贵州500亩以上坝区遥感识别与空间分布特征研究_胡锋.pdf

第 卷，第 期自 然 资 源 遥 感，年 月 ，：引用格式：胡锋，李雪，左晋，等 贵州 亩以上坝区遥感识别与空间分布特征研究 自然资源遥感，（）：（，（）：）贵州 亩以上坝区遥感识别与空间分布特征研究胡 锋，李 雪，左 晋，宋善海，唐红祥，谷晓平，（贵州省生态气象和卫星遥感中心，贵阳；高分辨率对地观测系统贵州数据与应用中心，贵阳；贵州省山地环境气候研究所，贵阳）摘要：贵州山多平地少，耕地资源紧缺，坝区成了现代农业高质量发展和农民增收致富的主要载体，开展坝区提取与特征研究可为农业产业结构调整和土地资源的可持续利用提供科学参考。以 年 分辨率的国产高分卫星影像为主要数据源，借助“”技术手段，对 亩（）以上的坝区进行了遥感提取、验证与分析。遥感监测结果表明：贵州省 亩以上坝区大约 个，土地面积约 ，占耕地面积的 。全省主要以小面积坝区为主，其中等级（）和等级（）的坝区个数占比较高，占比分别为 和 ；而等级（万亩大坝）的坝区面积占比最多（），且坝区个数与面积之间不成对应比例关系。亩坝区主要聚集分布在沿东北西南一线的中部区域，黔南州、遵义市和安顺市坝区面积位列前三；坝区海拔主要分布在 之间，面积占比为，丘陵和山地区域坝区分布多，盆地和台地区域分布较少。关键词：亩坝区；高分辨率；信息提取；空间分布；贵州中图法分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：；修订日期：基金项目：年区域特色应用项目“风云三号 批气象卫星工程地面应用系统”（编号：（）资助。第一作者：胡 锋（），男，硕士研究生，主要从事 与遥感应用研究。：。通信作者：谷晓平（），女，正研级高工，主要从事生态遥感与农业气象研究。：。引言山地精准扶贫和山区可持续发展一直是学界关注的焦点。贵州由于特殊的喀斯特地貌发育特征，土地利用格局深受地形、地貌条件影响，土地资源类型表现为山地和丘陵多、坝地少，可开发和规模利用的耕地资源有限。耕地主要分布在山间盆地、峰丛洼地、河流阶地及河谷地带，通常把这类坡度较小、地势相对平坦的区域俗称为“坝区”或“坝子”。坝区作为人类活动和农业生产生活最为重要的地貌单元载体，具有土表平整、土壤肥沃、承载力和利用率较高等优势，经济和社会效益显著，尤其是万亩大坝备受外界关注。年省委省政府决定把全省 亩（）以上的坝区种植土地（下称“亩坝区”）作为农业产业结构调整和农业现代化发展的龙头抓手，重点培育特色优势产业，助推脱贫攻坚和乡村振兴。长期以来，随着工业化和城镇化的快速发展，建设用地对坝区的侵占现象日益突出，致使非农用地增多，耕地面积减少。坝区土地面临既要保证“吃饭”又要保证“建设”和“生态”的三难局面。因此，系统分析和揭示贵州 亩坝区的数量关系特征和空间分布格局，对全省农业生产布局、产业结构调整及土地资源可持续利用等都具有重要意义。近年来，关于坝区的研究以中国西南地区较为多见，研究内容主要包括坝区内涵特征与成因研究、坝区划定与类型划分，、万亩大坝信息提取与调查研究、云贵两省坝区可用面积估算、坝区土地利用变化与驱动力分析、大坝子土地利用转型 与景观格局演变研究。李阳兵等从地形地貌角度探究了贵州不同规模等级坝子的空间分布特征，重点分析了坡度在 以下平地的空间分布特征；韩德军等认为土地利用与区域经济之间存在很强的耦合关系，两者互为影响；张满姣认为贵州坝区农业现代化水平显 亩 。