許麗婷
(陜西師范大學(xué), 西安市 710000)
土地是人與自然最密切的聯(lián)系紐帶,在人與自然和諧相處的大背景下,研究人類與地球表層最直接的方式——土地利用變化[1],成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。流域因其特殊的地理性和對(duì)生態(tài)系統(tǒng)變化的敏感性,成為研究領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)[2]。我國(guó)于2021年4月21日修訂通過(guò)的《中華人民共和國(guó)土地管理法實(shí)施條例》指出,合理的國(guó)土空間規(guī)劃需要調(diào)查當(dāng)?shù)赝恋貤l件,明確土地利用現(xiàn)狀以及變化情況[3]。制定有效的土地整治方案,最大程度發(fā)揮土地節(jié)約集約利用程度,需要從宏觀上把握土地變化規(guī)律,找出影響土地變化的關(guān)鍵因子。烏江流域作為典型山地流域,擁有特殊的地形地貌以及土壤、水分等自然條件,是水土流失和石漠化重要區(qū)域,自然因素在很大程度上制約土地利用變化發(fā)展。明確各自然因子在土地利用類型轉(zhuǎn)變中的貢獻(xiàn)率,找到關(guān)鍵性驅(qū)動(dòng)因子,順應(yīng)自然發(fā)展規(guī)律,合理調(diào)整土地利用布局,提高土地利用效率,改善烏江流域生態(tài)環(huán)境,保護(hù)土地生態(tài)功能。
烏江流域橫跨四省,地理?xiàng)l件特殊,其土地利用變化的現(xiàn)有研究集中在局部區(qū)域,按省份劃分成貴州省烏江段[4]、烏江流域重慶段[5]等,按河流流向分成烏江源區(qū)(烏江北源)[6-7]、上游[8]、中游[9]和下游[10]等,對(duì)于整個(gè)烏江流域的土地利用變化研究甚少。以往研究?jī)?nèi)容涉及烏江流域生態(tài)環(huán)境效應(yīng)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、景觀格局和時(shí)空演變特征、土地利用變化現(xiàn)狀和情景模擬等。也有學(xué)者從地形地貌方面研究土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素,但是沒(méi)有基于系統(tǒng)性和整體性原則考慮影響整個(gè)烏江流域的自然因子,也沒(méi)有具體分析各土地利用類型變化的關(guān)鍵性驅(qū)動(dòng)因子。因此以整個(gè)烏江流域作為研究對(duì)象,從地理學(xué)角度出發(fā),深入研究影響其土地利用變化的自然因子很有必要,這對(duì)改善烏江流域土壤質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境治理、土地利用規(guī)劃布局、因地制宜發(fā)展生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)等都有一定的借鑒意義。
本研究以烏江流域?yàn)檠芯繉?duì)象,基于時(shí)空性和整體性,采用2000年、2010年和2020年三期土地利用數(shù)據(jù),綜合各自然要素,利用增強(qiáng)回歸樹(shù)模型來(lái)分析烏江流域土地利用變化的自然因子,試圖找到影響各土地利用類型轉(zhuǎn)變的自然驅(qū)動(dòng)因子。
烏江流域發(fā)源于貴州省威寧縣香爐山花魚(yú)洞,流經(jīng)貴州北部和重慶東南部,在重慶市涪陵區(qū)注入長(zhǎng)江。烏江流域橫跨貴州、云南、重慶、湖北四省市,共計(jì)56個(gè)縣市。烏江又稱黔江,位于104°10′ — 109°12′E,25°26′—30°22′N,干流全長(zhǎng)1 037 km[11],流域面積約為107 550.14 km2,是長(zhǎng)江上游右岸最大的一條支流,也是貴州省最大的水系。烏江水系呈羽狀分布,地勢(shì)西南高,東北低,是典型的山區(qū)河流,天然落差2 124 m,年均流量1 650 m3/s[11]。烏江流域是中國(guó)西南喀斯特的核心區(qū)域,以水力侵蝕(微度和輕度侵蝕)為主[12]。烏江流域?qū)賮啛釒Ц咴撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候,氣候溫和,雨量充沛,年平均氣溫13~18℃[13],多年平均降水量是1 100 mm。烏江流域受氣候和復(fù)雜地形影響,地貌類型分化嚴(yán)重,自然景觀多樣,植被以常綠針葉林、常綠闊葉林為主,具有明顯的過(guò)渡性和垂直地帶性[14],土壤分布主要以黃壤為主,石灰土和水稻土次之。
