西藏曲水－桑日地區1988－2009年土地利用景觀格局演變研究

趙銀兵，倪忠云，陳陵康，南 希，趙 勇

（1.地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都610059；2.成都理工大學 旅游與城鄉規劃學院，成都610059；3.江西理工大學 資源與環境工程學院，江西 贛州341000）

土地利用景觀格局是國土資源與區域生態地質環境的表觀形式，其分布及演變可反映其依托的環境本底特征及社會經濟活動的作用模式。曲水—桑日地區屬于西藏政治經濟文化的核心區域，按照西藏的生態功能區劃，亦隸屬于生物多樣性保護、水土保持和防風固沙區域［1－3］。1988—2009年，該區經濟得到了迅猛發展，土地利用格局和模式隨之發生了巨大變化，與全球及區域氣候和環境變化及人類活動表現出強烈的耦合性［4－6］。

關于該區及西藏各區域的土地利用方式及其效應研究不斷豐富，從早期的土地利用空間分布規律描述，逐步上升至土地利用演變跟蹤；近年來，重點轉入評價與分析土地利用的時空分布及演變規律，研究從以耕地為主提升至各個地類，土地利用從單項效應定性分析提高為綜合效應評價分析；主要借助遙感、地理信息系統和數理統計等技術方法，集成土地利用的多源信息，將之轉化為景觀格局，實現量化研究，探究各種地類的轉出與轉入關系，分析其變化的動力學機制；驅動力研究逐步成為區內景觀格局研究的趨勢之一，該類研究有助于實現西藏這一特殊地域背景下的土地利用模式優化以及區域生態地質環境的保護和自然災害的防治［7－12］。

1 研究區概況

研究區地處西藏中南部，北鄰念青唐古拉山脈，南靠喜馬拉雅山脈，主體區域屬岡底斯山脈東緣，為高原高山河谷地貌，大型山脈總體東西走向，小型山脈多南北展布，地勢北高南低，西高東低，水系為雅魯藏布江及其支流；區內最低海拔約3 360m，最高海拔約5 960m，平均海拔約4 485m［13－14］。該區轄高原溫帶季風半干旱氣候區的拉薩小區、高原溫帶季風半濕潤氣候區的桑日—加查小區和墨竹工卡—工布江達小區［1，6］，地跨拉薩市、山南地區和林芝地區的14縣，面積約1.25萬km2。川藏公路、青藏公路、中尼公路和拉澤公路等主干公路貫穿全區，形成“工”字形道路格架。2010年底，區內人口總數約為65萬，主要分布在雅魯藏布江和拉薩河的河谷地帶，土地利用類型主要為有林地、灌木林、疏林地、未成林、草地、河流、湖泊、建筑用地、工礦用地、未利用地、裸巖、沙地、灘地和耕地等，經濟以農業為主，工業和牧業等次之，屬西藏社會經濟最發達的地區。

2 數據選擇及處理

選取30m分辨率的TM／ETM＋遙感影像為主要數據源，時相為1988年、2000年和2009年的11月和12月。遙感數據軌道編號為137039，137040，138039，138040，無云覆蓋，影像清晰，質量較好。對遙感影像作校正、鑲嵌、增強和圖像裁剪等處理，基于地貌差異［6，15－16］，采 用 分 區 方 法 （目 視 解 譯 區 和 計 算 機 解 譯區）提取地類信息，流程為：地貌分區→明確各區信息提取模式→各區分類后處理→各區接邊處理→集成信息→轉移矩陣計算→景觀格局統計與分析。

目視解譯區，主要依據地物基本特征，參考野外調查成果、局部高分辨率遙感影像以及中國科學院環境資源數據中心的全國1∶10萬土地利用數據庫（2000年），提取各個地類邊界。計算機解譯區，應用種子像元法作監督分類，考慮空間距離和光譜距離等約束條件。

3 土地利用景觀格局演變分析

3.1 土地利用空間分布特征

基于遙感數據和處理流程，根據全國土地利用分類體系框架的標準，參照二級分類的規則［6］，將區內土地劃分為16類。應用地貌、土壤［17］、高程、坡度和坡向等信息，與土地利用信息疊加，分析2009年土地利用的空間分布特征（表1）。

表1 2009年各類土地面積及百分比

河流占總面積的1.37%，雅魯藏布江和拉薩河為辮狀，支流多為樹枝狀。灘地占總面積的2.63%，是沙地的主要物源之一。湖泊占總面積的0.06%，分布在桑日和墨竹工卡等地，最大面積1.50km2，最小面積約2 878m2，平均面積為55 312m2；最小高程3 676m，最大高程5 440m，平均高程5 157m。

