中老緬交界區2005-2017年土地利用/覆被變化及其生態狀況

張 磊, 武友德, 李 君

(1.泰山學院 旅游學院, 山東 泰安 271000; 2.云南師范大學 孟加拉灣地區研究中心/緬甸研究中心, 云南 昆明 650500;3.云南師范大學 中國西南地緣環境與邊疆發展協同創新中心, 云南 昆明 650500; 4.云南師范大學 經濟與管理學院, 云南 昆明 650500)

作為全球變化在地球表層系統留下的最突出景觀標志，人類對土地的開發利用以及由此引起的土地利用/覆被變化(LUCC)已被廣泛認為是全球變化研究的重要內容和主要原因[1]。作為GLP深入研究的基礎，LUCC在全球變化研究中的作用日趨凸顯，特別自2005年以來，其研究重心更向分析人類面對LUCC及其效應的響應機制偏移[2]，如何基于對LUCC的分析測度區域演變過程[3]及生態狀況[4]已成為當今土地利用/覆被變化研究的熱點和前沿問題。

國內外學者已分別基于土地利用動態變化[5-6]、圖譜分析[7]、景觀格局[8-10]、趨勢與狀態指數[3,11]及相關分析[12]、Logistic回歸分析[13]、生態風險評價/脆弱度等[14-17]模型，從不同視角分析了LUCC對區域演變過程及生態狀況的反映、影響及測度。梳理發現，當前學者的研究重點多集中在中國北部及西北部的生態敏感/脆弱及保護/修復區，而對土地覆被狀況相對較好且具有地緣政治、經濟及文化優勢的西南邊疆地區研究相對較少，對同時具有傳統與非傳統安全等多重疊加問題的多國地緣交界區研究更為鮮見。

鑒于此，本文以中老緬3國接壤地帶為例，以土地利用/覆被影像為本底，綜合運用土地利用/覆被變化趨勢與狀態指數及生態等級指數等模型，對該區土地利用/覆被的演變過程及生態狀況進行分析，以期定量揭示該區不同國情背景下LUCC及生態風險的演變差異，摸清中老緬交界地區的自然資源本底，保障中國西南邊境安全及加強邊境地區合作，探究跨境/跨流域合作與共生治理體系。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區概況

以中老緬3國交界處(中老緬244號界碑)為圓心，以100 km為半徑構建緩沖區，并將其作為本文研究區(圖1)。

圖1 研究區地理位置示意圖

如圖1所示，研究區主要包括中國云南西雙版納州大部、緬甸東撣邦孟別縣東部及老撾瑯南塔省中北部、豐沙里省西部、波喬省與烏多姆賽省北部邊緣，瀾滄江—湄公河及昆曼高速公路等經過，擁有中老磨憨—磨丁口岸、景洪港、關累港及西雙版納機場等地緣政治經濟合作口岸及通道，并臨近中老勐康口岸、中老打洛口岸及緬甸勐拉特區，是中國與東盟接觸地帶已形成的多國地緣經濟區的重要組成部分[18]，該區地勢四周高中間低，屬典型的熱帶雨林氣候，全年高溫多雨、無明顯季節差異，總面積約3.14×104km2。

近年來，隨眾多國際經濟合作與資源開發項目的展開，特別是中緬泰老“黃金四角”計劃與“替代種植”政策的推進，該區的土地利用/覆被狀況發生了顯著變遷，資源利用與生態環境子系統的變化規律各具特色，加之土地利用方式的特殊性、顯著的國別對比、相當面積的熱帶雨林及廣泛分布的替代種植作物區，使該區成為眾多國際組織研究LUCC及生態風險的前沿和熱點地區之一[19-20]。

