三峡库区近十年土地利用变化特征研究.pdf

第 卷湖北师范大学学报(自然科学版)第 期 ()三峡库区近十年土地利用变化特征研究许秋阳吴乐知(湖北师范大学 城市与环境学院湖北 黄石)摘要:土地利用变化是人与自然密切联系的重要方式土地利用格局的变化能够反映人类利用和改造自然等活动的强弱及其周边环境的变化趋势 基于、和 年共 期三峡库区的遥感影像首先通过 软件监督分类功能结合人工目视解译方法提取了耕地、林草地、水域和建设用地 种土地利用类型的面积其次从土地利用变化速度、转移方向定量分析了三峡库区 年间的土地利用变化特征最后探讨了土地利用格局变化的原因 结果表明:)三峡库区以林草地和耕地为主 年两者面积分别占比 和 建设用地和水域面积分别占比 和.)近 年建设用地面积显著增加了 倍耕地面积减少了 林草地面积先增加后减少水域面积总体上呈减少趋势)研究期内三峡库区林草地转入最多主要来自耕地有 .的耕地转化为了林草地耕地转出最多除主要转为林草地外转为建设用地面积最大为 .)三峡库区土地利用变化的主要原因一方面是城市化和工业化进程的快速推进另一方面是国家生态文明建设要求尤其是退耕还林、还草相关政策的提出和落实关键词:三峡库区土地利用变化特征研究中图分类号:文献标志码:文章编号:():./.引言习近平总书记的“两山理论”阐明了人与自然和谐共生的本质内涵“统筹兼顾金山银山和绿水青山”揭示了经济社会与生态环境并行发展的关系 三峡库区所在地理位置特殊造就了特殊的生态环境 三峡工程建设引起的移民搬迁以及工业化、城市化进程的快速推进急剧改变了区域土地利用格局土地利用方式的变化能清晰地反映人类利用、改造自然等活动对生态环境干扰、影响甚至破坏的强弱 因此在两山理论的指导下研究三峡库区土地利用的变化特征并分析原因对于深刻理解人与自然和谐共生的理念具有积极意义同时也能为区域可持续发展提供建议和参考进而提升土地资源开发的科学合理性土地利用变化研究热潮源于国际组织对全球环境变化的研究学者们发现土地利用变化是引起其他全球变化问题的主要原因之一也是人与自然密切联系的重要方式 世纪 年代全球地理学、生态学和环境科学等学科逐渐加强了对土地利用变化的研究 初期国外学者主要对研究区的土地利用进行了精确分类和制图后来随着 技术的发展与成熟学者们在土地利用空间格局特征、驱动因素、时空变化过程和机理、变化尺度效果与响应分析、土地利用动态监测、生态环境效应及优化和模拟等方面开展了大量研究 目前的土地利用变化在研究内容上注重多系统性如与气候系统结合探究两者对区域内土壤物化性质和功能、植物物种变化、区域地质灾害和水域等生态系统收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()湖北省教育厅重点项目()黄石社科联项目()作者简介:许秋阳()女湖北宜昌人在读硕士研究生研究方向为土地利用与城市发展.通讯作者:吴乐知()男安徽太湖县人博士副教授硕士生导师研究方向碳循环与低碳经济研究:.的影响及其相关性 国内土地利用变化研究在 年代以前着重于进行土地资源整治 年代开始土地利用动态变化的系列研究 后来 技术运用到土地利用变化研究中如翁纪军利用遥感影像提取数据得到了区域土地利用分布结构 近年来在生态文明建设理念的指导下国内学者展开了对生态脆弱区土地利用变化与生态系统服务价值的多层次和多尺度定量评价集中研究土地利用景观生态及灵敏性的静态变化土地利用时空变化、动态演变、空间分布仍是其研究重点国内外土地利用研究涉及土地利用类型、结构、格局和动态变化等三峡库区的土地利用变化研究主要集中于 年三峡大坝建成前后土地利用方式转变的对比分析并在土地利用变化基础上对三峡库区生态系统服务价值、生态环境效应与质量进行评价与评估但对三峡大坝建成后三峡库区 世纪以来土地利用时空变化的整体研究较少基于此本文综合三峡库区土地利用数据的数量、时间和空间三方面的变化特点探究近十年三峡大坝建成后库区的土地利用变化的状况并试图结合该区域的社会经济发展状况分析产生变化的原因以期为库区的土地利用优化和区域人地协调发展提供借鉴和参考 数据与方法.