典型峰丛洼地贫困地区土地利用时空特征及其影响分析

杨光英，吴建峰,2,3，杨银银

(1.贵州师范学院 地理与资源学院，贵州 贵阳 550018；2.贵州师范学院 贵州省流域地理国情监测重点实验室，贵州 贵阳 550018；3.贵州山地研究院，贵州 贵阳 550018)

1 引言

土地利用变化，是指人类改变土地利用和管理方式，导致土地覆被的变化[1]；这个课题已经成为现在重点研究的前沿和热点[2～5]。目前，针对峰丛洼地极贫困区土地利用不合理方面存在各种问题进行案例研究，由于不同区域的土地利用变化研究受到区域内部自然环境、时间、和人类活动的影响，在地理信息系统的技术支持下[6]，发现区域的土地利用在时空分布和不同程度上是不断变化的[7,8]。近年来，国外学者运用LUCC驱动力理论研究，多注重驱动力的多因素综合分析研究，从人口增长、城镇化及政策体制等方面对区域土地利用结构、土地利用变化等影响机理进行了系统分析[9,10]。而我国主要运用3S技术研究LUCC过程[11]，主要侧重于土地资源调查、分区、分类等开展土地利用与社会经济驱动力之间的相互作用。

本文以喀斯特极贫困峰丛洼地区平塘县、贞丰县、望谟县和紫云县为研究对象。通过ArcGIS软件对两期的土地利用数据，运用土地利用的动态变化现状分析4个县10年间土地利用变化的影响和特征，并结合当地的土地利用坡度图和地貌的整体形态以及识别坡度的陡缓和地势起伏，分析峰丛洼地对土地利用现状和动态变化的影响，可为土地利用规划和生态环境建设提供科学依据。

2 研究区域概况

本文选取平塘县、贞丰县、望谟县和紫云县作为研究区，都属于国家贫困县，研究区位于贵州南部，毗邻广西，研究区地形地貌特殊，是典型的峰丛洼地区域，以山地，丘陵地貌为主。平塘县地势由北向南逐渐倾斜，峰丛洼地发育典型，占全县国土面积的87.2%。贞丰县地势由西北向东南呈阶梯状逐级下降。由于地层岩性不同，形成多样化的地形地貌。望谟县，地势北高南低，紫云县地势南北高，中部比较和缓，海拔在623～1681m之间。

3 研究数据

本文所用数据为利用2005年和2015年 Landsat TM/ETM+遥感影像数据作为主要数据源，分辨率为30m，通过监督分类结合人工目视解译获得土地利用分类，DEM数据来源于地理空间数据云共享平台，坡度和地形起伏度从DEM数据提取。

4 研究方法

4.1 土地利用类型动态度

单一土地利用类型动态度表示的是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，公式如下[12]:

(1)

式(1)中:R为研究时段内单一土地利用类型动态度;Ua为研究初期某种土地类型的面积;Ub为研究末期某种土地类型的面积;T为研究期时段长。

4.2 不同起伏度的土地利用类型分布

地形起伏度是在指该分析区域内最高点和最低点之差，反映研究区域内地表起伏特征，是定量描述地貌形态、划分地貌类型的重要指标[13]，公式如下：

R=Hman-Hmin

(2)

式(2)中:R为分析区域内的地形起伏度;Hmax和Hmin分别为分析区域内最高和最低点的高程。

5 结果与分析

5.1 研究区土地利用面积变化特征

利用ArcGIS空间统计分析，分别得到研究区2005年和2015年各土地利用类型及其面积变化统计情况。2005年研究区土地利用类型林地、耕地和草地为主，其中林地最多，面积达6159.96 km2，耕地与草地面积相当，水域面积为16.56 km2，4个县的建设用地总和为8.97 km2，可见研究区2005年城镇化水平较低。2015年研究区还是以林地、耕地和草地为主，林地面积为6137.03 km2，建设用地面积为51.51 km2，建设用地10年来增加了42.55 km2,增加约5.7倍的面积，说明近10年来城镇化说明在不断的提高。耕地面积减少37.64 km2，林地面积减少22.93 km2，面积减少主要原因可能是人类活动加强，城镇化水平提高，人工建设用地增加。水域面积从2015年16.56 km2，增加到2015年29.74 km2，水域面积增加接近1倍，可能跟地方政府新修水利工程，解决喀斯特地区蓄水困难重要举措的体现。土地利用数据是由栅格格式转为矢量格式，面积数据存在可忽略的误差。

