少,從8868個(gè)減少至4171個(gè),而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能的壩子則在不斷的增加,從2234個(gè)增加至5755個(gè)。

有增有減,相互轉(zhuǎn)換。壩子的總量是不變的,變化的是各功能壩子的數(shù)量。1990年,生活功能(復(fù)合類型功能以主導(dǎo)功能為主)壩子的數(shù)量為122個(gè),到2016年增加至911個(gè),1990年生產(chǎn)功能壩子為12076個(gè),到2016年減少了1407個(gè),1990年,生態(tài)功能壩子為1696個(gè),到2016年增加到了2314個(gè)。

土地利用向多功能轉(zhuǎn)型。1990—2016年,壩子的功能類型由13類變?yōu)?3類,所增加的類型中有8類是復(fù)合類型。2000年相較1990年多了城鎮(zhèn)居住生活功能-工業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-工業(yè)生產(chǎn)功能,2010年又在2000年已有功能的基礎(chǔ)上增加城鎮(zhèn)居住生活功能-現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、農(nóng)村居住生活功能-工業(yè)生產(chǎn)功能、現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、工業(yè)生產(chǎn)功能,2016年增加現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、工業(yè)生產(chǎn)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、自然生態(tài)功能-城鎮(zhèn)居住生活功能,壩子功能向多樣性變。

圖3 1990年、2000、2010年、2016年各功能壩子數(shù)量變化Fig.3 Changes in the number of functional basins in 1990, 2000, 2010, and 2016

圖4 單一功能和復(fù)合功能壩子個(gè)數(shù)比例變化 Fig.4 Single-function and composite-function basins number ratio change

從單功能和復(fù)合功能壩子個(gè)數(shù)所占比例(圖4)變化來看,可以看出：在研究初期,貴州省壩子以單一功能為主,單功能壩子所占的比例達(dá)到75.88%,1990—2016年,單一功能壩子個(gè)數(shù)比例與復(fù)合功能壩子個(gè)數(shù)比例變化曲線呈“X”型,單一功能壩子的數(shù)量以不同的速度下降,而復(fù)合功能壩子則是在不斷上升,到2016年,單功能壩子比例下降到復(fù)合功能以下,變?yōu)?8.38%,貴州省壩子土地利用功能變?yōu)橐詮?fù)合功能為主。從而可以看出,貴州省壩子土地利用功能在不斷向多功能演化,土地利用功能不斷變得多樣性。

3.2 壩子土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

根據(jù)1990年、2000年、2010年和2016年四期土地利用功能空間分布數(shù)據(jù),利用二級(jí)分類、復(fù)合分類組合模式,分別得到1990—2000年、2000—2010年和2010—2016年三個(gè)時(shí)間段的不同土地利用功能壩子轉(zhuǎn)移矩陣(表2、表3、表4),利用公式(1)可以得出以下特點(diǎn)：

(1)1990—2000年,城鎮(zhèn)居住生活功能、農(nóng)村居住功能以及這兩種功能為主的復(fù)合功能轉(zhuǎn)移為其他功能的面積很小,并且這幾種功能只在相互中轉(zhuǎn)換；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子的變化較大,有32.91%轉(zhuǎn)移為其他功能,主要的轉(zhuǎn)出方向?yàn)閭鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能,轉(zhuǎn)出率達(dá)到91.84%；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-城鎮(zhèn)居住生活功能的轉(zhuǎn)移方向主要為城鎮(zhèn)居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能和城鎮(zhèn)居住生活功能,轉(zhuǎn)入率分別為56.94%、31.81%；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能壩子的主要轉(zhuǎn)入方向?yàn)閭鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能壩子,轉(zhuǎn)入率為96.39%、3.14%；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能壩子共有76.13km2面積變成其他功能壩子,主要轉(zhuǎn)移為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能,轉(zhuǎn)出率分別為57.68%、32.72%?？傮w上來說,在此時(shí)間段里,貴州省壩子土地利用功能類型較少,較為單一,功能之間的轉(zhuǎn)換簡單,轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入的功能類型較少。

表2 1990—2000年貴州壩子土地利用功能轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表3 2000—2010年貴州壩子土地利用功能轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表4 2010—2016年貴州壩子土地利用功能轉(zhuǎn)移矩陣/km2