研究区概况三峡库区位于 处于长江中上游并与四川盆地连接南面是川鄂高原北与大巴山相邻包括 个重庆市所辖的区县(丰都县、奉节县、万州区、巴南区、江津区、巫山县、长寿区、石柱县、渝中区、武隆县、巫溪县、北碚区、沙坪坝区、南岸区、渝北区、涪陵区、九龙坡区、大渡口区、江北区、云阳县、忠县和开县)以及湖北省的 个区县(夷陵区、秭归县、巴东县和兴山县)(图)三峡库区以亚热带季风气候为主三峡水库蓄水使区域内水域面积大幅增加影响了库区气候区域地层因而承受巨大静压力所以滑坡、泥石流、塌陷以及地震等地质灾害时常发生 三峡库区幅员辽阔面积广大土地资源总量充足分布有紫色土、石灰土、水稻土等主要土壤类型植被种类多样自然资源储量丰富图 三峡库区示意图.数据来源及处理本文数据主要分为行政区划数据和遥感数据:行政区划数据为县级尺度的中国行政区划矢量底图(中国地图审图号:()用于裁剪三峡库区库区遥感影像从地理空间数据云网站下载依据影像质量选取、四个年份的 以及 遥感影像基于三峡库区森林覆盖率较高的现状将土地利用分为耕地、林草地、水域、建设用地 种类型通过.对 年的四期遥感影像进行辐射定标、大气校正、图像裁剪、图像镶嵌等预处理利用 软件监督分类功能结合人工目视解译方法进行最大似然监督分类使用 工具提取得到 种地类面积通过 工具计算得到 年各时段土地利用转移矩阵并对结果进行完善和误差修正最后计算三峡库区各地类规模占比和变化率分析不同土地利用类型间转化趋势和转化速度概括出水库区域 年土地利用变化特征 所有数据经 进行汇总计算使用 .软件完成空间格局分布图.研究方法本文主要采用土地利用转移矩阵和动态度方法分析研究区内 年土地利用的变化特征根据变化特征分析研究期内三峡库区土地利用变化的原因.土地利用数量变化研究 结合 的统计分析工具和 的制图功能对三峡库区、年的土地利用类型的数量变化进行统计和空间格局的演变状况进行量化分析.土地利用类型转移矩阵 土地利用转移矩阵可以显示不同地类初期与末期相互转化的转移数量和转移方向如某一地类转化为另一地类的面积以及占比其数学模型为:()式中 表示面积 为土地利用的类型数 分别代表研究初期与末期的地类.土地利用动态度 某一区域内土地利用单个和整体类型的变化数量和速度往往用土地利用动态度来量化描述并用其反映变化数据波动的范围单一土地利用动态度表示某一土地类型年变化率综合土地利用动态度是指该研究区土地利用年综合变化率)单一土地利用动态度通过变化指数表示各个土地利用类型在某一时段内的变化速度和幅度其动态指数绝对值越小某类土地转化为其他类型土地的数量越少变化速度越小表示该地类变化越相对稳定数学模型为:()式中:表示第 类土地在 到 时段内的动态度、分别表示、时间上 地类的面积)综合土地利用动态度探究研究时段内库区各土地利用类型变化的综合状况综合动态值越大变化越剧烈该时段内区域内土地利用越不稳定其数学模型为:(/)()式中:为时段内研究区的综合土地利用动态度代表研究期初至研究期末地类转化为其他地类的面积的总和为研究期初 地类的总面积 表示研究时段 结果与分析.三峡库区土地利用类型面积变化三峡库区以林草地和耕地为主(图、图)年两者的面积分别为 和 占库区总面积的比例分别是 和 建设用地面积为 .占比 水域面积为.占比.从面积变化上来看研究期内建设用地面积总体增加从 年的.增加到 年.增长超过 倍且 年增长幅度大耕地面积总体减少且速度趋缓面积从 .减少为 .