土地利用變化數(shù)據(jù)來(lái)源于GlobeLand30(http:∥www.globeland30.com),本研究選用了GlobeLand30 V2000 & V2010(總體精度為83.50%,Kappa系數(shù)0.78)和GlobeLand30 V2020(總體精度為85.72%,Kappa系數(shù)0.82),空間分辨率為30 m。該數(shù)據(jù)將全球土地利用類型分成了10個(gè)一級(jí)類別,分別是耕地、林地、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪。數(shù)字高程DEM(90 m分辨率柵格圖層)、中國(guó)植被類型圖(1∶100萬(wàn)柵格圖層)、土壤類型和土壤侵蝕(1 km×1 km柵格數(shù)據(jù))均來(lái)自于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https:∥www.resdc.cn)。氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)提供的中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集2000—2020年的平均氣溫和降水量。
2.2.1 烏江流域土地利用數(shù)據(jù) 利用ArcGIS軟件將GlobeLand30數(shù)據(jù)拼接、投影、裁剪得到烏江流域土地利用變化圖。構(gòu)建柵格屬性表,計(jì)算面積屬性,通過(guò)重分類,得到各土地利用類型的面積變化。
2.2.2 自然因子的選取與處理 從地形、土壤、植被、氣象方面對(duì)烏江流域土地利用變化進(jìn)行分析,結(jié)合烏江流域特殊地理環(huán)境,選取可量化的典型代表因子進(jìn)行分析。
(1) 地形因子:烏江流域位于云貴高原,地形復(fù)雜,地勢(shì)高低不平,海拔高度差大。海拔與坡度直接影響水熱條件再分配,影響人類耕作范圍和耕作類型,制約土地空間利用,故選取高程和坡度作為研究區(qū)的地形因子。利用DEM數(shù)據(jù)提取高程和坡度,并進(jìn)行分級(jí)處理。在ArcGIS中利用重分類方法將研究區(qū)高程分成4級(jí)(<1 200 m,1 200~1 600 m,1 600~2 000 m和>2 000 m)。同理,將坡度分成0°~5°(平坡),6°~15°(緩坡),16°~25°(斜坡),25°以上(陡坡),對(duì)已分級(jí)的地形因子重采樣為30 m×30 m的柵格圖層。
(2) 植被因子:植被有蓄水保土、削減洪峰流量、調(diào)節(jié)河川徑流的作用,植被類型影響河川徑流再分配,影響地表水分蒸發(fā),制約土地利用方式,故選取植被類型作為植被因子。將中國(guó)植被類型圖裁剪、重分類得到烏江流域植被類型圖,并對(duì)已分類的植被因子重采樣為30 m×30 m的柵格圖層。
(3) 土壤因子:不同土壤類型所含有機(jī)質(zhì)不同,對(duì)植物生長(zhǎng)影響不同,土壤侵蝕力度不同,所造成的有機(jī)質(zhì)流失情況有很大差異,因此選取土壤類型和土壤侵蝕作為研究區(qū)的土壤因子。將中國(guó)土壤類型圖和土壤侵蝕圖裁剪、重分類,并對(duì)侵蝕進(jìn)行分級(jí)處理。依據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》將土壤侵蝕分成微度、輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度和劇烈侵蝕,并重采樣為30 m×30 m的柵格圖層。
