石漠化地區(qū)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元工程配置對(duì)土地利用的影響

王瑾　周忠發(fā)　胡九超　賈龍浩

摘要：為研究人為干預(yù)下工程建設(shè)對(duì)土地利用類型變化的影響，在RS、GIS技術(shù)的支持下，以2008年AlOS影像及2011年環(huán)境衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)源，提取現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元土地利用變化信息，以土地利用轉(zhuǎn)移矩陣為基礎(chǔ)，構(gòu)建了土地利用凈變化量、交換變化量、總變化量的計(jì)算方法。通過(guò)定量分析可知，研究區(qū)灌木林地具有最大的總變化量；有林地凈變化量大于交換量；水田、旱地、草地的交換變化量相對(duì)較大；湖泊新增量與流失量相等；居民用地、煙田以凈變化為主，與新增量幾乎相等。人為干預(yù)、宏觀政策對(duì)土地利用的影響較為顯著，因此，科學(xué)合理規(guī)劃流域建設(shè)及管理才能優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：石漠化；土地利用變化；轉(zhuǎn)移矩陣；現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地

中圖分類號(hào)： S157文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）02-0381-03

收稿日期：2014-01-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（編號(hào)：2012CB723202）；貴州省國(guó)際科技合作計(jì)劃（編號(hào)：黔科合外G字[2012]7022號(hào)）；貴州省科技計(jì)劃（編號(hào)：黔科合GY字[2013]3062）。

作者簡(jiǎn)介：王瑾（1990—），女，新疆哈密人，碩士研究生，從事地理信息系統(tǒng)與遙感研究。E-mail：411372381@qq.com。

通信作者：周忠發(fā)，教授，博士生導(dǎo)師，從事地理信息系統(tǒng)與遙感研究。E-mail：fa6897@163.com。土地是人類賴以生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，土地利用變化是巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈相互影響的結(jié)果。中國(guó)南方地表石灰?guī)r大量出露，形成了不同類型的地貌景觀格局。貴州省是中國(guó)南方喀斯特分布的中心，全省喀斯特地貌面積約13萬(wàn)km2，占全省總面積的73.79%[1]，喀斯特構(gòu)成了整個(gè)自然景觀中最醒目的主體[2]。在自然因素、人為作用的相互影響下，人地矛盾日益尖銳，成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大阻礙。研究表明，土地利用變化、覆被變化是導(dǎo)致喀斯特山區(qū)石漠化的直接因素[3-5]。土地利用變化是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，在空間上呈現(xiàn)出不同土地類型的變化，在時(shí)間上服從于人類利用土地方式的改變速度，兩者都涉及變化的內(nèi)容、幅度問(wèn)題。遙感技術(shù)具有高技術(shù)性、新信息源、動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，是獲取空間信息、時(shí)間序列信息的重要手段?，F(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元的建設(shè)工程與石漠化綜合治理的若干工程措施不謀而合。本研究利用遙感手段，根據(jù)基地單元土地利用類型變化的參數(shù)，分析研究區(qū)在人為干預(yù)下土地利用空間變化過(guò)程，旨在為研究人為干預(yù)下工程建設(shè)對(duì)土地利用類型變化的影響提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

以貴州省清鎮(zhèn)市流長(zhǎng)鄉(xiāng)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元為研究區(qū)域，主要研究馬場(chǎng)片區(qū)、流長(zhǎng)片區(qū)、犁倭片區(qū)。該研究區(qū)位于106°07′00″～106°20′30″E、26°30′00″～26°45′30″N，總面積為 300 km2，研究區(qū)為喀斯特高原地貌，地層主要以三疊系下統(tǒng)茅草鋪組為主，灰?guī)r與白云巖大量出露，區(qū)內(nèi)受烏江支流三岔河切割的影響，導(dǎo)致地貌組合形態(tài)以峰叢洼地、谷地為主，落水洞與地下暗河發(fā)育；土壤以黃沙壤、黃壤為主，pH值為 5.5～6.5，呈微酸性，有機(jī)質(zhì)含量豐富；屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫14 ℃，年平均降水量1 150.4 mm。研究區(qū)總?cè)丝?5 441人，耕地總面積9 072.1 hm2。煙草是研究區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)作物，2011年當(dāng)?shù)卣度氪罅抠Y金進(jìn)行煙水配套工程、大型密集烤房等項(xiàng)目建設(shè)。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

