1987—2018年麗江壩區景觀格局變化軌跡分析*

田瀟然,王錦,余哲修

(1.西南林業大學 園林園藝學院，云南 昆明 650224；2.昆明理工大學 建筑與城市規劃學院，云南 昆明 650500；3.北京林業大學 林學院，北京 100083)

景觀變化是人類社會經濟活動與地域環境間相互干擾、相互作用的復雜動態過程[1]。產業結構的轉變、新興經濟的進入、地方政策等都能促使人類對土地的利用類型發生轉變，直接影響景觀格局的空間結構[2-3]。為了能夠更為清晰地揭示景觀格局的動態變化特征，將變化軌跡分析模型與土地利用/覆被、景觀格局相結合進行分析，在揭示地域景觀的時空變化特征的研究中具有較強的優勢。

針對景觀變化軌跡，學者們進行了大量的深入探討，研究內容包括自然生態系統、城鎮、河流流域等種類眾多、不同尺度的景觀類型。汪東川等[4]通過對1992—2008年的天水藉河流域的土地利用/覆被變化軌跡分析，探討土地利用驅動力與水土保持生態工程措施間的關聯性。劉桂林等[5]以塔里木河下游斷流區為研究對象，分析得到不同植被的變化軌跡。黃勇等[6]對環渤海地區的景觀格局變化軌跡進行分析，結果顯示耕地是受人類干擾最為劇烈的地類，也是向人工表面轉換最大的地類。程琳琳等[7]構建了1987—2017年寧夏鹽池縣的景觀格局演變軌跡，為長期的生態恢復檢測提供支持?？紫閭惖萚8]利用土地利用/覆被變化軌跡模型分析1986—2016年間黃河三角洲景觀格局的時空變化特征，指出人類活動是土地利用變化過程中的主導因素。麗江壩區內的大研古鎮、束河古鎮和白沙古鎮共同列入世界物質文化遺產名錄,其豐富的民族旅游資源和多年地方政策的扶持使得當地的旅游開發模式日趨完善，游客量逐年遞增[9-10]。隨著大量游客的涌入，壩區內的服務業、房地產業、城鎮化進程也在旅游業的推動下得到了大力發展[11-12]。麗江壩區內的生產方式從早年間以農業為主逐步向旅游業過度的過程中帶動了土地利用類型、景觀格局結構的轉變，這使得麗江壩區成為了景觀格局變化研究的優秀案例。

綜上所述，將變化軌跡模型應用在土地利用的分析中，能夠更清晰地從時間和空間2個維度上得到景觀格局的變化規律和趨勢[13]。同時，關于麗江地區的研究多集中于麗江市城市核心區的旅游業發展[14]、古鎮形態變化等領域[15]，鮮有運用定量分析方法對麗江景觀格局變化進行探討的研究[16]。本研究利用變化軌跡模型分析麗江壩區32 a的土地利用及景觀格局的時空變化過程，麗江壩區在申遺成功及開展旅游業前后過程中景觀格局的變化趨勢，全面探析不同景觀類型在研究時段內的空間結構特征，彌補麗江地區景觀格局研究的不足，為麗江地區地域景觀的保護、土地合理開發利用提供有益的參考，并為政府決策提供科學依據。

1 研究區概況

麗江為云南省的地級市，地處滇西北高原，青藏高原東南部。本研究區為麗江壩區，壩區內包括麗江市下轄的古城區以及玉龍納西縣的白沙鎮和黃山鎮的核心部分。研究區位于100°10′0″～100°20′0″E和26°45′0″～27°05′0″N之間，壩區總面積為194.39 km2，壩區四周環山，壩區內地勢較為平坦，年平均溫度14.1 ℃，年降雨量1 205 mm，屬于高原山地季風氣候，研究區地理位置見圖1。

圖1 研究區的地理位置Fig.1 The map of location of the study area

2 研究方法

2.1 數據來源及預處理

研究影像來源于美國地質勘探局(United States Geological Survey， USGS)，選擇1987—2018年共32期的Landsat影像，研究區成像時間均為植被生長季，該區域未被云層覆蓋。分別對每期影像進行大氣校正，影像裁剪等預處理。影像信息見表1。

表1 遙感影像信息

2.2 NDVI變化趨勢及時間節點確定

(1)NDVI變化趨勢 歸一化植被指數(normalized difference vegetation index，NDVI)除了被廣泛運用于植物生長狀態和植被覆蓋變化研究中，同時在NDVI值(-1～1)中，植被大于0.1、裸土在0～0.1之間、水體小于0，在一定程度上能夠反應出研究區的土地利用類型的綜合情況[17-19]。

