岷江上游藏區(qū)聚落土地利用演變及預測

陳 莉，王 青

（西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010）

【研究意義】岷江上游是我國藏族、羌族集中分布的地區(qū)，這些民族以聚落形式存在，多分布于岷江上游干旱河谷區(qū)，具有一定的地理獨特性。在多源聚落文化背景下，由于居民的相對集中以及對土地資源利用的不合理，人類活動對山地生態(tài)環(huán)境的影響頻繁而顯著，岷江上游民族聚落人口、資源與環(huán)境之間的關(guān)系日益緊張，人地矛盾也日漸突出，表現(xiàn)為耕地面積波動、植被退化、水土流失加劇和山地災害頻發(fā)等，致使岷江上游成為典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)［1-2］，惡化的地理環(huán)境反過來又對當?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)發(fā)展造成影響，嚴重制約了當?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展。【前人研究進展】國內(nèi)外關(guān)于岷江上游的研究主要集中在土地利用［3］、微生物［4］、土壤［5］、災害［6］以及生態(tài)保持與經(jīng)濟發(fā)展之間的相互協(xié)調(diào)［7］，而關(guān)于民族聚落的研究多偏向于對各民族民俗文化的考察、開發(fā)、保護以及發(fā)展。例如，李萬斌［8］對藏羌民俗文化進行考察并提出相關(guān)開發(fā)對策；莊春輝［9］對阿壩州藏羌文化生態(tài)保護利用的價值及對策進行了探討；饒世權(quán)等［10］、肖遠平等［11］對藏羌文化保護與傳承的現(xiàn)狀進行了研究。近年來，梁潘等［12］探討了四川藏羌地區(qū)精準扶貧的現(xiàn)實困境與精準施策；劉延國等［13］研究了民族村寨與區(qū)域旅游極核的協(xié)同共生關(guān)系；樊敏等［14］基于聚落生態(tài)位，研究了聚落生態(tài)位地理特征及其驅(qū)動因子間的關(guān)系。然而，目前以民族聚落為研究對象，分析聚落內(nèi)部土地利用情況的研究甚少?！颈狙芯壳腥朦c】了解岷江上游民族聚落的土地利用格局情況，明確其土地利用變化特征，探究岷江上游民族聚落景觀格局的變化情況、多民族的生活方式以及生計方式對土地資源的利用情況，剖析藏羌民族交錯區(qū)人口與土地資源之間的影響機制，有利于當?shù)厝说仃P(guān)系的整體優(yōu)化和協(xié)調(diào)發(fā)展?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究選取岷江上游藏區(qū)聚落為研究區(qū)，在遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的支持下，以山區(qū)聚落為基本研究單元，分析藏族聚落1995、2005、2015年以及預測的2025年4期土地利用變化，研究結(jié)果可為藏族聚落合理規(guī)劃、利用和科學管理土地資源、緩解人地發(fā)展矛盾、穩(wěn)定多民族地區(qū)的持續(xù)發(fā)展提供有益參考。

1 研究區(qū)概況

岷江上游區(qū)域位于四川盆周山區(qū)向著青藏高原東部的過渡區(qū)，涉及五縣（阿壩藏族羌族自治州的汶川縣、茂縣、理縣、松潘縣、黑水縣）一市（成都都江堰市）。區(qū)內(nèi)地形復雜、溝壑縱橫，主要有藏、羌、回、漢4個民族，多分布于干旱河谷地區(qū)。岷江上游藏族聚落共有835個，以前生計方式以農(nóng)牧為主，如今生計方式較為多樣；羌族聚落666個，居民生計以農(nóng)業(yè)為主。這些聚落均位于山原高原地帶，屬高原季風氣候區(qū)，農(nóng)村居民居住半山和高半山，村寨分散且相距較遠，聚落垂直分異顯著（圖1）［15］。

