區域綠色生態空間變化研究
——以張家界永定區為例

吉首大學土木工程與建筑學院 楊禎琦，田建林，麻明友

一、引言

隨著經濟的快速發展，城市人口不斷積累，城市化成為社會發展的必然趨勢。城市規模盲目、過度擴張的消極影響已經越來越被認識到。在城鎮化的過程中綠色生態空間讓位于經濟發展，使得更多的綠色生態空間轉變為建設用地和耕地，綠色空間面臨著極度破碎化甚至消失的境遇[1]。從生態學角度出發，綠色生態空間可用森林、草地的面積總和來進行度量。目前，區域城鎮化進程日益加快，一種利用景觀生態學相關理論，多維度研究綠色生態空間生態過程與格局關系來解釋綠色景觀結構、功能和變化的方法，降低區域城鎮化對景觀格局的影響，實現張家界永定區的生態經濟高質量發展，成為了政府和學術界十分關注的問題。

二、研究區概況與研究方法

（一）研究區概況

張家界市永定區位于湖南省西北部，武陵山北支流中部。地理坐標為東經110°04′～110°55′北緯28°52′～29°25′，土地總面積218332.08hm2，是張家界市旅游核心服務區。東臨慈利、桃源，西抵永順，南接沅陵，北與桑植和國家級風景名勝區武陵源接壤。研究區轄9個鎮、12個鄉、6個街道辦事處，2016年末，顧總人口47.33萬人，城鎮人口24.07萬人，農村人口22.33萬人。地處亞熱帶季風氣候區，光照充足，氣候溫和，四季分明，適宜農、林、牧、副、漁業發展。

（二）數據來源與數據預處理

采集2000、2010和2018年三個年份的夏季時期且云量最少的影像進行景觀類型分類。整個分類過程包括影像預處理、感興趣區選取、影像的分類、精度驗證。①輻射校正和大氣校正：直接在ENVI軟件中對捕獲的Landsat影像進行校正，并通過FLAASH模塊對影像進行大氣校正，以改善由于太陽輻射在大氣中吸收、散射和反射導致的影像質量下降。盡可能獲得地球表面最真實的反射。②圖像裁剪：張家界永定地球矢量邊界加載到ENVI軟件中，利用SubsetdatafromROI工具分別對2000、2010和2018年3期遙感影像圖進行裁剪，得到預處理后的永定區遙感影像。③遙感影像解譯：本文檔使用ENVI5.3軟件對預處理后的TM圖像進行分類，橫向分類參見《土地利用分類（GB/T21010-2017）》和中國科學院土地利用/覆蓋變化（LUCC）。一級分類系統將最終分類的圖像組合成五種景觀類型：耕地、建筑用地、水體、草地和林地。然后對分類結果進行分類后處理，去除小修正，進行視覺調整，手動調整誤分類區域，提高分類精度。最后，以采集的地形樣本為實際參考，對分類圖像的精度進行了檢驗，總體分類精度超過82%，符合研究需要。

（三）景觀類型轉移矩陣

利用俄羅斯數學家馬爾可夫模型構建的景觀轉移矩陣，可以詳盡詳細地描述景觀變化的結構特征和每個景觀變化的方向，數學表達式如下。

式中：n為研究區景觀類型數，Sij為景觀類型i到j從初始時段T1到結束時段T2過渡的面積統計，對角線為在此期間景觀類型面積保持不變時期。

三、結果與分析

（一）景觀類型動態轉移

1.景觀結構特征及面積變化

根據對遙感影像進行分析得到的研究區土地整體分類結果，下圖為研究區2000年和2018年的分類影像。

從圖1中可以初步看出，2000至2018年這18年間，城市建設用地的有較明顯擴張，研究區內的綠色生態空間總體呈持續減小的趨勢。根據研究區2000—2018年3期土地利用遙感解譯數據，得到研究區18年間的各景觀類型面積變化，見表1。

圖1 2000年和2018年研究區域分類圖像

表1 2000-2018研究區各景觀類型面積變化

由表1可以看出，自2000年以來，研究區內的綠色生態空間總體呈持續減小的趨勢，耕地、林地和草地面積均減小，其中主要減小的綠色空間為耕地，建設用地有較大幅度增加，水域無較大變化。3個時期研究區各地類的面積中，林地占主導地位，所占比重均超過60%，其面積由2000年的142777.17ha2減少到2018年的142541.55ha2，其面積總減小量為235.62ha2。而耕地面積僅次于林地，在2000、2010與2018年三個時期耕地分別占永定區總面積的24.08%、23.93%、23.16%，比重逐年降低，由2000年的52569.09ha2減少到了2018年的50561.01ha2，相比減少了2008.08ha2，其面積變化最顯著。由于城市化擴張等因素的影響，研究區的建設用地的面積逐年增加。建設用地在2000年面積為1769.04ha2，至2018年，其面積增加到4091.58ha2，其比重也由2000年的0.81%逐年上升至2018年的1.87%。由此可見，永定區在快速化城區擴張的過程中產生了嚴重的耕地流失的現象。草地所占比例呈減小趨勢，但減小幅度不大。而水體的變化表現為波動減小趨勢，除2000-2018年間有輕微增加外，整體上仍然呈減小趨勢。

2.土地利用類型矩陣轉移過程

進一步考察了塔永定地區不同景觀類型之間的相互運動，了解景觀類型的時空演化過程和機制，以及特定景觀類型的流量減少和來源增加。研究分析了研究區2000-2010年和2010-2018年景觀類型變化矩陣。在ArcGIS軟件中，利用Anylysis—Overlay—Intersect工具，將2000與2010年、2010與2018年景觀格局矢量圖進行空間疊加運算。得到2000-2010年景觀類型轉移面積矩陣見表2和2010-2018年景觀類型轉移面積矩陣見表3。

