西昌市1989—2018年林地草地湿地动态变化特征分析

张景华， 欧阳渊， 刘洪,2， 张腾蛟， 李富， 黄勇

(1.中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 610081；2.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059)

0 引言

土地利用的变化会对某一区域的气候、水文、土壤、水土流失、生物多样性等产生重要的影响，从而对区域生态系统和生态环境带来影响[1-8]。林地、草地和湿地不但具有重要的经济效益与社会效益，作为重要的生态系统，它们还具有极为重要的生态功能，如水土保持、水源涵养等[9-10]，对维持区域生态功能的稳定有着重要的意义，发挥着巨大的作用。从20世纪70年代开始，遥感技术便被用来获取土地利用/覆盖变化数据。经过近50 a的发展，从早期的目视解译方法和基于统计的分类方法发展到21世纪初的面向对象的分类方法，再到近年来兴起的人工智能分类方法，分类方法日趋成熟，数据来源日趋多源化，遥感技术已成为土地利用/覆盖变化研究的重要技术手段，广泛用于土地利用/覆盖变化数据的获取[11-14]。利用遥感技术可快速获取某一区域在某一时间段内土地利用/覆盖的变化情况，提取林地、草地、湿地等地类的动态变化特征，研究生态环境的演化趋势。

西昌市是凉山彝族自治州的首府，也是攀西地区的政治、经济、文化及交通中心。近年来，西昌市经济发展进入快车道，在经济建设取得长足进步的同时，也不可避免地对生态环境带来一定的影响。本文利用遥感技术，通过4期土地利用/覆盖遥感解译，获得了西昌市1989—2018年的土地利用/覆盖数据，然后对林地、草地和湿地的动态变化特征进行了研究，并在此基础上分析了西昌市林地、草地、湿地的生态功能和生态环境的演化趋势，旨在为西昌市经济社会的可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况

西昌市位于四川省西南部，其地理坐标： 101°46′～102°25′E、27°32′～28°10′N(图1(a))。面积2 655 km2(不含新合并入西昌市的东河乡、普诗乡和玛增依乌乡)。西昌市地势北高南低，以山地为主，山脉走向和构造线一致，多呈SN向，山地分布在安宁河东西两侧。西部的牦牛山是市境内山地的主体，占全市总面积的一半，自北向南纵贯全境。西昌市属亚热带高原季风气候区，素有“小春城”之称。西昌市所处的安宁河谷平原是四川省第二大平原，土地肥沃，自流灌溉便利，是国家农业综合开发重点地区，出产多种名优农产品。四周群山环绕，立体气候特点突出，孕育了种类繁多的植物资源，共有233科、532属、2 000余种。西昌市植被组合呈现一定的垂直分带特征： 干热河谷发育稀树草丛，河谷盆地和阶地上栽培着各种热带、亚热带经济植物； 中山山地分布着大面积的云南松和松栎混交林，局部沟谷地区保存有亚热带偏干性常绿阔叶林； 亚高山残存冷杉林及冷杉、云杉混交林； 高山分布蒿草、杂草类高山草甸。

西昌市位于上扬子古陆西缘的康滇断隆带中北部，该地区构造演化复杂(图1(b))。自古太古代以来，经历多期次构造活动，形成底部前震旦纪基底、西部复杂造山带(牦牛山—磨盘山区)、中部河谷盆地(安宁河谷、邛海盆地)及东部震旦纪—白垩纪沉积盖层(泸山—北山—普诗一带)[15-20]。西昌市前寒武纪至第四纪地层均有出露，以中生界和新生界为主，地层呈近南北向展布，与主构造线一致。侵入岩出露在磨盘山区，主要岩石类型有石英斑岩、黑云母花岗岩、闪长岩和正长岩等； 喷出岩主要分布在牦牛山及磨盘山区，以晚二叠世峨眉山玄武岩出露最广。

图1 西昌市地理位置(a)及区域概况图(b)

2 研究方法

2.1 数据源及图像处理

本次研究共开展4期土地利用/覆盖遥感解译。综合考虑西昌市幅员面积、数据获取能力及解译精度等因素，以美国陆地卫星(Landsat)专题绘图仪(Thematic Mapper，TM)和陆地成像仪(Operational Land Ima-ger，OLI)系列数据为主数据源(表1)。通过波段合成、几何校正、融合及增强等图像处理，获得具有相同投影类型和几何精度的影像图，作为解译底图。