自 然 资 源 遥 感 年著提升，经营管理模式呈多样化态势等特点。上述成果极大地丰富了坝区基础理论和应用研究，意义重大，但大多研究主要集中在典型、独立的坝区，未系统地对全省范围内集中连片的耕地大坝开展研究。关于 亩坝区的数量关系特征和空间分布格局等资料缺乏确切的记录，如坝区分布状况、数量、面积等目前尚无一套完整的数据资料。因此，本文充分利用国产高分辨率的卫星遥感影像，借助遥感与 定量分析技术，对贵州 亩以上同时兼有现代农业功能价值的坝区连片地块进行定量化提取剖析和空间表达，旨在探究贵州耕地大坝的数量、规模面积和空间分布格局特征，填补关于 亩坝区数据资料的不足，以期能够为山区粮食生产安全、种植结构调整以及土地资源的合理利用与优化配置等提供数据支撑和决策参考。研究区概况及数据源 研究区概况贵州地处中国西南部云贵高原的东斜坡地带，境内地势西高东低，自中部向北、东、南三面倾斜，平均海拔 左右，土地总面积 万（图），属亚热带高原湿润季风性气候，降水年际变化较大，易发生春旱和伏旱。北部大娄山、东北部武陵山、西部乌蒙山和横亘中部的苗岭等 大山脉构成了贵州高原的地形骨架。境内地貌类型十分复杂，大致可分为高原、山地、丘陵和盆地 种基本类型，其中山地和丘陵占全省总面积的 。贵州还是世界上岩溶地貌发育最典型的地区之一，碳酸盐岩广泛分布，据统计喀斯特出露面积占 以上 （有的资料为 ）。因此，贵州是典图 贵州省地势高程分布图 型的喀斯特山地省份，地形起伏大，地块破碎化程度高，耕地总量较少且质量不高，坝区成为了重要的粮食生产基地和政治、经济、文化中心，对人口承载、经济发展和生态建设起着重要作用。数据源及预处理主要包括高分一号（）、高分二号（）及高分六号（）卫星遥感影像数据，其中 和 空间分辨率为 ，空间分辨率为 ，影像时间主要为 年，局地为 年或 年，数据来源于高分辨率对地观测系统贵州数据与应用中心。卫星载荷指标如表 所示。表 卫星数据有效载荷技术指标 参数波段 光谱范围 空间分辨率 全色：多光谱：全色：多光谱：全色：多光谱：宽幅 周期 同时收集了来源于日本宇宙航空研究所发布的 分辨率 地形数据以及来自清华大学宫鹏教授团队在 年发布的 分辨率全球土地覆盖产品数据，作为研究的辅助数据参考。主要采用泰坦航空航天数据处理超算系统平台进行数据预处理，内容包括几何纠正、正射校正、波段融合、运算及拉伸，以及色彩平衡、拼接与裁剪等，最终得到研究区域的高分卫星底图数据，以此作为坝区遥感识别提取的主要数据源。研究方法 亩坝区的定义与识别根据省委办公厅印发的贵州省 亩以上坝区种植土地保护办法和省农业农村厅印发的关于 亩以上坝区农业产业结构调整的指导意见中明确指出：亩坝区种植土地是指地形坡度小于 且面积大于等于 亩的相对集中连片的耕地和园地。因此，本文研究的坝区均指耕地面积大于等于 亩且坡度在 以下的连片地块。技术路线土地利用 土地覆盖数据是坝区识别提取的重要基础数据。以 年 分辨率的贵州省土地利用 覆盖产品数据为基础，结合 年的高分卫星影像，解译更新得到 年全省的耕地和园地土第 期胡 锋，等：贵州 亩以上坝区遥感识别与空间分布特征研究地利用现状数据。将 数据按照坡度 为界的分级标准，生成坡度等级数据。借助 软件平台进行坝区遥感提取模型构建，基于该模型可快速完成全省或各市（州）亩坝区矢量数据的初提取，然后结合 及 高清影像和无人机航飞影像等对坝区边界进行精细化修正。技术路线如图 所示。