2000－2015年四川省南充市土地利用／覆被變化及其驅動因素

朱麗輝，徐 瑤，杜 忠

（西華師范大學 國土資源學院，四川 南充637009）

目前，土地利用／覆被變化已成為全球變化研究熱點之一［1－2］，對生態系統的能量、結構和功能有著顯著影響，與全球變化、生物多樣性等密切相關［3］。土地利用／覆被變化是影響全球變化，區域生態環境的最直接的人為驅動因素之一，因此，在全球變化研究中起著及其重要的作用［4］。目前的土地利用／覆被變化研究中，RS技術起著重要作用，能夠大范圍、有效的監測土地利用／覆被變化，且遙感數據與土地利用的時空特性保持高度的一致性［5］，從而遙感技術成為監測土地利用／覆被變化的有效手段［6］。近年來，國內外學者對不同時空范圍的土地利用／覆被變化特征和驅動因素進行了大量研究，取得了重要成果。Philips［7］利用多時相遙感影像數據和GIS 技術等手段，對土地覆被對生態環境的影響進行了評價。吳倩雯等［8］采用人工解譯和監督分類相結合的方法對東江源稀土礦區土地利用變化進行研究。周書貴等［9］運用轉移矩陣的方法，定量描述了近20年黃土高原土地利用／覆被的時空變化特征。Maimaitijiang M 等［10］對圣路易斯大都市區的土地覆蓋和土地利用變化驅動因素進行分析。馬晴等［11］利用Landsat遙感數據和土地利用動態變化模型，對疏勒河流域中下游綠洲土地利用變化過程、趨勢及其驅動機制進行了深入分析。這些研究表明土地利用／覆被變化成為全球變化研究熱點，有必要對其動態變化及驅動因素進行深入研究。

南充市作為長江中游重要的水源涵養區，近年來經濟發展迅速，人類活動對該區域的生態環境造成一定程度上的干擾，致使土地利用／覆被狀況發生了一定變化。因此，掌握南充市土地利用／覆被變化的特征，有利于長江流域的水土保持和生態修復。本文基于南充2000，2010，2015 年 的3 期Landsat影 像 和QuickBird高精度遙感數據，運用區域統計和疊加分析方法，分析出南充市土地利用／覆被變化特征及驅動因素，以期為當地的生態環境建設、土地整治工程、合理開發與可持續發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

南充市位于四川盆地東北部，嘉陵江中游，介于北緯30°35′—31°51′、東經105°27′—106°58′之間。屬于中亞熱帶濕潤季風氣候區，四季分明，雨熱同季，降水量的季節分配不均，夏季降水強度最大，冬季最小，秋季大于春季。地貌類型分為北部低山區和南部丘陵區兩大類，原生的自然植被以亞熱帶常綠闊葉林和亞熱帶落葉闊葉林為主。地勢從北向南傾斜，海拔在256～888.8 m 之間。

1.2 數據來源與處理

選擇南充市2000，2010和2015年Landsat影像和2007，2008，2010年南充市Quick Bird高精度遙感數據，經幾何精校正、正射影像校正處理、專題處理，提取南充市土地利用／覆被信息。輔助參考數據包括：①空間分辨率為30 m 的DEM 數據，從而生成坡度數據；②氣象數據來源于南充市氣象站，包括年平均氣溫和年降水量；③南充市人口統計數據；④四川省南充市土地利用總體規劃（2006—2020年）和實地踏勘收集數據的統計文字資料。

參照國際地圈—生物圈計劃（IGBP）土地利用／土地覆被分類系統［12］，并采用目視解譯和野外實地踏勘數據進行檢查和修正，精度可靠。因此，確定研究區土地利用類型為耕地、林地、草地、建設用地、水體5種類型（見表1）。

表1 南充市土地利用類型

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用／覆被轉換方向與幅度 土地利用／覆被轉換的方向與幅度主要用轉移矩陣來描述，計算公式如下：

式中：i和j——矩陣的行和列，不同行列分別代表不同的土地利用／覆被類型；Cij——土地利用／覆被類型i轉變為j 的幅度；ΔSij——2期土地利用／覆被數據中土地利用／覆被類型i轉變為j 的面積（km2）；Si——前一期土地利用／覆被中i類土地利用／覆被類型面積（km2）。

