基于高分影像的貴州省晴隆縣2016年土地利用狀況分析

劉曉林，亢 慶,2，劉超群，尹 斌，李樹波

(1.珠江水利委員會 珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611；2.珠江水利委員會 珠江流域水土保持監測中心站，廣東 廣州 510611)

土地是人類賴以生存和發展的物質基礎[1]，土地利用是人類活動作用于陸地表層環境的一種重要方式[2]。土地利用現狀分析是對土地利用類型、數量、分布及其組合特征進行評價和研究的過程，其結果可反映區域內土地資源的特點和優劣勢，診斷土地利用是否合理，從而為區域生態環境治理和土地利用總體規劃提供重要依據[3-4]。

貴州省晴隆縣喀斯特地貌發育強烈，屬于典型的生態環境脆弱區，土地利用不合理導致土地極端退化，出現了喀斯特石漠化現象，嚴重影響了人類的生存和社會的發展。為了探索石漠化成因，許多學者對晴隆縣的土地利用現狀、變化及趨勢開展了大量研究[5-8]，但目前研究所用的土地利用數據主要基于中分辨率的Landsat衛星影像獲取，未見基于國產高分影像進行晴隆縣土地利用的研究。晴隆縣屬于國家級貧困縣，新時期為了加快脫貧步伐，急需開展最新的、高精度的土地利用現狀分析，而國產高分1號衛星融合影像分辨率可達到2 m，相比Landsat衛星影像30 m的精度而言，獲取到的土地利用數據更為精確。

本研究以晴隆縣為對象，基于高分1號衛星影像，采用面向對象和人工交互式圖像處理方法，獲取研究區2016年土地利用數據，借助計量地理學和景觀生態學理論，對區域土地利用狀況進行較為全面的分析，以期為土地利用結構的優化調整和石漠化地區惡劣生態環境的改善提供參考依據，這對于喀斯特地區生態環境保護和社會經濟可持續發展有著重要意義。

1 研究區概況

晴隆縣位于貴州省西南部、云貴高原中段，地理位置介于25°33′～26°11′N、105°01′～105°25′E，南北長69 km，東西寬33 km，總面積1 324.43 km2，轄14個鄉(鎮、街道)(圖1)。研究區屬高原峽谷區，地形起伏較大，海拔881～1 627 m，具有山高、谷深、坡陡的特點， 山地及丘陵面積占總面積的95.30%。屬溫涼濕潤的高原亞熱帶季風氣候區，冬無嚴寒,夏無酷暑，年平均氣溫14.7 ℃左右，年降水量1 500～1 650 mm，降雨主要集中在5—8月。境內主要河流有西泌河、大橋河、麻布河，屬珠江流域。土壤有黃棕壤、黃壤、石灰土、紫色土、水稻土、潮泥土、灌淤土等8個土類。植被屬亞熱帶常綠落葉闊葉混交林，原生植被早已遭受破壞，取而代之的是次生植被和人工植被，總體植被資源豐富[9]。

圖1 研究區地理位置示意

2 研究數據與方法

2.1 數據獲取與處理

選取2016年覆蓋晴隆縣的8景高分1號衛星影像，其中多光譜分辨率為8 m、全色分辨率為2 m，影像數據均來源于中國資源衛星應用中心(http://www.cresda.com/CN/)。采用ENVI遙感數字圖像處理軟件對獲取影像進行幾何校正、輻射定標、大氣糾正、圖像融合等預處理，得到研究區范圍內2 m空間分辨率的遙感影像。參照《土地利用現狀分類》(GB/T 21010—2017)標準，根據研究的需要，將研究區的土地分為6類，分別為耕地、林地、草地、水域、建設用地及未利用地。利用eCognition Developer軟件，基于面向對象切割影像的方法，獲取土地利用解譯圖斑。利用ArcGIS軟件，進行人機交互式解譯[10]，得到研究區2016年土地利用圖。解譯后采用野外考察獲取的無人機影像對結果進行驗證，總體解譯精度達到91.26%。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用多樣化程度分析

土地利用數量結構多樣化用于表征區域內各種地類的齊全程度，其主要的分析方法是運用吉布斯-馬丁多樣化指數模型來衡量多樣化程度[11]。該模型的數學公式為

(1)