表1 遥感数据源

2.2 土地利用/覆盖遥感解译与野外验证

西昌市属于地形地貌复杂、阴影覆盖较多的中高山区，现有计算机分类方法难以满足实际需求。本文综合运用直判法、对比法、邻比法和综合判断法4种常用的遥感目视解译方法和人机交互目视解译方法进行土地利用/覆盖遥感解译。以一级类为基本分类单位，将西昌市土地利用/覆盖分类划分为耕地、林地、草地、湿地、建设用地和未利用地6类。

通过野外验证，对上述解译结果进行随机抽检，准确率为89.74%。

3 结果分析

3.1 遥感解译结果

通过对西昌市开展1989年、2000年、2010年和2018年土地利用/覆盖遥感解译，编制了西昌市这4个时期的土地利用/覆盖图(图2)，并统计各个地类的面积及占市域面积的百分比(表2)。

(a) 1989年 (b) 2000年

表2 西昌市1989—2018年各地类面积及占市域面积百分比

3.2 林地、草地、湿地时空分布特征

3.2.1 林地演化趋势与分布特征

西昌市林地面积1989—2018年整体变化趋势为持续增加(图3(a))。20世纪90年代末之前，由于毁林开荒、伐木等原因，西昌市森林植被破坏较严重。随着国家“天保工程”的实施和经济发展[21]，国家加大了退耕还林、还草力度，西昌市林地面积持续增加，与耕地面积持续下降呈负相关(图3(b))，二者变化趋势具有很好的负相关耦合性。

(a) 林地 (b) 耕地

从现状来看，西昌市林地主要分布于安宁河谷和邛海盆地四周的山地(图2(d))，在牦牛山、螺髻山一带形成西昌市主要林区，这些林地对于西昌市的生态环境有着举足轻重的作用。从林地的空间分布变化来看，1989年至2018年增加的林地主要分布于安宁河两岸和邛海盆地四周的山地，尤其以牦牛山东坡靠近安宁河的地带、螺髻山西坡靠近安宁河的地带和邛海周边山地的林地增加最多(图4(a))。对比图4(a)和图4(b)发现，从1989年至2018年，西昌市林地增加的区域与耕地减少的区域有着很好的对应关系，说明二者不仅变化趋势具有很好的负相关耦合性，增、减的空间位置也十分吻合。综上所述，西昌市增加的林地应该主要由减少的耕地变化而来，说明实施的退耕还林措施取得了较为显著的成效。

(a) 林地 (b) 耕地

3.2.2 草地演化趋势与分布特征

西昌市草地面积1989—2018年整体变化趋势为先减少，然后又增加(图3(c))。西昌市并非传统意义上的牧区，除少数高山、亚高山草甸外，其余多数草地为林地尤其是森林被砍伐后形成的。由于开荒、垦殖等原因，草地面积一度快速减少，2010年以后，随着西昌市加大了退耕还草和人工种草的力度，草地面积呈现较快增长[22]。

从现状来看，西昌市草地主要呈星岛状分布于牦牛山、螺髻山一带林地之间(图2(d))。从草地的空间分布变化来看，1989年至2018年增加的草地主要分布于牦牛山和螺髻山(图4(c))。结合数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)进行空间分析后发现，增加的草地在牦牛山和螺髻山海拔较高的中上部分布较为集中，推测草地以自然恢复为主。

3.2.3 湿地演化趋势与分布特征

西昌市的湿地面积1989—2018年整体变化趋势为先缓慢增加，后快速增加(图3(d))。2010—2018年，湿地面积出现快速增长，究其原因主要有二： 一是水利工程设施修建，导致水面(主要是水库水面)面积有较大幅度增加； 二是湿地保护得到重视，原湿地耕作区域逐步退耕并还原为湿地，区内一些重要湿地得到保护，面积不断扩大，比较典型的有邛海湿地[23]。

从现状来看，西昌市湿地分布较局限，主要沿安宁河及邛海分布(图2(d))，类型主要为河流湿地与湖泊湿地。从湿地的空间分布变化来看，1989年至2018年增加的湿地主要分布于西昌市境内的安宁河干流和邛海附近(图4(d))。

