岷江上游藏區聚落土地利用演變及預測

陳 莉，王 青

（西南科技大學環境與資源學院，四川 綿陽 621010）

【研究意義】岷江上游是我國藏族、羌族集中分布的地區，這些民族以聚落形式存在，多分布于岷江上游干旱河谷區，具有一定的地理獨特性。在多源聚落文化背景下，由于居民的相對集中以及對土地資源利用的不合理，人類活動對山地生態環境的影響頻繁而顯著，岷江上游民族聚落人口、資源與環境之間的關系日益緊張，人地矛盾也日漸突出，表現為耕地面積波動、植被退化、水土流失加劇和山地災害頻發等，致使岷江上游成為典型的生態環境脆弱區［1-2］，惡化的地理環境反過來又對當地的農牧業發展造成影響，嚴重制約了當地的可持續發展。【前人研究進展】國內外關于岷江上游的研究主要集中在土地利用［3］、微生物［4］、土壤［5］、災害［6］以及生態保持與經濟發展之間的相互協調［7］，而關于民族聚落的研究多偏向于對各民族民俗文化的考察、開發、保護以及發展。例如，李萬斌［8］對藏羌民俗文化進行考察并提出相關開發對策；莊春輝［9］對阿壩州藏羌文化生態保護利用的價值及對策進行了探討；饒世權等［10］、肖遠平等［11］對藏羌文化保護與傳承的現狀進行了研究。近年來，梁潘等［12］探討了四川藏羌地區精準扶貧的現實困境與精準施策；劉延國等［13］研究了民族村寨與區域旅游極核的協同共生關系；樊敏等［14］基于聚落生態位，研究了聚落生態位地理特征及其驅動因子間的關系。然而，目前以民族聚落為研究對象，分析聚落內部土地利用情況的研究甚少。【本研究切入點】了解岷江上游民族聚落的土地利用格局情況，明確其土地利用變化特征，探究岷江上游民族聚落景觀格局的變化情況、多民族的生活方式以及生計方式對土地資源的利用情況，剖析藏羌民族交錯區人口與土地資源之間的影響機制，有利于當地人地關系的整體優化和協調發展。【擬解決的關鍵問題】本研究選取岷江上游藏區聚落為研究區，在遙感和地理信息系統技術的支持下，以山區聚落為基本研究單元，分析藏族聚落1995、2005、2015年以及預測的2025年4期土地利用變化，研究結果可為藏族聚落合理規劃、利用和科學管理土地資源、緩解人地發展矛盾、穩定多民族地區的持續發展提供有益參考。

1 研究區概況

岷江上游區域位于四川盆周山區向著青藏高原東部的過渡區，涉及五縣（阿壩藏族羌族自治州的汶川縣、茂縣、理縣、松潘縣、黑水縣）一市（成都都江堰市）。區內地形復雜、溝壑縱橫，主要有藏、羌、回、漢4個民族，多分布于干旱河谷地區。岷江上游藏族聚落共有835個，以前生計方式以農牧為主，如今生計方式較為多樣；羌族聚落666個，居民生計以農業為主。這些聚落均位于山原高原地帶，屬高原季風氣候區，農村居民居住半山和高半山，村寨分散且相距較遠，聚落垂直分異顯著（圖1）［15］。

圖1 岷江上游聚落的民族類型Fig. 1 The ethnic types in the Upper Reaches of Minjiang River

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

2.1.1 土地利用數據 資源環境數據云平臺（http://www.resdc.cn/），包含2005、2010、2015年的土地利用數據。該數據以美國陸地衛星Landsat TM/ETM+遙感影像為主，中巴地球資源二號衛星（CBERS-2）數據為補充，土地利用分類參照中國科學院《土地資源分類系統》，各期遙感影像幾何糾正后的平均誤差小于50 m，精度達到94.3%以上，解譯結果比例尺達1∶10 000。該結果能夠滿足本次研究的精度要求，但考慮到研究區土地資源的性質和特點，在研究時還是通過野外實地調查對解譯結果進行了修改和提高。

2.1.1 其他數據 主要包括《岷江上游生態水文研究圖集》、岷江上游各縣縣志、統計年鑒以及政府工作手冊等。

2.2 研究方法

2.2.1 CA-Markov模型 CA-Markov模型集馬爾可夫鏈和CA功能于一體，在應用馬爾可夫鏈對未來土地利用數量結構準確預測的基礎上，加強對土地利用空間格局的模擬能力［16］，充分保證了土地利用類型模擬與預測的精度和可信度，能夠有效地對土地利用結構數量及空間分布進行預測［17］。具體方法如下：利用岷江上游1995年和2005年土地利用數據生成的轉移矩陣，通過CAMarkov模型，以5×5濾波器、10次迭代，模擬預測2015年土地利用數據。為了確定其模擬精度，將模擬結果與2015年實際解譯結果進行對比驗證，整體Kappa系數為86.5%，表明預測方法和結果都可信。在此基礎上，運用相同方法以2015年為起始年份，模擬預測了岷江上游2025年土地利用數據。

