基于TM影像的青海省玛多县土地利用及景观分析

张朋涛+殷青军

摘要：通过遥感图像预处理、人工解译1990年、2000年、2007年和2010年四期TM影像得到土地利用数据，求得土地利用转移矩阵和各种生态环境景观指数。通过分析四期土地利用数据和总体景观指数之间的差异性，指出由自然和人为原因引起的生态环境的变化：玛多县的生态环境已经得到较为明显的改善。

关键词：遥感数据；玛多县；土地利用；景观分析

1 引言

玛多县是国内人类生存环境最恶劣的地区之一，生态环境也相对比较脆弱。但其位于“三江源”国家级自然保护区[1]核心腹地，生态地位十分重要，是青藏高原重要的生态屏障，也是黄河中下游地区经济社会发展的重要生态功能平衡区。但是随着人类活动影响的增加，当地生态环境破坏也较为严重，政府部门也开始生态恢复重建工作，而利用遥感和GIS技术作为监测技术，分析土地利用与覆盖变化是重要的研究方向[2-3]。

2 研究区域概况

玛多县位于东经96°55′～99°20′，北纬33°50′～35°40′，东部与海南藏族自治州兴海县和果洛藏族自治州玛沁县相毗连，北依积石山支脉布青山与海西蒙古族藏族自治州都兰县相邻，西靠玉树藏族自治州曲麻莱县，西南以巴颜喀拉山为界与玉树藏族自治州称多县接壤，南与四川省石渠县和果洛州达日县相连。玛多县是青海省平均海拔最高的县，全县总面积24477平方公里，平均海拔4500米以上，县城驻地海拔4276米，自然条件恶劣，高寒缺氧，环境严酷，年均气温-4℃，年日照时数4442.2小时，年均降水量303.9毫米。

3 研究内容：

3.1数据处理

所用的数据为1990年8月、2000年10月、2007年8月和2010年7月四期的TM遥感影像，经过几何纠正、投影变换、建立统一坐标系统等预处理之后，采用人工解译的方法，对四期影像数据进行解译分类处理。以上处理在遥感软件ERDAS和ARCGIS下进行。

3.2土地利用分类

土地利用分类参考国家土地分类系统，结合外业调查。地形地貌和土壤类型等资料，人工解译对四期遥感影像进行土地利用分类。对最终解译成果做出土地利用专题地图，见图1。

图1 各年份土地利用图

3.3景观指数

景观指数是指能高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标[4]。景观指数有两个层次[5]，即总体指数和要素指数。本次研究根据解译出的土地利用数据计算了5种总体景观指数，如多样性指数、优势度指数、分维数、均匀度指数、破碎度指数描述总体景观的要素特征。

4 结果分析

4.1 土地利用变化分析

根据四期土地利用解译数据求得土地利用转移矩阵，见表1、表2、表3。从1990年到2000年变化最大的是湖泊，共有35.18km?面积发生变化，其中32.25 km?变为湿地、1.04 km?变为中覆盖草地、0.27 km?变为低覆盖草地、1.62 km?变为滩地；但需要注意的是有2.71 km?高覆盖草地和1.26 km?湿地变为湖泊。从2000年到2007年变化最大的是湿地，有41.66 km?面积发生变化，其中主要变化为34.06 km?变为湖泊，另外有0.43 km?变为高覆盖草地、7.17 km?变为水库坑塘；湖泊面积变化也相对较大，有12.65 km?变为湿地、0.03 km?变为高覆盖草地、0.57 km?变为中覆盖草地、3.74 km?变为低覆盖草地、0.33 km?变为书库坑塘、0.55 km?变为滩地；需要注意的是有5.32 km?的高覆盖草地变为中覆盖草地。从2007年到2010年变化最大的是湖泊面积，增加了55.59 km?，变化来源为湿地44.42 km?、高覆盖草地0.74 km?、中覆盖草地5.63km?、低覆盖草地2.44 km?、河流1.00 km?、滩地1.70 km?；另外面积变化较大的是中覆盖草地和低覆盖草地，有40.69 km?中覆盖草地变为高覆盖草地、3.79 km?低覆盖草地变为高覆盖草地。从1990年到2010年总体上变化比较大的动态变化是有46.15 km?中覆盖草地变为高覆盖草地、41.26 km?湿地变为湖泊。总的看来，湖泊和湿地之间的转化较多，高覆盖草地和中低覆盖草地之间的转化也较多，有一部分湿地变为湖泊，也有一部分中低覆盖草地变为高覆盖草地；另外一个显著变化是从2000年到2007年水库坑塘这一土地利用类型从无到有，其他土地利用类型面积变化不大。研究区域内主要土地利用类型为草地、湖泊和湿地，在四期土地利用数据中，高覆盖草地面积分别占总面积的33.19%、33.19%、33.17%、33.34%，中覆盖草地面积分别占总面积的26.27%、26.26%、26.28%、26.09%，低覆盖草地面积分别占总面积的19.10%、19.13%、19.09%、19.06%，湖泊面积分别占总面积的10.57%、10.70%、10.58%、10.39。

表 1 1990—2000年土地利用转移矩阵 km?

