1987-2014 年納帕海流域土地利用時空變化分析

王小蓮

（西南林業大學生態與水土保持學院，昆明650224）

1 引言

土地利用的動態監測影響到氣候變化、生態平衡與人類活動等全球性的核心問題[1]。20 世紀90 年代以來，隨著全球性問題關注度的提高及3S 技術的高速發展，促使土地利用變化的研究力度不斷加大，方法更加多樣化[2]。當前研究土地利用變化的常用技術是RS 和GIS，其涉及的數據信息源中，Landsat 影像的最小空間分辨率為30m，幾何精度較高，數據易于獲取。因此，在提取土地利用信息時可采用Landsat 影像。

納帕海濕地地處青藏高原東南緣，由于其對氣候變化和人類活動擾動響應的高度敏感，開展其土地利用時空變化研究，對區域生態、社會經濟可持續發展有著重要意義[3]。但現已開展的研究距今較為久遠[4，5]，因此，本文將利用支持向量機，提取納帕海流域1987、1996、2005 和2014 年的土地利用分類信息，分析研究區土地利用結構和動態變化，以反映近30 年境內土地利用的時空演變過程，為促進滇西北高原濕地區域的植被建設、土地資源開發利用與生態安全提升具有重要的現實意義。

2 研究區與數據

納帕海流域位于云南省香格里拉市西北角，地理位置為27°47′-27°55′N，99°35′-99°40′E，面積12046.51hm2，平均海拔3266m，屬低緯度高海拔，由草甸、沼澤、水面和湖周森林植被構成的季節性高原淡水湖泊沼澤濕地。四周山嶺環繞，屬寒溫帶高原季風氣候，受地形和大氣環流的影響，年平均降水量620mm，干濕季分明。1984 年建立納帕海省級自然保護區，2005 年被列入《國際重要濕地名錄》。

本文選用的遙感數據為1987 年、1996 年、2005 年、2014 年的Landsat 影像，其數據均來自地理空間數據云。獲取4 個時相Landsat 影像后，借助ENVI 5.3 軟件對其進行圖像預處理。

3 研究方法

3.1 分類方法

本文借助平臺ENVI，使用監督分類中的人工目視解譯分類方法——支持向量機，提取土地利用類型。

①支持向量機。首先通過自動尋找能對分類有較大區分能力的支持向量，其次構造出分類器，最后實現不同類別之間的間隔最大化。②建立分類方案與規則集。結合實地勘察和與研究時間相近的Google Earth 高分辨率影像進行對比匹配地類，在圖像上進行目視判讀，選取具有代表性的典型感興趣區（ROIs），根據ROIs 中已知的不同地物的光譜特征，通過訓練計算機，進行未知地物分類到已知的地類中，實現自動識別的目的。③分類后處理。分類后的圖像存在較多小塊的圖斑，其在一定程度上干擾圖像的美感和地物面積計算結果。因此，使用Classification 工具對小圖斑進行處理。依照研究區植被覆蓋/土地利用的特征，將其土地類型分為：林地、灌木林地、草地、耕地、建設用地和水域。

3.2 分析方法

為了分析納帕海流域土地利用類型變化速率及程度，引用土地利用動態變化模型，再結合轉移矩陣方法對數據進行整理。

①單一土地利用類型變化動態度是指一定時期內研究區某一種土地利用類型的數量變化。其表達公式如下：，式中，K 為研究期內某一土地利用類型動態度，Ua、Ub分別為研究初期、末期某一類型的土地利用面積，T 為研究周期。②土地利用類型轉移矩陣。不同的土地利用類型之間的變化是相互的，通過轉移矩陣列表實現不同地類之間相互轉化的定量性，揭示不同地物間的轉移概率。

