西昌市1989—2018年林地草地濕地動態(tài)變化特征分析

張景華， 歐陽淵， 劉洪,2， 張騰蛟， 李富， 黃勇

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

0 引言

土地利用的變化會對某一區(qū)域的氣候、水文、土壤、水土流失、生物多樣性等產(chǎn)生重要的影響，從而對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境帶來影響[1-8]。林地、草地和濕地不但具有重要的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，作為重要的生態(tài)系統(tǒng)，它們還具有極為重要的生態(tài)功能，如水土保持、水源涵養(yǎng)等[9-10]，對維持區(qū)域生態(tài)功能的穩(wěn)定有著重要的意義，發(fā)揮著巨大的作用。從20世紀(jì)70年代開始，遙感技術(shù)便被用來獲取土地利用/覆蓋變化數(shù)據(jù)。經(jīng)過近50 a的發(fā)展，從早期的目視解譯方法和基于統(tǒng)計的分類方法發(fā)展到21世紀(jì)初的面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ǎ俚浇陙砼d起的人工智能分類方法，分類方法日趨成熟，數(shù)據(jù)來源日趨多源化，遙感技術(shù)已成為土地利用/覆蓋變化研究的重要技術(shù)手段，廣泛用于土地利用/覆蓋變化數(shù)據(jù)的獲取[11-14]。利用遙感技術(shù)可快速獲取某一區(qū)域在某一時間段內(nèi)土地利用/覆蓋的變化情況，提取林地、草地、濕地等地類的動態(tài)變化特征，研究生態(tài)環(huán)境的演化趨勢。

西昌市是涼山彝族自治州的首府，也是攀西地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化及交通中心。近年來，西昌市經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入快車道，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得長足進(jìn)步的同時，也不可避免地對生態(tài)環(huán)境帶來一定的影響。本文利用遙感技術(shù)，通過4期土地利用/覆蓋遙感解譯，獲得了西昌市1989—2018年的土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)，然后對林地、草地和濕地的動態(tài)變化特征進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上分析了西昌市林地、草地、濕地的生態(tài)功能和生態(tài)環(huán)境的演化趨勢，旨在為西昌市經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西昌市位于四川省西南部，其地理坐標(biāo)： 101°46′～102°25′E、27°32′～28°10′N(圖1(a))。面積2 655 km2(不含新合并入西昌市的東河鄉(xiāng)、普詩鄉(xiāng)和瑪增依烏鄉(xiāng))。西昌市地勢北高南低，以山地為主，山脈走向和構(gòu)造線一致，多呈SN向，山地分布在安寧河?xùn)|西兩側(cè)。西部的牦牛山是市境內(nèi)山地的主體，占全市總面積的一半，自北向南縱貫全境。西昌市屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū)，素有“小春城”之稱。西昌市所處的安寧河谷平原是四川省第二大平原，土地肥沃，自流灌溉便利，是國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)重點地區(qū)，出產(chǎn)多種名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品。四周群山環(huán)繞，立體氣候特點突出，孕育了種類繁多的植物資源，共有233科、532屬、2 000余種。西昌市植被組合呈現(xiàn)一定的垂直分帶特征： 干熱河谷發(fā)育稀樹草叢，河谷盆地和階地上栽培著各種熱帶、亞熱帶經(jīng)濟(jì)植物； 中山山地分布著大面積的云南松和松櫟混交林，局部溝谷地區(qū)保存有亞熱帶偏干性常綠闊葉林； 亞高山殘存冷杉林及冷杉、云杉混交林； 高山分布蒿草、雜草類高山草甸。

西昌市位于上揚子古陸西緣的康滇斷隆帶中北部，該地區(qū)構(gòu)造演化復(fù)雜(圖1(b))。自古太古代以來，經(jīng)歷多期次構(gòu)造活動，形成底部前震旦紀(jì)基底、西部復(fù)雜造山帶(牦牛山—磨盤山區(qū))、中部河谷盆地(安寧河谷、邛海盆地)及東部震旦紀(jì)—白堊紀(jì)沉積蓋層(瀘山—北山—普詩一帶)[15-20]。西昌市前寒武紀(jì)至第四紀(jì)地層均有出露，以中生界和新生界為主，地層呈近南北向展布，與主構(gòu)造線一致。侵入巖出露在磨盤山區(qū)，主要巖石類型有石英斑巖、黑云母花崗巖、閃長巖和正長巖等； 噴出巖主要分布在牦牛山及磨盤山區(qū)，以晚二疊世峨眉山玄武巖出露最廣。

圖1 西昌市地理位置(a)及區(qū)域概況圖(b)

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源及圖像處理

本次研究共開展4期土地利用/覆蓋遙感解譯。綜合考慮西昌市幅員面積、數(shù)據(jù)獲取能力及解譯精度等因素，以美國陸地衛(wèi)星(Landsat)專題繪圖儀(Thematic Mapper，TM)和陸地成像儀(Operational Land Ima-ger，OLI)系列數(shù)據(jù)為主數(shù)據(jù)源(表1)。通過波段合成、幾何校正、融合及增強等圖像處理，獲得具有相同投影類型和幾何精度的影像圖，作為解譯底圖。

