| 标题 | 中缅泰老“黄金四角”地区缅甸段土地利用与景观格局变化分析 |
| 范文 | 张磊 武友德 李君 李灿松 摘 要：以中缅泰老“黄金四角”地区缅甸段为例，通过构建土地利用重心测度、动态变化及景观指数等模型，对其1993年～2017年的土地利用与景观格局变化状况进行探究，得出以下结论：①随时间演进，研究区林地显著扩展而草地、耕地、灌丛及水体等均大幅减少，建筑用地虽扩展显著但比重始终较小；各土地利用类型的空间分布重心及其转移变化差異显著，24年间，建筑用地、耕地、草地、水体及湿地重心均整体向东北方向偏移而林地与灌丛重心偏向西南。②研究区土地利用变化速度整体较快但小幅放缓，土地利用空间变化剧烈的区域主要集中在林地、草地及耕地等用地类型上；随时间演进，各用地类型均发生了较明显的相互转化，其中以林地、草地、耕地及灌丛的间转化最为显著。③从斑块类型尺度来看，研究区不同用地斑块间的景观指数及其变动差异悬殊，整体而言，灌丛、草地及耕地的斑块密度明显较高但形状规整程度显著较低，而林地的平均斑块面积远大于其余地类。④从景观总体尺度来看，研究区景观的多样性与均匀度指数均持续降低而破碎度指数整体减小，各用地景观面积差异持续扩大且空间分布的均匀程度不断降低，整体呈由分散分布向集中布局的转变。 关键词：土地利用；景观格局；中缅泰老“黄金四角”；东掸邦地区 中图分类号：F301.2 文献标识码：A 0 引言 作为自然基础上人类活动的直接反映，土地利用变化已成为探讨人地关系地域系统的重要切入点[1]，土地利用方式及组合的变化不仅会对生态环境造成影响，更可直观体现人类对地球表面景观的改造过程[2]，加强该方面的研究对提高区域土地的可持续利用程度及社会、经济与生态效益均有重要的指导意义。而作为不同层次或相同层次水平景观生态系统在空间上的依次更替和组合，景观格局可直观显现景观生态系统纵向及横向的镶嵌组合规律，并已成为揭示区域土地利用变化及生态状况时空分异的有效手段[3]。近年来，随景观生态学的观点与方法在土地利用变化研究中的应用不断深入，景观格局与土地利用的结合研究日益凸显[4，5]，并引起了国内外学者的广泛关注。相较而言，国外学者的研究起步较早，研究重点一方面集中在对土地利用与景观格局的演变过程及尺度效应的测度上[6-8]，另一方面侧重于对土地利用景观格局与景观过程之间相互关系的分析[9，10]；近年来，随3S等技术的成熟，国内学者对土地利用与景观格局的结合研究日趋增多，并已分别基于不同尺度[11，12]和视角对土地利用与景观格局的时空变化状况[13，14]、过程[15，16]、驱动机制[17，18]及模拟预测[19，20]等做了大量分析。 随着经济全球化与区域一体化进程的加快，世界范围内的区域合作随之蓬勃发展，作为中国与东盟接触地带已经形成的唯一多国地缘经济区[21]，中缅泰老“黄金四角”（简称：“黄金四角”）这一长期经济发展滞后、社会问题频发、传统与非传统安全问题叠加、边境纠纷持续的典型“敏感”与“问题”区域，正逐步成为国际社会研究与关注的焦点。众多的国际经济合作和资源开发项目、大规模的基础设施建设与禁毒活动[22]与土地利用方式的特殊性及明显的国别对比、广泛分布的热带雨林、相当面积的罂粟林及显著扩张的橡胶园等替代种植作物区，更使得该区成为“国际地圈与生物圈计划”（IGBP）及“联合国减少森林砍伐和退化造成的碳排放计划”（REDD）等研究LUCC（土地利用/土地覆盖变化，Land Use and Land Cover Change）的前沿和热点地区之一[23，24]。