近20年西雙版納土地利用特征研究

李君 楊欣 張卓亞 李甜江 郎曉雪 馬月偉

摘要：以ENVI為平臺，采用監督分類方法，解譯西雙版納1996年和2016年兩個時期的遙感影像。對監督分類后的結果進行分析，主要結論如下：①林地和橡膠為主要類型;②林地減少，橡膠用地擴大并聚集成片，且橡膠是面積增長最多、變化強度最大的地類;③橡膠主要由林地和耕地轉化而來，說明這段時期內受到較大程度的人為干擾;④景觀格局的優勢度變大，景觀異質性和穩定性降低。

Abstract： The spatial and temporal change patterns in land use were quantified by interpreting Landsat images from 1996 and 2016 and using the method of landscape ecology， and various landscape metrics were calculated at class and landscape levels. The main conclusions are as follows ：①The pattern of land use was mainly composed of forest land and rubber in the study area;②However there was a decrease in forest land， on the contrary， rubber area was expanded and gathered. In addition， the rubber's the change intensity and the area of the growth were the most large among all the class.③Rubber was mainly transformed form forest land and farmland. Therefore， this study area suffer from a larger degree of human disturbance during the study period. ④During the period between 1996 and 2016， the dominance increased， the landscape heterogeneity and landscape stability reduced.

關鍵詞：土地利用/土地覆蓋;空間格局;動態變化;西雙版納

Key words： land use/land cover;spatial pattern;dynamic change;Xishuangbanna

中圖分類號：F301.24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0219-04

0? 引言

土地利用/覆蓋變化（Land Use / Land Cover Change，簡稱LUCC）研究是地理學綜合研究的國際性前沿課題它既是全球變化的結果也是全球變化的重要原因[1]。20年來，由于西雙版納地區人口數量迅猛增加，以及大量的原始森林和林地被砍伐用來種植橡膠等經濟林，研究區的LUCC空間格局已發生較大的變化。本研究利用遙感技術結合景觀生態學的原理，以ENVI5.0軟件作為處理平臺，對1996和2016年遙感影像解譯。最后對西雙版納20年來LUCC空間格局變化特征進行分析，以及對導致LUCC發生的驅動因素進行定性分析。從而為西雙版納傣族自治州的生態可持續提供科學依據。

1? 研究區概況

西雙版納（21°09′～22°36′N，99°58′～101°50′E）處于云南省南部邊緣，位于橫斷山脈南部，處在北回歸線以南的熱帶北部。地貌格局以中低山和丘陵為主，絕大部分地區海拔均低于1500m，海拔在800m以下區域所占面積為3452km2，占總區域的18%，800m～1500m的區域面積為12611km2，占總區域的65.7%，海拔高度大于1500m的地區占總區域的15.3%。年平均氣溫在18～22℃之間，日常最高溫約為30℃，月極端最低溫度為6℃，極端最高溫可達41.1℃。日照時數為1800～2464.5小時，≥10℃的活動積溫為5062～8000℃，林冠年積溫可超過9000℃。年平均降水量為1193.7～2492mm之間，有明顯的干濕季之分，雨季在每年的5月至10月，該時間段內降雨量占全年的80%，干季則為每年的11月至次年4月，2月平均降水量可低于20mm，雖然冬季少雨，但霧濃，彌補了降水量的不足。州境內土壤有9個土類，18個亞類，55個土屬，其中主要土類為赤紅壤、磚紅壤、紅壤和紫色土，它們分別占總面積的61.07%、15.65%、8.3%和7.6%。屬西部型季風熱帶氣候，該氣候類型造成了西雙版納地區具有長夏無冬且秋春相連，夏季時長較長的特點。地勢中部低、四周高，再加上海拔相對高差大等特點，造就了西雙版納地區擁有極其豐富的生物多樣性，動物、植物等種類眾多，單單是植物種類就高達20000多種。被譽為“動植物王國”和“生物基因庫”。

2? 材料和方法

2.1 數據來源及處理

本研究的數據主要來自于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站和美國地質勘測局（United States Geological Survey，簡稱USGS）的2016年西雙版納landsat8遙感影像數據和1996年西雙版納landsat5遙感影像數據。

利用ENVI5.0軟件作為處理平臺，先對西雙版納的1996年和2016年的TM和ETM遙感影像進行幾何校正、融合、圖像增強和拼接等處理。然后，利用在合成遙感影像時不同的波段組合能增強不同地物的特點，使某些被增強的地物被優先識別出來并有效與其他地物進行區分，再加上不同地物的紋理有不同的特征，通過目視解譯從而得到解譯標志。并參照國家農業區劃委員會規定的分類標準，最終得到水域、居民用地、耕地、林地、橡膠和水田/濕地六種地物。本研究中，六種地物的感興趣區（Region of Interest，簡稱ROI）的個數均在100～200個之間，這確保了分類結果有較高的精度。監督分類需重復進行，根據每次的分類結果，對于不合適的分類，則在分類樣本中進一步調整興趣樣本，再做分類直至滿意，最后得到分類結果圖1、圖2。1996年影像分類結果的總體精度達99.45%，Kappa系數為0.9794;2016年影像分類結果的總體精度達99.36%，Kappa系數為0.9791。

