東江源紅壤丘陵區(qū)土地利用與覆蓋變化研究

摘要：采用ＲＳ和ＧＩＳ技術(shù)，以紅壤丘陵典型案例區(qū)東江源為例，利用遙感影像解譯，運(yùn)用土地利用程度綜合指數(shù)、單一土地利用類型動態(tài)度及狀態(tài)指數(shù)等模型，研究了１９８６～２００５年東江源區(qū)土地利用變化特征，揭示紅壤丘陵區(qū)２０年來土地利用變化的時空格局。結(jié)果表明，研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，土地利用發(fā)展平緩，總體相比而言，１９９5～２００５年土地利用類型變化幅度大于１９８６～１９９５年的變化幅度；就土地利用類型的轉(zhuǎn)移模式來講，研究區(qū)的林地轉(zhuǎn)為耕地分布最為廣泛；狀態(tài)指數(shù)結(jié)果表明未來研究區(qū)的土地利用變化呈現(xiàn)耕地、水域和建設(shè)用地面積增加，其余地類面積減少的趨勢。

關(guān)鍵詞：紅壤丘陵；土地利用與覆蓋變化（ＬＵＣＣ）；時空變化

中圖分類號：X826；Q146 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）07－1320-03

Study on Land-use and Land-cover Change over Red Soil Hilly Regions in Dongjiangyuan

ＸＵ Ｃｈａｎｇ－ｒｏｎｇ，ＬＵ Ｙａｎ－ｍｉｎ，ＺＨＯＵ Ｘｕｅ－ｌｉｎ

（Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１０００，Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｆｒｏｍ １９８６ ｔｏ ２００５ ｉｎ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｒｅｄ ｓｏｉｌ ｈｉｌｌｙ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ Ｄｏｎｇｊｉａｎｇｙｕａｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＲＳ ａｎｄ ＧＩＳ． Ｂｙ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ＴＭ ｉｍａｇｅｓ ａｎｄ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｉｎｄｅｘ， ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｌａｎｄ ａｎｄ ｓｔａｔｅ ｉｎｄｅｘ， ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｉｎ ｒｅｄ ｓｏｉｌ ｈｉｌｌｙ ｒｅｇｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｓｔ ２０ ｙｅａｒｓ ｗｅｒｅ ｒｅｖｅａｌｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｓｔａｂｌｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｅｇｉｏｎ； ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｗａｓ ｓｍｏｏｔｈ． Ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｔ ｏｆ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｔｙｐｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ １９９５～２００５ ｗａｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ １９８６～１９９５． Ａｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ， ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ ｉｎｔｏ ｆａｒｍｌａｎｄ ｗａｓ ｍｏｓｔ ｐｒｅｖａｌｅｎｔ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｉｎｄｅｘ， ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｆａｒｍ ｌａｎｄ， ｗａｔｅｒ ａｒｅａ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ ｌａｎｄ ｗｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｗｏｕｌｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： rｅｄ sｏｉｌ hｉｌｌｙ rｅｇｉｏｎ； ｌａｎｄ ｕｓｅ ａｎｄ ｃｏｖｅｒ ｃｈａｎｇｅ（ＬＵＣＣ）； ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｃｈａｎｇｅ

土地利用與覆蓋變化（ＬＵＣＣ）的研究是當(dāng)今全球環(huán)境科學(xué)關(guān)注的核心內(nèi)容之一，反映了自然和人文交叉最為密切的問題，與全球生態(tài)環(huán)境安全水平密切相關(guān)。它不僅能夠客觀地記錄人類改變地球表面特征的空間格局，還可以再現(xiàn)地球表面景觀的時空動態(tài)變化過程，對全球生態(tài)環(huán)境變化具有重要意義［１－４］。