文献整合发现，关于“黄金四角”地区土地利用与变化的研究主要集中在对老挝、泰国北部及中国西双版纳等地区典型地类（橡胶林等）的遥感监测、信息提取及分布特征分析等方面[25-27]，而对缅甸段及将土地利用与景观格局相结合，直观地揭示区域土地利用变化、组合及生态状况的研究略显不足。鉴于此，本研究以中缅泰老“黄金四角”地区缅甸段为例，在GIS等技术的支撑下，综合运用土地利用重心测度、动态变化及景观指数等分析模型，对该区土地利用与景观格局的变化特征进行分析，以期探析其土地利用与景观格局的变化规律及存在问题，增加国际社会对该地区土地利用及景观格局的认识，为后续关于该区土地利用变化的驱动机制、生态效应及模拟预测研究提供参考。 1 研究区域与数据来源 1.1 研究区域 中缅泰老“黄金四角”地区位于澜沧江—湄公河中上游，地势北高南低，整体处北纬 17°16′—24°50′、东经 98°01′—103°24′之间，属热带、亚热带季风气候。在地理空间上主要包括中国云南西双版纳州和普洱市、老挝北部的上寮地区五省（琅南塔省、乌多姆赛省、波乔省、丰沙里省、琅勃拉邦省）、缅甸东北部的东掸邦地区（景栋县、孟别县、大其力县、孟萨县、勐腊等县）及泰国北部的清迈、清莱两府[21，22]（图1a）。作为中国与东盟接触地带已经形成的唯一多国地缘经济区，自1993年泰国政府正式提出“金四角计划”以来，在“中国—东盟自由贸易区”及“一带一路”等持续推动下，该区在交通设施建设、水土资源开发、跨境旅游与经贸合作等诸多领域均取得了显著成就，在推进和共建“孟中印缅经济走廊”、“中国—中南半岛经济走廊”以及“大湄公河次区域合作”中的地缘政治和经济战略价值日趋凸显。 中缅泰老“黄金四角”地区缅甸段主要指缅甸东北部的东掸邦地区（包括景栋、孟别、大其力及孟萨等县的部分地区），总面积约1.95万平方公里，为缅北华人主要聚居区（图1b）。作为典型的多民族聚居发展中地缘经济区和罂粟种植区[22]，该区一直备受国际社会的关注，近年来，随着以水电开发、道路建设、禁毒与替代种植为代表的诸多国际合作与资源开发项目的开展，该区土地资源的利用与覆被景观变动显著，已成为当今LUCC正在发生急剧变化的热点地区之一[22]。 1.2 数据来源 本文中进行土地利用与景观格局分析所用的数据源为USGS（http：//glovis.usgs.gov）提供的研究区1993、2005及2017年Landsat MSS/TM、ETM+遥感影像（分辨率30m）。 基于ENVI 5.3对遥感影像进行辐射定标、大气校正、几何精度校正、影像拼接和不规则分幅等预处理，采用K-T变换、波段合成等手段对不宜辨别的地物进行图像增强处理，加强目标区域地物类型的辨识特征；参照Globalland30全球地表覆盖遥感制图分类系统，结合研究区土地利用野外调查数据，将研究区土地利用分为草地、耕地、灌丛、林地、建筑用地、湿地及水体等7类（图2）；借助2017年8月31日至9月12日的野外采样点数据和控制点数据，并在GoogleEarth上随机选取土地利用样点对研究区1993、2005和2017年土地利用解译数据进行精度验证，结果显示解译精度分别为81.73%、83.64%和87.23%。 2 研究方法与指标选取 2.1 土地利用重心测度模型 土地利用重心，即土地利用类型的几何平衡点，是衡量某用地类型在区域内总体分布状况的重要指标，可表示其分布的总趋势和中心区位[28]。计算公式如下： 其中Xt、Yt分别为研究区第t年某用地类型的重心坐标；n为斑块数量，xi、yi第i个斑块的重心经、纬度；Mit为t年第i个斑块的面积。 