2012—2015年中緬油氣管道重要節點土地利用/覆被時空變化分析

周峻松，李石華,2

(1. 云南省基礎地理信息中心，云南 昆明 650034； 2. 云南師范大學旅游與地理科學學院，云南 昆明 650500)

土地利用/覆被(land use/land cover，LULC)變化是在不同時間和空間尺度上由自然和社會系統相互作用引起的一種復雜變化，是人類活動改變和干預自然地理環境，直接影響地表覆蓋狀況的改變[1]。土地利用/覆蓋變化現已被普遍認為是全球環境變化的關鍵素因，是引發氣候、生態過程、生物化學循環、生物多樣等變化的重要驅動力[2]。土地利用/覆被變化引起的區域生態環境系統變化的研究已經成為國內外研究熱點。國內外學者針對Landsat衛星遙感數據開展了大量的土地利用/覆被變化研究[3]，形成了基于遙感技術的各種土地利用/覆被變化的信息提取算法，包括：①傳統基于光譜特征的分類算法[4]；②基于混合像元分解的分類算法[5]；③基于像素光譜特征、基于像素光譜、紋理和形狀特征的分類算法[6]；④面向對象影像分析方法[7]；⑤新型智能分類算法，如深度學習、支持向量機、隨機森林、流形學習、條件隨機場、馬爾可夫隨機場等[8]。

“中緬油氣管道”是我國陸上第三大能源通道，是國家能源戰略通道的重要組成部分，也是國家“一帶一路”戰略的重要基礎設施建設項目[9]。“中緬油氣管道”起于緬甸皎漂，經若開邦、馬圭省、曼德勒和撣邦，從中緬邊境地區進入我國的瑞麗，再延伸至昆明，輻射四川、重慶、貴州、廣西等省區，管道全長約1100 km，總投資約25億美元，該項目于2010年6月正式開工建設，2013年中緬油氣管道全線貫通。該項目的建設將改善沿線地區的基礎設施，促進沿線地區經濟社會發展，但是該項目途經地區多為地形地貌復雜，生態環境脆弱區，項目建設將改變沿線地區的土地利用/覆被現狀，進而影響沿線地區的生態環境。為此，利用遙感技術監測“中緬油氣管道”建設前(2012年)和建設完成(2015年)2個時期的土地利用/覆被變化具有重要科學意義和應用價值。

1　數據與方法

1.1　研究區概況

本文根據“中緬油氣管道”項目的規劃綱要及相關設計和生態環境相關影響，選出云南省內的11個(德宏芒市、保山隆陽區、大理下關區、昆明富民縣、昆明晉寧縣、玉溪紅塔區、紅河蒙自市、文山富寧縣、昆明嵩明縣、曲靖麒麟區、曲靖富源縣)重要節點地區和緬甸國4個省/邦(撣邦、曼德勒省、馬圭省、若開邦)重要節點地區(如圖1所示)作為研究區。

本文從USGS網站上選擇研究區云蓋量小于1%的2012年Landsat7 ETM+和2015年Landsat8 OLI的共42景成像時間接近的2期遙感影像作為數據源。采用ENVI軟件中的相關批處理程序完成Landsat數據的條帶填充、輻射校正、幾何校正、影像鑲嵌等預處理工作。

1.2　研究方法

利用預處理后的Landsat衛星ETM+和OLI影像計算地表反射率，再計算歸一化植被指數(normalized difference vegetation index，NDVI)[10]、歸一化建筑物指數(normalized difference build index，NDBI)[11]、改進型歸一化水體指數(modified normalized difference water index，MNDWI)3個指數[12]。然后采用決策樹分類方法提取2012年和2015年2期“中緬油氣管道”重要節點區域的土地利用/覆被信息。通過分析緬甸、云南地區Landsat衛星遙感影像的地物光譜特征，在城市和部分村落地區建筑和植被及建筑和裸土存在異物同譜現象，因此本文將利用NDVI、NDBI和MNDWI 3個指數進行決策樹分類。該決策樹方法分類具體流程如下：