我國南方紅壤丘陵區(qū)地處熱帶、亞熱帶，包括長江流域的大部分及其南部地區(qū)，該地區(qū)自然條件優(yōu)越，生產(chǎn)潛力大，是我國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域，也是熱帶、亞熱帶特種經(jīng)濟(jì)作物和經(jīng)濟(jì)林木的主要生產(chǎn)基地。近年來，對丘陵地區(qū)濫墾亂伐以及人口增長等因素造成了大面積水土流失和生態(tài)環(huán)境惡化等問題［5-6］。由于南方地區(qū)地理?xiàng)l件的復(fù)雜性和人們認(rèn)識上的差異性，早期工作大多在南方典型紅壤區(qū)開展，而忽視了紅壤丘陵區(qū)的研究。為此，本研究以紅壤丘陵典型區(qū)東江源為例，采用ＲＳ和ＧＩＳ軟件技術(shù)，利用遙感影像解譯，獲取研究區(qū)不同時段土地利用數(shù)據(jù)，研究１９８６～２００５年東江源區(qū)土地利用變化特征，揭示紅壤丘陵區(qū)２０年來土地利用與覆蓋變化的時空格局。為協(xié)調(diào)區(qū)域人與地可持續(xù)發(fā)展，制定科學(xué)合理的土地利用政策和規(guī)劃提供依據(jù)。

東江源區(qū)位于江西省贛州地區(qū)東南部，是贛南地區(qū)典型的紅壤丘陵區(qū)，涵蓋尋烏、安遠(yuǎn)和定南３縣，境內(nèi)以山地、丘陵為主，地勢呈北高南低。在江西境內(nèi)河流長１２７ ｋｍ，流域面積３ ４９５．７９ ｋｍ２。源區(qū)屬典型亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，具有雨量充沛、陽光充足、熱量豐富等特征。

１ 材料與方法

１．１ 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的是ＴＭ影像，選取１９８６、１９９５和２００５年３期數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源。以遙感影像為基本信息源，結(jié)合當(dāng)?shù)兀薄茫等f地形圖、圖件資料以及其他文獻(xiàn)資料（包括已有的研究成果）等。采用ＲＳ和ＧＩＳ等技術(shù)，對圖像進(jìn)行處理分析。根據(jù)東江源地區(qū)ＬＵＣＣ特點(diǎn)，將土地利用分為耕地、林地、草地、水域和建設(shè)用地５大類型。

１．２ 土地利用程度綜合指數(shù)模型

土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度，并可以反映該地區(qū)ＬＵＣＣ的綜合水平［7-９］。模型表達(dá)式為：

Ｄｊ＝100×■（Ａｉ×Ｃｉ），Ｄｊ∈［１００，４００］ （１）

式中，Ｄｊ為研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)；Ａｉ為研究區(qū)內(nèi)第i級土地利用程度分級指數(shù)；Ｃｉ為研究區(qū)域內(nèi)第i級土地利用程度分級面積百分比；ｎ為土地利用程度分級數(shù)。區(qū)域土地利用程度的變化是多種土地利用類型變化的結(jié)果，不同時段土地利用程度變化值可以表示為：

ΔＬｂ－ａ＝Ｌｂ-Ｌａ=100×■（Ａｉ×Ｃｉ，ｂ）-■（Ａｉ×Ｃｉ，a）

（２）

Ｒ＝■ （３）

式中，Ｌｂ、Ｌａ分別為ｂ期、ａ期土地利用程度綜合指數(shù)；Ａｉ為研究區(qū)內(nèi)第ｉ級土地利用程度分級指數(shù)；Ｃｉ，ｂ、Ｃｉ，ａ分別為ｂ期、ａ期區(qū)域內(nèi)第ｉ級土地利用程度分級面積百分比；Ｒ為土地利用程度變化率。若ΔＬｂ－ａ或者R大于０，表明該區(qū)域土地利用處于發(fā)展期，否則處于調(diào)整期或衰退期［９］。

２．３ 單一土地利用類型動態(tài)度

單一土地利用類型動態(tài)度表達(dá)的是某研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，建立土地利用動態(tài)變化模型是研究土地利用變化過程、土地利用變化程度及未來發(fā)展變化趨勢的主要手段。其表達(dá)式為：

Ｋ＝■×■×100% （４）

式中，Ｋ為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ｕａ、Ｕｂ分別為ａ期、ｂ期該土地利用類型的數(shù)量；Ｔ為研究時段長。當(dāng)Ｔ的時段設(shè)定為年時，Ｋ的值就是該研究區(qū)某土地利用類型的年變化率［１０］。

２．４ 土地利用類型的變化趨勢和狀態(tài)指數(shù)

對研究區(qū)某一土地利用類型而言，表現(xiàn)其空間格局的動態(tài)變化趨勢可以引入土地利用類型的變化趨勢和狀態(tài)指數(shù)模型［１１，12］：