1.3.2 土地利用／覆被狀況指數 狀況指數是指土地利用／覆被類型的面積占研究區總面積的百分比。可以用來衡量區域生態系統綜合功能，值越高其功能越好。計算公式為：

式中：S——土地利用／覆被狀況指數；Ci——水體、林地、耕地、草地、建設用地的面積（km2）；A——研究區的面積（km2）。

土地利用／覆被狀況指數變化率，可以用來描述生態系統狀況的轉變，計算公式如下：

式 中：S1與S2——表 示 前 后2 期 的 狀 況 指 數；Sration——2期狀況指數的變化率（%）。

2 結果與分析

2.1 土地利用／覆被面積變化

南充市2000—2015年主要的土地利用類型是耕地和林地，兩者面積之和占南充市總面積80%以上（附圖26）。從各土地利用類型變化量來看，15 a間南充市耕地、草地和水體面積呈減少趨勢，分別減少了1 549.8，307.9，90.4 km2。而林地和建設用地面積增勢明顯，分別增加了1 006.2，965.4 km2。其中，耕地和林地面積變化幅度最大。從時間段來看，2000—2010 年耕地、林地面積變化幅度要大于2010—2015年，這說明在退耕還林工程實施的前10 a效果顯著，而在2010年后南充市的耕地和林地轉換相對穩定。2000—2010 年和2010—2015 年的草地和水體面積減少速率較小，建設用地面積隨著城鎮化的發展逐年平穩增加，2000—2010，2010—2015年的年增長率分別為65.3%和62.6%（見表2）。

表2 南充市2000年－2015年各土地利用類型面積變化 km2

2.2 土地利用類型轉移分析

由表3 可以看出，在2000—2015 年期間，共有5 055.7 km2的土地利用類型發生轉換，占研究區總面積的40.5%。15 a間退耕和開墾同時存在，其中，23.5%的林地轉化為了草地，轉出面積達到了661 km2，其次主要向耕地轉化，只有極少部分轉為水體和建設用地，轉出面積比例很低（0.1%）；同時有539.4 km2的其他土地利用類型轉為林地，主要貢獻者是耕地（12.7%）和草地（11.9%），面積達到498.8 km2，分別占林地轉化面積的73.8%和18.7%，也有部分水體和建設用地轉為林地，但轉入面積很小（40.6 km2）。草地轉入面積為1 868.8 km2，而耕地是草地轉入面積的主要來源，27.0%的耕地向草地轉出，面積達到846.8 km2，占草地轉入面積的45.3%。而建設面積的增加主要由2.5%的水體和0.4%的耕地轉化而來。

表3 南充市2000－2015年土地利用／覆被轉換面積

2.3 土地利用／覆被狀況指數分析

由表4可知，南充市2000，2010，2015 年的土地利用／覆被狀況指數分別為20.00，20.00，20.04，可以看出南充市近15 a的生態系統功能較穩定。近15 a南充市平均土地利用／覆被狀況指數為20.02，各土地利用類型的平均土地利用／覆被狀況指數由低到高分別是水體（3.15）、草地（8.32）、建設用地（11.64）、林地（33.33）、耕地（43.63），可以看出林地和耕地是南充市主要的土地利用類型。從土地利用／覆被狀況變化率來看（圖1），2000—2010年除了耕地，其他土地覆被狀況變化率均為正值，呈轉好趨勢；其中主要是林地和建設用地的增加，耕地面積減少。2010—2015年耕地、草地和水體變化率為負值，呈轉差趨勢，而林地和建設用地變化率為正值，呈轉好趨勢。15 a間，耕地變化率為負值，建設用地和林地變化率均為正值，且變化劇烈。

表4 2000－2015年南充市土地利用／覆被狀況指數

2.4 土地利用／覆被變化的驅動因素

2.4.1 自然因素 土地利用／覆被變化的驅動因素復雜，主要包括自然因素和社會經濟因素。而自然因素是土地利用／覆被變化的基礎環境條件，由于自然因素在不同地域存在差異，造成土地利用／覆被變化的差異［13］。因此，氣溫、降水和地形等常被認為是土地利用／覆被變化的主要驅動因素。

