東至縣1990—2020 年林地變化時(shí)空特征分析

程愛國 吳 楠

（1東至縣昭潭鎮(zhèn)林業(yè)站，安徽池州 247200；2安徽省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230071）

林地結(jié)構(gòu)配比合理、生態(tài)過程連續(xù)、服務(wù)功能穩(wěn)定不僅是林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，同時(shí)也是維護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)健康的前提［1］。林地的變化關(guān)系到區(qū)域的生態(tài)安全格局并影響區(qū)域的環(huán)境變化，實(shí)時(shí)了解和掌握區(qū)域林地的時(shí)空動態(tài)特征具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［2］。東至縣林地資源十分豐富，森林覆蓋率高達(dá)55.87%［3］。近些年來，東至縣工礦企業(yè)發(fā)展較快，資源利用和開發(fā)強(qiáng)度逐漸增大，可能存在局部的侵占林地情況，因此，及時(shí)做好縣域林情監(jiān)測，掌握全縣林業(yè)資源面積和分布情況，分析林業(yè)資源的變化趨勢，對縣林業(yè)資源管理和林業(yè)事業(yè)發(fā)展有著積極作用。

1 研究區(qū)概況

東至縣位于安徽省南部，地處長江皖江段南岸之首，地跨29°34′～30°30′N，116°39′～117°18′E。境南北長125 km，東西寬82 km，長江傍境東流，岸線85 km?？h城距省會合肥市245 km。全縣面積為3 261 km2，為安徽省最大的縣域之一，占安徽省總面積的2.3%。2021年，東至縣地區(qū)生產(chǎn)總值243.3 億元，比上年增長10.2%，比全省高1.9百分點(diǎn)，與全市增幅持平，2年平均增長6.9%。根據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù)，截至2020年11月1日零時(shí)，東至縣常住人口為39.841 4 萬人［3］。

根據(jù)《安徽省主體功能區(qū)規(guī)劃》［4］，東至縣香隅鎮(zhèn)、大渡口鎮(zhèn)、東流鎮(zhèn)屬于國家農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)，東至縣中部和南部屬于皖南山區(qū)森林生態(tài)安全屏障，森林資源保護(hù)和生態(tài)安全戰(zhàn)略價(jià)值較高。東至縣林種類型眾多，植物多樣性豐富，根據(jù)2016年東至縣林地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，杉類、松類、硬闊、軟闊和常綠在東至縣均有分布，其中杉類和硬闊占比較大（圖1）。東至縣是國家級生態(tài)縣，是首批國家生態(tài)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)和《中國二十一世紀(jì)》試點(diǎn)地區(qū)，山清水秀，氣候宜人，資源豐富，境內(nèi)有升金湖國家級自然保護(hù)區(qū)、大歷山省級風(fēng)景名勝區(qū)、天臺山省級森林公園等自然保護(hù)地。東至屬低山丘陵、山間盆骨地貌，分為低山、丘陵和山間盆地3種類型，可用于建設(shè)的土地較為緊張。近些年工礦企業(yè)發(fā)展迅速，礦產(chǎn)資源開發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)張較快，但生態(tài)恢復(fù)與重建滯后，對地表景觀和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)破壞造成了一定的破壞。

圖1 東至縣區(qū)位及優(yōu)勢樹種分布

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理采用1990和2020年東至縣土地覆被數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）的中國土地覆被現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)以美國陸地衛(wèi)星Landsat TM/ETM+遙感影像數(shù)據(jù)作為主信息源，通過人工目視解譯獲取，空間分辨率為30 m，地理坐標(biāo)系為GCS_Krasovsky_1940，投影坐標(biāo)系采用Albers正軸等面積割圓錐投影［5-6］。土地覆被類型包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地（城鄉(xiāng)、工礦、居民用地）和未利用土地6個(gè)一級類型以及25個(gè)二級類型［7］；東至縣域范圍內(nèi)一級土地覆被類型不涉及未利用地。林地二級類型包括有林地、灌木林、疏林地和其他林地（表1）。為了更好地說明林地變化方向，林地與建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)化細(xì)分至二級類型，即分析林地與城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和工礦用地的轉(zhuǎn)化規(guī)律。在ArcGIS 10.3中進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、切割、合并、疊加、分類和分區(qū)統(tǒng)計(jì)等；其他相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)及計(jì)算等均在Excel 2015中完成。

表1 林地分類體系及含義

2.2 研究方法

2.2.1 林地變化分析方法 為了更好地分析東至縣林地變化特征并揭示其變化強(qiáng)度，計(jì)算了林地變化動態(tài)度。林地類型的動態(tài)度（Di）的計(jì)算公式［8］：

式中，Sa為區(qū)域總面積；|?Si,j|為研究起始時(shí)間至結(jié)束時(shí)段內(nèi)林地i與其他土地覆被類型j相互轉(zhuǎn)化面積的絕對值；t為時(shí)間段；林地的動態(tài)度反映了與該時(shí)段對應(yīng)的林地變化的劇烈程度。

