岷江上游藏区聚落土地利用演变及预测

陈 莉，王 青

（西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010）

【研究意义】岷江上游是我国藏族、羌族集中分布的地区，这些民族以聚落形式存在，多分布于岷江上游干旱河谷区，具有一定的地理独特性。在多源聚落文化背景下，由于居民的相对集中以及对土地资源利用的不合理，人类活动对山地生态环境的影响频繁而显著，岷江上游民族聚落人口、资源与环境之间的关系日益紧张，人地矛盾也日渐突出，表现为耕地面积波动、植被退化、水土流失加剧和山地灾害频发等，致使岷江上游成为典型的生态环境脆弱区［1-2］，恶化的地理环境反过来又对当地的农牧业发展造成影响，严重制约了当地的可持续发展。【前人研究进展】国内外关于岷江上游的研究主要集中在土地利用［3］、微生物［4］、土壤［5］、灾害［6］以及生态保持与经济发展之间的相互协调［7］，而关于民族聚落的研究多偏向于对各民族民俗文化的考察、开发、保护以及发展。例如，李万斌［8］对藏羌民俗文化进行考察并提出相关开发对策；庄春辉［9］对阿坝州藏羌文化生态保护利用的价值及对策进行了探讨；饶世权等［10］、肖远平等［11］对藏羌文化保护与传承的现状进行了研究。近年来，梁潘等［12］探讨了四川藏羌地区精准扶贫的现实困境与精准施策；刘延国等［13］研究了民族村寨与区域旅游极核的协同共生关系；樊敏等［14］基于聚落生态位，研究了聚落生态位地理特征及其驱动因子间的关系。然而，目前以民族聚落为研究对象，分析聚落内部土地利用情况的研究甚少。【本研究切入点】了解岷江上游民族聚落的土地利用格局情况，明确其土地利用变化特征，探究岷江上游民族聚落景观格局的变化情况、多民族的生活方式以及生计方式对土地资源的利用情况，剖析藏羌民族交错区人口与土地资源之间的影响机制，有利于当地人地关系的整体优化和协调发展。【拟解决的关键问题】本研究选取岷江上游藏区聚落为研究区，在遥感和地理信息系统技术的支持下，以山区聚落为基本研究单元，分析藏族聚落1995、2005、2015年以及预测的2025年4期土地利用变化，研究结果可为藏族聚落合理规划、利用和科学管理土地资源、缓解人地发展矛盾、稳定多民族地区的持续发展提供有益参考。

1 研究区概况

岷江上游区域位于四川盆周山区向着青藏高原东部的过渡区，涉及五县（阿坝藏族羌族自治州的汶川县、茂县、理县、松潘县、黑水县）一市（成都都江堰市）。区内地形复杂、沟壑纵横，主要有藏、羌、回、汉4个民族，多分布于干旱河谷地区。岷江上游藏族聚落共有835个，以前生计方式以农牧为主，如今生计方式较为多样；羌族聚落666个，居民生计以农业为主。这些聚落均位于山原高原地带，属高原季风气候区，农村居民居住半山和高半山，村寨分散且相距较远，聚落垂直分异显著（图1）［15］。

图1 岷江上游聚落的民族类型Fig. 1 The ethnic types in the Upper Reaches of Minjiang River

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

2.1.1 土地利用数据 资源环境数据云平台（http://www.resdc.cn/），包含2005、2010、2015年的土地利用数据。该数据以美国陆地卫星Landsat TM/ETM+遥感影像为主，中巴地球资源二号卫星（CBERS-2）数据为补充，土地利用分类参照中国科学院《土地资源分类系统》，各期遥感影像几何纠正后的平均误差小于50 m，精度达到94.3%以上，解译结果比例尺达1∶10 000。该结果能够满足本次研究的精度要求，但考虑到研究区土地资源的性质和特点，在研究时还是通过野外实地调查对解译结果进行了修改和提高。

2.1.1 其他数据 主要包括《岷江上游生态水文研究图集》、岷江上游各县县志、统计年鉴以及政府工作手册等。

2.2 研究方法

2.2.1 CA-Markov模型 CA-Markov模型集马尔可夫链和CA功能于一体，在应用马尔可夫链对未来土地利用数量结构准确预测的基础上，加强对土地利用空间格局的模拟能力［16］，充分保证了土地利用类型模拟与预测的精度和可信度，能够有效地对土地利用结构数量及空间分布进行预测［17］。具体方法如下：利用岷江上游1995年和2005年土地利用数据生成的转移矩阵，通过CAMarkov模型，以5×5滤波器、10次迭代，模拟预测2015年土地利用数据。为了确定其模拟精度，将模拟结果与2015年实际解译结果进行对比验证，整体Kappa系数为86.5%，表明预测方法和结果都可信。在此基础上，运用相同方法以2015年为起始年份，模拟预测了岷江上游2025年土地利用数据。