耕地占總面積的5.71%，分布在堆龍德慶、達孜、貢嘎、墨竹工卡、扎囊和乃東等地的沖積平原，高程≤4 500m，坡度≤15°，以全陽坡為主，土壤為棕凍鈣土、黑氈土、潮土、草氈土、淋溶棕冷鈣土、薄黑氈土、脫潮土、草原風沙土和沖積土等類型。

建筑用地占總面積的1.47%，主要為區內的縣政府駐地、城鎮及村莊，主要分布在河谷及沖洪積扇，被耕地和林地所包圍，高程≤4 200m，坡度≤6°。工礦用地占總面積的0.03%，主要為曲水、墨竹工卡和桑日等地的銅礦、鉻鐵礦和水泥用灰巖等開發礦山，地貌為凍蝕侵蝕高山，高程4 200～5 500m，坡度16°～35°。

灌木林占總面積的13.83%，分布在墨竹工卡和桑日等地的凍蝕侵蝕高山、冰蝕高山和高寒中山［18］，高程≤5 500m，坡度≤35°，土壤主要為草氈土、黑氈土和棕凍鈣土。有林地占總面積的0.81%，分布在貢嘎、扎囊、乃東、墨竹工卡和達孜等地的沖積平原，高程≤3 800m，坡度≤15°，主要為平地、全陽坡和半陽坡，土壤類型為草原風沙土、沖積土和淋溶棕冷鈣土等。疏林地占總面積的6.92%，分布與有林地相似。未成林地占總面積的6.33%，分布在堆龍德慶、達孜、拉薩城關區和曲水等地，高程3 800～4 500m，坡度多≤25°，集中分布在半陽坡及平地，土壤主要為黑氈土、草氈土和薄黑氈土等類型。

草地分為高、中、低覆蓋三類，占總面積的36.03%，主要分布在墨竹工卡、桑日和扎囊等地≤5 500m區域，地貌主要為凍蝕侵蝕高山、冰蝕高山、高寒低山丘陵和高寒中山，坡度≤45°，背陽坡分布相對較少，土壤類型主要為草氈土、黑氈土和棕凍鈣土等。

沙地占總面積2.88%，≤3 800m沙地約占沙地總面積71.57%，3 800～4 200m約占19.31%，≥4 200m約占9.12%。沙地分布于平緩區，≤25°沙地占71.41%，25°～35°占19.31%，35°～45°占7.41%，≥45°占1.88%。太陽輻射及盛行風向制約沙地分布，平地沙化占總面積的32.22%，全陽坡為46.42%。

裸巖面積最廣，主要分布在≥4 500m凍蝕侵蝕高山和冰蝕高山的半陽坡，坡度多＞15°。未利用土地占總面積的0.29%，分布在貢嘎和達孜等地的沖積平原，海拔多≤4 200m，坡向以半陽坡和陰坡為主。

3.2 景觀格局指標選擇

景觀格局表征景觀的空間結構特征，可用不同指標表達其多樣性、變化性和動態性，基于區內土地空間分布及演變的系統性和層次性特征，結合區域土地利用的生態學過程，應用土地利用景觀格局軟件Fragstats 3.3，在類型水平和景觀水平兩個層次上進行統計分析［19］。景觀水平反映土地利用的中觀層次特征，遴選可靠度較高的斑塊個數、斑塊密度、總邊界長度、邊緣密度、斑塊平均大小、蔓延度、散布與并列指數、景觀豐度、香農多樣性指數和香農均勻度指數10個指標作為分析重點；在景觀水平分析的基礎上，遴選對區域演變過程反映較為靈敏的斑塊密度、邊緣密度、平均斑塊面積和散布與并列指數4個指標進行綜合分析。

3.3 景觀要素轉移分析

將三個時期矢量格式的土地利用數據轉化為柵格格式，應用ERDAS的轉移矩陣模塊計算各地類演變情況。1988—2000年，各地類的轉移面積合計約871.74km2。灘地轉出面積最大，約561.02km2，主要轉出為低覆蓋草地、沙地、灌木林和有林地。河流轉出面積約為102.91km2，其中70%轉化為灘地，其余轉化為沙地和有林地及灌木林。灌木林轉出面積約為67.77km2，其中14.18km2轉化為有林地，15.42km2轉化為灘地，16.78km2轉化為耕地，其余則多轉化為草地。低覆蓋草地、沙地、灘地、灌木林地、有林地和耕地的轉入面積位居前列。沙地轉入面積104.02km2，轉出面積37.29km2，增加面積66.73 km2，主要由草地、灌木林和灘地等轉入。建筑用地增加22.55km2，主要由耕地、灘地、草地及灌木林地轉入。工礦用地增加約0.58km2，主要由草地和灌木林地轉入。