1.2 數據來源與處理

本文數據源主要為從美國地質調查局網站(http:∥earthexplorer.usgs.gov)下載的Landsat TM/ETM+/OLI系列數據(分辨率30 m)，在對數據進行統一投影與空間配準的基礎上，基于ENVI5.3對遙感數據進行預處理，并依據選定的研究區輪廓進行影像裁剪。綜合運用監督分類與人機交互式解譯的方法對土地利用信息進行提取[21]，并基于Google Earth影像數據及Globe Land 30數據產品對解譯的數據進行校正，kappa系數分別為0.868(2005年)，0.894(2011年)及0.900(2017年)。結合研究區土地利用特點，參照中國國家地理信息中心開發的Globe Land 30地表覆蓋分類系統，將該區土地利用分為水體、耕地、裸土及未利用地、林地、草地及建筑用地等6大類。

2 研究方法與統計模型

2.1 土地利用/覆被變化趨勢與狀態指數

2.1.1 單一土地利用/覆被類型的變化趨勢與狀態指數 單一土地利用/覆被類型的變化趨勢與狀態指數主要用來反映某土地利用/覆被類型的擴張/縮減強度。公式為：

(1)

式中：Ps為各土地利用/覆被類型的變化與狀態指數； ΔUin為其他土地利用類型轉入某用地類型的面積； ΔUout為某用地類型轉出為其他土地利用類型的面積，-1≤Ps≤1且ΔUin+ΔUout≠0[3]。Ps越接近0，表明該用地類型的雙向轉換越頻繁越趨于平衡狀態[3]；Ps越接近于±1，越趨于不平衡狀態，表明該用地類型以單向轉入(出)為主[3]；當Ps>0時，表明該用地類型呈擴張態勢；當Ps<0時，說明該用地類型呈縮減態勢[3]。

2.1.2 區域土地利用/覆被變化的整體趨勢與狀態指數 區域土地利用/覆被變化的整體趨勢與狀態指數可反映整個區域土地利用/覆被變化的趨勢與狀態。公式為：

(2)

式中：0≤Pt≤1[3,22]。Pt越接近0，表明區域內所有土地利用/覆被類型的雙向轉換頻繁，且呈均衡轉換的態勢；Pt越接近1，表明區域內各種土地利用/覆被類型的轉換方向主要為單向的極端不均衡轉換[3,22]。為了更好地表述區域土地利用/覆被變化的整體趨勢與狀態，參照相關學者研究對Pt進行分級：平衡狀態[0～0.25]；準平衡狀態(0.25～0.50]；不平衡狀態(0.50～0.75]；極端不平衡狀態(0.75～1][3,22]。

2.2 生態等級指數

生態等級指數不僅可定量表征區域土地利用/覆被與宏觀生態狀況轉好/差的程度，更可詳細刻畫出生態系統狀況的整體變化[4,23]。鑒于此，參照相關學者研究[4,24]，本文引入生態等級指數模型，對研究區生態狀況進行評估。公式為：

(3)

式中：EGi為某區域生態等級指數,屬負向指標,即數值越小,其代表的土地利用/覆被類型的生態綜合功能越高[4]; EGij為i區域第j種土地利用/覆被類型的生態等級(水體為1,林地為2,草地為3,耕地為4,建筑用地為5,裸土及未利用地為6[4,23-24];Aij為區域i中土地利用/覆被類型j的面積[4]。

3 結果與分析

3.1 基于LUCC的多國地緣交界區演變過程分析

3.1.1 土地利用/覆被現狀及空間分布特征 由表1可知，2017年研究區林地與耕地的面積較大，二者之和占土地利用總面積的近95%，各用地斑塊間的整體連接性較好，為該區土地利用景觀的“基質”；瀾滄江—湄公河從本區穿過，對土地利用的切割作用顯著，構成了該區土地利用景觀的“廊道”；草地、建筑用地與裸土及未利用地的面積相對較小且破碎化程度較高，三者之和占土地利用總面積的比重不足5%，且多呈點狀或塊狀零散分布，構成了該區土地利用景觀的“斑塊”。