图 研究技术路线 坝区的等级划分因本研究提取的坝区数量相对较多，面积大小不一，为便于更加清楚地分析 亩坝区之间的数量关系特征，揭示不同面积大小坝区的空间分布格局，本文将坝区按照面积属性划分为 个等级，划分标准如表 所示。表 坝区不同等级划分 （）等级面积，），），），），），）等级面积，），），），）结果分析 亩坝区遥感监测结果分析根据卫星遥感监测结果显示（图），贵州省 亩坝区个数大约 个，其土地种植面积为 （万亩），占全省耕地面积（第三次国土调查贵州省耕地面积为 万亩）的 ，相当于平均每个坝区 （亩）。通过利用 、无人机和 图 贵州省 亩坝区的空间分布 自 然 资 源 遥 感 年高清影像以及实地调查等方式，在惠水、平坝、播州、兴义、麻江、榕江、德江、凤冈、贵定等多县（市、区）实地验证了 个坝区，经对比研判，其中有 个坝区识别准确，坝区位置遥感识别精度达 以上，并针对地形和人居环境复杂区域的坝区边界进行了修正，数据总体精度较高。由此可见，国产高分卫星影像较传统常用的 系列等卫星影像具有高空间分辨率、高时间分辨率等优势，可解译度高，为坝区遥感识别提供了关键数据支撑，是坝区提取较为理想的数据源。亩坝区的数量关系特征 坝区数量关系特征分析图（）反映了不同面积大小的坝区个数占坝区总数的百分比，以，）的坝区个数占比最高（），其次是，）和，），分别占 和 ，其余面积区间的坝区个数百分比均不足 ；随坝区面积增加，个数占比逐渐降低，当面积增加至 （亩）以上时，坝区个数占比均在左右，备受关注的万亩以上大坝（）（）不同面积大小坝区个数占比分布（）基于坝区数量的累计面积百分比统计图 贵州省 亩坝区的数量分布 个数占比也仅为。可见，坝区面积在 亩以下的个数占比达到了 ，尤其以（亩），（亩）之间的坝区个数分布最多，其个数占比达到 。坝区数量分布与面积特征相互关系将 亩坝区按面积从小到大排列，基于坝区个数统计坝区面积累计比（图（）。结果显示当坝区数量分别达 和 个时，其面积累计百分比也仅为 和 ；当坝区数量达 个时，其面积累计百分比为 。说明 亩坝区大多以小面积坝区为主，面积主要集中在少数相对较大的坝区，这也充分反映了贵州山区耕地资源破碎化、零星分布的特征。按坝区等级（图），以等级 坝区个数最多图 不同等级坝区个数与面积分布 （个），占比为 ，其次是等级，和，坝区个数占比分别为 ，和 ；等级（万亩大坝）约有 个，个数占比仅为。从面积上，等级 面积最多（万），面积占比达 ，其次是等级，和，面积占比分别为 ，和 ；其他等级的坝区个数和面积分布相对较少（表），且坝区个数与面积占比之间不成线性比例关系，即坝区个数多，其面积不一定多。表 不同等级坝区面积分布 等级数量 个 数量百分比 面积 面积百分比 等级 等级 等级 等级 等级 等级 等级 等级 等级 等级 等级 合计 亩坝区的空间分布特征 坝区省级空间分布特征根据卫星遥感监测显示，全省 亩坝区总体第 期胡 锋，等：贵州 亩以上坝区遥感识别与空间分布特征研究呈现南多北少、西多东少的空间分布格局（图），主要集中分布在贵州省中部区域。从坝区分布核密度图（图（）可看出，坝区在遵义凤冈湄潭交汇处、红花岗汇川交汇处以及安顺平坝西秀交汇处分别形成了高密度分布核心区，其次在铜仁万山岑巩交汇处、黔南惠水长顺交汇处和独山荔波交汇处、黔西南兴义兴仁交汇处也形成次高密度分布核心区。除中部外，坝区还沿东北西南一线区域分布。黔东南州由于地形地貌以山地丘陵为主，耕地以梯田分布较为多见，集中连片的坝区分布相对甚少；六盘水北部、遵义西北部和北部边缘由于地形切割强烈，地形起伏大，坝区少且呈零星分布。