长江流域不同尺度岸带区域的土地利用及其变化

张哲，倪贺伟，王维*，杨冉冉，张志苗，杨柯宁

1.中国环境科学研究院环境信息科学研究所，北京 100012 2.中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司，上海 200122



长江流域不同尺度岸带区域的土地利用及其变化

张哲1，倪贺伟1，王维1*，杨冉冉1，张志苗1，杨柯宁2

1.中国环境科学研究院环境信息科学研究所，北京 100012 2.中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司，上海 200122

利用2010年和2000年数据，分析长江流域干流和支流的岸带区域土地利用类型及其10年间的变化，并对比分析干、支流不同宽度缓冲距离内的土地利用结构特征及其时空变化，探讨不同地理尺度下的人类开发活动对长江岸带土地利用格局的影响。结果表明：长江岸带区域是流域内人类开发建设和农业活动的重要区域，岸带区域的耕地和人工表面面积占比分别为31.9%和6.8%，明显大于流域平均(24.9%和3.1%)；其中，长江中游岸带区域的人类开发建设和农业活动强度相对较高，干、支流岸带区域的林地占比仅为长江流域平均的14.1%和66.0%。从2000年与2010年土地利用变化看，长江干、支流岸带区域的人工表面占比增幅最大，其中，中游干、支流的岸带区域人工表面增幅分别为流域平均的5.3和2.1倍。

长江流域；岸带；尺度；土地利用；格局特征

岸带区域是指河湖水域和陆地生态系统之间的交错地带，具有生态脆弱性和生物多样性，由于岸带区域特殊的地理位置，其在防止河岸带水土流失、净化水质、调蓄洪水和维护生物多样性等方面均发挥着重要作用[1-4]。随着我国经济社会的快速发展，一些不合理的开发建设活动导致岸带生态破坏和植被退化等问题日益突出，岸带区域保护成为近年来生态学和环境科学研究的热点之一[5-6]。国外针对岸带区域的研究主要集中在数据提取及制图、宽度确定、植被变化以及土地利用、河流水体、生物等要素之间相互关系的分析等[7-13]；国内主要以岸带区域的植物区系、群落结构，以及岸带生态功能、植被格局、土地利用等研究为主[14-16]。

长江是连接我国东中西部的“黄金水道”，对中国区域经济社会发展具有举足轻重的作用，长江岸带区域是流域内人类开发建设和农业活动的重要区域，也是土地利用变化较为显著的区域，为保护长江生态环境，推动流域可持续发展，国家提出了长江经济带重大发展战略。早在2001年，龙花楼等[17]以长江沿线的42个地市为研究区，对土地利用格局及其影响因子进行研究；2003年，郑国强等[18]对长江下游沿线区域的土地利用结构演化进行了分析。目前，许多学者针对长江流域土地利用的相关内容进行了研究，包括长江流域土地利用结构特征及其空间自相关性特征、土地利用变化的生态环境效应以及对水文水环境的影响等[19-22]。科学合理的岸带土地利用空间开发格局是实现长江经济带可持续发展的关键因素，综合来看，目前大多数研究局限于定性介绍与小尺度研究，且主要以局部区域为主，缺乏定量分析与流域大尺度的相关研究，鲜有针对长江岸带区域的研究，对于长江岸带区域不同缓冲距离之间的多尺度对比研究更少。因此，笔者以长江流域岸带区域为研究对象，对干、支流以及不同宽度缓冲距离内的土地利用结构特征及其时空变化进行分析，以期为长江岸带的土地合理开发利用、生态环境保护等决策提供参考。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

基于长江流域岸带的自然地理特征及土地利用状况，同时考虑不同宽度缓冲距离的干、支流等级性差异，将长江干流水域向陆域分别延伸5.0和10.0 km作为干流岸带研究区域。按照长江水系的12个二级流域分区[23]，将雅砻江、大渡河、岷江、嘉陵江、乌江、汉江、洞庭湖水系、鄱阳湖水系和太湖水系等一级支流及主要湖泊的水域，分别延伸2.5和5.0 km作为一级支流岸带研究区；将其他主要二级支流的水域分别延伸1.0和2.5 km作为二级支流岸带研究区(图1)。

