2012—2015年中缅油气管道重要节点土地利用/覆被时空变化分析

周峻松，李石华,2

(1. 云南省基础地理信息中心，云南 昆明 650034； 2. 云南师范大学旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500)

土地利用/覆被(land use/land cover，LULC)变化是在不同时间和空间尺度上由自然和社会系统相互作用引起的一种复杂变化，是人类活动改变和干预自然地理环境，直接影响地表覆盖状况的改变[1]。土地利用/覆盖变化现已被普遍认为是全球环境变化的关键素因，是引发气候、生态过程、生物化学循环、生物多样等变化的重要驱动力[2]。土地利用/覆被变化引起的区域生态环境系统变化的研究已经成为国内外研究热点。国内外学者针对Landsat卫星遥感数据开展了大量的土地利用/覆被变化研究[3]，形成了基于遥感技术的各种土地利用/覆被变化的信息提取算法，包括：①传统基于光谱特征的分类算法[4]；②基于混合像元分解的分类算法[5]；③基于像素光谱特征、基于像素光谱、纹理和形状特征的分类算法[6]；④面向对象影像分析方法[7]；⑤新型智能分类算法，如深度学习、支持向量机、随机森林、流形学习、条件随机场、马尔可夫随机场等[8]。

“中缅油气管道”是我国陆上第三大能源通道，是国家能源战略通道的重要组成部分，也是国家“一带一路”战略的重要基础设施建设项目[9]。“中缅油气管道”起于缅甸皎漂，经若开邦、马圭省、曼德勒和掸邦，从中缅边境地区进入我国的瑞丽，再延伸至昆明，辐射四川、重庆、贵州、广西等省区，管道全长约1100 km，总投资约25亿美元，该项目于2010年6月正式开工建设，2013年中缅油气管道全线贯通。该项目的建设将改善沿线地区的基础设施，促进沿线地区经济社会发展，但是该项目途经地区多为地形地貌复杂，生态环境脆弱区，项目建设将改变沿线地区的土地利用/覆被现状，进而影响沿线地区的生态环境。为此，利用遥感技术监测“中缅油气管道”建设前(2012年)和建设完成(2015年)2个时期的土地利用/覆被变化具有重要科学意义和应用价值。

1　数据与方法

1.1　研究区概况

本文根据“中缅油气管道”项目的规划纲要及相关设计和生态环境相关影响，选出云南省内的11个(德宏芒市、保山隆阳区、大理下关区、昆明富民县、昆明晋宁县、玉溪红塔区、红河蒙自市、文山富宁县、昆明嵩明县、曲靖麒麟区、曲靖富源县)重要节点地区和缅甸国4个省/邦(掸邦、曼德勒省、马圭省、若开邦)重要节点地区(如图1所示)作为研究区。

本文从USGS网站上选择研究区云盖量小于1%的2012年Landsat7 ETM+和2015年Landsat8 OLI的共42景成像时间接近的2期遥感影像作为数据源。采用ENVI软件中的相关批处理程序完成Landsat数据的条带填充、辐射校正、几何校正、影像镶嵌等预处理工作。

1.2　研究方法

利用预处理后的Landsat卫星ETM+和OLI影像计算地表反射率，再计算归一化植被指数(normalized difference vegetation index，NDVI)[10]、归一化建筑物指数(normalized difference build index，NDBI)[11]、改进型归一化水体指数(modified normalized difference water index，MNDWI)3个指数[12]。然后采用决策树分类方法提取2012年和2015年2期“中缅油气管道”重要节点区域的土地利用/覆被信息。通过分析缅甸、云南地区Landsat卫星遥感影像的地物光谱特征，在城市和部分村落地区建筑和植被及建筑和裸土存在异物同谱现象，因此本文将利用NDVI、NDBI和MNDWI 3个指数进行决策树分类。该决策树方法分类具体流程如下：