A:城鎮(zhèn)居住生活功能Urban living function；AC:城鎮(zhèn)居住生活功能-現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Urban living function-modern scale facility agricultural production function；AD:城鎮(zhèn)居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Urban living function-traditional agricultural production function；AE:城鎮(zhèn)居住生活功能-工業(yè)生產(chǎn)功能Urban living function-industrial production function；AF:城鎮(zhèn)居住生活功能-自然生態(tài)功能Urban living function-natural ecological function；B:農(nóng)村居住生活功能Rural living function；BD:農(nóng)村居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Rural living function-traditional agricultural production function；BE:農(nóng)村居住生活功能-工業(yè)生產(chǎn)功能Rural living function-industrial production function；BF:農(nóng)村居住生活功能-自然生態(tài)功能Rural living function-natural ecological function；C:現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Modern scale facility agricultural production function；CD:現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Modern scale facility agricultural production function-traditional agricultural production function；D:傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Traditional agricultural production function；DA:傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-城鎮(zhèn)居住生活功能Traditional agricultural production function-urban living function；DB:傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能Traditional agricultural production-rural living function；DC:傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Traditional agricultural production function-modern scale facility agricultural production function；DE:傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-工業(yè)生產(chǎn)功能Traditional agricultural production function-industrial production function；DF:傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能Traditional agricultural production function-natural ecological function；E：工業(yè)生產(chǎn)功能Industrial production function；ED：工業(yè)生產(chǎn)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Industrial production function-traditional agricultural production function；F：自然生態(tài)功能Natural ecological function；FA：自然生態(tài)功能-城鎮(zhèn)居住生活功能Natural ecological function-urban living function；FB：自然生態(tài)功能-農(nóng)村居住生活功能Natural ecological function-rural living function；FD：自然生態(tài)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能Natural ecological function-traditional agricultural production function

(2)2000—2010年,城鎮(zhèn)居住生活功能、農(nóng)村居住功能以及這兩種功能為主的復(fù)合功能只有城鎮(zhèn)居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能和農(nóng)村居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能發(fā)生轉(zhuǎn)移；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能轉(zhuǎn)移的方向較多,其中最主要的方向是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能、自然生態(tài)功能,轉(zhuǎn)出率分別為77.67%、12.72%；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能壩子中有3.19%轉(zhuǎn)換為其他功能壩子,主要轉(zhuǎn)出方向?yàn)檗r(nóng)村居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、農(nóng)村居住生活功能；自然生態(tài)功能壩子主要轉(zhuǎn)入自傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能,轉(zhuǎn)入率為84.49%；自然生態(tài)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能主要的轉(zhuǎn)出方向?yàn)閭鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、自然生態(tài)功能、自然生態(tài)功能-農(nóng)村居住生活功能,轉(zhuǎn)出率分別為47.78%、28.73%、16.59%。總的來說在這個(gè)時(shí)間段內(nèi),發(fā)生轉(zhuǎn)換的功能比上一時(shí)間段多,功能之間的轉(zhuǎn)移比較活躍。

(3)2010—2016年,城鎮(zhèn)居住生活功能、農(nóng)村居住功能和工業(yè)生產(chǎn)功能以及以這三種功能為主的復(fù)合功能都只在相互之間轉(zhuǎn)移；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能的轉(zhuǎn)移比較強(qiáng)烈,轉(zhuǎn)出的功能類型涵蓋了18類功能,其中最主要的兩個(gè)方向是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能、自然生態(tài)功能,轉(zhuǎn)出率分別為89.55%、3.65%；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-城鎮(zhèn)居住生活功能轉(zhuǎn)出方向主要為城鎮(zhèn)居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能,轉(zhuǎn)出率分別為66.65%；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能有5.72%轉(zhuǎn)換為了其他11種功能,最大轉(zhuǎn)出率為58.13%,是農(nóng)村居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能；自然生態(tài)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子主要的轉(zhuǎn)移方向?yàn)樽匀簧鷳B(tài)功能-農(nóng)村居住生活功能,轉(zhuǎn)出率為85.33%。

(4)從總體上來看,城鎮(zhèn)居住生活功能、農(nóng)村居住生活功能、工業(yè)生產(chǎn)功能及與之相關(guān)的復(fù)合功能只在相互之間轉(zhuǎn)移。城鎮(zhèn)居住生活功能-現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、城鎮(zhèn)居住生活功能-工業(yè)生產(chǎn)功能、現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、工業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-工業(yè)生產(chǎn)功能這五類新興的功能壩子數(shù)量少,而且不轉(zhuǎn)換為其他功能壩子。轉(zhuǎn)換最活躍是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子,轉(zhuǎn)移的功能數(shù)量最多、涵蓋的功能類型最廣。自然生態(tài)功能壩子也轉(zhuǎn)移為其他功能的壩子,但是轉(zhuǎn)出的數(shù)量小于轉(zhuǎn)入的數(shù)量,轉(zhuǎn)入的主要方向?yàn)閭鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能,所以自然生態(tài)功能是增加的。

