貴州省不同地形與地貌的土地利用變化分異特征

廖艷梅，蘭安軍, 2b，尹林江，鐘九生, 2b

(1. 貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2. 貴州師范大學(xué) a. 國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，b. 喀斯特研究院，貴州 貴陽 550001)

土地利用變化是人類活動作用于地表的最直觀表現(xiàn)，是人類社會經(jīng)濟(jì)活動行為與自然生態(tài)交互鏈接的紐帶，影響著大氣、水文、生態(tài)等各種地表活動，反映人類與自然環(huán)境的相互作用關(guān)系，深受學(xué)者的關(guān)注[1-6]。作為自然環(huán)境的重要因子，地形和地貌在一定程度上影響著區(qū)域內(nèi)水分、養(yǎng)分、能量等的分配，從而影響著人類利用土地的方式和方向，是區(qū)域土地利用形式的關(guān)鍵因素[7-10]，而土地資源的利用方式在一定程度上決定了該地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向，因此，探討地形和地貌與土地利用的相互作用關(guān)系，對于人類社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，就地形和地貌因子對貧困[11]、經(jīng)濟(jì)[12]、降水[13]、氣溫[14]、植被生長[15]以及土地利用[16-18]等的變化趨勢，已有較多學(xué)者開展了相關(guān)研究，尤其是針對地形因子與土地利用變化的結(jié)合分析。李名勇等[19]對高程約束下的土地利用/覆被變化(LUCC)及其生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行分析；國巧真等[20]運(yùn)用地形起伏度和坡度2個地形因子對天津市薊縣的土地利用動態(tài)變化進(jìn)行分析，探討不同地形因子上的土地利用分布類型和變化特征；幸瑞燊等[21]運(yùn)用地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感(RS)技術(shù)、土地利用圖譜變化模式、地形位指數(shù)以及地形分布指數(shù)等方法對重慶市萬州區(qū)土地利用變化進(jìn)行了研究。除此之外，部分學(xué)者也從地貌形態(tài)視角對土地利用變化進(jìn)行了研究，如韓會慶等[22]探討了貴州省土地利用在不同地貌類型上的時空變化特征；程維明等[23]研究了不同地貌分區(qū)的中國耕地新增和流失方向；潘方杰等[24]采用分維數(shù)等指標(biāo)定量分析了不同微地貌單元的各土地利用類型的特征和變化方向；李珊珊等[25]通過計算單元網(wǎng)格內(nèi)土地類型面積占比、土地利用程度綜合指數(shù)，結(jié)合雙變量局部空間自相關(guān)和熱點分析法，探討了巖溶峽谷區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)演變特征。上述研究大部分均只是小尺度范圍或只考慮幾個單因子的探討分析，對于大范圍和多因子的相關(guān)研究以及不同地貌的土地利用變化特征進(jìn)一步討論，將對揭示大范圍內(nèi)土地利用的變化規(guī)律及其在各地形梯度上的分布特征具有重要意義。

貴州省位于我國西南喀斯特地區(qū)，其特殊的地質(zhì)背景使得境內(nèi)地形復(fù)雜，地表破碎，土地資源以山地、丘陵為主，分別占全省總面積的61.7%和31.1%，加上不合理的人類活動導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，石漠化加劇，素有“八山一水一分田”之說。近年來，我國開展了一系列相關(guān)治理，如退耕還林還草、封山育林等，均取得了較好成效[26-27]。鑒于此，較多學(xué)者也對不同地貌區(qū)或貴州省的整體的土地利用的地形分布特征進(jìn)行了研究，但是多集中于小范圍地貌區(qū)的分布特征進(jìn)行研究，針對貴州整體地貌分區(qū)的土地利用地形梯度特征及土地利用變化軌跡分析研究較少，無法全面揭示土地利用的變化規(guī)律和地形梯度分布特征。

本文中以貴州省為研究區(qū)，運(yùn)用地形位指數(shù)、地形分布指數(shù)、土地利用程度綜合指數(shù)，綜合探討不同地形地貌因子時的土地利用變化的分異特征； 利用土地利用圖譜法進(jìn)行土地利用變化圖譜分析，探討不同時期內(nèi)土地利用類型的演變軌跡，揭示其變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州省地處我國西南部，地理位置介于東經(jīng)103°36′—109°35′、北緯24°37′—29°13′之間，東靠湖南，南鄰廣西，西毗云南，北連四川和重慶，是西南地區(qū)交通樞紐，也是長江經(jīng)濟(jì)帶重要組成部分。貴州省地貌屬于喀斯特高原山區(qū)，境內(nèi)地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔為1 100 m[28]。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為14～16 ℃，年平均降水量為1 000～1 300 mm[29]，地跨長江和珠江兩大水系。獨特的地理位置和復(fù)雜的地形和地貌導(dǎo)致貴州省土地資源缺乏。

