基于高分影像的贵州省晴隆县2016年土地利用状况分析

刘晓林，亢 庆,2，刘超群，尹 斌，李树波

(1.珠江水利委员会 珠江水利科学研究院，广东 广州 510611；2.珠江水利委员会 珠江流域水土保持监测中心站，广东 广州 510611)

土地是人类赖以生存和发展的物质基础[1]，土地利用是人类活动作用于陆地表层环境的一种重要方式[2]。土地利用现状分析是对土地利用类型、数量、分布及其组合特征进行评价和研究的过程，其结果可反映区域内土地资源的特点和优劣势，诊断土地利用是否合理，从而为区域生态环境治理和土地利用总体规划提供重要依据[3-4]。

贵州省晴隆县喀斯特地貌发育强烈，属于典型的生态环境脆弱区，土地利用不合理导致土地极端退化，出现了喀斯特石漠化现象，严重影响了人类的生存和社会的发展。为了探索石漠化成因，许多学者对晴隆县的土地利用现状、变化及趋势开展了大量研究[5-8]，但目前研究所用的土地利用数据主要基于中分辨率的Landsat卫星影像获取，未见基于国产高分影像进行晴隆县土地利用的研究。晴隆县属于国家级贫困县，新时期为了加快脱贫步伐，急需开展最新的、高精度的土地利用现状分析，而国产高分1号卫星融合影像分辨率可达到2 m，相比Landsat卫星影像30 m的精度而言，获取到的土地利用数据更为精确。

本研究以晴隆县为对象，基于高分1号卫星影像，采用面向对象和人工交互式图像处理方法，获取研究区2016年土地利用数据，借助计量地理学和景观生态学理论，对区域土地利用状况进行较为全面的分析，以期为土地利用结构的优化调整和石漠化地区恶劣生态环境的改善提供参考依据，这对于喀斯特地区生态环境保护和社会经济可持续发展有着重要意义。

1 研究区概况

晴隆县位于贵州省西南部、云贵高原中段，地理位置介于25°33′～26°11′N、105°01′～105°25′E，南北长69 km，东西宽33 km，总面积1 324.43 km2，辖14个乡(镇、街道)(图1)。研究区属高原峡谷区，地形起伏较大，海拔881～1 627 m，具有山高、谷深、坡陡的特点， 山地及丘陵面积占总面积的95.30%。属温凉湿润的高原亚热带季风气候区，冬无严寒,夏无酷暑，年平均气温14.7 ℃左右，年降水量1 500～1 650 mm，降雨主要集中在5—8月。境内主要河流有西泌河、大桥河、麻布河，属珠江流域。土壤有黄棕壤、黄壤、石灰土、紫色土、水稻土、潮泥土、灌淤土等8个土类。植被属亚热带常绿落叶阔叶混交林，原生植被早已遭受破坏，取而代之的是次生植被和人工植被，总体植被资源丰富[9]。

图1 研究区地理位置示意

2 研究数据与方法

2.1 数据获取与处理

选取2016年覆盖晴隆县的8景高分1号卫星影像，其中多光谱分辨率为8 m、全色分辨率为2 m，影像数据均来源于中国资源卫星应用中心(http://www.cresda.com/CN/)。采用ENVI遥感数字图像处理软件对获取影像进行几何校正、辐射定标、大气纠正、图像融合等预处理，得到研究区范围内2 m空间分辨率的遥感影像。参照《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017)标准，根据研究的需要，将研究区的土地分为6类，分别为耕地、林地、草地、水域、建设用地及未利用地。利用eCognition Developer软件，基于面向对象切割影像的方法，获取土地利用解译图斑。利用ArcGIS软件，进行人机交互式解译[10]，得到研究区2016年土地利用图。解译后采用野外考察获取的无人机影像对结果进行验证，总体解译精度达到91.26%。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用多样化程度分析

土地利用数量结构多样化用于表征区域内各种地类的齐全程度，其主要的分析方法是运用吉布斯-马丁多样化指数模型来衡量多样化程度[11]。该模型的数学公式为

(1)

