三峽庫區(qū)土地利用/覆被變化及其驅(qū)動力研究進展

張冠華，張平倉，張曉峰

(1.長江科學院 水土保持研究所，湖北 武漢 430010；2.水利部 山洪地質(zhì)災害防治工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430010；3.宜賓市翠屏區(qū)水務局，四川 宜賓 644000)

三峽庫區(qū)土地利用/覆被變化及其驅(qū)動力研究進展

張冠華1,2，張平倉1,2，張曉峰3

(1.長江科學院 水土保持研究所，湖北 武漢 430010；2.水利部 山洪地質(zhì)災害防治工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430010；3.宜賓市翠屏區(qū)水務局，四川 宜賓 644000)

土地利用/覆被變化；驅(qū)動力；三峽庫區(qū)

土地利用/覆被變化(LUCC)研究是區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化研究的基礎(chǔ)，隨著三峽工程的建成及投入使用，三峽庫區(qū)土地利用/覆被和生態(tài)環(huán)境發(fā)生了較大變化。在以往研究的基礎(chǔ)上，從土地利用/覆被變化特征、轉(zhuǎn)變方向及其驅(qū)動力方面對三峽庫區(qū)LUCC研究進行了總結(jié)和梳理，發(fā)現(xiàn)三峽庫區(qū)LUCC的主要特征是建設用地和水域面積增加，主導方向是耕地、林地和草地相互轉(zhuǎn)化及向建設用地轉(zhuǎn)化，主要驅(qū)動力是三峽工程建設、人口增長、社會經(jīng)濟發(fā)展和國家宏觀政策。已有研究對土地利用/覆被格局演變及其空間變異性認識不足，今后還需加強三峽水庫成庫不同階段整個庫區(qū)土地利用/覆被格局演變過程研究，移民安置區(qū)土地利用/覆被格局變化過程研究，以及庫區(qū)未來土地利用/覆被格局與變化的模擬研究，以實現(xiàn)對庫區(qū)土地利用/覆被未來發(fā)展趨勢的預測和調(diào)控。

1995年，國際地圈與生物圈計劃(International Geosphere-Biosphere Programme，IGBP)和全球環(huán)境變化人文因素計劃(International Human Dimensions Programme，IHDP)首次將土地利用/覆被變化(Land Use/Cover Change，LUCC)列為其關(guān)鍵研究課題[1-3]，自此LUCC成為全球變化研究的前沿和熱點[1,4-9]。LUCC驅(qū)動機制是LUCC研究的首要問題，而驅(qū)動力研究則是探索LUCC驅(qū)動機制的核心內(nèi)容和難點[7,9-10]，已引起國際社會的普遍關(guān)注[9-16]。

人類活動是區(qū)域土地利用和景觀格局變化的重要驅(qū)動力之一[7,12]，水庫工程建設是施予區(qū)域環(huán)境的劇烈人類活動。三峽工程作為治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性工程，在發(fā)揮巨大防洪、發(fā)電和航運等效益的同時，也將面臨生態(tài)環(huán)境保護、庫區(qū)移民安置和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展等方面的挑戰(zhàn)和壓力。多年來，隨著三峽大壩的建成及投入使用，區(qū)域人口的快速增長、不合理的經(jīng)濟行為，以及庫區(qū)淹沒、移民遷建及其配套基礎(chǔ)設施建設等給區(qū)域土地利用和生態(tài)環(huán)境造成巨大影響，致使土地利用結(jié)構(gòu)不合理、水土流失嚴重、人地關(guān)系緊張。三峽庫區(qū)土地利用/覆被變化不僅范圍廣、速度快，而且隨意性強，成為該區(qū)生態(tài)環(huán)境變化研究的基礎(chǔ)[8,17-19]。本文旨在對當前三峽庫區(qū)LUCC研究進行總結(jié)和梳理，以深入了解該區(qū)土地利用/覆被變化的主要特征、轉(zhuǎn)變方向，以及引起這些變化的驅(qū)動因素，為庫區(qū)土地利用和后續(xù)發(fā)展規(guī)劃、土地資源的合理利用及生態(tài)環(huán)境的改善提供參考。

