区域绿色生态空间变化研究——以张家界永定区为例

吉首大学土木工程与建筑学院 杨祯琦，田建林，麻明友

一、引言

随着经济的快速发展，城市人口不断积累，城市化成为社会发展的必然趋势。城市规模盲目、过度扩张的消极影响已经越来越被认识到。在城镇化的过程中绿色生态空间让位于经济发展，使得更多的绿色生态空间转变为建设用地和耕地，绿色空间面临着极度破碎化甚至消失的境遇[1]。从生态学角度出发，绿色生态空间可用森林、草地的面积总和来进行度量。目前，区域城镇化进程日益加快，一种利用景观生态学相关理论，多维度研究绿色生态空间生态过程与格局关系来解释绿色景观结构、功能和变化的方法，降低区域城镇化对景观格局的影响，实现张家界永定区的生态经济高质量发展，成为了政府和学术界十分关注的问题。

二、研究区概况与研究方法

（一）研究区概况

张家界市永定区位于湖南省西北部，武陵山北支流中部。地理坐标为东经110°04′～110°55′北纬28°52′～29°25′，土地总面积218332.08hm2，是张家界市旅游核心服务区。东临慈利、桃源，西抵永顺，南接沅陵，北与桑植和国家级风景名胜区武陵源接壤。研究区辖9个镇、12个乡、6个街道办事处，2016年末，顾总人口47.33万人，城镇人口24.07万人，农村人口22.33万人。地处亚热带季风气候区，光照充足，气候温和，四季分明，适宜农、林、牧、副、渔业发展。

（二）数据来源与数据预处理

采集2000、2010和2018年三个年份的夏季时期且云量最少的影像进行景观类型分类。整个分类过程包括影像预处理、感兴趣区选取、影像的分类、精度验证。①辐射校正和大气校正：直接在ENVI软件中对捕获的Landsat影像进行校正，并通过FLAASH模块对影像进行大气校正，以改善由于太阳辐射在大气中吸收、散射和反射导致的影像质量下降。尽可能获得地球表面最真实的反射。②图像裁剪：张家界永定地球矢量边界加载到ENVI软件中，利用SubsetdatafromROI工具分别对2000、2010和2018年3期遥感影像图进行裁剪，得到预处理后的永定区遥感影像。③遥感影像解译：本文档使用ENVI5.3软件对预处理后的TM图像进行分类，横向分类参见《土地利用分类（GB/T21010-2017）》和中国科学院土地利用/覆盖变化（LUCC）。一级分类系统将最终分类的图像组合成五种景观类型：耕地、建筑用地、水体、草地和林地。然后对分类结果进行分类后处理，去除小修正，进行视觉调整，手动调整误分类区域，提高分类精度。最后，以采集的地形样本为实际参考，对分类图像的精度进行了检验，总体分类精度超过82%，符合研究需要。

（三）景观类型转移矩阵

利用俄罗斯数学家马尔可夫模型构建的景观转移矩阵，可以详尽详细地描述景观变化的结构特征和每个景观变化的方向，数学表达式如下。

式中：n为研究区景观类型数，Sij为景观类型i到j从初始时段T1到结束时段T2过渡的面积统计，对角线为在此期间景观类型面积保持不变时期。

三、结果与分析

（一）景观类型动态转移

1.景观结构特征及面积变化

根据对遥感影像进行分析得到的研究区土地整体分类结果，下图为研究区2000年和2018年的分类影像。

从图1中可以初步看出，2000至2018年这18年间，城市建设用地的有较明显扩张，研究区内的绿色生态空间总体呈持续减小的趋势。根据研究区2000—2018年3期土地利用遥感解译数据，得到研究区18年间的各景观类型面积变化，见表1。

图1 2000年和2018年研究区域分类图像

表1 2000-2018研究区各景观类型面积变化

由表1可以看出，自2000年以来，研究区内的绿色生态空间总体呈持续减小的趋势，耕地、林地和草地面积均减小，其中主要减小的绿色空间为耕地，建设用地有较大幅度增加，水域无较大变化。3个时期研究区各地类的面积中，林地占主导地位，所占比重均超过60%，其面积由2000年的142777.17ha2减少到2018年的142541.55ha2，其面积总减小量为235.62ha2。而耕地面积仅次于林地，在2000、2010与2018年三个时期耕地分别占永定区总面积的24.08%、23.93%、23.16%，比重逐年降低，由2000年的52569.09ha2减少到了2018年的50561.01ha2，相比减少了2008.08ha2，其面积变化最显著。由于城市化扩张等因素的影响，研究区的建设用地的面积逐年增加。建设用地在2000年面积为1769.04ha2，至2018年，其面积增加到4091.58ha2，其比重也由2000年的0.81%逐年上升至2018年的1.87%。由此可见，永定区在快速化城区扩张的过程中产生了严重的耕地流失的现象。草地所占比例呈减小趋势，但减小幅度不大。而水体的变化表现为波动减小趋势，除2000-2018年间有轻微增加外，整体上仍然呈减小趋势。

2.土地利用类型矩阵转移过程

进一步考察了塔永定地区不同景观类型之间的相互运动，了解景观类型的时空演化过程和机制，以及特定景观类型的流量减少和来源增加。研究分析了研究区2000-2010年和2010-2018年景观类型变化矩阵。在ArcGIS软件中，利用Anylysis—Overlay—Intersect工具，将2000与2010年、2010与2018年景观格局矢量图进行空间叠加运算。得到2000-2010年景观类型转移面积矩阵见表2和2010-2018年景观类型转移面积矩阵见表3。

