云南石林巴江河岸土地利用/土地覆被結構變化研究

李玉輝, 朱澤云, 丁智強, 楊民英

(云南師范大學, 昆明 650500)

云南石林巴江河岸土地利用/土地覆被結構變化研究

李玉輝, 朱澤云, 丁智強, 楊民英

(云南師范大學, 昆明 650500)

基于巴江河和石林公園的協同保護利用，采用遙感和地理信息系統技術分析了2014年、1992年、1984年云南石林縣巴江河岸1 000 m范圍的影像或土地利用/土地覆被變化。30年來，巴江河岸土地利用/土地覆被結構顯著變化，耕地面積保持56%以上，林地面積減少了54%、草地面積減少了95%。但住宅倉儲工礦用地增加106倍，園地面積增加7.6倍、石礫地裸地面積增加1.7倍，土地利用結構嚴重碎化。這種變化的直接動力是居民用地和倉儲用地等向河岸帶集中。石林公園列為世界地質公園/世界自然遺產地提升了巴江河作為其緩沖區河流的地位，但并沒有帶來巴江河岸土地利用結構的優化。作為石林世界地質公園組成部分和石林縣重要的景觀河保育，以2014年土地利用結構為基礎，應調整河岸土地利用結構，河岸帶林地可增加77%，分別來自減少的57%裸地石漠化地，10%的耕地調整以及住宅和園地增加的10%綠化。由此可知，巴江河上游地段土地利用結構應優先調整。

土地利用/覆被結構; 河岸景觀; 喀斯特; 世界自然遺產; 世界地質公園

河流沿岸土地利用/土地覆被是河流生態系統、沿岸居民生產生活、流域生態文明的重要景象，其土地利用的變化與調整受到重視[1]，多期遙感影像與適宜比例尺土地利用現狀圖是分析河岸土地利用變化/土地覆被重要的技術手段[2-5]。河岸植被、河岸土地變化驅動因素、防洪、水土流失、水源涵養，都市河流景觀與人文景觀融合[6-7]、河流生態恢復[8-9]、河岸土壤重金屬污染整治[10]、河岸生態公路建設[11]、對氣候變化的響應[12-13]等被廣泛的關注，河岸土地利用/土地覆被是關鍵。對于世界遺產地等世界性聲譽的保護地內或周邊河流河岸土地利用變化報告鮮見。本文以云南石林世界自然遺產地緩沖區河流巴江河為例，選取1982年、1992年、2014年巴江河影像和土地利用現狀圖，從傳統的村落集鎮生產生活節點網絡[14]到世界遺產地緩沖區河流的角度，分析其土地利用/土地覆被變化，討論世界自然遺產地/世界地質公園緩沖區河岸景觀帶建設。

1 研究區概況

巴江河穿越石林彝族自治縣(北緯24°30′—25°03′，東經103°10′—103°41′)，距昆明市86 km，屬于珠江流域上游南盤江水系一級支流。巴江河發源于石林彝族自治縣境內的石林世界自然遺產地北部乃古石林景區。石林縣境內巴江河長約57 km，巴江河年均產水量6.46億m3，徑流量在1.622億m3，占石林縣生產生活生態環境用水90%[14]。巴江河流域多年年均降雨量940 mm，年均溫14.6℃，屬亞熱帶高原干濕季風氣候，地帶性植被為半濕潤常綠闊葉林(滇青岡林、黃毛青岡林)，現狀植被以暖性針葉林云南松林和石灰巖灌叢為主[15]。巴江河上游(乃古石林—天生橋)、中游(天生橋—大疊水)集中了石林縣人口及耕地，下游(大疊水至南盤江)人口稀少，為峽谷河段。

2 研究方法

2.1 土地利用分類

參考國家統一土地利用分類標準，結合巴江地區利用現狀，將巴江河岸土地利用/覆被類型選定為住宅用地(建筑)(H)、園地(PG)、水體(W)、石礫地(R)、裸地(BL)、林地(J)、灌叢地(A)、工礦倉儲及公共服務用地(M)、耕地(F)、草地(草甸、荒地)(G)共10類。耕地包括水田及旱地，工礦倉儲及公共服務用地包含工礦點、倉儲地和城市廣場、政府用地以及影像圖上清楚明了的寬闊交通路面，石礫地包括石牙地和石漠化地。

