三峡库区土地利用/覆被变化及其驱动力研究进展

张冠华，张平仓，张晓峰

(1.长江科学院 水土保持研究所，湖北 武汉 430010；2.水利部 山洪地质灾害防治工程技术研究中心，湖北 武汉 430010；3.宜宾市翠屏区水务局，四川 宜宾 644000)

三峡库区土地利用/覆被变化及其驱动力研究进展

张冠华1,2，张平仓1,2，张晓峰3

(1.长江科学院 水土保持研究所，湖北 武汉 430010；2.水利部 山洪地质灾害防治工程技术研究中心，湖北 武汉 430010；3.宜宾市翠屏区水务局，四川 宜宾 644000)

土地利用/覆被变化；驱动力；三峡库区

土地利用/覆被变化(LUCC)研究是区域生态环境变化研究的基础，随着三峡工程的建成及投入使用，三峡库区土地利用/覆被和生态环境发生了较大变化。在以往研究的基础上，从土地利用/覆被变化特征、转变方向及其驱动力方面对三峡库区LUCC研究进行了总结和梳理，发现三峡库区LUCC的主要特征是建设用地和水域面积增加，主导方向是耕地、林地和草地相互转化及向建设用地转化，主要驱动力是三峡工程建设、人口增长、社会经济发展和国家宏观政策。已有研究对土地利用/覆被格局演变及其空间变异性认识不足，今后还需加强三峡水库成库不同阶段整个库区土地利用/覆被格局演变过程研究，移民安置区土地利用/覆被格局变化过程研究，以及库区未来土地利用/覆被格局与变化的模拟研究，以实现对库区土地利用/覆被未来发展趋势的预测和调控。

1995年，国际地圈与生物圈计划(International Geosphere-Biosphere Programme，IGBP)和全球环境变化人文因素计划(International Human Dimensions Programme，IHDP)首次将土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change，LUCC)列为其关键研究课题[1-3]，自此LUCC成为全球变化研究的前沿和热点[1,4-9]。LUCC驱动机制是LUCC研究的首要问题，而驱动力研究则是探索LUCC驱动机制的核心内容和难点[7,9-10]，已引起国际社会的普遍关注[9-16]。

人类活动是区域土地利用和景观格局变化的重要驱动力之一[7,12]，水库工程建设是施予区域环境的剧烈人类活动。三峡工程作为治理和开发长江的关键性工程，在发挥巨大防洪、发电和航运等效益的同时，也将面临生态环境保护、库区移民安置和经济社会可持续发展等方面的挑战和压力。多年来，随着三峡大坝的建成及投入使用，区域人口的快速增长、不合理的经济行为，以及库区淹没、移民迁建及其配套基础设施建设等给区域土地利用和生态环境造成巨大影响，致使土地利用结构不合理、水土流失严重、人地关系紧张。三峡库区土地利用/覆被变化不仅范围广、速度快，而且随意性强，成为该区生态环境变化研究的基础[8,17-19]。本文旨在对当前三峡库区LUCC研究进行总结和梳理，以深入了解该区土地利用/覆被变化的主要特征、转变方向，以及引起这些变化的驱动因素，为库区土地利用和后续发展规划、土地资源的合理利用及生态环境的改善提供参考。

1 研究区概况

三峡库区位于105°50′～110°50′E、28°30′～31°50′N，东起湖北省宜昌市夷陵区，西至重庆市江津区，涉及湖北的夷陵区、兴山县、秭归县、巴东县和重庆的巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、开州区、万州区、忠县、丰都县、石柱县、涪陵区、武隆县、长寿区、渝北区、巴南区、江津区及重庆市核心城区，总面积5.8万km2，《长江三峡工程生态与环境监测公报(2015)》显示，2014年末库区总人口1 457.09万人。库区地处四川盆地与长江中下游平原的结合部，跨越鄂中山区峡谷及川东岭谷地带，北屏大巴山，南依川鄂高原。库区以山地为主，山地约占总面积的74%，丘陵约占22%，平原或坝地仅占4%。三峡库区主要土壤类型有黄壤、黄棕壤、紫色土、黄色石灰土、棕色石灰土、水稻土、冲积土和粗骨土等，在海拔较高的中山还有棕壤、暗棕壤和山地草甸土。在土壤类型中，紫色土类占土地总面积的47.8%，石灰土类占34.1%，花岗岩和砂页岩发育的黄壤、黄棕壤等占16.3%。耕地多分布在长江干、支流两岸，大部分为坡耕地和梯田。