Ｖｉｎ＝■×■×100% （５）

Ｖｏｕｔ＝■×■×100% （６）

Ｐｓ=■，Ｐｓ∈［-1，1］ （７）

式中，Ｖｉｎ和Ｖｏｕｔ分別為Ｔ時段內(nèi)土地利用類型i的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出速度；ΔＵｍ、ΔＵｏｕｔ分別為其他土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)橥恋乩妙愋停榈霓D(zhuǎn)入量和土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙愋偷霓D(zhuǎn)入量；Ｓｉ，ａ為研究初期土地利用類型i的面積。Ｐｓ是反映單一土地利用與覆被類型變化的趨勢和狀態(tài)的指數(shù)，Ｐｓ越接近于0，說明該類型呈均衡轉(zhuǎn)換的態(tài)勢；越接近于1，表明該種地類面積大量增大，呈穩(wěn)步增加的趨勢；越接近于-1，表明該種地類面積大量減少，呈逐步萎縮的趨勢。

３ 結(jié)果與分析

３．１ 土地利用的幅度變化

通過對研究區(qū)3期土地利用數(shù)據(jù)按類型進(jìn)行分析表明，林地和耕地是該區(qū)最主要的土地利用類型，運(yùn)用土地利用綜合程度指數(shù)計(jì)算，結(jié)果表明，１９８６、１９９５、２００５年該區(qū)的土地利用綜合程度指數(shù)依次為１９２．４７、１９２．５９、１９２．００，變化幅度不大，表明該區(qū)２０年來土地利用發(fā)展平緩。其中，ΔＬ１９９５－１９８６為０．１２，Ｒ１９９５－１９８６為０．０００ ６２３，說明在１９８６～１９９５年研究區(qū)的土地利用處于發(fā)展期；ΔＬ２００５－１９９5為－０．５９，Ｒ２００５－１９９5為－０．００３ ０６0，說明在１９９5～２００５年研究區(qū)的土地利用處于調(diào)整期。對比１９８６～１９９５年和１９９5～２００５年兩個時段可以發(fā)現(xiàn)，水域在前后兩個時期都發(fā)生了劇烈變化，先是急劇減少后又大幅增加，但總體保持平衡。總體來說，盡管２０年研究區(qū)的不同土地利用類型的面積比例均發(fā)生了不同程度的變化，但是土地利用結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，土地利用發(fā)展平緩（圖１）。

２．２ 土地利用類型轉(zhuǎn)化程度分析

就土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣的變化來看（表１），１９８６～２００５年間研究區(qū)耕地、水域、建設(shè)用地面積呈增加的趨勢，其中耕地增幅最大，達(dá)到了２０．６９ ｋｍ２；林地和草地有不同程度的減少，其中林地減幅最大，達(dá)到了２１．０４ ｋｍ２。對比兩個時段的變化可以看出，１９９5～２００５年大部分土地利用類型變化幅度明顯大于１９８６～１９９５年的變化幅度，說明這２０年間土地利用變化主要發(fā)生在１９９5～２００５年。研究表明，２０年來，研究區(qū)面積中耕地有９．４0 ｋｍ２轉(zhuǎn)化成了其他地類，其中大部分轉(zhuǎn)化成了林地，面積為７．３４ ｋｍ２；林地是變化較為劇烈的地類，２０年間約有２９．４８ ｋｍ２林地流向了耕地；草地以轉(zhuǎn)出為主要特征，主要轉(zhuǎn)出為林地和耕地，同時有１．７３ ｋｍ２林地轉(zhuǎn)化為草地；水域主要由林地和耕地轉(zhuǎn)化而來，但水域轉(zhuǎn)出量相對較少；建設(shè)用地轉(zhuǎn)入來源主要是耕地和水域，同時也有一部分建設(shè)用地轉(zhuǎn)為了林地和耕地。總之，林地轉(zhuǎn)為耕地模式在研究區(qū)分布最為廣泛。