土地利用重心移动距离测度公式为： 其中（Xm，Ym）、（Xt，Yt）分别为第m、t年某用地类型的重心坐标，E为常数，取111.111km[29]。 2.2 土地利用变化分析模型 （1）综合土地利用动态度 综合土地利用动态度是指在一定时段内研究区整体土地利用类型的变化速度，不仅可从全域分析土地利用的空间变化过程[30]，更能进一步反映区域内的社会经济活动对其土地利用变化的综合影响[31]。公式为： 式中：S为综合土地利用动态度，Si为监测开始时第i类土地利用类型面积，△Si-j为监测时段内第i类土地利用类型转为其他类土地利用类型面积总和，t为监测时段。 （2）土地利用空间变化率 为识别一定时段内不同土地利用类型变化的剧烈度与活跃度，分析各类型用地转移与新增规模对研究区土地利用变化的影响[30]，参照李灿等学者的研究，构建土地利用空间变化率模型。公式为： 式中：Fi为第i类土地利用的空间变化率指数，△Vi为研究时段内第i类土地利用的变化规模（包括转入与转出规模），TLA为研究区面积。 （3）土地利用转移矩阵 土地利用转移矩阵是用来描述不同土地利用类型间转换情况的测度模型，不仅可反映研究初、末期的土地利用类型结构，还可反映研究时段内各土地利用类型间的转移变化情况，更可刻画区域土地利用变化方向及研究期末各土地利用类型的来源与构成状况[31]。其数学形式详见文献[32]。 2.3 景观格局变化分析指数 参照相关学者研究[11，12，33，34]，结合研究区特点，基于斑块类型和景观2个尺度分别选取斑块密度（PD）、平均斑块面积（MPS）、景观形状指数（LSI）及Shannon多样性指数（SHDI）、景观破碎度指数（LFI）、Shannon均匀度指数（SHEI），作为分析研究区景观格局变化特征的指标，上述景观指数均通过Fragstats3.4计算得出（表1）。 3 土地利用变化分析 3.1 土地利用面积及空间变化特征 3.1.1 土地利用面积变化特征 总体而言，1993年～2017年东掸邦地区林地扩展明显，在用地景观中的主导地位显著增强，24年间林地增加了7196.1km2，用地占比由1993年的52.43%增至2017年的88.22%（图2、图3）；其次，研究区草地、耕地及灌丛面积均大幅度减小，用地占比分别由1993年的24.5%、18.76%、2.2%降至2017年的2.16%、6.92%、1.02%，其原因一方面在于受以橡胶林和香蕉林为代表的经济林木用地扩展驱动，研究区传统的稻作用地大量转型并减少，另一方面在于随替代种植的深入，研究区以罂粟为代表的草本植物用地大量转为经济林木或耕地；再次，24年间研究区水体面积显著减少而湿地面积有所增加，这在一定程度上体现了澜（沧江）—湄（公河）治理及水资源综合开发对该区土地利用的影响；最后，建筑用地扩展显著但比重较小也是研究区土地利用的一个特点，这在一定程度上体现了该区社会经济发展速度较快但水平仍较低的现状。 3.1.2 土地利用空间变化特征 通过对比研究期初和期末各土地利用类型的分布重心，可对研究时段内土地利用的空间变化特征及规律进行探索[35]。参照相关学者研究[36]，本文引入土地利用重心测度模型对东掸邦地区1993年～2017年的土地利用空间变化特征进行测度（图4）。发现： （1）研究区建筑用地与耕地重心分别位于几何重心（99.91E，20.97N）的西南及北偏西方向，平均偏移分别约46.11km、30.13km；随时间演进，二者重心均整体呈向东北方向偏移的态势。表明该区东北部临近中国的孟别县逐步成为开发重点，土地利用程度不断提升。 （2）相较而言，水体与湿地重心与几何重心间距离较远且整体位于其南部；24年间，二者重心的空间分布变动显著且均持续向东北湄公河方向大幅偏移，偏移距離远超其他用地类型。在一定程度上表明湄公河及其沿线区域在该区水体及湿地等用地类型中的主导地位日趋增强。 （3）草地与灌丛重心整体位于几何重心的西南部，随时间演进，二者重心虽均呈先东北后西南的偏移态势，但草地总体向东北方向偏移显著而灌丛更侧重向西南偏移。 （4）作为研究区主要用地类型，林地重心与几何重心间偏离度最小，平均偏移仅13.87km；随时间演进，林地重心整体向西南方向偏移，表明在以孟萨县为主的西南部地区，林地在用地景观中的主导地位进一步增强。 3.2 土地利用动态变化分析 3.2.1综合土地利用动态分析 基于公式（4）对东掸邦地区综合土地利用动态度进行分析，发现，研究区土地利用变化速度整体较快，24年间，社会经济发展对该区土地利用影响较为强烈；随时间演进，研究区土地利用变化速度小幅下降，人类活动对土地利用的影响日趋理性。1993年～2005年，研究区综合土地利用动态度为43.07，土地利用变化速度较为剧烈；相较而言，2005年～2017年综合土地利用动态度降至37.59，土地利用变化速度相对平缓。 3.2.2土地利用空间变化率分析 基于公式（5）对东掸邦地区各土地利用类型1993年～2017年的空间变化率进行测度（图5），发现： （1）不同土地利用类型间的空间变化率差异悬殊，空间变化剧烈的区域主要集中在林地、草地及耕地等用地类型上。24年间，林地和草地的空间变化率远高于其他用地类型，表明此类用地区域的空间变化极为活跃；耕地和灌丛的空间变化率较大，用地区域的空间变化较为显著；值得注意的是，建筑用地、湿地及水体的空间变化率均相对较小，这与地类面积较小息息相关。 （2）随时间演进，林地、草地、耕地、灌丛及水体的空间变化率均显著下降而建筑用地与湿地则有所上升，其中，建筑用地空间变化率的增幅尤为显著，表明24年间研究区土地开发建设活动日趋活跃。 （3）1993年～2017年，不同土地利用类型的空间变化活跃度差异显著减小，各用地类型间的空间变化率标准差由1.45跌至0.32。 3.2.3土地利用转移变化分析 基于ArcGIS平台可获取东掸邦地区不同时段土地利用状况及转移矩阵（表2、表3）。发现，24年间研究区各土地利用类型均发生了较明显的相互转化，其中以林地、草地、耕地及灌丛最为显著。 （1）1993年～2005年，林地转化为其他用地类型的面积为1935.24km2，其中，49%转为耕地、37.6%转为草地，而7.7%转为灌丛；由其他用地类型转为林地的面积多达7458.9km2，其主要来源于草地（57.5%）与耕地（34.9%）的转移，从而使得林地面积整体扩大5523.7km2。相较而言，灌丛面积变动较小，整体有所下降，减少的灌丛主要转为林地（80.8%）但同时也从林地、耕地及草地等转入了超过270km2。整体而言，草地与耕地的转出量远大于转入且主要转为林地，其原因一方面与该区适宜林地的生长环境及所处地势相关，另一方面受该区大规模种植经济林木驱动，大量荒山被开发，相当数量的草地、耕地转为林地，其中草地、耕地向林地的转化面积分别为林地转化为草地、耕地面积的5.9和2.7倍。 （2）2005年～2017年，各主要用地类型的转移情况与1993年～2005年间大体一致。其中，林地转化为其他用地类型的面积仅为306.27km2，而由其他用地类型转入的面积达1835.17km2，且主要来源于草地（62.3%）的转移。灌丛转为林地、草地等的面积为250.65km2，而由草地、林地及耕地等转入的面积为169.92km2，从而使得灌丛面积持续下降。 