2.2 數據源與數據處理平臺

本文影像資料分別是2014年2月份1∶50 000谷歌影像圖、1992年及1984年1∶50 000的土地利用現狀圖。依據確定的10類土地利用/土地覆被類型，通過實地調查確定巴江河沿線1 km范圍內的土地利用類型標志，與2014年影像圖做分布驗證，再用ArcGIS 10.02作源數據矢量化與空間分析軟件技術，得出三個時段的土地利用類型矢量化數據，建立1984年、1992年、2014年三年土地利用數據庫，借助Excel進行土地利用斑塊數據統計分類和相關計算。為降低數據的錯誤率，三個時段土地利用現狀圖在捕捉工具環境下完成后，利用拓撲檢查工具進行拓撲檢查，查看線層、多邊形層是否存在重疊線、懸掛線、多邊形不封閉等拓撲錯誤[16]，以保證數據的正確性。各用地類型斑塊面積計算初始幾何計算中單位為米，后期的轉移矩陣計算中調整為km，以保證計算數據的精度。測得1984年、1992年和2014年的巴江河河岸土地利用面積分別是118.54 km2，116.6 km2，119.8 km2，三次統計面積誤差<3%。巴江河流量、降雨量資料來自黃家莊水文站。

3 結果與分析

3.1 土地利用/土地覆被變化

1984年、1992年、2014年的30 a中，巴江河沿岸1 km范圍內的土地利用結構發生了顯著變化。1984年、1992年、2014年三個分析年份，耕地面積占巴江河岸帶面積同期的59.94%，67.82%，56.48%(圖1A)，先增后減，保持56%以上；林地占10.61%，9.64%，5.97%，急劇減少了54%；灌叢地占11.87%，4.34%，7.88%，先顯著減少，后又增加。三個分析年份的住宅(2.81%，5.86%，10.9%)、石礫地(1.54%，4.11%，4.11%)、裸地(0.21%，0.89%，5.49%)、倉儲工礦用地(0.05%，1.24%，5.38%)、園地(0.17%，0.65%，1.47%) 則是面積占比顯著增加；水體面積(1.01%，2.00%，1.66%)占比相對穩定，草地面積占比(11.80%，3.45%，0.64%)顯著減少。斑塊數量上(圖1B)，所有土地利用類型的斑塊數量顯著增加，數量增加2倍至10多倍。巴江河岸的土地利用/土地覆被結構碎化趨勢突出。這在斑塊平均面積表現更為突出。三個分析年份的灌叢地斑塊平均面積(87.97 hm2，15.34 hm2，3.92 hm2)和草地的斑塊平均面積(草甸、荒地)(60.84 hm2，19.14 hm2，3.82 hm2)減少20多倍(圖1C)；林地斑塊平均面積(43.34 hm2，25.54 hm2，6.22 hm2)減少7倍，耕地(131.58 hm2，155.06 hm2，19.16 hm2)先增后顯著減少，減少約6倍；園地(10.18 hm2，5.87 hm2，5.73 hm2)減少2倍。水體斑塊平均面積(7.02 hm2，11.67 hm2，3.42 hm2)、石礫地斑塊平均面積(8.68 hm2，17.12 hm2，4.51 hm2)、工礦倉儲及公共服務用地斑塊平均面積(1.8 hm2，18.01 hm2，2.56 hm2)先增后降，減少2倍。裸地斑塊平均面積(3.05 hm2，6.94 hm2，2.94 hm2)先增后又變小，住宅用地(建筑)斑塊平均面積(7.57 hm2，6.63 hm2，7.59 hm2)基本不變。

H：住宅用地(建筑)；PG園地；W水體、R石礫地；BL裸地；WL林地、SH灌叢地；M工礦倉儲及公共服務用地；F耕地；G草地(草甸、荒地)。

圖1石林巴江河河岸土地地利用

在巴江源頭，石礫地增加，林地碎化。石林縣城和縣城南部的住宅地、工礦倉儲地顯著擴展，林地顯著減少，北大村至天生橋、大石林景區一帶的住宅地、倉儲地顯著增加，林地減少，石礫地增加；乃古石林景區的林地、住宅地增加，大疊水景區的耕地碎化、住宅地增加。景區與水體附近是30 a來用地變化的集中區域，河岸帶景觀結構顯著改變。