4 讨论

4.1 林地生态功能

从1989年至2018年，西昌市的林地面积大幅增长，至2018年，林地面积达到1 650.46 km2，占市域面积的62.16%。随着林地面积的增加，西昌市的生态环境逐步向好，林地尤其是森林为西昌市保持良好的生态环境奠定了基础，发挥着巨大的作用。然而，西昌市的森林在维持良好生态环境的同时，也存在着一些问题。西昌市森林以人工林和次生林为主，森林针叶化现象较普遍。作为地带性植被的阔叶林较少，且呈星岛状分布，不利于生物多样性保护和森林生态系统的稳定及其生态功能的充分发挥。并且维护生态系统稳定的景观生态廊道不够畅通，森林生态系统趋于简单化，稳定性和自我调节能力下降，生态功能有所减弱。此外，针叶林树种较为单一，以云南松为主，旱季容易发生森林火灾。据统计，西昌市云南松林区每年会形成200～500 hm2的火烧迹地[24]。其中2020年木里县发生的“3·30”森林火灾，不但造成了巨大的经济损失和人员牺牲，山火燃烧后形成的山火灰和烧焦土体在强降雨作用下还形成了泥石流[25-26]，造成二次危害。

4.2 草地生态功能

西昌市并非传统意义上的牧区，除少数高山、亚高山草甸外，其余多数草地为林地尤其是森林被砍伐后形成的，属林地(森林)逆向演替到低级单位的一种次生过渡植被类型(图5(a))。其植被种类组成仍含有森林群落的特性，如森林幼树及森林群落下层的植被如灌木等(图5(b))。草地多数呈零星片状分布在山地，草本植物生长较差，草地连片规模一般较小，不具有完整的系统结构和良好的功能，多数草地承载力和生产力较低，不宜大规模开发利用。因此，除少数成片大面积草场外，对分散的、承载力和生产力较低的草地，应通过封山育林的手段促使其向森林转化，从而实现生态结构与功能趋向完善的正向演替。

(a) 林地逆演化为草地 (b) 林地逆演化为含有灌木的草地

4.3 湿地生态功能

西昌市湿地分为河流湿地与湖泊湿地，分布较局限，主要分布于安宁河流域和邛海，湿地占市域面积比例虽小，但其生态功能极为重要。安宁河与邛海作为西昌市重要的生产、生活水源地，其饮用水源地功能对于西昌市来说极为重要。邛海作为城市周边弥足珍贵的自然湿地，不但是西昌市极其重要的饮用水源地，还孕育了丰富的生物多样性，在维持区域生态平衡和保持生物多样性方面具有不可替代的作用，同时作为西昌市的城市名片，其自然景观功能也极为重要。1989年至2018年西昌市增加的林地主要分布于安宁河两岸和邛海盆地四周的山地，这是一个令人欣喜的结果，为安宁河和邛海流域的水源涵养和水土保持奠定了良好的基础。

5 结论

(1)1989—2018年，西昌市林地、湿地和草地面积持续增加，生态环境持续向好，实施的退耕还林、还草措施取得了较为显著的成效。

(2)西昌市林地主要分布于安宁河谷和邛海盆地四周的山地，牦牛山、螺髻山一带为主要林区，为安宁河和邛海流域的水源涵养和水土保持奠定了良好的基础； 草地主要呈星岛状分布于牦牛山、螺髻山一带林地之间； 湿地以河流湿地与湖泊湿地为主，主要沿安宁河及邛海分布。

(3)西昌市的森林在维持良好生态环境的同时，也存在着针叶化现象较普遍、树种单一的问题，需要重点加强林区火灾防范； 对于承载力和生产力较低的草地，应通过封山育林促使其向森林转化，从而实现正向演替； 邛海湿地的生态功能对于西昌市极为重要，需要着力予以保护。

致谢：中国自然资源航空物探遥感中心聂洪峰正高级工程师、肖春蕾高级工程师和郭兆成正高级工程师，中国地质调查局成都地质调查中心李建星正高级工程师、黄瀚霄高级工程师和陈敏华高级工程师，中国地质大学(北京)张振杰副教授，四川省地质矿产勘查开发局攀西地质队谢恩顺高级工程师、李雁龙高级工程师、肖启亮高级工程师、曾建高级工程师、文登奎高级工程师和侯谦工程师，成都理工大学赵银兵教授、李樋博士生，以及华东冶金地质勘查局段声义助理工程师对本研究的开展和本文的撰写提供了大量帮助，在此一并表示衷心的感谢。