基于遙感和GIS的貴州省漣江流域土地利用時空變化研究

羅應忠 韋小茶 馬龍生 韋政學 顏紅 梁建方

摘要：在遙感和GIS技術的支撐下，基于1995年、2005年和2017年遙感影像目視解譯獲得3期土地利用數據，結合土地利用動態(tài)變化和土地利用轉移矩陣的方法，對貴州省漣江流域1995—2017年土地利用時空變化特征進行分析。結果表明：近20a來，漣江流域的土地利用以灌木林地、耕地、林地和草地為主，灌木林地和耕地的面積呈下降趨勢，林地呈略微增加趨勢，草地先增加后下降，其他用地和水域面積呈下降后又保持平穩(wěn)趨勢，建設用地的面積則持續(xù)增加;各土地利用類型在2005—2017年的變化程度比1995—2005年更劇烈，從1995—2017年整個研究時段來看，建設用地的增加趨勢最明顯，主要分布在流域中部的惠水縣和北部的花溪區(qū)黨武鎮(zhèn)、青巖等地;在1995—2005年，土地利用轉移主要表現為耕地轉為草地和林地灌木林地轉為林地，說明退耕還林還草、石漠化治理等生態(tài)建設效果比較明顯;而在2005—2017年，耕地、草地和水域轉為建設用地較為明顯，流域近年的城鎮(zhèn)化進程在逐步加快;建設用地和耕地主要在研究區(qū)中部偏東呈縱列分布，林地主要在研究區(qū)中部呈塊狀分布，草地和灌木林地遍布全區(qū)，且兩者差別不大，除此之外部分耕地在研究區(qū)零星分布。研究結果為漣江流域的生態(tài)文明建設、城鎮(zhèn)化發(fā)展和土地資源利用規(guī)劃等提供重要的數據基礎與理論依據。

關鍵詞：土地利用;時空變化;漣江流域;貴州省

中圖分類號：S-3? 文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200229040

引言

土地是影響人類賴以生存和發(fā)展的重要資源，而土地資源的不合理利用，如亂砍濫伐、陡坡開墾和過度放牧等極易導致土地生產力下降、耕地資源減少等不可持續(xù)發(fā)展的現象[1]。在社會和全球變化背景下，土地利用/覆被變化（Land use and cover change，LUCC）已成為全球變化研究的熱點之一[2， 3]。

土地利用/覆被變化主要表現為土地利用類型、格局和強度的變化，目前已有許多學者對土地利用/覆被的時空變化特征展開了大量研究，并已取得了豐碩的成果。例如：王渺林等開展土地利用變化和氣候波動對東江流域水循環(huán)的影響研究[4];陳水森等對珠江口岸區(qū)近20a來土地利用變化基本特點進行分析[5];韓會慶等基于地貌特征對貴州省土地利用時空變化進行了分析[6];劉敏等對貴州山區(qū)土地利用變化進行多尺度空間自相關分析[7];金建德等基于RS和GIS技術展開貴陽市土地利用/覆蓋變化時空特征分析[8]基于RS和GIS的土地利用變化時空特征研究以重慶主城區(qū)為例[9];劉嬌運用灰度關聯法對湄潭縣土地利用結構動態(tài)演變的特征與社會經濟技術的驅動力因素做關聯分析[10]。也有部分學者對喀斯特地區(qū)的土地利用變化進行研究，如李成志等開展喀斯特地區(qū)縣域土壤侵蝕估算及其對土地利用變化的影響[11]，李瑞等對黔中喀斯特區(qū)典型土地利用方式及耕作措施的水土流失調控效應進行研究[12]。

貴州省屬于典型的山地省份，廣泛分布典型的喀斯特地貌，具有地表破碎、地形崎嶇、生態(tài)脆弱、石漠化嚴重和貧困等突出的人地關系矛盾[13， 14]。貴州土地資源稀缺，并且目前正處于“西部大開發(fā)”、“生態(tài)文明建設”、“大生態(tài)、大數據和大扶貧”的戰(zhàn)略背景下，合理的土地利用開發(fā)與規(guī)劃利用對當地的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義[15]。漣江流域是典型的喀斯特流域，也分布有貴州省重要的土地資源，近年來的土地利用正發(fā)生巨大的變化。因此本文基于1995年、2005年和2017年3期遙感影像，通過人機交互目視解譯的方法獲得3期土地利用數據，結合土地利用動態(tài)變化和土地利用轉移矩陣的分析方法，對貴州省漣江流域1995—2017年土地利用時空變化特征進行分析，以期為當地的土地利用合理規(guī)劃提供一定的決策參考。