注：底图来源于全国生态环境十年变化(2000—2010年)调查与评估项目。图1 研究区域范围Fig.1 Study scope of this research

长江流域上、中和下游的岸带区域面积分别为98.5万、67.2万和12.2万km2，占比分别为55.3%、37.8%和6.9%。划定的长江流域岸带区域的总面积为22.2万km2，约占长江流域总面积的12.5%，其中，干流和支流的岸带区域面积分别约为9.7万和12.5万km2，占长江流域岸带区域的总面积比例为43.8%和56.2%。

1.2 数据来源及处理方法

数据来源：2000年和2010年的Landsat TM/ETM及HJ-1卫星CCD等中分辨率卫星遥感影像，空间分辨率为30 m，格式为GRID。

处理方法：依托环境保护部《全国生态环境十年变化(2000—2010年)调查与评估》项目，通过卫星遥感影像解译生成全国生态系统类型数据，裁切出长江流域岸带区域的生态系统类型数据，对其进行重新归类，划分为林地、草地、湿地、耕地、人工表面和其他(荒漠、裸地等)共6类土地利用类型，统计分析干、支流不同缓冲距离的岸带区域土地利用开发格局及其变化，并进行干流与支流之间、岸带不同尺度距离间的土地利用开发格局和空间差异特征分析。

2 结果与分析

2.1 长江流域岸带区域土地利用概况

2010年土地利用类型数据计算结果显示，整个长江岸带区域的土地利用类型以林地和耕地为主，其中，林地面积为8.5万km2，占比为38.5%；耕地面积为7.1万km2，占比为31.9%；人工表面面积为1.5万km2，占比为6.8%(表1)。岸带区域与流域及非岸带区域土地利用格局相比而言，林地和草地占比关系均为岸带区域<流域平均<非岸带区域。人工表面和耕地占比关系均为非岸带区域<流域平均<岸带区域。由此可见，长江岸带区域的土地利用开发强度明显大于整个流域和非岸带区域，岸带区域是人类开发建设和农业耕作的重要区域。

表1 长江岸带区域土地利用类型统计

2.2 干流岸带区域土地利用及变化特征

2.2.1 干流岸带区域土地利用现状

2010年，长江干流岸带区域的林地、耕地和草地面积占比较大，5.0和10.0 km岸带范围内的三者合计面积占比分别为78.9%和81.3%(表2)。与非岸带区域相比，林地面积占比为5.0 km岸带<10.0 km岸带<非岸带区域，10.0 km岸带比5.0 km岸带的林地占比约高3.4个百分点；湿地、人工表面和耕地则相反，表现为非岸带<10.0 km岸带<5.0 km岸带，其中，耕地和人工表面占比是非岸带区域1.2和2.7倍。与长江流域平均水平相比，林地面积占比为5.0 km岸带<10.0 km岸带<流域平均，流域平均比二者分别高约19.4和16.0个百分点；而草地、人工表面、耕地和湿地占比高于流域平均，流域平均比干流岸带区域分别低约6.7、4.5、3.6和2.1个百分点。由此可见，越靠近长江干流水域，人类对土地的开发利用强度越大。

表2 2010年长江干流岸带区域土地利用类型统计

2010年长江流域干流岸带区域土地利用情况如图2所示。由图2可以看出，从流域上、中和下游的空间差异看，岸带区域的林地和草地主要分布在上游，耕地、湿地和人工表面等主要分布在中、下游。不论在上、中和下游，林地面积占比均表现为5.0 km岸带<10.0 km岸带<流域平均；草地在上游和中、下游的岸带区域分布差异较大，上游占比大于20%，而中、下游则小于5%，且上游的草地面积占比表现为流域平均<10.0 km岸带<5.0 km岸带，中、下游则表现为5.0 km岸带<10.0 km岸带<流域平均；在中、下游岸带区域湿地占比均大于10%，而上游则小于4%，与整个流域相比，中游岸带区域的湿地占比明显大于流域平均；耕地在上游岸带区域占比小于流域平均，而中、下游岸带区域的耕地占比则大于流域平均。人工表面占比表现为上游<中游<下游，岸带区域明显高于流域平均。

图2 2010年长江流域干流岸带区域土地利用情况Fig.2 Mainstream riparian land use of Yangtze River in 2010

2.2.2 干流岸带区域土地利用变化

与2000年相比，长江流域干流岸带区域2010年土地利用变化情况如表3所示。由表3可知，从时间变化来看，2010年长江干流岸带区域的林地、草地、湿地、人工表面占比呈增加趋势，而耕地占比呈下降趋势；从变化幅度来看，干流岸带的草地、湿地、人工表面和耕地变幅均大于流域平均，而林地正好相反。