表1 遙感數(shù)據(jù)源

2.2 土地利用/覆蓋遙感解譯與野外驗證

西昌市屬于地形地貌復(fù)雜、陰影覆蓋較多的中高山區(qū)，現(xiàn)有計算機(jī)分類方法難以滿足實際需求。本文綜合運用直判法、對比法、鄰比法和綜合判斷法4種常用的遙感目視解譯方法和人機(jī)交互目視解譯方法進(jìn)行土地利用/覆蓋遙感解譯。以一級類為基本分類單位，將西昌市土地利用/覆蓋分類劃分為耕地、林地、草地、濕地、建設(shè)用地和未利用地6類。

通過野外驗證，對上述解譯結(jié)果進(jìn)行隨機(jī)抽檢，準(zhǔn)確率為89.74%。

3 結(jié)果分析

3.1 遙感解譯結(jié)果

通過對西昌市開展1989年、2000年、2010年和2018年土地利用/覆蓋遙感解譯，編制了西昌市這4個時期的土地利用/覆蓋圖(圖2)，并統(tǒng)計各個地類的面積及占市域面積的百分比(表2)。

(a) 1989年 (b) 2000年

表2 西昌市1989—2018年各地類面積及占市域面積百分比

3.2 林地、草地、濕地時空分布特征

3.2.1 林地演化趨勢與分布特征

西昌市林地面積1989—2018年整體變化趨勢為持續(xù)增加(圖3(a))。20世紀(jì)90年代末之前，由于毀林開荒、伐木等原因，西昌市森林植被破壞較嚴(yán)重。隨著國家“天保工程”的實施和經(jīng)濟(jì)發(fā)展[21]，國家加大了退耕還林、還草力度，西昌市林地面積持續(xù)增加，與耕地面積持續(xù)下降呈負(fù)相關(guān)(圖3(b))，二者變化趨勢具有很好的負(fù)相關(guān)耦合性。

(a) 林地 (b) 耕地

從現(xiàn)狀來看，西昌市林地主要分布于安寧河谷和邛海盆地四周的山地(圖2(d))，在牦牛山、螺髻山一帶形成西昌市主要林區(qū)，這些林地對于西昌市的生態(tài)環(huán)境有著舉足輕重的作用。從林地的空間分布變化來看，1989年至2018年增加的林地主要分布于安寧河兩岸和邛海盆地四周的山地，尤其以牦牛山東坡靠近安寧河的地帶、螺髻山西坡靠近安寧河的地帶和邛海周邊山地的林地增加最多(圖4(a))。對比圖4(a)和圖4(b)發(fā)現(xiàn)，從1989年至2018年，西昌市林地增加的區(qū)域與耕地減少的區(qū)域有著很好的對應(yīng)關(guān)系，說明二者不僅變化趨勢具有很好的負(fù)相關(guān)耦合性，增、減的空間位置也十分吻合。綜上所述，西昌市增加的林地應(yīng)該主要由減少的耕地變化而來，說明實施的退耕還林措施取得了較為顯著的成效。

(a) 林地 (b) 耕地

3.2.2 草地演化趨勢與分布特征

西昌市草地面積1989—2018年整體變化趨勢為先減少，然后又增加(圖3(c))。西昌市并非傳統(tǒng)意義上的牧區(qū)，除少數(shù)高山、亞高山草甸外，其余多數(shù)草地為林地尤其是森林被砍伐后形成的。由于開荒、墾殖等原因，草地面積一度快速減少，2010年以后，隨著西昌市加大了退耕還草和人工種草的力度，草地面積呈現(xiàn)較快增長[22]。

從現(xiàn)狀來看，西昌市草地主要呈星島狀分布于牦牛山、螺髻山一帶林地之間(圖2(d))。從草地的空間分布變化來看，1989年至2018年增加的草地主要分布于牦牛山和螺髻山(圖4(c))。結(jié)合數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)進(jìn)行空間分析后發(fā)現(xiàn)，增加的草地在牦牛山和螺髻山海拔較高的中上部分布較為集中，推測草地以自然恢復(fù)為主。

3.2.3 濕地演化趨勢與分布特征

西昌市的濕地面積1989—2018年整體變化趨勢為先緩慢增加，后快速增加(圖3(d))。2010—2018年，濕地面積出現(xiàn)快速增長，究其原因主要有二： 一是水利工程設(shè)施修建，導(dǎo)致水面(主要是水庫水面)面積有較大幅度增加； 二是濕地保護(hù)得到重視，原濕地耕作區(qū)域逐步退耕并還原為濕地，區(qū)內(nèi)一些重要濕地得到保護(hù)，面積不斷擴(kuò)大，比較典型的有邛海濕地[23]。

從現(xiàn)狀來看，西昌市濕地分布較局限，主要沿安寧河及邛海分布(圖2(d))，類型主要為河流濕地與湖泊濕地。從濕地的空間分布變化來看，1989年至2018年增加的濕地主要分布于西昌市境內(nèi)的安寧河干流和邛海附近(圖4(d))。

