隆子县土地利用多样化及其聚集度分析*

胡智文，陈俊旭，2，赵志芳，张帆，郑鑫，李子晨

(1.云南大学 地球科学学院，云南 昆明 650091；2.云南大学 国际喀斯特联合研究中心，云南 昆明 650091)

对土地利用状况及其变化的研究是全球环境变化研究的核心领域与热点[1-2]。土地利用是一种在人类活动干预下进行经济和自然再生产的复杂过程，它不但受到自然因素的作用和制约，还受到社会经济、技术条件的影响[3]。研究一个区域的土地利用多样化及其聚集度，对合理利用其土地资源并实施有效地监管和控制具有重要的意义[4]。

近年来针对土地利用多样化及其聚集度分析已有较多成果，如用GM模型衡量土地利用多样化程度[5]、用聚集度指数评价土地利用空间聚集程度[6-7]、用区位指数评估每种土地类型在区域的相对聚集度以及区位优势[8]、用程度指数反映土地系统中人类经济社会活动的影响程度[9-10]、用分离度指数衡量每种土地类型离散化程度[11]等。在区域上，已有对全国[12-13]、省级[14]、市和地区级[15]以及城市[16]、沿海[17]、边缘[18]、平原[19]等不同尺度土地利用多样化及其聚集度的研究，但对关键地域[20]、生态脆弱区[21]等县级尺度土地利用多样化及其聚集度涉及较少[22]。

隆子县地处西藏南部，喜马拉雅山东段北麓，地理区位特殊，是我国典型生态脆弱区域及边境地区。对其土地利用多样化及其聚集度分析与探讨对捍卫国家主权和领土完整[23]及构建边境国土安全以及增强边境地区重点县域的聚集、辐射能力与竞争力[24]等具有重大意义。本研究基于隆子县土地利用遥感数据与DEM栅格数据，采用较成熟的指数分析方法对隆子县的土地利用结构和空间分布进行多样化及其聚集度分析，旨在为揭示该县土地利用空间布局动态规律，为基于国防安全的区域开发及生态保护提供理论支撑。

1 研究区概况

隆子县(91°53′～93°06′E，28°07′～28°52′N)，位于喜马拉雅山东段北麓，北与朗县、加查县接壤，东与墨脱县、西与措美县相连，西南与错那、偏北方与曲松县、西北与乃东县、东北与米林县相邻。地势北高南低，西高东低。南部主要山峰位于喜马拉雅山脉大“弧形”处，海拔5 000 m以上，冰碛、冰塔林立，终年积雪。雄曲山原区，海拔在3 900～4 300 m之间，河滩较为宽阔，谷地与高山相对高差在300～800 m间，分布有桑佐塘、拉贡、麦木江东草场。色曲、河曲、雄曲峡谷区，海拔3 000～3 600 m，呈“V”型河谷，发育冲沟与支流，有大小不等的冲积扇。隆子县2018年末地区生产总值为10.99×104元，第二、三产业人员为1.11×104人(来源于2019年中国县域统计年鉴)。

2 研究方法

主要采用GM模型、土地聚集度指数、土地区位指数、土地利用程度指数及分离度指数等方法分析隆子县土地利用多样化及其聚集度。

2.1 数据来源

遥感数据为分辨率30 m的Landsat/OLI影像与30 m分辨率的DEM数据，均来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn)[25-26]。鉴于研究区土地利用类型在夏季区分度明显，故选择时间窗口为6—9月。共6景影像，云雾覆盖度均小于10%。经过Envi软件对影像进行拼接、裁剪、辐射定标、大气校正[27]等综合处理获得了隆子县2019年Landsat/OLI标准假彩色合成影像。综合研究区自身特点及研究的实际需要，参照GB/T 21010—2007《土地利用现状分类》[28-29]，通过Arcgis软件目视解译，将隆子县划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6种土地利用类型(图1)。并辅助实际野外验证，达到1∶5000解译精度要求。

图1 隆子县2019年土地利用现状Fig.1 Land use status of Longzi County in 2019

2.2 土地利用多样化测算方法

(1)土地多样化指数 土地利用多样化表征土地利用类型均衡与否及土地利用结构复杂程度。本研究采用GM模型来衡量隆子县土地利用多样化程度[5]。

①

式中：GM代表多样性指数；ZK为第k种地类的面积；n代表区域内的土地类型数。GM的值越趋近于1，代表该地类的多样化越高；越趋近于0，说明该地类的多样化越低。

(2)土地利用程度指数 土地利用程度指数的计算公式如下[9-10]。

②

式中:Ya为土地利用程度指数；n为地类种数；Di为区域中某个地类的程度分级指数；Zi为该地类占总面积的百分比。

2.3 聚集程度测算方法

(1)土地聚集度指数 聚集度指数是度量土地利用空间集中化程度的主要指标[6-7]。

③

式中：I为土地聚集度指数；A为各土地利用类型累计百分比之和；M为假设土地都集中到某一土地类型时最大累计百分比的总和；R为更高一尺度区域的各土地利用类型累计的百分比之和。

