1986—2015年滇西北地区土地利用类型时空动态研究
李晓娜1邓忠坚1王秋华1王玉和2万仕蓉1
( 1. 西南林业大学，云南 昆明 650233；2. 云南省林业调查规划院生态分院，云南 昆明 650002)
摘要： 基于1986年、1995年、2005年3期土地利用数据和2015年的Landsat 8 OLI数据，利用土地利用类型结构变化、分形理论和景观格局指数，分析滇西北地区30 a来土地利用类型的时空变化特征。结果表明：1986—2015年研究区土地利用均是林地占绝对优势，其比例均在64%以上，城乡工矿用地面积最小，面积比例均不足1%，水域除外，其他土地利用类型动态度均呈上升趋势，城乡工矿用地变化最大；土地利用类型转换主要存在于林地—草地—耕地三者之间，2005—2015年间，三者间转换面积达到最大；各土地利用类型分形特征表现为林地、草地、城乡居住工矿用地和未利用土地的斑块形状趋于稳定，而耕地和水域趋于活跃状态；研究区各土地利用类型变化较复杂，景观总体破碎化加剧，连通度增强。
关键词： 土地类型变化；分形特征；景观格局指数；滇西北
土地是人类生存与发展的自然基础。土地利用状况及其变化是陆地对人类社会经济活动的重要响应和表现，是人类陆地自然资源开发和利用的结果，与全球气候变化、生物多样性保护、生态环境变化等所有与可持续发展相关的问题密切相关[1-4]。人类对土地的开发利用以及由此引发的土地覆被变化被认为是全球环境变化的重要组成部分和主要原因[5-10]。近年来，区域土地利用变化的研究一直受到众多学者的关注[11-19]。研究土地利用类型空间分布格局，有利于土地资源的合理配置。
滇西北地区位于金沙江、澜沧江、怒江三江并流大峡谷地区，山河交错，地貌类型复杂，孕育了丰富的动植物资源和景观资源等，是世界生物多样性热点之一，是我国生物多样性保护极其重要的生态功能区和水源涵养区，但由于山高坡陡，生态环境脆弱。随着人口增加和社会发展，滇西北地区对水资源、粮食和能源以及土地资源等的需求持续增加，给研究区的生态环境带来巨大的压力[20-21]。土地利用类型的变化在很大程度上反映生态环境的变化，部分学者对三江并流区1983—1999年间的土地利用变化及其驱动因素进行了分析，表明森林采伐、毁林毁草开荒、林火、基础设施建设和少数民族生产生活方式等因素是影响滇西北地区土地利用发生变化的根本原因[22-25]。然而，2000年以来，国家和云南省实施了大规模的生态建设工程，其对滇西北地区的影响如何尚未可知，分析1986—2015年滇西北地区的土地利用时空变化特征，对于保护滇西北地区的生物多样性和生态系统功能具有重要的意义，可以为研究区制定合理的可持续发展土地利用政策提供科学依据。
1 研究区概况
滇西北地区（24°40′～29°16′N，98°07′～101°31′E）位于横断山脉纵谷区，境内峡谷纵横、山高坡陡，最高海拔6 740 m，最低海拔700 m，相对高差达到6 000 m，是中国地形地貌最为复杂的地区之一。受印度洋西南季风、太平洋东南季风和青藏高原气团的综合影响，该区为典型的内陆性季风气候，冬春季长，夏秋季短，日温差和年温差均较大，干湿季分明，降水集中于夏季，受地形影响，气候复杂，山地立体气候特征明显。
滇西北地区包括丽江市、迪庆藏族自治州和怒江傈僳族自治州3个州市，总面积为59 173 km2，多年以来受气候、地形和社会等多方原因的影响，生产水平落后，经济发展缓慢。1949年国民生产总值还不足1.40亿元，改革开放以后滇西北地区经济发展速度加快，人口大量增加，到1988年GDP达到38.76亿元，人口超过163万；随着社会发展，1995年人口增加到183.85万，GDP增加到29.21亿元，第一产业比重也由1988年的60%以上降低为不足42%。2000年前，林业采伐是研究区地方财政收入和居民获取收入的主要来源，道路和城镇建设均基于林业发展的需要，同时森林大面积采伐也导致研究区植被退化[23]；2000年以后国家实施了“天然林保护工程”，滇西北地区的经济收入逐渐由林业转变为旅游业等第三产业。截止2015年末，人口增加到223.00万，GDP达到564.10亿元，第一、第二和第三产业比重为23.3∶24.3∶52.4。
2 材料与方法
2.1 数据来源及处理
本研究中，1986年和1995年1∶10万以及2005年1∶25万土地利用数据来源于“地球系统科学数据共享网”（http：//www.geodata.cn/data/publisher.html），2015年数据下载自地理空间数据云（http：//www.gscloud.cn/）2014年12月—2016年11月期间研究区（共6景）无云或少云Landsat 8 OLI数据。