2.2.2 土地利用变化 土地利用方式是人类适应自然、改造自然的结果，土地利用的动态变化是自然、社会经济和生态综合系统演变的直接表现。随着社会经济的不断发展和城镇化进程的不断推进，山区藏羌交错区聚落内土地利用方式也逐渐发生变化，主要体现在土地利用各类型在面积、空间［18-20］以及景观格局［21］上的变化。本次选择土地利用转移矩阵、动态度来分析岷江上游藏区土地利用时间和空间的变化情况。

（1）土地利用转移矩阵。土地利用转移矩阵不仅反映了研究区某时间点各地类静态的面积数据，更反映了研究区某一时段初期和末期各地类的面积相互转化的动态过程，通用形式为：

式中，S为面积（hm2），n代表转移前后的土地利用类型数，i代表转移前的土地利用类型（i=1,2,…,n），j代表转移后的土地利用类型（j=1,2,…,n），Sij表示转移前的i地类转移后的j地类的面积（hm2）［22］。

对矩阵中的行来说，表示转移前i地类向其他地类转移的流向信息，而列表示转移后j地类由其他地类转移的来源信息；转移前后由于土地利用类型数的不同，Sij的行数和列数也不同。在此次研究中，采用我国《土地利用现状分类》，根据研究区的具体情况，将研究区土地利用类型分为林地、草地、建设用地、裸地、旱地5种类型，得到一个5阶方阵。

（2）动态度。单一土地利用类型动态度（K）可以用来表征研究区各种土地利用类型的面积在该时段内发生变化的快慢以及变化程度，绝对值越大，变化幅度越大，其数学表达式为：

式中，Ua是某种土地利用类型研究初期的面积（hm2），Ub是某种土地利用类型末期的面积（hm2），T为研究时段（年）。

根据上述方法，对岷江上游藏区聚落4期土地利用进行分析，得到表1和图2（彩插一）。

3 结果与分析

3.1 1995—2005年土地利用特征及变化分析

根据1995—2005年土地利用面积转移矩阵（表2），结合表1、图2（彩插一）可知，在1995—2005年间，均以林地、旱田、草地为主，三者面积总和占总面积的99%以上，而建设用地和裸地面积较少。从各地类来看，研究区各地类的面积动态变化幅度较小。林地面积较大且分布广泛，除松潘西部分布较少外，其他地区均有分布，林地面积减少最明显，达1 493.69 hm2，减幅为5.57%，这源于退耕还林实施之前对环境的破坏，后期虽采取退耕还林等措施，但林地恢复周期长，效果不明显。林地面积的减少是岷江上游藏区聚落环境持续破坏最直观的表现。

1995—2005年间，各类土地利用类型中，草地、建设用地、裸地和旱地增加，其中建设用地面积增加幅度最大（92.16%）、增加139.52 hm2，草地和裸地分别增加了1 232.07 hm2和15.37 hm2、增幅8.92%和25.72%。草地集中分布在松潘一带，其他地区分布较少，草地增加得益于该区退耕还林还草等政策的实施；建设用地面积小，少数地区分布比较集中，其余呈散点状分布；裸地面积较少，主要分布在松潘西部；旱地斑块呈片状分布，主要分布于松潘北部和黑水地区，且靠近建设用地。这些用地的增加主要是该区域退耕还林还草等保护措施的实施，草地恢复周期短，效果比较明显，也反映了岷江上游藏区聚落经济活动的加强。

表1 岷江上游藏区聚落土地利用变化情况Table 1 Changes of land use of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River

表2 1995—2005年岷江上游藏区聚落土地利用转移（hm2）Table 2 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 1995 to 2005