(4) 氣象因子:氣溫和降水影響植被生長(zhǎng),對(duì)土地利用方式有很大影響,故選取多年平均氣溫和多年平均降水量作為研究區(qū)的氣象因子。通過(guò)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)插值、提取掩膜得到研究區(qū)多年平均氣溫和多年平均降水量。依據(jù)烏江自身氣溫和降水特點(diǎn),為了便于計(jì)算,將氣溫劃分為5級(jí)(<15℃,15~17℃,17~19℃,19~21℃,>21℃),降水劃分為4級(jí)(<1 045 mm,1 045~1 146 mm,1 146~1 244 mm,1 244~1 382 mm),并重采樣為30 m×30 m的柵格圖層。
2.3.1 土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣 轉(zhuǎn)移概率矩陣能夠直接表明各土地利用類型之間的轉(zhuǎn)移變化,以表格形式表達(dá)各類型面積的轉(zhuǎn)移。利用ArcGIS軟件分析各土地利用類型的變化情況,導(dǎo)出屬性表并在Excel中創(chuàng)建轉(zhuǎn)移概率矩陣。
2.3.2 增強(qiáng)回歸樹(shù) 增強(qiáng)回歸樹(shù)模型(Boosted Regression Trees,BRT)是回歸算法和增強(qiáng)算法的組合,能夠基于回歸算法進(jìn)行機(jī)器自主分析,提高決策者的精度和穩(wěn)定性[15]。BRT能夠解釋各自變量因子對(duì)因變量的貢獻(xiàn)率,也能計(jì)算各自變量的邊際效應(yīng),從而對(duì)因變量做出解釋。增強(qiáng)回歸樹(shù)模型廣泛應(yīng)用于人文社科驅(qū)動(dòng)力等的研究[16-21]。
BRT算法是基于R studio軟件的“gbm”程序包來(lái)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)行BRT分析前,需要對(duì)研究區(qū)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。為了避免空間自相關(guān)性,首先利用ArcGIS對(duì)研究區(qū)烏江流域隨機(jī)選取50 000個(gè)樣本點(diǎn),對(duì)因變量重采樣(變化區(qū)域?yàn)?,未變化的區(qū)域?yàn)?)。再給各變量圖層值提取至點(diǎn)要素,也就是各變量值賦予50 000個(gè)隨機(jī)樣本點(diǎn)。最后導(dǎo)出屬性表,在Excel中處理樣本數(shù)據(jù)至標(biāo)準(zhǔn)化,導(dǎo)入R studio中進(jìn)行BRT分析。
從時(shí)間尺度上看,烏江流域主要用地類型為耕地、林地和草地,其中耕地和林地占比接近,草地次之(表1)。經(jīng)過(guò)20 a的發(fā)展,可以看出烏江流域用地類型發(fā)生顯著變化,林地、灌木地、水體和人造地表面積比重明顯增加,耕地、濕地面積顯著減少,草地面積變化呈穩(wěn)定趨勢(shì)。人造地表面積變化最為明顯,面積比重從原來(lái)的0.503%增加到2.127%,凈增1.624%;水體面積也出現(xiàn)擴(kuò)增,面積比重從0.502%增加到0.823%,凈增0.321%;灌木地增加較少,面積比重僅增加了0.014%;林地面積比重的增加值超過(guò)了0.6%。相反,耕地面積顯著減少,面積比重達(dá)到2.183%;濕地面積逐年萎縮,比重日益減少,2020年占比僅為0.001%。