整體而言，研究區土地利用組合的一致性較強，中老緬3國段均以林地和耕地為主，且林地的主導地位突出(表1)。如表1所示，作為多國地緣交界區，該區土地利用亦存在一定程度的國別分異，其中，老撾和緬甸段林地在研究區中的主導度大于中國段，而與人類活動密切相關的耕地及建筑用地在中國段的比重則整體大于老撾及緬甸段，3國的土地利用程度存在一定差異。

表1 2017年中老緬3國交界處土地利用/覆被構成

3.1.2 基于土地利用/覆被結構變化的多國地緣交界區演變過程分析 如圖2所示，2005—2017年，研究區土地利用的時空格局發生了顯著變遷。從土地利用結構看，12 a間，研究區土地利用持續以林地、耕地及草地為主，2005年占土地利用總面積的比重分別為52.37%，40.64%及6.44%，至2017年三者所占比重分別變為84.12%，10.8%及4.22%，隨時間演進，林地面積擴張顯著，耕地面積大幅減少，而草地面積變化相對平穩。值得注意的是，研究區建筑用地與裸土及未利用地面積占總體比重雖相對較小，但變動幅度極為顯著，在一定程度上表明該區土地利用的活躍度及土地覆被的發育程度不斷提升。

圖2 中老緬3國交界處2005-2017年各土地利用/覆被類型比例

從土地利用變化幅度看，12 a間，研究區林地、建筑用地與裸土及未利用地面積均持續增加，其中，建筑用地與裸土及未利用地的增幅主要集中在后6 a，而林地的增幅隨時間演進則有所放緩；2005—2017年，研究區耕地面積不斷減少且降幅持續擴大；整體而言，研究區草地面積呈先增后減整體減少的態勢而水體的變動則較為穩定。一方面表明隨研究區發育程度的提升，土地資源的開發程度大幅增強，建筑用地顯著增加，并在一定程度上導致了城鎮近郊部分耕地的流失；另一方面，隨“替代種植”等政策的推進與深入，以橡膠林為代表的替代種植作物區大面積增加，導致相當面積的耕、草地轉為人工林地。

從不同發展階段來看，12 a間，隨“替代種植”等政策的深入及相關跨境政治、經濟合作的推進，研究區2011—2017年的土地利用變化幅度整體高于2005—2011年，最明顯的是建筑用地顯著擴張、耕地降幅持續擴大及林地主導地位的日趨增強。2005—2011年，建筑用地增幅為22.2%，而2011—2017年增幅擴至90.9%；前6 a，研究區耕地面積由1.30×104km2降至9 040 km2，降幅為30.4%，隨時間演進，耕地面積持續下降，后6 a降幅增至61.9%；2005—2011年，林地在研究區中所占比重由52.4%升至69%，在用地類型中的主導地位顯著增強，至2017年，林地面積占全區土地利用的比重增至84.1%，主導地位日益凸顯。

3.1.3 基于土地利用/覆被變化趨勢與狀態的多國地緣交界區演變過程分析 由表2可知，從全時段看，12 a間研究區土地利用變化整體呈不平衡狀態(Pt=0.640)。具體而言，研究區內部各用地類型間的變化趨勢與狀態差異顯著，其中耕地面積呈顯著收縮的變動態勢(Ps=-0.813)，轉入面積僅為轉出的10.3%，其原因一方面在于隨城鎮化與社會經濟發展水平的提升，該區部分耕地向建筑用地轉型，另一方面，隨“替代種植”等政策的深入與推進，該區相當面積的耕地轉為以橡膠和香蕉林為核心的人工經濟林區；作為研究區主導用地類型的林地，外延擴張態勢突出，新增用地規模占研究區總面積的31.8%；12 a間，研究區草地呈內部轉換與整體收縮并舉的變動態勢而建筑用地的外延擴張明顯，這受該區城鎮化推進、社會經濟發展及“替代種植”政策等的共同驅動；值得注意的是，研究區水體以內部轉換為主而裸土及未利用地的外延擴張態勢顯著，然而二者用地面積占研究區的比重相對較小(二者之和不足0.5%)，對整體土地利用變化態勢的影響不大。