2000—2009年間，地類的轉移面積合計約567.79 km2。灘地轉出約106.97km2，主要轉化為灌木林、沙地、耕地和有林地；灘地轉入105.59km2，主要由河流和沙地轉入。灌木林地轉出約96.01km2，主要轉化為灘地、有林地和建筑用地；灌木林地轉入71.05 km2，主要由灘地、未利用地、耕地、低覆蓋草地轉入。沙地轉出面積約79.28km2，主要轉化為有林地、灌木林、灘地和耕地等；沙地轉入面積53.32km2，主要由灘地、低覆蓋草地和灌木林轉入，沙地整體面積減少25.96km2，沙化有所遏制。耕地面積轉出73.83 km2，轉入25.53km2，減少48.30km2，主要轉化為建筑用地、有林地、灌木林和草地等。建筑用地轉出1.48km2，由灌木林、灘地和沙地等地類轉入59.92 km2，增加面積約為58.44km2，增速為1988—2000年的兩倍多。工礦用地由中覆蓋草地轉入，凈增面積約1.75km2。

3.4 景觀層次演變分析

1988—2009年（表2）地類斑塊個數（NP）持續上升，表明局部地類斑塊歸并和轉化，形成更大地類圖斑；斑塊密度（PD）由1988年的3.496 4個／hm2減少到2009年的3.473 7個／hm2。總邊界長度（TE）先減后增，表明地類邊界由簡化變得破碎化。邊緣密度（ED）與總邊界長度呈現出一致的趨勢。斑塊平均大小（AREA＿MN）逐漸增大，與斑塊個數變化相反。蔓延度（CONTAG）先增再減，表明地類在經歷聚類擴張之后，轉移為新地類，并且收縮。散布與并列指數（IJI）先減后增，地類多為條帶狀和塊狀，環狀或似環狀較少，1988—2000年環狀或似環狀的地類增加，2000—2009年條帶狀、塊狀地類增加。景觀豐度（PR）在三個年份未變，反映地類未變。香農多樣性指數（SHDI）呈上升態勢，區內土地利用強度增加。香農均勻度指數（SHEI）呈小幅上升，區內裸巖、低覆蓋度草地、灌木林、中覆蓋度草地、疏林地、未成林、灘地和耕地等的優勢地位相對穩定，且微弱上升。

表2 景觀層次指標統計

3.5 類型層次演變分析

斑塊密度（PD）。各地類的平均斑塊密度存在較大的差異，低覆蓋草地最大，中覆蓋草地和裸巖次之；有林地、河流、湖泊、建筑用地、工礦用地、未利用地、沙地、灘地和耕地等斑塊密度較小，這些地類占據面積較小，不具有明顯的主導作用。從3個年份的斑塊密度變化來看，斑塊密度較小者中的有林地、建筑用地、工礦用地、沙地等持續增大，低覆蓋度草地出現漲消。斑塊密度表明處于絕對極大值的斑塊和處于相對極小值的斑塊都出現了不同程度的演變，這種變化增加了地類的破碎性，增加了地類之間的交叉作用效應。

邊緣密度（ED）。與斑塊密度呈現出相似的特征。低覆蓋草地、裸巖、灌木林、中覆蓋草地等邊緣密度較大，反映這些地類具有較為復雜的地類邊界，分布面積較大。有林地、湖泊、建筑用地、工礦用地、未利用地、沙地、灘地和耕地等邊緣密度較小，表明這些地類分布面積較小，地類的邊界相對簡單。從三期邊緣密度變化來看，有林地、中覆蓋度草地、建筑用地、工礦用地表現出持續上升的態勢，表明人類活動與這些地類之間的作用密切。

平均斑塊面積（AREA＿MN）。耕地的平均斑塊面積最大，灘地次之，未利用地、建筑用地和有林地等地類的斑塊的面積也較大，湖泊平均斑塊密度最小；總面積較大的裸巖、低覆蓋度草地、中覆蓋度草地和灌木林等的平均斑塊面積則相對較小，表明這些地類被其它地類穿插，形成區域切割，導致圖斑個數增加，平均斑塊面積減小。1988—2009年的平均斑塊面積變化來看，耕地、灘地、沙地、有林地等都呈現出先增后減的趨勢，而未利用地等表現為先減后增的態勢，灌木林、疏林地、未成林等地類則變化微小。

