基于GIS的昌都市土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

曹宇鵬 關(guān)麗雪 徐迪 方江平

摘要 基于昌都市2000、2005、2010和2015年Landsat遙感影像土地利用情況，研究2000—2015年土地利用的變化情況與土地利用變化的空間格局特征。結(jié)果表明，昌都市以草地占主要優(yōu)勢(shì)，各地類面積比例從大到小依次為草地>林地>未利用地>水域>耕地>建筑用地。2000—2015年草地面積減少量最多，減少101.89 km2;未利用地面積增加量最大，增加118.42 km2，主要由草地轉(zhuǎn)入;水域與耕地面積變化量很小，幾乎維持不變。2010—2015年土地利用變化范圍較前10年更廣，有向內(nèi)部方向變化的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 GIS;土地利用;動(dòng)態(tài)變化;空間特征;昌都市

中圖分類號(hào) S 127;F 301.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2022）02-0086-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.022

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research on Dynamic Change of Land Use in Changdu City Based on GIS

CAO Yu-peng1，2，3，4，GUAN Li-xue1，2，3，4，XU Di1，2，3，4 et al （1.Institute of Plateau Ecology，Tibet Agriculture and Animal Husbandry University，Nyingchi， Tibet 860000;2. National Field Scientific Observation and Research Station of Alpine Forest Ecosystem in Nyingchi of Tibet，Nyingchi， Tibet 860000;3. Key Laboratory of Forest Ecology，Ministry of Education，Nyingchi， Tibet 860000;4.Tibet Joint Key Laboratory of Ecological Security，Nyingchi， Tibet 860000）

Abstract Based on the land use of Landsat remote sensing images in Changdu in 2000， 2005，2010 and 2015， this paper studied the changes of land use and the spatial pattern characteristics of land use changes from 2000 to 2015. The results showed that Changdu City was dominated by grassland， the area ratio of each category in descending order was grassland>forest land>unused land>water area>cultivated land>construction land.From 2000 to 2015， the grassland area decreased the most， with a decrease of 101.89 km2;the unused land area increased the most， with an increase of 118.42 km2， which was mainly transferred from grassland;the amount of water area and cultivated land changed very little and remained almost unchanged.The scope of land use change from 2010 to 2015 was wider than that of the previous 10 years， and there was a tendency to change in the internal direction.

Key words GIS;Land use;Dynamic change;Spatial characteristics;Changdu City

基金項(xiàng)目

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2016YFC0502006）;西藏生態(tài)安全聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（STAQ-2021Y-6）。

作者簡(jiǎn)介 曹宇鵬（1996—），男，廣東惠州人，碩士研究生，研究方向：森林生態(tài)學(xué)。*通信作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事高原生態(tài)修復(fù)與可持續(xù)發(fā)展研究。

收稿日期 2021-05-16;修回日期 2021-07-13

昌都市位于三江流域，地形錯(cuò)綜復(fù)雜，谷地多，城市多呈狹長(zhǎng)型分布，高樓數(shù)量在西藏境內(nèi)僅次于拉薩市，但建筑面積小。隨著川藏鐵路的開通，其生態(tài)問題與社會(huì)發(fā)展之間面臨矛盾，因此對(duì)昌都市生態(tài)環(huán)境的研究顯得尤為重要。

從20世紀(jì)90年代土地利用/覆被變化的概念被提出開始[1]，對(duì)于土地利用的研究就已經(jīng)成為當(dāng)下非常熱門的研究熱點(diǎn)[2]。土地利用不僅能夠反映出當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的格局分布情況，也能直觀反映人對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的直接作用情況[3]。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者借助空間分析軟件對(duì)土地利用的研究在不斷深入，如王琸鑫等[4]基于Landsat影像研究了賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)20年間的土地利用變換;任杰等[5]研究了伊利盆地土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力因素;馬歡等[6]對(duì)赤水河流域20年間的土地變化進(jìn)行了分析。縱觀目前的研究，利用遙感影像進(jìn)行土地利用分析已有較成熟的理論與方法[7-8]。但目前的研究多位于一些流域與經(jīng)濟(jì)狀況較好的區(qū)域，對(duì)西藏自治區(qū)目前的研究尚未得到有效開展，而對(duì)昌都市土地利用的研究更是十分有限[9] 。昌都市內(nèi)有眾多自然保護(hù)區(qū)，因此，隨著昌都市社會(huì)的發(fā)展，特別是目前在建設(shè)的川藏鐵路對(duì)其環(huán)境的影響十分巨大。進(jìn)行有效的土地利用規(guī)劃，是滿足昌都市人民生活和發(fā)展需要必不可少的條件。筆者以昌都市為研究對(duì)象，對(duì)其2000—2015年土地利用變化情況進(jìn)行研究，以期為昌都市未來(lái)的土地利用規(guī)劃、城市發(fā)展規(guī)劃以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)等提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況 昌都市位于西藏自治區(qū)最東端，地處三江流域，平均海拔3 500 m以上，呈西高東低分布（圖1），是西藏自治區(qū)的東大門，川藏鐵路在西藏的第一站。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的一種定量描述，不僅可以反映各地類面積之間的關(guān)系，還能反映各地類之間在不同時(shí)間段的轉(zhuǎn)換情況。其公式如下：

Q ij=Q 11…Q 1n

Q n1…Q nn（1）

其中，Q表示地類的面積;i、j分別表示轉(zhuǎn)移之前與轉(zhuǎn)移之后的地類;Q ij表示地類從i轉(zhuǎn)變?yōu)閖的面積;n表示轉(zhuǎn)移前后的地類[10]。

