王芳?邵景安 党永峰

[摘 要]选取重庆市石柱县为样区，使用TM、SPOT-5影像及其它相关基础图件数据，运用Markov模型对研究区1995～2015年近20年间的土地利用变化特征进行系统分析，揭示其土地利用类型变化及演变规律，结果表明：1样区土地利用类型在数量上呈现为林地>耕地>草地>水域>建设用地，其中林地和耕地所占总面积的比例超过了90%。2样区1995～2015年，五种土地利用类型的面积随时间变化存在差异：草地和耕地面积不断减少，林地和建设用地面积持续增加，水域变化不显著。3样区五种土地利用类型在空间格局变化上主要呈现为耕地—林地、耕地—建设用地、草地—林地和草地—建设用地四者之间的转换。

[关键词]土地利用；Markov模型；重庆市；石柱縣

[中图分类号]F301 [文献标识码]A

土地利用/覆被变化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）是人类活动对地表影响的重要载体。归纳起来，国外的学者注重从宏观角度定性的研究大规模尺度上的LUCC变化特征及其驱动因素，尤其侧重于借助各种模型对未来土地利用情况进行模拟预测，评价其对资源环境的影响，特别是北美流派和欧洲流派；而国内大多数学者关注的是大中城市及其周边地区和经济快速发展的热点地区，对山地城市生态保护区域的土地利用变化及其驱动因素的研究有限。

石柱县位于三峡库区重庆市生态保护发展区，具有生态环境脆弱、经济发展不足以及少数民族聚集等特点，土地利用类型的变化对当地居民生活生产以及经济发展具有重要的作用和实际影响。

1 材料与方法

1.1 区域概况

重庆市是我国西南地区典型的山地都市区，样区石柱土家族自治县（简称石柱县）（107°59′22″～108°34′45″E，29°39′29″～30°32′45″N），位于长江上游地区、重庆东部，三峡库区腹心，是集少数民族自治县、三峡库区淹没县、生态保护发展区县于一体的特殊区域。样区气候属亚热带湿润季风气候区，年均气温16.5℃，年均降水量1103.0 mm。土壤以黄壤、黄棕壤、紫色土、水稻土等为主。

1.2 数据来源及处理

本文中使用的基础地理数据：1995年30m分辨率TM影像来源于中科院地理所资源环境数据中心；2005年和2015年2.5m分辨率SPOT-5影像来源于国家林业局调查规划设计院；1995年和2005年1：1万土地利用图、2010年1：1万国土二调数据、1：1万地形图、1：1万道路和居名点分布图来源于石柱县国土局；30m分辨率DEM来源于中国西部数据中心。社会经济数据：主要来源于《石柱统计年鉴》以及石柱县各年公布的国民经济和社会发展统计公报；2005年的退耕还林以及天保工程等的补偿信息来源是石柱县林业局。

将所有矢量数据在Arcgis10.0软件中经过坐标转换统一投影在西安80坐标系下，进行格式转换，所有的栅格数据大小为30m×30m，然后再提取各个不同地类和选取驱动因子等处理后，将所有数据统一转换成二进制文本格式，在IDRISI Selva 17.0中再将数据转为IDRISI能够识别的rst栅格格式，最后再运用Markov模型和Logistic模型生成土地利用转移矩阵和驱动因子的回归分析。

1.3 研究方法

在Markov过程中，系统的将来状态仅仅依赖于当前状态。

Markov模型的公式为：

（1）

（2）

式中，X（t）表示随机事件在t时刻的状态；P表示状态转移概率矩阵，取值范围为[0，1]；X（t+1）表示随机事件在t+1时刻的状态。通过创建t1至t2的土地利用变化转移概率矩阵，可以直接用于分析土地利用类型面积的变化信息，也可作为Markov链分析中的状态转移概率矩阵，用以预测土地利用变化趋势。

2 结果与分析

2.1 土地利用类型总体特征

1995-2015年间，林地和耕地一直是主要土地利用類型，其中，耕地、草地呈现减少趋势，林地、水域、建设用地呈现增加趋势。林地在五种土地类型中占绝对主导的地方，随着时间推移，林地面积和林地占总面积的比例具有显著增加，其中，林地面积增加幅度较大，1995年面积为165607.37hm2，占全县的55.23%，在以后的每个10年均是呈现增长趋势，到2015年面积已到达210089.41 hm2，占全县面积比例的70.06%；耕地的面积仅次于林地，1995年为106335.58 hm2，占全县面积比例的35.46%，但数量变化趋势正好与林地相反，20年间处于不断减少的态势，到2015年耕地面积减少至67244.79 hm2，只占到全县面积的22.43%。