表3 长江流域干流岸带区域2010年与2000年土地利用变化情况对比

从流域上、下游空间差异看，2010年，长江中游干流5.0和10.0 km岸带的林地占比降低，降幅分别为0.27和0.18个百分点；而上游和下游林地占比增加，但增幅小于流域平均。长江下游和中游湿地面积均呈下降趋势，干流5.0 km岸带的湿地下降约0.59个百分点，流域平均降幅为0.3个百分点。耕地上、中和下游占比均下降，下游降幅最大，中游次之，干流5.0 km岸带的耕地在上、中和下游降幅分别为2.40、3.78和11.39个百分点，分别是流域平均降幅的1.8、3.7和1.7倍。人工表面面积变化情况与耕地相反，在上、中和下游占比均呈增大趋势，且下游增幅最大，中游次之，上游增幅最小，2010年，干流5.0 km岸带的人工表面在上、中和下游的增幅分别为1.34、4.63和11.80个百分点，分别是流域平均增幅的3.9、5.6和1.8倍。

2.3 支流岸带区域土地利用及变化特征

2.3.1 支流岸带区域土地开发利用现状

支流的岸带区域以林地、耕地和人工表面为主，其中，林地和耕地占比超过30%。按照岸带的缓冲宽度距离差异，将一级支流2.5 km及二级支流1.0km岸带区域划分为A区，一级支流5.0 km及二级支流2.5 km岸带区域划分为B区，分析不同缓冲距离的土地利用状况及其变化特征。A区和B区的面积分别约为7.1万和12.5万km2，二者之间的相互关系为A区包含于B区(图3和表4)。

注：底图来源于全国生态环境十年变化(2000—2010年)调查与评估项目。图3 长江支流岸带区域的研究范围示意Fig.3 Sketch map of riparian zone of the Yangtze River tributaries

表4 长江支流2010年岸带区域土地利用类型统计

2010年，长江支流岸带(A区和B区)均以林地和耕地为主(图4)，占比之和达74.5%以上。但与流域平均相比，林地和草地面积占比均低于流域平均，而耕地、人工表面和湿地占比略高。A区林地和草地占比分别比流域平均低10.2和6.2个百分点；而耕地、人工表面和湿地的占比分别比流域平均高约11.0、4.9和4.2个百分点。表明长江支流岸带区内人工开发强度较大。A区与B区对比，林地和草地在A区占比低于B区；湿地、耕地和人工表面在A区占比高于B区。由此可见，在支流岸带区内，越靠近水域，土地开发利用强度就越大。

由图4可知，支流岸带区域的林地占比在上游略高于流域平均，而在中、下游明显低于流域平均，且以中游更为明显，中游的岸带A区林地占比较流域平均低约25.6个百分点。A区与B区相比而言，在中、上游的A区林地占比低于B区，下游的岸带A区林地占比则高于B区。支流岸带区域的草地，在上游和下游的面积占比均低于流域平均，A区上游草地占比较流域平均低34.2个百分点，在中游占比和流域平均水平相差不大。耕地在支流岸带区域的上游和中游，A区和B区均高于流域平均，中游A区耕地占比较流域平均高12.5个百分点，支流岸带区域下游的耕地占比则低于流域平均，这与长江下游是我国主要的农产品主产区有关。人工表面在支流岸带区域的上、中和下游占比均高于流域平均，且以下游最为显著，下游B区人工表面占比较流域平均高30.4个百分点，为流域平均的2.9倍。

图4 长江支流岸带区域2010年土地利用情况Fig.4 Land use situation in riparian zone of the Yangtze River tributary in 2010

由此可见，支流岸带区域的土地利用强度明显大于流域平均。在中游，人工表面和耕地占比合计为流域平均的2倍以上，在下游，人工表面占比远高于流域平均。而支流岸带区域内林草地和湿地等具有较强生态功能的自然生态系统类型占比总体低于流域平均，需要继续加强退耕还林、退耕还湿工程建设。

2.3.2 支流岸带区域土地开发利用变化

与2000年相比，2010年长江支流岸带区域的林地、草地和湿地占比在中、上游呈增加趋势，而下游则表现为林地占比增加，草地和湿地占比减少。支流岸带区域的人工表面和耕地变化恰恰相反，人工表面占比呈增加趋势，耕地呈减少趋势(表5)。长江支流岸带区域的土地利用类型变化幅度大于流域平均，变化区域以下游为主，下游的支流岸带区域人工表面增加了18.18个百分点，土地利用强度约是流域平均的2～3倍。从转入类型看，主要是耕地、湿地和草原转为人工表面。