三峡库区位于亚热带北缘，属中亚热带湿润季风气候区，形成了温暖湿润、雨量适中、四季分明的气候特征。年降水量1 000～1 200 mm，季节分配不均，4—10月降水量占全年降水量的80%以上；降雨区域分异也较明显，外围山地降雨多，沿江河谷地降雨少。年平均气温边缘山地为1～14 ℃，河谷区为17～19 ℃，无霜期300～340 d[20]。

2 三峡库区LUCC研究

(1)不同时间尺度上对整个三峡库区LUCC的研究。江晓波等[21]对20世纪最后10年三峡库区LUCC在数量、结构、类型和空间分布上的特点进行了研究，结果表明10年间建设用地和草地面积总体增加，且二者分别源自耕地和林地的变化，其他土地利用类型都呈现出不同程度的衰减。余瑞林等[22]则认为，1990—1995年，耕地、水域和未利用地面积逐渐减少，而林地、草地和建设用地面积不断增加；1995—2000年，林地、草地面积减少，而建设用地、耕地、水域面积则增加。张磊等[17]对三峡水库建设前后1992—2002年的土地覆盖变化进行了分析，发现这10年间库区建设用地、林地、草地面积绝对增加，旱地、水田面积绝对减少；整个库区的整体趋势是耕地不断减少，而林地、草地逐渐增加，建设用地迅速扩展。许其功等[12]研究表明，1980—2004年的24年间库区建设用地、旱耕地和水域面积均不同程度增加，而水田、草地和林地面积均有所减少，未利用地面积没有变化。曹银贵等[18]通过分析三峡库区5期(1975、1987、1995、2000和2005年)遥感影像，发现30年库区耕地、林地和草地面积持续减少，建设用地和水面面积明显增加，特别是2000—2005年，二者分别增加了4.45%和2.79%[23]。邵怀勇等[8]定量分析了三峡库区1955—2000年的土地利用/覆被动态变化过程，发现林地、水域和未利用地面积减少，耕地、草地和建设用地面积增加。宋述军等[19]研究表明，1995—2008年间库区建设用地、林地、旱地、水域面积增加，耕地、草地、水田面积减少。综合动态度最大的时期为1995年以后的10年[24]，其中1996—2004年间库区腹地的耕地面积年变化量是最大的[25]。

(2)不同时间尺度上对三峡库区局部区域LUCC的研究。彭月[3]研究发现20世纪80年代中期以来，三峡库区(重庆段)耕地面积先增后减，林地面积先减后增，草地和未利用地的面积持续减少，水体与建设用地面积则持续增加。杨国清[26]则认为1980—2005年，三峡库区(重庆段)耕地和草地面积一直在减少，林地、水域与建设用地面积一直保持增加，未利用地的面积基本不变。崔晓伟[27]对2002—2010年间三峡库区蓄水前后开县土地利用景观格局变化的研究表明，建设用地面积显著增加，森林面积略有增加，水库、坑塘面积大幅增加，其他类型变化不大；土地利用结构转变主要以耕地向建设用地、水域、果园等转移和森林、灌木和草地之间的转移为主。黄云[28]的研究结果显示，万州区1997—2004年建设用地面积增加，耕地和未利用地面积减少。2000—2012年万州区土地利用流向总体表现为耕地和林地流向建设用地和水域，未利用地转出比例最大，其他地类变化相对较小[29]。

