拉萨市1990-2010年土地覆被变化分析

德吉央宗李爱农张正健边金虎

（1.西藏自治区环境监测中心站生态监测与研究中心，西藏 拉萨 850000；2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所数字山地与遥感应用中心，四川 成都 610041）

土地利用是陆地表层系统最突出的景观标志，也是承载地表各类物质和能量循环过程的重要载体，与全球变化、生物多样性、可持续发展等研究密切相关。20世纪80年代以来，世界气候研究计划（WCRP）、国际地圈-生物圈计划（IGBP）、全球环境变化的人文因素计划（IHDP）、未来地球（Future Earth）等国际重大研究计划分别将土地利用/土地覆被变化（land use and land cover change，LUCC）列为核心研究内容。LUCC受到自然环境和人类活动的共同作用，具有特定的时间和空间属性。

拉萨市作为西藏的政治、经济、交通等中心，随着社会、经济的发展和人口的增加，人类活动范围不断扩大，对各种自然资源的利用强度也不断加大，可能对拉萨市的土地覆被格局产生不同程度的影响。同时，青藏高原是中国的生态脆弱区，土地覆被格局发生变化后可能打破原有的物质和能量平衡，且在短时间内难以恢复。已有研究中，除多等［1］利用1990-2000年的土地利用数据，系统分析了1990-2000年拉萨地区的土地利用时空变化特征及其驱动力。文章基于拉萨市1990-2010年的土地覆被产品，开展拉萨市土地利用/土地覆被空间格局及其动态变化研究，可为拉萨市的生态环境保护提供决策依据。

1 研究区概况

拉萨市（89°45'E至92°37'E，29°15'N至31°4'N）是中国西藏自治区的首府，位于西藏高原中部，喜玛拉雅山脉北侧，地处雅鲁藏布江支流拉萨河中游河谷平原。包含城关区、堆龙德庆区、林周县、墨竹工卡县、达孜县、当雄县、尼木县、曲水县等8个县区，面积约2.95万平方公里。平均海拔约4800米（图1）。

图1 研究区概况

2 数据与方法

2.1 土地覆被产品

土地覆被产品来源于中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所数字山地与遥感应用中心。该中心在中国科学院战略性先导科技专项“碳专项”以及环境保护-中国科学院“生态十年”专项的支持下，生产完成了中国西南五省市（重庆、四川、云南、贵州、西藏，面积约233万km2）30m分辨率的土地覆盖产品（Lei et al，2016）。一共包含四期，分别是1990年、2000年、2005年和2010年［2］。经过第三方机构大量野外调查数据的独立验证，西藏地区土地覆被产品一级类的总体精度为95.75%，kaapa系数为0.9419，二级类的总体精度为90.43%，kappa系数为0.8834。文章使用的数据为西藏拉萨市1990年和2010年的土地覆被产品。

结合“碳专项”的土地覆被分类系统［3］和拉萨市的土地利用实际状况，研究将拉萨市的土地覆被类型划分为8个一级类别：林地、灌木林、湿地、草地、耕地、人工表面、裸露地、冰川/永久积雪，以及26个二级类别：常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林、乔木绿地、常绿阔叶灌木林、落叶阔叶灌木林、森林沼泽、灌丛沼泽、草木沼泽、湖泊、水库/坑塘、河流、草甸、草原、草本绿地、旱地、乔木园地、居住地、工业用地、交通用地、稀疏植被、裸岩、裸土、沙漠/沙地、盐碱地、冰川/永久积雪。

2.2 研究方法

2.2.1 利用统计分析工具，分别统计拉萨市在1990年和2010年每种一级类型和二级类型的面积及其所占比例。

2.2.2 利用空间分析工具，分别计算拉萨市1990-2010年间土地覆被产品的一级类型和二级类型的变化量、变化区域和动态变化率。其中动态变化率k的计算公式如下。

式中，Sa和Sb分别为研究时段起止时间各土地覆被类型的面积，通常以年为单位，T为统计研究时段长，当以年为时长单位时，则计算得到的k为年动态变化率。

2.2.3 计算各一级土地覆被类型1990-2010年的动态转移矩阵，分析土地覆被转移的规律和驱动因素。

3 结果与分析

3.1 拉萨市土地利用/覆被现状

1990年和2010年草地、灌木林和裸露地是拉萨市主要的土地覆被类型，稀疏植被是裸露地的主要组成部分，主要分布于拉萨市的北部与西部地形条件相对较差的区域，草地主要分布于当雄县、尼木县、墨竹工竹卡县；灌木林主要分布于堆龙德庆区、林周县、墨竹工卡县和达孜县。耕地多以旱地呈现，主要分布于市中心周边和各大河流河谷两边的阶地，居住地尤其开发新区主要分布在拉萨大河沿岸。

3.2 拉萨市土地覆被动态变化特征

拉萨市各土地覆被类型在1990年和2010年的面积及20年间的变化情况见表1。

从表1可以看出，草地是拉萨市最主要的土地覆被类型，在1990年和2010年分别占全市总面积的46.70%、46.60%，依次为裸露地、灌木林、湿地、耕地、冰川/永久积雪、人工表面、林地。20年间，拉萨市林地、湿地、人工表面、裸露地面积呈增加趋势，增长量分 别 为 0.72km2、24.13km2、26.00km2和 19.00km2；草地、耕地、冰川/永久积雪的面积呈减少趋势，减少量分别为 24.55km2、27.97km2和 17.33km2；1990-2010 年间裸露地面积变化量最大，其主要是稀疏植被的增加；灌木林面积变化量最小，引起其微小变化的主因是落叶、阔叶灌木林的变化。草地、湿地、耕地、人工表面的显著变化其主要因为拉萨市草原、湖泊、水库/坑塘、旱地、居住地、交通用地的覆被变化。

