典型峰叢洼地貧困地區(qū)土地利用時(shí)空特征及其影響分析

楊光英，吳建峰,2,3，楊銀銀

(1.貴州師范學(xué)院 地理與資源學(xué)院，貴州 貴陽 550018；2.貴州師范學(xué)院 貴州省流域地理國情監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550018；3.貴州山地研究院，貴州 貴陽 550018)

1 引言

土地利用變化，是指人類改變土地利用和管理方式，導(dǎo)致土地覆被的變化[1]；這個(gè)課題已經(jīng)成為現(xiàn)在重點(diǎn)研究的前沿和熱點(diǎn)[2～5]。目前，針對(duì)峰叢洼地極貧困區(qū)土地利用不合理方面存在各種問題進(jìn)行案例研究，由于不同區(qū)域的土地利用變化研究受到區(qū)域內(nèi)部自然環(huán)境、時(shí)間、和人類活動(dòng)的影響，在地理信息系統(tǒng)的技術(shù)支持下[6]，發(fā)現(xiàn)區(qū)域的土地利用在時(shí)空分布和不同程度上是不斷變化的[7,8]。近年來，國外學(xué)者運(yùn)用LUCC驅(qū)動(dòng)力理論研究，多注重驅(qū)動(dòng)力的多因素綜合分析研究，從人口增長、城鎮(zhèn)化及政策體制等方面對(duì)區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用變化等影響機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)分析[9,10]。而我國主要運(yùn)用3S技術(shù)研究LUCC過程[11]，主要側(cè)重于土地資源調(diào)查、分區(qū)、分類等開展土地利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力之間的相互作用。

本文以喀斯特極貧困峰叢洼地區(qū)平塘縣、貞豐縣、望謨縣和紫云縣為研究對(duì)象。通過ArcGIS軟件對(duì)兩期的土地利用數(shù)據(jù)，運(yùn)用土地利用的動(dòng)態(tài)變化現(xiàn)狀分析4個(gè)縣10年間土地利用變化的影響和特征，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐恋乩闷露葓D和地貌的整體形態(tài)以及識(shí)別坡度的陡緩和地勢(shì)起伏，分析峰叢洼地對(duì)土地利用現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化的影響，可為土地利用規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況

本文選取平塘縣、貞豐縣、望謨縣和紫云縣作為研究區(qū)，都屬于國家貧困縣，研究區(qū)位于貴州南部，毗鄰廣西，研究區(qū)地形地貌特殊，是典型的峰叢洼地區(qū)域，以山地，丘陵地貌為主。平塘縣地勢(shì)由北向南逐漸傾斜，峰叢洼地發(fā)育典型，占全縣國土面積的87.2%。貞豐縣地勢(shì)由西北向東南呈階梯狀逐級(jí)下降。由于地層巖性不同，形成多樣化的地形地貌。望謨縣，地勢(shì)北高南低，紫云縣地勢(shì)南北高，中部比較和緩，海拔在623～1681m之間。

3 研究數(shù)據(jù)

本文所用數(shù)據(jù)為利用2005年和2015年 Landsat TM/ETM+遙感影像數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)源，分辨率為30m，通過監(jiān)督分類結(jié)合人工目視解譯獲得土地利用分類，DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云共享平臺(tái)，坡度和地形起伏度從DEM數(shù)據(jù)提取。

4 研究方法

4.1 土地利用類型動(dòng)態(tài)度

單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度表示的是某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，公式如下[12]:

(1)

式(1)中:R為研究時(shí)段內(nèi)單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度;Ua為研究初期某種土地類型的面積;Ub為研究末期某種土地類型的面積;T為研究期時(shí)段長。

4.2 不同起伏度的土地利用類型分布

地形起伏度是在指該分析區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之差，反映研究區(qū)域內(nèi)地表起伏特征，是定量描述地貌形態(tài)、劃分地貌類型的重要指標(biāo)[13]，公式如下：

R=Hman-Hmin

(2)

式(2)中:R為分析區(qū)域內(nèi)的地形起伏度;Hmax和Hmin分別為分析區(qū)域內(nèi)最高和最低點(diǎn)的高程。

5 結(jié)果與分析

5.1 研究區(qū)土地利用面積變化特征

利用ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)分析，分別得到研究區(qū)2005年和2015年各土地利用類型及其面積變化統(tǒng)計(jì)情況。2005年研究區(qū)土地利用類型林地、耕地和草地為主，其中林地最多，面積達(dá)6159.96 km2，耕地與草地面積相當(dāng)，水域面積為16.56 km2，4個(gè)縣的建設(shè)用地總和為8.97 km2，可見研究區(qū)2005年城鎮(zhèn)化水平較低。2015年研究區(qū)還是以林地、耕地和草地為主，林地面積為6137.03 km2，建設(shè)用地面積為51.51 km2，建設(shè)用地10年來增加了42.55 km2,增加約5.7倍的面積，說明近10年來城鎮(zhèn)化說明在不斷的提高。耕地面積減少37.64 km2，林地面積減少22.93 km2，面積減少主要原因可能是人類活動(dòng)加強(qiáng)，城鎮(zhèn)化水平提高，人工建設(shè)用地增加。水域面積從2015年16.56 km2，增加到2015年29.74 km2，水域面積增加接近1倍，可能跟地方政府新修水利工程，解決喀斯特地區(qū)蓄水困難重要舉措的體現(xiàn)。土地利用數(shù)據(jù)是由柵格格式轉(zhuǎn)為矢量格式，面積數(shù)據(jù)存在可忽略的誤差。