表2 2000年-2010年永定區景觀類型轉移面積矩陣

表3 2010年-2018年永定區景觀類型轉移面積矩陣

表2為永定區2000—2010年景觀轉移矩陣，結果表明

（1）草地：草地面積有18930.69ha2保持不變，4.05ha2轉為林地，5.4ha2轉為耕地，2.88ha2轉為水域，轉出總面積為12.33ha2；草地的轉入則主要來源于耕地，轉入的面積為108.45ha2，占轉入總面積的94.65%。

（2）耕地：耕地的面積有52200.9ha2保持不變，163.17ha2轉為建設用地，46.8ha2轉為水域，152.1ha2轉為林地，6.12ha2轉為其他用地。耕地轉出主要以建設用地及林地為主，轉出總面積為315.27ha2；耕地的轉入則主要來源于林地，轉入面積為36.9ha2，占轉入總面積的90.11%。

（3）建設用地：建設用地面積有1760.04ha2保持不變，且轉出量較小，2000-2010年間僅向林地轉出9ha2；建設用地的轉入則主要來源于耕地，轉入的面積為163.17ha2，占轉入總面積的64.54%。

（4）林地：林地面積有142520.5ha2保持不變，108.45ha2轉為草地，82.71ha2轉為建設用地，36.9ha2轉為耕地，28.62ha2轉為水域。林地轉出主要以草地為主，轉出總面積為256.68ha2;林地的轉入則主要來源于耕地，轉入的面積為152.1ha2，占轉入總面積的96.79%。

（5）水域：水域面積有2268.72ha2保持不變，且轉出量較小，2000-2010年間僅向林地轉出5.04ha2。水域的轉入則主要來源于耕地，轉入的面積為46.8ha2，占轉入總面積的59.22%。

從2010-2018年轉移面積矩陣來看，各景觀類型面積轉入轉出量各不相同，詳細情況具體如下：

（1）草地：草地面積有18317.43ha2保持不變，461.34ha2轉為林地，111.33ha2轉為耕地，64.17ha2轉為建設用地，90.99ha2轉為水域。草地轉出主要以林地為主，轉出總面積為727.83ha2；草地的轉入則主要來源于林地，轉入面積為444.15ha2，占轉入總面積的的81.58%。

（2）耕地：耕地的面積有49494.6ha2保持不變，1619.55ha2轉為建設用地，931.95ha2轉為林地，104.94ha2轉為水域，90.81ha2轉為草地。耕地轉出主要以林地及建設用地為主，轉出總面積為2747.25ha2；耕地的轉入則主要來源于林地，轉入的面積為633.24ha2，占轉入總面積的59.38%。

（3）建設用地：建設用地面積有1886.22ha2保持不變，67.68ha2轉為林地，51.84ha2轉為耕地，4.5ha2轉為水域，1.08ha2轉為草地。建設用地的轉出主要以耕地為主，轉出總面積為125.1ha2，建設用地的轉入則主要來源于耕地，轉入面積為1619.55ha2，占轉入總面積的73.44%。

（4）林地：林地面積有140945.8ha2保持不變，633.24ha2轉為耕地，515.34ha2轉為建設用地，444.15ha2轉為草地，148.14ha2轉為水域。林地轉出主要以耕地和建設用地為主，轉出總面積為1740.8ha2；林地的轉入則主要來源于耕地，轉入面積為931.95ha2，占轉入總面積的58.4%。

（5）水域：水域面積有1927.53ha2保持不變，270ha2轉為耕地，134.82ha2轉為林地，6.3ha2轉為建設用地，8.37ha2轉為草地。水域轉出主要以耕地和林地為主，轉出總面積為419.49ha2；水域的轉入則主要來源于林地，轉入面積為148.14ha2，占轉入總面積的42.5%。

四、結論

本文以2000-2018年三相遙感分析數據作為張家界永定區景觀研究的基礎數據。在時間和空間尺度上分析永定區。上述變化代表了18年來永定景觀類型的相互轉換，主要體現在城市化進程中人造景觀的大量增加和大量耕地的開發建設。用于建設用地。分析期內各部分建設用地面積增加最多的是2010-2018年，凈增加2080.26公頃2。流轉面積主要為耕地和林地，分別為1619.55公頃和515.34公頃2.農用地面積在各局部變化時期均呈現顯著減少，減少幅度最大，2010-2018年為1068.84公頃。毀林面積最大的是931.95公頃，其次是水庫和草原。可以看出，由于退耕還林、退耕還林等環保工程和相關政策法規的實施，森林面積有所增加。在整個研究期間，森林面積顯著減少。2000年至2010年間，隨著人類活動更加活躍，森林被砍伐，草地、建筑和耕地增加，森林面積明顯減少。2010-2018年，張家界環保工程實施后，植被有所改善，其他類型土地復墾后轉為林地面積達1740.8公頃。其中，耕地和草原退耕還林面積分別占總退耕面積的58.4%和26.5%，少量水體和開發用地也轉為森林。林地尚未完全恢復，整個研究期間總面積仍減少了235.62公頃。草原面積的變化并不穩定。2000-2010年，草原面積增加102.24公頃，以林地為主，占移民安置總面積的94.65%。草地減少183.42公頃，主要轉變為林地和耕地。2000-2010年水體面積穩步增加，2010-2018年水體面積減少，主要轉變為耕地和林地。