1 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)位于105°50′～110°50′E、28°30′～31°50′N，東起湖北省宜昌市夷陵區(qū)，西至重慶市江津區(qū)，涉及湖北的夷陵區(qū)、興山縣、秭歸縣、巴東縣和重慶的巫山縣、巫溪縣、奉節(jié)縣、云陽縣、開州區(qū)、萬州區(qū)、忠縣、豐都縣、石柱縣、涪陵區(qū)、武隆縣、長壽區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)、江津區(qū)及重慶市核心城區(qū)，總面積5.8萬km2，《長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報(2015)》顯示，2014年末庫區(qū)總?cè)丝? 457.09萬人。庫區(qū)地處四川盆地與長江中下游平原的結(jié)合部，跨越鄂中山區(qū)峽谷及川東嶺谷地帶，北屏大巴山，南依川鄂高原。庫區(qū)以山地為主，山地約占總面積的74%，丘陵約占22%，平原或壩地僅占4%。三峽庫區(qū)主要土壤類型有黃壤、黃棕壤、紫色土、黃色石灰土、棕色石灰土、水稻土、沖積土和粗骨土等，在海拔較高的中山還有棕壤、暗棕壤和山地草甸土。在土壤類型中，紫色土類占土地總面積的47.8%，石灰土類占34.1%，花崗巖和砂頁巖發(fā)育的黃壤、黃棕壤等占16.3%。耕地多分布在長江干、支流兩岸，大部分為坡耕地和梯田。

三峽庫區(qū)位于亞熱帶北緣，屬中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，形成了溫暖濕潤、雨量適中、四季分明的氣候特征。年降水量1 000～1 200 mm，季節(jié)分配不均，4—10月降水量占全年降水量的80%以上；降雨區(qū)域分異也較明顯，外圍山地降雨多，沿江河谷地降雨少。年平均氣溫邊緣山地為1～14 ℃，河谷區(qū)為17～19 ℃，無霜期300～340 d[20]。

2 三峽庫區(qū)LUCC研究

(1)不同時間尺度上對整個三峽庫區(qū)LUCC的研究。江曉波等[21]對20世紀最后10年三峽庫區(qū)LUCC在數(shù)量、結(jié)構(gòu)、類型和空間分布上的特點進行了研究，結(jié)果表明10年間建設用地和草地面積總體增加，且二者分別源自耕地和林地的變化，其他土地利用類型都呈現(xiàn)出不同程度的衰減。余瑞林等[22]則認為，1990—1995年，耕地、水域和未利用地面積逐漸減少，而林地、草地和建設用地面積不斷增加；1995—2000年，林地、草地面積減少，而建設用地、耕地、水域面積則增加。張磊等[17]對三峽水庫建設前后1992—2002年的土地覆蓋變化進行了分析，發(fā)現(xiàn)這10年間庫區(qū)建設用地、林地、草地面積絕對增加，旱地、水田面積絕對減少；整個庫區(qū)的整體趨勢是耕地不斷減少，而林地、草地逐漸增加，建設用地迅速擴展。許其功等[12]研究表明，1980—2004年的24年間庫區(qū)建設用地、旱耕地和水域面積均不同程度增加，而水田、草地和林地面積均有所減少，未利用地面積沒有變化。曹銀貴等[18]通過分析三峽庫區(qū)5期(1975、1987、1995、2000和2005年)遙感影像，發(fā)現(xiàn)30年庫區(qū)耕地、林地和草地面積持續(xù)減少，建設用地和水面面積明顯增加，特別是2000—2005年，二者分別增加了4.45%和2.79%[23]。邵懷勇等[8]定量分析了三峽庫區(qū)1955—2000年的土地利用/覆被動態(tài)變化過程，發(fā)現(xiàn)林地、水域和未利用地面積減少，耕地、草地和建設用地面積增加。宋述軍等[19]研究表明，1995—2008年間庫區(qū)建設用地、林地、旱地、水域面積增加，耕地、草地、水田面積減少。綜合動態(tài)度最大的時期為1995年以后的10年[24]，其中1996—2004年間庫區(qū)腹地的耕地面積年變化量是最大的[25]。