1.2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

本文中數(shù)據(jù)主要包括矢量的貴州行政邊界(從標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)系統(tǒng)官網(wǎng)下載，矢量化所得)，1995、2000、2005、2010、2015、2018年陸地衛(wèi)星專題制圖儀/增強(qiáng)型專題制圖儀(Landsat TM/ETM)解譯生成的土地利用/覆被數(shù)據(jù)以及數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，其柵格數(shù)據(jù)空間分辨率均1 km×1 km，數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)，見圖1。研究所用的地貌數(shù)據(jù)參考Tong等[30]的研究，通過地理配準(zhǔn)以及空間校正數(shù)字化所得，分為巖溶峽谷、巖溶槽谷、巖溶盆地、巖溶高原、峰叢洼地和非喀斯特區(qū)。研究的土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6個一級類型以及25個二級類型。為了便于研究，本文中只對一級類型進(jìn)行分析。

1.2.2 研究方法

1)地形分布指數(shù)。為了消除不同地形梯度的面積差異和不同土地利用類型的面積比例差異，用地形分布指數(shù)P描述不同土地利用類型在地形梯度上的分布情況[31]。該指數(shù)表示不同土地利用類型在每一地形梯度內(nèi)的分布頻率。當(dāng)P>1時，表明某地形梯度為某土地類型分布的優(yōu)勢區(qū)域；P<1時，表明某土地類型在某地形梯度內(nèi)劣勢分布；P=1時，表明某土地類型在某地形梯度的比例與研究區(qū)內(nèi)該土地類型的比例相當(dāng)。

(1)

式中：Sei為地形e的第i類土地利用類型的面積；Si為第i類土地利用類型的總面積；Se為地形e的總面積；S為研究區(qū)總面積。

2)地形位指數(shù)。地形是影響地表覆被空間分異的重要因素之一，單一坡度或高程的分析無法完整體現(xiàn)地形因子對地表覆被的影響[32-33]，因此，將高程和坡度組合成一個地形位指數(shù)T來定量分析土地利用方式及空間格局與地形的關(guān)系。高程越高，坡度越陡的地方，T越大，反之則越小[34]。

(2)

3)土地利用程度綜合指數(shù)。為了定量分析土地利用在不同階段的開發(fā)程度及地形梯度分異規(guī)律，引入土地利用程度綜合指數(shù)La[35]。參照土地利用程度分級標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)土地利用分為4個等級，即1(未利用地)、2(林地、草地、水域)、3(耕地、園地)、4(建設(shè)用地)[36]。

(3)

式中：Ai、Ci分別為第i類土地利用類型分級指數(shù)及所占比例；n為土地利用分類數(shù)。

4)土地利用變化圖譜分析。運(yùn)用土地利用圖譜法，利用ArcMap 10.1軟件相關(guān)的分析模塊，對1995、2000、2005、2010、2018年數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，探討各時期土地利用類型的演變軌跡。參照李京京等[37]的研究方法，將耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地進(jìn)行編碼，代碼依次為1、2、3、4、5、6。根據(jù)土地類型的演變軌跡，將土地類型分為穩(wěn)定型(1995—2018年土地利用方式一直未曾發(fā)生變化)、前期變化型(土地利用方式僅在1995—2000年發(fā)生變化)、中期變化型(土地利用方式在2000—2010年僅發(fā)生1次變化)、后期變化型(土地利用方式僅在2010—2018年發(fā)生變化)、反復(fù)變化型(土地利用方式在1995—2018年發(fā)生了2次及以上變化，且1995、2018年土地利用方式相同)、連續(xù)變化型(土地利用方式在1995—2018年發(fā)生了2次及以上變化，且1995、2018年土地利用方式不同)6類。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用時空分布變化特征

運(yùn)用ArcMap軟件空間分析功能，將1995、2018年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置計算，得到貴州省23 a間土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(見表1)。從表中可以看出，貴州省的土地利用結(jié)構(gòu)以林地、耕地和草地為主，建設(shè)用地和水域次之，未利用地最少。1995年林地、耕地、草地分別約占全省總面積的54.63%、26.95%、17.90%，而建設(shè)用地、水域、未利用地則約占總面積的0.28%、0.22%、0.02%。2018年林地、耕地和草地依然占據(jù)主導(dǎo)地位，建設(shè)用地和水域次之，未利用地最少。從整體上來看，相比于1995年，草地、建設(shè)用地和水域面積均有所增加，建設(shè)用地增加最多，為1 588.39 km2，占增加總面積的69.31%；水域次之，為621.62 km2，占增加面積的27.12%；草地僅為3.57%，增加面積為81.63 km2。耕地、林地和未利用地面積則相應(yīng)減少，其中林地減少最多，為1 800.91 km2，占減少總面積的78.59%；耕地次之，為480.42 km2，占總面積的20.96%；未利用地面積為10.31 km2，占比0.45%。