3.3 不同土地利用功能壩子的空間演變。

通過ArcGIS10.2的Getis-Ord Gi*模塊對(duì)貴州省傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能、自然生態(tài)功能壩子1990年、2000年、2010年和2016年的冷熱點(diǎn)分布變化進(jìn)行可視化分析(圖5),得到以下結(jié)果：

(1)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能。當(dāng)置信水平為99%時(shí),1990年熱點(diǎn)主要分布在六枝特區(qū)、貞豐縣、安龍縣、湄潭縣、松桃縣、岑鞏縣、萬山區(qū)等十九個(gè)地區(qū),冷點(diǎn)主要分布在德江縣、赤水市、赫章縣、甕安縣、烏當(dāng)區(qū)、平塘縣、冊(cè)亨縣等地區(qū)。到2000年,熱點(diǎn)主要分布在威寧縣、興義市、丹寨縣、務(wù)川縣、湄潭縣、松桃縣、岑鞏縣、萬山區(qū)等十四個(gè)地區(qū),冷點(diǎn)主要分布在七星關(guān)區(qū)、晴隆縣、德江縣、赤水市、平塘縣等地區(qū)。2010年,熱點(diǎn)主要分布在湄潭縣、威寧縣、六枝特區(qū)、興義市、安龍縣、務(wù)川縣等地區(qū),冷點(diǎn)位于德江縣、赤水市、冊(cè)亨縣、獨(dú)山縣等地區(qū)。2016年,熱點(diǎn)主要分布在湄潭縣、威寧縣、六枝特區(qū)、興義市、綏陽縣、松桃縣等地區(qū),冷點(diǎn)主要分布在德江縣、赤水市、平塘縣、從江縣等地區(qū)。1990年至2016年,熱點(diǎn)在興義市、六枝特區(qū)、湄潭縣、務(wù)川縣等四個(gè)地區(qū)都有分布,冷點(diǎn)都有分布在德江縣、赤水市、平塘縣、榕江縣、從江縣,但冷熱點(diǎn)分布的地區(qū)是不斷減少的。

(2)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能。當(dāng)置信水平為99%時(shí),1990—2016年,熱點(diǎn)在安順市、福泉市、湄潭縣都有分布,并且熱點(diǎn)分布的地區(qū)不斷變得分散,熱點(diǎn)集中的面積不斷變小。1990年,冷點(diǎn)主要分布在赫章縣、威寧縣、七星關(guān)區(qū)、興義市、普安縣、德江縣以及整個(gè)六盤水地區(qū),2000年冷點(diǎn)分布在赫章縣、威寧縣、水城縣、普安縣、冊(cè)亨縣、甕安縣、德江縣等地區(qū),2010年冷點(diǎn)主要分布在赫章縣、威寧縣、普安縣、望謨縣、冊(cè)亨縣、羅甸縣、德江縣等地區(qū)。2016年,冷點(diǎn)主要分布在赫章縣、德江縣、冊(cè)亨縣、望謨縣、黔西縣等地區(qū)。冷點(diǎn)的分布也是不斷分散的,冷點(diǎn)集聚的斑塊面積不斷減小。

(3)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能。該功能的壩子數(shù)量少,所以在整個(gè)貴州省的分布也比較分散。當(dāng)置信水平為99%時(shí),1990年熱點(diǎn)主要分布在思南縣與湄潭縣、德江縣、印江縣的縣界附近,冷點(diǎn)則主要分布在赫章縣、威寧縣、甕安縣、福泉市、平塘縣等縣。2000年,熱點(diǎn)主要就分布在天柱縣,冷點(diǎn)則分布在赫章縣。2010年,熱點(diǎn)主要分布在仁懷市、桐梓縣、湄潭縣、江口縣等地區(qū),冷點(diǎn)主要分布在七星關(guān)區(qū)。2016年,熱點(diǎn)主要分布在仁懷市、桐梓縣、思南縣、綏陽縣等地區(qū),冷點(diǎn)沒有分布。1990—2016,熱點(diǎn)分布的總的趨勢(shì)是分散,集中的面積小,冷點(diǎn)分布地區(qū)較少直至沒有分布。

(4)自然生態(tài)功能。在置信水平為99%下,該功能冷熱點(diǎn)的空間分布沒有大的變化,熱點(diǎn)基本就主要分布在正安縣、松桃縣、石阡縣、鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣、羅甸縣、平壩區(qū)、花溪區(qū)等地區(qū),冷點(diǎn)主要分布在德江縣、沿河縣、晴隆區(qū)等三個(gè)縣。