3.2 巴江河岸土地利用轉化與驅動力

1984—1992年，1992—2014年的兩個時段內，未發生轉移的耕地面積分別是72.8%和81.7%(表1A)，而林地面積發生了50%的轉化(減少)，草地面積的轉化率分別是28.5%和37.2%，水體面積轉化率分別是26.8%和53.5%。研究期內移出較少的用地類型有工礦用地(<11.5%)、園地(<2.6%)、裸地(<3.1%)。1984—1992年時段內面積顯著變化而1992—2014年面積保持相對穩定的用地類型是草地(轉化率分別為30.6%和小于9.7%)和灌叢地(轉化率分別是40.4%和小于21.6%)。草地(草甸、荒地)的轉入和轉出的用地類型都是石礫地和灌叢地(表1B)。工礦倉儲及公共服務用地主要轉為林地，原因是加強了城鎮綠化。

1984—1992年期間的石礫地是工礦倉儲及公共服務用地的主要來源，1992—2014年耕地是其主要來源。裸地主要來自于耕地，表現為閑置或丟慌，閑置耕地面積分別是0.5 km2，4.6 km2，這是耕地浪費。石礫地主要來自灌叢地和耕地，1984—1992年，石礫地面積新增4.5 km2；1992—2014年，石礫地面積增加3.7 km2，集中于巴江河流域中上游地區，這是中下游耕地轉化為工礦城鎮用地后，開荒導致的石漠化。灌叢地主要由耕地轉入，集中在河流上游及中下游河岸，以經濟林木為主，如桉樹、板栗、核桃等。灌叢地主要轉變為石礫地。新增水體面積主要來自耕地，修建庫壩；但水體面積主要轉為裸地，與喀斯特洼地的旱澇轉變有關。新增園地面積主要來自耕地，園地的轉移類型為住宅用地和石礫地。新增住宅用地(建筑)主要來自耕地，住宅用地的轉出類型主要是園地和工礦倉儲及公共服務用地。住宅和工礦倉儲用地向水體、遺產地(巴江河上游)、石林縣城集中，乃古石林、大石林景區、黑龍潭水庫壩區成為新的住宅倉儲用地中心。

調查分析發現，巴江河河岸帶的土地利用/土地覆被轉化的動力來自三個方面。一是石林世界地質公園石林世界自然遺產地帶來的投資效應，遺產地附近的水體和河岸土地是投資者的首選，這同時增加了部分河岸水體，這部分的土地轉移增量達718.6 hm2，驅動貢獻達25.5%。典型的代表是乃古石林景區的黑箐頭巴江河岸，投資興建度假區和果木園，再者是大石林景區附近天生橋至石林縣城的巴江河段，這里成為商業小鎮與商品房小區密集區。二是傳統村落擴張向巴江河岸移動，村民新建住房增加的住宅用地向河岸發展，既為自用，也為農家樂，這出現在整個巴江河，代表地點有和摩站、樂兒村、板橋村、白龍潭，土地增量達972.5 hm2，驅動貢獻達34.8%。三是因各種征地減少了耕地的農戶，自主向河岸荒地開墾以增加生產用地，這是河岸石礫地增加的直接原因，數量達309 hm2，土地利用變化貢獻達22.7%。典型是大山溝、和摩村。這些增加的用地量大部分來自草地(部分濕地)(貢獻49.6%)、林地(貢獻37.7%)、耕地(貢獻達12.8%)。因此，巴江河岸土地利用結構變化和轉移是當地產業結構調整與居民生活需要而產生。巴江河岸社會經濟地位雖因石林列入世界地質公園/世界自然遺產而發生改變，從種養為主的傳統村落與縣域經貿文化活動為中心的河岸帶轉變為世界自然遺產地/世界地質公園緩沖區的河流，但并沒有帶來巴江河岸土地利用結構的優化，符合河岸生態功能與景觀功能的土地利用結構仍未形成，巴江河岸土地利用結構納入石林世界地質公園/世界自然遺產地景觀保護保育仍處于期望中。