研究采用2個(gè)不同拍攝參數(shù)、時(shí)期的遙感影像，分別是2008年ALOS及2011年編號(hào)為HJ-1-B-CCD2-10-84-20110528的影像（表1）。利用3S技術(shù)對(duì)流長(zhǎng)鄉(xiāng)國(guó)家現(xiàn)代煙草基地單元的土地利用現(xiàn)狀與變化進(jìn)行分析研究。首先在1 ∶10 000的流長(zhǎng)鄉(xiāng)國(guó)家現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元地形圖上選取20個(gè)具有典型特征的地面控制點(diǎn)（GCP）對(duì)2008年、2011年的遙感影像進(jìn)行幾何精校正（誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi)），然后以校正過(guò)的2期影像為基準(zhǔn)（圖1）。運(yùn)用ArcGis 10、ENVI 4.8、ERDAS軟件分別對(duì)2008年、2011年的數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，考慮到季節(jié)因素，2期影像的拍攝時(shí)間大致選擇在同一時(shí)期。參照《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合近年來(lái)土地利用變化特征及野外考察結(jié)果，將研究區(qū)域各類用地分為水田、旱地、有林地、灌木林、湖泊、草地、煙田、居民用地等8類用地。采用目視判讀方法，建立解譯訓(xùn)練區(qū)，制作土地利用圖，再進(jìn)一步根據(jù)野外驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行修正[6]（圖2）。

1.3研究方法

1.3.1土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述[7]，較全面刻畫了區(qū)域內(nèi)不同時(shí)間段土地類型、結(jié)構(gòu)、特征的變化，其數(shù)學(xué)形式為[8]：表1ALOS與HJ-1系統(tǒng)星參數(shù)比較

式中：s代表面積；n代表土地利用的類型數(shù)；i、j分別代表研究初期與末期的土地利用類型。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可全面反映區(qū)域土地利用變化的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征與各用地類型變化的方向，因而在土地利用變化和模擬分析中具有重要意義。目前對(duì)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的應(yīng)用主要集中在直接分析土地利用類型面積的變化上，其中又以各土地利用類型面積的凈變化分析為主[9]。

1.3.2土地利用類型凈變化、交換變化 凈變化量表示t1至t2時(shí)期內(nèi)各地類面積變化，計(jì)算公式如下[10]：

Cj=max（Pj+-pjj，p+j-pjj）-min（pj+-pjj，p+j-pjj=|p+j-pj+|。（2）

式中：Pi+表示t1時(shí)間j地類的總面積百分比。Pjj表示t1至t2時(shí)間內(nèi)土地類型保持不變的百分比；p+j表示t2時(shí)間j種土地利用類型的總面積百分比；其中流失量（Pj+-Pjj）、新增量（p+j-pjj）可直接從矩陣中獲得，可同時(shí)從矩陣中獲取凈變化量、交換變化量、總變化量等統(tǒng)計(jì)量。當(dāng)某一地類Cj=0時(shí)，并不一定說(shuō)明無(wú)變化，可能該地類在某些地區(qū)流失土地，同時(shí)在另一區(qū)域可能獲得新增量。因此，要真實(shí)反映土地利用變化情況，就需要通過(guò)定量、定位空間分析方法，揭示凈變化量所隱含的信息，通過(guò)利用交換變化量（swap）來(lái)表示t1至t2期間各地類在位置上的變化，其表達(dá)式為：endprint

Sj=2min（Pj+-pjj，p+j-pjj）。（3）

式中：Sj表示地類j的交換變換量，交換變化量就是定量分析一個(gè)地類在一個(gè)地方轉(zhuǎn)換為其他地類，同時(shí)在另外的地方又有其他地類轉(zhuǎn)換為該地類的方法?？傋兓浚╰otal change）（TCj）由土地利用凈變化量（Cj）與交換變化量（Sj）共同構(gòu)成，計(jì)算公式如下：