參考徐新良等[11]的中國(guó)土地分類系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行一級(jí)分類，分為耕地、林地、草地、水域、建筑用地、未利用地6種類型。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓可以揭示數(shù)據(jù)的空間分析方向性，其計(jì)算公式如下：

C=var（x）cov（x，y）cov（y，x）var（y）=1n ni=1X2 1 ni=1（X iY i） ni=1（X iX j） ni=1Y2 i（2）

其中，

var（x）=1n ni=1（x i-X）2（3）

var（y）=1n ni=1（y i-Y）（4）

cov（x，y）=1n[ ni=1（x i-X）]（y i-Y）（5）

cov（y，x）=1n[ ni=1（y i-Y）]（x i-X）（6）

式中，x和y是i的坐標(biāo)，n為樣本總數(shù)[12]。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究以昌都市土地利用類型為基本研究單位，選用2000、2005、2010和2015年的土地利用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心[13]，該數(shù)據(jù)是以各年份

Landsat TM/ETM遙感影像為基礎(chǔ)，在矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上

經(jīng)過(guò)人工目視解譯而成，投影坐標(biāo)系選用WGS投影，空間分辨率為1 km。數(shù)字高程模型來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（www.gscloud.cn）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用狀況 從2015年昌都市土地利用分布（圖2）可以看出，截至2015年，草地是昌都市的優(yōu)勢(shì)地類，其面積占總面積的50%，主要分布于昌都市的中部與東部地區(qū);林地主要分布在昌都市南部;耕地幾乎都分布在丁青縣的東南部;昌都市建筑用地在整個(gè)西藏是最少的，主要分布在卡若區(qū);水域面積不大，主要位于昌都市西南部和南部。

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

通過(guò)AcrGIS對(duì)2000、2005、2010、2015年數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到2000—2015年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果見表1和圖3。在此次研究中，因昌都市建筑用地面積基數(shù)過(guò)小，因此研究建筑用地面積的動(dòng)態(tài)變化意義不大。

由表1和圖3可知，16年間，林地面積減少了22.09 km2，主要轉(zhuǎn)出為未利用地和草地，由草地轉(zhuǎn)入;草地面積減少了101.89 km2，主要由林地和未利用地轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)出為未利用地;未利用地面積增加了118.43 km2，主要由草地和林地轉(zhuǎn)入，主要輸出為草地。林地、草地、未利用地面積占昌都市的90%以上，三者之間的相互轉(zhuǎn)換量遠(yuǎn)大于其他3種地類。其中草地轉(zhuǎn)為林地60.43 km2，轉(zhuǎn)為未利用地132.07 km2;未利用地轉(zhuǎn)入林地4.13km2，草地49.51 km2，三者只有林地面積在縮小;耕地和水域面積幾乎沒有發(fā)生變化。由于昌都市的氣候、土壤質(zhì)地等自然原因，絕大部分地區(qū)土地不具備開墾為耕地的條件，因此其變化不大，研究期間減少了2.78 km2;水域面積減少了0.02 km2，主要在未利用地和草地之間相互轉(zhuǎn)換。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析

為進(jìn)一步分析昌都市土地利用轉(zhuǎn)移的變化方向與趨勢(shì)，選取其中2000—2005、2005—2010和2010—2015年3個(gè)時(shí)期土地轉(zhuǎn)移情況，采用第一級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)差（68%），利用ArcGIS空間分析工具，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析，結(jié)果參見表2與圖4。

從表2和圖4可以看出，橢圓面積從2005年開始有所縮小，2010—2015年顯著增大，說(shuō)明昌都市土地利用轉(zhuǎn)移的主要變化范圍較不穩(wěn)定，其空間集聚度呈增強(qiáng)—減弱狀態(tài)。從橢圓的長(zhǎng)短半軸差值看，土地利用轉(zhuǎn)移的方向性先提高后減小，土地利用變化的方向呈向市域內(nèi)部發(fā)展的趨勢(shì)。變化中心2000—2005、2005—2010年位于市域北部邊界地帶，2010—2015年位于靠近卡若區(qū)與江達(dá)縣邊界位置。

3 結(jié)論

該研究基于昌都市Landsat遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)2000—2015年土地利用狀況進(jìn)行分析，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析法分析其土地利用變化的方向性特征，結(jié)果如下：

（1）昌都市以草地、林地和未利用地占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，3種地類面積占全市面積的90%以上。

（2）昌都市在2000—2005年土地利用轉(zhuǎn)移量較大;16年間相互轉(zhuǎn)移量最顯著的是占地面積較大的草地、林地和未利用地，三者總體凈增長(zhǎng)面積分別為-101.89、-22.09和118.43 km2。其中草地轉(zhuǎn)為林地60.43 km2，轉(zhuǎn)為未利用地132.07 km2;未利用地轉(zhuǎn)入林地4.13km2，草地49.51 km2，三者只有林地面積在縮小;耕地和水域面積基本不變。

（3）標(biāo)準(zhǔn)差橢圓顯示，2010—2015年土地利用變化范圍較大，空間集聚度減弱。16年間土地利用的變化中心由類烏齊縣邊界、江達(dá)縣邊界轉(zhuǎn)移至靠近卡若區(qū)與江達(dá)縣邊界，變化范圍呈向市域內(nèi)方向變化趨勢(shì)。

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