有林地 灌木林 高覆盖草地 中覆盖草地 低覆盖草地 河流 湖泊 滩地 城镇居民点 农村居民点 工程用地 沙地 湿地 裸岩石砾地 总计

（km?）

有林地 0.03 0.03

灌木林地 15.78 15.78

高覆盖草地 8120.51 2.71 8123.22

中覆盖草地 4.61 6426.54 6431.15

低覆盖草地 0.33 4675.33 4675.66

河流 264.33 264.33

湖泊 1.04 0.27 1615.12 1.62 32.25 1650.30

滩地 45.74 45.74endprint

城镇居民点 1.03 1.03

农村居民点 1.14 1.14

工程用地 6.58 6.58

沙地 185.53 185.53

湿地 1.26 2585.88 2587.14

裸岩石砾地 489.67 489.67

总计 0.03 15.78 8125.12 6427.91 4675.60 264.33 1619.09 47.36 1.03 1.14 6.58 185.53 2618.13 489.67 24477.30

表 2 2000—2007年土地利用转移矩阵 km?

有林地 灌木林地 高覆盖草地 中覆盖草地 低覆盖草地 河流 湖泊 水库、坑塘 滩地 城镇居民点 农村居民点 工程用地 沙地 湿地 裸岩石砾地 总计

（km?）

有林地 0.03 0.03

灌木林地 15.78 15.78

高覆盖草地 8119.44 5.32 0.36 8125.12

中覆盖草地 6426.30 0.27 1.34 6427.91

低覆盖草地 4669.11 0.12 6.38 4675.60

河流 262.48 0.36 1.49 264.32

湖泊 0.03 0.57 3.74 1601.22 0.33 0.55 12.65 1619.09

滩地 0.11 0.15 1.65 45.45 47.36

城镇居民点 1.03 1.03

农村居民点 1.14 1.14

工程用地 6.58 6.58

沙地 185.53 185.53

湿地 0.43 34.06 7.17 2576.46 2618.13

裸岩石砾地 489.67 489.67

总计 0.03 15.78 8119.90 6432.31 4672.85 262.62 1636.39 18.36 45.99 1.03 1.14 6.58 185.53 2589.12 489.67 24477.30

表 3 2007—2010年土地利用转移矩阵 km?

有林地 灌木林地 高覆盖草地 中覆盖草地 低覆盖草地 河流 湖泊 水库、坑塘 滩地 城镇居民点 农村居民点 工程用地 沙地 湿地 裸岩石砾地 总计

（km?）

有林地 0.03 0.03

灌木林地 15.78 15.78

高覆盖草地 8118.34 0.74 0.83 8119.90

中覆盖草地 40.69 6385.99 5.63 6432.31

低覆盖草地 3.79 4666.62 2.44 4672.85

河流 261.62 1.00 262.62

湖泊 1636.03 0.35 1636.38

水库、坑塘 18.36 18.36

滩地 1.70 44.29 46.00

城镇居民点 1.03 1.03

农村居民点 1.14 1.14

工程用地 6.58 6.58

沙地 185.53 185.53

湿地 44.42 2544.70 2589.12

裸岩石砾地 489.67 489.67

总计 0.03 15.78 8162.82 6385.99 4666.62 261.62 1691.97 18.36 44.29 1.03 1.14 6.58 185.53 2545.88 489.67 24477.30

4.2景观指数分析

根据土地利用解译数据分析了体现总体特征的总体景观指数。从表4中数据可以看出多样性指数略微增大，整体来看呈增长趋势，但是2000年相对于1990年是从1.8463减小到1.8459；分维数总体上稍有减小；优势度指数除了2000年小于1990年，整体上一直在增大；破碎度指数整体上是减小的趋势，但2010年由207年的0.3726增加到0.3733；均匀度指数整体上也是逐渐减小的趋势。

表4 总体景观指数

多样性

指数 分维

数 优势度

指数 破碎度

指数 均匀度

指数

1990 1.8463 1.5472 0.3473 0.3731 0.9105

2000 1.8459 1.5463 0.3469 0.3728 0.9104

2007 1.8471 1.5467 0.3485 0.3726 0.9111

2010 1.8468 1.5456 0.3493 0.3733 0.8969

5 结论

根据土地利用变化分析，可知在所研究的时间段内玛多县高覆盖草地面积是一个先减小再增加的变化过程，而中覆盖草地和低覆盖草地面积则是先增加再减小的变化过程；湖泊面积同样是先减少后增加的变化过程，而湿地面积则是先增加再减少的变化过程。在研究时段内玛多县生态环境整体上是在得到逐步的改善，也验证了2000年成立三江源自然保护区之后所做的大量生态恢复工作是有效的。分维数的减小、优势度的增加和均匀度的减小说明了玛多县的整体景观类型向着更好的方向发展，破碎度指数的变化也验证了这一点，但是2010破碎度指数的增加则表明人类活动对整个研究区域的影响在变大。结合总体景观指数来看，当地居民也在不破坏生态环境的基础上保证经济的发展。从整个区域的土地利用动态变化来看，玛多县的生态环境已经得到较为明显的改善。

参考文献：

[1] 王红星.三江源自然保护区[J].黑龙江水专学报.2000，27（4）：61.

[2] 赵庚星，李玉环，虚春达.遥感和GIS支持的土地利用动态监测研究：以黄河三角洲垦利县为例[J].应用生态学报，2000，11（4）：573-576.

[3] 王长耀，骆成凤，齐述华，等.NDVI-Ts空间全国土地利用覆盖分类方法研究[J].遥感学报，2005，9（1）：93-99.

[4] 李远方.废黄河三角洲的演变[J].地理研究，1991，10（4）：29-39.

[5] 邬建国.景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M].北京：高等教育出版社，2000.

作者简介：张朋涛，1988年生，青海师范大学生命与地理科学学院在读硕士研究生endprint