减少了 水域和林草地面积在 年期间变化幅度较小水域面积总体上减少林草地面积先增后减 三峡库区林草地主要布局在东北部和南部小部分地区其西部城市周围的郊区以及部分长江沿岸地区以耕地为主要利用方式水域主要为长江及其支流建设用地规模随时间变化不断扩大主要分布于重庆、宜昌主城区其中重庆城区建设用地向南北均有扩散宜昌城区呈东北 西南方向扩散(图)年份图 三峡库区土地利用类型面积变化图 年三峡库区土地利用类型空间分布格局.三峡库区土地利用变化特征 年、年、年三峡库区土地利用变化情况如表 所示 年三峡库区土地利用变化速度较快变化率为.建设用地、林草地和水域面积有不同程度的增加其中建设用地面积大幅增加单一土地利用动态度为.耕地面积减少动态度为.年三峡库区土地利用变化最为活跃综合动态度最高变化率为.建设用地在这一时段面积增加明显单一动态指数为.耕地减少最明显动态指数为 .林草地和水域面积也有不同程度增加动态度相同维持在.年建设用地面积扩张明显单一动态度为.林草地、水域和耕地面积均有不同程度的减少其中水域面积减少幅度较大三种类型的动态度分别为.、.、.年时段整体土地利用类型变化幅度不大综合土地利用变化率为.表 三峡库区各土地利用类型动态变化率土地类型面积/年 年 年 年单一动态度 年 年 年 年建设用地.林草地.水域.耕地.综合动态度.通过土地转移的各项数据制作桑基图对各土地利用类型之间的转移流向进行可视化分析结果如图 所示近 年来三峡库区耕地和水域以转出为主林草地和建设用地以转入为主图 年土地利用转移矩阵桑基图表 表 分别表示三峡库区 年、年、年的土地利用转移矩阵从中可以看到耕地转出的主要地类为林草地和建设用地其中 年耕地转为林草地面积最大为.占总面积的.年耕地主要转为建设用地水域的主要转出类型为林草地和建设用地三个时期向林草地转移的面积为.、.、.转化为建设用地的面积为.、.、.林草地的转入类型以耕地为主建设用地的转入以林草地和耕地为主 年建设用地以耕地转入为主转移面积为.年、年两个时期以林草地转入为主转移面积分别为.、.通过总结以上三个时段的土地转移变化特征可以发现近 年三峡库区耕地转出的幅度最大建设用地转入幅度最高 耕地转出面积占三峡库区土地利用转移总面积的.转为林草地趋势变缓但转为建设用地比重增加 林草地以转入为主这与三峡库区主要以林草地分布为主相符合转化为林草地的地类以耕地为最 建设用地的转入面积逐渐递增主要来自耕地 水域转出大于转入在 年时段内变化较大表 年三峡库区土地利用类型转移矩阵年份类型 年建设用地林草地水域耕地 年建设用地.林草地.水域.耕地.表 年三峡库区土地利用类型转移矩阵年份类型 年建设用地林草地水域耕地 年建设用地.林草地.水域.耕地.表 年三峡库区土地利用类型转移矩阵年份类型 年建设用地林草地水域耕地 年建设用地.林草地.水域.耕地.三峡库区土地利用变化原因分析一般而言土地利用变化是自然原因与社会经济原因共同导致的但随着人类活动影响力的增大社会经济因素则通过对人们在土地利用上的决策施加影响而成为土地利用变化的直接影响因素 根据已有研究发现三峡库区土地利用变化原因主要包括三峡大坝建设、人口因素、社会经济发展和政策变化四个方面本文的研究时段在三峡工程建成以后属于建设中后期因此主要根据各时期土地利用类型转换情况从三峡工程建设等社会层面探讨分析该地区土地利用变化的宏观影响因素 年“森林重庆”“绿地行动”、天保工程等退耕还林政策相继实施据国家林业和草原局政府官网数据统计 年湖北省、重庆市三峡库区及上游地区有关县共执行退耕还林还草任务 .万亩因此新增林草地是 年三峡库区森林面积显著增加、耕地面积持续减少、耕地转为林草地的主要因素 年城镇化和经济发展在三峡工程建成后对土地利用变化的影响占主导地位基础设施建设成为导致耕地面积减少、大量耕地转为建设用地的重要因素 年三峡库区 座县城、城市的建成区面积增加了.