表1 貴州省1995—2018年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

從土地利用轉(zhuǎn)移的情況來看，在凈變化量增加的土地類型中，耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地最多，面積為892.21 km2，多集中于貴陽、遵義、興義、銅仁、畢節(jié)等市城區(qū)的周邊； 其次是林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，面積為541.30 km2，集中在貴陽、遵義市的周邊，在其他縣市則零星分布； 草地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地則集中于銅仁市碧江區(qū)、貴陽市、安順市西秀區(qū)、六盤水市水城縣等地，面積為368.14 km2。從凈變化量減少的土地類型中來看，林地轉(zhuǎn)變?yōu)楦刈疃?，面積為171 10.84 km2，在全省各縣市均有分布；林地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸貏t主要分布于除遵義市外的其他8個市(州)，遵義市分布較少；林地轉(zhuǎn)變?yōu)樗騽t多集中在烏江流域沿線的各縣市、清水江流域的臺江縣、劍河縣、錦屏縣以及天柱縣河段、南盤江的安龍縣和冊亨縣段以及紅河水的羅甸縣段，在一定程度上與當(dāng)?shù)氐乃こ探ㄔO(shè)有關(guān)。耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值刈疃啵娣e為16 687.58 km2，在全省各地均有分布；其次為耕地轉(zhuǎn)為草地，面積為6 327.03 km2，主要集中于除了遵義市、黔東南州以外的其他7個市(州)，遵義市、黔東南州則零星分布于各縣。綜上所述，林地、耕地、建設(shè)用地、草地等轉(zhuǎn)變與國家相繼開展的相關(guān)治理，如退耕還林、封山育林、易地扶貧和復(fù)墾復(fù)綠以及生態(tài)扶貧搬遷等相關(guān)工程和政策的實施，以及貴州省的快速發(fā)展有很大關(guān)系。

2.2 土地利用變化的地形分異特征

坡度和高程在很大程度上決定了土地利用的方式和方向，影響著農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[38]。地形位指數(shù)T綜合考慮高程和坡度的信息，進(jìn)一步體現(xiàn)區(qū)域的地形條件。地貌也在一定程度上影響著土地利用的方式[39]。本文中從坡度、高程、地形位指數(shù)以及地貌因子等方面對土地利用變化進(jìn)行討論。結(jié)合研究區(qū)的地理特征，將坡度和地形位指數(shù)分為5個梯度。由于研究區(qū)高程落差較大，因此將高程分為9個梯度，地貌分為6種類型，如表2所示。

2.2.1 土地利用變化的坡度分異特征

運(yùn)用ArcMap軟件空間分析功能，提取各土地類型在不同坡度梯度時的特征，并計算不同坡度時各土地類型的地形分布指數(shù)，結(jié)果如圖2所示。由圖可知，從不同坡度來看，草地除了在梯度3時地形分布指數(shù)略小于1，在其余坡度時均有較好的分布優(yōu)勢，且1995—2015年間在這些坡度時大致呈上升趨勢，在梯度5(坡度不小于25°)時具有最大的優(yōu)勢分布，而在2018年時，草地的最大優(yōu)勢分布區(qū)由梯度5轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻?(坡度為15°～<25°)。在1995—2018年間，耕地的優(yōu)勢分布區(qū)未發(fā)生明顯變化，主要集中于梯度1(坡度小于2°)，且隨著坡度的增加，地形分布指數(shù)逐漸減小，分布優(yōu)勢逐漸減弱。建設(shè)用地的優(yōu)勢分布區(qū)主要集中于梯度1，地形分布指數(shù)均在2.5以上，隨著坡度的增大，地形分布指數(shù)迅速減小，變化最為明顯，在梯度4、5時，地形分布指數(shù)接近于0，分布優(yōu)勢最差。林地的優(yōu)勢分布區(qū)整體上較為穩(wěn)定，1995—2018年間，在梯度1時的分布優(yōu)勢均低于其他梯度時的，1995—2010年間優(yōu)勢分布區(qū)集中于梯度2、3、5上，且在梯度4時地形分布指數(shù)值均為0.99～1.00；而2015—2018年間其優(yōu)勢分布區(qū)擴(kuò)展到2、3、4、5梯度，這在一定程度上受到易地扶貧搬遷和生態(tài)移民政策的影響，是對舊房進(jìn)行拆除復(fù)墾或植樹的結(jié)果。水域的優(yōu)勢分布區(qū)在1995—2018年間均分布于梯度1，隨坡度的增加呈下降趨勢，在梯度5時地形分布指數(shù)為0。未利用地的優(yōu)勢分布區(qū)主要在梯度2、3(坡度為2°～<15°)，隨坡度的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，在梯度5時地形位分布指數(shù)為0。

表2 不同地形因子相關(guān)梯度及分級標(biāo)準(zhǔn)

(a)1995年(b)2000年(c)2005年(d)2010年(e)2015年(f)2018年圖2 貴州省土地利用變化在不同年份、 不同坡度時的地形分布指數(shù)