圖1 2000－2015年南充市土地利用／覆被狀況變化率

（1）氣溫和降水。有關研究指出，土地利用／覆被變化在一定程度上受到氣候變化的影響［14］，從2000—2015年的南充市氣溫和降水趨勢來看（見圖2），年平均氣溫呈下降趨勢，斜率為－0.041 3，下降幅度平緩，且年降水量變化不明顯（R2＝0.077 9），因此，可以看出過去15 a間南充市年均氣溫和年降水量變化都不大，從耕地、草地、林地以及建設用地的變化情況來看，氣溫和降水變化對南充市的土地利用／覆被變化影響相對較小。

圖2 2000－2015年南充市年均氣溫及年均降水量變化

（2）地形。不同地形的土地利用／覆被類型的變化情況也不同。結合南充市的坡度分級圖（附圖27）和南充市2015年土地利用分類圖（附圖26），發現耕地和林地是南充市主要的土地利用／覆被類型，且耕地主要分布在坡度低緩的中部，這是因為坡度低緩區利于耕作，因此耕地則被保留下來或進行城市建設，利于城市經濟的發展，為人們生活便利創造了條件。而由于隨著坡度的增加，不利于人類活動，不利于農作物灌溉，林地和草地主要分布在坡度較大的東部、南部和北部，有益于南充市的生態環境建設。

2.4.2 社會經濟因素 大量研究表明，社會經濟因素是土地利用／覆被變化的主導因素，其中人口、經濟、科技和政策等社會因素對土地利用／覆被變化的影響顯著［15］，本文主要從人口、城市化和退耕還林工程3個社會經濟因素分析。

（1）人口快速增長，城市化快速發展。南充市人口從2000年的7.09×106上升到2015年的7.42×106，人口增長率為4.60%，為四川省第二大人口城市。而城市人口增加幅度大于總人口增加幅度，增長率為56.50%，城鎮化率為46.50%。因此，隨著城市人口的快速增長，對居住地等的需求量升高，非農產業對土地的需求急劇增長，15 a間南充市建設用地增加了965.40 km2。同時，隨著城市化的快速發展，中心城區和管轄的其他地方縣的基礎設施和交通網絡的完善占用了大量的耕地資源，且隨著公眾環保意識的增強以及國家退耕還林工程的推動，部分耕地被退耕還林還草，15 a間耕地面積減少了1 549.8 km2。綜上，人口快速增長以及城市化水平的提高導致了建設用地面積增加，耕地面積大幅減少。

（2）退耕還林工程。1999年四川省在全國率先啟動實施退耕還林工程，川中丘陵區退耕還林工程已實施多年，生態和經濟效益逐步顯現。表現在南充市15 a間耕地由2000年的6 370.2 km2減少到2015年的4 820.5 km2，減少了1 549.8 km2，減少的耕地主要轉換為建設用地和林地，其中約有398.1 km2耕地面積轉換成了林地面積，使得林地面積比2000年同比增加了5.59%。林地面積的增加較為明顯，由2000年的3 554.1 km2增加到了2015年的4 560.3 km2。退耕還林工程的實施使得南充市耕地面積大幅減少，林地面積增加，改善了區域生態環境。

3 結論與討論

15 a來，南充市土地利用類型變化較明顯，尤其是2000—2010年，耕地和林地的轉化幅度和速度最為明顯，是因為自1999年來國家大力實施的退耕還林工程，耕地面積不斷減少，林地面積增加，而2010—2015年，各土地利用／覆被變化減小，土地利用類型達到較穩定的狀態。總的來說，2000—2015年，耕地面積呈減少趨勢，減少了1 549.8 km2，林地和建設用地不斷增加，分別增加了1 006.2，965.4 km2。其次，由于南充市城鎮人口的增長和城鎮化發展，對土地的需求增加，使得南充市土地利用／覆被總體格局由2000年的耕地＞林地＞草地＞建設用地＞水體，轉變為2015年的耕地＞林地＞建設用地＞草地＞水體。建設用地面積不斷增加，超過草地的面積，耕地和林地為南充市主要的土地利用類型。

本研究從土地利用類型的面積變化、轉化率及轉化速率來分析2000—2015 年土地利用／覆被變化特征，但只利用了3期遙感數據，且圖像處理方面還存在不足，在今后的研究中應適當增加影像數量和選取更加高精度的影像，以對南充市的土地利用／覆被變化特征進行深入、準確的分析，且隨著社會經濟的發展，可能會有更多的因素影響土地利用／覆被的變化趨勢，因此，應進一步加強對土地利用／覆被變化的驅動機制的研究，為南充市的土地資源可持續利用與生態環境的保護提供科學依據。