表5 长江支流岸带区域2010年与2000年土地利用变化情况对比

由表5可知，与2000年相比，2010年林地在长江支流岸带区域的占比呈增加趋势，上游和下游的增幅大于中游，A区的增幅小于B区。与长江流域平均变化情况相比，支流岸带区域的下游林地增幅明显大于流域平均，为流域平均的4.3倍；中游林地增幅则小于流域平均。草地占比变化幅度大于流域平均，A区和B区相比，变化幅度基本相同，其中，上游岸带区域草地占比增加0.25个百分点，下游则减少约0.25个百分点，中游变化不大。湿地面积占比在支流岸带区域的上游和中游均呈增加趋势，且上游增幅约为中游的2倍，而下游湿地面积占比下降，下游的湿地降幅约是流域平均的50倍。耕地和人工表面在岸带区域的变化幅度明显大于流域平均，A区与B区相比，变化幅度差异不大。A区的耕地在上、中和下游的降幅分别约为流域平均的1.8、2.0和2.4倍。A区的人工表面在上、中和下游的增幅分别约为流域平均的3.3、2.2和2.5倍。

2.4 岸带区域土地利用变化驱动因素分析

土地利用变化主要受自然状况和社会经济发展水平两方面因素制约，自然状况是土地利用空间布局的基础条件，社会经济状况是土地利用变化的决定性因素[24]。岸带区域由于靠近水域，有充足的水资源，为经济发展提供了良好基础条件，同时土壤肥沃、植被生产力高，也成为沿岸附近居民开垦农田的主要区域[6]。长江流域横跨我国东部、中部、西部三大区域，县域经济发展水平总体自西向东逐渐升高。相比而言，上游的四川省东部和重庆市，中游的湖北省，下游的江苏省、上海市的GDP较高。上游向下游沿岸县域人口密度从约1.5人km2增至1 375.2人km2。中、下游城镇化发展速度高于上游，土地利用方式发生了显著变化，10年间，中、下游岸带区域的土地利用程度明显高于上游，人工表面面积显著增加，类型主要以农田转换为主。经济发展水平和人口的空间分异成为导致岸带区域土地利用分异的显著因素。此外，国家实施的政策，包括长江防护林体系建设、水土流失治理、退耕还林还草等，也是导致岸带区域的林地增加、农田减少等土地利用类型变化的驱动因素之一。

3 结论

(1)从土地利用类型的空间格局看，岸带区域的耕地和人工表面面积占比分别为31.9%和6.8%，土地利用开发强度明显大于流域平均水平。长江岸带是居民生活的重要区域，其中，干流岸带区域土地利用类型以林地、耕地和草地为主，三者在10.0 km岸带范围内的面积合计占比为81.3%，干流岸带区域的耕地和人工表面占比明显高于流域平均，约为流域平均的1.1和2.3倍。支流岸带区域以林地和耕地为主，面积占比分别为43.0%和35.0%。耕地和人工表面占比约为流域平均的1.4和2.1倍。

(2)从土地利用类型的空间布局差异看，干流岸带区域的林地和草地在上游占比明显高于中、下游，而人工表面、耕地、湿地表现为中、下游占比明显高于上游。且中、下游的耕地和人工表面占比均高于流域平均。支流岸带区域的林地、耕地占比在上、中、下游的差异并不明显，人工表面占比在下游明显高于上、中游。与流域平均相比，支流岸带区域中游的耕地和人工表面占比均高于流域平均，下游则是人工表面占比高于流域平均，耕地占比低于流域平均，下游区域的城镇化发展以及农田转出是主要原因。从岸带区域的缓冲宽度看，干流的中、下游岸带区域，人工表面5.0 km岸带占比大于10.0 km岸带，表明在中、下游区域越靠近河道水域人类开发建设活动也越集中。在支流岸带区域的上游和中游，耕地和人工表面占比表现为A区大于B区，且大于流域平均，越靠近河道水域人类开发建设和农业耕种活动也越集中；而在下游则表现为A区小于B区，耕地占比小于流域平均，人工表面占比则大于流域平均。表明支流不同宽度距离的岸带区域土地利用类型差异不大，下游岸带区域的城镇化发展速度明显高于流域平均。

