西藏自治區土地利用/覆被變化時空演變特征及驅動因素

陳伊多， 楊慶媛

(1.西南大學地理科學學院，重慶金佛山喀斯特生態系統國家野外科學觀測研究站，重慶 400715；2.西部鄉村可持續發展實驗室，重慶 400715)

土地利用/覆被變化(land use/cover change，LUCC)作為能夠反映人類活動程度的重要指標，是全球變化的顯著表現形式。通過對土地利用變化的研究，分析其時空變化規律，對揭示人類活動程度具有指導作用。經過約30年的發展，LUCC不僅能夠再現地表景觀的時空動態過程，還能客觀記錄人類活動對地表的改造歷程。國外研究相對較早且成果豐富，近10年來研究重點主要集中于LUCC與人地耦合系統的關系、LUCC對生態系統服務的影響、LUCC對人類福祉的影響以及可持續性的土地利用優化和管理等；國內關于LUCC的研究主要包括土地利用變化的生態環境影響評估、土地利用變化的時空演變過程、土地利用變化的驅動機制和影響因素、土地利用變化對生態系統的影響等。

青藏高原兼具生態環境脆弱、經濟社會發展較落后等特征，導致其對環境變化的敏感程度較高，近年來，受全球氣候變化影響，西藏草地退化面積有所增長，西藏耕地面積同樣有所下降，湖泊面積有所擴張?，F階段國內學者對西藏LUCC狀況的相關研究成果較少，LUCC的驅動因素、LUCC對當地生態環境、社會經濟發展具有何種影響亟待深入探討。本文通過對2000—2020年西藏自治區LUCC的時空變化特征進行分析，以期全面了解研究期內西藏自治區LUCC時空特征，揭示高原地區LUCC變化規律，促進土地利用轉型，有助于提高土地利用效率，提升高原生態系統服務價值，為以生態保護和修復為目標的高原地區國土空間規劃編制提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

西藏自治區地處世界上面積最大的高原——青藏高原的南部，位于26°50′—36°53′N，78°25′—99°06′E，總面積120.22×10km，海拔4 000 m以上(圖1)。地形復雜多樣，主要包括藏北高原、藏南山原湖盆谷地、藏東高山深谷和喜馬拉雅高山四大地貌區；氣候總體上具有西北嚴寒、東南溫暖濕潤的特點，呈現出由東南向西北的帶狀分布，全區年均氣溫-2.8～11.9 ℃，溫差較大，年降水量74.8～901.5 mm，地區分布不均，由東南向西北減。根據第七次人口普查數據，2020年西藏全區常住人口364.81萬人，2020年西藏地區生產總值達1 902.74億元，在全區生產總值中，第一、二、三產業增加值所占比重分別為7.9%，42.0%，50.1%，全體居民人均可支配收入21 744元。

圖1 研究區概況

1.2 數據來源

西藏自治區2000年、2005年、2010年、2015年、2020年的土地利用遙感監測數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn/Default.aspx)，數據分辨率為1 km×1 km。該數據通過對各期Landsat TM/ETM遙感影像進行人工目視解譯生成，在ArcGIS軟件中，統計生成不同時期的土地利用/覆被數據。

結合研究區的土地利用特點，參照國家基本資源與環境本底動態遙感調查數據庫的分類體系，將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、城鄉建設用地、水域和未利用土地6類(表1)。

表1 土地利用分級系統

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化動態分析 為科學客觀地分析西藏自治區21世紀以來的土地利用時空變化趨勢與變化速率，本文結合2000年、2005年、2010年、2015年、2020年中國土地利用現狀遙感監測數據庫，采用單一土地利用類型動態度以及綜合土地利用類型動態度來進行分析。