2.3.2 土地利用转移矩阵
2.2 影像分类方法
ICU患者是医院感染的高危人群，一旦感染其病死率是未发生感染者的2倍以上，且通常ICU中革兰阴性杆菌的分离率更高，其高耐药率给临床抗感染治疗带来了极大的困扰[3-4]。本研究ICU检出的肠杆菌科细菌占所有病原菌的30.7%，略低于郑恬等[5]的研究（37.3%）；排名前3位的分别为肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌和黏质沙雷菌，与文献[6]报道的前3位细菌 （大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌和阴沟肠杆菌）不同，可能与地区差异有关。但普通病房排名前几位的细菌（大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌和阴沟肠杆菌）与文献[7]报道一致。对本院常见感染菌的监测有助于指导不同科室的临床用药。
根据滇西北地区的实际土地利用状态情况和土地利用/覆盖变化（LUCC）体系，采用国家土地利用一级类型分类标准，将研究区土地分为耕地、林地、草地、水域、城乡居住工矿用地（城镇用地、农村居民点和其他建设用地）和未利用土地6大类。在ArcGIS 10.2的支持下，将所有的数据统一空间分辨率为100 m×100 m（图1）。
总要有一份温暖且贴心的执着，来化解掉包裹灵魂的外壳。原来她不是拒绝，她只是冷得太厉害了，要许多的温暖才能化解。
图1 1986—2015年滇西北地区土地利用类型空间分布
Fig. 1 Spatial pattern of land-use types in Northwest Yunnan from 1986 to 2015
三是明确管护责任。针对不同工程的性质和特点，采取专业化管理、社会化管理和自主管理等多种方式，将工程管护责任落实到产权的所有者和使用者，同时健全管理制度约束管理主体，确保工程能够正常地发挥效益，确保用水户的利益不受损害。
2.3 土地利用类型变化分析方法
2.3.1 土地利用类型动态度
土地利用动态度可以定量描述一定时间范围内各土地利用的变化速度。单一动态度的绝对值用来衡量同一土地利用类型的变化速度，绝对值越大，表明土地利用类型变化相对剧烈，反之表示研究区土地利用相对稳定，动态度值大于0时，表示该类型面积增加，小于0表示该类型面积减小。综合动态度可以描述区域土地利用类型的变化的剧烈程度。主要计算公式如下[18,26-27]：
精度评价是验证影像分类结果可信度，检验影像分类效果的定量评价。本研究在Google影像上随机选取样本点，对分类结果进行精度验证，耕地、林地、草地、水域、城乡居住工矿用地和未利用土地的分类精度分别为94.35%、92.24%、93.65%、92.61%、94.00%和94.76%，总体分类精度为93.60%。
式中：K 和Kl 分别为研究时段（T ）内某一土地利用类型的动态度和综合土地利用类型动态度，U a为研究初期某一土地利用类型面积（km2），U b为研究末期某一土地利用类型的面积（km2），
为研究期间第i 类土地利用类型保持不变的面积（km2），
为 研究时段（T ）内第i 类土地利用类型转换为j 类（非i 类）土地利用类型的面积的绝对值（km2）。
在ENVI 5.1支持下，对Landsat 8 OLI影像进行几何校正、辐射校正、影像增强等预处理，根据研究区的边界对遥感影像进行几何裁剪来获取研究范围。
转移矩阵作为地理学和景观生态学的重要研究方法之一，能够较全面地展示区域土地利用变化的结构特征，已被广泛的用于分析土地利用类型的动态。本研究采用研究区土地利用类型面积作为状态转移矩阵中的向量，分析计算了研究区1986—1995年、1995—2005年、2005—2015年3个时期的土地利用状态转移矩阵。
在线二维柱切换-高效液相色谱法测定人血清中多索茶碱浓度 ……………………………………………… 郑玲利等（9）：1264
2.4 土地利用类型空间格局变化分析方法
2.4.1 分形维数和稳定性指数分析
分形理论始于20世纪70年代，是研究不规则自相似体系的理论。分形理论将土地利用斑块看作是不规则几何对象，运用分形思想探讨土地利用类型的分布和变化规律，可以进一步表征空间镶嵌结构的复杂性和稳定性。稳定性指数可以反映某种土地利用类型在自然状态下抵抗外界干扰，维持自身形态的能力，是衡量土地利用结构稳定程度与否的基本指标。分形维数和稳定性指数的计算方法[28-29]如下：