2.2.2 土地利用變化 土地利用方式是人類適應自然、改造自然的結果，土地利用的動態變化是自然、社會經濟和生態綜合系統演變的直接表現。隨著社會經濟的不斷發展和城鎮化進程的不斷推進，山區藏羌交錯區聚落內土地利用方式也逐漸發生變化，主要體現在土地利用各類型在面積、空間［18-20］以及景觀格局［21］上的變化。本次選擇土地利用轉移矩陣、動態度來分析岷江上游藏區土地利用時間和空間的變化情況。

（1）土地利用轉移矩陣。土地利用轉移矩陣不僅反映了研究區某時間點各地類靜態的面積數據，更反映了研究區某一時段初期和末期各地類的面積相互轉化的動態過程，通用形式為：

式中，S為面積（hm2），n代表轉移前后的土地利用類型數，i代表轉移前的土地利用類型（i=1,2,…,n），j代表轉移后的土地利用類型（j=1,2,…,n），Sij表示轉移前的i地類轉移后的j地類的面積（hm2）［22］。

對矩陣中的行來說，表示轉移前i地類向其他地類轉移的流向信息，而列表示轉移后j地類由其他地類轉移的來源信息；轉移前后由于土地利用類型數的不同，Sij的行數和列數也不同。在此次研究中，采用我國《土地利用現狀分類》，根據研究區的具體情況，將研究區土地利用類型分為林地、草地、建設用地、裸地、旱地5種類型，得到一個5階方陣。

（2）動態度。單一土地利用類型動態度（K）可以用來表征研究區各種土地利用類型的面積在該時段內發生變化的快慢以及變化程度，絕對值越大，變化幅度越大，其數學表達式為：

式中，Ua是某種土地利用類型研究初期的面積（hm2），Ub是某種土地利用類型末期的面積（hm2），T為研究時段（年）。

根據上述方法，對岷江上游藏區聚落4期土地利用進行分析，得到表1和圖2（彩插一）。

3 結果與分析

3.1 1995—2005年土地利用特征及變化分析

根據1995—2005年土地利用面積轉移矩陣（表2），結合表1、圖2（彩插一）可知，在1995—2005年間，均以林地、旱田、草地為主，三者面積總和占總面積的99%以上，而建設用地和裸地面積較少。從各地類來看，研究區各地類的面積動態變化幅度較小。林地面積較大且分布廣泛，除松潘西部分布較少外，其他地區均有分布，林地面積減少最明顯，達1 493.69 hm2，減幅為5.57%，這源于退耕還林實施之前對環境的破壞，后期雖采取退耕還林等措施，但林地恢復周期長，效果不明顯。林地面積的減少是岷江上游藏區聚落環境持續破壞最直觀的表現。

1995—2005年間，各類土地利用類型中，草地、建設用地、裸地和旱地增加，其中建設用地面積增加幅度最大（92.16%）、增加139.52 hm2，草地和裸地分別增加了1 232.07 hm2和15.37 hm2、增幅8.92%和25.72%。草地集中分布在松潘一帶，其他地區分布較少，草地增加得益于該區退耕還林還草等政策的實施；建設用地面積小，少數地區分布比較集中，其余呈散點狀分布；裸地面積較少，主要分布在松潘西部；旱地斑塊呈片狀分布，主要分布于松潘北部和黑水地區，且靠近建設用地。這些用地的增加主要是該區域退耕還林還草等保護措施的實施，草地恢復周期短，效果比較明顯，也反映了岷江上游藏區聚落經濟活動的加強。

表1 岷江上游藏區聚落土地利用變化情況Table 1 Changes of land use of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River

表2 1995—2005年岷江上游藏區聚落土地利用轉移（hm2）Table 2 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 1995 to 2005