(2)土地区位指数[8]

④

式中:xi代表区域内第i种土地面积；n代表区域内土地类型总数；Xi为高一层次区域内第i种土地的面积。Y>1，说明该类土地具有区位意义；Y<1，说明该类土地不具有区位意义。

(3)土地分离度指数[19]

分离度指数Pi是聚集度的反向指标，可用于验证区位指数的结果。

⑤

⑥

⑦

式中:Di代表土地利用类型i的距离指数；Qi代表土地利用类型i的面积指数；S代表某地区或某地类的土地面积总和；Si代表土地利用类型i的面积。分离度指数越小，聚集度越高，越大则聚集度越低。

3 结果与分析

3.1 隆子县土地利用结构和空间分布

隆子县主要用地类型为草地、林地、未利用土地(图2)，各占总面积的40.65%、33.87%及23.20%；耕地、水域、建设用地的面积较小。草地是隆子县第一大土地利用类型，总面积为4 085.61 km2，主要分布于热荣乡、雪萨乡、三安曲林乡、日当镇和隆子镇。林地主要连片分布于玉麦乡、扎日乡、斗玉珞巴民族乡。未利用土地是隆子县第三大土地利用类型，多分布于玉麦乡、日当镇、扎日乡、加玉乡。水域总面积为144.29 km2，占全县土地总面积的1.44%，主要分布于日当镇、隆子镇。隆子县河流多属雄曲河水系，主要支流有色曲、洛曲、玉麦曲。日当镇、隆子镇的水系非常发达，其中日当镇水域面积为29.56 km2，占其总面积的2.60%;隆子镇水域面积为43.66 km2，占其总面积的8.26%。耕地总面积为53.48 km2，占全县土地总面积的0.53%,主要分布于日当镇、隆子镇的沿河地区。其中,日当镇耕地面积为15.31 km2,占其总面积的1.35%；隆子镇耕地面积为20.81 km2，占其总面积的3.94%。建设用地的面积最小，只有31.19 km2。空间上零散分布，隆子镇、日当镇为主要分布区。

图2 隆子县及各乡镇土地面积比例Fig.2 Land area ratio of Longzi County and each township

3.2 隆子县土地利用多样化及其聚集度分析

3.2.1 土地利用程度分析

隆子县及各乡镇的土地利用程度指数介于157.4～197之间(图3)，土地利用程度指数平均为178.89，表明其土地利用程度为中等水平。隆子镇、雪萨乡、斗玉珞巴民族乡和准巴乡高于平均水平，其余乡镇均低于平均水平。隆子县土地利用程度指数大多分布在平均值上下10(170～190)之间，隆子镇、雪萨乡土地利用程度指数不在该范围区间，其中隆子镇土地利用程度指数为197，属于高土地利用区，因该镇人类活动剧烈，建设用地占全镇总面积的1.86%，耕地与水域条件也比较好，为土地利用提供较好的条件。扎日乡土地利用程度最低，指数为157.4，表明人类活动对其自然环境的影响程度不深，土地的自然属性较强。

图3 隆子县及各乡镇土地利用程度指数Fig.3 Land use index of Longzi County and each township

3.2.2 土地利用多样化

隆子县土地利用多样化指数为0.67，与理论最大值0.857[19]相差0.187(表1)；通过Arcgis聚类分析中的自然断点把隆子县的多样化指数分为低、中、高等3个等级，其中土地利用高多样化的区域有4个乡，中多样化的有2个乡，低多样化的为5个乡镇(图4)。

图4 隆子县各乡镇土地利用多样化与聚集度空间分布

表1 隆子县及各乡镇土地利用多样化与聚集度指数

of aggregation in each township in Longzi County

全县土地多样化指数平均为0.54，表明隆子县土地利用类型总体上为中等程度多样化。列麦乡、加玉乡、三安曲林乡、斗玉珞巴民族乡、准巴乡与扎日乡多样化水平高于平均值。准巴乡最高，为0.65，表明该区域的土地利用类型结构较均匀。隆子镇、热荣乡、日当镇、雪萨乡与玉麦乡低于平均水平，表明其土地利用类型单一，缺乏多样性。隆子镇土地利用多样化程度最低。玉麦乡主要是因为位于隆子县东部，林地占该乡土地总面积的68.91%，其他用地数量较少，致使其土地利用类型单一。空间分布上，隆子县东西两侧土地利用多样化程度低，中部地区土地利用多样化程度高。