表1 巴江河岸土地利用變化特征

注：表中各百分比為所列土地利用類型之和(100%)；H住宅用地(建筑)；PG園地；W水體、R石礫地；BL裸地；WL林地、SH灌叢地；M工礦倉儲及公共服務用地；F耕地；G草地(草甸、荒地)。

3.3 巴江河岸土地利用變化對河流產流影響

河流年流量累積和年降雨量累積曲線能清晰地表明人類活動對徑流的影響[17-18]，巴江河的年降水累積量與河流年徑流累積量曲線在研究時段沒有發生明顯偏轉(圖2A)，這表明研究時段內人類活動并沒有對巴江流域水量平衡要素造成太大的影響變化，在研究時段前的人類活動已強烈地影響了巴江流域產流。利用巴江河下游的黃家莊水文站(僅監測氣象和流量，不測量泥沙量)徑流量、降雨量對比分析，巴江河年徑流量(圖2B)變化與年降雨量(圖2C)變化密切相關，兩者顯著正相關(R2=0.744 3,p<0.01)。因此，巴江河是典型的雨養型河流，研究時段內的河岸土地利用/土地覆被變化不足以改變巴江河產流，對河流影響更多的可能是含沙量。

3.4 巴江河岸土地利用結構調整與河岸景觀重建

3.4.1 巴江河段劃分 河岸帶生態系統功能是河岸生境提供生態系統功能、產品和服務[12]，并受氣候和土地利用驅動。雖然森林植被能顯著提高河濱產流和穩定性，但明確規定河岸帶林地面積比例的成果鮮見[12-13,17]，石林縣政府也沒有明確規定巴江河岸帶土地利用結構的縣域規劃。因此，巴江河土地利用/土地覆被結構的調整，依據的是其作為石林世界地質公園/世界自然遺產地景觀河流處理。作為重要的景觀河，其主要功能一是巴江河沿岸居民休閑場所，二是石林世界地質公園/世界遺產地旅游的輔助景觀，石林縣域旅游發展農家樂、休閑游的重要吸引物；三是維護巴江河流生態系統穩定，減少水土流失或滑坡坍塌等地質災害。這就需要合理劃分巴江河段，協同石林世界地質公園/世界自然遺產地管理。

按巴江河與石林世界自然遺產地/世界公園和城鎮的空間關系，自巴江河源頭至巴江大疊水瀑布的巴江河岸區可分為三類。一是石林世界自然遺產地河道，二是傳統村落與現代集鎮河道，三是田園河道。作為石林世界自然遺產地/世界地質公園的巴江河道分別有上、中、下段。上段是巴江源頭和乃古石林景區團結水庫壩至高石哨的巴江河段，包括和摩站巴江河岸至高石哨地下伏流河段；中段是石林世界遺產地游客中心北大村至石林生態園附近河段，包括三家村—昆石高速路出口—樂爾村河道，下段是小疊水至大疊水瀑布河段。傳統村落和現代集鎮河道也有三段，北段是和摩站至北大村巴江河道，中段是石林縣城河段，下段是板橋巴江河段。石林世界自然遺產地/世界地質公園河段與傳統村落集鎮河段之間的河段就是田園河段。

圖2巴江流域主要水文、氣象要素變化趨勢

3.4.2 河岸土地利用/土地覆被結構調整 巴江河河岸土地利用/土地覆被結構調整的目標是增強河岸帶的水源涵養、治理水土流失、培育河岸觀賞休閑景觀(田園景觀)與自然景觀恢復。模擬研究表明河岸帶退耕還林、造林水保、種草水保對河濱帶生態功能(河流基流)具有積極效應，而全裸地、全草地、全林地、全耕地、伐林建城、除草建城具有顯著的負面效應[17]。因此，適當增加巴江河岸區的森林、濕地、草地比例是改善其生態功能的重要措施，依據可調整對象提出巴江河岸土地利用/土地覆被調整結構(表2)。