(1) 首先使用MNDWI識別水體(湖泊、河流、水庫、河渠、海)和非水體。

(2) 在非水體子節點處，用NDVI閾值和光譜閾值(NIR>SWIR1)識別含有建筑用地和植被混合地類及建筑用地和祼土地類。

(3) 利用NDBI指數和光譜閾值將建筑用地和植被混合地類進一步分成植被和建筑用地二類。

(4) 利用NDBI和光譜閾值將建筑用地和祼土混合地類進一步分為祼土和建筑用地二類。

利用決策樹分類獲得2012年和2015年2期“中緬油氣管線”沿線15個重要節點的土地利用/覆被數據(水體、植被、建筑、裸土)。

2　結果與分析

通過2012年和2015年2期土地利用/覆被分類數據分析轉移矩陣和轉移圖譜(如圖2所示)，“中緬油氣管道”沿線重要節點的土地利用/覆被具有如下的時空變化規律。

(1) 2012—2015年期間，大理下關區、昆明富民縣、昆明晉寧縣、玉溪紅塔區、紅河蒙自市、文山富寧縣、昆明嵩明縣、曲靖麒麟區、曲靖富源縣、撣邦、曼德勒省、馬圭省12個重要節點的土地利用/覆被變化率為20%左右，德宏芒市土地利用/覆被變化率為8.96%，保山隆陽區土地利用/覆被變化率為7.25%，緬甸若開邦土地利用/覆被變化率為8.74%，總體緬甸地區的4個節點的土地覆被變化比例，尤其是建筑面積增加，低于云南省的11個重要節點。

(2) 在該研究區12個節點的土地利用/覆被的變化主要為植被轉化為裸土、裸土轉化為植被，二者總計占總體變化比例的56.03%(德宏芒市)、95.95%(文山富寧)不等；其次為植被和裸土轉化為建筑，最高為25.97%(德宏芒市)和24.29%(玉溪紅塔區)到最低1.45%(文山富寧)和0.94%(緬甸馬圭省)不等。

(3) 15個節點中，水體的變化有增有減，其中，大理州大理市、昆明富民縣、曲靖富源縣、撣邦、馬圭省、曼德勒省、若開邦水體面積減少，德宏芒市、保山隆陽區、昆明晉寧縣、玉溪紅塔區、紅河蒙自市、文山富寧縣、昆明嵩明縣、曲靖麒麟區水體面積增加；植被的變化同樣有增有減，除昆明嵩明縣、曲靖麒麟區、曲靖富源縣和馬圭省以外，其他地區植被覆蓋均有所下降；裸土的變化與植被相反，除昆明嵩明縣、曲靖麒麟區、曲靖富源縣和馬圭省有所減少以外，其他11個節點均有所增加；建筑在15個節點中，均有所增加，增加面積從0.30 km2(文山州富寧)至553.20 km2(撣邦)不等。

圖1　緬甸關鍵節點示意圖　　　　　　　　　　　圖2　試驗區(代表性區域)土地覆被變化

2.1　云南省土地利用/覆被變化分析

2012—2015年3年間，發生在云南省內芒市、隆陽區、大理市、富民縣、晉寧縣、紅塔區、蒙自市、富寧縣8個重要節點研究區的主要土地利用/覆被類型轉換為植被的減少和裸土的增加，嵩明縣、麒麟區和富源縣中，植被的增加和裸土的減少尤為顯著，其中占主要的為植被向裸土的轉換和裸土向植被的轉換；其次，在2012—2015年間，云南省全部11個重要節點研究區內的建筑面積都有所增加。將11個重要節點研究區的主要土地利用/土地覆被變化歸結為3種主要變化：林草地的開墾、草地/林地好轉、建筑用地擴張。

