重慶市石柱縣土地利用變化分析

王芳?邵景安 黨永峰

[摘 要]選取重慶市石柱縣為樣區，使用TM、SPOT-5影像及其它相關基礎圖件數據，運用Markov模型對研究區1995～2015年近20年間的土地利用變化特征進行系統分析，揭示其土地利用類型變化及演變規律，結果表明：1樣區土地利用類型在數量上呈現為林地>耕地>草地>水域>建設用地，其中林地和耕地所占總面積的比例超過了90%。2樣區1995～2015年，五種土地利用類型的面積隨時間變化存在差異：草地和耕地面積不斷減少，林地和建設用地面積持續增加，水域變化不顯著。3樣區五種土地利用類型在空間格局變化上主要呈現為耕地—林地、耕地—建設用地、草地—林地和草地—建設用地四者之間的轉換。

[關鍵詞]土地利用；Markov模型；重慶市；石柱縣

[中圖分類號]F301 [文獻標識碼]A

土地利用/覆被變化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）是人類活動對地表影響的重要載體。歸納起來，國外的學者注重從宏觀角度定性的研究大規模尺度上的LUCC變化特征及其驅動因素，尤其側重于借助各種模型對未來土地利用情況進行模擬預測，評價其對資源環境的影響，特別是北美流派和歐洲流派；而國內大多數學者關注的是大中城市及其周邊地區和經濟快速發展的熱點地區，對山地城市生態保護區域的土地利用變化及其驅動因素的研究有限。

石柱縣位于三峽庫區重慶市生態保護發展區，具有生態環境脆弱、經濟發展不足以及少數民族聚集等特點，土地利用類型的變化對當地居民生活生產以及經濟發展具有重要的作用和實際影響。

1 材料與方法

1.1 區域概況

重慶市是我國西南地區典型的山地都市區，樣區石柱土家族自治縣（簡稱石柱縣）（107°59′22″～108°34′45″E，29°39′29″～30°32′45″N），位于長江上游地區、重慶東部，三峽庫區腹心，是集少數民族自治縣、三峽庫區淹沒縣、生態保護發展區縣于一體的特殊區域。樣區氣候屬亞熱帶濕潤季風氣候區，年均氣溫16.5℃，年均降水量1103.0 mm。土壤以黃壤、黃棕壤、紫色土、水稻土等為主。

1.2 數據來源及處理

本文中使用的基礎地理數據：1995年30m分辨率TM影像來源于中科院地理所資源環境數據中心；2005年和2015年2.5m分辨率SPOT-5影像來源于國家林業局調查規劃設計院；1995年和2005年1：1萬土地利用圖、2010年1：1萬國土二調數據、1：1萬地形圖、1：1萬道路和居名點分布圖來源于石柱縣國土局；30m分辨率DEM來源于中國西部數據中心。社會經濟數據：主要來源于《石柱統計年鑒》以及石柱縣各年公布的國民經濟和社會發展統計公報；2005年的退耕還林以及天保工程等的補償信息來源是石柱縣林業局。

將所有矢量數據在Arcgis10.0軟件中經過坐標轉換統一投影在西安80坐標系下，進行格式轉換，所有的柵格數據大小為30m×30m，然后再提取各個不同地類和選取驅動因子等處理后，將所有數據統一轉換成二進制文本格式，在IDRISI Selva 17.0中再將數據轉為IDRISI能夠識別的rst柵格格式，最后再運用Markov模型和Logistic模型生成土地利用轉移矩陣和驅動因子的回歸分析。

1.3 研究方法

在Markov過程中，系統的將來狀態僅僅依賴于當前狀態。

Markov模型的公式為：

（1）

（2）

式中，X（t）表示隨機事件在t時刻的狀態；P表示狀態轉移概率矩陣，取值范圍為[0，1]；X（t+1）表示隨機事件在t+1時刻的狀態。通過創建t1至t2的土地利用變化轉移概率矩陣，可以直接用于分析土地利用類型面積的變化信息，也可作為Markov鏈分析中的狀態轉移概率矩陣，用以預測土地利用變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 土地利用類型總體特征

1995-2015年間，林地和耕地一直是主要土地利用類型，其中，耕地、草地呈現減少趨勢，林地、水域、建設用地呈現增加趨勢。林地在五種土地類型中占絕對主導的地方，隨著時間推移，林地面積和林地占總面積的比例具有顯著增加，其中，林地面積增加幅度較大，1995年面積為165607.37hm2，占全縣的55.23%，在以后的每個10年均是呈現增長趨勢，到2015年面積已到達210089.41 hm2，占全縣面積比例的70.06%；耕地的面積僅次于林地，1995年為106335.58 hm2，占全縣面積比例的35.46%，但數量變化趨勢正好與林地相反，20年間處于不斷減少的態勢，到2015年耕地面積減少至67244.79 hm2，只占到全縣面積的22.43%。