1研究區(qū)概況

漣江屬珠江水系西江干流紅水河段支流蒙江的干流，在羅甸與長順縣之間的交硯與格凸河匯合后稱蒙江，長約150km。漣江流域位于貴州省西南部（E106°14′～106°51′，N25°32′～26°26′），面積約為3025km2。流域海拔高度在517～1650m之間，地勢北高南低，中部平緩，其境內主要為喀斯特地貌類型，流域中部的惠水壩子是貴州省珍貴的土地資源。境內以黃壤、石灰土、水稻土和草甸土為主要土壤類型，屬亞熱帶季風氣候，具有高原季風濕潤氣候的特點。年平均氣溫為15.5℃，年降雨量在1215mm左右，自然帶屬于亞熱帶常綠闊葉林帶。流域大部分地區(qū)屬典型的喀斯特，生態(tài)環(huán)境脆弱。加上不合理的人為活動使得自然植被遭到破壞，土壤受到侵蝕，基巖大面積裸露，土地生產力下降。特別是流域內的長順市、羅甸縣和龍里縣等地區(qū)石漠化、水土流失等生態(tài)環(huán)境現象嚴重。近年來，通過積極響應國家退耕還林（還草）、石漠化綜合治理等生態(tài)文明建設和美麗鄉(xiāng)村建設、精準扶貧等政策后，流域的土地利用發(fā)生了顯著變化。

2數據來源與研究方法

2.1數據來源

土地利用數據來源于地理空間數據云平臺（http：//www.gscloud.cn/），分別為1995年Landsat 4-5 TM、2005年Landsat 4-5 TM、2017年Landsat 8 OLI，數據行列號均為127/42;SRTM DEM數據的空間分辨率為90m，條帶號和行編號分布為58和7。利用ENVI Classic 5.3對遙感影像進行波段融合、去云等預處理，在Arc GIS 10.2軟件中對影像進行目視解譯。參考中國科學院土地利用/覆被分類系統(tǒng)，把研究區(qū)分為有林地、灌木林地、草地、耕地、建設用地、水域和其他等7種土地利用類型，并通過野外實地調研和Google Earth驗證，進一步提高解譯精度。

2.2研究方法

2.2.1土地利用的動態(tài)變化

本文通過采用變化量和變化幅度2個指標對土地利用變化進行定量分析[16]。土地利用動態(tài)度是指某研究區(qū)在研究時間范圍內單一土地利用類型的數量變化情況，土地利用變化率指單一土地利用類型的變化量占其初期總量的比例，反映土地利用變化的程度。具體表達式為：

ΔS=Sb-Sa（1）

K=（Ub-Ua）/Ua×100%（2）

式中，Sa表示初期土地利用的面積，Sb表示末期土地利用的面積;ΔS和K分別表示土地利用面積的變化量和變化率。

2.2.2土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣是研究土地類型間相互轉化的數量和方向的方法，其能夠具體反映土地利用變化的結構特征和各類型間的轉移方向[17， 18]。具體表達式為：

Sij =S11S12…S1n

S21S22…S2n

Sn1Sn2…Snn（3）

式中，Sij表示研究初期第i類土地轉移為研究末期j類土地的面積;i為第1時期土地利用類型;j為第2時期土地利用類型;n為土地利用類型的數量。

3結果與分析

3.1土地利用結構及其變化

結合表1的統(tǒng)計結果數據和圖2的土地利用空間分布圖分析發(fā)現，漣江流域的土地利用總體以灌木林地、耕地、林地和草地為主。流域的總面積為3025.62 km2，其中灌木林地在1995年、2005年和2017年3個時期所占流域總面積的比例均最大，分別為38.49%、37.87%和37.62%，在整個研究時段內呈下降趨勢。耕地在3個時期占流域總面積的比例也呈下降的趨勢，分別為20.7%、18.27%和17.46%。林地在3個時期所占流域總面積的比例分別為13.85%、14.59%和14.70%，呈略微增加的趨勢。草地在3個時期所占流域總面積的比例分別為25.3%、27.04%和26.76%，呈先增加后下降的趨勢。建設用地則呈上升的趨勢，分別為1.39%、1.53%、2.78%。其它用地和水域面積在研究時段內呈下降后又保持平穩(wěn)的趨勢，總體變化幅度不大。在研究時段內灌木林地和耕地面積占比下降，林地、草地和建設用地面積占比總體增加，其中耕地和建設用地面積占比變化幅度較大。