2.2.2 土地利用變化的高程分異特征

土地利用變化在不同高程時的地形分布指數(shù)如圖3所示。由圖可知，在1995—2018年間，草地的地形分布指數(shù)在梯度1至4時均小于1，處于劣勢分布區(qū)，而在梯度5至9時其地形分布指數(shù)均大于1，且在梯度9時地形分布指數(shù)最大。1995年的地形分布指數(shù)最大，為2.03；2005年的次之，為2.01，其余時期的均在1.3以上。耕地的優(yōu)勢分布區(qū)主要集中于梯度1、4、5上，在2000年之后增加了一個優(yōu)勢分布區(qū)，為梯度2，其地形分布指數(shù)由1995年的0.99增大到2000年的1.01，之后一直在1.01附近波動。1995年，建設(shè)用地的優(yōu)勢分布區(qū)主要在梯度1、4，在2000年之后增加了梯度5為優(yōu)勢分布區(qū)，2000年的地形分布指數(shù)值由0.99增大至1.045，而在梯度5時的草地和耕地的地形分布指數(shù)值有所減小，在該高程梯度時有部分草地和耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變。林地的優(yōu)勢部分區(qū)主要集中于梯度2、3、4，而在其他高程梯度時的地形分布指數(shù)值也均大于0.8，且在23 a間在各高程時均存在細(xì)微的增加。

(a)1995年(b)2000年(c)2005年(d)2010年(e)2015年(f)2018年圖3 貴州省土地利用變化在不同年份、 不同高程時的地形分布指數(shù)

由此可見，在貴州省境內(nèi)，林地覆蓋面積均較大，可能與多年以來的退耕還林、封山育林政策有關(guān)。1995—2005年間，水域地形分布指數(shù)在高程梯度1時均在8.24以上，優(yōu)勢分布區(qū)域主要位于梯度1、4、7； 2010年之后在梯度1的地形分布指數(shù)有所減小，2018年時地形分布指數(shù)為7.52。建設(shè)用地的地形分布指數(shù)由2010年的2.67增加至2018年的3.01。除此之外，2018年，水域的優(yōu)勢分布區(qū)由原來的梯度1、4、7轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻?、2，且梯度2的地形分布指數(shù)由1995年的0.95增加至2018年的2.07，說明在梯度1、2、4、7時人類活動對水體的改造作用明顯，使得水域的優(yōu)勢分布區(qū)域出現(xiàn)萎縮和轉(zhuǎn)移。未利用地的優(yōu)勢分布區(qū)由1995年的梯度1、2、3、5、6減少至2018年的梯度3、5。由表1可知，未利用地多轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?、草地、耕地和建設(shè)用地，說明人類活動對未利用地的改造作用較為明顯，使得未利用地的優(yōu)勢分布區(qū)出現(xiàn)萎縮。

2.2.3 土地利用變化的地形位分異特征

不同地形位梯度時的地形分布指數(shù)如圖4所示。由圖可知，整體來看，在各個時期草地的地形分布指數(shù)隨地形位梯度的增大而增大，優(yōu)勢分布區(qū)均在梯度3、4、5。耕地的優(yōu)勢分布區(qū)位于梯度1、2，分布指數(shù)未發(fā)生明顯變化。建設(shè)用地的優(yōu)勢分布區(qū)同樣位于梯度1、2，地形分布指數(shù)在梯度1略有增大，由1995年的1.52增加至2018年的1.80，在梯度2幾乎保持不變；在梯度5時其地形分布指數(shù)趨近于0，為劣勢分布區(qū)。林地的優(yōu)勢分布區(qū)在23 a間均為梯度2，但在其他地形位也均有較好的分布，2018年時其地形分布指數(shù)在梯度5時略有增大。水域的優(yōu)勢分布區(qū)與建設(shè)用地一樣，均分布于梯度1、2，且隨著梯度的增大，地形分布指數(shù)逐漸減小，在梯度5時趨近于0，為劣勢分布區(qū)。未利用地的優(yōu)勢分布區(qū)在1995—2015年時為梯度3，在2018年時則從梯度3轉(zhuǎn)變?yōu)樘荻?，在梯度5時其地形分布指數(shù)趨近于0，為劣勢分布區(qū)； 而在2000—2005年時，在梯度1的地形分布指數(shù)由0.95減小至0.55，這是由部分未利用地向耕地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)移造成的，說明城鎮(zhèn)發(fā)展和人類農(nóng)業(yè)活動對其影響較為顯著。