圖5 壩子功能冷熱點(diǎn)空間分布與變化Fig.5 Spatial distribution and change of hot spots in basin function

4 討論

4.1 貴州壩子土地利用功能多樣性演變的趨勢(shì)

1990—2016年貴州省壩子土地利用功能向多樣性轉(zhuǎn)變(圖6)。單一功能中傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子的變化最大,轉(zhuǎn)出的復(fù)合功能有傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能、城鎮(zhèn)居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-城鎮(zhèn)居住生活功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-工業(yè)生產(chǎn)功能、工業(yè)生產(chǎn)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、農(nóng)村居住生活功能-工業(yè)生產(chǎn)功能、自然生態(tài)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能等。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子內(nèi)地形平坦有利于各類建筑設(shè)施的修建,所以建筑物越來越多,人類活動(dòng)越來越強(qiáng)烈；土壤肥沃、水源充足的壩子,有利于集中、連片、規(guī)劃布置規(guī)?；F(xiàn)代農(nóng)業(yè),使得傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子內(nèi)現(xiàn)代規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能所占的面積增加；而土壤較貧瘠的壩子,則被撂荒,使得自然生態(tài)功能增加。

其次是自然生態(tài)功能,轉(zhuǎn)出方向?yàn)檗r(nóng)村居住生活功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、農(nóng)村居住生活功能-自然生態(tài)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能、自然生態(tài)功能-城鎮(zhèn)居住生活功能等復(fù)合功能。城鎮(zhèn)居住生活功能轉(zhuǎn)移的復(fù)合功能只有城鎮(zhèn)居住生活功能-工業(yè)生產(chǎn)功能。

圖6 單一功能向多功能轉(zhuǎn)變示意圖Fig.6 Sketch map of single function to multi-function transition

4.2 貴州壩子土地利用功能多樣性驅(qū)動(dòng)機(jī)制

貴州省壩子在研究初期以單一功能為主,由于壩子本身內(nèi)部因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求和政策的導(dǎo)向作用,在研究后期壩子土地利用由單功能向多功能性轉(zhuǎn)型(圖7)。

壩子地形平坦、土壤層厚、地質(zhì)條件好等優(yōu)越的自然條件使壩子能夠?yàn)槿祟惖母鞣N需要提供不同產(chǎn)品和服務(wù)。城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點(diǎn)本就是人類活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域,所以土地利用結(jié)構(gòu)不斷變化,壩子功能也不斷改變。隨著交通條件的發(fā)展,距離城鎮(zhèn)較近的壩子,逐漸受到人類的影響,土地利用方式增多,改變?cè)瓉淼膯我还δ?變?yōu)槎喾N功能。

貴州省的人口從1990年的3239.11萬人增加到2016年的3555.00萬人,人口不斷增加,為了滿足居住需要,又為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要,不斷擴(kuò)大城鎮(zhèn)用地面積,受人類影響的壩子越來越多,原始?jí)巫釉絹碓缴?同時(shí)人類由最初的追求溫飽到現(xiàn)在的追求精神文化的愉悅,使得壩子利用用途越來越多元化,壩子功能也就越多樣化。

貴州省在“十二五”期間實(shí)施工業(yè)強(qiáng)省和城鎮(zhèn)化帶動(dòng)戰(zhàn)略,使得工礦用地在貴州省分布的壩子數(shù)量增加。貴州在實(shí)行縣縣通高速政策時(shí),部分道路經(jīng)過比較封閉的自然原始的壩子,從而增加壩子土地利用類型。精準(zhǔn)扶貧政策的實(shí)施也使了部分壩子的土地用途變得多樣,僅2016年,為助推脫貧攻堅(jiān),通過土地整治共建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田45.32萬畝,使得許多傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耕地變?yōu)橐?guī)?；I(yè)化、集約化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耕地,壩子功能多樣化。

圖7 貴州省壩子土地利用功能多樣性驅(qū)動(dòng)機(jī)制圖Fig.7 Driving mechanism map of land use function diversity of basins in Guizhou Province

4.3 高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值壩子保護(hù)