3.2 2005—2015年土地利用特征及變化分析

根據2005—2015年土地利用面積轉移矩陣（表3）來看，在2005—2015年間，研究區各地類的面積變化幅度較大，主要以林地、建設用地、草地和旱地為主，四者面積總和占總面積的99%以上，而裸地面積變化較少，但基本上處于動態平衡中，這一期面積的改變，主要由于“5·12”汶川地震［23-24］。從各地類來看，建設用地面積突增，增加幅度達到667.91%，面積增加1943.01 hm2，因為災后重建對土地的需求，使人們加大了其他地類的開發利用度，使得建設用地集中分布區增多，其余還是呈散點狀分布，而人口遷移使得原有建設用地逐漸荒廢。面積減少最明顯的是林地、草地、裸地和旱地，四者面積分別減少403.99、1 079.56、11.06、448.42 hm2，減幅分別為1.59%、7.18%、14.72%、2.84%。林地分布廣泛，除松潘西部分布較少外，其他地區均有分布，但總面積持續減少，這一方面是由于退耕還林實施之前對環境的破壞，后期恢復周期長、效果不明顯，另一方面是由于地震突發使植被資源遭受了嚴重破壞。草地還是集中分布在松潘一帶，面積也在減少，這主要是因為“5·12”汶川地震。旱地較前期略有減少，主要呈片狀分布于松潘北部和黑水地區。

表3 2005—2015年岷江上游藏區聚落土地利用轉移（hm2）Table 3 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 2005 to 2015

3.3 2015—2025年土地利用特征及變化分析

2015—2025年岷江上游藏區聚落各土地類型分布（表4）基本不變，但發生了較頻繁的轉入與轉出情況，表現為建設用地和裸地面積的快速增加，草地和林地面積的持續減少，旱地面積相對穩定。對比2015—2025年土地數據可知，建設用地斑塊逐漸增多，凈增面積2 510.4 hm2，單一動態度11.24%，增幅明顯，且大多是在原有聚落的基礎上進行擴張的，其中有1 022.23 hm2林地轉變為建設用地，540.48 hm2草地轉變為建設用地，951.45 hm2旱地轉變為建設用地，主要因為人口、社會、經濟的發展對建設用地的需求；裸地面積增加，但整體所占比例較小，主要分布在松潘西部，體現了對裸地的長期忽略；旱地較前期略有增加，主要是近年來農牧業發展對林地和草地資源的不合理開發與利用造成的，這將對岷江上游藏區聚落的可持續發展構成威脅。面積減少較明顯的是林地和草地，減少面積分別為1 735.45、1 367.14 hm2。林地面積比例最大，動態度-0.70%，面積減少1 735.45 hm2，大面積的林地轉為建設用地和旱田以及部分草地和裸地，轉移面積分別為1 022.23、648.82、49.35、70.56 hm2，林地總面積的持續減少，表現出較嚴重的林地破壞現象，如果長期這樣將加重林地的破壞，對維護研究區生態平衡構成威脅。草地也在減少，其中有806.04 hm2草地轉變為旱地，540.48 hm2草地轉變為建設用地，是草地的主要轉出形式。

表4 2015—2025年岷江上游藏區聚落土地利用轉移（hm2）Table 4 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 2015 to 2025

4 討論

用CA-Markov模型預測土地利用時，難免存在一定的誤差和不確定性，后期還需進一步將土地利用變化中的自然、經濟等因素加入模型，以提高預測精度。此外，根據預測數據，發現岷江上游藏區聚落建設用地與旱地面積持續增長，這不僅反映了研究區的快速發展與人類活動的日益加劇，也體現了人類活動對各種資源的需求，這將直接或間接導致土地類型面積的改變，也將不斷加劇人地關系的矛盾。照此趨勢發展，岷江上游藏區聚落土地利用狀況將更加嚴峻，在今后的發展中，應加強林地資源的保護與恢復。

5 結論

本研究以岷江上游藏區聚落為例，分析了1995—2025年不同時期研究區土地利用類型的變化，結果表明：（1）岷江上游藏區聚落土地利用類型以林地、旱地、草地為主，三者占研究區總面積90%以上，其他各土地利用類型所占比例較小，反映了岷江上游藏區以農牧業為主的生產方式。（2）在土地利用類型變化研究中，用CAMarkov模型預測2015、2015年土地利用數據時，Kappa系數為86.5%，具有較高的可操作性和可信度，效果比較理想。（3）土地利用類型之間的轉化主要集中在林地-草地、林地-旱地、林地-建設用地等方面，這與當地的生產、生活方式等直接或間接相關，而且這些轉化體現了人類活動和政策實施的基礎情況。（4）根據預測，前期岷江上游藏區聚落退耕還林已顯現初步成效，草地增加，林地面積雖有所減少，但整體而言，此項舉措對于岷江上游藏區聚落環境保護具有積極的影響。

圖2 岷江上游藏區聚落土地利用分布Fig. 2 Distribution of land use pattern of Tibetan area in the Upper Reaches of Minjiang River