表2 2005-2017年研究區土地利用/覆被變化趨勢與狀態指數

具體到分時段看，隨時間演進，研究區土地利用變化的穩定性有所增強，2005—2011年，研究區土地利用變化呈不平衡狀態(Pt=0.538)，2011—2017年研究區土地利用變化的趨勢與狀態指數有所下降，土地利用變化轉為準平衡狀態(Pt=0.497)。相較而言，12 a間研究區各用地類型間的變化趨勢與狀態差異略顯增加，各地類Ps間的標準差由0.5增至0.53，其中耕地面積呈持續收縮的變動態勢且縮減幅度不斷增加，狀態指數Ps由-0.487變為-0.664；對比發現，研究區林地呈持續外延擴張的變動態勢但擴張幅度顯著減小，Ps由0.589降為0.378，這也是該區土地利用變化穩定性增強的主要動因；不同時段內，草地的變動態勢差異顯著，由顯著收縮(Ps=-0.548)轉為外延擴張(Ps=0.325)，這在一定程度上反映了老撾上寮地區及緬甸東撣邦地區茶園、罌粟種植區及林地砍伐區的復蘇與增擴[14]；相較于2005—2011年、2011—2017年建筑用地的外延擴張態勢大幅增加，這主要受該區社會經濟發展及城市化水平提升等因素的共同驅動。

3.2 基于LUCC的多國地緣交界區生態狀況評估

不同的土地利用/覆被類型具有不同程度的生態功能[24]，土地利用/覆被的變化必然引起生態狀況的轉變。鑒于此，參照相關學者研究[4,25]，本文通過構建生態等級指數模型〔公式(3)〕，得到研究區的生態狀況評估結果(表3)。

3.2.1 基于LUCC的多國地緣交界區生態狀況時間演變分析 如表3所示，隨社會經濟發展及“替代種植”等政策的深入，林地在土地利用總面積中所占比重大幅增加，研究區生態狀況有所改善，生態等級指數從2005年的2.879降至2017年的2.269。

表3 2005-2017年研究區生態等級指數及變化狀況

相較而言，2005—2017年，研究區生態狀況的變動存在一定的國別差異。隨時間演進，中、老、緬3國段土地利用類型的生態綜合功能均不斷改善但增幅有所差異，其中老撾段增幅有所下降，緬甸段增幅持續較高而中國段增幅則明顯上升；12 a間，研究區各國段間的生態狀況差異有所減小，各國生態等級指數的標準差由2005年的0.165降至2017年的0.053。

為進一步測度研究區生態狀況的時空分異，本文以20 km為間隔構建5個緩沖帶，對與3國交界處不同距離范圍區域的生態狀況進行評估。發現，2005—2017年，與3國交界處不同距離區域間的生態狀況變動有所差異，在0—80 km范圍內的區域生態等級指數均持續下降，生態狀況不斷轉好，表明該區“替代種植”與“退耕還林”等政策的生態修復作用逐步凸顯；在80—100 km范圍內的區域生態等級指數呈先大幅下降后小幅增加，整體顯著減小的變動態勢，這受老(撾)緬(甸)兩國“替代種植”的深入程度、原木出口的規模變動及中國城鎮化推進、邊境口岸建設等因素的綜合驅動。12 a間，與3國交界處不同距離范圍區域間的生態狀況差異呈先增后減整體減小的變動態勢，各距離范圍區域間的生態等級指數標準差由2005年的0.134增至2011年的0.143又降至2017年的0.131。