對麗江壩區32 a的NDVI值統計得到NDVI時序曲線，運用局部加權回歸法(locally weighted regression，LOWESS)對曲線平滑處理[20]。由圖2可知，1987至1991年NDVI呈下降趨勢，1991至1994年為上升狀態，1994至2010年呈現一個總體下降的趨勢，而在2010到2018年則緩慢上升。NDVI年變化趨勢出現了1987、1991、1994、2010和2018五個主要的突變點。

圖2 1987—2018年NDVI指數平均值的變化趨勢Fig.2 The trend chart of average of NDVIduring 1987—2018

(2)研究區主要時間節點社會發展情況 1985年，國家將麗江列為對外開發的乙類地區[21]。在1985年11月《麗江縣城總體規劃》中，1983—1990年為近期規劃階段，麗江縣城以發展農林牧產品加工工業為主，積極為開展旅游業創造條件。1991年為麗江納西族自治縣成立30周年，同年向云南省人民政府申報《關于遷建麗江民用飛機場的報告》，1994年麗江客運公司投入運營，并批準了實施大研古城“五四三二一”工程， 1997年12月，麗江壩區內的大研古鎮、龍泉村(現束河古鎮)和白沙鎮共同被列入世界文化遺產名錄[22]。2003年麗江撤地設市，壩區內的基礎設施建設加快，城鎮的建設重心不斷向南移。2009年底麗江城市建設實現“三級跳”，旅游業受“昆明99世博會”的影響開始迅猛發展。2010年麗江城市建成區綠地率達到36.78%，麗江市入選2010年中國10大最佳休閑城市[23]，同年麗江接待國內外游客909.97×104人次[24]。2018年，旅游業得到了進一步發展，年旅游業總收入高達998.45×108元[10]。

(3)研究時間節點確定 結合NDVI時序曲線與麗江壩區內的社會與經濟的發展、城市總體規劃，以及政策的發布等影響景觀格局變化的因素，研究時間節點確定為1987、1991、1994、2010和2018年。

2.3 土地利用類型分類

根據《土地利用現狀分類(2010—2017)》[25]以及麗江壩區的實際情況將研究區土地利用類型分為6類：1-耕地、2-林地、3-建設用地、4-草地、5-水體、6-未利用地。

對5期影像進行監督分類，分類結果結合同期的Google Earth影像進行驗證。5期影像解譯總體精度分別為：78.95%、82.88%、85.17%、89.26%、90.93%，Kappa系數分別為：0.734 7、0.778 2、0.810 6、0.862 9、0.887 4，解譯精度滿足研究需求，景觀分類結果見圖3。

圖3 各時間節點麗江壩區土地利用覆蓋情況Fig.3 The change of land use/cover in the Lijiangdam area of each time nodes

2.4 土地利用/覆被變化軌跡模型

對麗江壩區各時間節點的6種地類進行變化軌跡分析，最多可以得到65=7776種變化軌跡，實際分析得到2 630種變化軌跡代碼。運用柵格疊加計算將不同的柵格狀態標記在圖譜中，分析得到土地利用類型、景觀類型等的空間變化特征[26]。

研究在對5期影像監督分類的基礎上對分類結果進行重分類和代數運算，得到土地利用/覆被變化軌跡結果。當土地利用類型小于10類時，變化軌跡計算公式[27]為：

Tij=(G1)ij×10n-1+(G2)ij×10n-2+…+(Gn)ij×10n-n

式中：Tij為軌跡分析計算結果中第i行、第j列的柵格軌跡代碼，表示土地利用類型或景觀類型的變化過程；n為時間節點的個數；(G1)ij、(G2)ij、…(Gn)ij為某一柵格在各個時間節點所對應的土地利用類型代碼。

2.5 景觀格局指數計算

對5期影像的景觀格局進行分析，分析32 a間麗江壩區景觀格局的時空變化規律特征。在參考前人的研究成果[28-30]的基礎上結合研究目的選擇斑塊類型所占景觀面積的比例(PLAND)、最大斑塊指數(LPI)、斑塊數量(NP)、聚集度指數(AI)、景觀形狀指數(LSI)、面積加權平均斑塊分維數(AWMPFD)，利用Fragstats軟件在類型水平上(class level)計算景觀格局的變化值。