5.2 土地利用转移特征分析

利用GIS空间分析方法生成土地利用变化转移矩阵。从表1可得，研究区的土地利用类型在10年期间主要为耕地转为林地和草地，林地→耕地、林地→草地。其中，土地转移面积最多的是林地，其次为耕地。林地转出面积的最多，面积为114.89 km2；转入面积最多的是耕地，面积为145.14 km2。一方面4个县城镇建设占用耕地面积，另一方面政府提出的护林政策进行退耕还林和种草保护土壤。所以导致了耕地、林地在这10年间转出面积多。建设用地增加主要来自耕地和林地的转移，其中耕地转移了23.07 km2，林地转移了14.33 km2。

5.3 土地利用变化影响特征

采用平塘县、贞丰县、望谟县和紫云县的DEM图等相关资料数据，分析发现研究区域土地利用变化特征主要为自然和人为因素。从时间尺度的长短来看，自然和人为因素都导致了土地利用结构的变化，并且自然因素只是土地利用变化的背景条件[14]。

表1 2005～2015年研究区土地利用转移矩阵情况 km2

通过解译2005年和2015年的两期DEM数据，分别从地形不同起伏度和坡度来分析平塘县、贞丰县、望谟县和紫云县的土地分布和土地利用变化的影响特征。

5.3.1 不同地形起伏度的土地利用类型分布及特征

地形起伏度是反映研究区域内地表起伏特征，即利用ArcGIS软件提取地形起伏度图，根据分类标准[15]及平塘县、贞丰县、望谟县和紫云县的地形特点，将地形起伏度分为5级。

从图1可以看出，平塘县整个地势西北高东南低，以中起伏为主，其次是低起伏，高山起伏最少。其中，起伏度>75 m的最多，主要分布在南部。贞丰县地势由西北向东南呈阶梯状逐级下降，该县以低起伏和中起伏为主，低起伏主要分布在西北部，而中起伏分布在东南部。望谟县地势西北高东南低，主要以中起伏为主，分布面积大。有少部分的微缓起伏和山地起伏，分布于中部和东北部。紫云县境内地势南北高而中部平缓，主要以中起伏为主。

图1 研究区地形起伏分级

从表2还可以看出，10年期间微缓起伏区和低起伏区主要以耕地为主，所占土地利用类型的比例较大。中起伏区林地分布最多，其次分布在低起伏区，而在其他分级中分布很少。比较两年数据可以得出，微缓起伏区耕地减少了12.86 km2，水域和建设用地面积增加明显。在低起伏区中，建设用地增加面积最高。草地主要分布在中起伏区。分析得出，各土地利用类型在地形起伏度变化影响显著。

5.3.2 不同坡度的土地利用类型分布及特征分析

通过DEM数据解译提取坡度图，使用重分类把坡度图的度数级别分级。根据研究区域所处地势的坡面坡度和特殊地形地貌，按对土地利用的影响限制程度而将研究区坡度度数分为0°～15°(平地)、15°～25°(缓坡)、25°～38.7°(中坡)、38.7°～88.9°(陡坡)4级。

表2 2005～2015年间不同地形起伏度的土地利用类型分布

表3 平塘县、贞丰县、望谟县和紫云县不同坡度的土地利用分布情况

从表3可知，在2005年和2015年坡度[0°,15°)的区域中，林地分布最大；其次是耕地；而林地主要分布在缓坡度和中坡度地区；其中，在陡坡地区变化面积最大的是草地。从总的变化来看，耕地和草地面积变化增加最大；变化面积最小的是水域和未利用地；而建设用地在平地坡度面积增加最大，其他坡度并没有明显的变化。说明了坡度越小，各土地利用面积的变化越大;而坡度越大，各土地利用面积的变化就越小。

6 结论

(1)整体上看，研究区土地利用类型面积最大的为林地，主要分布于地形起伏度的中起伏，山低起伏区和高山起伏也有分布。通过转移矩阵分析得到，研究区10年间土地利用类型变化最大的为建设用地和耕地，面积变化值分别为42.54 km2、-37.64 km2，耕地主要分布于微缓起伏区和低起伏区，坡度<15°的区域。

(2)土地单一动态度中，建设用地的动态度最大，动态度变化最小的是草地，而耕地和林地单一土地利用动态度呈减少趋势及面积减少最多，且耕地减少速率最快。

(3)土地利用类型随着地形起伏度的改变而产生变化，导致不同起伏地段的土地利用类型变化不同。土地利用类型分布受坡度的影响，坡度越低，土地利用类型分布越多，单个类型分布规模越大；坡度越高，分布类型越单一。