(1)單一土地利用類型動態度

單一土地利用類型動態度是指在研究區域中一定時期內某土地利用類型的變化情況，用以表征不同土地利用類型在一定時期內的時空變化規律。其表達式為：

式中：為第類土地利用類型在～時段內的動態度；、分別為、時段第類土地的面積(hm)；、分別為研究初期與研究末期。

值越大，代表該類土地轉化為其他類型土地的數量越大，在研究期內相對變化程度較大；反之若值越小，則代表變化越小。

(2)綜合土地利用類型動態度

綜合土地利用類型動態度反映研究時段內不同土地利用類型之間變化的整體情況，可以直接表征研究區域土地利用類型變化的劇烈程度，也可用于分析部分與整體以及部分區域之間的綜合土地利用變化情況。其數學模型為：

(2)

式中：為時段內研究區域的綜合土地利用類型動態度；-為研究初期到末期第類轉化為其他類型土地的面積之和。值越大，表示該區域土地利用變化幅度越大；反之若值越小，則表示變化越小。

1.3.2 土地利用轉化趨勢

(1)土地利用類型轉移矩陣。土地利用類型轉移矩陣能夠反映研究區域內各用地類型的轉移方向與轉移數量，能夠較直觀地演示土地利用格局的時空變化方式。

(2)土地利用類型狀態指數。土地利用類型狀態指數通過比較土地利用類型的轉入速度和轉出速度，反映土地利用覆被的變化趨勢與狀態，對其進行歸一化處理得到狀態指數。其數學模型為：

(3)

(4)

(5)

式中：為土地利用類型狀態指數；、分別為土地利用類型轉入速度和轉出速度；、為研究初期與研究末期第類土地利用類型的面積(hm)；為土地利用類型中未發生變化的部分(hm)。

當-1≤≤0時，從研究初期到研究末期土地利用類型的轉入速度大于轉出速度，其面積減少，處于“縮減”狀態，反之則處于“擴張”狀態。

1.3.3 土地利用程度變化與區域差異 土地利用程度通過構建土地利用程度綜合指數模型進行量化，主要反映人類活動對研究區域土地利用變化的影響程度。其數學模型為：

(6)

土地利用程度變化模型可定量描述研究區域土地利用綜合變化趨勢以及整體水平。其數學模型為：

(7)

=-

(8)

式中：為土地利用程度綜合指數；為第級土地利用程度分級指數；(%)為第級土地利用程度的面積百分比；Δ-為土地利用程度綜合變化指數；、分別為研究區域時間、的土地利用程度綜合指數；、分別為時間、第等級的土地利用程度的面積百分比(%)；為土地利用程度變化率(%)。若>0則表示研究區域土地利用正處于發展期，否則處于調整期或衰退期。的取值情況參考劉紀遠等提出的土地利用程度分級(表2)。

表2 土地利用程度分級賦值

2 結果與分析

2.1 西藏自治區2000—2020年LUCC總體特征

利用ArcGIS 10.2軟件對西藏自治區2000年、2005年、2010年、2015年、2020年5期土地利用遙感影像解譯數據進行統計分析，得到5個時間節點上LUCC的空間格局。由表3可知，總體來看，西藏自治區土地利用類型以草地、林地與未利用土地為主，3種地類占全區土地總面積的90%以上。從空間結構看，西藏自治區耕地面積較小，分布零星，主要集中于一江三河流域，耕地分布受水源地分布、海拔以及坡度等影響較大；林地較集中，主要分布于藏東南高山峽谷地帶；受高原氣候高寒缺氧的影響，草地分布于西藏自治區各地；水域用地主要包括西藏境內一江三河流域以及各地廣泛分布的湖泊和永久冰川所占土地；城鄉建設用地呈現零星分布，主要分布在各地級市以及鄉鎮所在地；未利用土地廣泛分布于西藏自治區各地市，以藏西藏北草原地區分布較為集中。從不同研究時段看，2000—2020年，草地持續減少。城鄉建設用地持續上升，且增加面積呈現逐時段上升。耕地與水域呈現先下降后上升的趨勢，2000—2015年面積逐年下降，在2015—2020年反彈上升。林地與未利用土地呈現“升-降-升”的趨勢，林地與未利用土地前期變化面積均較少，在2015—2020年變化顯著增強。