3.2.3 土地聚集度分析

土地利用聚集度指数(表1)分析显示，玉麦乡的土地利用聚集度最高，是由于其林地占据该乡绝大部分土地面积的原因，雪萨乡次之，准巴乡的土地利用聚集度最低。Arcgis进行聚类分析显示(图4),全县聚集度区域差异较大，扎日乡、列麦乡、斗玉珞巴民族乡、准巴乡土地利用类型聚集度较低。原因是扎日乡、准巴乡等乡镇的大量草地、未利用土地，使其土地类型变得更为多样，土地聚集度降低。玉麦乡、日当镇、隆子镇、雪萨乡为该县土地利用高聚集区。隆子县土地利用聚集度在空间分布上与土地利用多样化分布呈反向趋势，由于两侧地区主要为大面积林地、草地与未利用土地，且集中连片，用地类型缺乏多样化，故该县中部地区土地利用聚集度低，而两侧地区聚集度高。

3.2.4 土地利用区位指数分析

对隆子县各乡镇土地利用方式在更高一层区域空间上的相对聚集程度分析(图5)，可知耕地、建设用地、水域在隆子镇土地利用区位指数最高，表明耕地、建设用地、水域等3种土地利用类型在隆子镇聚集度最高，具有很好的区位优势。隆子镇为隆子县耕地的主要分布地区，水系发达，水资源丰富，水利设施较完善，为农田耕作灌溉提供了优越的基础条件，有利于推动该县农业与经济的发展，同时隆子镇城市化水平相对较高，建设用地的面积为全县第一。林地在玉麦乡土地区位指数最高，为2.03，聚集度最高，原因是该镇自然森林资源丰富。草地在隆子镇区位指数最高，为1.86，在该镇聚集度最高。未利用土地则在热荣乡、日当镇、加玉乡、扎日乡占优势，其中扎日乡区位指数最高，为1.84，表明扎日乡还具有较多的未开发利用土地。

图5 隆子县各乡镇土地利用区位指数Fig.5 Land use location index of each township in Longzi County

3.2.5 分离度指数分析

隆子县主要用地类型为草地、林地、未利用土地，3种用地空间分布上较为集中连片。故三者斑块分离度指数较小，分别为1.24、1.53、2.18(表2)。耕地和水域分离度指数较大，破碎分散特征明显。建设用地的分离度指数最大，为163.69，是由于建设用地在全县分布极少，空间上零散分布，斑块离散度最高。

表2 隆子县及各乡镇分离度指数Tab.2 Separation degree of Townships in Longzi County

耕地除了在隆子镇分离度指数较小以外，在其他乡镇的分离度都比较大，扎日乡最大。原因是耕地斑块在各乡镇的空间分布极为破碎，在隆子镇较为集中连片。林地在隆子镇与日当镇的分布极为稀疏，面积仅占全县总面积的0.02%，空间上较为破碎分散，在其他9个乡镇的空间分布上较为集中连片，故林地在隆子镇、日当镇分离度指数较大。草地在所有乡镇的分离度指数都比较小，隆子镇最小，空间分布聚集度高。隆子镇城市化水平相对较高，水系发达，水资源丰富，水域与建设用地在该镇分布较为集中连片，聚集度高，致使水域与建设用地在隆子镇的分离度指数较小，分别为14.82、28.76。未利用土地在准巴乡分离度指数较大，分布较为破碎分散，在其他10个乡镇的分离度指数较小，扎日乡中最小，表明未利用土地较为集中连片，开发潜力大。分离度指数得出的结果与区位指数得出的结果一致。

4 结论

本研究针对隆子县及各乡镇土地利用多样化及其聚集度的问题，基于土地利用现状数据，采用土地利用多样化、土地利用聚集度、土地利用程度等指数，对土地利用进行了多样化及聚集度分析，得到以下结论：

(1)隆子县草地、林地、未利用土地面积各占总面积的40.65%、33.87%及23.20%，耕地、水域、建设用地的面积较小，共占总面积的2.28%。土地利用类型总体上为中等程度多样化，土地利用类型较为丰富。准巴乡土地利用多样化最高，土地利用类型结构较均匀，隆子镇土地利用多样化最低但土地利用程度最高。

(2)隆子县土地利用总体聚集度相对较高，高聚集区为隆子镇、日当镇、雪萨乡、玉麦乡。玉麦乡的土地利用聚集度最高，雪萨乡次之，准巴乡的土地利用聚集度最低。耕地、建设用地、水域、草地在隆子镇聚集度最大，具有很好的区位优势。林地与未利用土地分别在玉麦乡、扎日乡聚集度最高。在往后经济发展的同时，应继续加强对耕地的保护利用，进一步提高隆子镇建设用地集约化利用程度，按照“产业集聚、布局集中”的原则进行产业区划，以期节约化集约化地利用土地资源。

(3)隆子县土地利用空间差异显著，土地利用多样化与聚集度成反比关系，土地利用多样化高的区域，聚集度越低，土地利用类型越均匀。研究结果可为隆子县产业经济布局和土地利用优化、结构调整及国土空间优化等相关研究提供参考。