樣區的土地利用類型20年間在空間分布上表現出明顯的異質性。林地和耕地以及草地在全縣的土地利用類型中占主導地位。林地類型的分布由西北到東南主要在方斗山、七曜山北部高山區和七曜山南部的中山區，基本上都是圍繞山地分布；耕地類型的分布由西北到東南主要是在沿江層山脊淺丘的平壩區和方斗山—七曜山所夾的槽谷區；草地類型的分布則是處于林地和耕地交錯帶區域，1995年和2005年主要是在七曜山北部的高山區以及沿江平壩區，而2015年大部分的草地分布轉移至了方斗山低山區，七曜山北部高山區也有分布，跟10年和20年前相比，分布明顯減少。

2.2 土地利用類型動態變化

對比1995～2015年的面積轉移矩陣可知，耕地、林地、草地和建設用地四者之間的轉換最為顯著。在1995～2005年期間，主要表現為耕地、林地和建設用地之間的轉換：大量的耕地轉換為其它用地類型，其中林地和建設用地是主要的轉換去向；部分的林地類型轉為耕地、草地和建設用地；少量的草地轉換為耕地、林地和建設用地。因此由1995～2015年的面積轉移矩陣可以看出，樣區在這近20年間各個土地利用類型間均有不同程度的轉換，其中耕地、林地、草地和建設用地之間的轉換更為頻繁和劇烈。

圖2 樣區1995～2005年、2005～2015年、1995～2015年土地利用類型變化轉移圖

樣區土地利用類型轉換的空間格局分布上具有較強的異質性（圖2）。由1995～2015年的用地類型轉換可以看出，全縣主要的土地利用類型轉換是耕地—林地、耕地—建設用地、草地—林地和草地—建設用地四者之間的轉換。在不同時期內各個用地類型的轉換和空間分布存在較大差異：在1995～2005年期間，用地類型間的轉換主要是耕地—林地和耕地—建設用地；在2005～2015年期間用地類型間的轉換主要是耕地—林地、耕地—草地、耕地—建設用地、草地—林地和草地—建設用地；在兩個時期中也有少量的轉換為耕地、草地和建設用地，但可以從圖上看到，分布的范圍比較零散和破碎。而研究區土地利用類型在地域上的變化轉移20年間都比較穩定，耕地—林地、耕地—草地和耕地—建設用地的轉換主要分布在方斗山西部較中緣、坡度較不平緩地區和槽谷區耕地林地交錯帶靠近山地的部分；草地—耕地和草地—建設用地的轉換則分布在方斗山和七曜山下緣坡度較平緩的地區，而草地—林地的轉換分布與兩山海拔較高、坡度也較大的區域。

3 結論與討論

本文通過選取三峽庫區的重慶市生態保護發展區石柱縣作為武陵山區的典型區域，對研究區1995～2015年近20年間的土地利用變化特征進行了系統分析，結論如下。

（1）樣區的土地利用類型無論是在數量上還是空間分布上，均是耕地和林地兩種用地類型占主要地位，面積比例總和占全縣面積的90%以上。其中林地的分布是最廣泛的，到2015年已占全縣面積比例的70.06%；耕地的分布面積僅次于林地，到2015年只占到全縣面積的22.43%；草地面積總量雖不大，但是整體所占比例也大于水域和建設用地總和。

（2）樣區各個土地利用類型的動態變化存在較大差異。1995～2015年近20年間，耕地和草地用地類型在數量上處于持續減少狀態，林地和建設用地類型在數量上呈現出不斷增長的趨勢，水域類型的數量變化整體幅度不大。

（3）樣區土地利用類型的動態變化在空間格局分布上具有較強異質性，全縣主要的土地利用類型轉換是耕地—林地、耕地—建設用地、草地—林地和草地—建設用地四者之間的轉換。

隨著全國工業化、城鎮化的快速發展，樣區石柱縣作為三峽庫區山地城市生態保護發展區的典型區域，未來土地利用類型將會繼續發生巨大的變化。同時伴隨著在天保工程、退耕還林還草以及土地流轉等政策法規的頒布與實施，耕地和草地持續減少到最終保持穩定，林地的增長為生態壓力過大起到了一定的緩解作用，建設用地的增長是匹配快速增長的人口以及社會經濟的必然趨勢。

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