3.3 拉萨市土地覆被动态转移分析

土地利用转移矩阵来源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述［4］。能够全面具体地分析研究区的土地利用变化的数量结构特征和各土地利用类型间的转化关系，从而提高对土地利用和土地覆盖变化动态过程的认识以及预测土地利用和土地覆盖变化的能力［5-6］。文章对拉萨市20年来一级土地覆被类型的转移情况进行了统计，得到土地利用覆被类型间的转换关系表即拉萨市1990-2010年土地利用转移矩阵（表2）。并根据所得土地利用转移矩阵计算出各土地类型20年间的增长量、减少量以及净变化量（表3）。

表1 1990年、2010年拉萨市土地一级、二级类型面积和变化量

表2 拉萨市1990-2010年土地利用转移矩阵 单位：km2

表3 拉萨市1990-2010年土地覆被变化动态分析

表4 拉萨市1990-2010年一级土地覆被类型的年动态变化率（k值）

结合表2、表3、表4看出，1990-2010年的20年间，拉萨市一级土地覆被类型间的转化较复杂，全市LUCC在数量和空间上发生了较大变化。拉萨市共有74.72km2土地覆被发生了变化，20年的总体动态变化率达0.23%.林地的转入和转出量都较小，净增加量为0.72km2，年动态变化率为0.38%.湿地的净增加量是24.13km2，转入量为24.97km2，主要由草地和耕地转化而来，转出量只有0.84km2，年动态变化率为0.09%.草地的净减少量是24.55km2，转入量为1.95km2，主要由灌木林、湿地、耕地转入，转出量高达26.50km2，年动态变化率为-0.01%.耕地的净变化量最大，净减少27.97km2，转入量仅为0.32 km2，主要由湿地和草地转入，但转出量达28.29km2，除未转为冰川/永久积雪外，其他类型均有转出，年动态变化率仅为-0.19%.人工表面的净变化量次之，净增加26.00km2，主要由草地和耕地转入，年动态变化率为1.47%.裸露地的净增加量为19.00km2，转入量为20.69km2，仅次于人工表面和湿地，其中由冰川/永久积雪的转入量高达17.23km2，转出量仅为1.69km2，年动态变化率为0.01%.冰川/永久积雪净减少量为17.33km2，其中大部门冰川/永久积雪转化为裸露地。

4 结论

研究所用的土地覆被产品一级类型的总体分类精度为95.75%，kaapa系数为0.9419，二级类的总体精度为90.43%，kappa系数为0.8834%，能够准确反映拉萨市土地覆被空间结构特征，可为后续土地覆被相关分析提供数据基础。

草地是拉萨市的最主要土地覆被类型，1990年和2010年分别占全市总面积的46.70%、46.60%，依次为裸露地、灌木林、湿地、耕地、冰川/永久积雪、人工表面、林地。

20年间，拉萨市林地、湿地、人工表面、裸露地呈现增长趋势；草地、耕地、冰川/永久积雪面积呈现减少趋势。

20年间，拉萨市共有74.72km2土地覆被发生了变化，总体动态变化率达0.23%.

一级类型中，耕地的净变化量最大，年动态变化率仅为-0.19%.人工表面的净变化量次之，动态变化率为1.47%.草地的净变化量仅次于人工表面，动态变化率为-0.01%.湿地、裸露地、冰川/永久积雪的净变化量仅次于草地，其中湿地的年动态变化率为0.09%，裸露地的年动态变化率仅为0.01%，冰川/永久积雪的年动态变化率为-0.13%.林地的净变化量较小，年动态变化率为0.38%.

耕地面积减少，其中约3.40%转变为人工表面和湿地，0.50%不同程度的转化为林地、湿地、草地、裸露地。而耕地面积增加，只有由0.04%水体、草地、裸露地转变。草地面积减少，其中约有0.18%转变为湿地和人工表面。冰川/永久积雪面积减少，其中约有2.61%转变为裸露地。

近20年间(1990-2010)，拉萨市土地覆被类型在数量和空间上发生了较为复杂的变化，气候变化引发的自然表现、人口的持续增长和迁移、社会经济发展以及人类社会经济活动差异，是造成拉萨市土地覆被动态变化特征的主要驱动因素。

［1］除多，张镱锂，郑度.拉萨地区土地利用变化［J］.地理学报，2006，61（10）:1075-1083.

［2］Guangbin Lei,Ainong Li,Jinhu Bian,et al.Land Cover Mapping in Southwestern China Using the HCMMK Approach［J］.Remote Sensing,2016,8(4):305.

［3］张磊.基于碳收支的中国土地覆被分类系统［J］.生态学报，2014，34（24）:7158-7166.

［4］季惠颖，赵碧云.遥感技术在环境监测中的应用综述［J］.云南环境科学，2008，27（2）:21-25.

［5］徐岚，赵羿.利用马尔柯夫过程预测东陵区土地利用格局的变化［J］.应用生态学报，1993，4（3）:272-277.

［6］鲁春阳，齐磊刚，桑超杰.土地利用变化的数学模型解析［J］.资源开发与市场，2007，23（1）:25-27.