3.2 2005—2015年土地利用特征及变化分析

根据2005—2015年土地利用面积转移矩阵（表3）来看，在2005—2015年间，研究区各地类的面积变化幅度较大，主要以林地、建设用地、草地和旱地为主，四者面积总和占总面积的99%以上，而裸地面积变化较少，但基本上处于动态平衡中，这一期面积的改变，主要由于“5·12”汶川地震［23-24］。从各地类来看，建设用地面积突增，增加幅度达到667.91%，面积增加1943.01 hm2，因为灾后重建对土地的需求，使人们加大了其他地类的开发利用度，使得建设用地集中分布区增多，其余还是呈散点状分布，而人口迁移使得原有建设用地逐渐荒废。面积减少最明显的是林地、草地、裸地和旱地，四者面积分别减少403.99、1 079.56、11.06、448.42 hm2，减幅分别为1.59%、7.18%、14.72%、2.84%。林地分布广泛，除松潘西部分布较少外，其他地区均有分布，但总面积持续减少，这一方面是由于退耕还林实施之前对环境的破坏，后期恢复周期长、效果不明显，另一方面是由于地震突发使植被资源遭受了严重破坏。草地还是集中分布在松潘一带，面积也在减少，这主要是因为“5·12”汶川地震。旱地较前期略有减少，主要呈片状分布于松潘北部和黑水地区。

表3 2005—2015年岷江上游藏区聚落土地利用转移（hm2）Table 3 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 2005 to 2015

3.3 2015—2025年土地利用特征及变化分析

2015—2025年岷江上游藏区聚落各土地类型分布（表4）基本不变，但发生了较频繁的转入与转出情况，表现为建设用地和裸地面积的快速增加，草地和林地面积的持续减少，旱地面积相对稳定。对比2015—2025年土地数据可知，建设用地斑块逐渐增多，净增面积2 510.4 hm2，单一动态度11.24%，增幅明显，且大多是在原有聚落的基础上进行扩张的，其中有1 022.23 hm2林地转变为建设用地，540.48 hm2草地转变为建设用地，951.45 hm2旱地转变为建设用地，主要因为人口、社会、经济的发展对建设用地的需求；裸地面积增加，但整体所占比例较小，主要分布在松潘西部，体现了对裸地的长期忽略；旱地较前期略有增加，主要是近年来农牧业发展对林地和草地资源的不合理开发与利用造成的，这将对岷江上游藏区聚落的可持续发展构成威胁。面积减少较明显的是林地和草地，减少面积分别为1 735.45、1 367.14 hm2。林地面积比例最大，动态度-0.70%，面积减少1 735.45 hm2，大面积的林地转为建设用地和旱田以及部分草地和裸地，转移面积分别为1 022.23、648.82、49.35、70.56 hm2，林地总面积的持续减少，表现出较严重的林地破坏现象，如果长期这样将加重林地的破坏，对维护研究区生态平衡构成威胁。草地也在减少，其中有806.04 hm2草地转变为旱地，540.48 hm2草地转变为建设用地，是草地的主要转出形式。

表4 2015—2025年岷江上游藏区聚落土地利用转移（hm2）Table 4 Land use transfer matrix of Tibetan settlements in the Upper Reaches of Minjiang River from 2015 to 2025

4 讨论

用CA-Markov模型预测土地利用时，难免存在一定的误差和不确定性，后期还需进一步将土地利用变化中的自然、经济等因素加入模型，以提高预测精度。此外，根据预测数据，发现岷江上游藏区聚落建设用地与旱地面积持续增长，这不仅反映了研究区的快速发展与人类活动的日益加剧，也体现了人类活动对各种资源的需求，这将直接或间接导致土地类型面积的改变，也将不断加剧人地关系的矛盾。照此趋势发展，岷江上游藏区聚落土地利用状况将更加严峻，在今后的发展中，应加强林地资源的保护与恢复。

5 结论

本研究以岷江上游藏区聚落为例，分析了1995—2025年不同时期研究区土地利用类型的变化，结果表明：（1）岷江上游藏区聚落土地利用类型以林地、旱地、草地为主，三者占研究区总面积90%以上，其他各土地利用类型所占比例较小，反映了岷江上游藏区以农牧业为主的生产方式。（2）在土地利用类型变化研究中，用CAMarkov模型预测2015、2015年土地利用数据时，Kappa系数为86.5%，具有较高的可操作性和可信度，效果比较理想。（3）土地利用类型之间的转化主要集中在林地-草地、林地-旱地、林地-建设用地等方面，这与当地的生产、生活方式等直接或间接相关，而且这些转化体现了人类活动和政策实施的基础情况。（4）根据预测，前期岷江上游藏区聚落退耕还林已显现初步成效，草地增加，林地面积虽有所减少，但整体而言，此项举措对于岷江上游藏区聚落环境保护具有积极的影响。

图2 岷江上游藏区聚落土地利用分布Fig. 2 Distribution of land use pattern of Tibetan area in the Upper Reaches of Minjiang River