在ArcGIS 10.3中實(shí)現(xiàn)上述公式的計(jì)算，并通過分析縣域范圍內(nèi)的林地空間分布、面積變化總結(jié)其分布和變化特征，計(jì)算林地面積變化強(qiáng)度。

2.2.2 轉(zhuǎn)移矩陣模型 為了便于疊加分析林地變化，在ArcGIS 10.3軟件中，將東至縣2個(gè)時(shí)期的土地覆被類型柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行Combine運(yùn)算，進(jìn)而算出2個(gè)時(shí)段林地的轉(zhuǎn)移矩陣，在此基礎(chǔ)上，采用轉(zhuǎn)移概率矩陣模型［9］：

式中，Sij為林地i變?yōu)閖類土地覆被類型的面積，Pij為林地i轉(zhuǎn)變?yōu)閖類土地覆被類型的轉(zhuǎn)移概率，n為土地覆被類型分類數(shù)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 林地面積變化1990—2020年，東至縣林地面積減少449.4 hm2（表2），總體面積變化幅度較小。從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分析，減少最多的3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別是香隅鎮(zhèn)減少182.87 hm2、東流鎮(zhèn)減少130.07 hm2、泥溪鎮(zhèn)減少41.38 hm2。香隅鎮(zhèn)和東流鎮(zhèn)是東至縣的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)鎮(zhèn)，鎮(zhèn)域內(nèi)擁有工業(yè)園區(qū)和省級以上經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，工礦開發(fā)強(qiáng)度較高，經(jīng)開區(qū)和園區(qū)建設(shè)過程中對林地的征用在所難免，這也是林地減少的主要原因；泥溪鎮(zhèn)林地資源豐富，人口密度較大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活活躍，導(dǎo)致部分林地轉(zhuǎn)化成了農(nóng)村居民點(diǎn)。全縣15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，僅洋湖鎮(zhèn)林地面積增加了0.18 hm2，9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在不同程度上林地面積減少，5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)林地面積保持不變。洋湖鎮(zhèn)和5個(gè)面積不變的鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，大渡口鎮(zhèn)除外，林地資源都十分豐富，主要產(chǎn)業(yè)也以林業(yè)產(chǎn)業(yè)為主，在進(jìn)行林業(yè)相關(guān)的生產(chǎn)生活的同時(shí)，能做到及時(shí)補(bǔ)種并在特定區(qū)域進(jìn)行封山育林，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也保證了林業(yè)資源不減少，做到了林業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。大渡口鎮(zhèn)位于皖江平原區(qū)［10］，土地覆被類型主要是耕地、水域和建設(shè)用地，該鎮(zhèn)林地覆蓋特點(diǎn)為小范圍點(diǎn)狀分布，在30 m空間分辨率下林地不易識別。

表2 東至縣林地面積變化

續(xù)表2 東至縣林地面積變化

3.2 時(shí)空分布變化

3.2.1 時(shí)空分布分析 東至縣西北部毗鄰長江，位于皖江平原區(qū)內(nèi)，其他大部分縣域范圍位于皖南山區(qū)，因此全縣林地的空間分布特征十分明顯，即西北部林地分布稀疏，其他大部分縣域范圍林地分布廣泛（圖2）。30年間，全縣林地空間分布格局比較穩(wěn)定。從二級林地類型分析，有林地在除大渡口鎮(zhèn)的其他縣域范圍均有分布，其中以木塔鄉(xiāng)、昭潭鎮(zhèn)和青山鄉(xiāng)分布最為集中；灌木林集中在縣域中部區(qū)域，以官港鎮(zhèn)、木塔鄉(xiāng)和花園鄉(xiāng)為主，其他區(qū)域零散分布；疏林地僅在葛公鎮(zhèn)小區(qū)域集中分布，縣域其他區(qū)域基本無分布；其他林地在林地中占比甚微，分布特征不顯著。

圖2 東至縣林地分布

3.2.2 轉(zhuǎn)化分析 1990—2020年林地轉(zhuǎn)出為其他土地覆被類型面積共450.13 hm2（表3），其他土地覆被類型轉(zhuǎn)為林地面積僅0.81 hm2，由水域和耕地轉(zhuǎn)化而來。林地轉(zhuǎn)出類型中，轉(zhuǎn)出為農(nóng)村居民點(diǎn)231.9 hm2，是影響林地面積最大的土地覆被類型，其次是工礦用地，轉(zhuǎn)出180.99 hm2，第三是城鎮(zhèn)用地，轉(zhuǎn)出36.88 hm2；上述3種土地覆被類型對林地生境質(zhì)量的影響較大，會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量造成威脅；另外，林地轉(zhuǎn)出為水域和耕地共0.36 hm2，對林地的影響微小。