4 結果與分析

參照國家標準《土地利用現狀分類》，結合納帕海流域的具體地理特征，利用支持向量機進行分類，得到1987-2014 年土地利用類型圖。草地空間很大，這是納帕海流域的自然資源優勢；水域變化幅度較平緩，其中部分水域僅在總體水量較大時出現；灌木林地與林地集中于區域邊緣，并且是相互轉化的，其中，林地整體是遞增的趨勢。

通過計算得到納帕海流域土地利用變化統計表。1987-1996 年研究區草地減少了328.89hm2，動態度為-0.61%。1996-2005 年建設用地變化最為顯著。2005 年建設用地為1042.57hm2，比1996 增加了625.96hm2，動態度為16.69%。2005-2014 年林地變化較為顯著，草地降低了509.81hm2；耕地增加了4.25hm2，動態度為0.03%；灌木林地面積減少了1107.73hm2，林地面積增加了1318.29hm2，這主要受林業管理和當年降水量多的影響。1987-2014 年納帕海流域土地利用變化最大的是灌木林地—林地的轉化，林地面積共增加了1569.68hm2。

為理清其不同土地利用類型之間的轉換，將演算不同地類間的轉換矩陣來分析其如何轉換及轉化量大小。1987-1996年期間，共有929.90hm2的其他土地利用類型轉化為草地，1258.79hm2的草地轉換為其他地類，以草地與水域、耕地的轉化為主。原因是當處于降水充沛時，水體淹沒草地，當地居民在原有的草地上進行農作物耕作。521.08hm2的灌木林地轉為林地，原因在于先前低矮的灌木成材，這說明當地管理部門已逐漸開展生態保護并取得相應的效果。最后，建設用地增加了151hm2，說明僅在1987-1996 年期間，研究區內人類活動強度開始增大。

1996-2005年建設用地呈持續增長趨勢。草地、耕地與建設用地的轉化較為劇烈，其原因是人口增長、社會經濟發展以及基礎設施的擴建，例如香格里拉機場和環湖公路的建設、“三江并流世界自然遺產”申請成功，納帕海區域及其周邊的生態旅游蓬勃發展，推動了與旅游服務緊密相關的基礎設施建設，導致區域內草地和耕地大面積被占用。在這期間，381.39hm2的林地轉為灌木林地，這和當地的氣候條件與居民的生產生活方式相關，例如伐木用于取暖、建筑。值得注意的是，282.03hm2的耕地轉化為草地，而草地有258.50hm2變更為灌木林地，說明在2002 年云南省全面啟動退耕還林還草工程略微有成效。

2005-2014年間林地仍呈增長趨勢，其中1251.56hm2的灌木林地轉為林地，這很大程度上得益于先前的退耕還林政策的實施；草地與建設用地的轉化尤為顯著，540.05hm2的草地轉化為建設用地。建塘鎮及周邊地區人口增長、經濟建設的迅猛發展，致使城區不斷擴建，而當地短暫高峰的旅游形式致使草地踐踏嚴重，加劇了草地銳減。

5 結論

以納帕海流域為研究區，采用1987 年、1996 年、2005 年和2014 年四景影像為數據源，獲取四個時期土地利用狀況，對近30 年土地利用的動態變化，并結合區域自然資源條件及社會經濟發展歷程進行分析。得到以下結論：

在研究時期內，土地利用變化顯著，草地呈逐年下降，建設用地逐年上漲，林地、灌木林地、水域則不呈線性變化，耕地變化幅度較小。通過分析，區域社會經濟快速發展是土地利用變化的主要原因。林地與灌木林地之間的轉化，我們應繼續加強當地林業管理保護工作，并跟進環境保護宣傳工作以提高居民的環保意識；就土地利用類型圖可看出大片草地面積被占用，建設用地面積的增長主要集中于納曲河南岸區域。隨著居民生活水平、旅游聚集度的提高，對建設用地的需求都在不斷增長。預計在將來很長的時間里，納帕海流域的旅游服務產業收入將會進一步增加，區域的生產總值將會持續增加，人口以及建設用地面積也將顯著增長。