2.2 研究方法

2.2.1 動態度量指標

可通過年變化率指數K來表示。計算后可以通過對比不同地物類別在研究時段內的面積增減大小和變化速度，來得到相關土地利用/覆蓋變化特征。

式中K表示年變化率，Ua、Ub為初期和末期地類面積（km2），T為時間間隔。

分析地類的變化速度的同時，也要分析各個地類的變化強度，即哪一地類為該研究區的主要變化類型，這就要計算變化強度指數P[2]。

公式中，P為變化強度指數，Ua、Ub與年變化率中一致，U為總面積（km2），T為時間間隔。

2.2.2 地類間的轉移

為分析地類間的轉移方向和特征，本研究通過LUCC流向百分比矩陣來表示[3]。計算包括轉移概率和貢獻率。

公式中Bij表示轉移概率，它定義了初期的i類地物轉變為末期的j類地物的面積與初期的i類地物面積之比，n表示地物類別個數。

公式中Cij表示貢獻率，它定義了初期的i類地物轉變為末期的j類地物的面積與末期的j類地物的面積之比，n表示地物類別個數。

2.2.3 景觀格局指標

為定量研究景觀格局的變化特征，本研究分析以下三個指標[4]：

①土地利用/覆蓋多樣性（H）

可度量景觀豐富度、異質性以及復雜性。其計算公式為：

在式中，n是地物類型的數量，Pi表示i類地物的面積與研究區域的總面積的比例。

②土地利用/覆蓋優勢度（D）

表示某類地型支配整個區域的強度[5]。其計算公式為：

在公式中，n 是該地區土地覆蓋類型的總數。Pi 是該地區土地覆蓋類型i 的比例。

③土地利用/覆蓋均勻度（E）

用于表示景觀中地類分布的均勻程度。它的計算公式為：

式中，

3? 結果與分析

3.1 結構特征和動態度分析

從表1中可以看出1996年和2016年西雙版納州土地利用主要以林地為主，面積分別占研究區域總面積的69.24%和67.69%，其次為橡膠用地，1996年和2016年橡膠用地面積分別占總面積的23.75%和26.56%，其余地物所占比例不大，合計面積在1996年和2016年分別共占總面積的7.01%和5.76%。

西雙版納州在20年間土地利用結構發生了較大變化，除橡膠和水域用地面積增長外，其余地物類別面積都減小。其中以橡膠增長為主，橡膠面積增加了537.93km2，水域也出現了較小程度的增長，其所占面積增長了50.67km2，這和在此20年間的水庫建設有很大關系。林地的占地面積降低了297.93km2，是所有地物類別中降低最多的。除此之外，耕地用地面積降低了182.44km2，國家的退耕還林政策是導致耕地減少的主要原因。

從表2可以看出，水田/濕地是變化最快的，年變化率為-1.77%，而想要得到所有土地利用/覆蓋類型中哪一類是主要的變化類型，則需要看P值的高低。水田/濕地的變化強為-0.04‰，是所有土地利用/覆蓋類型中最小的，因此水田/濕地這類地物對西雙版納州區域的土地利用/覆蓋變化的影響也最小。雖然橡膠地類的年變化率K值只有0.59%，但橡膠地類的變化強度P值高達1.40‰，是所有土地利用/覆蓋類型中最大的，所以，橡膠用地是西雙版納區域的土地利用/覆蓋變化的主要類型。其次是林地，年變化率為-0.11%，變化強度為-0.77‰;耕地的年變化率為-1.74%（-0.48‰）;居民用地年變化率為-1.43%（-0.24‰）;水域的年變化率為0.56% （0.13‰）;水田/濕地的年變化率為-1.77%（-0.04‰）。

3.2 土地利用/覆蓋變化流向百分比矩陣分析

通過計算轉移概率與貢獻率，將計算結果列于表3。

得到以下結論：①在1996年到2016年的20年間，西雙版納地區的各個土地利用類別之間發生了較為明顯的轉移過程，耕地、林地和橡膠用地為主要變化類型;②林地用地面積減少，轉出類型主要為橡膠，這與九十年代正處在改革發展的一個高速發展的時期有很大關系，一切以經濟發展為主要目的，人們為了大力發展經濟去砍伐森林和林地之后通過種植橡膠來在較短時期內快速獲得更高的經濟效益;③橡膠用地面積在整個時間段內增加了537.93km2，年增幅為0.59%，主要由林地和耕地轉化而來。在由林地向橡膠用地轉換過程中，主要通過砍伐焚燒雨林的方法來使林地變成橡膠用地。這樣的方式對當地原始雨林的生態環境有著很大的破壞作用，比如，加重了西雙版納的水土流失現象以及西雙版納的有霧日逐漸減少等環境退化現象;④20年間，西雙版納區域內的橡膠則主要轉為耕地和林地，原因則是橡膠種植達到種植年限，橡膠產量下降，經濟價值降低，使人們砍伐橡膠林改為耕地或者林地，種植其他經濟作物來獲取經濟效益;⑤耕地的轉出類型為林地，這與國家退耕還林的政策有很大關系，尤其是自2005年以后，國家更加注重發展低碳經濟，注重對環境的保護，使得研究區經濟發展的熱度有所下降，經濟增速的降低也提高了對林地的保護。