綜上所述，耕地、建設(shè)用地、林地、草地和水域均具有較強(qiáng)的選擇性，未利用地則在一定程度上受人為調(diào)控，存在一定的被選擇性。

2.2.4 土地利用變化的地貌分異特征

不同地貌時的地形分布指數(shù)如圖5所示。由圖可以看出：草地的優(yōu)勢分區(qū)在1995—2018年間呈現(xiàn)先降后升的趨勢，在1995年時，優(yōu)勢分布區(qū)在峰叢洼地、巖溶盆地和巖溶峽谷區(qū)，地形分布指數(shù)分別為1.53、1.00和1.82； 2000—2015年間，優(yōu)勢分布區(qū)為峰叢洼地和巖溶峽谷區(qū)，在這2個區(qū)域其分布指數(shù)未發(fā)生明顯變化；在2018年時其優(yōu)勢分布區(qū)又轉(zhuǎn)變?yōu)榉鍏餐莸亍r溶盆地和巖溶峽谷區(qū)，地形分布指數(shù)分別為1.39、1.83和1.74，在巖溶盆地區(qū)增大了0.83。耕地的優(yōu)勢分布區(qū)在1995—2015年間均分布于巖溶槽谷、巖溶高原和巖溶盆地區(qū)，在2018年擴(kuò)展到巖溶峽谷區(qū)，地形分布指數(shù)由1995年的0.99增大至2018年的1.004。建設(shè)用地的優(yōu)勢分布區(qū)均在巖溶高原地區(qū)，該地貌區(qū)的地形分布指數(shù)遠(yuǎn)高于其他地貌區(qū)的，貴陽、遵義市均位于該區(qū)，特點是經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)化率較高。1995—2018年間，林地的優(yōu)勢分布區(qū)主要在非喀斯特區(qū)、峰叢洼地和巖溶槽谷區(qū)，這3個區(qū)域地勢較低，區(qū)域內(nèi)水系發(fā)達(dá)，降水較充足，且年均氣溫較高，適宜植被的生長，此外，該區(qū)域內(nèi)人類經(jīng)濟(jì)活動主要以農(nóng)業(yè)為主，對自然環(huán)境的破壞不明顯。水域的優(yōu)勢分布區(qū)則呈現(xiàn)3個階段的變化，1995—2005年優(yōu)勢分布區(qū)為巖溶高原區(qū)；2010—2015年優(yōu)勢分布區(qū)增加了峰叢洼地；到2018年，優(yōu)勢分布區(qū)又增加了非喀斯特區(qū)和巖溶盆地，而在峰叢洼地區(qū)則有所減少，其地形分布指數(shù)由2015年的1.24減小至2018年的0.92。未利用地的優(yōu)勢分布區(qū)在23 a間未發(fā)生明顯變化，為非喀斯特區(qū)、峰叢洼地和巖溶高原3個地貌區(qū)，但地形分布指數(shù)則變化各異，在非喀斯特區(qū)和峰叢洼地，地形分布指數(shù)小幅減小，由1.26和3.07分別減小至1.12和2.55，原因在于未利用地部分向草地、林地、建設(shè)用地和耕地轉(zhuǎn)變，其中向林地轉(zhuǎn)變最為明顯；而在巖溶高原區(qū)則由1.20增大至1.57，這是由部分草地、林地和耕地向未利用地轉(zhuǎn)移所致的。

(a)1995年(b)2000年(c)2005年(d)2010年(e)2015年(f)2018年圖4 貴州省土地利用變化在不同年份、 不同地形位時的地形分布指數(shù)

2.3 土地利用程度的地形分異特征

不同年份、不同地形梯度的土地利用程度綜合指數(shù)如圖6所示。由圖可知，從時間尺度來看，在地貌特征方面，除了非喀斯特區(qū)域土地利用程度呈現(xiàn)先升后降趨勢，其余地貌區(qū)的土地利用程度均呈現(xiàn)上升趨勢。在1995—2010年，土地利用程度綜合指數(shù)由大到小的地貌依次為巖溶盆地、巖溶高原、巖溶槽谷、非喀斯特區(qū)、峰叢洼地，在2015—2018年時為巖溶高原、巖溶盆地、巖溶槽谷、非喀斯特區(qū)、峰叢洼地，數(shù)值和排序發(fā)生變化的原因主要是巖溶高原區(qū)在這幾年間經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，對土地的利用程度增大。

在高程梯度方面，前8個高程梯度均隨著時間變化，土地利用程度綜合指數(shù)有所增大，而梯度9(高程大于2 500 m)，土地利用程度綜合指數(shù)值先減小，但在2015年時又呈現(xiàn)增大態(tài)勢。土地利用程度則表現(xiàn)為2個階段，1995—2010年的綜合指數(shù)由大到小的高程梯度編號依次為1、5、4、2、3、6、8、7、9，2015—2018年的則為1、5、4、2、6、3、8、7、9。

(a)1995年(b)2000年(c)2005年(d)2010年(e)2015年(f)2018年圖5 貴州省土地利用變化在不同年份、 不同地貌時的地形分布指數(shù)

在坡度梯度方面，在23 a間梯度1、2土地利用程度綜合指數(shù)明顯增大，在梯度3變化不明顯，在梯度4、5則明顯減小。整體的土地利用程度綜合指數(shù)由大到小的坡度梯度依編號次為1、2、3、4、5。由此可見，土地利用的程度在很大程度上受坡度的影響，當(dāng)坡度過大時，土地利用程度顯著降低。