4 討論

4.1 林地生態(tài)功能

從1989年至2018年，西昌市的林地面積大幅增長，至2018年，林地面積達(dá)到1 650.46 km2，占市域面積的62.16%。隨著林地面積的增加，西昌市的生態(tài)環(huán)境逐步向好，林地尤其是森林為西昌市保持良好的生態(tài)環(huán)境奠定了基礎(chǔ)，發(fā)揮著巨大的作用。然而，西昌市的森林在維持良好生態(tài)環(huán)境的同時，也存在著一些問題。西昌市森林以人工林和次生林為主，森林針葉化現(xiàn)象較普遍。作為地帶性植被的闊葉林較少，且呈星島狀分布，不利于生物多樣性保護(hù)和森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定及其生態(tài)功能的充分發(fā)揮。并且維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的景觀生態(tài)廊道不夠暢通，森林生態(tài)系統(tǒng)趨于簡單化，穩(wěn)定性和自我調(diào)節(jié)能力下降，生態(tài)功能有所減弱。此外，針葉林樹種較為單一，以云南松為主，旱季容易發(fā)生森林火災(zāi)。據(jù)統(tǒng)計，西昌市云南松林區(qū)每年會形成200～500 hm2的火燒跡地[24]。其中2020年木里縣發(fā)生的“3·30”森林火災(zāi)，不但造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員犧牲，山火燃燒后形成的山火灰和燒焦土體在強降雨作用下還形成了泥石流[25-26]，造成二次危害。

4.2 草地生態(tài)功能

西昌市并非傳統(tǒng)意義上的牧區(qū)，除少數(shù)高山、亞高山草甸外，其余多數(shù)草地為林地尤其是森林被砍伐后形成的，屬林地(森林)逆向演替到低級單位的一種次生過渡植被類型(圖5(a))。其植被種類組成仍含有森林群落的特性，如森林幼樹及森林群落下層的植被如灌木等(圖5(b))。草地多數(shù)呈零星片狀分布在山地，草本植物生長較差，草地連片規(guī)模一般較小，不具有完整的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和良好的功能，多數(shù)草地承載力和生產(chǎn)力較低，不宜大規(guī)模開發(fā)利用。因此，除少數(shù)成片大面積草場外，對分散的、承載力和生產(chǎn)力較低的草地，應(yīng)通過封山育林的手段促使其向森林轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能趨向完善的正向演替。

(a) 林地逆演化為草地 (b) 林地逆演化為含有灌木的草地

4.3 濕地生態(tài)功能

西昌市濕地分為河流濕地與湖泊濕地，分布較局限，主要分布于安寧河流域和邛海，濕地占市域面積比例雖小，但其生態(tài)功能極為重要。安寧河與邛海作為西昌市重要的生產(chǎn)、生活水源地，其飲用水源地功能對于西昌市來說極為重要。邛海作為城市周邊彌足珍貴的自然濕地，不但是西昌市極其重要的飲用水源地，還孕育了豐富的生物多樣性，在維持區(qū)域生態(tài)平衡和保持生物多樣性方面具有不可替代的作用，同時作為西昌市的城市名片，其自然景觀功能也極為重要。1989年至2018年西昌市增加的林地主要分布于安寧河兩岸和邛海盆地四周的山地，這是一個令人欣喜的結(jié)果，為安寧河和邛海流域的水源涵養(yǎng)和水土保持奠定了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

(1)1989—2018年，西昌市林地、濕地和草地面積持續(xù)增加，生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好，實施的退耕還林、還草措施取得了較為顯著的成效。

(2)西昌市林地主要分布于安寧河谷和邛海盆地四周的山地，牦牛山、螺髻山一帶為主要林區(qū)，為安寧河和邛海流域的水源涵養(yǎng)和水土保持奠定了良好的基礎(chǔ)； 草地主要呈星島狀分布于牦牛山、螺髻山一帶林地之間； 濕地以河流濕地與湖泊濕地為主，主要沿安寧河及邛海分布。

(3)西昌市的森林在維持良好生態(tài)環(huán)境的同時，也存在著針葉化現(xiàn)象較普遍、樹種單一的問題，需要重點加強林區(qū)火災(zāi)防范； 對于承載力和生產(chǎn)力較低的草地，應(yīng)通過封山育林促使其向森林轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)正向演替； 邛海濕地的生態(tài)功能對于西昌市極為重要，需要著力予以保護(hù)。

致謝：中國自然資源航空物探遙感中心聶洪峰正高級工程師、肖春蕾高級工程師和郭兆成正高級工程師，中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心李建星正高級工程師、黃瀚霄高級工程師和陳敏華高級工程師，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)張振杰副教授，四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局攀西地質(zhì)隊謝恩順高級工程師、李雁龍高級工程師、肖啟亮高級工程師、曾建高級工程師、文登奎高級工程師和侯謙工程師，成都理工大學(xué)趙銀兵教授、李樋博士生，以及華東冶金地質(zhì)勘查局段聲義助理工程師對本研究的開展和本文的撰寫提供了大量幫助，在此一并表示衷心的感謝。