（）坝区分布核密度图（）坝区面积核密度图图 坝区个数与面积的密度空间分布 从坝区面积核密度图（图（）可知，面积较大的坝区主要分布安顺平坝和西秀，其次是黔南惠水、遵义绥阳和播州、黔西南安龙、毕节威宁和金沙等，即安顺著名的高峰大坝、夏云大坝、马场大坝和白云大坝，贵州最大的惠水涟江大坝，绥阳有旺草大坝等，不同高密度区均有不同面积的连片大坝分布。坝区市级空间分布特征根据市州的坝区个数、面积统计图（图（）可知，面积分布位列前三的分别是黔南州、遵义市和安顺市，其占比分别为 ，和 ；然后依次是毕节市、贵阳市、黔东南州、黔西南州、铜仁市和六盘水市，其中六盘水是所有市州中面积分布最少的，面积占比仅为 （图（）。坝区数量分布最多的是黔南州（个），然后依次是遵义市（个）、毕节市（个）、铜仁市（个）、黔东南州（个）、黔西南州（个）、（）各市州坝区个数与面积分布（）各市州坝区密度与面积百分比分布图 各市州坝区数量、面积和密度关系 ，安顺市（个）、贵阳市（个）、六盘水市（个），其中六盘水坝区数量最少，且各市州坝区数量与面积之间也不形成对应的比例关系（图（）。从密度分布（图（）上，黔南州坝区密度最高，其次是遵义市、毕节市、铜仁市、黔东南州等地。因此，各市州坝区差异性分布较大，面积大小不一。坝区地形地貌特征分析从高程分布上（图（），亩坝区主要集中分布在 ）和 ）之间，两者的面积占比分别达到 和 。然后依次是 ，）和 ），其面积占比分别为 ，和自 然 资 源 遥 感 年。海拔在 以上的坝区分布面积较少，面积仅占 。可见，亩坝区主要集中主要分布在海拔高度为 ）之间的区域。从地貌形态上（图（），亩坝区主要集中分布在丘陵和山地地貌形态区域，其中丘陵地貌形态区面积 ，占坝区总面积的 。其次是山地地貌形态区 ，面积占比，盆地和台地地貌形态区域仅占 和，坝区分布相对较少。（）不同高程区间坝区面积分布（）不同地貌形态区域坝区面积分布图 不同高程、地貌形态区域坝区面积分布 结论本文主要利用国产高分卫星影像，借助遥感信息技术手段，完成了全省 亩坝区的遥感识别监测，并对坝区的个数、面积和空间分布特征等进行了探讨研究。）根据卫星遥感监测，贵州省 亩坝区大约 个，土地面积约 （万亩），占全省耕地面积的 ，相当于平均每个坝区面积为 （亩）。利用国产高分数据识别的坝区精度达 以上，较传统常用的 系列等数据具有高空间、高时间分辨率等优点，可解译度高，是坝区遥感监测较为理想的数据源。）全省以等级 坝区的个数占比最高，为 ，其次是等级 坝区（）和等级 坝区（），坝区个数随面积的增加而逐渐减少；坝区大多以小面积的坝区为主，坝地面积主要集中在少数相对较大的坝子，其中万亩以上大坝（等级）面积占到了 ；各等级、市州的坝区个数与其面积之间不存在对应的线性比例关系特征。）贵州省 亩坝区主要集聚分布在沿东北西南一线的中部区域，总体呈南多北少、西多东少的空间分布格局。坝区面积位列前三的是黔南州、遵义市和安顺市，个数占比最多的 个市州是黔南州、遵义市和毕节市，面积和个数均分布最少的是六盘水。）坝区海拔主要集中在，）和，），其面积占比分别为 和 ，以上基本无坝区分布；丘陵地貌形态区域坝区面积占比达 ，山地地貌形态区域占 ，盆地和台地地貌形态区域坝区分布相对较少。参考文献（）：赵宇鸾，李秀彬，张 颖 黔桂喀斯特山地与山区类型划分技术与应用 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