從空間尺度上看,烏江流域土地利用類型總體分布趨勢(shì)是:北部以林地為主,耕地、草地和灌木地零散分布;東部耕地分布相對(duì)密集;南部以耕地、草地和人造地表為主;西部主要分布草地;而水體和濕地則呈條帶狀貫穿烏江。從三期土地利用類型分布圖可以看出20 a來(lái)烏江流域土地利用類型分布的整體趨勢(shì)基本沒(méi)變,但各用地類型面積和數(shù)量的變化在空間上表現(xiàn)不同。其中以人造地表的分布最為明顯,東南部(貴陽(yáng)、安順)、西南部(畢節(jié))和西北、東北(黔江)增加明顯,這個(gè)區(qū)域也出現(xiàn)在省份交匯處。2000年和2020年對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)烏江流域中部水體面積擴(kuò)大,北部林地面積有所增加,東部耕地面積大幅度縮減。草地和灌木地空間變化不明顯,呈嵌入式分布。
表1 烏江流域各年份土地利用類型面積匯總
由烏江流域土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣(表2)可以直觀看出,各用地類型的相互轉(zhuǎn)變情況。用地類型呈動(dòng)態(tài)式,相互之間轉(zhuǎn)變顯著。2000—2020年期間,草地增加的主要來(lái)源是耕地和林地的轉(zhuǎn)變,其他用地類型變化較少;耕地增加的主要來(lái)源是草地和林地,灌木地次之;草地和耕地的轉(zhuǎn)變是林地面積增加的主要來(lái)源,占比23.8%,濕地轉(zhuǎn)變占比僅為0.41%,灌木地的轉(zhuǎn)變占比為0.49%;灌木地轉(zhuǎn)變來(lái)源是林地(8.34%)、草地(9.07%)和耕地(14.82%),其他用地類型轉(zhuǎn)變細(xì)微;水體面積增加的來(lái)源是草地(27.94%)和濕地(10.83%),人造地表和灌木地幾乎沒(méi)有轉(zhuǎn)變?yōu)樗w,水體轉(zhuǎn)變的地類是草地和耕地;濕地的轉(zhuǎn)變來(lái)源是草地(24.87%)、耕地(15.38%)和林地(19.28%),灌木地、水體和人造地表轉(zhuǎn)變較少;草地對(duì)人造地表的貢獻(xiàn)率最大,占比57.24%,其次是耕地(9.87%)和林地(9.81%),而人造地表僅有11.19%轉(zhuǎn)變?yōu)榱似渌仡悺?/p>
表2 2000-2020年烏江流域土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣 km2
3.2.1 各土地利用類型的自然因子貢獻(xiàn)率 通過(guò)增強(qiáng)回歸樹(shù)模型分析各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)各用地類型的貢獻(xiàn)率,可以直觀反映每種用地類型變化的驅(qū)動(dòng)因素。由圖1可以看出,多年平均降水量對(duì)草地變化的貢獻(xiàn)率(36.4%)最大,其次是植被類型(15.5%)和多年平均氣溫(14.55%)。烏江流域多年平均降水量在1 100 mm左右,給草地的發(fā)展提供充足的水分。坡度對(duì)耕地的貢獻(xiàn)率(31.62%)最大,其次是高程(16.98%)和多年平均氣溫(12.06%),坡度影響農(nóng)作物對(duì)水分的吸收,也影響農(nóng)作物對(duì)光的接收程度,從而對(duì)耕地變化產(chǎn)生影響。多年平均氣溫(27.14%)和土壤類型(25.59%)對(duì)灌木地的貢獻(xiàn)率接近,植被類型(21.36%)占比稍低,可以看出這3個(gè)是影響灌木生長(zhǎng)的主要因子。植被類型(22.59%)對(duì)林地變化的貢獻(xiàn)率最大,其次是高程(19.90%)和多年平均氣溫(19.23%),植被之間的競(jìng)爭(zhēng)和適應(yīng)性制約林地的發(fā)展。坡度(82.47%)是制約濕地發(fā)展的最大驅(qū)動(dòng)因子,濕地形成于地勢(shì)低平且排水不暢地區(qū)。土壤類型(59.35%)是制約水體變化的最大驅(qū)動(dòng)因子,植被類型(22.56%)次之,坡度(5.04%)也有一定影響,不同土壤類型對(duì)水分的吸收、轉(zhuǎn)化不同。坡度是人造地表變化的主要驅(qū)動(dòng)因子,植被類型(16.08%)次之,這與人們生產(chǎn)生活的場(chǎng)所有關(guān)。