圖1 岷江上游聚落的民族類型Fig. 1 The ethnic types in the Upper Reaches of Minjiang River

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1 土地利用數(shù)據(jù) 資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺（http://www.resdc.cn/），包含2005、2010、2015年的土地利用數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)以美國陸地衛(wèi)星Landsat TM/ETM+遙感影像為主，中巴地球資源二號衛(wèi)星（CBERS-2）數(shù)據(jù)為補充，土地利用分類參照中國科學院《土地資源分類系統(tǒng)》，各期遙感影像幾何糾正后的平均誤差小于50 m，精度達到94.3%以上，解譯結(jié)果比例尺達1∶10 000。該結(jié)果能夠滿足本次研究的精度要求，但考慮到研究區(qū)土地資源的性質(zhì)和特點，在研究時還是通過野外實地調(diào)查對解譯結(jié)果進行了修改和提高。

2.1.1 其他數(shù)據(jù) 主要包括《岷江上游生態(tài)水文研究圖集》、岷江上游各縣縣志、統(tǒng)計年鑒以及政府工作手冊等。

2.2 研究方法

2.2.1 CA-Markov模型 CA-Markov模型集馬爾可夫鏈和CA功能于一體，在應用馬爾可夫鏈對未來土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)準確預測的基礎(chǔ)上，加強對土地利用空間格局的模擬能力［16］，充分保證了土地利用類型模擬與預測的精度和可信度，能夠有效地對土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)量及空間分布進行預測［17］。具體方法如下：利用岷江上游1995年和2005年土地利用數(shù)據(jù)生成的轉(zhuǎn)移矩陣，通過CAMarkov模型，以5×5濾波器、10次迭代，模擬預測2015年土地利用數(shù)據(jù)。為了確定其模擬精度，將模擬結(jié)果與2015年實際解譯結(jié)果進行對比驗證，整體Kappa系數(shù)為86.5%，表明預測方法和結(jié)果都可信。在此基礎(chǔ)上，運用相同方法以2015年為起始年份，模擬預測了岷江上游2025年土地利用數(shù)據(jù)。

2.2.2 土地利用變化 土地利用方式是人類適應自然、改造自然的結(jié)果，土地利用的動態(tài)變化是自然、社會經(jīng)濟和生態(tài)綜合系統(tǒng)演變的直接表現(xiàn)。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，山區(qū)藏羌交錯區(qū)聚落內(nèi)土地利用方式也逐漸發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在土地利用各類型在面積、空間［18-20］以及景觀格局［21］上的變化。本次選擇土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、動態(tài)度來分析岷江上游藏區(qū)土地利用時間和空間的變化情況。

（1）土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣不僅反映了研究區(qū)某時間點各地類靜態(tài)的面積數(shù)據(jù)，更反映了研究區(qū)某一時段初期和末期各地類的面積相互轉(zhuǎn)化的動態(tài)過程，通用形式為：

式中，S為面積（hm2），n代表轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型數(shù)，i代表轉(zhuǎn)移前的土地利用類型（i=1,2,…,n），j代表轉(zhuǎn)移后的土地利用類型（j=1,2,…,n），Sij表示轉(zhuǎn)移前的i地類轉(zhuǎn)移后的j地類的面積（hm2）［22］。

對矩陣中的行來說，表示轉(zhuǎn)移前i地類向其他地類轉(zhuǎn)移的流向信息，而列表示轉(zhuǎn)移后j地類由其他地類轉(zhuǎn)移的來源信息；轉(zhuǎn)移前后由于土地利用類型數(shù)的不同，Sij的行數(shù)和列數(shù)也不同。在此次研究中，采用我國《土地利用現(xiàn)狀分類》，根據(jù)研究區(qū)的具體情況，將研究區(qū)土地利用類型分為林地、草地、建設用地、裸地、旱地5種類型，得到一個5階方陣。

（2）動態(tài)度。單一土地利用類型動態(tài)度（K）可以用來表征研究區(qū)各種土地利用類型的面積在該時段內(nèi)發(fā)生變化的快慢以及變化程度，絕對值越大，變化幅度越大，其數(shù)學表達式為：