3 結果與分析

3.1 麗江壩區土地利用/覆被變化特征分析

麗江壩區32 a間6種地類的動態變化見表2。從表2可以看出建設用地為增幅最大且為持續增加的用地類型，其中1987—1994年緩慢增長，1994—2018年則快速增長，整體增長達到356.45%，其面積共增加4 629.24 hm2。水體面積在整個研究期間的變化幅度非常微弱，研究期間增幅為49.45%，面積增加117.54 hm2。耕地、林地、草地、未利用地則都呈現總體下降的趨勢，其中耕地出現了先增長后降低的特征，耕地面積共減少了2 175.30 hm2，下降幅度為29.87%。草地、未利用地、林地的面積總體下降幅度分別為40.31%、22.82%、9.26%。草地面積呈現先減少后增加的特征，1987—2010年持續下降，2010—2018年出現增長。未利用地面積總體呈現出緩慢波動的變化特征，1987—1991年增長4.47%，1991—1994年下降10.05%，1994—2010年再增長6.81%，2010—2018年較快速下降23.10%。

表2 1987—2018麗江壩區土地利用/覆被變化

3.1.1 土地利用/覆被變化軌跡過程分析

研究將每種軌跡代碼對應的柵格數進行排序，為了能夠清晰地針對主要變化軌跡進行信息提取，篩選出柵格數超過800的軌跡代碼，再排除代碼為11111、22222、33333、44444、55555的5種未變化的代碼，最終獲得28種主要變化軌跡，見表3。

表3 主要軌跡代碼、面積及其所占比例

從表3中可以看出，28種主要變化軌跡中10種變化軌跡(11113、11133、11163、14133、41113、41133、43333、44133、66633、66663)都是由耕地、草地、未利用地轉向建設用地的，共占總變化面積的23.11%，其中由耕地轉向建設用地的面積占總變化面積的15.15%，耕地為壩區內城鎮化建設的主要征用地類。除了耕地外，占總變化面積4.53%的草地和3.43%的未利用地轉向建設用地。耕地除了被征用為建設用地外，代碼為11114、11116、11166、16166的4種軌跡顯示由耕地轉向草地和未利用地，占總變化面積的7.40%。部分耕地和林地短暫地轉向未利用地、草地的現象，后又恢復為耕地或林地。值得注意的是有460.71 hm2的未利用地轉向了林地，占總變化面積的3.57%；750.69 hm2的未利用地轉向耕地，占總變化面積的5.82%。由此看出，在麗江壩區快速城鎮化過程中未利用地不僅用于城鎮的建設用地，也有少部分用于補充耕地的不足。

3.1.2 土地利用/覆被時空變化分析

土地利用/覆被主要變化軌跡時空分布見圖4。

圖4 1987—2018年麗江壩區土地利用/覆被 主要變化軌跡及其空間分布Fig.4 The spatial distribution of land use/cover main changetrajectory in Lijiang dam area during 1987—2018

由圖4可知，1994—2010年間核心城區北、西、南側的耕地首先被征用為城市的建設用地，2010—2018年間西側、北側的耕地繼續轉為建設用地，城區東側新增建設用地與耕地形成相互交錯的形態。

在城市向四周擴展的進程中建設用地間隙中零星耕地轉為未利用地。玉龍新城位于城區南側，是由耕地和未利用地轉入的建設用地建設而成，與主城區之間的耕地相間隔。2010—2018年間，壩區北部村落周邊、中部城市周邊以及南部耕地中都有分散的耕地轉為未利用地。

通過變化軌跡分析可知，土地利用/覆被時空變化的主要特征表現為：建設用地首先呈弧形緊密包圍城市核心區，后向東側發展與耕地形成交錯的松散布局形態，核心區周邊的耕地變化顯著，原分散的村落、城鎮逐漸被新城市包圍或半包圍。由于麗江壩區為南北向長、東西向窄的山間盆地，地形的限制使城市核心區由放射狀逐漸向近長方形的形態發展；壩區中部土地利用/覆被變化劇烈，北部的未利用地以及南部的耕地變化并不顯著。

3.2 麗江壩區景觀格局變化軌跡

麗江壩區景觀格局變化軌跡見表4。從斑塊類型所占景觀面積的比例(PLAND)計算結果可以看出，耕地轉向建設用地、未利用地轉向耕地、未利用地轉向建設用地(11113、11133、66661、66663)3類變化軌跡在整個景觀中占比較高，PLAND值分別為：2.47、1.58、1.57、0.72，這說明研究區內發生深刻變化的主要斑塊類型都與人類活動密切相關。在人類的干擾下壩區內景觀格局的破碎度和景觀異質性明顯加劇，斑塊數量(NP)大于500的變化軌跡有11113、11114、41113、66661。最大斑塊指數(LPI)值大于0.1的有11113、11133、66661，說明主要變化軌跡中的斑塊面積都較小，其中11113的LPI值最大，為0.22，由耕地轉向建設用地以及未利用地轉向耕地的斑塊為整個壩區內的優勢斑塊類型。LPI為0.01的有14133、41113、41133、44133、66664、66665，主要是零星耕地轉為草地再轉為建設用地、草地轉向耕地再轉為建設用地、未利用地轉向草地或水體的變化類型。