表3 1990—2020年東至縣林地變化轉(zhuǎn)移矩陣 單位：hm2

林地轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)包括（圖3）東流鎮(zhèn)、官港鎮(zhèn)、花園鄉(xiāng)、泥溪鎮(zhèn)、勝利鎮(zhèn)、香隅鎮(zhèn)和堯渡鎮(zhèn)。其中香隅鎮(zhèn)和東流鎮(zhèn)的林地轉(zhuǎn)化方向以農(nóng)村居民點(diǎn)和工礦用地為主，且上述2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生林地被工礦用地侵占的區(qū)域位于香隅化工園區(qū)和東流經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)；官港鎮(zhèn)和泥溪鎮(zhèn)林地轉(zhuǎn)化方向以農(nóng)村居民點(diǎn)為主，說明上述2個(gè)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村生產(chǎn)是導(dǎo)致林地被侵占的主要原因；花園鄉(xiāng)和勝利鎮(zhèn)林地轉(zhuǎn)化方向是工礦用地，但面積較小，說明這2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在一定的工礦開發(fā)；堯渡鎮(zhèn)的林地轉(zhuǎn)化方向主要是城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民點(diǎn)，因縣城主城區(qū)在堯渡鎮(zhèn)，而且堯渡鎮(zhèn)的林地覆蓋比較豐富，因此在縣城主城區(qū)發(fā)展擴(kuò)張過程中，不可避免地對林地進(jìn)行了侵占。

圖3 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)林地轉(zhuǎn)出類型面積

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)林地變化強(qiáng)度由高至低排序是（圖4）：香隅鎮(zhèn)>東流鎮(zhèn)>堯渡鎮(zhèn)>泥溪鎮(zhèn)>勝利鎮(zhèn)>花園鄉(xiāng)>官港鎮(zhèn)>其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。香隅鎮(zhèn)和東流鎮(zhèn)因活躍的工礦和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，侵占了區(qū)域內(nèi)的林地，導(dǎo)致林地變化強(qiáng)度明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

圖4 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)林地變化分布和動態(tài)度

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論1990—2020年，東至縣林地面積減少449.4 hm2，林地總體變化幅度較小，全縣15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，僅洋湖鎮(zhèn)林地面積增加0.18 hm2，9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在不同程度的林地面積減少，5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)30年來林地面積保持不變。林地二級類型中，有林地面積占比具有絕對優(yōu)勢，灌木林次之，有林地和灌木林占林地總面積超過98%。林地面積的減少主要是有林地面積的減少，灌木林、疏林地和其他林地面積基本不變。建設(shè)用地對林地的侵占是林地面積減少最主要的原因，其中農(nóng)村居民點(diǎn)的擴(kuò)張對林地面積減少的影響最大，其次是工礦用地，然后是城鎮(zhèn)用地，其他土地覆被類型對林地面積的影響甚微。農(nóng)村居民點(diǎn)對林地的侵占主要發(fā)生在縣城主城區(qū)所在的堯渡鎮(zhèn)、沿江的東流鎮(zhèn)和香隅鎮(zhèn)以及縣域南部的官港鎮(zhèn)和泥溪鎮(zhèn)；工礦用地對林地的侵占主要發(fā)生在沿江的東流鎮(zhèn)和香隅鎮(zhèn)；另外城鎮(zhèn)用地對林地的侵占主要發(fā)生在堯渡鎮(zhèn)。林地面積變化強(qiáng)度最高是香隅鎮(zhèn)，東流鎮(zhèn)次之，上述2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)因其較高程度的工礦開發(fā)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對林地的侵占明顯，導(dǎo)致林地面積變化較劇烈。

4.2 討論以兩期30 m空間分辨率的土地覆被數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，探究了1990—2020年東至縣的林地變化情況，客觀反映出東至縣林地變化規(guī)律，為縣林業(yè)資源管理提供依據(jù)。今后在縣域尺度上對林地變化進(jìn)行研究時(shí)，可進(jìn)一步提高空間分辨率，進(jìn)而獲得更高的林地類型識別率和更好的分析精度；另外該研究僅考慮兩期的林地變化情況，數(shù)據(jù)的連續(xù)性不足，對中期可能出現(xiàn)的變化波動無法反映，可增加多期數(shù)據(jù)疊加分析，更科學(xué)地反映出縣域內(nèi)林地的連續(xù)性變化，及時(shí)為地方政府提供更科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)支撐。在未來的林業(yè)發(fā)展中，要科學(xué)規(guī)劃，因地制宜，分類施策，突出以生態(tài)優(yōu)先的林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，在保護(hù)好現(xiàn)有林地的基礎(chǔ)上，努力處理好林地資源與城市建設(shè)、工礦用地、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等之間的矛盾，建立一個(gè)更加穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，最大限度地實(shí)現(xiàn)林地資源的可持續(xù)發(fā)展。