(2)不同時間尺度上對三峽庫區(qū)局部區(qū)域LUCC的研究。彭月[3]研究發(fā)現(xiàn)20世紀80年代中期以來，三峽庫區(qū)(重慶段)耕地面積先增后減，林地面積先減后增，草地和未利用地的面積持續(xù)減少，水體與建設用地面積則持續(xù)增加。楊國清[26]則認為1980—2005年，三峽庫區(qū)(重慶段)耕地和草地面積一直在減少，林地、水域與建設用地面積一直保持增加，未利用地的面積基本不變。崔曉偉[27]對2002—2010年間三峽庫區(qū)蓄水前后開縣土地利用景觀格局變化的研究表明，建設用地面積顯著增加，森林面積略有增加，水庫、坑塘面積大幅增加，其他類型變化不大；土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變主要以耕地向建設用地、水域、果園等轉(zhuǎn)移和森林、灌木和草地之間的轉(zhuǎn)移為主。黃云[28]的研究結(jié)果顯示，萬州區(qū)1997—2004年建設用地面積增加，耕地和未利用地面積減少。2000—2012年萬州區(qū)土地利用流向總體表現(xiàn)為耕地和林地流向建設用地和水域，未利用地轉(zhuǎn)出比例最大，其他地類變化相對較小[29]。

通過以上分析可知，建設用地和水域面積增加是三峽庫區(qū)LUCC的核心[22,30]，耕地與林草地相互轉(zhuǎn)化及向建設用地轉(zhuǎn)化和被水體淹沒是三峽工程建設后土地利用轉(zhuǎn)換的主要方式[31]；其土地利用/覆被的空間格局分為耕地-城鎮(zhèn)型、林灌-耕地型和復合型三種類型[21]；綜合土地利用變化動態(tài)度達0.13%，區(qū)域土地利用斑塊數(shù)由50 858增加為50 998個，平均斑塊面積由1.103 km2/個減小到1.100 km2/個[12]。對1992年和2002年開縣土地利用格局變化的分形結(jié)構(gòu)研究表明，10年間該區(qū)旱地、建設用地和未利用地斑塊形態(tài)變得愈加不規(guī)則，形態(tài)穩(wěn)定性變?nèi)?；草地、灌木林、森林和水田的斑塊形狀變得愈加規(guī)則，形態(tài)穩(wěn)定性增強[32]。由于受2002—2010年間水庫蓄水影響，開縣土地覆被與景觀格局均有劇烈變化，景觀優(yōu)勢類型是森林、灌木林、旱地、草地和水田；從景觀類型水平上看，旱地、水田、草地景觀面積減少且破碎度增加，但森林、水體、建設用地面積增加，同時連通性增加；從景觀格局水平上看，景觀總體破碎度增加，景觀優(yōu)勢度降低[27]。三峽庫區(qū)腹心地帶云陽縣1992—2004年的景觀格局變化研究表明，城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點和道路是變化最大的類型，說明期間該地區(qū)的城鎮(zhèn)及道路建設速度明顯加快[33]。三峽水庫蓄水后，河道水環(huán)境格局發(fā)生較大變化，在萬州以下河段，干流河道受蓄水影響不大，主要表現(xiàn)為峽谷；而長江北岸支流受到較大影響，尤以開縣小江流域最為顯著，形成湖泊型水體[34]。此外，由于蓄水水位的季節(jié)變化，形成新的水庫消落區(qū)，三峽庫區(qū)重慶涪陵以下8個區(qū)縣(除巫溪)消落區(qū)面積較大，其中開縣、涪陵、云陽位居前三[35]。

3 三峽庫區(qū)LUCC驅(qū)動力研究

驅(qū)動力是導致土地利用方式和目的發(fā)生變化的主要因素。一般認為，土地利用/覆被變化是自然驅(qū)動力(氣候、地質(zhì)、地貌、土壤、水文等)和社會經(jīng)濟驅(qū)動力(人口變化、經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)進步、貧富狀況、價值取向、制度政策等)共同作用的結(jié)果[9]，是一個相當復雜的過程，其社會經(jīng)濟驅(qū)動因子與自然驅(qū)動因子在不同時間、空間尺度上的復雜關(guān)系，使這種變化又具有較大的不確定性[36]。在多數(shù)情況下，自然驅(qū)動力主要引起土地覆被的變化，而不直接引起土地利用的變化，即使有影響也是間接地起作用；反之，社會經(jīng)濟驅(qū)動力可通過影響人們在土地利用上的決策對土地利用的變化直接產(chǎn)生影響[37]。

