基于土地利用變化圖譜的地形梯度效應(yīng)分析以洞庭湖區(qū)為例

　　【摘要】基于洞庭湖區(qū)1996年~2016年遙感影像和DEM數(shù)據(jù)，運(yùn)用土地利用變化圖譜、地形位指數(shù)、分布指數(shù)等方法研究了土地利用圖譜的地形梯度效應(yīng)。結(jié)果表明：①土地利用類型以耕地、林地和水域?yàn)橹�，建設(shè)用地面積增長最快，水域面積持續(xù)萎縮;②土地變化模式圖譜中穩(wěn)定型圖譜為主要類型，土地利用變化呈現(xiàn)“耕地穩(wěn)定與耕草交替”特征;③以低和中低地形梯度為主，穩(wěn)定型圖譜和過渡型圖譜在高地形位有分布優(yōu)勢，前期變化型圖譜、后期變化型圖譜和持續(xù)變化型圖譜在各個地形位尺度上分布相對均勻。

　　【關(guān)鍵詞】土地利用變化;動態(tài)度;地學(xué)信息圖譜;地形梯度效應(yīng);洞庭湖區(qū)

　　1引言

　　地形對區(qū)域水熱組合和能量收支平衡起著重要作用，并通過生態(tài)選擇性及人類活動制約性，在一定程度上決定了土地利用結(jié)構(gòu)與空間分異[1]。近年來，學(xué)者們圍繞山區(qū)、流域、快速城市化區(qū)域和生態(tài)脆弱區(qū)開展了大量土地利用的地形梯度效應(yīng)分析[2-5]，認(rèn)為地形因素在一定程度上對區(qū)域土地利用格局與空間結(jié)構(gòu)特征有重要影響。應(yīng)用地學(xué)信息圖譜可有效刻畫地形復(fù)雜區(qū)域的土地利用時空屬性與演變特征，實(shí)現(xiàn)土地利用類型分布與變化的時空屬性有機(jī)結(jié)合[6-7]。

　　然而，利用地形位指數(shù)、分布指數(shù)等地形梯度因子分析土地利用空間結(jié)構(gòu)的研究還較少。洞庭湖區(qū)具有較高的墾殖指數(shù)，是長江中下游地區(qū)的重要生態(tài)屏障[8]。本文通過1996年~2016年洞庭湖區(qū)土地利用變化圖譜時空演變特征和變化規(guī)律，分析了不同地形梯度的土地利用類型分布和轉(zhuǎn)移特征。

　　2研究區(qū)概況

　　洞庭湖區(qū)(28°30′～30°20′N，110°40′～113°10′E)橫跨湖南和湖北兩省，以平原、丘陵地貌為主，湖區(qū)氣溫年變化大而晝夜變化小，年均氣溫約16.5℃～17.0℃，年平均降水量1200～1400mm[9]。

　　3數(shù)據(jù)來源與研究方法

　　3.1數(shù)據(jù)來源與處理

　　洞庭湖區(qū)1996年、2007年和2016年TM/ETM 影像來自USGS網(wǎng)站，空間分辨率為30m，影像軌道號/行號分別為123/39、123/40、124/39、124/40，DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云。本文參考土地利用現(xiàn)狀分類國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T21010-2007)及研究區(qū)實(shí)際情況，將研究區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地6類。經(jīng)精度檢驗(yàn)，Kappa系數(shù)分別為0.85、0.80、0.84，滿足研究需求。

　　3.2地學(xué)信息圖譜分析法

　　在ArcGIS支持下，賦予三期土地利用類型000、00和0的數(shù)字代碼代碼，并將三期景觀類型的字段長度規(guī)定為3、2、1。T=T1+T2+T3(1)式(1)中：T為圖譜，由三期景觀類型復(fù)合而成;T1、T2、T3分別表示各年度的景觀類型代碼。利用ArcGIS，對土地利用圖譜單元類型進(jìn)行重組得到土地利用演變圖譜。參考相關(guān)研究[7]，將其分為穩(wěn)定型、前期變型、后期變化型、過渡型、持續(xù)變化型。

　　3.3土地利用動態(tài)度

　　利用單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度表征研究區(qū)域在一定時間段內(nèi)某一種和全部土地利用類型的變化速率[10]。