(3)从土地利用类型的时空变化看，长江干流岸带区域的土地利用类型变化特征表现为人工表面占比的增加和耕地占比的减少，且以下游变化幅度最大。下游岸带区域二者的变化幅度超过10%，远大于下游平均变化幅度(约6%)。土地利用类型转换主要为中游区域的林地、湿地和耕地向人工表面转换，以及下游的湿地和耕地向人工表面转换。支流岸带区域的变化则较为简单，主要是耕地向人工表面转换，其他类型变化不大。10年间，人类活动对长江岸带区域的土地利用类型影响较大，且以中、下游区域为主。经济发展水平和人口的空间分异是岸带区域土地利用变化的显著因素。尽管10年里随着退耕还林还草、退田还湖还湿等国家政策的逐步实施，岸带的耕地面积占比有所减少，但依然比流域平均高，化肥及农药的施用等将不可避免地对长江流域水环境造成污染。

(4)针对长江岸带区域的土地利用类型及变化，需要统筹规划长江岸线土地资源，实施长江流域岸带区域土地利用空间用途管制和分区管理，构建科学合理的岸带空间开发利用格局及规模。划定长江岸带区域的生态保护红线，将岸带重要的自然湿地以及天然林等纳入，并实施严格管控。加强长江上游岸带区域的林草地等自然生态系统保护与修复，遏制下游岸带的湿地侵占和萎缩，合理控制中、下游干、支流岸带区域的开发建设活动和农业种植规模，以中、下游为重点，继续实施退耕还林还草、退田还湖还湿等政策，维护长江岸带区域土地利用可持续发展。

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蔡亮亮，赵龙，陈卫玉,等.Cd胁迫下复合叶面肥对水稻幼苗生长及Cd积累特征的影响[J].环境工程技术学报,2017,7(4):509-516.

CAI L L,ZHAO L,CHEN W Y, et al.Effects of foliage fertilizer on growth and cadmium accumulation characteristics of rice seedlings in Cd pollution[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(4):509-516.

Land use and change of riparian zone at different scales in the Yangtze River Basin

ZHANG Zhe1， NI Hewei1， WANG Wei1， YANG Ranran1， ZHANG Zhimiao1， YANG Kening2

1.Institute of Environmental Information, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2.West East Gas Pipeline Company of PetroChina Co Ltd, Shanghai 200122, China

Based on land use data of 2010 and 2000, the land use status and change of the main streams and tributaries of the Yangtze River riparian zone were analysed, and the comparative analysis was carried out on the land use structure and spatial changes of the main streams and tributaries with buffer area of different widths. On this basis, the effects of human development activities at different geographical scales on the land use pattern in the shore of the Yangtze River were discussed. The results showed that the riparian zone is the very important area of construction and agricultural activities in Yangtze River Basin. The proportion of cultivated land and artificial surface area in riparian zone was 31.9% and 6.8%, respectively, which was significantly higher than that of basin average values (24.9% and 3.1%). In the riparian zone of the middle of Yangtze River where the human development and construction and the intensity of agricultural activities were relatively high, the proportion of forest land in the main streams and tributaries were only 14.1% and 66.0% of the average level of the Yangtze River Basin, respectively. According to the analysis of land use change in 2000 and 2010, the artificial surface of the main streams and tributaries of the Yangtze River riparian zone accounted for the largest increase, and the increase of the artificial surface of the main streams and tributaries in the middle stream of the Yangtze River was 5.3 and 2.1 times of the average level of the basin.

Yangtze River Basin; riparian zone; scale; land use; pattern characteristics

2016-12-01

全国生态环境十年变化(2000—2010)遥感调查与评估专项(STSN-13-01)；环境保护部自然生态保护司流域生态健康评估工作专项(2015)

张哲(1983—)，男，助理研究员，主要从事流域生态评估、环境遥感应用研究，nit05zhangzhe@126.com

*通信作者：王维(1977—)，男，副研究员，主要从事区域生态评价与规划、环境遥感应用研究，weiwang@craes.org.cn

X37

1674-991X(2017)04-0500-09

10.3969/j.issn.1674-991X.2017.04.069

张哲，倪贺伟，王维,等.长江流域不同尺度岸带区域的土地利用及其变化[J].环境工程技术学报,2017,7(4):500-508.

ZHANG Z，NI H W，WANG W, et al.Land use and change of riparian zone at different scales in the Yangtze River Basin[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(4):500-508.