熱帶雨林區(qū)昆曼公路沿線土地利用變化研究

高中靈，王 林，劉 佳

（中國(guó)交通通信信息中心，北京 100011）

熱帶雨林區(qū)昆曼公路沿線土地利用變化研究

高中靈，王 林，劉 佳

（中國(guó)交通通信信息中心，北京 100011）

本文利用2000年與2017年兩個(gè)時(shí)期的衛(wèi)星遙感影像，研究熱帶雨林區(qū)昆曼公路沿線土地利用變化特征。結(jié)果表明，研究路段10km緩沖區(qū)內(nèi)建設(shè)用地與裸地總面積增加，植被與水體總面積減少，土地利用變化主要表現(xiàn)為建設(shè)用地與裸地以及植被覆蓋的相互轉(zhuǎn)化，但各類型土地利用變化幅度不大，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境基本保持良好。利用綜合土地利用動(dòng)態(tài)度以及各類型土地利用動(dòng)態(tài)度分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)研究路段對(duì)周邊區(qū)域5km范圍的土地利用變化有影響，距道路越遠(yuǎn)影響程度越小。

昆曼公路；土地利用；衛(wèi)星遙感

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷增強(qiáng)和科技水平的持續(xù)進(jìn)步，高速公路建設(shè)也進(jìn)入了全新的時(shí)期，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了基礎(chǔ)保障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2014年，中國(guó)高速公路總里程達(dá)到11.19萬千米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大部分的西方國(guó)家[1]。然而，當(dāng)高速公路為人類社會(huì)帶來巨大效益的同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了不可忽視的影響[2]。公路在建設(shè)和運(yùn)維中改變了原有的地貌和土地利用形式[3]，造成區(qū)域景觀格局變化與生態(tài)系統(tǒng)惡化，對(duì)自然景觀和生態(tài)系統(tǒng)的分割、干擾、破壞、退化、污染等各種負(fù)面影響在不斷加大。研究表明，這種影響至少涉及到全球陸地的15%～20%[4]。土地利用變化是引起生態(tài)系統(tǒng)以及景觀格局變化的主要因素，研究高速公路沿線周邊地區(qū)土地利用變化，對(duì)于揭示研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)以及景觀格局變化規(guī)律具有重要意義，為研究土地資源規(guī)劃以及生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供依據(jù)。

昆曼公路是我國(guó)首條穿越熱帶雨林的高速公路，是全國(guó)高速公路建設(shè)的示范工程。熱帶雨林具有物種多樣性和脆弱性的特點(diǎn)，人類開發(fā)是導(dǎo)致雨林被毀的直接原因，雨林植被一旦被毀，地表植物很難恢復(fù)，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)陷于崩潰。研究昆曼公路熱帶雨林段沿線周邊土地利用變化，對(duì)于保持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 研究區(qū)概況

昆曼公路是我國(guó)西南地區(qū)通往南亞國(guó)家的國(guó)際大通道，北起我國(guó)云南省昆明市，經(jīng)老撾直抵泰國(guó)首都曼谷市，與馬來西亞至新加坡高速公路相連接，公路全長(zhǎng)1,880千米。2008年3月，昆明至曼谷公路大通道中國(guó)路段全線貫通，我國(guó)境內(nèi)全長(zhǎng)688千米，途徑昆明、玉溪、普洱、西雙版納。昆曼公路是目前中國(guó)西南地區(qū)陸路連接老撾和泰國(guó)最便捷的通道，極大地推動(dòng)了中國(guó)與東盟國(guó)家的友好合作與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

昆曼公路進(jìn)入普洱與西雙版納境內(nèi)后，要穿越熱帶森林區(qū)域，該區(qū)屬于熱帶季風(fēng)氣候，太陽直射地區(qū)，入射角度高，太陽輻射強(qiáng)、終年溫暖、陽光充足，濕潤(rùn)多雨，五千多種熱帶動(dòng)植物分布于此，呈現(xiàn)罕見的植物垂直分布“倒置”現(xiàn)象，是當(dāng)今中國(guó)保存最完整、最典型、面積最大的熱帶雨林。