前人大量研究認為，三峽庫區(qū)LUCC的驅(qū)動力主要體現(xiàn)在三峽工程建設、人口增長、社會經(jīng)濟發(fā)展和國家宏觀經(jīng)濟政策四個方面[8,17,21-22,26,36,38-40]。從社會推動及人類的強化與調(diào)控來看，三峽庫區(qū)土地利用變化的最直接因素即三峽工程的興建直接改變了庫區(qū)土地利用格局，致使經(jīng)濟、城市化水平迅速提高[38]。

三峽庫區(qū)以山地、丘陵為主，其地形地貌條件是限制土地利用數(shù)量、結(jié)構(gòu)、方式和強度的關(guān)鍵因子[41]。庫區(qū)人多地少，水土資源破壞嚴重，以水土流失為主要表征的生態(tài)環(huán)境極其脆弱。三峽工程的建設，特別是由此帶來的大規(guī)模移民安置，必然對庫區(qū)生態(tài)環(huán)境造成巨大影響，致使區(qū)域土地利用/覆被發(fā)生變化。

人口增長與土地利用變化的關(guān)系一直是LUCC研究的重要內(nèi)容[42]，幾乎所有關(guān)于LUCC的研究都會探討人口增長對土地利用變化的影響[43]。一種觀點認為，人口的增長增加了糧食的需求，由此導致耕地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、土地利用程度和土地利用轉(zhuǎn)換方向發(fā)生相應改變[44]。雖然區(qū)域人口增加不是造成耕地減少的主要原因，但人口增加，將會對居住、工作、生活場所產(chǎn)生影響，進而導致建筑用地的擴張，由此說明人口增加是建設用地增長的一個因素[44-46]。三峽庫區(qū)人口密度高，人均耕地少，人口增長一直是該區(qū)可持續(xù)發(fā)展面臨的主要壓力[12]。20世紀50—70年代，庫區(qū)人口和糧食需求俱增，但耕地不足以維持生活，便以砍伐、墾荒來擴大耕地面積，造成該時期耕地面積增加[8]；70—80年代中期，可供開墾的土地數(shù)量減少致使陡坡開墾增加；至2000年，建設用地面積和耕地占用數(shù)量均不斷增加。研究顯示，1990—2000年，三峽庫區(qū)總?cè)丝谟? 936.37萬人增長到2 040.16萬人，增長率5.36%；而由于特殊的地形地貌條件，耕地已無擴大空間，僅增加0.03%，但建設用地卻增長50.74%[22]。2002年三峽庫首區(qū)由于大量移民，居民、工礦和交通用地都大幅增加，人類活動在土地利用系統(tǒng)中的作用不斷加強，因而導致耕地、林地銳減，植被破壞，土地退化，水土流失加劇，環(huán)境質(zhì)量降低，從而影響了土地利用格局[40]。

研究顯示，經(jīng)濟發(fā)展是LUCC的主要驅(qū)動力之一[47-48]，各種土地利用類型的調(diào)整是人類為滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需要而引起的[49]。自20世紀80年代起，三峽庫區(qū)經(jīng)濟不斷發(fā)展，耕作技術(shù)也不斷提高，耕地的利用方式趨于多樣化[50-52]，建設用地增加。20世紀80年代以后，特別是在1997年重慶直轄市設立后，三峽庫區(qū)大量優(yōu)質(zhì)耕地被占用為建設用地[53]。此外，經(jīng)濟的快速發(fā)展，使GDP大量增長、城市建設投資不斷增加，城市擴展加速占用更多的周邊土地[42]。1990—2000年，三峽庫區(qū)GDP由440.14億元增長到1 359.96億元，建設用地擴張，并且三峽工程及其配套設施也產(chǎn)生了大量的建設用地[22]。