随着互联网技术和信息技术的不断发展，远程教学、网络在线教学等教学模式如雨后春笋，而相应的自主学习、协作学习等学习模式也在不断创新，从而为成人学习者学习方式的转变提供了可能。传统成人学习者通常是教师教什么学什么，教师要求学什么就学什么，是一种被动的接受的甚至是强迫式的学习，而随着成人教育者越发考虑到成人学生的具体要求和实际情况即学习时间有限学习目的强等因素，成人教育目前也多以远程教学和网络教学为主，这就要求学生有较高的自主学习能力，能严格按照教师的要求自主完成教学任务[4]。除了完成教师在网络上布置的具体任务之外，学习者还应根据自己的实际需求自主学习某些知识和技能。
式中：A （r ）和P （r ）是分别是斑块类型的面积和周长，D 为斑块的分形维数，C是不定常数，S 为稳定性指数。
分形维数可以用来量化斑块形状的复杂程度，一定程度上反映人类活动对景观的影响。分形维数的理论值范围为1～2，D 值越大，表明斑块的破碎程度越大。当D =1.5时，图斑稳定性达到临界值。该土地利用类型的分维值越接近临界值，其稳定性就越差，相反则越好[29]。稳定性指数基于分形维数计算而来，是衡量土地利用状态稳定程度的指标。其理论值范围为0～0.5，S 值越大，说明该地类空间结构越处于稳定状态，反之越不稳定。
2.4.2 景观格局指数
本研究选取斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、景观分割度（DIVISION）、连通度指数（COHESION）、聚集度指数（AI）、香浓多样性指数（SHDI）和香浓均匀性指数（SHEI），运用Fragstats 4.2在类型或景观水平上进行计算，以弥补分形维数和稳定性指数的不足，更好的阐释研究区土地利用类型的变化。
该方案的缺点为：地铁车站被一分为二，对客流组织、运营管理、设备布置以及消防疏散提出了更高要求；乘客使用不方便，运营管理人员、费用将增加；车站与高架桥总宽度约46 m，占用地下空间资源较大；施工过程中增加了两排围护墙，工程造价有一定的增加。
利用非监督分类的方法进行影像分类和目视解译，借助Google earth高分辨率影像对获得的分类数据进行人工修改和校验，最终在ArcGIS软件的支持下建立空间属性数据库，获取满足本研究需要的2015年滇西北地区的土地利用类型数据。
三是构建专业化服务团队。将群众需求和自身服务能力有机结合起来，鼓励党员干部结合自身专业和岗位实际，有机组建各类服务团队，如志愿服务团队、科技服务团队、信息化服务团队、就业服务团队等，针对性开展服务工作。在全校范围内倡议和吸引具相关专业背景和能力的党员同志补充到服务团队中，切实提升服务实效和影响力。
3 结果与分析
3.1 土地利用类型动态分析
以1986年、1995年、2005年、2015年4个时期的土地利用类型数据为基础进行转移矩阵分析，结果见表1～3。前2个时段均是林地的转出面积最大，主要转出流向为草地和耕地；其次是草地，主要转向为林地和耕地。而2005—2015年，草地的流转面积最大，主要转出流向为耕地和林地；其次是林地，其主要转向耕地和草地。3个时段内，6类土地利用类型中均是城乡居住工矿用地的面积转出最少。由此可见，滇西北地区土地利用类型间的转换主要在耕地、林地和草地之间互相流转。与此同时，耕地的转出面积也由第1时段的1 231.07 km2增加到第3时段的2 257.46 km2，其主要转向为林地和草地，其次是城乡居住工矿用地。与前2个时段相比，第3时段的各类土地利用类型互相转化面积大幅增加，这可能与近年来滇西北地区的人口变化与经济的快速发展密切相关。
燕妮是李树化的法国籍妻子。她的全名是珍妮·夏纳（1903—1995，见照片1），比李树化小两岁。珍妮是一位虔诚的天主教徒，她的父亲是瓦斯厂工人，母亲是裁缝，住在里昂近郊的维乐班市，珍妮14岁到纪来（Gilet）针织漂染厂做工。李树化于1919年18岁时到法国留学，1921年9月考入里昂中法大学，同时又在里昂音乐院学习。这时他认识了年轻的法国姑娘珍妮，他们相恋后于1926年在里昂结婚。