3 數(shù)據(jù)來源與處理方法

本研究以Landsat衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為主，遙感數(shù)據(jù)全部來源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey，USGS），所需衛(wèi)星遙感影像見表1。道路矢量數(shù)據(jù)基于Landsat8影像獲取，并對(duì)不同時(shí)期遙感影像進(jìn)行輻射校正、幾何糾正、影像拼接與裁剪等處理，通過閾值與目視解譯等方法獲得研究區(qū)不同時(shí)期土地利用圖。熱帶雨林區(qū)域是以雨林植被為主的土地利用形式，因此，以自然屬性的相似性原則確定了建設(shè)用地與裸地、植被、水體3類土地利用類型。

道路對(duì)沿線的影響范圍確定與區(qū)域地形、道路等級(jí)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素有關(guān)。本文采用緩沖帶分析方法。首先，設(shè)定公路對(duì)沿線的最大影響范圍為10km，分別建立10個(gè)緩沖帶，每條緩沖帶寬為1km。然后分別計(jì)算公路沿線的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度和各地類土地利用動(dòng)態(tài)度。

表1 本研究所用衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)列表

4 研究結(jié)果分析

4.1 昆曼公路沿線土地利用分類結(jié)果

研究區(qū)土地利用類型比較單一，以林地植被覆蓋為主，除水域外絕大多數(shù)為建設(shè)用地。因此，本文將研究區(qū)土地利用類型分為植被、建設(shè)用地與裸地、水域三類，主要基于閾值、目視解譯等方法獲得遙感影像分類結(jié)果，如下圖所示。從分類結(jié)果也可以看出，兩個(gè)不同時(shí)期土地利用均以植被為主。

圖1 昆曼公路沿線土地利用分類結(jié)果

4.2 昆曼公路10km緩沖區(qū)內(nèi)土地利用分析

熱帶雨林區(qū)昆曼公路沿線10千米緩沖區(qū)總面積為2925.35平方千米。在研究初期和末期，緩沖區(qū)內(nèi)均以植被覆蓋為主，水域面積最小。植被覆蓋與水域呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，植被覆蓋總面積由2634.66平方千米變?yōu)?607.88平方千米，水域總面積由15.15平方千米變?yōu)?0.93平方千米。建設(shè)用地與裸地呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，2000年總面積為275.54平方千米，2017年則增長(zhǎng)為306.55平方千米，增加了31.01平方千米。土地利用類型動(dòng)態(tài)度則表現(xiàn)為植被最低，水域最高。

表2 10km緩沖區(qū)內(nèi)2000年和2017年土地利用現(xiàn)狀 單位（km2）

表3 緩沖區(qū)內(nèi)2000年和2017年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 單位（km2）

表3為緩沖區(qū)內(nèi)2000年和2017年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，從中可以看出植被、建設(shè)用地與裸地之間的相互轉(zhuǎn)化是土地利用變化的主要形式。植被轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地與裸地189.76平方千米，占植被總面積的7.20%，建設(shè)用地與裸地轉(zhuǎn)化為植被162.10平方千米，占建設(shè)用地與裸地面積的58.83%。水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地與裸地5.18平方千米，占水域總面積的34.23%，水域轉(zhuǎn)化為植被3.67平方千米，占水域總面積的24.25%。

4.3 昆曼公路緩沖帶土地利用變化分析

本文利用綜合土地利用動(dòng)態(tài)度和各地類土地利用動(dòng)態(tài)度對(duì)昆曼公路緩沖帶土地利用變化進(jìn)行分析。綜合土地利用動(dòng)態(tài)度與土地利用動(dòng)度的計(jì)算公式分別如公式（1）與（2）所示。

式中，LUi為監(jiān)測(cè)起始時(shí)刻第i類土地利用類型的面積；LUi-j為監(jiān)測(cè)時(shí)段第i類土地利用類型轉(zhuǎn)換為第j類土地利用類型的面積；T為檢測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度。

式中，Ua和Ub分別為研究期初和期末某種土地利用類型的面積；T為研究時(shí)段長(zhǎng)度，當(dāng)T設(shè)為年時(shí)，K為某種土地利用類型面積的年變化率。

圖2 1～10km緩沖帶綜合土地利用動(dòng)態(tài)度

圖3 1～10km緩沖帶內(nèi)各類型土地利用動(dòng)態(tài)度

圖2為昆曼公路熱帶雨林段1～10km緩沖帶內(nèi)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度變化趨勢(shì)，從圖中可以看出該路段對(duì)周邊的影響范圍為1～5km，與前人研究結(jié)論一致[5]。隨著距昆曼公路距離的增加，1～5km緩沖帶內(nèi)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度逐漸減小，其中，1～3km緩沖帶內(nèi)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度變化較大；5～10km緩沖帶內(nèi)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度變化不大。圖3表示1～10km緩沖帶內(nèi)各類型土地利用動(dòng)態(tài)度變化趨勢(shì)，從中可以看出1～5km緩沖帶內(nèi)各類土地利用動(dòng)態(tài)度總體上呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

5 分析與結(jié)論

本文利用2000年與2017年兩個(gè)時(shí)期的Landsat衛(wèi)星遙感影像，通過影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、道路信息提取以及土地利用分類等處理，對(duì)昆曼公路熱帶雨林段周邊土地利用變化進(jìn)行分析研究，得出以下結(jié)論：

（1）昆曼公路熱帶雨林段周邊區(qū)域雨林植被覆蓋與水域面積減少，建設(shè)用地與裸地面積增加，但總體上各土地利用類型變化幅度不大，表明該路段的建設(shè)與運(yùn)行對(duì)周邊區(qū)域影響不嚴(yán)重，自然生態(tài)環(huán)境保持良好；

（2）研究路段周邊區(qū)域土地利用變化主要表現(xiàn)為建設(shè)用地與裸地以及植被覆蓋之間的相互轉(zhuǎn)化，該路段對(duì)土地利用的影響在5km范圍內(nèi)，其中3km范圍內(nèi)影響程度相對(duì)嚴(yán)重，距離道路越遠(yuǎn)影響程度越小。

本文只選取landsat衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)昆曼公路熱帶雨林段周邊土地利用變化進(jìn)行研究，因熱帶雨林區(qū)氣候特征，數(shù)據(jù)獲取方面存在一定困難，本研究只對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了初步分類。未來將綜合利用微波遙感數(shù)據(jù)分析整個(gè)昆曼公路沿線區(qū)域景觀格局變化產(chǎn)生的影響，有助于更全面地了解公路生態(tài)環(huán)境響應(yīng)機(jī)制，為公路規(guī)劃提供決策依據(jù)。

[1] 張映雪，莫文波，王勇等．北京市高速公路周邊土地利用變化對(duì)景觀格局的影響[J]．地球信息科學(xué)，2017, 19(1):28-38

[2] Forman R T T. Road Ecology, Science and Solutions[M]. Washington:Island Press D C, 2002.

[3] Forman R T T. Estimate of the area affected ecologically by the road system in the United States Conservation Biology, 2000, 14: 31～35.

[4] 唐秀美，劉玉，任艷敏等．高度公路沿線土地利用及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化研究[J]．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 21(2): 132-139

[5] 朱建軍，崔保山，姚華榮等．縱向嶺谷區(qū)公路沿線土地利用變化與擴(kuò)展效應(yīng)[J]．自然資源學(xué)報(bào)，2006, 21(4): 508-515

Study on Land Use Change of Tropical Forests along Kunming Bangkok Highway

Gao ZhongLing, Wang Lin, Liu Jia
(China Transport Telecommunications & Information Center, Beijing, 100011)

This paper aims to study the characteristics of land use change of tropical rain forest along the Kunming-Bangkok highway using remotely sensed imagery acquired on 2000 and 2017. The results indicated that the total area of built-up land and bare land increase within 10 km buffer zone around the highway, while the total area of vegetation and water body decreases. The mutual conversion of land use between built-up and bare land and vegetation were the main land transformation types. However, the variability of land change is relatively small,indicating that the ecological environment remains generally good in the study area. Analysis on the dynamic of land use demonstrates that the influences of Kunming-Bangkok highway on land use change is much greater within the 5 km buffer zone around the highway. In general, the further from the highway, the smaller the influence.

Kunming Bangkok highway; land use; remote sensing

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.11.003

TP7，TB871

1672-7274（2017）11-0011-03