北盤江流域土地利用變化特征分析

薛習習 ， 羅 婭，2 ， 劉 茂 ， 張榮星 ， 薛璽霖

（1.貴州師范大學地理與環境科學學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省喀斯特山地生態環境國家重點實驗室培育基地，貴州 貴陽 550025；3.貴州民族大學政治與經濟管理學院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

土地利用是人類與自然環境長期相互作用的結果[1-2]。河流流域作為人類活動最頻繁的區域之一，土地利用變化明顯[3]，土地利用變化對流域內水文循環過程、土壤侵蝕以及生物多樣性的影響十分顯著，不合理的土地利用則可能威脅到流域的生態環境安全，因而成為區域土地利用研究的熱點問題之一[4]。因此，基于土地利用數據分析流域土地利用時空變化特征，對流域進行土地利用規劃、石漠化治理與生態恢復等具有重要意義。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

北盤江屬于珠江流域西江水系的一級支流，發源于云南東部，自西北向東南流經云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶[5]。在貴州省境內的北盤江流域位于東經104°00′～106°20′，北緯24°50′～26°45′，覆蓋畢節、黔西南、安順3 個地州市17 個區縣，長352 km。近年來，受人類活動的影響，流域生態環境愈加脆弱，水土流失嚴重[6-7]。

1.2 數據來源

本文研究數據主要包括：研究區行政邊界矢量數據和30 m 分辨率土地利用柵格數據，數據來源于中國科學院資源環境科學與數據中心（https://www.resdc.cn/）。參照GB/T 21010—2017《土地利用現狀分類》[8]，將使用的土地利用數據重分類為六大類，分別為耕地、林地、草地、水域、建設用地（居民、工礦、城鄉用地）及未利用土地。

2 研究方法

2.1 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣可以揭示不同土地利用類型間的轉移方向和轉移速率[3]，其表達式為：

式中，Bm*n指初始時期的第m種地類轉變為終止時期的第n種地類的面積，k為土地利用類型數量。

2.2 土地利用動態度

土地利用的時空變化特征還可用單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度表示[9]。兩者表達式依次為：

式中，Ua和Ub分別代表前期和后期土地利用類型面積；ΔLUi-j為第i類土地利用類型轉為非i類土地利用類型面積的絕對值，ΔLUi為前期土地利用類型的面積，T為期間隔的時間。

2.3 核密度分析

核密度分析能用來顯示地理數據活動發生的高密度或高聚集區域[10]，計算公式如下：

式中，n為觀測值的個數，h為閾值，y為閾值內的點數，H為核密度方程。

3 結果分析

3.1 土地利用空間分布分析

北盤江流域1990—2020 年土地利用空間分布如圖1 所示。由圖1 可知，北盤江流域主要的土地利用類型為林地、草地和耕地，其中林地主要分布在流域中游地區，面積占比大；耕地和草地主要分布在流域上游、下游和東北部；水域在整個流域呈現分散式分布；建設用地在1990—2010 年主要分布在流域東北部和西北部，2010—2020 年，流域西部和西南部建設用地增加，整體呈增長趨勢。

圖1 北盤江流域1990—2020年土地利用空間分布

北盤江流域1990—2020年土地利用結構如表1所示。由表1 可知，建設用地和水域所占面積的比重隨時間的推移在逐漸增加，建設用地占比從0.34%增加到1.53%，水域占比從0.12%增加到0.67%；未利用地所占面積比重變化不明顯，其他地類有較小的波動。