1986—2015年滇西北地区土地利用类型面积变化情况见图2。由图2可知，30 a（1986—2015年）来滇西北地区均以林地为主，各土地利用类型比例均为林地＞草地＞耕地＞未利用土地＞水域＞城乡居住工矿用地。1986年滇西北地区耕地、林地、草地、水域、城乡居住工矿用地和未利用土地占研究区总面积的比例分别为7.09%、65.69%、23.11%、1.19%、0.11%和 2.81%；与1986年相比，1995年林地比例增加了1.43%，其他各土地利用类型面积的比例均有所降低；与1995年相比，2005年林地面积有所降低，其他各土地利用类型面积比例均有增加；到2015年研究区的耕地、林地和城乡居住工矿用地的面积分别增加至8.60%、75.36%和0.34%，草地、水域和未利用土地的面积分别降低至研究区总面积的12.77%、0.77%和2.26%。
图1 1986—2015年滇西北地区土地利用类型面积比例
Fig. 2 Percentages of land-use types in Northwest Yunnan during the period of 1986-2015
3.1.2 土地利用类型间转化特征
3.1.1 土地利用类型面积变化
表1 1986—1995年土地利用类型转移矩阵
Table 1 Transition matrix of land-use types from 1986 to 1995 km2
表2 1995—2005年土地利用类型转移矩阵
Table 2 Transition matrix of land-use types from 1995 to 2005 km2
表3 2005—2015年土地利用类型转移矩阵
Table 3 Transition matrix of land-use types from 2005 to 2015 km2
3.1.3 土地利用类型动态度变化
滇西北地区1986—2015年土地利用动态度变化见表4。由表4可知，研究区各时段同一土地利用类型和同一时段不同土地利用类型的动态度有差异。同一时段内，第1时段城乡居住工矿用地变化速度最快，其次是水域，而耕地、林地和未利用土地的动态度绝对值均不足0.10；第2时段各土地利用类型动态变化表现为城乡居住工矿用地动态度最大，达到2.69，耕地、林地和水域有所减少，未利用土地和草地有增加，但动态度值均较小（＜1.00）；与前2个时段相比，第3时段各土地利用类型的动态度均最大（＞1.00），草地和水域的面积降低，而耕地、林地、草地、城乡居住工矿用地和未利用土地的面积均呈增长趋势，其中城乡居住工矿用地的动态度达到最大（17.17）。
表4 1986—2015年土地利用动态度变化
Table 4 Changes in dynamic indexes of land-use from 1986 to 2015
滇西北地区土地利用类型的综合动态度在前2个时段（1986—1995年和1995—2005年）比较相近，2005—2015年间，各土地利用类型动态度和区域综合动态度均为最高值，各土地利用类型间流转较为剧烈，从侧面表明2005—2015年滇西北地区社会经济发展均较迅速。
3.2 土地利用类型空间特征变化分析
3.2.1 土地利用类型分形特征分析
湖北华贵负责将原材料收购到生产基地，农户负责原材料的生产提供。虽然湖北华贵与农户签订了保护价协议，进行订单式买断，在一定程度上保障了农户的利益，但到提供原材料这里，湖北华贵与农户的利益联结就断开了。在这个过程中，农户仅仅只在生产环节获利，并没有得到农产品加工后的增值利润。湖北华贵的产业链主要是从农户到合作社再到加工企业，继而由企业负责销售即止步，没有延伸至配送、物流、仓储等环节，产品的运输完全依靠物流公司,产品产业链延伸范畴狭窄，且没有让农户参与到更多的环节中，属于低层次的利益联结。企业与农户的利益联结机制不完善，农户的生产积极性和农产品产量难以提高，生产规模难以扩大。
各年度土地利用类型分形维数和稳定性指数见表5。由表5可知，研究区4个时期的耕地、林地、草地、水域、城乡居住工矿用地和未利用土地6大地类的分维值和稳定性指数的范围分别为1.31～1.58和0.01～0.19。各土地利用类型的分维值相比，城乡居住工矿用地（1.50±0.05）＞林地（1.50±0.03）＞草地（1.48±0.07）＞耕地（1.48±0.04）＞未利用土地（1.47±0.09），稳定性指数表现为未利用土地（0.09±0.05）＞水域（0.08±0.06）＞草地（0.05±0.05）＞城乡居住工矿用地（0.04±0.03）＞耕地（0.03±0.04）＞林地（0.03±0.01）。
表5 1986—2015年土地利用类型分形维数和稳定性指数
Table 5 Fractal-dimension and stable-index among land-use types from 1986 to 2015