5.2 土地利用轉(zhuǎn)移特征分析

利用GIS空間分析方法生成土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣。從表1可得，研究區(qū)的土地利用類型在10年期間主要為耕地轉(zhuǎn)為林地和草地，林地→耕地、林地→草地。其中，土地轉(zhuǎn)移面積最多的是林地，其次為耕地。林地轉(zhuǎn)出面積的最多，面積為114.89 km2；轉(zhuǎn)入面積最多的是耕地，面積為145.14 km2。一方面4個(gè)縣城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地面積，另一方面政府提出的護(hù)林政策進(jìn)行退耕還林和種草保護(hù)土壤。所以導(dǎo)致了耕地、林地在這10年間轉(zhuǎn)出面積多。建設(shè)用地增加主要來自耕地和林地的轉(zhuǎn)移，其中耕地轉(zhuǎn)移了23.07 km2，林地轉(zhuǎn)移了14.33 km2。

5.3 土地利用變化影響特征

采用平塘縣、貞豐縣、望謨縣和紫云縣的DEM圖等相關(guān)資料數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域土地利用變化特征主要為自然和人為因素。從時(shí)間尺度的長短來看，自然和人為因素都導(dǎo)致了土地利用結(jié)構(gòu)的變化，并且自然因素只是土地利用變化的背景條件[14]。

表1 2005～2015年研究區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣情況 km2

通過解譯2005年和2015年的兩期DEM數(shù)據(jù)，分別從地形不同起伏度和坡度來分析平塘縣、貞豐縣、望謨縣和紫云縣的土地分布和土地利用變化的影響特征。

5.3.1 不同地形起伏度的土地利用類型分布及特征

地形起伏度是反映研究區(qū)域內(nèi)地表起伏特征，即利用ArcGIS軟件提取地形起伏度圖，根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)[15]及平塘縣、貞豐縣、望謨縣和紫云縣的地形特點(diǎn)，將地形起伏度分為5級(jí)。

從圖1可以看出，平塘縣整個(gè)地勢(shì)西北高東南低，以中起伏為主，其次是低起伏，高山起伏最少。其中，起伏度>75 m的最多，主要分布在南部。貞豐縣地勢(shì)由西北向東南呈階梯狀逐級(jí)下降，該縣以低起伏和中起伏為主，低起伏主要分布在西北部，而中起伏分布在東南部。望謨縣地勢(shì)西北高東南低，主要以中起伏為主，分布面積大。有少部分的微緩起伏和山地起伏，分布于中部和東北部。紫云縣境內(nèi)地勢(shì)南北高而中部平緩，主要以中起伏為主。

圖1 研究區(qū)地形起伏分級(jí)

從表2還可以看出，10年期間微緩起伏區(qū)和低起伏區(qū)主要以耕地為主，所占土地利用類型的比例較大。中起伏區(qū)林地分布最多，其次分布在低起伏區(qū)，而在其他分級(jí)中分布很少。比較兩年數(shù)據(jù)可以得出，微緩起伏區(qū)耕地減少了12.86 km2，水域和建設(shè)用地面積增加明顯。在低起伏區(qū)中，建設(shè)用地增加面積最高。草地主要分布在中起伏區(qū)。分析得出，各土地利用類型在地形起伏度變化影響顯著。

5.3.2 不同坡度的土地利用類型分布及特征分析

通過DEM數(shù)據(jù)解譯提取坡度圖，使用重分類把坡度圖的度數(shù)級(jí)別分級(jí)。根據(jù)研究區(qū)域所處地勢(shì)的坡面坡度和特殊地形地貌，按對(duì)土地利用的影響限制程度而將研究區(qū)坡度度數(shù)分為0°～15°(平地)、15°～25°(緩坡)、25°～38.7°(中坡)、38.7°～88.9°(陡坡)4級(jí)。

表2 2005～2015年間不同地形起伏度的土地利用類型分布

表3 平塘縣、貞豐縣、望謨縣和紫云縣不同坡度的土地利用分布情況

從表3可知，在2005年和2015年坡度[0°,15°)的區(qū)域中，林地分布最大；其次是耕地；而林地主要分布在緩坡度和中坡度地區(qū)；其中，在陡坡地區(qū)變化面積最大的是草地。從總的變化來看，耕地和草地面積變化增加最大；變化面積最小的是水域和未利用地；而建設(shè)用地在平地坡度面積增加最大，其他坡度并沒有明顯的變化。說明了坡度越小，各土地利用面積的變化越大;而坡度越大，各土地利用面積的變化就越小。

6 結(jié)論

(1)整體上看，研究區(qū)土地利用類型面積最大的為林地，主要分布于地形起伏度的中起伏，山低起伏區(qū)和高山起伏也有分布。通過轉(zhuǎn)移矩陣分析得到，研究區(qū)10年間土地利用類型變化最大的為建設(shè)用地和耕地，面積變化值分別為42.54 km2、-37.64 km2，耕地主要分布于微緩起伏區(qū)和低起伏區(qū)，坡度<15°的區(qū)域。

(2)土地單一動(dòng)態(tài)度中，建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)度最大，動(dòng)態(tài)度變化最小的是草地，而耕地和林地單一土地利用動(dòng)態(tài)度呈減少趨勢(shì)及面積減少最多，且耕地減少速率最快。

(3)土地利用類型隨著地形起伏度的改變而產(chǎn)生變化，導(dǎo)致不同起伏地段的土地利用類型變化不同。土地利用類型分布受坡度的影響，坡度越低，土地利用類型分布越多，單個(gè)類型分布規(guī)模越大；坡度越高，分布類型越單一。