式中：GM為吉布斯-馬丁多樣化指數；fi為區域內第i種土地利用類型的占地面積。

GM的取值范圍是0～1，當GM接近于1時，表明該類型土地利用的多樣化程度高；當GM接近于0時，表明該類型土地利用的多樣化程度低。如果一個區域土地利用類型豐富且不同類型的土地面積比較均衡，則GM接近于1；如果一個區域土地利用類型單一，則GM接近于0。因此，用吉布斯-馬丁多樣化指數也能夠反映土地利用類型的齊全程度。

2.2.2 土地利用程度分析

土地利用程度主要反映了土地系統中人為因素的影響程度，而土地系統本身是一個復雜的自然社會綜合體。計算土地利用程度綜合指數(La)的公式[12]為

(2)

式中：Ai為一個區域中第i類土地利用類型的程度分級指數，其中耕地的土地利用分級指數為1，林地、水域和草地的為2，建設用地的為3，未利用地的為4；Ci為第i類土地利用類型的面積百分比。

由式(2)可知，土地利用程度綜合指數是一個取值區間為[100,400]的連續函數。在一定的單位網絡區域內，綜合指數的大小反映了土地利用程度的高低。任何地區的土地利用程度均可以通過計算其綜合指數而得到。由于土地利用變化的驅動因子來源于自然和社會兩個方面，故通過土地利用程度綜合指數，可以很好地體現自然和人類社會因子對土地利用的影響。

3 結果分析

3.1 土地利用結構

根據晴隆縣2016年土地利用圖(略)的統計結果(表1)， 全縣主要的土地利用類型為林地、草地和耕地，3種地類面積占全縣面積的92%以上。林地和草地面積相當，分別為420.51、416.30 km2，占全縣總面積的比例分別為31.75%和31.43%；耕地面積為385.20 km2，占比為29.09%；建設用地、水域和未利用地面積較小，分別為53.04、25.76和23.61 km2，占比分別為4.01%、1.94%和1.78%。各個鄉鎮土地利用結構特征與全縣相似，個別鄉鎮有所差異。空間分布上，林地、草地和耕地在全縣均勻分布，林地一般分布在海拔較高的地方，縣城中部草地分布較多。全縣各個鄉鎮中，雞場鎮耕地面積最大，花貢鎮林地和水域面積最大，茶馬鎮草地面積最大，光照鎮未利用地面積最大，大廠鎮建設用地面積最大。

表1 晴隆縣各鄉鎮2016年度土地利用狀況

3.2 土地利用多樣化

土地利用狀況多樣化指數統計結果(表2)表明，晴隆縣整體土地利用多樣化指數為0.71，土地利用類型較豐富，土地面積較均衡。其中，長流鄉的土地利用多樣化指數最大，為0.73，6種土地利用類型的面積較為均衡；花貢鎮、東觀街道和中營鎮為0.71，與全縣的值相等；其余各鄉鎮均低于全縣平均水平，茶馬鎮的值最低，僅為0.65，土地利用類型最為單一，其草地面積占到了全鎮面積的47%以上。

表2 晴隆縣各鄉鎮2016年土地利用多樣化指數和土地利用程度綜合指數

3.3 土地利用程度

土地利用程度分析結果(表2)顯示：全縣土地利用程度綜合指數為178.49；光照鎮的土地利用程度最高，指數達到213.24；雞場鎮的土地利用程度最低，指數僅為159.03；茶馬鎮、東觀街道、蓮城街道、花貢鎮的土地利用程度均高于全縣的平均水平，安谷鄉、 碧痕鎮、大廠鎮、三寶彝族鄉、沙子鎮、長流鄉、中營鎮、紫馬鄉的土地利用程度均低于全縣的平均水平。

4 結 論

本研究以晴隆縣為對象，基于高分1號衛星影像，采用面向對象和人工交互式圖像處理方法，獲取了研究區2016年土地利用數據，借助計量地理學和景觀生態學理論，對區域土地利用狀況進行了較為全面的分析，結果如下：晴隆縣主要的土地利用類型為林地、草地和耕地，3種地類面積占全縣面積的92%以上，各個鄉鎮土地利用結構特征與全縣相似，個別鄉鎮有所差異；空間分布上，林地、草地和耕地在全縣均勻分布，林地一般分布在海拔較高的地方，縣城中部草地分布較多；全縣土地利用類型較豐富，土地面積較均衡，茶馬鎮的土地利用最為單一；土地利用程度方面，光照鎮的土地利用程度最高，雞場鎮的最低。