通过以上分析可知，建设用地和水域面积增加是三峡库区LUCC的核心[22,30]，耕地与林草地相互转化及向建设用地转化和被水体淹没是三峡工程建设后土地利用转换的主要方式[31]；其土地利用/覆被的空间格局分为耕地-城镇型、林灌-耕地型和复合型三种类型[21]；综合土地利用变化动态度达0.13%，区域土地利用斑块数由50 858增加为50 998个，平均斑块面积由1.103 km2/个减小到1.100 km2/个[12]。对1992年和2002年开县土地利用格局变化的分形结构研究表明，10年间该区旱地、建设用地和未利用地斑块形态变得愈加不规则，形态稳定性变弱；草地、灌木林、森林和水田的斑块形状变得愈加规则，形态稳定性增强[32]。由于受2002—2010年间水库蓄水影响，开县土地覆被与景观格局均有剧烈变化，景观优势类型是森林、灌木林、旱地、草地和水田；从景观类型水平上看，旱地、水田、草地景观面积减少且破碎度增加，但森林、水体、建设用地面积增加，同时连通性增加；从景观格局水平上看，景观总体破碎度增加，景观优势度降低[27]。三峡库区腹心地带云阳县1992—2004年的景观格局变化研究表明，城镇、农村居民点和道路是变化最大的类型，说明期间该地区的城镇及道路建设速度明显加快[33]。三峡水库蓄水后，河道水环境格局发生较大变化，在万州以下河段，干流河道受蓄水影响不大，主要表现为峡谷；而长江北岸支流受到较大影响，尤以开县小江流域最为显著，形成湖泊型水体[34]。此外，由于蓄水水位的季节变化，形成新的水库消落区，三峡库区重庆涪陵以下8个区县(除巫溪)消落区面积较大，其中开县、涪陵、云阳位居前三[35]。

3 三峡库区LUCC驱动力研究

驱动力是导致土地利用方式和目的发生变化的主要因素。一般认为，土地利用/覆被变化是自然驱动力(气候、地质、地貌、土壤、水文等)和社会经济驱动力(人口变化、经济发展、技术进步、贫富状况、价值取向、制度政策等)共同作用的结果[9]，是一个相当复杂的过程，其社会经济驱动因子与自然驱动因子在不同时间、空间尺度上的复杂关系，使这种变化又具有较大的不确定性[36]。在多数情况下，自然驱动力主要引起土地覆被的变化，而不直接引起土地利用的变化，即使有影响也是间接地起作用；反之，社会经济驱动力可通过影响人们在土地利用上的决策对土地利用的变化直接产生影响[37]。

前人大量研究认为，三峡库区LUCC的驱动力主要体现在三峡工程建设、人口增长、社会经济发展和国家宏观经济政策四个方面[8,17,21-22,26,36,38-40]。从社会推动及人类的强化与调控来看，三峡库区土地利用变化的最直接因素即三峡工程的兴建直接改变了库区土地利用格局，致使经济、城市化水平迅速提高[38]。

三峡库区以山地、丘陵为主，其地形地貌条件是限制土地利用数量、结构、方式和强度的关键因子[41]。库区人多地少，水土资源破坏严重，以水土流失为主要表征的生态环境极其脆弱。三峡工程的建设，特别是由此带来的大规模移民安置，必然对库区生态环境造成巨大影响，致使区域土地利用/覆被发生变化。

人口增长与土地利用变化的关系一直是LUCC研究的重要内容[42]，几乎所有关于LUCC的研究都会探讨人口增长对土地利用变化的影响[43]。一种观点认为，人口的增长增加了粮食的需求，由此导致耕地的生态环境质量、土地利用程度和土地利用转换方向发生相应改变[44]。虽然区域人口增加不是造成耕地减少的主要原因，但人口增加，将会对居住、工作、生活场所产生影响，进而导致建筑用地的扩张，由此说明人口增加是建设用地增长的一个因素[44-46]。三峡库区人口密度高，人均耕地少，人口增长一直是该区可持续发展面临的主要压力[12]。20世纪50—70年代，库区人口和粮食需求俱增，但耕地不足以维持生活，便以砍伐、垦荒来扩大耕地面积，造成该时期耕地面积增加[8]；70—80年代中期，可供开垦的土地数量减少致使陡坡开垦增加；至2000年，建设用地面积和耕地占用数量均不断增加。研究显示，1990—2000年，三峡库区总人口由1 936.37万人增长到2 040.16万人，增长率5.36%；而由于特殊的地形地貌条件，耕地已无扩大空间，仅增加0.03%，但建设用地却增长50.74%[22]。2002年三峡库首区由于大量移民，居民、工矿和交通用地都大幅增加，人类活动在土地利用系统中的作用不断加强，因而导致耕地、林地锐减，植被破坏，土地退化，水土流失加剧，环境质量降低，从而影响了土地利用格局[40]。