TCj=Cj+Sj。（4）

整個(gè)區(qū)域土地利用景觀的總新增量與總減少量是相等的，整個(gè)區(qū)域土地利用景觀的總交換量、總凈變化量分別是各土地利用類型交換量與凈變化量之和的一半[11]。

2土地利用變化分析

2.1土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

借助于地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 10.0的相交功能對(duì)土地利用圖進(jìn)行疊置分析，獲取了土地利用的轉(zhuǎn)移矩陣（表2）。根據(jù)表2計(jì)算出2008年、2011年各地類的變化情況（表3）。

從表3可以看出，研究區(qū)在2008—2011年灌木林地總變化量最大，占土地總面積的44.52%，其次是旱地、有林地、水田、草地，分別占31.21%、28.59%、19.72%、16.74%；煙田、湖泊、居民用地總變化量相對(duì)較小，分別占3.56%、0.74%、0.5%。此外各地類的變化構(gòu)成也不相同，其中灌木林地、旱地、草地主導(dǎo)了交換變化，有林地、水田的主導(dǎo)變化為凈變化。其中灌木林地具有最大的總變化量，交換變化量為40.78%，但是其凈變化量只有3.74%，交換變化量幾乎等于總變化量，這表明灌木林地的變化主要表現(xiàn)出強(qiáng)烈的空間位置轉(zhuǎn)移。有林地不同于灌木林地，其總變化量為28.59%，但其凈變化量達(dá)17.09%，凈變化量大于交換量，表明有林地的變化主要表現(xiàn)為數(shù)量的增加。水田、旱地、草地的變化一方面表現(xiàn)為流失量的增加，另一方面也表現(xiàn)為一定數(shù)量的交換變化。湖泊總變化量與交換變化量都為0.74%，并且新增量與流失量相等，說(shuō)明湖泊只是發(fā)生了空間位置的轉(zhuǎn)移。居民用地、煙田以凈變化為主，凈變化量與新增量幾乎相等，說(shuō)明居民用地、煙田主要表現(xiàn)為數(shù)量的增多。

2.2工程配置下土地利用變化分析

現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)基地單元建設(shè)工程包含基本煙田土地整理、育苗大棚建設(shè)、煙水配套工程建設(shè)、機(jī)耕道建設(shè)等工程措施，也包括育苗、種植、采收、烘烤、收購(gòu)等煙草生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化流程（表4）。

研究區(qū)在工程配置下土地利用類型轉(zhuǎn)化主要有以下特點(diǎn)：2008—2011年土地轉(zhuǎn)移總面積占研究區(qū)土地總面積的72.79%，說(shuō)明研究區(qū)各地類的轉(zhuǎn)移明顯增加。貴州省土地資源具有類型復(fù)雜多樣、分布錯(cuò)綜、山地多、坡度大等特點(diǎn)，土地資源較少，且難利用土地比重大，存在坡度大、土層薄、裸巖多、酸度大、土中礫石多、質(zhì)地不良等問(wèn)題。2008—2011年，灌木林地面積不斷減少，煙田轉(zhuǎn)出面積很少?；貑卧獌?nèi)流長(zhǎng)鄉(xiāng)、犁倭鄉(xiāng)氣候適宜、日照充足、雨量充沛、土地資源豐富，宜種煙土地 5 400 hm2，均為煙草種植適宜區(qū)、最適宜區(qū)，相應(yīng)的煙田面積不斷增加。近幾年來(lái)，煙草種植規(guī)模逐年遞增，種植面積從2006年的746.5 hm2增加到2010年的 1 127.1 hm2，2011年種植面積達(dá)3 158.3 hm2，農(nóng)民年平均收入也從5 000元增長(zhǎng)為4萬(wàn)元，因而人們?cè)絹?lái)越偏向于種植經(jīng)濟(jì)類作物。旱地是研究區(qū)總量變化較大的土地類型，總面積逐年減少。2009年以后，為推進(jìn)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，投入煙水配套工程覆蓋基本煙田面積2 552.2 hm2，占規(guī)劃基本煙田面積的76.56%，包括蓄水（引水）工程4個(gè)、提灌工程2個(gè)、自建小水池454口等；建設(shè)10 km，覆蓋基本煙田320 hm2的機(jī)耕道。2008—2011年土地利用類型發(fā)生了不同程度的轉(zhuǎn)變，因此，自然因素、工程建設(shè)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整占主要因素。