散布與并列指數（IJI）。灘地、工礦用地和湖泊因受場地控制，多為圓形或橢圓形態，在1988—2009年的演變過程中，灘地和湖泊變得更接近圓形或橢圓形，因此散布與并列指數持續減小。工礦用地隨著規模增大，形態愈不規則，逐漸脫離原有的圓形或環狀形態；其它占據較大面積的地類，多為條塊狀分布，在20多年內并未突破原有分布形態。

4 結論

（1）1988—2000年，地類轉移面積約871.74 km2，占區域總面積的6.95%；2001—2009年，轉移面積約為567.79km2，地類轉移比率降為4.52%。從面積最大的裸地到面積較小的湖泊和工礦用地，所有地類均發生轉移，轉移強度較大的是灌木林、灘地、沙地和草地，轉出和轉入表現為鄰接地類轉化。耕地和沙地變化趨勢為先增后減；建筑用地和工礦用地表現為持續增長；高山湖泊面積先增后減，綜合表現為面積減少。

（2）1988—2009年，地類未有增減，主要地類的優勢地位相對穩定，且微弱上升，因土地利用強度加大和社會經濟動態發展，地類在景觀層次綜合表現為：斑塊數增加，斑塊密度微弱減小，邊緣密度和總邊界長度先減后增，平均斑塊面積增加，蔓延度先增后減，散布與并列指數先減后增。

（3）1988—2009年，斑塊密度較大和較小的地類均發生不同程度演變，驅動其他的地類轉移，地類破碎性增加；與人類活動緊密相關的有林地、建筑用地、工礦用地的邊緣密度持續增加；耕地、灘地、沙地和有林地等與其他地類混交較小的地類，平均斑塊面積先增后減；灘地和湖泊因氣候變化影響，散布與并列指數持續減小，而開發加強的工礦用地持續增大。

致謝：衷心感謝西藏區調隊生態地質研究所、成都理工大學青年科學基金和成都工大學大學教改項目（XJG1111）對本文的大力支持。

［1］ 杜軍，胡軍，張勇.西藏農業氣候資源區劃［M］.北京：氣象出版社，2007：197－201.

［2］ 廖曉勇，陳治諫，王海明，等.西藏土地利用綜合分區［J］.山地學報，2009，27（1）：96－100.

［3］ 廖曉勇，陳治諫，王海明，等.西藏自治區土地利用功能分區研究［J］.安徽農業科學，2008，36（7）：2847－2849.

［4］ 西藏統計年鑒2010［M］.北京：中國統計出版社，2010：15－30.

［5］ 西藏統計年鑒2011［M］.北京：中國統計出版社，2011：16－26.

［6］ 倪忠云.西藏曲水—桑日地區生態地質環境承載力研究［D］.成都：成都理工大學，2011.

［7］ 曾加芹，歐陽華，牛樹奎，等.1985—2000年西藏地區景觀格局變化及影響因子分析［J］.干旱區資源與環境，2008，22（1）：137－143.

［8］ 師旭穎，郝芳華，林隆，等.黃河水電開發區域土地利用與景觀格局分析［J］.水土保持研究，2009，16（4）：174－179.

［9］ 吳菊，鄭林，陳建軍，等.鄱陽湖區土地利用與景觀格局變化研究［J］.水土保持研究，2008，15（2）：103－106.

［10］ 孫鳳英.淺談西藏自治區土地可持續利用［J］.中國國土資源經濟，2008，21（6）：13－15.

［11］ 袁力，趙雨森，龔文峰，等.基于RS和GIS扎龍濕地土地利用景觀格局演變的研究［J］.水土保持研究，2008，15（3）：49－52.

［12］ 王娟，崔保山，姚華榮.云南瀾滄江流域景觀格局時空動態研究［J］.水土保持學報，2007，21（4）：85－97.

［13］ 中國科學院青藏高原綜合科學考察隊.西藏地貌［M］.北京：科學出版社，1983：1－3.

［14］ 中國科學院青藏高原綜合科學考察隊.西藏河流與湖泊［M］.北京：科學出版社，1984：1－5.

［15］ 倪忠云，何政偉，趙銀兵，等.汶川地震前后都江堰植被蓋度變化的遙感研究［J］.水土保持研究，2009，16（4）：45－48.

［16］ 倪忠云，何政偉，趙銀兵，等.都江堰震后土地利用／覆被變化信息提取方法研究［J］.國土資源遙感，2010（1）：73－76.

［17］ 西藏自治區土地管理局.西藏自治區土壤資源［M］.北京：科學出版社，1994.

［18］ 朱雪林，黃清麟，張超，等.西藏灌木林景觀格局特征［J］.山地學報，2010，28（5）：586－592.

［19］ 李秀珍，布仁倉，常禹，等.景觀格局指標對不同景觀格局的反應［J］.生態學報，2004，24（1）：123－134.