研究时期（1986—2015年）内，各土地利用类型的分维值和稳定性指数均呈波动变化。各时期相比，林地、草地和未利用土地趋于简单状态下稳定，城乡居民工矿用地趋于复杂状态下的稳定，而耕地和水域趋于更加不稳定状态。
3.2.2 景观格局指数分析
景观水平上，1986—2015年研究区景观格局指数变化见表6。由表6可知，研究区各指数均呈波段变化，1986—2005年斑块密度、香浓多样性指数和香浓均匀度指数几乎无变化，与其他年份相比，2015年各指数变化较大，其中斑块密度、形状指数和景观连通度达最大，而分割度指数、SHDI、SHEI和聚集度指数降低到最小。
表6 1986—2015年景观水平格局指数的变化
Table 6 Changes of the pattern indexes at the landscape-level from 1986 to 2015
类型水平上，6类土地类型各景观指数变化见图3。由图3可知，耕地、林地、水域、城乡居住工矿用地和未利用土地的斑块呈波动上升，草地的PD和LSI呈波动下降；耕地、草地、水域和城乡居住工矿用地的COHESION呈波动下降，林地和未利用土地的COHESION呈波动上升；对于分割度而言，耕地、草地、城乡居住工矿用地和未利用土地几乎无变化，仅林地和水域波动较大；各土地利用类型的AI的变化表现为耕地、草地、水域和城乡居住工矿用地呈降低趋势，而林地和未利用土地呈增大趋势。
图3 1986—2015年研究区类型水平的格局指数变化
Fig. 3 Changes of pattern indexes at the class-level in the study area from 1986 to 2015
景观指数变化表明，研究区耕地、草地、水域和城乡居住工矿用地呈破碎化，连通度有所降低，林地和未利用土地呈聚集分布，连通度增加。研究区景观整体趋于破碎化，连通度增强，分割度减弱。
4 结论与讨论
滇西北地区土地利用类型变化表明，30 a来研究区土地利用类型均以林地为主，面积呈波动变化，近年来由于实施了系列的生态恢复工程，林地面积有所增加。耕地和城乡居住工矿用地不断增加，尤其是城乡居住工矿用地在2015年增长到总面积的0.34%，人为活动对滇西北地区的土地利用影响越来越大，耕地—林地—草地三者之间的大面积流转是研究区土地利用类型变化最显著的特征。
土地利用类型变化度表明，该区土地利用类型的变化速度整体上呈增大趋势，其中城乡居住工矿用地最为活跃，水域次之；各研究时段动态度相比，较前2个时段，近10 a来滇西北地区各土地利用类型的动态度和综合动态度均大幅增加，其中城乡居住工矿用地变化度达到17.17，综合动态度高达49.50。分形特征表明，林地、草地和未利用土地的斑块形状趋于规则稳定，城乡居住工矿用地的斑块趋于复杂稳定，而耕地和水域趋于活跃状态。研究区各类景观指数均呈波动，各土地利用类型景观指数变化较复杂，耕地、草地、水域和城乡居住工矿用地4种土地利用类型斑块破碎化，林地和未利用土地2种土地利用类型趋于聚集分布。研究区景观整体趋于破碎化，连通度增强。
研究表明，2000年以前研究区森林遭受大面积采伐，采伐是导致研究区土地利用类型发生变化的根本原因[23-28]。2000年后滇西北地区全面停止了天然林采伐，实施了大规模的生态建设工程，这可能是2015年林地面积增加的主要原因。人口激增和经济发展可能是导致研究区耕地和城乡居住工矿用地面积持续增加的原因，人口增加、经济发展和国家政策可能对于土地利用类型的格局变化有着至关重要的影响。
习近平总书记在十九大报告中指出，实施健康中国战略，人文关怀与心理疏导的实施使患者有了更多的自觉性，乐观的面对疾病，早期接受治疗，早期康复，推动健康中国的目标的实现。随着社会的发展，在护患长期的接触中，护患关系的不和谐也浮出水面[4]。人文关怀与心理疏导的实施有利于护患关系的缓解即是一段人际关系的缓和，促进和谐护患关系的构建，推动和谐社会的构建，减少护患纠纷与护患冲突，利于缓解护患关系紧张的现状。
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Temporal and Spatial Dynamics of the Land-use Types in the Northwest Yunnan from 1986 to 2015
Li Xiaona 1, Deng Zhongjian 1, Wang Qiuhua 1, Wang Yuhe 2, Wan Shirong 1