２．３ 土地利用動態(tài)變化分析

由土地利用動態(tài)度計(jì)算結(jié)果（表２）可知，２０年來研究區(qū)的各地類的年變化率都較小。具體而言，水域的遞增率最大（１．７０％），是各類用地變化最大的，其次是建設(shè)用地。而草地在遞減率中最大（０．１６％）。研究區(qū)土地利用狀態(tài)指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，耕地、水域和建設(shè)用地的狀態(tài)指數(shù)為正，轉(zhuǎn)入速度大于轉(zhuǎn)出速度，有規(guī)模增大的趨勢。其中，水域的轉(zhuǎn)出速度、轉(zhuǎn)入速度分別為１．１９％和２．８７％，表明水域的增加速度比耕地和建設(shè)用地更快。林地和草地的狀態(tài)指數(shù)為負(fù)，轉(zhuǎn)入速度小于轉(zhuǎn)出速度，有規(guī)模減小的趨勢，它們的狀態(tài)指數(shù)都大于－０．５0，表明未來呈緩慢減少的趨勢。

３ 結(jié)論

本研究采用ＲＳ和ＧＩＳ等技術(shù)，利用遙感影像解譯，運(yùn)用土地利用程度綜合指數(shù)、單一土地利用類型動態(tài)度和狀態(tài)指數(shù)等模型，對１９８６～２００５年東江源區(qū)土地利用變化狀況進(jìn)行時空分析，結(jié)果表明，１９８６～２００５年東江源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，土地利用發(fā)展平緩，其中前１０年處于發(fā)展期，后１０年處于調(diào)整期。總體相比而言，１９９5～２００５年土地利用類型變化幅度大于１９８６～１９９５年的變化幅度，主要是因?yàn)楹螅保澳耆丝诖罅康脑鲩L和人們對生態(tài)資源的不合理開墾。就土地利用類型的轉(zhuǎn)移模式來講，２０年間該區(qū)以林地轉(zhuǎn)為耕地分布最為廣泛。狀態(tài)指數(shù)結(jié)果表明未來研究區(qū)的土地利用變化呈現(xiàn)耕地、水域和建設(shè)用地面積增加，其余地類面積呈減少的態(tài)勢。

參考文獻(xiàn)：

［１］ ＤＥＮＧ Ｘ Ｚ ， ＬＩＵ Ｊ Ｙ ． Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ ａｒｅａ ｏｆ ｆａｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｐａｓｔｕｒｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２００２，１２（３）：３９７－４０４．

［２］ ＦＯＬＥＹ Ｊ Ａ， ＤＥＦＲＩＥＳ Ｒ， ＡＳＮＥＲＧ Ｐ， ｅｔ ａｌ． Ｇｌｏｂａｌ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００５，３０９（２２）：５７０－５７４．

［３］ 劉紀(jì)元．中國資源環(huán)境遙感調(diào)查與動態(tài)研究［Ｍ］．北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，１９９６：１５８－１８８．

［４］ 史培軍，李曉兵，陳 晉．土地利用覆蓋變化與生態(tài)安全響應(yīng)機(jī)制［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，２００４.

［５］ 張紅旗，李家永，牛 棟，等．典型紅壤丘陵區(qū)土地利用空間優(yōu)化配置［Ｊ］．地理學(xué)報(bào)，２００３，５８（５）：６６８－６７６．

［６］ 李秀彬．土地利用變化的解釋［Ｊ］．地理科學(xué)進(jìn)展， ２００２，２１（３）：１９５－２０３．

［７］ 王思遠(yuǎn)，劉紀(jì)元，張?jiān)鱿椋龋袊恋乩脮r空特征分析［Ｊ］．地理學(xué)報(bào)，２００１，５６（６）：６３１－６３９．

［８］ 擺萬奇，趙士洞．土地利用變化驅(qū)動力系統(tǒng)分析［Ｊ］．資源科學(xué)，２００１，５８（５）：７２７－７３４．

［９］ 王秀蘭，包玉海．土地利用動態(tài)變化研究方法探討［Ｊ］．地理科學(xué)進(jìn)展，１９９９，１８（１）：８１－８７．

［１０］ 劉盛和，何書金．土地利用動態(tài)變化的空間分析測算模型［Ｊ］．自然資源學(xué)報(bào)，２００２，１７（５）：５３３－５４０．

［１１］ 羅格平，周成虎，陳 曦，等．干旱區(qū)綠洲土地利用與覆被變化過程［Ｊ］．地理學(xué)報(bào)，２００３，５８（１）：６３－７２．

［１２］ 何春陽，史培軍，陳 晉，等． 北京地區(qū)土地利用／覆被變化研究［Ｊ］．地理研究，２００１，２０（６）：６７９－６８７．