表2 巴江河岸土地利用/土地覆被調整

注:住宅地總面積實際調整為1501 hm2,但其中的15%的住宅區綠化林地歸入林地統計。

調整的具體布局和措施體現于河流分段中。在世界自然遺產地/世界地質公園區的河岸帶5～10 m范圍內，修建岸堤和栽培景觀防護林，綠化裸地、石礫地，林地增加10%以上，治理水土流失，形成鄉土景觀植物和觀賞性強的喬、灌、草組合景觀和河岸步行道。住宅用地總增加15%，增加用地來源為部分耕地和裸地、石礫地。城鎮和傳統村落的河岸帶土地利用/土地覆被結構調整以防洪與水景建設相結合；縣城和公園入口接待服務區附近河段的住宅用地區，提高15%的森林綠化率，培育居民休閑娛樂景觀。巴江河的田園河道區，以固岸護坡、防治水土流失、綠化荒地。除用于住宅和公共用地外，裸地和石礫地實現55%的森林綠化，禁止新開荒地。倉儲和公共用地(公路設施和步行道景觀)增加10%，來自耕地和裸地等。確保基本農田糧食生產前提下，發展特色經濟果品園林相融合景觀帶，耕地減少約10%。園地、草地和水體面保持穩定，減少斑塊數，提高景觀質量和產出。

石林地區適應巴江河岸生態景觀恢復和重建的植被類型有滇青岡林、黃毛青岡林、華山松林[10]，以及傳統的河岸楓楊林、柳樹林。選擇這些植被中的主要鄉土植物，構建巴江河岸區景觀林，如黃連木、清香木、滇青岡、黃毛青岡、云南木樨欖、滇樸、皮哨子、復葉欒樹、楓楊等。適宜河岸區園地發展經濟果木產業的物種主要有油桃、甜柿、高原黃梨、枇杷、甜楊梅、藍莓、葡萄等。這些自然植被/人工輔助恢復植被和經濟果木園地的重建是實現巴江河岸區土地利用/土地覆被結構調整的保證，以構建石林縣全域旅游和自然保護與水資源保護的河道景觀帶。

4 結 論

云南石林彝族自治縣的巴江河岸土地利用/土地覆被結構自1984年、1992—2014年期間發生顯著變化。除面積較大的耕地相對穩定外，林地顯著減少，生境結構碎化，住房工礦倉儲用地擴大且向水體、風景區、縣城集中，巴江河源頭石礫地裸地面積擴大。巴江河岸的土地利用/土地覆被的變化過程具有普遍性[2-6,13,17-18]，穿越城鎮、景區的河岸帶成為住宅、工商用地的熱點，作為世界遺產地緩沖區的河岸帶也不例外。石林世界地質公園/世界自然遺產地帶來的用地結構和產業結構變化并沒有使巴江河土地利用結構得到優化，以河岸帶森林地消減顯著為特征。按照世界地質公園/世界自然遺產地的緩沖區河流功能和景觀格局要求，對居民住宅和工商用地進行限制，治理荒漠化地或裸地，增加河岸帶林地面積等是河岸帶生態修復與景觀重建的重要內容。將巴江河段分為世界地質公園/世界自然遺產地緩沖區河段、傳統村落/現代城鎮河段、田園景觀河段三類河段，建成功能互補，融河道安全、水土流失治理、水源涵養增強、鄉土物種豐富、鄉村土景觀靚麗、特色農林經濟和休閑娛樂健身的世界自然遺產地/世界地質公園緩沖區的河岸景觀帶。2014—2025年，巴江河岸帶的林地面積從13.9%增加到24.7%，公共用地稍有增加(5.4%到5.9%)，裸地石礫地面積從9.6%減少到4.1%，耕地稍有減少(56.5%到50.8%)，其他用地基本保持穩定。

[1] 周玉良,袁瀟晨,金菊良,等.國內外河岸帶研究的進展與展望[J].地理科學進展,2005,24(5):33-40.

[2] Lam-Dao N, Pham-Bach V, Nguyen-Thanh M, et al. Change detection of land use and riverbank in Mekong Delta, Vietnam using time series remotely sensed data[J]. Journal of Resources and Ecology, 2011,2(4):370-374.

[3] Baudry J, Thenail C. Interaction between farming systems, riparian zones, and landscape patterns:a case study in western France[J]. Landscape & Urban Planning, 2004,67(1/4):121-129.

[4] Fujihara M, Kikuchi T. Changes in the landscape structure of the Nagara River Basin, central Japan[J]. Landscape & Urban Planning, 2005,70(3/4):271-281.