3結(jié)論與討論

在GIS技術(shù)平臺(tái)上，將不同時(shí)期的土地利用進(jìn)行疊置分

析，運(yùn)用各種模型，計(jì)算土地利用變化動(dòng)態(tài)度及轉(zhuǎn)移矩陣的相關(guān)指標(biāo)，可有效研究土地利用變化規(guī)律，結(jié)果表明，研究區(qū)以煙田、水田、旱地、有林地、灌木林地為主，其他居民用地、草地、湖泊比重較小，這種特征決定了該流域以農(nóng)牧業(yè)為主。同時(shí)各種土地利用種類變化趨勢(shì)不同。貴州省土地類型復(fù)雜多樣，灌木林地、有林地面積不斷減少。農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，導(dǎo)致一些農(nóng)業(yè)用地向具有更高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)換。煙水配套工程、機(jī)耕道、烤房群等配套工程建設(shè)導(dǎo)致更多耕地轉(zhuǎn)為工程建筑用地。復(fù)雜的自然條件是制約土地利用水平和結(jié)構(gòu)的重要因素，人為干預(yù)、宏觀政策對(duì)土地利用的影響較為顯著。因此，科學(xué)合理規(guī)劃流域建設(shè)和管理，才能優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]貴州省發(fā)展和改革委員會(huì)，貴州省科技廳，貴州師范大學(xué). 貴州省喀斯特石漠化綜合防治圖集[M]. 貴陽(yáng)：貴州人民出版社，2007.

[2]周忠發(fā). 貴州農(nóng)業(yè)資源生態(tài)環(huán)境典型GIS研究與應(yīng)用[M]. 貴陽(yáng)：貴州省人民出版社，2007.

[3]李陽(yáng)兵，高明，魏朝富，等. 土地利用對(duì)巖溶山地土壤質(zhì)量性狀的影響[J]. 山地學(xué)報(bào)，2003，21（1）：41-49.

[4]蘇維詞. 貴州喀斯特山區(qū)的土壤侵蝕性退化及其防治[J]. 中國(guó)巖溶，2001，20（3）：217-223.

[5]王思遠(yuǎn)，王光謙，陳志祥. 黃河流域土地利用與土壤侵蝕的耦合關(guān)系[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2005，14（1）：32-37.

[6]陳百明，周小萍.《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的解讀[J]. 自然資源學(xué)報(bào)，2007，22（6）：994-1003.

[7]齊師杰，張行南，夏達(dá)忠，等. 嘉陵江流域土地利用/覆被變化特征及其驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2013，30（1）：1-7.

[8]朱會(huì)義，李秀彬. 關(guān)于區(qū)域土地利用變化指數(shù)模型方法的討論[J]. 地理學(xué)報(bào)，2003，58（5）：643-650.

[9]陳春燕，王三. 都江堰市城市土地利用問(wèn)題研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（9）：4140-4143，4147.

[10]侍昊，薛建輝，馬婉麗. 1991—2006年無(wú)錫市土地利用變化動(dòng)態(tài)度及轉(zhuǎn)換參數(shù)分析[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，36（6）：63-68.

[11]劉瑞，朱道林. 基于轉(zhuǎn)移矩陣的土地利用變化信息挖掘方法探討[J]. 資源科學(xué)，2010，32（8）：1544-1550.劉文合，管慧旭，楊闖，等. 基于C++語(yǔ)言的溫室集雨池經(jīng)濟(jì)容積研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（2）：384-386.endprint