3.2.2 驅(qū)動(dòng)因子的邊際效應(yīng) 利用R studio分析各土地利用類型驅(qū)動(dòng)因子的邊際效應(yīng),能夠直接反映驅(qū)動(dòng)因子取值變化對(duì)各土地利用類型的影響強(qiáng)度,進(jìn)而可以分析影響強(qiáng)度最大的驅(qū)動(dòng)因子值。其中邊際效應(yīng)值越大,代表影響強(qiáng)度越大?;诟魍恋乩妙愋偷淖匀灰蜃迂暙I(xiàn)率,選擇貢獻(xiàn)率之和達(dá)到60%及以上的前幾名特征因子進(jìn)行邊際效應(yīng)分析。
圖1 各土地利用類型的自然因子貢獻(xiàn)率
分析草地的特征因子邊際效應(yīng)(圖2),可以得到以下結(jié)果。(1) 隨著降水量的增多,對(duì)草地變化的影響先增大后減小,在1 100 mm附近形成峰值。(2) 當(dāng)植被類型為亞熱帶落葉闊葉林、亞熱帶常綠闊葉林和亞熱帶常綠落葉闊葉混交林時(shí),對(duì)草地變化影響最大;竹林、竹叢和亞熱帶針葉林時(shí)影響次之;農(nóng)作物、果園和草叢對(duì)草地變化影響最小。(3) 隨著氣溫的升高,對(duì)草地變化的影響越來(lái)越小。氣溫在15~17℃,對(duì)草地變化影響最大。
注:1表示草叢;2表示農(nóng)作物2;3表示農(nóng)作物1;4表示禾草、雜類草草甸;5表示亞高山硬葉常綠闊葉灌叢;6表示常綠闊葉、落葉闊葉灌叢;7表示落葉灌叢;8表示竹林和竹叢;9表示常綠闊葉林;10表示常綠落葉闊葉混交林;11表示落葉闊葉林;12表示針葉常綠闊葉落葉闊葉混交林;13表示針葉林;14表示其他。
分析耕地的特征因子邊際效應(yīng)可知:(1) 坡度越大,對(duì)耕地變化的影響越小,當(dāng)坡度為平坡時(shí)最有利于耕地的發(fā)展。(2) 海拔高度增大,對(duì)耕地的影響變小,當(dāng)海拔高度小于1 200 m時(shí)耕地最為集中。(3) 隨著溫度升高,對(duì)耕地變化的影響越來(lái)越小。溫度在15~17℃時(shí),對(duì)耕地變化影響最大(圖3)。
圖3 耕地變化的特征因子邊際效應(yīng)
對(duì)灌木地進(jìn)行特征因子邊際效應(yīng)分析可知:(1) 氣溫在15~17℃時(shí),對(duì)灌木地的影響最大,隨著氣溫的升高,影響趨勢(shì)是先減小后增大,但增大趨勢(shì)更為緩慢。(2) 土壤類型是城區(qū)和基巖時(shí),對(duì)灌木地的發(fā)展影響最大,棕壤和石質(zhì)土影響次之,粗骨土和山地草甸土對(duì)灌木地的影響最小。(3) 亞熱帶針葉林對(duì)灌木地發(fā)展影響最大,其余植被類型的影響水平相當(dāng)且都較低(圖4)。
對(duì)林地的特征因子邊際效應(yīng)分析可知:(1) 亞熱帶落葉闊葉林對(duì)林地變化的影響最大,亞熱帶針葉林、竹林、常綠闊葉林以及混交林對(duì)林地變化影響次之,農(nóng)作物影響最小。(2) 海拔高度介于1 400~1 800 m,形成低值區(qū),影響最小。海拔高度小于1 200 m時(shí),對(duì)林地影響最大。(3) 隨著氣溫的升高,對(duì)林地變化的影響先增大后減小,在16~18℃時(shí)達(dá)到峰值,當(dāng)溫度大于21℃時(shí)影響最小。通過(guò)分析濕地的特征因子邊際效應(yīng)可知:平坡有利于濕地的形成,緩坡、斜坡和陡坡不利于濕地的形成。對(duì)水體的驅(qū)動(dòng)因子邊際效應(yīng)分析可知:(1) 水庫(kù)蓄水保水,調(diào)節(jié)河流流量和洪峰,水庫(kù)的存在有利于水體的發(fā)展。其余土壤類型對(duì)水體的發(fā)展影響不大。(2) 亞熱帶針葉林對(duì)水體影響大,農(nóng)作物對(duì)水體的影響次之,其余植被類型影響較小。對(duì)人造地表的驅(qū)動(dòng)因子邊際效應(yīng)分析可知:(1) 隨著坡度的增加,對(duì)人造地表變化的影響越來(lái)越小。平坡有利于人造地表的發(fā)展,影響程度最大。(2) 一年兩熟水旱糧食作物、枔樹(shù)園和經(jīng)濟(jì)林以及一年兩熟或三熟水旱輪作(有雙季稻)及常綠果樹(shù)園對(duì)人造地表的影響最大,也就是農(nóng)作物的種植會(huì)制約人造地表的發(fā)展。