(1) 首先使用MNDWI识别水体(湖泊、河流、水库、河渠、海)和非水体。

(2) 在非水体子节点处，用NDVI阈值和光谱阈值(NIR>SWIR1)识别含有建筑用地和植被混合地类及建筑用地和祼土地类。

(3) 利用NDBI指数和光谱阈值将建筑用地和植被混合地类进一步分成植被和建筑用地二类。

(4) 利用NDBI和光谱阈值将建筑用地和祼土混合地类进一步分为祼土和建筑用地二类。

利用决策树分类获得2012年和2015年2期“中缅油气管线”沿线15个重要节点的土地利用/覆被数据(水体、植被、建筑、裸土)。

2　结果与分析

通过2012年和2015年2期土地利用/覆被分类数据分析转移矩阵和转移图谱(如图2所示)，“中缅油气管道”沿线重要节点的土地利用/覆被具有如下的时空变化规律。

(1) 2012—2015年期间，大理下关区、昆明富民县、昆明晋宁县、玉溪红塔区、红河蒙自市、文山富宁县、昆明嵩明县、曲靖麒麟区、曲靖富源县、掸邦、曼德勒省、马圭省12个重要节点的土地利用/覆被变化率为20%左右，德宏芒市土地利用/覆被变化率为8.96%，保山隆阳区土地利用/覆被变化率为7.25%，缅甸若开邦土地利用/覆被变化率为8.74%，总体缅甸地区的4个节点的土地覆被变化比例，尤其是建筑面积增加，低于云南省的11个重要节点。

(2) 在该研究区12个节点的土地利用/覆被的变化主要为植被转化为裸土、裸土转化为植被，二者总计占总体变化比例的56.03%(德宏芒市)、95.95%(文山富宁)不等；其次为植被和裸土转化为建筑，最高为25.97%(德宏芒市)和24.29%(玉溪红塔区)到最低1.45%(文山富宁)和0.94%(缅甸马圭省)不等。

(3) 15个节点中，水体的变化有增有减，其中，大理州大理市、昆明富民县、曲靖富源县、掸邦、马圭省、曼德勒省、若开邦水体面积减少，德宏芒市、保山隆阳区、昆明晋宁县、玉溪红塔区、红河蒙自市、文山富宁县、昆明嵩明县、曲靖麒麟区水体面积增加；植被的变化同样有增有减，除昆明嵩明县、曲靖麒麟区、曲靖富源县和马圭省以外，其他地区植被覆盖均有所下降；裸土的变化与植被相反，除昆明嵩明县、曲靖麒麟区、曲靖富源县和马圭省有所减少以外，其他11个节点均有所增加；建筑在15个节点中，均有所增加，增加面积从0.30 km2(文山州富宁)至553.20 km2(掸邦)不等。

图1　缅甸关键节点示意图　　　　　　　　　　　图2　试验区(代表性区域)土地覆被变化

2.1　云南省土地利用/覆被变化分析

2012—2015年3年间，发生在云南省内芒市、隆阳区、大理市、富民县、晋宁县、红塔区、蒙自市、富宁县8个重要节点研究区的主要土地利用/覆被类型转换为植被的减少和裸土的增加，嵩明县、麒麟区和富源县中，植被的增加和裸土的减少尤为显著，其中占主要的为植被向裸土的转换和裸土向植被的转换；其次，在2012—2015年间，云南省全部11个重要节点研究区内的建筑面积都有所增加。将11个重要节点研究区的主要土地利用/土地覆被变化归结为3种主要变化：林草地的开垦、草地/林地好转、建筑用地扩张。

2.2　云南省土地利用/覆被变化驱动分析

目前，在土地利用/覆被及生态状况变化驱动力研究中，越来越多的研究与实践是基于“自然—经济—社会”这一复合生态系统概念框架，综合考虑“气候变化等自然因素和政府、社会个体或群体追求效益最大化的人类生产活动及其与区域自然条件的相互影响”[13]。2012—2015年间，云南省内的林草地的开垦、草地/林地好转、建筑用地扩张一直主导着当地的土地利用/土地覆被变化，其变化驱动力分析如下：①2012—2015年间，所有云南省11个重要节点研究区内出现大量的植被与裸土的相互转换的原因有二：一是由于2011年云南全境的极旱情况，以及而后2012—2015年的降水丰沛，造成大量的植被好转，即原有的裸土转换为植被；二是由于云南省内的经济发展和基础项目建设，如比较典型的“一带一路”项目的推进、中缅油气管道项目的建设、沪昆高铁的建设等基础设施的建设，对本试验11个研究区的经济有所推动，大量原有的耕地，由于经济的发展，耕种的作物种类有所改变，使得耕地物候期改变，许多裸土转换为植被，促进了植被的好转，同时也促进了林草地的开垦，造成大量的植被向裸土的转换。②2012—2015年间，所有云南省11个重要节点研究区内出现最少15.13 km2(富宁县)的建筑用地面积扩张的原因主要是由于近些年云南省高速的经济发展，如“一带一路”国家战略的实施，中缅油气管道项目的建设与投产，沪昆高铁、广昆高铁项目的建设，中缅边贸的繁荣等；同时还有当地一些特色政策的实施，如红钢(蒙自市)、昆钢(红塔区)的产业规模扩大，加之人口增加带来的住房需求，导致2012—2015年短短3年内，云南省内11个重要节点研究区内，即使处于偏远的富宁县，借由中缅油气管道项目建设和广昆高铁建设，同样出现0.30 km2的建筑用地的扩张，在保山市隆阳区，借由边贸、中缅油气管道项目保山门站建设等带来的经济发展，其建筑用地扩张面积高达113.08 km2。