表4 麗江壩區的景觀格局變化軌跡

從景觀形狀指數(LSI)計算結果中可知，由未利用地轉向水體的變化類型(66665)LSI值最小(10.88)，其形狀較為整齊。而受人類活動干擾大的變化軌跡11113的最大LSI值為32.97，其形狀最為復雜，其次為11114和66661，LSI值為30.36、30.04。面積加權平均斑塊分維數(AWMPFD)中11133最大，為1.16，空間形狀最為復雜，其次為11113、22622，AWMPFD值分別為1.15、1.13。從LSI和AWMPFD的計算結果中可以看出人類活動與斑塊形狀的復雜程度密切相關。

從聚集度(AI)計算結果可知，11133、11113的AI值為74.88、69.72，聚集度較高，這些變化軌跡集中于城市核心區周圍成片的建設用地，66622的AI值為66.70，集中在玉龍新城東南側。較高的聚集度以及較大的面積，說明變化軌跡是人類大規模開發活動造成的。草地轉向建設用地的斑塊類型(41133、44133、14133)為主要變化軌跡中最分散的變化軌跡。

綜上所述，促使景觀格局快速變化的最主要驅動軌跡集中在受到旅游城鎮化深刻影響的城市核心區周圍，斑塊形狀的復雜性以及景觀的破碎性都是受到人類開發利用影響而形成的。麗江壩區景觀32 a的變化中人類活動成為了驅動景觀變化的最主要因素。

4 討論與結論

(1)在1987—2018年的變化過程中，麗江壩區內的建設用地面積增幅最大(356.45%)，面積為4 629.24 hm2，其主要來源為征用城市核心區及村落周邊的耕地、草地和未利用地。耕地呈現出先升后降的變化特征，1987—1994年間壩區的生產方式以農耕為主， 1994—2018年期間壩區旅游業的興起以及麗江市政府辦公區南遷造成耕地大面積流失，共減少2 175.30 hm2，降幅為29.87%，為壩區內面積減少最多的景觀類型。

(2)壩區內土地利用/覆被變化過程中受到人類活動干擾的影響深刻，以城市核心區周邊的變化最為劇烈，壩區北部和南部變化并不顯著。通過對麗江壩區土地利用/覆被軌跡變化分析，有占總面積66.31%的土地發生了變化，共有12 889.53 hm2，城區人口增長、政策扶持旅游業、旅游經濟發展、游客涌入、產業結構調整、旅游城鎮化等人類活動都成為土地利用/覆被快速變化的主要驅動因素。

(3)通過對壩區的景觀格局變化軌跡分析，土地轉變為建設用地的變化軌跡中景觀斑塊所呈現出的較高的破碎度、不規則形狀，這都與人類活動干擾高度相關。城市核心區周邊由耕地轉向建設用地的景觀斑塊最為集中、連接度高，成為景觀格局變化中的優勢斑塊類型；由草地轉向建設用地的變化軌跡斑塊遠離城市核心區、聚集度最低，分散于人類活動干擾較低的耕地間。在人類的社會、經濟活動影響下城市核心區以及其周邊的破碎度、聚集度、景觀格局空間結構的復雜程度均高于遠離核心區的北部和南部地區。

由旅游服務業推動區域城鎮化以及地方產業結構調整從而導致景觀格局發生深刻變化[13]，麗江壩區乃至麗江市區成為了一個由社會經濟發展引起景觀格局變化的景觀研究關注地[16，21-23]。本研究通過運用軌跡分析法與土地利用/覆被、景觀格局相結合的方法從時間、空間維度探索麗江壩區32 a間土地利用的變化過程，較為全面地揭示出景觀變化的特征。經過對主要變化軌跡的分析，能夠清晰地梳理出各土地類型的變化方向以及景觀格局的變化過程，在篩選引起景觀變化的主要驅動因子方面有較為明顯的優越性。

景觀格局變化一直以來都是景觀研究的熱點議題，而揭示其發展變化的方法眾多[31-32]。本研究對麗江壩區的景觀時空變化過程和特征進行研究，初步探討了影響景觀變化的主要驅動因素，但在景觀破碎化、空間異質性趨勢以及快速旅游城鎮化對景觀生態系統的穩定性風險評價等方面的研究還需進一步深入探索。