注:1表示針葉林;2表示針葉常綠闊葉落葉闊葉混交林;3表示落葉闊葉林;4表示常綠落葉闊葉混交林;5表示常綠闊葉林;6表示竹林和竹叢;7表示落葉灌叢;8表示常綠闊葉、落葉闊葉灌叢;9表示亞高山硬葉常綠闊葉灌叢;10表示禾草、雜類草草甸;11表示農(nóng)作物1;12表示農(nóng)作物2;13表示草叢。
烏江流域作為典型的山地流域,本研究結(jié)合烏江流域自身特點(diǎn),著重從自然因子方面對(duì)其土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了分析。本研究分別從地形(高程和坡度)、土壤(土壤類型和土壤侵蝕)、氣候(降水和氣溫)、植被四大方面,對(duì)草地、耕地、林地、灌木地、濕地、水體和人造地表2000—2020年的變化進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因子分析,尋找導(dǎo)致變化發(fā)生的關(guān)鍵因子。
(1) 各土地利用類型的自然貢獻(xiàn)率。草地作為烏江流域的主體部分之一,面積趨于穩(wěn)定,主要的變動(dòng)表現(xiàn)在耕地、林地的互轉(zhuǎn)。研究發(fā)現(xiàn)影響草地變化的驅(qū)動(dòng)因子排名前三的分別是降水、植被類型和氣溫,其中降水貢獻(xiàn)度最大,降水量在1 100 mm附近對(duì)草地的影響最大。耕地面積占比達(dá)到40.44%,分布廣泛,東部分布最為密集。影響耕地變化的前三名驅(qū)動(dòng)因子分別是坡度、高程和氣溫。坡度、高度和氣溫制約了人類的生產(chǎn)生活,進(jìn)而影響人類耕作形式和耕地變化,這與劉純軍等[4]的研究結(jié)果一致,即平坡有利于耕地的發(fā)展,海拔小于1 200 m時(shí)耕地最為集中。林地作為烏江流域分布面積最大的土地利用類型,主要分布在北部、東部以及西南部。影響林地變化的主要驅(qū)動(dòng)因子是植被類型、高程和氣溫。林地分布主要以落葉闊葉林、常綠闊葉林、針葉林為主,其中落葉闊葉林對(duì)林地影響最大。海拔高度介于1 400~1 800 m時(shí)對(duì)林地影響最小,即林地主要分布在高海拔地區(qū),這與翟榮飛等[6]的研究結(jié)果類似。灌木地是指灌木覆蓋且灌叢覆蓋度高于30%的土地,烏江流域灌木地分布較少,呈零星分布,導(dǎo)致其變化的主要驅(qū)動(dòng)因子是氣溫、土壤類型和植被類型。氣溫是制約灌木地發(fā)展的最大自然因子,氣溫在15~17℃之間時(shí)對(duì)灌木地的影響最大。
烏江流域濕地經(jīng)過(guò)20 a的發(fā)展變化,其面積顯著減少,最主要的自然驅(qū)動(dòng)因子是坡度,占比達(dá)到82.47%,這與濕地形成的條件有很大關(guān)系。烏江流域水體面積大小和灌木地接近,經(jīng)過(guò)20 a的發(fā)展水體面積凈增0.321%,導(dǎo)致這種變化的主要自然驅(qū)動(dòng)因子是土壤類型、植被類型。土壤類型主要是水庫(kù)的存在,水庫(kù)儲(chǔ)水蓄水增加了水體的面積。烏江流域人造地表面積增加顯著,以東南、西南、東北和西北部增加最為明顯,導(dǎo)致這種變化的主要自然驅(qū)動(dòng)因子是坡度、植被類型。人造地表的擴(kuò)大與人類生產(chǎn)生活有直接聯(lián)系,平坡有利于人造地表的發(fā)展,影響程度最大,這是因?yàn)橥ǔH祟惥幼…h(huán)境選擇在坡度小的地方。