政策因素在我國的社會經(jīng)濟發(fā)展中一直起著十分重要的作用，三峽庫區(qū)LUCC與國家重大宏觀政策密切相關(guān)[8,11,38-40]。三峽庫區(qū)是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，早在20世紀80年代，水利部就將葛洲壩庫區(qū)列入國家水土保持重點建設工程(原稱“全國八片水土保持重點治理區(qū)工程”)；1988年國務院又將長江中上游列為全國水土保持重點防治區(qū)，三峽庫區(qū)是其中的重點防治區(qū)域[22]；國家相繼實施的長江上游天然林保護工程、長江上游水源涵養(yǎng)林工程和退耕還林還草工程，使三峽庫區(qū)的部分陡坡耕地被退耕為林地和草地，在此期間林地和草地被毀的現(xiàn)象得到了一定程度的遏制；90年代中期，國家又加大退耕還林還草的力度，湖北省、重慶市還分別實施了“青山綠水工程”；2000年以來，國家對三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境特別重視，生態(tài)防護林、庫周造林綠化等生態(tài)工程相繼實施，同時大力推進義務植樹造林活動，加強群眾環(huán)境保護意識，大量非林地轉(zhuǎn)為林地，使得土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化[54]。這些宏觀經(jīng)濟政策和措施在使三峽庫區(qū)建設用地大幅度增長的同時，也最大限度地保護了耕地和林地，起到了積極的作用?！堕L江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報(2015)》顯示，2014年三峽庫區(qū)森林面積275.31萬hm2，森林覆蓋率為47.74%。

4 不足與展望

綜上所述，過去幾十年里，因三峽工程的興建及社會經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和國家宏觀政策等主要驅(qū)動因素的影響，三峽庫區(qū)土地利用/覆被發(fā)生了不同程度的改變，前人也進行了卓有成效的研究，為庫區(qū)土地資源的可持續(xù)利用及生態(tài)環(huán)境的恢復與重建奠定了重要基礎(chǔ)，但該項工作仍存在很多問題值得進一步探索，主要體現(xiàn)在以下幾點：一是已有研究多以行政單元為對象，集中在易于量化的地類間轉(zhuǎn)換，對整個庫區(qū)的LUCC研究及三峽水庫蓄水前后LUCC的對比研究相對薄弱，未來應加強對三峽水庫成庫不同階段整個庫區(qū)土地利用/覆被格局演變過程的研究，實現(xiàn)土地利用/覆被研究時間變化向空間變化的轉(zhuǎn)移，并進行這種變化與局地/區(qū)域生態(tài)環(huán)境空間變異的關(guān)系的研究；二是缺乏對移民安置區(qū)土地利用變化的對比與土地生態(tài)安全評價的研究，而土地生態(tài)安全問題對移民安置區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展，乃至整個三峽工程的成敗具有重要影響[55]，移民安置區(qū)將來的環(huán)境與景觀變化決定于移民的預期反應[56]，因此在微觀尺度上，應加強移民對局部景觀格局變化影響的研究[12]，定量分析在庫區(qū)移民這種特定自然環(huán)境下LUCC的過程與結(jié)果；三是已有研究多為靜態(tài)的，所得結(jié)論相對一致，即“建設用地和水域面積增加，耕地與其他地類相互轉(zhuǎn)化”，對整個庫區(qū)未來景觀格局與變化的模擬研究涉及甚少，難以全面揭示在水庫工程脅迫下，庫區(qū)土地利用/覆被格局是朝好的方向演化還是相反，其演化強度也不能明確，因此今后的研究應考慮三峽庫區(qū)LUCC時空異質(zhì)性與景觀格局變化驅(qū)動力的差異，特別是LUCC和景觀生態(tài)過程的相互關(guān)系，在此基礎(chǔ)上明確庫區(qū)LUCC與土壤侵蝕、土地利用生態(tài)安全、水環(huán)境及三峽水庫可持續(xù)利用等的關(guān)系。

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(責任編輯 徐素霞)

國家自然科學基金項目(41301298)；國務院三峽工程建設委員會辦公室項目(JJ2015-055，JJ2016-020)；水利部技術(shù)示范項目(SF-201601)

F301.24

A

1000-0941(2017)05-0047-05

張冠華(1983—)，女，內(nèi)蒙古赤峰市人，高級工程師，博士，主要從事土壤侵蝕與水土保持研究。

2016-09-09