拉薩市1990-2010年土地覆被變化分析

德吉央宗李愛農張正健邊金虎

（1.西藏自治區環境監測中心站生態監測與研究中心，西藏 拉薩 850000；2.中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所數字山地與遙感應用中心，四川 成都 610041）

土地利用是陸地表層系統最突出的景觀標志，也是承載地表各類物質和能量循環過程的重要載體，與全球變化、生物多樣性、可持續發展等研究密切相關。20世紀80年代以來，世界氣候研究計劃（WCRP）、國際地圈-生物圈計劃（IGBP）、全球環境變化的人文因素計劃（IHDP）、未來地球（Future Earth）等國際重大研究計劃分別將土地利用/土地覆被變化（land use and land cover change，LUCC）列為核心研究內容。LUCC受到自然環境和人類活動的共同作用，具有特定的時間和空間屬性。

拉薩市作為西藏的政治、經濟、交通等中心，隨著社會、經濟的發展和人口的增加，人類活動范圍不斷擴大，對各種自然資源的利用強度也不斷加大，可能對拉薩市的土地覆被格局產生不同程度的影響。同時，青藏高原是中國的生態脆弱區，土地覆被格局發生變化后可能打破原有的物質和能量平衡，且在短時間內難以恢復。已有研究中，除多等［1］利用1990-2000年的土地利用數據，系統分析了1990-2000年拉薩地區的土地利用時空變化特征及其驅動力。文章基于拉薩市1990-2010年的土地覆被產品，開展拉薩市土地利用/土地覆被空間格局及其動態變化研究，可為拉薩市的生態環境保護提供決策依據。

1 研究區概況

拉薩市（89°45'E至92°37'E，29°15'N至31°4'N）是中國西藏自治區的首府，位于西藏高原中部，喜瑪拉雅山脈北側，地處雅魯藏布江支流拉薩河中游河谷平原。包含城關區、堆龍德慶區、林周縣、墨竹工卡縣、達孜縣、當雄縣、尼木縣、曲水縣等8個縣區，面積約2.95萬平方公里。平均海拔約4800米（圖1）。

圖1 研究區概況

2 數據與方法

2.1 土地覆被產品

土地覆被產品來源于中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所數字山地與遙感應用中心。該中心在中國科學院戰略性先導科技專項“碳專項”以及環境保護-中國科學院“生態十年”專項的支持下，生產完成了中國西南五省市（重慶、四川、云南、貴州、西藏，面積約233萬km2）30m分辨率的土地覆蓋產品（Lei et al，2016）。一共包含四期，分別是1990年、2000年、2005年和2010年［2］。經過第三方機構大量野外調查數據的獨立驗證，西藏地區土地覆被產品一級類的總體精度為95.75%，kaapa系數為0.9419，二級類的總體精度為90.43%，kappa系數為0.8834。文章使用的數據為西藏拉薩市1990年和2010年的土地覆被產品。

結合“碳專項”的土地覆被分類系統［3］和拉薩市的土地利用實際狀況，研究將拉薩市的土地覆被類型劃分為8個一級類別：林地、灌木林、濕地、草地、耕地、人工表面、裸露地、冰川/永久積雪，以及26個二級類別：常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠針葉林、喬木綠地、常綠闊葉灌木林、落葉闊葉灌木林、森林沼澤、灌叢沼澤、草木沼澤、湖泊、水庫/坑塘、河流、草甸、草原、草本綠地、旱地、喬木園地、居住地、工業用地、交通用地、稀疏植被、裸巖、裸土、沙漠/沙地、鹽堿地、冰川/永久積雪。

2.2 研究方法

2.2.1 利用統計分析工具，分別統計拉薩市在1990年和2010年每種一級類型和二級類型的面積及其所占比例。

2.2.2 利用空間分析工具，分別計算拉薩市1990-2010年間土地覆被產品的一級類型和二級類型的變化量、變化區域和動態變化率。其中動態變化率k的計算公式如下。

式中，Sa和Sb分別為研究時段起止時間各土地覆被類型的面積，通常以年為單位，T為統計研究時段長，當以年為時長單位時，則計算得到的k為年動態變化率。

2.2.3 計算各一級土地覆被類型1990-2010年的動態轉移矩陣，分析土地覆被轉移的規律和驅動因素。

3 結果與分析

3.1 拉薩市土地利用/覆被現狀

1990年和2010年草地、灌木林和裸露地是拉薩市主要的土地覆被類型，稀疏植被是裸露地的主要組成部分，主要分布于拉薩市的北部與西部地形條件相對較差的區域，草地主要分布于當雄縣、尼木縣、墨竹工竹卡縣；灌木林主要分布于堆龍德慶區、林周縣、墨竹工卡縣和達孜縣。耕地多以旱地呈現，主要分布于市中心周邊和各大河流河谷兩邊的階地，居住地尤其開發新區主要分布在拉薩大河沿岸。

3.2 拉薩市土地覆被動態變化特征

拉薩市各土地覆被類型在1990年和2010年的面積及20年間的變化情況見表1。

從表1可以看出，草地是拉薩市最主要的土地覆被類型，在1990年和2010年分別占全市總面積的46.70%、46.60%，依次為裸露地、灌木林、濕地、耕地、冰川/永久積雪、人工表面、林地。20年間，拉薩市林地、濕地、人工表面、裸露地面積呈增加趨勢，增長量分 別 為 0.72km2、24.13km2、26.00km2和 19.00km2；草地、耕地、冰川/永久積雪的面積呈減少趨勢，減少量分別為 24.55km2、27.97km2和 17.33km2；1990-2010 年間裸露地面積變化量最大，其主要是稀疏植被的增加；灌木林面積變化量最小，引起其微小變化的主因是落葉、闊葉灌木林的變化。草地、濕地、耕地、人工表面的顯著變化其主要因為拉薩市草原、湖泊、水庫/坑塘、旱地、居住地、交通用地的覆被變化。