表1 北盤江流域1990—2020年土地利用結構

3.2 土地利用轉移矩陣

根據1990 年、2020 年土地利用數據，得到北盤江流域1990—2020 年土地利用矩陣，如表2 所示。1990—2020 年，北盤江流域大部分地類之間互有轉換，有發生轉移的用地類型總面積為4 055.06 km2，占研究區總面積的18.58%。其中，林地和耕地的面積有所減少，林地主要是轉化為草地和耕地，分別轉化1 762.03 km2和262.92 km2，耕地主要轉化為林地和草地，分別轉化273.13 km2和247.63 km2；草地的面積有所增加，主要由林地和耕地轉入，分別轉入1 762.03 km2和247.63 km2。建設用地面積增加幅度最大，由74.69 km2增加到334.84 km2，主要來源于耕地；其次增幅較大的是水域，由26.41 km2增加到145.61 km2，主要來源于耕地和林地；未利用地變化較為平穩。

表2 北盤江流域1990—2020年土地利用轉移矩陣 單位：km2

3.3 土地利用動態度

3.3.1 單一土地利用動態度

根據北盤江流域1990 年、2000 年、2010 年、2020年4 期遙感影像解譯數據計算出各土地利用類型單一動態度，如表3所示。由表3可知，1990—2000年各類用地變化幅度較為平穩，其中草地和耕地的動態度僅為0.001%與0.002%；2000—2010 年水域的動態度變化最高，為15.90%，林地相較于上一個時段，有所增加。2010—2020 年，建設用地的動態度變化最高，為14.24%，其次是水域為9.53%?？傮w來看，從1900—2020年，單一動態度為正值的3種地類是建設用地、水域和草地，表明它們的面積增加；面積減少的地類中，林地減幅最大，其單一土地利用動態度為-2.65%。

表3 1990—2020年北盤江流域土地利用單一動態度變化

3.3.2 綜合土地利用動態度

1990—2020 年北盤江流域綜合土地利用動態度變化如表4 所示。由表4 可知，在近30 年的時間里，北盤江流域的綜合土地利用動態度為19.51%。在3 個不同時間段上呈持續上升的變化趨勢，2010—2020 年發生類型轉變面積最多，為3 495.48 km2，同時綜合土地利用動態度也是最高，為17.17%；1990—2000年流域綜合土地利用動態度最低，為0.23%。

表4 1990—2020年北盤江流域綜合土地利用動態度變化

3.4 土地利用轉型熱點區域分析

借助ArcGIS 軟件對土地利用現狀進行空間分析，得到各研究土地利用變化熱點區域分布，如圖2所示。

圖2 1990—2020年北盤江流域土地利用變化熱點區域分布

由圖2 可知，1990—2020 年的各個時段里，北盤江流域的土地利用變化強度呈現不斷上升的趨勢。其中，1900—2000 年的土地利用變化強度最低，且變化呈現零星分布；2000—2010 年的土地利用變化強度升高，整個流域范圍內土地利用變化強度相對上一階段都有所增強；2010—2020 年流域的土地利用變化強度最大，主要集中在流域的中游區域。流域的土地利用變化熱點區域的范圍經歷了從“零星分布—擴散—相對集中”的變化過程。

4 結論

本研究以貴州省北盤江流域為研究區域，從土地利用結構變化、轉移特征、動態變化與變化強度等方面系統分析了1990—2020 年北盤江流域的土地利用變化特征，得出以下主要結論：1）在近30 年的時間里，北盤江流域土地利用類型主要是由林地、草地與耕地占主導，三者之間皆有互相轉化，但土地利用比重變化最大的是建設用地和水域。2）在土地利用動態度方面，在研究的各個時段內，北盤江流域除了建設用地單一動態度出現持續上升趨勢、耕地單一動態度出現持續下降趨勢以外，其他土地利用單一動態度均為非單調性的變化；綜合土地利用動態度在3 個時間段呈持續上升的變化趨勢。3）北盤江流域不同時期土地利用變化熱點區域的范圍呈現出不同的分布格局，從1900—2020 年經歷了從“零星分布—擴散—相對集中”的變化過程，說明隨著時間的推移，北盤江流域大部分地區已經完成了土地利用轉型，目前土地利用類型變化較為強烈的區域主要集中在流域的中游地區。