2.2 西藏自治區2000-2020年土地利用變化速度與時空特征

2.2.1 單一土地利用類型變化速度 根據西藏自治區2000年、2005年、2010年、2015年、2020年5期遙感影像解譯數據計算出各土地利用類型面積變化情況以及單一動態度(表3)。

表3 2000-2020年西藏自治區各土地利用類型面積變化及動態度

由表3可知，西藏自治區單一土地利用動態度增幅最大的地類為城鄉建設用地，總體動態度為16.57%，在4個研究時段中均為單一動態度最高的地類，且動態度增加速度呈加快趨勢。2010—2015年，單一土地動態度有所上升，最高的仍然是城鄉建設用地，其次為水域用地；2015—2020年，單一土地動態度有較大增長，其中以城鄉建設用地最高，其次為未利用土地、耕地以及水域。

2.2.2 土地利用綜合變化及其區域差異 總體而言，西藏自治區土地利用綜合動態度變化較強的區縣集中于藏東南地區(圖2)，包括山南、林芝、昌都、拉薩以及日喀則東部各區縣，綜合動態度變化呈現上升趨勢。2000—2005年，大部分區縣的綜合動態度為0，僅少數幾個區縣土地利用狀況有所變化；2005—2010年，絕大部分區縣無變化；2010—2015年，西藏自治區土地利用綜合動態度呈現顯著提高，很多區縣土地利用發生變化；2015—2020年，西藏自治區土地利用變化達峰，動態度較高的區縣主要集中于一江兩河流域以及東部的昌都市各區縣。

圖2 西藏自治區2000-2020年綜合土地利用動態度

2.3 西藏自治區2000-2020年土地利用變化過程及轉化趨勢

2.3.1 土地利用變化過程 根據西藏自治區2000—2020年4個時間段的土地利用轉移矩陣(表4)。從不同時間段來分析，2000—2005年，西藏自治區零星存在土地利用變化狀況，大部分土地利用類型未發生變化。2005—2010年，土地利用變化程度有所縮減。2010—2015年，土地利用變化開始增強，城鄉建設用地轉出中大部分轉化成草地，而轉入主要來源于草地、耕地以及林地；耕地轉出主要為城鄉建設用地與水域，耕地轉入主要來源于草地以及林地。2015—2020年土地利用變化擴大到全區范圍，城鄉建設用地轉出方向最主要是草地、耕地以及林地，城鄉建設用地轉入主要來源為草地與耕地；耕地也表現出轉入大于轉出的態勢，主要流向草地與林地，主要來源為草地與林地。

表4 2000-2020年西藏自治區土地利用類型轉移矩陣 單位：hm2

2.3.2 土地利用轉化速度分析 根據各研究時段不同土地利用類型的狀態指數(表5)。草地的狀態指數在研究期間均較低，草地轉出速度遠大于轉入速度，處于極不平衡的利用狀態；城鄉建設用地的狀態指數在波動中有所下降，但仍為所有地類中最高的，城鄉建設用地始終保持較高強度的發展；耕地的狀態指數經歷了先降后升的歷程，耕地轉入速度逐漸趕超轉出速度；林地則經歷了“升-降-升”的波動發展，狀態指數波動上升，西藏自治區林地面積也在波動中有一定上升；水域呈現先降后升的趨勢，2000—2005年水域轉入轉出速度基本平衡，轉出速度略高于轉入速度，2005—2020年，水域轉出速度遠低于轉入速度，這與全球氣候變化對青藏高原冰川的影響有較大關系；未利用土地在2000—2015年狀態指數趨近于0，西藏未利用土地發展較平衡，但2015—2020年未利用土地狀態指數有所提升。