式中，Ua是某種土地利用類型研究初期的面積（hm2），Ub是某種土地利用類型末期的面積（hm2），T為研究時段（年）。

根據(jù)上述方法，對岷江上游藏區(qū)聚落4期土地利用進行分析，得到表1和圖2（彩插一）。

3 結(jié)果與分析

3.1 1995—2005年土地利用特征及變化分析

根據(jù)1995—2005年土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣（表2），結(jié)合表1、圖2（彩插一）可知，在1995—2005年間，均以林地、旱田、草地為主，三者面積總和占總面積的99%以上，而建設用地和裸地面積較少。從各地類來看，研究區(qū)各地類的面積動態(tài)變化幅度較小。林地面積較大且分布廣泛，除松潘西部分布較少外，其他地區(qū)均有分布，林地面積減少最明顯，達1 493.69 hm2，減幅為5.57%，這源于退耕還林實施之前對環(huán)境的破壞，后期雖采取退耕還林等措施，但林地恢復周期長，效果不明顯。林地面積的減少是岷江上游藏區(qū)聚落環(huán)境持續(xù)破壞最直觀的表現(xiàn)。

1995—2005年間，各類土地利用類型中，草地、建設用地、裸地和旱地增加，其中建設用地面積增加幅度最大（92.16%）、增加139.52 hm2，草地和裸地分別增加了1 232.07 hm2和15.37 hm2、增幅8.92%和25.72%。草地集中分布在松潘一帶，其他地區(qū)分布較少，草地增加得益于該區(qū)退耕還林還草等政策的實施；建設用地面積小，少數(shù)地區(qū)分布比較集中，其余呈散點狀分布；裸地面積較少，主要分布在松潘西部；旱地斑塊呈片狀分布，主要分布于松潘北部和黑水地區(qū)，且靠近建設用地。這些用地的增加主要是該區(qū)域退耕還林還草等保護措施的實施，草地恢復周期短，效果比較明顯，也反映了岷江上游藏區(qū)聚落經(jīng)濟活動的加強。

表1 岷江上游藏區(qū)聚落土地利用變化情況Table 1 Changes of land use of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River

表2 1995—2005年岷江上游藏區(qū)聚落土地利用轉(zhuǎn)移（hm2）Table 2 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 1995 to 2005

3.2 2005—2015年土地利用特征及變化分析

根據(jù)2005—2015年土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣（表3）來看，在2005—2015年間，研究區(qū)各地類的面積變化幅度較大，主要以林地、建設用地、草地和旱地為主，四者面積總和占總面積的99%以上，而裸地面積變化較少，但基本上處于動態(tài)平衡中，這一期面積的改變，主要由于“5·12”汶川地震［23-24］。從各地類來看，建設用地面積突增，增加幅度達到667.91%，面積增加1943.01 hm2，因為災后重建對土地的需求，使人們加大了其他地類的開發(fā)利用度，使得建設用地集中分布區(qū)增多，其余還是呈散點狀分布，而人口遷移使得原有建設用地逐漸荒廢。面積減少最明顯的是林地、草地、裸地和旱地，四者面積分別減少403.99、1 079.56、11.06、448.42 hm2，減幅分別為1.59%、7.18%、14.72%、2.84%。林地分布廣泛，除松潘西部分布較少外，其他地區(qū)均有分布，但總面積持續(xù)減少，這一方面是由于退耕還林實施之前對環(huán)境的破壞，后期恢復周期長、效果不明顯，另一方面是由于地震突發(fā)使植被資源遭受了嚴重破壞。草地還是集中分布在松潘一帶，面積也在減少，這主要是因為“5·12”汶川地震。旱地較前期略有減少，主要呈片狀分布于松潘北部和黑水地區(qū)。

表3 2005—2015年岷江上游藏區(qū)聚落土地利用轉(zhuǎn)移（hm2）Table 3 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 2005 to 2015