3.3 空間格局分析

將三項景觀指數計算結果表示為圖3。

從圖3中可以看出，西雙版納地區的多樣性指數（H）由1996年的0.38降低到2016年的0.37。西雙版納地區的均勻度指數（E）由1996年的0.49降低到2016年的0.48。兩者的降低表現出西雙版納地區的景觀穩定性和異質性在減少。而西雙版納地區的優勢度指數（D）則由1996年的0.40增加到2016年的0.41，這主要是由于橡膠面積不斷擴大并聚集成片，使得林地和橡膠地物景觀占有更大優勢，而與其他景觀組分的面積比例差距拉大所造成的，追求經濟利益的人類活動是導致這一現象的主要原因。

4? 結論與討論

4.1 討論

在幾十年的時間尺度上，影響土地利用變化因素中人類活動為主要因素[6]。所以，西雙版納地區從1996年到2016年間的20年的較短時間尺度上，使LUCC產生和發展的驅動因素主要有以下三個：

4.1.1 基于少數民族土地價值觀上的人口增長

本研究區內生活著眾多少數民族，他們的生產勞作方式以刀耕火種方法為主。而此種方式只有在人口的數量較少并且耕地的輪作休閑期較長的情況下，才能使土地達到可持續發展的效果。20年間人口數量猛增，人地矛盾也隨著人口的增長而加劇。為了解決這些問題，當地居民就通過砍伐焚燒原始雨林和森林，使大量的原始雨林等林地轉變為耕地用地，又因對土地大興開墾后而不加保護，使得大量的林地退化為荒地和草地，這是造成西雙版納地區在20年內土地利用/覆蓋發生較大變化的主要原因。

4.1.2 國家強制性的政策法規

九十年代之前國家實施的橡膠林地擴種政策和土地聯產承包責任制政策都促使了西雙版納地區的當地居民進行砍伐焚燒原始森林雨林和大興開墾林地的行為，將大量的林地和雨林開發成耕地用地。2000年后，國家更加注重發展低碳經濟，注重環境保護，先后在1999和2014年兩年實行了兩次退耕還林政策。使得研究區經濟發展的熱度有所下降，經濟增速的降低也提高了對林地的保護，在本研究中，耕地的轉出類型主要為林地，這就與當時的退耕還林政策有直接關系。

4.1.3 經濟利益驅使下的人類活動

空間變化是社會關系變化的表現，涉及農民和政府等不同主體，他們之間存在著利益博弈，各主體追求自身利益最大化是橡膠面積增長的主要原因[7]。就九十年代而言，一切以經濟發展為主要目的，正處在改革發展的一個高速發展的時期，人們為了大力發展經濟去砍伐森林和林地之后通過種植橡膠來在較短時期內快速獲得更高的經濟效益。所以，為使西雙版納地區的生態環境和經濟更好的可持續發展，當地政府應對橡膠等經濟林的種植有更全方位的考慮和規劃。

4.2 結論

①研究區的土地利用類型構成以林地和橡膠為主，1996年和2016年的林地面積分別占研究區域總面積的69.24%和67.69%，橡膠面積占區域總面積的23.75%和26.56%;

②在研究時段內林地面積減少最多，減少了297.21km2，而橡膠用地面積增長最多且集中化并向四周擴散，面積增長了537.93km2，變化強度最大為1.40‰，所以橡膠是西雙版納地區土地利用變化的主要類型;

③橡膠主要由林地和耕地轉化而來，說明這段時期內受到較大程度的人為干擾，主要通過砍伐焚燒雨林和經濟作物改種為橡膠的方法來使林地和耕地變成橡膠用地。這樣的方式對當地的生態環境有著很大的破壞作用，比如，水土流失現象的加重和有霧日逐漸減少等;

④耕地流轉類型主要為林地，與國家1999年實施退耕還林政策密切相關。特別是2005以來，國家高度重視發展低碳經濟，重視環境保護，使得研究區經濟發展的熱度有所下降，經濟增速的降低也提高了對林地的保護;

⑤從時間序列看，1996～2016年的20年間西雙版納地區的優勢度（D）從0.40增加到0.41，多樣性（H）從0.38降至0.37，均勻度（E）從0.49減小到0.48，從而表現出西雙版納地區的景觀穩定性和異質性在減小;

⑥導致西雙版納地區土地利用/覆蓋變化的主要原因有：基于少數民族土地價值觀上的人口增長、國家強制性的政策法規和經濟利益驅使下的人類活動。

參考文獻：

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