在地形位梯度方面，前3個梯度的土地利用程度綜合指數(shù)值均呈現(xiàn)增大態(tài)勢，后2個梯度則出現(xiàn)一定的減小，土地利用程度綜合指數(shù)由大到小的地形位梯度編號依次為1、2、3、4、5，表現(xiàn)形態(tài)與坡度梯度非常相似。

綜上所述，土地利用程度在地貌梯度和高程梯度上受到人類活動影響比較明顯，地貌類別和高程對土地利用程度無明顯影響，而在坡度梯度上和受坡度影響的地形位梯度上，則表現(xiàn)出明顯的選擇性，即受坡度的影響較大，當(dāng)坡度或者地形位數(shù)值過大時，土地的利用程度顯著降低。

(a)地貌類型(b)高程(c)坡度(d)地形位指數(shù)圖6 貴州省不同年份、 不同地形梯度的土地利用程度綜合指數(shù)

3 土地利用變化圖譜分析

運(yùn)用ArcMap軟件，對1995—2018年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加運(yùn)算分析，形成時間-空間-屬性-過程為一體的土地類型單元，創(chuàng)建土地利用變化圖譜[40]。通過變化圖譜探討23 a間土地利用變化的內(nèi)部規(guī)律和時空演變過程，結(jié)果如表3和圖7所示。由于土地利用期數(shù)過多，因此本文中只討論各類斑塊變化的前3個類型。以下根據(jù)表3中的圖譜類型分別討論。

1)穩(wěn)定型圖譜。這一圖譜類型的面積為109 180.71 km2，占研究區(qū)總面積的62.03%，其中斑塊面積變化最大的模式為“林地-林地-林地-林地-林地-林地”，面積為69 146.82 km2，占該類圖譜面積的63.33%；其次斑塊面積變化較大的模式為“耕地-耕地-耕地-耕地-耕地-耕地”，占該類圖譜總面積的20.94%；“草地-草地-草地-草地-草地-草地”斑塊變化模式次之，占穩(wěn)定型圖譜面積的15.33%。由此可見，貴州省林業(yè)資源豐富，其生產(chǎn)結(jié)構(gòu)在一定程度以農(nóng)林為主。從優(yōu)勢分布區(qū)來看，林地、耕地、草地三者變化模式的優(yōu)勢分布區(qū)均在地形位梯度1至4上。

2)前期變化型圖譜。該圖譜類型的面積為786.08 km2，占研究區(qū)總面積的0.45%，斑塊變化模式以“林地-草地-草地-草地-草地-草地”“林業(yè)-耕地-耕地-耕地-耕地-耕地”和“草地-林地-林地-林地-林地-林地”為主，分別占該類圖譜面積的54.96%、21.69%和6.95%，而其優(yōu)勢分布區(qū)梯度編號分別為2、5，1、2，1、3、4。

表3 貴州省土地利用變化圖譜分析

貴州省地圖從標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)系統(tǒng)官網(wǎng)下載，地圖審批 號為GS(2019)3333(http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/browse.html? picId=%224o28b0625501ad13015501ad2bfc0182%22)， 經(jīng)過Arcgis10.2軟件數(shù)據(jù)化處理后得到。圖7 貴州省土地利用變化在不同坡度時的地形分布指數(shù)

3)中期變化型圖譜。該圖譜類型的面積為1 944.18 km2，占研究區(qū)總面積的1.10%，斑塊變化模式以“草地-草地-林地-林地-林地-林地”“耕地-耕地-林地-林地-林地-林地”和“草地-草地-耕地-耕地-耕地-耕地”為主，分別占該類圖譜面積的31.76%、16.56%、13.39%，其優(yōu)勢分布區(qū)梯度編號分別為2、4，3、4、5，1、2。

4)后期變化型圖譜。該圖譜類型的面積為61 523.46 km2，占研究區(qū)總面積的34.96%，斑塊變化模式以“林地-林地-林地-林地-林地-耕地”“耕地-耕地-耕地-耕地-耕地-林地”和“林地-林地-林地-林地-林地-草地”為主，分別占該類圖譜面積的27.03%、26.28%和11.92%。從變化趨勢來看，優(yōu)勢分布區(qū)地形位梯度編號分別為1、2，1、2，3、4、5。在低地形位梯度下，主要發(fā)生耕地和林地之間的轉(zhuǎn)移。耕地轉(zhuǎn)為林地得益于退耕還林政策的實施，而林地轉(zhuǎn)為耕地，說明部分地區(qū)還存在不合理的土地利用方式。

5)反復(fù)變化型圖譜。該圖譜類型的面積為1 474.54 km2，占總面積的0.84%，斑塊變化模式主要為“林地-耕地-耕地-耕地-耕地”“耕地-耕地-耕地-耕地-建設(shè)用地-耕地”和“林地-草地-草地-草地-草地-林地”，分別占該圖譜面積的12.04%、11.74%、10.43%，優(yōu)勢分布區(qū)地形位梯度編號分別為1、2、4，1、2，2。其中，建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，主要受易地扶貧搬遷政策的影響，原有宅基地被復(fù)墾。