3.3 拉薩市土地覆被動態轉移分析

土地利用轉移矩陣來源于系統分析中對系統狀態與狀態轉移的定量描述［4］。能夠全面具體地分析研究區的土地利用變化的數量結構特征和各土地利用類型間的轉化關系，從而提高對土地利用和土地覆蓋變化動態過程的認識以及預測土地利用和土地覆蓋變化的能力［5-6］。文章對拉薩市20年來一級土地覆被類型的轉移情況進行了統計，得到土地利用覆被類型間的轉換關系表即拉薩市1990-2010年土地利用轉移矩陣（表2）。并根據所得土地利用轉移矩陣計算出各土地類型20年間的增長量、減少量以及凈變化量（表3）。

表1 1990年、2010年拉薩市土地一級、二級類型面積和變化量

表2 拉薩市1990-2010年土地利用轉移矩陣 單位：km2

表3 拉薩市1990-2010年土地覆被變化動態分析

表4 拉薩市1990-2010年一級土地覆被類型的年動態變化率（k值）

結合表2、表3、表4看出，1990-2010年的20年間，拉薩市一級土地覆被類型間的轉化較復雜，全市LUCC在數量和空間上發生了較大變化。拉薩市共有74.72km2土地覆被發生了變化，20年的總體動態變化率達0.23%.林地的轉入和轉出量都較小，凈增加量為0.72km2，年動態變化率為0.38%.濕地的凈增加量是24.13km2，轉入量為24.97km2，主要由草地和耕地轉化而來，轉出量只有0.84km2，年動態變化率為0.09%.草地的凈減少量是24.55km2，轉入量為1.95km2，主要由灌木林、濕地、耕地轉入，轉出量高達26.50km2，年動態變化率為-0.01%.耕地的凈變化量最大，凈減少27.97km2，轉入量僅為0.32 km2，主要由濕地和草地轉入，但轉出量達28.29km2，除未轉為冰川/永久積雪外，其他類型均有轉出，年動態變化率僅為-0.19%.人工表面的凈變化量次之，凈增加26.00km2，主要由草地和耕地轉入，年動態變化率為1.47%.裸露地的凈增加量為19.00km2，轉入量為20.69km2，僅次于人工表面和濕地，其中由冰川/永久積雪的轉入量高達17.23km2，轉出量僅為1.69km2，年動態變化率為0.01%.冰川/永久積雪凈減少量為17.33km2，其中大部門冰川/永久積雪轉化為裸露地。

4 結論

研究所用的土地覆被產品一級類型的總體分類精度為95.75%，kaapa系數為0.9419，二級類的總體精度為90.43%，kappa系數為0.8834%，能夠準確反映拉薩市土地覆被空間結構特征，可為后續土地覆被相關分析提供數據基礎。

草地是拉薩市的最主要土地覆被類型，1990年和2010年分別占全市總面積的46.70%、46.60%，依次為裸露地、灌木林、濕地、耕地、冰川/永久積雪、人工表面、林地。

20年間，拉薩市林地、濕地、人工表面、裸露地呈現增長趨勢；草地、耕地、冰川/永久積雪面積呈現減少趨勢。

20年間，拉薩市共有74.72km2土地覆被發生了變化，總體動態變化率達0.23%.

一級類型中，耕地的凈變化量最大，年動態變化率僅為-0.19%.人工表面的凈變化量次之，動態變化率為1.47%.草地的凈變化量僅次于人工表面，動態變化率為-0.01%.濕地、裸露地、冰川/永久積雪的凈變化量僅次于草地，其中濕地的年動態變化率為0.09%，裸露地的年動態變化率僅為0.01%，冰川/永久積雪的年動態變化率為-0.13%.林地的凈變化量較小，年動態變化率為0.38%.

耕地面積減少，其中約3.40%轉變為人工表面和濕地，0.50%不同程度的轉化為林地、濕地、草地、裸露地。而耕地面積增加，只有由0.04%水體、草地、裸露地轉變。草地面積減少，其中約有0.18%轉變為濕地和人工表面。冰川/永久積雪面積減少，其中約有2.61%轉變為裸露地。

近20年間(1990-2010)，拉薩市土地覆被類型在數量和空間上發生了較為復雜的變化，氣候變化引發的自然表現、人口的持續增長和遷移、社會經濟發展以及人類社會經濟活動差異，是造成拉薩市土地覆被動態變化特征的主要驅動因素。

［1］除多，張鐿鋰，鄭度.拉薩地區土地利用變化［J］.地理學報，2006，61（10）:1075-1083.

［2］Guangbin Lei,Ainong Li,Jinhu Bian,et al.Land Cover Mapping in Southwestern China Using the HCMMK Approach［J］.Remote Sensing,2016,8(4):305.

［3］張磊.基于碳收支的中國土地覆被分類系統［J］.生態學報，2014，34（24）:7158-7166.

［4］季惠穎，趙碧云.遙感技術在環境監測中的應用綜述［J］.云南環境科學，2008，27（2）:21-25.

［5］徐嵐，趙羿.利用馬爾柯夫過程預測東陵區土地利用格局的變化［J］.應用生態學報，1993，4（3）:272-277.

［6］魯春陽，齊磊剛，桑超杰.土地利用變化的數學模型解析［J］.資源開發與市場，2007，23（1）:25-27.