样区的土地利用类型20年间在空间分布上表现出明显的异质性。林地和耕地以及草地在全县的土地利用类型中占主导地位。林地类型的分布由西北到东南主要在方斗山、七曜山北部高山区和七曜山南部的中山区，基本上都是围绕山地分布；耕地类型的分布由西北到东南主要是在沿江层山脊浅丘的平坝区和方斗山—七曜山所夹的槽谷区；草地类型的分布则是处于林地和耕地交错带区域，1995年和2005年主要是在七曜山北部的高山区以及沿江平坝区，而2015年大部分的草地分布转移至了方斗山低山区，七曜山北部高山区也有分布，跟10年和20年前相比，分布明显减少。

2.2 土地利用类型动态变化

对比1995～2015年的面积转移矩阵可知，耕地、林地、草地和建设用地四者之间的转换最为显著。在1995～2005年期间，主要表现为耕地、林地和建设用地之间的转换：大量的耕地转换为其它用地类型，其中林地和建设用地是主要的转换去向；部分的林地类型转为耕地、草地和建设用地；少量的草地转换为耕地、林地和建设用地。因此由1995～2015年的面积转移矩阵可以看出，样区在这近20年间各个土地利用类型间均有不同程度的转换，其中耕地、林地、草地和建设用地之间的转换更为频繁和剧烈。

图2 样区1995～2005年、2005～2015年、1995～2015年土地利用类型变化转移图

样区土地利用类型转换的空间格局分布上具有较强的异质性（图2）。由1995～2015年的用地类型转换可以看出，全县主要的土地利用类型转换是耕地—林地、耕地—建设用地、草地—林地和草地—建设用地四者之间的转换。在不同时期内各个用地类型的转换和空间分布存在較大差异：在1995～2005年期间，用地类型间的转换主要是耕地—林地和耕地—建设用地；在2005～2015年期间用地类型间的转换主要是耕地—林地、耕地—草地、耕地—建设用地、草地—林地和草地—建设用地；在两个时期中也有少量的转换为耕地、草地和建设用地，但可以从图上看到，分布的范围比较零散和破碎。而研究区土地利用类型在地域上的变化转移20年间都比较稳定，耕地—林地、耕地—草地和耕地—建设用地的转换主要分布在方斗山西部较中缘、坡度较不平缓地区和槽谷区耕地林地交错带靠近山地的部分；草地—耕地和草地—建设用地的转换则分布在方斗山和七曜山下緣坡度较平缓的地区，而草地—林地的转换分布与两山海拔较高、坡度也较大的区域。

3 结论与讨论

本文通过选取三峡库区的重庆市生态保护发展区石柱县作为武陵山区的典型区域，对研究区1995～2015年近20年间的土地利用变化特征进行了系统分析，结论如下。

（1）样区的土地利用类型无论是在数量上还是空间分布上，均是耕地和林地两种用地类型占主要地位，面积比例总和占全县面积的90%以上。其中林地的分布是最广泛的，到2015年已占全县面积比例的70.06%；耕地的分布面积仅次于林地，到2015年只占到全县面积的22.43%；草地面积总量虽不大，但是整体所占比例也大于水域和建设用地总和。

（2）样区各个土地利用类型的动态变化存在较大差异。1995～2015年近20年间，耕地和草地用地类型在数量上处于持续减少状态，林地和建设用地类型在数量上呈现出不断增长的趋势，水域类型的数量变化整体幅度不大。

（3）样区土地利用类型的动态变化在空间格局分布上具有较强异质性，全县主要的土地利用类型转换是耕地—林地、耕地—建设用地、草地—林地和草地—建设用地四者之间的转换。

随着全国工业化、城镇化的快速发展，样区石柱县作为三峡库区山地城市生态保护发展区的典型区域，未来土地利用类型将会继续发生巨大的变化。同时伴随着在天保工程、退耕还林还草以及土地流转等政策法规的颁布与实施，耕地和草地持续减少到最终保持稳定，林地的增长为生态压力过大起到了一定的缓解作用，建设用地的增长是匹配快速增长的人口以及社会经济的必然趋势。

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