研究显示，经济发展是LUCC的主要驱动力之一[47-48]，各种土地利用类型的调整是人类为满足社会经济发展需要而引起的[49]。自20世纪80年代起，三峡库区经济不断发展，耕作技术也不断提高，耕地的利用方式趋于多样化[50-52]，建设用地增加。20世纪80年代以后，特别是在1997年重庆直辖市设立后，三峡库区大量优质耕地被占用为建设用地[53]。此外，经济的快速发展，使GDP大量增长、城市建设投资不断增加，城市扩展加速占用更多的周边土地[42]。1990—2000年，三峡库区GDP由440.14亿元增长到1 359.96亿元，建设用地扩张，并且三峡工程及其配套设施也产生了大量的建设用地[22]。

政策因素在我国的社会经济发展中一直起着十分重要的作用，三峡库区LUCC与国家重大宏观政策密切相关[8,11,38-40]。三峡库区是典型的生态环境脆弱区，早在20世纪80年代，水利部就将葛洲坝库区列入国家水土保持重点建设工程(原称“全国八片水土保持重点治理区工程”)；1988年国务院又将长江中上游列为全国水土保持重点防治区，三峡库区是其中的重点防治区域[22]；国家相继实施的长江上游天然林保护工程、长江上游水源涵养林工程和退耕还林还草工程，使三峡库区的部分陡坡耕地被退耕为林地和草地，在此期间林地和草地被毁的现象得到了一定程度的遏制；90年代中期，国家又加大退耕还林还草的力度，湖北省、重庆市还分别实施了“青山绿水工程”；2000年以来，国家对三峡库区生态环境特别重视，生态防护林、库周造林绿化等生态工程相继实施，同时大力推进义务植树造林活动，加强群众环境保护意识，大量非林地转为林地，使得土地利用结构发生较大变化[54]。这些宏观经济政策和措施在使三峡库区建设用地大幅度增长的同时，也最大限度地保护了耕地和林地，起到了积极的作用。《长江三峡工程生态与环境监测公报(2015)》显示，2014年三峡库区森林面积275.31万hm2，森林覆盖率为47.74%。

4 不足与展望

综上所述，过去几十年里，因三峡工程的兴建及社会经济发展、人口增长和国家宏观政策等主要驱动因素的影响，三峡库区土地利用/覆被发生了不同程度的改变，前人也进行了卓有成效的研究，为库区土地资源的可持续利用及生态环境的恢复与重建奠定了重要基础，但该项工作仍存在很多问题值得进一步探索，主要体现在以下几点：一是已有研究多以行政单元为对象，集中在易于量化的地类间转换，对整个库区的LUCC研究及三峡水库蓄水前后LUCC的对比研究相对薄弱，未来应加强对三峡水库成库不同阶段整个库区土地利用/覆被格局演变过程的研究，实现土地利用/覆被研究时间变化向空间变化的转移，并进行这种变化与局地/区域生态环境空间变异的关系的研究；二是缺乏对移民安置区土地利用变化的对比与土地生态安全评价的研究，而土地生态安全问题对移民安置区的社会经济发展，乃至整个三峡工程的成败具有重要影响[55]，移民安置区将来的环境与景观变化决定于移民的预期反应[56]，因此在微观尺度上，应加强移民对局部景观格局变化影响的研究[12]，定量分析在库区移民这种特定自然环境下LUCC的过程与结果；三是已有研究多为静态的，所得结论相对一致，即“建设用地和水域面积增加，耕地与其他地类相互转化”，对整个库区未来景观格局与变化的模拟研究涉及甚少，难以全面揭示在水库工程胁迫下，库区土地利用/覆被格局是朝好的方向演化还是相反，其演化强度也不能明确，因此今后的研究应考虑三峡库区LUCC时空异质性与景观格局变化驱动力的差异，特别是LUCC和景观生态过程的相互关系，在此基础上明确库区LUCC与土壤侵蚀、土地利用生态安全、水环境及三峡水库可持续利用等的关系。

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(责任编辑 徐素霞)

国家自然科学基金项目(41301298)；国务院三峡工程建设委员会办公室项目(JJ2015-055，JJ2016-020)；水利部技术示范项目(SF-201601)

F301.24

A

1000-0941(2017)05-0047-05

张冠华(1983—)，女，内蒙古赤峰市人，高级工程师，博士，主要从事土壤侵蚀与水土保持研究。

2016-09-09