3.3 2015—2025年土地利用特征及變化分析

2015—2025年岷江上游藏區(qū)聚落各土地類型分布（表4）基本不變，但發(fā)生了較頻繁的轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出情況，表現(xiàn)為建設用地和裸地面積的快速增加，草地和林地面積的持續(xù)減少，旱地面積相對穩(wěn)定。對比2015—2025年土地數(shù)據(jù)可知，建設用地斑塊逐漸增多，凈增面積2 510.4 hm2，單一動態(tài)度11.24%，增幅明顯，且大多是在原有聚落的基礎(chǔ)上進行擴張的，其中有1 022.23 hm2林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO用地，540.48 hm2草地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO用地，951.45 hm2旱地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO用地，主要因為人口、社會、經(jīng)濟的發(fā)展對建設用地的需求；裸地面積增加，但整體所占比例較小，主要分布在松潘西部，體現(xiàn)了對裸地的長期忽略；旱地較前期略有增加，主要是近年來農(nóng)牧業(yè)發(fā)展對林地和草地資源的不合理開發(fā)與利用造成的，這將對岷江上游藏區(qū)聚落的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。面積減少較明顯的是林地和草地，減少面積分別為1 735.45、1 367.14 hm2。林地面積比例最大，動態(tài)度-0.70%，面積減少1 735.45 hm2，大面積的林地轉(zhuǎn)為建設用地和旱田以及部分草地和裸地，轉(zhuǎn)移面積分別為1 022.23、648.82、49.35、70.56 hm2，林地總面積的持續(xù)減少，表現(xiàn)出較嚴重的林地破壞現(xiàn)象，如果長期這樣將加重林地的破壞，對維護研究區(qū)生態(tài)平衡構(gòu)成威脅。草地也在減少，其中有806.04 hm2草地轉(zhuǎn)變?yōu)楹档兀?40.48 hm2草地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO用地，是草地的主要轉(zhuǎn)出形式。

表4 2015—2025年岷江上游藏區(qū)聚落土地利用轉(zhuǎn)移（hm2）Table 4 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 2015 to 2025

4 討論

用CA-Markov模型預測土地利用時，難免存在一定的誤差和不確定性，后期還需進一步將土地利用變化中的自然、經(jīng)濟等因素加入模型，以提高預測精度。此外，根據(jù)預測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)岷江上游藏區(qū)聚落建設用地與旱地面積持續(xù)增長，這不僅反映了研究區(qū)的快速發(fā)展與人類活動的日益加劇，也體現(xiàn)了人類活動對各種資源的需求，這將直接或間接導致土地類型面積的改變，也將不斷加劇人地關(guān)系的矛盾。照此趨勢發(fā)展，岷江上游藏區(qū)聚落土地利用狀況將更加嚴峻，在今后的發(fā)展中，應加強林地資源的保護與恢復。

5 結(jié)論

本研究以岷江上游藏區(qū)聚落為例，分析了1995—2025年不同時期研究區(qū)土地利用類型的變化，結(jié)果表明：（1）岷江上游藏區(qū)聚落土地利用類型以林地、旱地、草地為主，三者占研究區(qū)總面積90%以上，其他各土地利用類型所占比例較小，反映了岷江上游藏區(qū)以農(nóng)牧業(yè)為主的生產(chǎn)方式。（2）在土地利用類型變化研究中，用CAMarkov模型預測2015、2015年土地利用數(shù)據(jù)時，Kappa系數(shù)為86.5%，具有較高的可操作性和可信度，效果比較理想。（3）土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化主要集中在林地-草地、林地-旱地、林地-建設用地等方面，這與當?shù)氐纳a(chǎn)、生活方式等直接或間接相關(guān)，而且這些轉(zhuǎn)化體現(xiàn)了人類活動和政策實施的基礎(chǔ)情況。（4）根據(jù)預測，前期岷江上游藏區(qū)聚落退耕還林已顯現(xiàn)初步成效，草地增加，林地面積雖有所減少，但整體而言，此項舉措對于岷江上游藏區(qū)聚落環(huán)境保護具有積極的影響。

圖2 岷江上游藏區(qū)聚落土地利用分布Fig. 2 Distribution of land use pattern of Tibetan area in the Upper Reaches of Minjiang River