2.3　缅甸土地利用/覆被变化分析

在2012—2015年3年间，除马圭省植被面积增加和裸土面积减少外，其他3个研究区内，土地利用/覆被类型转换主要为植被的减少和裸土的增加，其中占主要的为植被向裸土的转换和裸土向植被的转换；其次，缅甸境内全部4个重要节点研究区内的建筑面积都有所增加。将4个重要节点研究区的主要土地利用/覆被变化归结为3种主要变化，即林草地的开垦、草地/林地好转、建筑用地扩张。

2.4　缅甸土地利用/覆被变化驱动分析

2012—2015年间，缅甸境内林草地的开垦、草地/林地好转、建筑用地扩张一直主导着当地的土地利用/覆被变化，其变化驱动力分析如下：①2012—2015年间，缅甸境内的4个重要节点研究区内的主要变化绝大多数为植被与裸土的相互转换，具体原因主要是4个节点皆为缅甸境内的重要农耕区，随着中缅油气管道项目的建设、缅甸2012—2015年间的和平发展及中缅边贸的繁荣发展，4个研究区内经济水平有所提高，同时也由于中国高产水稻在缅甸地区的推广，造成耕种的作物有所改变，耕地区的物候期有所改变，最终造成遥感成像时间近似的2012年和2015年出现植被与裸土的相互转换，即造成4个研究区大量的林草地的开垦和植被好转。②2012—2015年间，缅甸境内4个重要节点研究区内出现了最少83.44 km2(曼德勒省)的建筑用地面积的扩张，但总体比例仍小于云南省内11个重要节点，这与缅甸国情(仍处于典型农业国的现状)不无关系，但借由中缅油气管道项目的建设及中缅边贸的繁荣发展，如NH3公路周边、掸邦木姐特区的发展、曼德勒市中缅油气管道分压站、若开邦皎漂油气码头建设等，辐射并促进这些地区的经济发展，造成这些地区建筑面积的大量扩张。

3　结论与讨论

本文分析了2012—2015年中缅油气管道建设期间云南省内11个重要节点和缅甸境内4个节点在3年间的LUCC的过程及空间格局，得出如下结论：

(1) 受地形及气候影响，所有15个研究区内最主要的土地覆被类型是植被与裸土，二者相加占全区(除大理和晋宁因为洱海和滇池而导致植被与裸土相加占全区比例为82.81%和90.30%)95%以上。

(2) 所有15个研究区中，土地利用/覆被变化最剧烈的为植被与裸土的相互转换。其主要原因是由于中缅油气管道等项目和经济的发展，造成研究区内农作物的更改，作物物候期的改变，进而造成相近时间内的土地覆被的变化，如植被向裸土的转换和裸土向植被的转换，而且随着2012—2015年降水的丰沛，缓慢恢复着2011年云南大旱造成的影响。

(3) 所有的15个研究区中，唯一全部都呈现扩张趋势的是建筑面积。具体原因是由于中缅油气管道的建设及沿线一系列的基础设施建设项目等的发展，加之人口的增长，因此所有15个研究区内，建筑面积都有所扩张，同时由于中国与缅甸的国情差异，导致云南省内11个重要节点研究区内的建筑面积扩张比例都要大于缅甸境内的4个重要节点。

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