表5 2000-2020年西藏自治區土地利用類型狀態指數

2.4 西藏自治區2000-2020年土地利用程度綜合指數特征及其時空差異分析

西藏自治區土地利用程度在2000—2015年基本無較大變化，2015—2020年呈現較大變化(圖3)，2000—2015年，土地利用程度擴張的區縣集中于經濟社會較發達的一江兩河流域，而土地利用程度衰退的區縣集中于西部生態較脆弱區域以及藏東高山峽谷區域；2015—2020年土地利用程度綜合指數出現顯著變化，相較上一個研究時段變化較大，并呈現兩極分化態勢，位于西部的區縣綜合指數下降較多，由于土地利用程度等級較低的水域和未利用土地等的面積增長較多，導致部分區域土地利用程度衰退，反之是由于這些區縣城鄉建設用地以及耕地等具有較高利用等級的地類有所增加，帶動土地利用狀況進入發展期。

圖3 西藏自治區2000-2020年土地利用綜合指數

2.5 西藏自治區LUCC驅動因素分析

西藏自治區LUCC受到自然條件約束大。西藏的城鄉建設用地與耕地分布受海拔坡度的深刻影響，主要分布在“一江三河”地區(雅魯藏布江、拉薩河、年楚河、尼洋河)及“三江流域”(金沙江、瀾滄江、怒江)中部的兩岸谷地，耕地面積占全區耕地面積的70%以上；西藏的林地分布同樣受到海拔高度的強烈制約，林地主要分布在藏東林芝、昌都的高山峽谷地區，其余各市林地分布較少，僅河谷區域有零星分布。受全球氣候變暖的影響，青藏高原作為全球“第三極”也出現了冰川融化、河流水量增多的現象，旁多水利樞紐、拉洛水利樞紐等大型水庫的投產使用也增加了一江三河流域的河湖水體面積，水域面積有一定增加。

通過分析上文對西藏自治區LUCC變化情況發現，社會經濟因素對西藏LUCC具有一定影響。2010年5月開始全國各省開始選派優秀干部援藏，伴隨著西部大開發戰略進入新階段，西藏經濟社會出現騰飛式發展，現代化城鎮化不斷推進，經濟水平得到長足發展，引發LUCC狀況出現劇烈變化，得益于經濟水平的提升，研究期間城鄉建設用地增長迅速；同時，由于經濟的高速增長，間接對生態環境造成一定破壞，環境污染使得大面積草地退化成未利用地；耕地面積變化與人口變遷有一定關系，在拉薩、日喀則、山南、林芝等地區城鎮發展快，通過征地侵占大量優質耕地用以發展城鎮，大量人口從農村遷出，前往城市打工，農業勞動人口缺失，為城鄉建設用地侵占耕地造成客觀條件，同時，得益于相對較好的區位交通環境，上述區域的城鄉建設用地增長速度也較快。

LUCC情況也能夠體現政府決策的影響與導向作用，由于國土空間規劃體系制定的土地用途管制政策，在一定程度上限制了建設用地的無序擴張，得益于退耕還林還草、耕地保護、閑置宅基地復墾、天然林保護等政策，西藏土地利用有序發展，未出現嚴重破壞環境的土地利用方式，2018年，西藏自治區黨委、政府決定實施極高海拔地區生態搬遷規劃，將海拔5 000 m以上不適宜人類居住區域的區縣、鄉鎮整體搬遷至適宜居住的區域，主要由那曲市雙湖縣、安多縣、尼瑪縣搬遷至山南市貢嘎縣，也帶動搬遷區域城鄉建設用地面積在2015—2020年出現一定變化，但由于生態搬遷工程并非一蹴而就，上述區域的城鄉建設用地變化也將在一段時間后才能完全體現。林地的增加主要受到20世紀初期退耕還林政策的影響，相當面積的耕地轉移成林地，中期有部分時間林地呈現下降態勢，主要原因是城市的無序擴張侵占了部分林地，后期植樹造林工程大量增加了林地的面積。未利用土地的增長歸因于大部分牧區的過度放牧和高原生態脆弱性導致的生態退化，藏北區域牧業發達，生態環境更加脆弱，大量草地退化成未利用土地。

