本文摘要：【摘要】基于洞庭湖區1996年~2016年遙感影像和DEM數據，運用土地利用變化圖譜、地形位指數、分布指數等方法研究了土地利用圖譜的地形梯度效應。結果表明：①土地利用類型以耕地、林地和水域為主，建設用地面積增長最快，水域面積持續萎縮;②土地變化模式圖譜中穩定型圖
【摘要】基于洞庭湖區1996年~2016年遙感影像和DEM數據，運用土地利用變化圖譜、地形位指數、分布指數等方法研究了土地利用圖譜的地形梯度效應。結果表明：①土地利用類型以耕地、林地和水域為主，建設用地面積增長最快，水域面積持續萎縮;②土地變化模式圖譜中穩定型圖譜為主要類型，土地利用變化呈現“耕地穩定與耕草交替”特征;③以低和中低地形梯度為主，穩定型圖譜和過渡型圖譜在高地形位有分布優勢，前期變化型圖譜、后期變化型圖譜和持續變化型圖譜在各個地形位尺度上分布相對均勻。
【關鍵詞】土地利用變化;動態度;地學信息圖譜;地形梯度效應;洞庭湖區
1引言
地形對區域水熱組合和能量收支平衡起著重要作用，并通過生態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構與空間分異[1]。近年來，學者們圍繞山區、流域、快速城市化區域和生態脆弱區開展了大量土地利用的地形梯度效應分析[2-5]，認為地形因素在一定程度上對區域土地利用格局與空間結構特征有重要影響。應用地學信息圖譜可有效刻畫地形復雜區域的土地利用時空屬性與演變特征，實現土地利用類型分布與變化的時空屬性有機結合[6-7]。
然而，利用地形位指數、分布指數等地形梯度因子分析土地利用空間結構的研究還較少。洞庭湖區具有較高的墾殖指數，是長江中下游地區的重要生態屏障[8]。本文通過1996年~2016年洞庭湖區土地利用變化圖譜時空演變特征和變化規律，分析了不同地形梯度的土地利用類型分布和轉移特征。
2研究區概況
洞庭湖區(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數據來源與研究方法
3.1數據來源與處理
洞庭湖區1996年、2007年和2016年TM/ETM 影像來自USGS網站，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數據來源于地理空間數據云。本文參考土地利用現狀分類國家標準(GB/T21010-2007)及研究區實際情況，將研究區土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地6類。經精度檢驗，Kappa系數分別為0.85、0.80、0.84，滿足研究需求。
3.2地學信息圖譜分析法
在ArcGIS支持下，賦予三期土地利用類型000、00和0的數字代碼代碼，并將三期景觀類型的字段長度規定為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行重組得到土地利用演變圖譜。參考相關研究[7]，將其分為穩定型、前期變型、后期變化型、過渡型、持續變化型。
3.3土地利用動態度
利用單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度表征研究區域在一定時間段內某一種和全部土地利用類型的變化速率[10]。
4研究結果與分析
4.1土地利用類型變化
耕地和林地是研究區主要土地利用類型，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，耕地面積呈現持續上升趨勢;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。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，整體土地利用動態度分別為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
穩定型是土地利用變化圖譜主要類型，集中分布在研究區中部，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%;持續變化型面積為研究區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地形位指數計算與分級
研究區以低和中低地形梯度為主，分別占研究區56.87%和31.54%，集中分布在1-5級，主要分布在洞庭湖區中部地區。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。
4.4土地利用變化圖譜的分布指數
穩定型圖譜的分布指數在地形位1～5級呈下降趨勢，6～10級呈上升趨勢并且上升幅度漸小，最終趨于穩定，在地形位等級的1級和6～10級具有分布優勢;前期變化型、后期變化型及連續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，呈現出先增幅后減小的趨勢，分布優勢都集中在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
穩定型圖譜在低、中高和高地形位上具有明布優勢，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勢，“耕地—草地—林地”是高地形位最大圖譜。
5結語
①1996年~2016年，洞庭湖區主要土地利用類型為耕地、林地和水域。耕地、林地和建設用地面積不斷增長，草地、水域和未利用土地面積萎縮，草地和水域主要轉化為建設用地和耕地。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—建設用地”是持續變化型最大圖譜。③研究區以低和中低地形位為主，穩定型圖譜分布指數在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;過渡型分布指數相對穩定。
參考文獻
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作者：金秋悅1，譚潔1，譚雪蘭2
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