[5] 梁國付,丁圣彥.河南黃河沿岸地區景觀格局演變[J].地理學報,2005,60(4):665-672.

[6] 鄭伯紅,湯建中.都市河流沿岸旅游文化景觀帶功能開發:以上海蘇州河為例[J].旅游科學,2002(1):32-35.

[7] 趙霏,郭逍宇,趙文吉,等.城市河岸帶土地利用和景觀格局變化的生態環境效應研究:以北京市典型再生水補水河流河岸帶為例[J].濕地科學,2013,11(1):100-107.

[8] 李嬌嬌.城市河流生態恢復研究[D].杭州:浙江大學,2006.

[9] 周永章,宋書巧,楊志軍,等.河流沿岸土壤對上游礦山及礦山開發的環境地球化學響應:以廣西刁江流域為例[J].地質通報,2005,24(10):945-951.

[10] 韓琳,李征,曾艷,等.太湖流域河岸帶不同土地利用下草本植物葉片和土壤C,N,P化學計量特征[J].生態學雜志,2013,32(12):3281-3288.

[11] 李林,姜德義,王慶珍.龍河沿岸生態公路設計研究[J].公路交通技術,2007(3):168-170.

[12] Malanson G. P. Riparian landscapes[M]. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1993.

[13] Dufour S, Rinaldi M, Piégay H, et al. How do river dynamics and human influences affect the landscape pattern of fluvial corridors? Lessons from the Magra River, Central-Northern Italy[J]. Landscape and Urban Planning, 2015,134:107-118.

[14] 李鎮春.路南彝族自治縣志[M].昆明:云南民族出版社,1996.

[15] 金振洲.昆明植被[M].昆明:云南科技出版社,1997.

[16] 劉瑞,朱道林.基于轉移矩陣的土地利用變化信息挖掘方法探討[J].資源科學,2010,32(8):1544-1550.

[17] 劉柏君,周廣鈺,雷曉輝,等.海流兔河基流特征及其對氣候變化和人類活動的響應分析[J].水資源與水工程學報,2015,26(5):56-61.

[18] 吳宗婧,朱曉春,譚桂秋,等.河北4座水庫降雨徑流一致性分析[J].水資源與水工程學報,2012,23(6):188-192.

StudyontheRiparianLULCFeaturesofShilinBajianginYunnanProvince

LI Yuhui, ZHU Zeyun, DING Zhiqiang, YANG Minying

(YunnanNormalUniversity,Kunming650500,China)

On the basis of coordinating utilization and protection of Bajiang River with the Shilin park，the remote image(2014) and land-use maps(1984, 1992) of the 1 000 meters wide riparian zones in the Bajiang banks in the Shilin County of Yunnan Province were analyzed using Geographic Information Technology for the adjustment of the riparian land use/land cover (LULC). The results showed that the obvious change of LULC happened over the last 30 years. The cropland area accounted for more than 56% of the whole studied area; the woodland area greatly reduced by 54%, grassland reduced by more than 95%. And on the other hand， the warehouse area increased by 106 times, the areas of the garden land and the rocky land increased by 7.6 and 1.7 times, respectively. The fragmentation happened in all kinds of the land-use types there. The directly driver of the changes is a development of the resident house, warehouse and public facilities land in the riparian zones. Although the role of Bajiang River was further recognized because of the Shilin park′s status of the World Heritage sites and UNESCO global geopark, the LULC improvement of the Bajiang riparian zones was not come into action. As the component of the Shilin world-level protected area and key landscape river in the Shilin County, the riparian LULC structure should be adjusted. The woodland area on the riparian banks should be increased by 77% compared to its percentage in 2014, which come from the 57% of the reduced rocky land area, 10% of the farming land area and 10% area of the housing land and warehouse area for afforestation. The adjustment should be preferentially carried out in the upper part of the Bajiang River Basin.

land use/ land cover structure; riparian landscape; karst; world heritage; global geopark

2016-08-17

：2016-10-17

國家自然科學基金項目“亞熱帶高原表層帶結構和植被的協同演進機制研究” (41371514)

李玉輝(1957—),男,湖南邵東人,教授,研究方向是喀斯特資源環境和生態恢復。E-mail:lyh123zhang@163.com

P901

：A

：1005-3409(2017)05-0279-06