3.2土地動態(tài)變化

表2和圖3的統(tǒng)計結果顯示，流域在1995—2005年時段內，耕地和灌木林地的面積減少比較明顯，耕地減少的面積為60.48km2，變化率為-9.86%，灌木林地面積減少18.79km2，變化率為-1.61%。林地、草地和建設用地的面積增加比較明顯，其中林地面積增加了22.42km2，變化率為5.35%;草地的面積增加了52.77km2，變化率為6.89%;建設用地面積增加4.43km2，變化率為10.55%。在2005—2017年時段內，流域的建設用地變化最明顯，其面積增加了37.59km2，變化率為37.59%。耕地、草地和其它用地的面積分別減少了24.49km2、8.66km2和0.08km2，變化率分別為-4.43%、-1.06%和-3.81%。從整個研究時段來看，漣江流域1995-2017年的耕地、灌木林地、其它用地、水域面積持續(xù)減少。其中耕地減少84.94km2，變化率為-13.85%。建設用地的增加趨勢最明顯，其增加的總面積達42.02km2，變化率為100.11%，主要分布在流域中部的惠水縣和北部的花溪區(qū)黨武鎮(zhèn)、青巖等地。其次增加比較明顯的是林地和草地，增加量分別為25.71km2和44.11km2，變化率分別為6.14%和5.76%。建設用地主要在研究區(qū)中部偏東呈縱列斷續(xù)分布，林地主要在研究區(qū)中部呈塊狀分布，草地和灌木林地遍布全區(qū)，且兩者差別不大，而耕地主要在研究區(qū)中部偏東呈縱列連續(xù)分布，除此之外部分耕地在研究區(qū)零星分布。

3.3土地轉移矩陣

通過Arcmap軟件對3期土地利用數據進行兩兩疊置分析，并把相交后的統(tǒng)計數據導入Excel中統(tǒng)計進行土地利用轉移矩陣分析。結果顯示，漣江流域1995―2005年（表3）的土地利用轉移方向主要表現為耕地轉化為草地的面積最大，為56.40km2，其次為林地、建設用地，轉化的面積分別為5.26km2和3.85km2;灌木林地主要轉化為林地，轉化面積達21.95km2。草地、建設用地、其它用地、水域轉化不明顯。流域在2005―2017年（表4）的土地利用類型轉移主要表現為耕地轉為建設用地的面積最大，為30.71km2，其次為林地，轉化面積為5.24km2;林地主要轉化為耕地、灌木林地、建設用地和水域，灌木林地主要轉化為耕地、林地和建設用地。在1995—2005年時段內，耕地轉為草地和林地，灌木林地轉為林地占主要的變化方向，各地類轉為草地和林地的總面積分別達56.81km2和35.19km2，說明在這期間的退耕還林還草等生態(tài)建設效果比較明顯。在2005―2017年時段內，耕地、草地和水域轉為建設用地最為明顯，各地類轉為建設用地的總面積在土地利用轉移中最大，為43.52km2。

4結論與討論

基于1995年、2005年和2017年遙感影像，通過目視解譯得到3期土地利用數據，對貴州省漣江流域1995—2017年土地利用時空變化特征進行分析。結果顯示：漣江流域以灌木林地、耕地、林地和草地為主，灌木林地和耕地的面積呈下降趨勢，林地呈略微增加的趨勢，草地先增加后下降，其他用地和水域面積呈下降后又趨于平穩(wěn)，建設用地的面積則持續(xù)增加;各土地利用類型在2005—2017年的變化幅度比1995—2005年大，從1995—2017年整個研究時段來看，建設用地的增加趨勢最明顯，主要分布在流域中部的惠水縣和北部的花溪區(qū)黨武鎮(zhèn)、青巖等地;在1995—2005年時段內，耕地轉為草地和林地，灌木林地轉為林地占主要的變化方向，說明退耕還林還草、石漠化治理等生態(tài)建設效果比較明顯而在2005—2017年時段內，耕地、草地和水域轉為建設用地最為明顯，流域的城鎮(zhèn)化進程加快研究區(qū)建設用地主要在中部偏東呈縱列斷續(xù)分布，林地主要在中部呈塊狀分布，草地和灌木林地遍布全區(qū)，且兩者差別不大，而耕地主要在中部偏東呈縱列連續(xù)分布，除此之外部分耕地在研究區(qū)零星分布。因此，今后應注重協(xié)調生態(tài)環(huán)境建設與經濟社會發(fā)展之間的矛盾，進行合理、科學的土地規(guī)劃，牢固并貫徹創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的可持續(xù)發(fā)展理念。

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