6)連續(xù)變化型圖譜。該圖譜類型的面積為1 092.99 km2，占研究區(qū)總面積的0.62%，斑塊變化模式以“草地-草地-林地-林地-林地-耕地”“林地-草地-草地-草地-草地-耕地”和“草地-草地-耕地-耕地-耕地-林地”為主，分別占該類圖譜面積的16.07%、9.37%、7.13%，其優(yōu)勢分布區(qū)地形位梯度編號分別為3、4、5，1、2，1、4。

從地貌區(qū)域的變化(見圖7)可以看出： 穩(wěn)定型在每個地貌區(qū)均有分布；前期變化型、中期變化型則在巖溶高原的南部和巖溶槽谷區(qū)的東部相對集中，主要位于龍里縣、貴定縣、惠水縣以及思南縣，原因是該區(qū)域林業(yè)和草業(yè)資源相對豐富，主要是林地、草地和耕地之間的相互轉(zhuǎn)移，其他地貌零星分布； 后期變化型在整個地貌區(qū)也均有分布，相比于其他地貌區(qū)，在巖溶高原和巖溶盆地區(qū)較為集中； 反復(fù)變化型、連續(xù)變化型零散分布于各地貌區(qū)，但總體上與前期變化型、中期變化型的分布區(qū)域大致相似，分布于兩者的周圍，其土地類型之間的轉(zhuǎn)變多涉及耕地、林地、草地以及建設(shè)用地，受人類活動直接影響的程度較大。

研究區(qū)土地利用變化圖譜的地形位、地貌與地形分布指數(shù)的關(guān)系如圖8所示。由圖8(a)可以看出：前期變化、反復(fù)變化和連續(xù)變化型的變化趨勢相似，優(yōu)勢分布區(qū)為梯度1、2，在梯度1時最大，之后隨著梯度的增大逐漸減?。环€(wěn)定型的優(yōu)勢分布區(qū)為梯度2，但從變化趨勢來看，其在各地形位梯度下均有較好的分布； 后期變化型與穩(wěn)定型變化趨勢相似，但分布優(yōu)勢區(qū)相對較多，分別為梯度1、3、4、5，在梯度2時地形分布指數(shù)最小，為0.96；中期變化型的優(yōu)勢分布區(qū)為梯度3、4、5，與其他類型的變化相差較大，隨著地形位梯度的增大而增大。該類型主要以草地和耕地向林地的轉(zhuǎn)變，一方面受實施退耕還林還草和封山育林政策的影響，另一方面也說明該土地類型的轉(zhuǎn)變在地形上有較強(qiáng)的選擇性。

由圖8(b)可以看出：穩(wěn)定型的優(yōu)勢分布區(qū)為非喀斯特區(qū)、峰叢洼地和巖溶槽谷區(qū)，其余三者均為劣勢區(qū)域，其中在巖溶盆地區(qū)地形分布指數(shù)最小，為0.78；前期變化型的優(yōu)勢分布區(qū)為巖溶槽谷和巖溶高原區(qū)，在巖溶峽谷區(qū)分布指數(shù)為0.29，結(jié)合圖8(a)和表3來看，該區(qū)域前期變化型應(yīng)以林地、草地和耕地之間轉(zhuǎn)變?yōu)橹鳎蚴窃搮^(qū)域坡度相對較大，人類活動的影響相對較小，再加上對地形具有一定的選擇性，從而變化受到限制；中期變化型的優(yōu)勢分布區(qū)為非喀斯特區(qū)和巖溶高原區(qū)；后期變化型的優(yōu)勢分布區(qū)為巖溶高原、巖溶盆地和巖溶峽谷區(qū)，結(jié)合圖7可以看出，在該區(qū)域變化相對集中，而在其他區(qū)域也均有較大分布，最小分布指數(shù)為0.87，位于巖溶槽谷區(qū)；反復(fù)變化型的優(yōu)勢分布區(qū)為峰叢洼地、巖溶槽谷和巖溶高原區(qū)；連續(xù)變化型的優(yōu)勢分布區(qū)為巖溶高原和巖溶盆地區(qū)。

(a)地形位

(b)地貌圖8 貴州省土地利用變化圖譜的地形位、 地貌與地形分布指數(shù)

4 討論與結(jié)論

根據(jù)1995—2018年貴州省土地利用數(shù)據(jù)及相關(guān)地形、地貌數(shù)據(jù)，對不同地形、地貌時土地利用變化的地形分異特征進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

1)貴州省土地利用結(jié)構(gòu)以林地、耕地和草地為主。在23 a間，貴州省草地、建設(shè)用地和水域面積呈現(xiàn)增加態(tài)勢，其中建設(shè)用地的面積增加最多，主要來自耕地和林地的轉(zhuǎn)變，且多集中于城市周邊。