相较于1993年～2005年，草地与耕地的转出量虽仍远大于转入且仍主要转为林地，但转移规模大幅减小，其中以其他用地类型转入为耕地的面积降幅最为显著，不仅表明随时间演进研究区土地利用结构日趋稳定，也在一定程度上体现了该区以水稻种植为主的传统农业用地规模日趋减少的态势。 （3）值得注意的是，24年间，研究区建筑用地的变动面积大幅增加，转入面积远大于转出且差异显著扩大而水体变动面积则持续减小，其中由其他用地类型转入的面积降幅尤为突出。不仅表明该区土地开发利用程度及受社会经济发展影响持续增加，也体现出坑塘治理正逐步成为该区提高土地利用效率的手段之一。 4 景观格局变化分析 4.1 斑块类型尺度变化分析 斑块类型尺度上的分析主要以描述斑块及斑块之间的特征为基础，探索不同用地景观间的差异及变化规律。鉴于此，本文选择斑块密度（PD）、平均斑块面积（MPS）及景观形状指数（LSI）等3个反映景观破碎化、异质性及形状复杂度的指标从斑块类型尺度对东掸邦地区1993年～2017年的景观格局进行分析（表4）。发现，24年间，研究区不同用地类型斑块间的景观指数差异悬殊。 （1）各用地景观间的斑块密度差异显著，灌丛、草地及耕地显著高于其他地类；随时间演进，各用地景观的斑块密度变动幅度与趋势差异明显。其中，灌丛、林地、水体及湿地均持续下降且降幅显著，而建筑用地则显著上升但增幅放缓，草地与耕地虽均呈先升后降的变动态势，但草地整体下降，斑块分布趋于集中而耕地整体上升，斑块分布的破碎化程度增加。 （2）各用地景观间的平均斑块面积差异较大，林地远大于其余地类；随时间演进，各用地景观的平均斑块面积变动存在差异，林地、湿地及水体均持续扩大且后12年增幅较高，而草地与耕地则持续减小且前12年降幅尤为显著，建筑用地与灌丛的变动相对较小，均呈先降后升整体小幅扩大的变动态势。 （3）各用地景观间的斑块形状指数差异悬殊，灌丛、草地及耕地的斑块形状规整程度显著低于其他地类，这与其斑块密度较大且分布破碎相关；1993年～2017年，各用地景观的斑块形状指数变动各具特色，其中，草地、耕地及灌叢、林地均呈先升后降的变动态势，但整体而言草地与耕地有所提升而灌丛与林地则大幅下降，受近年来大规模且无序的城乡用地扩展影响，研究区建筑用地的斑块形状指数持续上升而受河道及坑塘整治驱动，湿地与水体的斑块形状日趋规整。 4.2 景观尺度变化分析 景观尺度上的分析侧重于描述整体景观结构的生态过程，为全面反映景观格局变动态势，本文对东掸邦地区景观的Shannon多样性（SHDI）、破碎度（LFI）及Shannon均匀度（SHEI）等指数进行了测度（表5）。发现： （1）随时间演进，研究区Shannon多样性指数持续降低且降幅有所减小，表明各用地景观在总体中所占比例的差异持续扩大，但差异增幅减小。 1993年～2005年，研究区景观多样性指数大幅降低，其原因主要在于林地大幅正增长而草地、耕地显著减少，使各用地景观在总体中所占比例差异显著扩大；2005年～2017年，受林地在用地景观中的主导性进一步增强驱动，研究区景观多样性指数持续下降，各用地景观在总体中所占比例差异进一步扩大。 （2）24年间，研究区景观破碎度指数呈先升后降整体降低的变动态势，表明其用地景观的破碎化程度有所改善，整体呈由分散分布向集中布局的转变。 1993年～2005年，受耕地及草地斑块数量大幅增加而面积显著下降驱动，研究区用地景观的破碎化程度整体上升；2005年～2017年，受草地及灌丛斑块数量大幅减少且降幅高于面积影响，研究区用地景观的破碎化程度显著下降，整体向集中布局转变。 （3）1993年～2017年，研究区Shannon均匀度指数持续下降，各用地景观在空间上分布的均匀程度不断降低，在一定程度上体现了该区人类活动与社会经济发展的时空分异对土地利用的影响。 5 结论与讨论 基于土地利用信息与变化数据，通过构建土地利用重心测度、动态变化及景观指数等分析模型，本研究对中缅泰老“黄金四角”地区缅甸段1993年～2017年土地利用与景观格局的变化进行了探究，得出以下结论： （1）隨时间演进，东掸邦地区林地扩展明显，在用地景观中的主导地位显著增强；受替代种植、澜（沧江）—湄（公河）治理等综合影响，草地、耕地、灌丛及水体面积均大幅度减小；此外，建筑用地扩展显著但比重较小也是该区土地利用的一个特点。 （2）24年间，东掸邦地区各土地利用类型的空间分布重心及其转移变化差异显著。建筑用地、耕地、草地及灌丛重心整体位于几何重心的西南方向，林地重心与几何重心间偏离度最小而水体、湿地重心与几何重心间距离较远且整体位于其南部；随时间演进，建筑用地、耕地、草地、水体及湿地重心均整体向东北方向偏移，且水体与湿地的偏移距离显著较大而林地与灌丛重心整体向西南偏移，表明在以孟萨县为主的西南部地区，林地和灌丛在用地景观中的主导地位进一步增强。 （3）东掸邦地区土地利用变化速度整体较快，社会经济发展对该区土地利用影响较为强烈，随时间演进，研究区土地利用变化速度小幅下降，人类活动对土地利用的影响日趋理性；研究区不同土地利用类型间的空间变化率差异悬殊，空间变化剧烈的区域主要集中在林地、草地及耕地等用地类型上，随时间演进，林地、草地、耕地、灌丛及水体的空间变化率均显著下降而建筑用地与湿地则有所上升，各土地利用类型的空间变化活跃度差异显著减小；24年间，研究区各土地利用类型均发生了较明显的相互转化，其中以林地、草地、耕地及灌丛的间转化最为显著。 （4）从斑块类型尺度变化来看，24年间，东掸邦地区不同用地类型斑块间的景观指数及其变动差异悬殊。灌丛、草地及耕地的斑块密度明显高于其他地类但斑块形状规整程度显著较低，而林地的平均斑块面积远大于其余地类；随时间演进，林地、水体、湿地及灌丛的斑块密度与景观形状指数均整体减小而平均斑块面积则有所扩大，建筑用地的斑块密度、平均斑块面积及景观形状指数均整体扩大，草地与耕地平均斑块面积均持续减小而景观形状指数则整体扩大。 （5）从景观总体尺度变化来看，随时间演进，东掸邦地区Shannon多样性与均匀度指数均持续降低，而景观破碎度指数则呈先升后降整体降低的变动态势。不仅表明研究区各用地景观在总体中所占比例的差异持续扩大且在空间上分布的均匀程度不断降低，更表明其用地景观的破碎化程度有所改善，整体呈由分散分布向集中布局的转变。 作为地缘经济、政治、文化及生态环境均较为典型且复杂的区域，关于中缅泰老“黄金四角”地区缅甸段土地利用与景观格局变化的分析，对优化该区土地利用的结构、方式和布局，理清资源环境保护与开发的自然本底与演进过程，促进经济、社会、生态三重效益的有效协调有重要的指导意义。随“黄金四角”跨流域合作的进一步推进，综合考虑主体认知、生态响应及地缘风险等多重因素，探究该区乃至整个“黄金四角”地区土地利用与景观格局变化的驱动机制和生态效应，构建促进土地资源可持续利用的共生治理体系，将是本研究的未来分析重点。 参考文献： [1] 罗开盛，李仁东. 长沙市近10年土地利用变化过程与未来趋势分析[J].中国科学院大学学报，2014，31（5）：632-639. 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