3.2.2 基于LUCC的多國地緣交界區生態狀況空間分異研究 2005—2017年，研究區的生態狀況存在一定程度的空間分異。從國別上看，12 a間，老撾段生態狀況整體較優，其生態等級指數的均值為2.397，這得益于老撾上寮地區較高的森林覆蓋率；緬甸段次之，生態等級指數均值為2.644；中國段的生態狀況相對較差，生態等級指數均值高達2.713，這與中國段相對較高的社會經濟發展水平及人為干擾程度密切相關。從與3國交界處不同距離范圍區域看，隨時間演進，生態綜合功能高值區與3國交界處間的距離整體減小，這在一定程度上體現出3國對其接壤地帶生態本底功能的修復與提升工作正不斷增強。隨與3國交界處間距離的增加，研究區2005年、2011年的生態等級指數均呈先升后降整體減小的變動態勢，在0—40 km范圍內較高，而在60—100 km范圍內則相對較低；相較而言，隨與3國交界處間距離的增加，研究區2017年的生態等級指數呈現出持續擴大的變動態勢。

4 討論與結論

本研究以中老緬3國接壤地帶為例，通過構建土地利用/覆被變化趨勢與狀態指數及生態等級指數等模型，對該區2005年以來的演變過程及生態狀況進行評估，得出以下結論。

(1) 研究區土地利用組合的一致性較強，中老緬3國段均以林地和耕地為主，且林地的主導地位突出。隨時間演進，研究區土地利用的時空格局發生了顯著變遷，從土地利用結構看，研究區用地類型雖持續以林地、耕地及草地為主，但林地面積擴張顯著，耕地面積大幅減少而草地面積變化相對平穩；從土地利用變化幅度看，12 a間，研究區林地、建筑用地與裸土及未利用地面積均持續增加而耕地面積不斷減少且降幅持續擴大，草地面積呈先增后減整體減少的態勢而水體的變動則較為穩定；從不同發展階段看，研究區后6 a的土地利用變化幅度整體高于前6 a，最明顯的是建筑用地顯著擴張、耕地降幅持續擴大及林地主導地位的日趨增強。

(2) 從全時段看，12 a間研究區的土地利用變化整體呈不平衡狀態，各用地類型間的變化趨勢與狀態差異較為顯著；具體到分時段看，隨時間演進，受林地外延擴張態勢減弱及耕地縮減幅度不斷增加的共同驅動，研究區土地利用變化的穩定性有所增強但各用地類型間的變化趨勢與狀態差異略顯增加，各地類Ps間的標準差由0.5增至0.53。

(3) 2005—2017年，研究區生態狀況整體改善，生態等級指數從2.879降至2.269；相較而言，研究區生態狀況的變動存在一定的國別分異，中、老、緬3國段土地利用的生態綜合功能雖均不斷改善但增幅有所差異，其中老撾段增幅有所下降，緬甸段增幅持續較高而中國段增幅則明顯上升；12 a間，研究區各國段間的生態狀況差異顯著減小，各國生態等級指數的標準差由2005年的0.165降至2017年的0.053。

(4) 研究區生態狀況的空間分異較為顯著，12 a間，老撾段生態狀況整體較優，緬甸段次之而中國段的生態狀況相對較差，這與各國段間的自然地理條件、社會經濟發展及人為干擾程度密切相關。從與研究區3國交界處不同距離范圍看，2005—2017年，與3國交界處不同距離區域間的生態狀況變動有所差異，生態綜合功能高值區與3國交界處間的距離整體減小，這在一定程度上體現出3國對其接壤地帶生態本底功能的修復與提升工作正不斷增強。

(5) 基于土地利用/覆被變化對多國地緣交界區演變過程及生態狀況的評估，可為后續揭示不同國情背景下區域資源利用與生態環境子系統的時空變化規律、驅動機制及重組與優化路徑的研究提供借鑒。隨“瀾湄合作”及“替代種植”等的深入與推進，綜合考慮地緣政治、經濟、文化及生態等多重視角，進一步探究此類地區的合作與共生治理體系，促進區域土地保護與生態安全是本文進一步研究重點。