2.2　云南省土地利用/覆被變化驅動分析

目前，在土地利用/覆被及生態狀況變化驅動力研究中，越來越多的研究與實踐是基于“自然—經濟—社會”這一復合生態系統概念框架，綜合考慮“氣候變化等自然因素和政府、社會個體或群體追求效益最大化的人類生產活動及其與區域自然條件的相互影響”[13]。2012—2015年間，云南省內的林草地的開墾、草地/林地好轉、建筑用地擴張一直主導著當地的土地利用/土地覆被變化，其變化驅動力分析如下：①2012—2015年間，所有云南省11個重要節點研究區內出現大量的植被與裸土的相互轉換的原因有二：一是由于2011年云南全境的極旱情況，以及而后2012—2015年的降水豐沛，造成大量的植被好轉，即原有的裸土轉換為植被；二是由于云南省內的經濟發展和基礎項目建設，如比較典型的“一帶一路”項目的推進、中緬油氣管道項目的建設、滬昆高鐵的建設等基礎設施的建設，對本試驗11個研究區的經濟有所推動，大量原有的耕地，由于經濟的發展，耕種的作物種類有所改變，使得耕地物候期改變，許多裸土轉換為植被，促進了植被的好轉，同時也促進了林草地的開墾，造成大量的植被向裸土的轉換。②2012—2015年間，所有云南省11個重要節點研究區內出現最少15.13 km2(富寧縣)的建筑用地面積擴張的原因主要是由于近些年云南省高速的經濟發展，如“一帶一路”國家戰略的實施，中緬油氣管道項目的建設與投產，滬昆高鐵、廣昆高鐵項目的建設，中緬邊貿的繁榮等；同時還有當地一些特色政策的實施，如紅鋼(蒙自市)、昆鋼(紅塔區)的產業規模擴大，加之人口增加帶來的住房需求，導致2012—2015年短短3年內，云南省內11個重要節點研究區內，即使處于偏遠的富寧縣，借由中緬油氣管道項目建設和廣昆高鐵建設，同樣出現0.30 km2的建筑用地的擴張，在保山市隆陽區，借由邊貿、中緬油氣管道項目保山門站建設等帶來的經濟發展，其建筑用地擴張面積高達113.08 km2。

2.3　緬甸土地利用/覆被變化分析

在2012—2015年3年間，除馬圭省植被面積增加和裸土面積減少外，其他3個研究區內，土地利用/覆被類型轉換主要為植被的減少和裸土的增加，其中占主要的為植被向裸土的轉換和裸土向植被的轉換；其次，緬甸境內全部4個重要節點研究區內的建筑面積都有所增加。將4個重要節點研究區的主要土地利用/覆被變化歸結為3種主要變化，即林草地的開墾、草地/林地好轉、建筑用地擴張。

2.4　緬甸土地利用/覆被變化驅動分析

2012—2015年間，緬甸境內林草地的開墾、草地/林地好轉、建筑用地擴張一直主導著當地的土地利用/覆被變化，其變化驅動力分析如下：①2012—2015年間，緬甸境內的4個重要節點研究區內的主要變化絕大多數為植被與裸土的相互轉換，具體原因主要是4個節點皆為緬甸境內的重要農耕區，隨著中緬油氣管道項目的建設、緬甸2012—2015年間的和平發展及中緬邊貿的繁榮發展，4個研究區內經濟水平有所提高，同時也由于中國高產水稻在緬甸地區的推廣，造成耕種的作物有所改變，耕地區的物候期有所改變，最終造成遙感成像時間近似的2012年和2015年出現植被與裸土的相互轉換，即造成4個研究區大量的林草地的開墾和植被好轉。②2012—2015年間，緬甸境內4個重要節點研究區內出現了最少83.44 km2(曼德勒省)的建筑用地面積的擴張，但總體比例仍小于云南省內11個重要節點，這與緬甸國情(仍處于典型農業國的現狀)不無關系，但借由中緬油氣管道項目的建設及中緬邊貿的繁榮發展，如NH3公路周邊、撣邦木姐特區的發展、曼德勒市中緬油氣管道分壓站、若開邦皎漂油氣碼頭建設等，輻射并促進這些地區的經濟發展，造成這些地區建筑面積的大量擴張。

3　結論與討論

本文分析了2012—2015年中緬油氣管道建設期間云南省內11個重要節點和緬甸境內4個節點在3年間的LUCC的過程及空間格局，得出如下結論：

(1) 受地形及氣候影響，所有15個研究區內最主要的土地覆被類型是植被與裸土，二者相加占全區(除大理和晉寧因為洱海和滇池而導致植被與裸土相加占全區比例為82.81%和90.30%)95%以上。

(2) 所有15個研究區中，土地利用/覆被變化最劇烈的為植被與裸土的相互轉換。其主要原因是由于中緬油氣管道等項目和經濟的發展，造成研究區內農作物的更改，作物物候期的改變，進而造成相近時間內的土地覆被的變化，如植被向裸土的轉換和裸土向植被的轉換，而且隨著2012—2015年降水的豐沛，緩慢恢復著2011年云南大旱造成的影響。

(3) 所有的15個研究區中，唯一全部都呈現擴張趨勢的是建筑面積。具體原因是由于中緬油氣管道的建設及沿線一系列的基礎設施建設項目等的發展，加之人口的增長，因此所有15個研究區內，建筑面積都有所擴張，同時由于中國與緬甸的國情差異，導致云南省內11個重要節點研究區內的建筑面積擴張比例都要大于緬甸境內的4個重要節點。

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