2)在不同的坡度、高程和地形位時，各土地類型均存在自己的優(yōu)勢分布區(qū)。耕地、水域和建設(shè)用地多集中于低梯度區(qū)，草地和林地則分布于較高梯度區(qū)域，表現(xiàn)出高梯度的主導(dǎo)性。隨著時間變化，草地在低、中梯度區(qū)域均有所增加，而在高梯度區(qū)域明顯減少；林地則逐漸向中、高梯度區(qū)域轉(zhuǎn)移；水域、耕地和建設(shè)用地表現(xiàn)出高梯度向中、低梯度區(qū)域轉(zhuǎn)變；未利用地則隨時間的變化出現(xiàn)跳躍波動。

3)在土地利用的地貌分異特征方面，建設(shè)用地、林地和未利用地在整個階段的優(yōu)勢分布區(qū)未發(fā)生明顯變化；草地的優(yōu)勢分布區(qū)表現(xiàn)為先減少后增加的態(tài)勢；耕地的優(yōu)勢分布區(qū)在2018年時為巖溶峽谷區(qū)、巖溶槽谷、巖溶高原和巖溶盆地區(qū)；水域的優(yōu)勢分布區(qū)呈現(xiàn)階梯式增加，至2018年時分布區(qū)為非喀斯特區(qū)、巖溶高原和巖溶盆地地貌區(qū)。

4)在土地利用程度的地形分異特征方面，土地利用程度在不同的地貌、高程受人類活動影響比較明顯，地貌類別和高程本身對土地利用程度無明顯影響，而在不同坡度和受坡度影響的地形位上則出現(xiàn)明顯的選擇性，受坡度的影響較大，當(dāng)坡度或者地形位數(shù)值越大時，土地的利用程度顯著降低。

5)在土地利用變化圖譜時，以穩(wěn)定型、后期變化型圖譜為主，分別占研究區(qū)面積的62.03%和34.96%，其他變化類型只占3.1%。穩(wěn)定型圖譜以“林地-林地-林地-林地-林地-林地”的斑塊變化模式為主，分布優(yōu)勢區(qū)為地形位梯度2和非喀斯特區(qū)、峰叢洼地和以及巖溶槽谷地貌區(qū)。后期變化型圖譜以“林地-林地-林地-林地-林地-耕地”斑塊變化模式為主，優(yōu)勢分布區(qū)為地形位梯度1、3、4、5和巖溶高原、巖溶盆地和巖溶峽谷地貌區(qū)。前期變化型、反復(fù)變化型和連續(xù)變化型圖譜分別以林地、草地和耕地之間的相互轉(zhuǎn)換為主，分布優(yōu)勢區(qū)均為地形位梯度1、2，在地貌上的優(yōu)勢分布區(qū)分別為巖溶槽谷、巖溶高原區(qū)，峰叢洼地、巖溶槽谷、巖溶高原區(qū)，巖溶高原、巖溶盆地區(qū)。中期變化型分布優(yōu)勢區(qū)為地形位梯度3、4、5和非喀斯特區(qū)、巖溶高原地貌區(qū)。

不同地形和地貌的土地利用的分異特征是受多種地形因子影響的結(jié)果[41]。研究區(qū)由于退耕還林還草、封山育林、易地扶貧和生態(tài)扶貧搬遷相關(guān)工程的實施，因此耕地面積減小，耕地向低坡度區(qū)轉(zhuǎn)移，大量高坡度區(qū)未利用地、草地和耕地則向林地轉(zhuǎn)變。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)加快，人口向低平地區(qū)聚集，大量耕地和草地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，多集中于貴陽、遵義、興義、銅仁、畢節(jié)等市城區(qū)的周邊，主要為巖溶高原地貌區(qū)，導(dǎo)致該區(qū)域的土地利用程度高于其他區(qū)域的。土地利用變化圖譜主要集中于耕地、林地、草地和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換，且多集中于較低的地形位梯度區(qū)，這與國家和地方相關(guān)政策的實施有關(guān)；但也存在不合理的現(xiàn)象，如在后期變化型圖譜中，林地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e比例大于耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值氐?，而林地在較高地形位梯度區(qū)多向草地轉(zhuǎn)移，因此，在生態(tài)建設(shè)中除了重視不同土地類型面積的絕對變化之外，還必須重視土地類型間的相互轉(zhuǎn)換[42]。

本文中以貴州省為研究區(qū)，探討坡度、高程、地形位以及地貌等因子對于土地利用的影響，探求各土地類型在不同地形梯度時的分異特征；但是，由于地形和地貌只是影響土地利用變化的、較基礎(chǔ)的2個自然因素，氣候、土壤等自然因素和政策、經(jīng)濟(jì)、人口等社會因素也對其產(chǎn)生重要影響，因此后續(xù)將進(jìn)一步探索自然和社會因素共同作用下的土地利用分異特征，為西南地區(qū)土地資源的合理開發(fā)和利用提供參考。