倍 年三峡库区的城镇化率为.年城镇化率为.年年均提高.个百分点 此外在该时期三峡库区的粮食产量增加约 万吨耕地开垦占用了部分森林一些林草地转为了耕地耕地面积有所增加 年部分建设用地和耕地均转为了林草地这与三峡工程建设进入到后期以及工程结束带来的相关自然影响有关如水土流失生态服务功能下降等为了改善这些状况农业部先后组织实施了 万美元的长江柑橘带项目柑橘种植面积达 万亩占三峡库区柑橘种植面积的重点扶持了三峡库区柑橘优势产业带、草食畜牧业等项目建设这些措施导致三峡库区生态经济林种植规模不断扩大促进了当地农村产业结构调整造成了林草地面积大量增加近年来生态文明建设地位突出长江经济带发展战略也将三峡库区囊括其中国务院三峡办展开了三峡水库生态屏障区造林绿化的后续工作以维持耕地和林草地面积的生态环境稳定 因此在两山理论和耕地保护的背景下可以预测三峡库区的林草地和建设用地面积增加而耕地和水域面积维持稳定 结论与展望.主要结论)三峡库区以林草地和耕地为主 年林草地面积在 以上占比 耕地面积接近 占比建设用地面积和水域面积分别为.和.占比分别是 和.)三峡库区 年土地利用变化最为活跃综合变化率为.近 年变化幅度最大的是建设用地面积快速增加到研究初期的 倍耕地面积呈现减少趋势减少量为 .减少了 林草地和水域面积在研究期间变化平缓林草地面积先增后减水域面积总体上减少)林草地转入最多主要来自耕地 年耕地转为林草地面积最大为 .占比.耕地转出面积最大除主要转为林草地外转为建设用地面积最多为 .)社会经济因素在三峡库区土地利用变化中起主要作用三峡工程的实施加快了城市化进程、生态文明建设背景下退耕还林、还草政策的实施均改变了三峡库区土地利用格局.展望由于受到遥感影像质量的影响土地利用数据存在一定误差本文只研究了三峡库区土地利用时间及数量变化特征缺乏深层次多样化的原因剖析和一定的空间特征分析因此在未来应采取多样空间分析方法多角度、深层次挖掘影响因素将原因分析定量化基于三峡库区土地利用现状与生态保护相结合以探讨该区域生态服务价值来完善对后三峡时代三峡库区土地利用时空变化的全面分析使研究结论更具普遍性和说服性参考文献:邹欣怡赵 伟蒲海霞.三峡库区重庆段土地利用转型及生态服务功能价值时空分异特征.水土保持研究():.何英彬陈佑启.土地利用/覆盖变化研究综述.中国农业资源与区划():.严恩萍林 辉王广兴.年三峡库区生态系统服务价值演变及驱动力.生态学报():.:.:.:.:/././翁纪军.基于高分遥感影像的土地利用研究 以重庆三峡库区为例.测绘与空间地理信息():.王大菊卫海燕贺 敏等.基于土地利用的三峡库区生态系统服务价值时空格局分析.长江流域资源与环境():.庞 敏周启刚马泽忠等.三峡库区蓄水前后土地利用与经济发展协调度.水土保持研究():.吕霜霜王子芳王金柱等.基于 的生态服务价值变化研究.西南大学学报(自然科学版)():.李 辉张晓媛国洪磊.基于土地利用的三峡库区近 年生态系统服务价值时空变化特征.水土保持研究():.王艳分.三峡库区生态环境行政监管机制之困境与完善.太原理工大学学报(社会科学版)():.鲁春阳齐磊刚桑超杰.土地利用变化的数学模型解析.资源开发与市场():.王秀兰包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨.地理科学进展():.童小容杨庆媛毕国华.重庆市 年土地利用变化时空特征分析.长江流域资源与环境():.倪绍祥.土地利用/覆被变化研究的几个问题.自然资源学报():.谭少军邵景安邓华等.三峡库区土地利用驱动力评价及机制分析.中国农业资源与区划():.熊 杰曾 源朱 亮等.近 年三峡库区土地覆被变化及驱动力分析.长江流域资源与环境():.():.:).).).).: