三江源区土地利用和景观格局变化分析

三江源区土地利用和景观格局变化分析
李盈昌;杨为民;刘真真
【摘要】通过对2000年以来3期TM/ETM遥感影像解译，获取三江源区土地利用类型数据集，依此分析三江源区近10年来土地利用和景观格局的变化特征。

结果表明：从2000年至2010年三江源区土地利用变化相对缓慢，整体上比较稳定，草地、林地、湿地和人工用地的动态度均小于0.5％，其类型之间的转化强度约为0.5％；从土地利用综合动态度和转化强度方面看，三江源区后5年的变化明显低
于前5年，表明三江源区整体变化在减慢，土地利用趋于稳定。

草地景观和其他
类景观斑块面积比下降，导致研究区优势景观类型衰减，区域景观类型增加，各类景观类型呈均衡化趋势发展，景观趋于多样化；景观连续性降低，不同景观类型之间呈现相间团聚分布，景观趋于破碎化。

%The variation characteristics of land use and landscape pattern in the Three-River Headwater Region during recent ten years were analyzed through the data sets of land use types of the region based on the interpreta-tion of remote sensing image by three time periods of TM/ETM images since 2000.The results showed that the change of land use in the Three-River Headwater Region was relatively slow and the overall land use status was rel-atively stable from 2000 to 2010.the average dynamic degree of the grassland,woodland,wetlands and artificial land was all less than 0.5%,and the change index of land use among different types was around 0.5 %.The ana-lyses on integrated dynamic degree and change index of land use showed that the change in the later five years was significantly less than that of in the previous five years,indicating that the overall change in land use types in the Three-
River Headwater Region was slowed down,and the land use and landscape pattern trended to be stable.The ratio of grassland landscape to other types of landscape patchs in the study area was decreased,which led to the de-cline of predominant landscape types,the increase of regional landscape types,equalized development of different landscape types and the landscape became more diversified.Meanwhile,the continuity of landscape was reduced, there were aggregated distribution of different landscape types,and the landscape tended to be fragmented.
【期刊名称】《西南林业大学学报》
【年(卷),期】2014(000)001
【总页数】9页(P58-66)
【关键词】三江源区;土地利用;景观格局;动态度
【作者】李盈昌;杨为民;刘真真
【作者单位】西南林业大学林学院,云南昆明,650224;西南林业大学林学院,云南
昆明,650224;中国海洋大学管理学院,山东青岛,266071
【正文语种】中文
【中图分类】S771.8
土地利用或土地覆被变化(LUCC)是影响全球环境变化的重要因素，与人类的活动
密切相关，也是近年来全球土地变化研究的热点[1-2]。

土地利用或土地覆被变化
能够引起景观结构的巨大变动，而区域景观结构的变化会引起区域生态功能的变动，
空间格局及其变化是土地利用变化研究的重要内容，研究不同景观类型之间的变迁特征，可揭示区域生态系统功能的变化趋势，有助于识别区域生态变化的因素，对于制定合理的生态保护措施具有重要意义[3-5]。

三江源区是中国面积最大、海拔最高的天然湿地和生物多样性分布区，还是生物物种形成、演化的中心之一，是长江、黄河、澜沧江的发源地，素有“江河源”和“中华水塔”之称，是我国江河中下游地区和东南亚国家生态环境安全和区域可持续发展的生态屏障[6-7]。

近年来，由于日趋频繁的人类活动和自然条件变化，三江源区土地利用和景观格局受到干扰，已对我国黄河、长江、澜沧江中下游乃至亚洲东部地区的生态安全构成威胁[8-10]。

邵全琴等[11]研究了三江源区1980—2008年土地覆被时空变化特征及其反映的宏观生态状态变化，指出30年来三江源区土地覆被和宏观生态状况经历变差-显著变差-略有好转的变化过程。

陈浩等[12]利用1980—2004年3期土地覆被数据，分析了三江源区18个自然保护区3个圈层的土地覆被类型状况以及变化特征。

徐新良等[6]分析了三江源区1970年以来生态系统格局和空间结构的动态变化，发现30年来三江源区生态系统格局稳定少动，生态系统类型变化相对缓慢。

赵峰等[13]分析了三江源典型区1970年以来湿地景观的稳定性和时空转移过程。

胡光印等[14-15]通过长江源区和黄河源区1975—2005年遥感影像数据，分析了该区域的沙漠化发展特征，并对沙漠化土地的景观格局变化进行研究，指出研究区沙漠化土地破碎度增加，斑块形状趋于复杂，景观多样性增加。

以上对三江源区土地利用和景观格局的分析时段到2008年为止，没有近些年的变化分析报道，同时分析方法比较单一，为了对三江源区土地利用和景观格局动态变化取得新的科学认识，本研究利用2000年、2005年和2010年3期遥感数据，采用RS与GIS相结合获取三江源区近10年来3期土地利用数据集，依此分析近10年来三江源区土地利用和景观格局的动态变化特征。

1 研究区概况
三江源区地处青藏高原腹地，位于青海省南部，是长江、黄河和澜沧江的发源地。

地处东经89°24′～102°23′，北纬31°39′～36°16′，区域总面积约为35.7×104 km2。

行政区划包括玉树州(治多、曲麻莱、杂多、称多、玉树、囊谦)和果洛州(玛多、玛沁、达日、甘德、班玛、久治)全部，黄南州的泽库县和河南县，海南州的兴海县和同德县，格尔木市的唐古拉乡。

三江源区地理环境独特，平均海拔在 4 500 m以上，西高东低，区内地形复杂。

该区有典型的高原大陆性气候特征，昼夜温差大、年际温差小，年平均气温在-3 ℃以下；日照时间长，空气稀薄，辐射强烈，年平均辐射量在 5 500 MJ/m2以上；降水量少，蒸发量大，干湿季明显。

三江源区植被类型主要为草原和草甸，其覆盖度较低，平均为25%～30%。

本区土壤质地粗，土层薄，主要土壤类型为高山草
甸土、高山草原土、高山寒漠土、山地草甸土、灰褐土、沼泽土等。

2 研究方法
2.1 数据来源及处理
研究选取的遥感数据为2000年、2005年、2010年3期TM/ETM影像，覆盖三江源区整个区域。

为更好地进行图像解译和反映各种生态系统生长状况，选取3
期遥感数据成像时间主要为7月和8月。

这3期遥感数据均进行了几何校正、图
像镶嵌、假彩色合成、图像增强、图像切割等处理，形成标准的假彩色影像。

遥感解译采用决策树分析方法，通过采用人工与自动相结合的方式，获取3期土地利
用数据；利用野外调查和高分辨率影像的真实数据进行样本抽查和改正，以进一步提高分类精度，最终获取到2000、2005年和2010年3期土地利用数据。

2.2 土地利用分类体系
三江源区土地利用分类体系的建立主要依据土地覆被遥感分类体系[16]、三江源区草地生态系统综合评估指标体系[17-18]、《土地利用现状调查技术规程》[19]、
《青海三江源自然保护区生态保护和建设总规划》[20]，并结合1∶100万植被类型图、三江源自然保护区生物多样性科学考察报告以及野外调查[21]，对三江源区土地覆被进行识别、判定和分析。

将三江源区土地利用和土地覆盖分为以下6大类：1)林地，主要包括落叶阔叶林，常绿针叶林、常绿阔叶灌木林、落叶阔叶灌木林、乔木绿地；2)草地，主要包括草甸、草原、草本绿地；3)湿地，主要包括森林湿地、灌丛湿地、草本湿地、湖泊、水库或坑塘、河流；4)耕地，主要包括旱地；
5)人工用地，主要包括居住地、工业用地、交通用地、采矿场；6)其他，主要包括稀疏林、稀疏灌木林、稀疏草地、裸岩、裸土、沙漠或沙地、盐碱地、冰川或永久积雪。

2.3 土地利用变化指标
1) 土地利用动态度(land use dynamic degree)是一个比率指标，考虑了研究时段内土地利用类型间的转化，着眼于变化的过程而非变化结果，反映研究区内土地利用类型变化的剧烈程度。

土地利用动态度计算公式表示为[22-23]：
式中：Ai为第i类土地利用类型的面积；ΔAi-j为第i类土地利用类型转化为非i 类土地利用类型面积的绝对值。

2) 类型互相转化强度(土地覆被转类指数)反映土地覆被类型在特定时间内变化的总体趋势。

土地覆被转类指数(land cover change index)计算公式表示为[11]：
式中：i为研究区；j为土地覆被类型；Aij为研究区土地覆被一次转类的面积；Da 为转类前级别；Db为转类后级别。

LCCIij值为正，表示此研究区总体上土地覆被类型转好；LCCIij值为负，表示此研究区总体上土地覆被类型转差。

类型相互转化强度(土地覆被转类指数)计算：首先对土地利用类型进行定级，并去除受人类活动影响变化较剧烈且无规律的耕地和人工用地，得到主要土地利用类型
的级别(表1)。

对土地利用类型定级后，将土地利用类型变化前后级别相减，如果为正值则表示土地利用类型转好，反之表示土地利用类型转差。

表1 土地利用类型分级标准土地利用类型湿地林地草地其他级别1级2级3级4级
2.4 景观空间格局分析指数[5，24]
采用FRAGSTATS软件，通过ArcGIS对土地利用数据进行栅格化处理，计算景观空间格局分析指数。

选取以下指数来分析研究区域的景观空间结构特征以及演变规律。

1) 斑块比例(LAND)，用来度量景观的组分，计算某一斑块类型占整个景观的面积百分比。

计算公式为：
式中：aij表示某个斑块的面积；LAND值越大说明此类斑块覆盖丰富。

2) 斑块平均大小(MPS)，用来表征斑块的破碎程度，反映景观异质性特征。

计算公式为：
式中：ni表示i类斑块的总数。

3) 平均形状指数(MSI)。

通过对各类斑块形状的面积加权，以反映斑块形状的复杂程度以及景观空间结构的形状特征与可能的演化趋势，计算公式为：
4) 平均斑块分维数(MPFD)。

通过面积加权的分维数，反映景观格局的总体特征，计算公式为：
5) Shannon多样性指数(SHDI)、Shannon均匀度指数(SHEI)。

该指标反映景观的异质性，对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感。

在比较和分析不同景观
或同一景观不同时期的多样性与异质性时，SHDI和SHEI也是敏感指标。

计算公式为：
SHEIi=SHDIi/lnm
6) 蔓延度指数(CONTAG)。

蔓延度描述景观里不同斑块类型的团聚程度或延展趋势，高蔓延度值说明景观中某种优势斑块类型形成良好的连接性，反之则表明景观是具有多种要素的密集格局，景观破碎化程度较高，计算公式为：
式中：m，k为斑块类型数；n为斑块数；pi为斑块类型i所占景观面积的比例；gik为斑块类型i、k之间相邻的格网单元数；ni为类型i的斑块数。

3 结果与分析
3.1 土地利用空间格局变化
三江源区2000—2010年土地利用类型空间分布见图1～2。

三江源区土地利用类型以草地为主，约占源区总面积的48%。

其次为其他类型，约占源区总面积的38%，其中稀疏草地和裸岩分别占总面积的21%和10%，主要分布于源区西部地区。

湿地约占源区总面积的9%，其中草本湿地约占源区总面积的6%，主要分布在称多县北部、曲麻莱县东部、玛多县西部、治多县东南部、杂多县中部和唐古拉乡西部；湖泊约占源区总面积的2%，主要分布在玛多县西部、治多县西部和唐古拉乡西部。

林地约占源区总面积的5%，主要分布在源区东部的兴海县、同德县、泽库县、玛沁县、河南县、甘德县、久治县和班玛县，以及玉树县和囊谦县的东南部一带。

耕地和人工用地在三江源区分布较少，主要分布在源区东部的兴海县、同德县和泽库县。

三江源区土地利用类型自东向西依次为森林、草地和其他3大类，其植被覆盖度
逐渐减低，表现出明显的水平地带性。

结合三江源区土地利用二级分类(图2)和三
江源区DEM可以看出，三江源区土地利用类型随海拔升高依次为落叶林、灌木林、草甸、草原、稀疏草地、裸岩裸土，植被覆盖度依次降低，呈现明显的垂直地带性。

2000年、2005年和2010年3个时段三江源区土地利用类型面积变化表明(表2)，2000年以来，湿地、人工用地总面积呈增加趋势，草地、林地、耕地和其他类型的总面积呈减少趋势。

2000—2010年，湿地总面积增加644.83 km2，增长了1.98%；人工用地总面积增加12.93 km2，增长了4.19%；耕地总面积减少
30.65 km2，降低了5.23%；其他类型总面积减少610.53 km2，降低了0.45%；林地总面积减少2.90 km2，降低了0.020%；草地总面积减少13.66 km2，降低了0.008%。

3.2 土地利用类型之间的转化
土地利用状态转移矩阵能够更好的反映土地利用类型间的转换情况，揭示土地利用转换的具体细节。

利用ArcGIS对三江源区3期土地利用进行相交运算，得到3个时段内土地利用转化矩阵，见表3。

表2 三江源区各时段土地利用类型面积统计类型 2000年 2005年
2010年面积/km2比例/%面积/km2比例/%面积/km2比例/%2000—2005年变化面积/km22005—2010年变化面积/km22000—2010年变化面积/km2林地16660.464.665816661.064.666016657.564.66500.60-3.50-2.90草地171714.1848.0889171708.5748.0873171700.5248.0850-5.61-8.05-13.66湿
地32623.209.136232980.389.236233268.039.3168357.17287.65644.83其他135184.7137.8587134845.0937.7636134574.1837.6877-339.62-270.92-610.53耕地585.570.1640567.280.1589554.920.1554-18.29-12.36-30.65人
工用地308.600.0864314.340.0880321.530.09005.757.1912.93
表3 三江源区土地利用类型转化矩阵 km2年份类型林地草地湿地其他耕地人工用地2000—2005林地16659.391.0000.0700草地
1.66171671.9523.059.233.354.95湿地07.2532565.9250.0400其他
03.84391.41134785.424.010.07耕地024.530.010.39559.920.73人工用地00000308.602005—2010林地16657.073.990000草地
0.14171673.6423.754.810.495.76湿地0.369.2232917.9652.8000.05其他03.07325.85134516.2300耕地010.540.480.38554.431.44人工用地
00.07000314.272000—2010林地16655.504.8900.0700草地
1.70171645.1239.7713.063.8210.71湿地0.369.9432589.6423.230.000.05其他05.45638.14134537.094.010.07耕地035.060.490.77547.09
2.17人工用地00.07000308.53
各时段土地利用类型转化情况如下：
1) 林地转化减少面积较少，主要转化为草地，其中落叶阔叶灌木林转为草甸和草原占主要成分，2000年至2010年其转化面积为4.89 km2。

2) 草地面积转化主要来自于耕地、湿地和林地；其中大部分是由旱地转化而来，2000年至2010年旱地转化为草地面积35.06 km2。

3) 湿地面积增加比较大，主要转化来自于其他和草地；其中湖泊面积在10年间增加525.04 km2，河流面积增加103.11 km2。

4) 其他类型面积减少较多，主要转化为湿地、草地和耕地，其中转化为湿地面积约为638.14 km2，转化为草地面积约为5.45 km2；另外其他类型下的二级分类之间转化比较剧烈，其中转化明显的为冰川或永久积雪转化为裸岩，转化面积为171.57 km2，裸岩转化为冰川或永久积雪面积为108.21 km2。

5) 耕地的转化主要来自于草地和其他，转化总面积较小，其中草地中的草甸转化为耕地面积约为3.35 km2，其他中的稀疏草地转化为耕地面积约为4.01 km2。

6) 人工用地的转化主要来自于草地和耕地，总转化面积较少，其中草地中的草原
转化为居住地面积约为6.13 km2，草甸转化为交通用地面积约为1.73 km2。

总体来看，三江源区土地利用类型之间的转化总面积较小，但转化种类较多，各类型内部转化较多，以及土地利用类型向耕地和人工用地的转化，表明三江源区人类活动对自然生态系统的干预有加强趋势。

3.3 土地利用动态度及转化强度
三江源区3个时段的土地利用动态度变化情况见表4。

表4 三江源区各时段土地利用动态度及转化强度 %年份动态度(LUDD)林地草地湿地其他耕地人工用地综合动态度转换强度(LCCI)2000—
20050.00640.02460.17370.29614.522000.14720.29432005—
20100.02400.02030.18770.24442.31480.02050.12410.23592000—
20100.029 80.04020.10090.48136.93440.02050.22230.5302
由表4可知，三江源区土地利用各类型变化较慢，除耕地外，土地利用动态度均
在0.5%以下。

2000—2005年耕地变化比另外5种类型明显，动态度约为4.52%，其次为其他类型，动态度约为0.30%，而其余的土地利用类型变化都比较小，其
中人工用地的变化最小。

2005—2010年耕地、其他和草地的变化均比2000—2005年小，其中动态度最大的仍为耕地，但其变化明显降低，动态度约为2.31%，其次为其他类型，动态度约为0.24%；林地和人工用地的变化比2000—2005年
有所增加，其中人工用地变化较大，动态度约为0.02%。

总体上，2000—2010
年10年间，耕地的变化最为明显，动态度约为6.93%，其次是其他类型，动态度约为0.48%；耕地和其他类型动态度较大，是由于来自其余几种土地类型的转化
较多，表明耕地和其他类型的土地利用类型变化相对剧烈。

从综合动态度来看，2000—2010年综合动态度为 0.222 3，其中2000—2005
年为 0.147 2，2005—2010年比之前有所减少，综合动态度为 0.124 1；综合动
态度后5年比前5年有所减少，表明后5年生态系统变化减小，土地利用趋于稳定。

从土地利用类型相互转化强度看，2000—2010年转化强度约为0.53%，其中2000—2005年转化强度为0.29%，2005—2010年比之前有所减少，约为
0.24%，表明这10年间，后5年较之前5年土地利用在变好，整体的土地利用有变好的趋势。

3.4 景观格局变化
三江源区3期景观格局指标计算结果见表5。

由表5可知，斑块面积比最大、分布面积占研究区总面积48%的草地景观的斑块平均大小、平均形状指数、平均分维数等指标都显著大于其他景观类型，反映出草地景观在研究区占绝对优势，其完整性和连接性比其他景观类型好，但斑块和景观空间形状较为复杂；从3期动态变化上看，斑块面积比下降，斑块平均大小、平均分维数等指标增加，表现草地景观趋于复杂，受到干扰增强的特征。

表5 三江源区景观格局特征及其变化年份类型斑块面积比(LAND)斑块平均大小(MPS)/hm2平均形状指数(MSI)平均分维数(MPFD)2000林地
4.665728.11396.85091.1753草地48.086498.6338176.82451.3942湿地
9.136521.581413.78781.2028耕地0.164081.92103.22171.1345人工用地0.08684.07141.93811.1018其他37.860559.0757111.60431.34502005林地4.666028.11726.85311.1753草地48.085098.7721181.35861.3962湿地
9.236021.775013.71411.2020耕地0.158981.05903.26861.1352人工用地0.08834.12691.92911.1013其他37.765858.9262108.43501.34432010林地4.665028.10746.84381.1752草地48.082699.1008180.75571.3967湿地
9.317421.906813.74791.2034耕地0.155480.19823.24811.1347人工用地0.09044.22071.92791.1012其他37.689258.7879105.61611.34262000-
57.4369128.8688 1.34722005-57.4317129.75081.34772010-
57.4304128.32491.3471
其他类景观斑块面积比占研究区总面积的37%，其平均形状指数、平均分维数等
指标低于草地景观但显著大于其余景观类型，同时从3期动态变化上看，其斑块
面积比、斑块平均大小、平均形状指数、平均分维数等指标均在降低，表明其连续性和完整性在降低，而景观空间形状的复杂化程度在降低。

耕地景观类型其平均斑块大小为81.06 hm2，仅次于草地景观，但其分布面积只
占研究区总面积的0.16%；耕地景观类型的斑块面积比、斑块平均大小减小，而
平均形状指数、平均分维数等指标增加，表明耕地景观类型完整性和连接性降低，景观空间形状复杂化，耕地景观趋于破碎化。

通过FRAGSTATS计算，分析不同时期三江源区描述景观格局特征的指标(表5和图3)，反映三江源区近10年来这些指标的动态变化趋势，斑块平均大小、平均形状指数、平均分维数等指标减小，反映景观多样性的Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数指标增大，蔓延度指数指标减小；根据这些指标的生态学意义，区域生态演变特征表明：1)景观趋于破碎化，表现为斑块平均大小与蔓延度指数减小，由于景观连续性降低，不同的景观类型之间呈现相间团聚分布。

2)景观趋于多样化，Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数增大，说明区域景观类型增加，或景观类型多样化，反映了各类景观类型呈均衡化趋势发展；由于Shannon均匀度指数与优势度呈负相关，Shannon均匀度指数增加则优势度减小，表明研究区优势景观类型衰减，这与草地景观和其他类景观斑块面积比下降相符。

4 结论
1) 三江源区土地利用类型的空间格局具有地带性。

三江源区最主要的生态系统类
型为草地，约占源区总面积的48%，草地在空间上连片分布，景观结构单一。

湿
地和冰川或永久积雪是高原河流主要的补给来源，是三江源区的江河源特色生态系统，在保证三江源区稳定的水供给功能方面具有重要的地位。

三江源区土地利用类型自东向西依次为森林、草地和其他3大类，其植被覆盖度逐渐减低，表现出明
显水平地带性。

土地利用类型随海拔升高依次为落叶林、灌木林、草甸、草原、稀疏草地、裸岩裸土，呈现明显的垂直地带性。

2) 三江源区土地利用变化相对缓慢，整体上比较稳定。

从2000—2010年三江源
区土地利用变化缓慢，草地、林地、湿地、其他和人工用地的动态度都小于0.5%，其类型之间的转化强度约为0.5%，表明三江源区是生态系统比较稳定的地区。

另外从景观格局方面看，景观整体破碎度有所减低。

从土地利用综合动态度和转化强度方面看，三江源区后5年的变化要明显低于前5年，表明三江源区整体变化在
减慢，土地利用趋于稳定。

三江源区土地利用变化相对缓慢，一方面由于自然保护区生态保护和建设规划等措施对三江源区进行保护和恢复，另一方面气候变化对三江源区土地利用和生态系统稳定具有一定的影响[8，25-26]。

3) 整体上，景观趋于破碎化和多样化。

三江源区近10年来斑块平均大小、平均形状指标、平均斑块分维数等指标减小，反映景观多样性的Shannon多样性、Shannon均匀度指标增大，蔓延度指标减小；由于草地景观和其他类景观斑块面
积比下降，导致研究区优势景观类型衰减，区域景观类型增加，景观类型多样化，各类景观类型呈均衡化趋势发展，景观趋于多样化；景观连续性降低，不同的景观类型之间呈现相间团聚分布，景观趋于破碎化。

[参考文献]
【相关文献】
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