3 討 論

(1)與已有研究結論類似，造成西藏自治區土地利用現狀格局并非單一因素影響的結果，土地利用變化受到脆弱的生態環境與落后的經濟社會發展水平的綜合影響。本文通過分析21世紀前20年西藏自治區的土地利用變化特征與變化趨勢發現，自然條件對土地利用格局具有決定性作用，西藏耕地、水域、林地以及城鄉建設用地布局基本遵循自然規律，集中分布于地勢較低、生態環境較優的區域。在近20年來經濟社會發展、政策變更等宏觀因素的影響下，尤其是近5年來受多種因素的綜合影響，西藏土地利用狀況也不斷發生變化。西藏土地利用格局呈現多樣化發展趨勢，這與自治區政府相關決策規劃、社會經濟跨越式發展以及全球氣候變化等宏觀因素密切相關。本文對近年來西藏LUCC情況進行詳細剖析，深入分析其變化驅動因素，并為下一步西藏自治區政府提升生態系統服務價值、構建國土空間規劃體系提供依據。

(2)西藏自治區LUCC在近5年來發生重大變化，尤其是由于全球氣候變暖導致的草地面積萎縮、冰川面積減少以及河流湖泊面積增大情況加劇，青藏高原作為“亞洲水塔”“世界第三極”的巨大生態價值也受到越來越多的重視與關注。為防止高原生態環境繼續惡化，建議研究區在結合自身實際情況的基礎上合理制定生態環境政策，限制高污染企業建設，積極修復受損環境、降解污染物，重點保護水資源、土地資源不受污染；提升西藏生態承載力，保護生態系統服務價值，防止生態環境惡化，西藏自治區由于海拔較高、經濟水平薄弱，生態保護能力較弱，應秉承系統思維，打破地域限制，與下游四川、云南、重慶等省市合作共建長江上游生態屏障。

(3)基于本文研究，西藏自治區LUCC受經濟社會及政策影響較大，在下一步發展中需要更加明確的土地利用政策與更加完善的國土空間規劃體系，堅持節約集約用地，充分利用閑置土地，對于不同基礎條件的區域需要制定不同的土地政策，因地制宜發展。在一江三河流域適宜發展農業，可以充分發掘現有農田的生產潛力，及時排查撂荒耕地；藏東峽谷區域宜林宜草，但河流下切作用明顯，可增加森林郁閉度，有助于防治水土流失，改善區域生態環境，保護高原區域生物多樣性；羌塘高原與阿里高原區域地廣人稀、生態脆弱，應當編制以生態環境保護為主要目標的規劃，在保護中適當開發觀光旅游為主的產業，減少人類活動對生態環境的影響與破壞。

4 結 論

(1)研究區主要土地利用類型為草地、未利用地、林地，占全區土地總面積的90%以上。西藏LUCC呈現明顯時空差異，從時間上來看，LUCC呈現明顯的由弱增強的趨勢，并于2015—2020年達到最高值，各地類變化活躍；從空間上來看，LUCC變化廣泛存在于研究區域全境，受人類影響較大的耕地、城鄉建設用地變化大部分分布于經濟社會發達的拉薩、日喀則、山南3市，其余地類的變化區域更加廣泛，研究區域7個地市均有相關變化。

(2)土地利用類型轉換復雜，各地類變化特征存在顯著差異。其中變化量最大的是草地與未利用土地的相互轉換，研究期內，城鄉建設用地共增長4.1×10hm，其平均狀態指數0.76，且面積逐年遞增，草地共減少28.56×10hm，其平均狀態指數-0.57，面積逐年遞減；水域用地受工程建設和氣候變暖綜合影響，面積有明顯提升。

(3)西藏LUCC的驅動因素較為復雜，氣候變化和人類活動對研究區土地利用變化驅動作用顯著。研究期間，氣候變化、政策因素及經濟社會發展等因素對研究區土地利用變化驅動作用顯著，氣候變化主要對水域面積的擴張和轉移以及草地退化為未利用土地有影響，政策因素和社會經濟發展等人為活動主要導致城鄉建設用地、耕地以及林地的增加。