(2) 從驅(qū)動(dòng)因子對(duì)各土地利用類型的貢獻(xiàn)率和特征因子的邊際效應(yīng)分析可知,各土地利用類型主導(dǎo)因子存在一定的共性。其中以坡度作為特征因子的土地利用類型包括:耕地(31.62%)、人造地表(50.78%)和濕地(82.47%),耕地和人造地表取決于人類生產(chǎn)生活活動(dòng),與人類生活息息相關(guān),而平坡是人類選擇生產(chǎn)生活的主要活動(dòng)基地,濕地主要形成于長(zhǎng)期潮濕積水區(qū)域。以植被類型作為特征因子的土地利用類型主要是草地(15.5%)、灌木地(21.36%)、林地(22.59%)、人造地表(16.08%)和水體(22.56%),其共性在于植被種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、呈片狀分布且占地面積大。以氣溫為主導(dǎo)的土地利用類型包括草地(14.55%)、耕地(12.06%)、灌木地(27.14%)和林地(19.23%),其共性在于適宜的溫度有助于植物生長(zhǎng)。以土壤類型為主導(dǎo)的土地利用類型包括灌木地(25.59%)和水體(59.35%),這與土壤滲透性及對(duì)水體的儲(chǔ)存性有關(guān)。
(3) 本研究的發(fā)現(xiàn)與局限性。本研究發(fā)現(xiàn)坡度、高度影響人類耕作形式和耕地變化,林地主要分布在高海拔地區(qū),平坡有利于人造地表的發(fā)展,這與前人的研究相似。但是前人對(duì)烏江流域土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子研究只局限于高度、坡度和地形位的研究,很少涉及別的自然因子,故本研究的結(jié)果將對(duì)揭示烏江流域土地利用變化的自然驅(qū)動(dòng)因子有很大幫助。本文明確了各土地利用類型的主要影響因子以及以各因子為主導(dǎo)的土地利用類型,但是研究也存在不足,主要體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)因子的選擇上。由于烏江流域面積廣泛,生物因素不易定量分析,故本研究在選擇驅(qū)動(dòng)因子時(shí)忽略了生物因素的影響,致使研究結(jié)果存在一定偏差。在未來(lái)的研究中可以更加全面考慮自然驅(qū)動(dòng)因子,尋找恰當(dāng)?shù)姆椒ㄒ肷镆蛩亍T僬弑狙芯渴腔谇叭搜芯?,以典型性和易于量化性為原則,從各自然板塊中選取的驅(qū)動(dòng)因子,其選取指標(biāo)也是后期研究需要優(yōu)化的一項(xiàng)工作。
(1) 時(shí)間尺度上,2000—2020年烏江流域土地利用類型中,林地、灌木地、水體和人造地表面積比重明顯增加,而耕地、濕地面積顯著減少,草地面積變化呈穩(wěn)定趨勢(shì)。空間尺度上,2000年和2020年對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)烏江流域中部水體面積擴(kuò)大,北部的林地面積有所增加,東部的耕地面積大幅度縮減。草地和灌木地空間變化不明顯,呈嵌入式分布。人造地表以東南、西南、東北和西北部增加最為明顯。草地、耕地和林地的互相轉(zhuǎn)變最為顯著,水體面積增加的來(lái)源是草地(27.94%)和濕地(10.83%),草地對(duì)人造地表的貢獻(xiàn)率最大,占比57.24%。
(2) 草地變化的特征因子主要是降水、植被類型和氣溫,降水量在1 100 mm附近對(duì)草地的影響最大,氣溫在15~17℃之間對(duì)草地變化影響最大;耕地變化特征因子分別是坡度、高程和氣溫,坡度以平坡為主,海拔高度越大對(duì)耕地的影響越小,溫度在15~17℃時(shí)對(duì)耕地變化影響最大;林地變化的特征因子是植被類型、高程和氣溫,海拔高度小于1 200 m時(shí)對(duì)林地影響最大,氣溫在16~18℃時(shí)對(duì)林地的影響達(dá)到峰值;濕地變化的特征因子是坡度,平坡有利于濕地的形成;灌木地變化的特征因子是氣溫、土壤類型和植被類型,氣溫是制約灌木地發(fā)展的最大自然因子,氣溫在15~17℃之間時(shí)對(duì)灌木地的影響最大;水體變化的特征因子是土壤類型和植被類型,這與水體的匯集和流動(dòng)密切相關(guān);人造地表變化的特征因子是坡度和植被類型,平坡有利于人造地表的發(fā)展,影響程度最大。
(3) 以坡度作為特征因子的土地利用類型包括耕地、人造地表和濕地;以植被類型作為特征因子的土地利用類型主要是草地、灌木地、林地、人造地表和水體;以氣溫為主導(dǎo)的土地利用類型包括草地、耕地、灌木地和林地;以土壤類型為主導(dǎo)的土地利用類型包括灌木地和水體。