表2 2000年-2010年永定区景观类型转移面积矩阵

表3 2010年-2018年永定区景观类型转移面积矩阵

表2为永定区2000—2010年景观转移矩阵，结果表明

（1）草地：草地面积有18930.69ha2保持不变，4.05ha2转为林地，5.4ha2转为耕地，2.88ha2转为水域，转出总面积为12.33ha2；草地的转入则主要来源于耕地，转入的面积为108.45ha2，占转入总面积的94.65%。

（2）耕地：耕地的面积有52200.9ha2保持不变，163.17ha2转为建设用地，46.8ha2转为水域，152.1ha2转为林地，6.12ha2转为其他用地。耕地转出主要以建设用地及林地为主，转出总面积为315.27ha2；耕地的转入则主要来源于林地，转入面积为36.9ha2，占转入总面积的90.11%。

（3）建设用地：建设用地面积有1760.04ha2保持不变，且转出量较小，2000-2010年间仅向林地转出9ha2；建设用地的转入则主要来源于耕地，转入的面积为163.17ha2，占转入总面积的64.54%。

（4）林地：林地面积有142520.5ha2保持不变，108.45ha2转为草地，82.71ha2转为建设用地，36.9ha2转为耕地，28.62ha2转为水域。林地转出主要以草地为主，转出总面积为256.68ha2;林地的转入则主要来源于耕地，转入的面积为152.1ha2，占转入总面积的96.79%。

（5）水域：水域面积有2268.72ha2保持不变，且转出量较小，2000-2010年间仅向林地转出5.04ha2。水域的转入则主要来源于耕地，转入的面积为46.8ha2，占转入总面积的59.22%。

从2010-2018年转移面积矩阵来看，各景观类型面积转入转出量各不相同，详细情况具体如下：

（1）草地：草地面积有18317.43ha2保持不变，461.34ha2转为林地，111.33ha2转为耕地，64.17ha2转为建设用地，90.99ha2转为水域。草地转出主要以林地为主，转出总面积为727.83ha2；草地的转入则主要来源于林地，转入面积为444.15ha2，占转入总面积的的81.58%。

（2）耕地：耕地的面积有49494.6ha2保持不变，1619.55ha2转为建设用地，931.95ha2转为林地，104.94ha2转为水域，90.81ha2转为草地。耕地转出主要以林地及建设用地为主，转出总面积为2747.25ha2；耕地的转入则主要来源于林地，转入的面积为633.24ha2，占转入总面积的59.38%。

（3）建设用地：建设用地面积有1886.22ha2保持不变，67.68ha2转为林地，51.84ha2转为耕地，4.5ha2转为水域，1.08ha2转为草地。建设用地的转出主要以耕地为主，转出总面积为125.1ha2，建设用地的转入则主要来源于耕地，转入面积为1619.55ha2，占转入总面积的73.44%。

（4）林地：林地面积有140945.8ha2保持不变，633.24ha2转为耕地，515.34ha2转为建设用地，444.15ha2转为草地，148.14ha2转为水域。林地转出主要以耕地和建设用地为主，转出总面积为1740.8ha2；林地的转入则主要来源于耕地，转入面积为931.95ha2，占转入总面积的58.4%。

（5）水域：水域面积有1927.53ha2保持不变，270ha2转为耕地，134.82ha2转为林地，6.3ha2转为建设用地，8.37ha2转为草地。水域转出主要以耕地和林地为主，转出总面积为419.49ha2；水域的转入则主要来源于林地，转入面积为148.14ha2，占转入总面积的42.5%。

四、结论

本文以2000-2018年三相遥感分析数据作为张家界永定区景观研究的基础数据。在时间和空间尺度上分析永定区。上述变化代表了18年来永定景观类型的相互转换，主要体现在城市化进程中人造景观的大量增加和大量耕地的开发建设。用于建设用地。分析期内各部分建设用地面积增加最多的是2010-2018年，净增加2080.26公顷2。流转面积主要为耕地和林地，分别为1619.55公顷和515.34公顷2.农用地面积在各局部变化时期均呈现显着减少，减少幅度最大，2010-2018年为1068.84公顷。毁林面积最大的是931.95公顷，其次是水库和草原。可以看出，由于退耕还林、退耕还林等环保工程和相关政策法规的实施，森林面积有所增加。在整个研究期间，森林面积显着减少。2000年至2010年间，随着人类活动更加活跃，森林被砍伐，草地、建筑和耕地增加，森林面积明显减少。2010-2018年，张家界环保工程实施后，植被有所改善，其他类型土地复垦后转为林地面积达1740.8公顷。其中，耕地和草原退耕还林面积分别占总退耕面积的58.4%和26.5%，少量水体和开发用地也转为森林。林地尚未完全恢复，整个研究期间总面积仍减少了235.62公顷。草原面积的变化并不稳定。2000-2010年，草原面积增加102.24公顷，以林地为主，占移民安置总面积的94.65%。草地减少183.42公顷，主要转变为林地和耕地。2000-2010年水体面积稳步增加，2010-2018年水体面积减少，主要转变为耕地和林地。