北盘江流域土地利用变化特征分析
2024-04-26薛习习张荣星薛玺霖
薛习习 ， 罗 娅，2 ， 刘 茂 ， 张荣星 ， 薛玺霖
（1.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地，贵州 贵阳 550025；3.贵州民族大学政治与经济管理学院，贵州 贵阳 550025）
0 引言
土地利用是人类与自然环境长期相互作用的结果[1-2]。河流流域作为人类活动最频繁的区域之一，土地利用变化明显[3]，土地利用变化对流域内水文循环过程、土壤侵蚀以及生物多样性的影响十分显著，不合理的土地利用则可能威胁到流域的生态环境安全，因而成为区域土地利用研究的热点问题之一[4]。因此，基于土地利用数据分析流域土地利用时空变化特征，对流域进行土地利用规划、石漠化治理与生态恢复等具有重要意义。
1 研究区概况与数据来源
1.1 研究区概况
北盘江属于珠江流域西江水系的一级支流，发源于云南东部，自西北向东南流经云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带[5]。在贵州省境内的北盘江流域位于东经104°00′～106°20′，北纬24°50′～26°45′，覆盖毕节、黔西南、安顺3 个地州市17 个区县，长352 km。近年来，受人类活动的影响，流域生态环境愈加脆弱，水土流失严重[6-7]。
1.2 数据来源
本文研究数据主要包括：研究区行政边界矢量数据和30 m 分辨率土地利用栅格数据，数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（https://www.resdc.cn/）。参照GB/T 21010—2017《土地利用现状分类》[8]，将使用的土地利用数据重分类为六大类，分别为耕地、林地、草地、水域、建设用地（居民、工矿、城乡用地）及未利用土地。
2 研究方法
2.1 土地利用转移矩阵
土地利用转移矩阵可以揭示不同土地利用类型间的转移方向和转移速率[3]，其表达式为：
式中，Bm*n指初始时期的第m种地类转变为终止时期的第n种地类的面积，k为土地利用类型数量。
2.2 土地利用动态度
土地利用的时空变化特征还可用单一土地利用动态度和综合土地利用动态度表示[9]。两者表达式依次为：
式中，Ua和Ub分别代表前期和后期土地利用类型面积；ΔLUi-j为第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值，ΔLUi为前期土地利用类型的面积，T为期间隔的时间。
2.3 核密度分析
核密度分析能用来显示地理数据活动发生的高密度或高聚集区域[10]，计算公式如下：
式中，n为观测值的个数，h为阈值，y为阈值内的点数，H为核密度方程。
3 结果分析
3.1 土地利用空间分布分析
北盘江流域1990—2020 年土地利用空间分布如图1 所示。由图1 可知，北盘江流域主要的土地利用类型为林地、草地和耕地，其中林地主要分布在流域中游地区，面积占比大；耕地和草地主要分布在流域上游、下游和东北部；水域在整个流域呈现分散式分布；建设用地在1990—2010 年主要分布在流域东北部和西北部，2010—2020 年，流域西部和西南部建设用地增加，整体呈增长趋势。
图1 北盘江流域1990—2020年土地利用空间分布
北盘江流域1990—2020年土地利用结构如表1所示。由表1 可知，建设用地和水域所占面积的比重随时间的推移在逐渐增加，建设用地占比从0.34%增加到1.53%，水域占比从0.12%增加到0.67%；未利用地所占面积比重变化不明显，其他地类有较小的波动。
表1 北盘江流域1990—2020年土地利用结构
3.2 土地利用转移矩阵
根据1990 年、2020 年土地利用数据，得到北盘江流域1990—2020 年土地利用矩阵，如表2 所示。1990—2020 年，北盘江流域大部分地类之间互有转换，有发生转移的用地类型总面积为4 055.06 km2，占研究区总面积的18.58%。其中，林地和耕地的面积有所减少，林地主要是转化为草地和耕地，分别转化1 762.03 km2和262.92 km2，耕地主要转化为林地和草地，分别转化273.13 km2和247.63 km2；草地的面积有所增加，主要由林地和耕地转入，分别转入1 762.03 km2和247.63 km2。建设用地面积增加幅度最大，由74.69 km2增加到334.84 km2，主要来源于耕地；其次增幅较大的是水域，由26.41 km2增加到145.61 km2，主要来源于耕地和林地；未利用地变化较为平稳。
表2 北盘江流域1990—2020年土地利用转移矩阵 单位：km2
3.3 土地利用动态度
3.3.1 单一土地利用动态度
根据北盘江流域1990 年、2000 年、2010 年、2020年4 期遥感影像解译数据计算出各土地利用类型单一动态度，如表3所示。由表3可知，1990—2000年各类用地变化幅度较为平稳，其中草地和耕地的动态度仅为0.001%与0.002%；2000—2010 年水域的动态度变化最高，为15.90%，林地相较于上一个时段，有所增加。2010—2020 年，建设用地的动态度变化最高，为14.24%，其次是水域为9.53%。总体来看，从1900—2020年，单一动态度为正值的3种地类是建设用地、水域和草地，表明它们的面积增加；面积减少的地类中，林地减幅最大，其单一土地利用动态度为-2.65%。
表3 1990—2020年北盘江流域土地利用单一动态度变化
3.3.2 综合土地利用动态度
1990—2020 年北盘江流域综合土地利用动态度变化如表4 所示。由表4 可知，在近30 年的时间里，北盘江流域的综合土地利用动态度为19.51%。在3 个不同时间段上呈持续上升的变化趋势，2010—2020 年发生类型转变面积最多，为3 495.48 km2，同时综合土地利用动态度也是最高，为17.17%；1990—2000年流域综合土地利用动态度最低，为0.23%。
表4 1990—2020年北盘江流域综合土地利用动态度变化
3.4 土地利用转型热点区域分析
借助ArcGIS 软件对土地利用现状进行空间分析，得到各研究土地利用变化热点区域分布，如图2所示。
图2 1990—2020年北盘江流域土地利用变化热点区域分布
由图2 可知，1990—2020 年的各个时段里，北盘江流域的土地利用变化强度呈现不断上升的趋势。其中，1900—2000 年的土地利用变化强度最低，且变化呈现零星分布；2000—2010 年的土地利用变化强度升高，整个流域范围内土地利用变化强度相对上一阶段都有所增强；2010—2020 年流域的土地利用变化强度最大，主要集中在流域的中游区域。流域的土地利用变化热点区域的范围经历了从“零星分布—扩散—相对集中”的变化过程。
4 结论
本研究以贵州省北盘江流域为研究区域，从土地利用结构变化、转移特征、动态变化与变化强度等方面系统分析了1990—2020 年北盘江流域的土地利用变化特征，得出以下主要结论：1）在近30 年的时间里，北盘江流域土地利用类型主要是由林地、草地与耕地占主导，三者之间皆有互相转化，但土地利用比重变化最大的是建设用地和水域。2）在土地利用动态度方面，在研究的各个时段内，北盘江流域除了建设用地单一动态度出现持续上升趋势、耕地单一动态度出现持续下降趋势以外，其他土地利用单一动态度均为非单调性的变化；综合土地利用动态度在3 个时间段呈持续上升的变化趋势。3）北盘江流域不同时期土地利用变化热点区域的范围呈现出不同的分布格局，从1900—2020 年经历了从“零星分布—扩散—相对集中”的变化过程，说明随着时间的推移，北盘江流域大部分地区已经完成了土地利用转型，目前土地利用类型变化较为强烈的区域主要集中在流域的中游地区。