　　4研究結(jié)果與分析

　　4.1土地利用類型變化

　　耕地和林地是研究區(qū)主要土地利用類型，兩者在三個時期的面積之和占總面積的53.80%、56.00%、56.33%，其次為草地和水域，建設(shè)用地和未利用地的面積比例相對較少。1996年~2016年，耕地面積呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢;林地變化幅度相對較小，其面積隨時間推移波動性上升;草地一直處于減少狀態(tài)。2007年~2016年變化幅度較大，下降2.59%;水域面積隨時間推移波動性下降2.64%;建設(shè)用地增加4.80%;未利用地總體呈下降趨勢，到2016年減少至0.50%。1996年~2007年和2007年~2016年兩個時間段內(nèi)，整體土地利用動態(tài)度分別為0.44%、0.33%，后期土地利用變化趨于緩慢。

　　4.2土地利用變化圖譜

　　穩(wěn)定型是土地利用變化圖譜主要類型，集中分布在研究區(qū)中部，最大面積圖譜為耕地—耕地—耕地，占該圖譜的39.96%;其次為過渡型，主要分布在洞庭湖區(qū)沿岸，最大變化圖譜模式為耕地—草地—耕地，占該圖譜的18.59%;持續(xù)變化型面積為研究區(qū)第三大土地利用變化圖譜，主要分布在岳陽縣西部與汨羅市北部，草地—耕地—建設(shè)用地為其主要變化圖譜模式，占此圖譜的6.84%;前期變化型和后期變化型面積分別占總面積的14.76%和14.91%，草地—耕地—耕地是前期變化型的主要變化模式，占此圖譜的20.39%，耕地—耕地—草地為后期變化型的主要變化模式，占此圖譜的15.57%。

　　4.3地形位指數(shù)計算與分級

　　研究區(qū)以低和中低地形梯度為主，分別占研究區(qū)56.87%和31.54%，集中分布在1-5級，主要分布在洞庭湖區(qū)中部地區(qū)。在低、中低地形位中，3級面積最大，占比為24.27%，其次為2級，占比21.23%，1級、4級和5級分別占11.37%、17.41%和11.22%;中高地形梯度面積占比為7.67%，分布在研究區(qū)東部、西南部;高地形梯度面積占比為0.92%，主要分布在岳陽縣東部地區(qū)。

　　4.4土地利用變化圖譜的分布指數(shù)

　　穩(wěn)定型圖譜的分布指數(shù)在地形位1～5級呈下降趨勢，6～10級呈上升趨勢并且上升幅度漸小，最終趨于穩(wěn)定，在地形位等級的1級和6～10級具有分布優(yōu)勢;前期變化型、后期變化型及連續(xù)變化類型信息圖譜的變化趨勢基本相似，隨著地形位級別的提高，呈現(xiàn)出先增幅后減小的趨勢，分布優(yōu)勢都集中在2～5級;過渡型景觀圖譜在1～10級地形位置分布的過渡指數(shù)變化不大，基本上分布均勻。

　　4.5最大變化圖譜類型的地形梯度效應(yīng)

　　穩(wěn)定型圖譜在低、中高和高地形位上具有明布優(yōu)勢，低地形位最大圖譜為“水域—水域—水域”;在中高和高地形位上為“林地—林地—林地”。前期變化型圖譜在各個地形位上均有分布，“草地—耕地—耕地”和“耕地—林地—林地”分別為其低、高地形位上的最大圖譜。后期變化型圖譜中，“耕地—耕地—草地”、“林地—林地—耕地”分別為低、中低地形位和中高、高地形位最大圖譜。過渡型圖譜中，“耕地—草地—耕地”是低、中低地形位上的最大圖譜，“林地—草地—林地”為中高、高地形位最大圖譜。持續(xù)變化型圖譜中，“草地—耕地—林地”和“水域—耕地—林地”在低、中低地形位具有分布優(yōu)勢，“耕地—草地—林地”是高地形位最大圖譜。

　　5結(jié)語

　�、�1996年~2016年，洞庭湖區(qū)主要土地利用類型為耕地、林地和水域。耕地、林地和建設(shè)用地面積不斷增長，草地、水域和未利用土地面積萎縮，草地和水域主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和耕地。②“耕地—耕地—耕地”是土地利用變化面積最大的圖譜，前期變化型中最大圖譜為“草地—耕地—耕地”，后期變化型以“耕地—耕地—草地”為最大圖譜類型，過渡型最大的圖譜為“耕地—草地—耕地”，“草地—耕地—建設(shè)用地”是持續(xù)變化型最大圖譜。③研究區(qū)以低和中低地形位為主，穩(wěn)定型圖譜分布指數(shù)在1～5級逐級減少，6～10級呈上升趨勢;前期變化型、后期變化型和持續(xù)變化型則相反，在2～5級呈上升趨勢，在6～10級逐級下降;過渡型分布指數(shù)相對穩(wěn)定。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者：金秋悅1，譚潔1，譚雪蘭2

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