(1. Southwest Forestry University, Kunming Yunnan 650233, China； 2. Branch of Ecology, Yunnan Institute of Forestry Survey and Planning, Kunming Yunnan 650002, China)
Abstract： The land use data of 1986, 1995 and 2005, and 2015's Landsat OLI data in the Northwest Yunnan region were used to analyze changes in land-use type of the study area in the recent 30 years through dynamics in the land-use types, fractal theory, and landscape pattern indexes. The results showed that the woodland always dominated the study area from 1986 to 2015, whose percentages was more than 64% of total study area, and the urban land was always increasing though its area was less than 1%, the dynamic indexes of other land-use types were mostly increasing, and the changes of urban-land area was fastest； the major area-transformation among land-use types was in woodland, grassland and cropland, the number of transformation reached its maximum in the decade of 2005-2015； The fractal feature of land types for the study area was obvious, the woodland, grassland, urban-land and unutilized-land tended to relative stabilization, while cropland, and water was tended to active. The fragmentation of overall land landscape was increased, and each land-use type was tended to be aggregated.
Key words: changes in land-use types；fractal characteristics；landscape pattern indexes；Northwest Yunnan
中图分类号： P901； F301.24
文献标志码： A
文章编号： 2095-1914(2019)06-0137-09
DOI： 10.11929/j.swfu.201903116
引文格式： 李晓娜, 邓忠坚, 王秋华, 等. 1986—2015年滇西北地区土地利用类型时空动态研究[J]. 西南林业大学学报（自然科学）, 2019, 39(6)： 137-145.
收稿日期: 2019-03-20 ；
修回日期: 2019-08-15
基金项目: 西南林业大学科研启动基金（111610）资助；云南省农业联合基金（2017FG001（-075））资助；国家自然科学基金（41561004）资助。
第 1 作者: 李晓娜（1985—），女，博士，助理研究员。研究方向：景观生态学。Email： xiaonali_20060429@163.com。
通信作者: 邓忠坚（1979—），男，博士研究生，高级实验师。研究方向：遥感和地理信息系统及其在环保、林业中的应用。Email： 43946916@qq.com。
(责任编辑 陆 驰)
标签：土地类型变化论文; 分形特征论文; 景观格局指数论文; 滇西北论文; 西南林业大学论文; 云南省林业调查规划院生态分院论文;