一方面,在快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程和貴州省大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的背景下,意味著鄉(xiāng)村壩子除了提供農(nóng)副產(chǎn)品這一主要功能外,提升生態(tài)/景觀/社會(huì)等功能、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的多功能化已成為其發(fā)展的重要任務(wù)。在此背景下,壩子的耕地、園地、林地、及其他農(nóng)用地等必然在市場(chǎng)、規(guī)劃、自然條件的影響下發(fā)生重組、轉(zhuǎn)化；同時(shí),壩子的非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、非生產(chǎn)性功能也將隨之發(fā)生變化。但另一方面,在貴州山多平地少這一自然背景下,在當(dāng)前快速城鎮(zhèn)化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景下,也非常有必要加強(qiáng)對(duì)具有高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值壩子的保護(hù),并且進(jìn)一步要關(guān)注耕地利用隱性形態(tài)轉(zhuǎn)型[35]。因地制宜的發(fā)展規(guī)?；I(yè)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)[36- 37],發(fā)展農(nóng)、旅、觀光為一體的農(nóng)業(yè)基地,建立果蔬大棚、花卉大棚、草莓大棚、有機(jī)蔬菜體驗(yàn)園等,從而提高單位土地面積的經(jīng)濟(jì)效益；應(yīng)當(dāng)對(duì)高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值壩子周邊的農(nóng)戶進(jìn)行知識(shí)教育和農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓(xùn),使現(xiàn)代農(nóng)民與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合,使農(nóng)戶自主自愿發(fā)展高產(chǎn)農(nóng)業(yè),從而保護(hù)高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的壩子。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)1990—2016年貴州省壩子的綜合研究,得到以下結(jié)論：

(1)貴州省傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子數(shù)量不斷減少,從8868個(gè)減少至4170個(gè),而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能壩子數(shù)量持續(xù)增加,從2234個(gè)增加至5755個(gè),壩子土地利用功能已由以農(nóng)村居住生活功能為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詡鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能為主,壩子的土地利用功能由單一功能向多功能轉(zhuǎn)變。

(2)壩子土地利用功能向多樣化演變。1990年,有13類土地利用功能類型,到2016年,變?yōu)?3種類型,增加10種類型,其中有8類為復(fù)合類型,壩子土地利用變多功能。

(3)1990年,貴州省壩子主要以單一功能壩子為主,1990年至2016年,單一功能壩子比例與復(fù)合功能壩子個(gè)數(shù)比例變化曲線呈“X”型,單一功能壩子個(gè)數(shù)比例不斷下降,而復(fù)合功能壩子的比例則不斷上升,從復(fù)合功能壩子的比例24.12%變到56.62%,到2016年復(fù)合功能壩子數(shù)量大于單一功能壩子數(shù)量,貴州省壩子土地利用功能變?yōu)橐远喙δ転橹?壩子土地利用功能變得多樣性。

(4)1990年至2000年土地利用功能變化緩慢,2000以后壩子變化強(qiáng)烈。1990—2000年期間只增加兩種功能,轉(zhuǎn)出、轉(zhuǎn)進(jìn)的功能有39類。2000—2010年,增加4種功能,轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出的功能有48種,而2010—2016年期間增加4種功能,轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出的功能有59種類型。

(5)在壩子的相互轉(zhuǎn)移中,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能轉(zhuǎn)移的功能類型最多,轉(zhuǎn)移最為活躍,基本上都轉(zhuǎn)移為城鎮(zhèn)居住生活功能、農(nóng)村居住生活功能、工業(yè)生產(chǎn)功能及與之相關(guān)的復(fù)合功能和自然生態(tài)功能,而轉(zhuǎn)入的方向只有傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能、自然生態(tài)功能和自然生態(tài)功能-傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能三種功能,所以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能的數(shù)量在不斷的減少。

(6)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能壩子冷熱點(diǎn)分布區(qū)域在不斷的縮小。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能冷熱點(diǎn)分布的區(qū)域不斷分散。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能熱點(diǎn)分布的區(qū)域總的來說是變得分散的,集中的面積小,冷點(diǎn)分布地區(qū)較少直至沒有分布。自然生態(tài)功能熱點(diǎn)分布的地區(qū)變多,冷點(diǎn)基本上沒有變化。從總體上來看,各功能的空間分布變化是很復(fù)雜的,但大部分是由聚集變?yōu)榉稚ⅰ?/p>

由于貴州省的壩子土地利用功能類型較多,限于篇幅只分析了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-農(nóng)村居住生活功能、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能-自然生態(tài)功能、自然生態(tài)功能四種主要功能的時(shí)空變化特征,雖然這些變化對(duì)貴州省的土地利用功能多樣性變化有很大的影響,但是并不是全部的影響。在未來的研究中將會(huì)深化分類體系,對(duì)研究單元的各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定量測(cè)度,更廣泛、更深入的挖掘土地利用功能多樣化驅(qū)動(dòng)力及變化的規(guī)律。