式中：GM为吉布斯-马丁多样化指数；fi为区域内第i种土地利用类型的占地面积。

GM的取值范围是0～1，当GM接近于1时，表明该类型土地利用的多样化程度高；当GM接近于0时，表明该类型土地利用的多样化程度低。如果一个区域土地利用类型丰富且不同类型的土地面积比较均衡，则GM接近于1；如果一个区域土地利用类型单一，则GM接近于0。因此，用吉布斯-马丁多样化指数也能够反映土地利用类型的齐全程度。

2.2.2 土地利用程度分析

土地利用程度主要反映了土地系统中人为因素的影响程度，而土地系统本身是一个复杂的自然社会综合体。计算土地利用程度综合指数(La)的公式[12]为

(2)

式中：Ai为一个区域中第i类土地利用类型的程度分级指数，其中耕地的土地利用分级指数为1，林地、水域和草地的为2，建设用地的为3，未利用地的为4；Ci为第i类土地利用类型的面积百分比。

由式(2)可知，土地利用程度综合指数是一个取值区间为[100,400]的连续函数。在一定的单位网络区域内，综合指数的大小反映了土地利用程度的高低。任何地区的土地利用程度均可以通过计算其综合指数而得到。由于土地利用变化的驱动因子来源于自然和社会两个方面，故通过土地利用程度综合指数，可以很好地体现自然和人类社会因子对土地利用的影响。

3 结果分析

3.1 土地利用结构

根据晴隆县2016年土地利用图(略)的统计结果(表1)， 全县主要的土地利用类型为林地、草地和耕地，3种地类面积占全县面积的92%以上。林地和草地面积相当，分别为420.51、416.30 km2，占全县总面积的比例分别为31.75%和31.43%；耕地面积为385.20 km2，占比为29.09%；建设用地、水域和未利用地面积较小，分别为53.04、25.76和23.61 km2，占比分别为4.01%、1.94%和1.78%。各个乡镇土地利用结构特征与全县相似，个别乡镇有所差异。空间分布上，林地、草地和耕地在全县均匀分布，林地一般分布在海拔较高的地方，县城中部草地分布较多。全县各个乡镇中，鸡场镇耕地面积最大，花贡镇林地和水域面积最大，茶马镇草地面积最大，光照镇未利用地面积最大，大厂镇建设用地面积最大。

表1 晴隆县各乡镇2016年度土地利用状况

3.2 土地利用多样化

土地利用状况多样化指数统计结果(表2)表明，晴隆县整体土地利用多样化指数为0.71，土地利用类型较丰富，土地面积较均衡。其中，长流乡的土地利用多样化指数最大，为0.73，6种土地利用类型的面积较为均衡；花贡镇、东观街道和中营镇为0.71，与全县的值相等；其余各乡镇均低于全县平均水平，茶马镇的值最低，仅为0.65，土地利用类型最为单一，其草地面积占到了全镇面积的47%以上。

表2 晴隆县各乡镇2016年土地利用多样化指数和土地利用程度综合指数

3.3 土地利用程度

土地利用程度分析结果(表2)显示：全县土地利用程度综合指数为178.49；光照镇的土地利用程度最高，指数达到213.24；鸡场镇的土地利用程度最低，指数仅为159.03；茶马镇、东观街道、莲城街道、花贡镇的土地利用程度均高于全县的平均水平，安谷乡、 碧痕镇、大厂镇、三宝彝族乡、沙子镇、长流乡、中营镇、紫马乡的土地利用程度均低于全县的平均水平。

4 结 论

本研究以晴隆县为对象，基于高分1号卫星影像，采用面向对象和人工交互式图像处理方法，获取了研究区2016年土地利用数据，借助计量地理学和景观生态学理论，对区域土地利用状况进行了较为全面的分析，结果如下：晴隆县主要的土地利用类型为林地、草地和耕地，3种地类面积占全县面积的92%以上，各个乡镇土地利用结构特征与全县相似，个别乡镇有所差异；空间分布上，林地、草地和耕地在全县均匀分布，林地一般分布在海拔较高的地方，县城中部草地分布较多；全县土地利用类型较丰富，土地面积较均衡，茶马镇的土地利用最为单一；土地利用程度方面，光照镇的土地利用程度最高，鸡场镇的最低。