中老缅交界区2005-2017年土地利用/覆被变化及其生态状况

张 磊, 武友德, 李 君

(1.泰山学院 旅游学院, 山东 泰安 271000; 2.云南师范大学 孟加拉湾地区研究中心/缅甸研究中心, 云南 昆明 650500;3.云南师范大学 中国西南地缘环境与边疆发展协同创新中心, 云南 昆明 650500; 4.云南师范大学 经济与管理学院, 云南 昆明 650500)

作为全球变化在地球表层系统留下的最突出景观标志，人类对土地的开发利用以及由此引起的土地利用/覆被变化(LUCC)已被广泛认为是全球变化研究的重要内容和主要原因[1]。作为GLP深入研究的基础，LUCC在全球变化研究中的作用日趋凸显，特别自2005年以来，其研究重心更向分析人类面对LUCC及其效应的响应机制偏移[2]，如何基于对LUCC的分析测度区域演变过程[3]及生态状况[4]已成为当今土地利用/覆被变化研究的热点和前沿问题。

国内外学者已分别基于土地利用动态变化[5-6]、图谱分析[7]、景观格局[8-10]、趋势与状态指数[3,11]及相关分析[12]、Logistic回归分析[13]、生态风险评价/脆弱度等[14-17]模型，从不同视角分析了LUCC对区域演变过程及生态状况的反映、影响及测度。梳理发现，当前学者的研究重点多集中在中国北部及西北部的生态敏感/脆弱及保护/修复区，而对土地覆被状况相对较好且具有地缘政治、经济及文化优势的西南边疆地区研究相对较少，对同时具有传统与非传统安全等多重叠加问题的多国地缘交界区研究更为鲜见。

鉴于此，本文以中老缅3国接壤地带为例，以土地利用/覆被影像为本底，综合运用土地利用/覆被变化趋势与状态指数及生态等级指数等模型，对该区土地利用/覆被的演变过程及生态状况进行分析，以期定量揭示该区不同国情背景下LUCC及生态风险的演变差异，摸清中老缅交界地区的自然资源本底，保障中国西南边境安全及加强边境地区合作，探究跨境/跨流域合作与共生治理体系。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区概况

以中老缅3国交界处(中老缅244号界碑)为圆心，以100 km为半径构建缓冲区，并将其作为本文研究区(图1)。

图1 研究区地理位置示意图

如图1所示，研究区主要包括中国云南西双版纳州大部、缅甸东掸邦孟别县东部及老挝琅南塔省中北部、丰沙里省西部、波乔省与乌多姆赛省北部边缘，澜沧江—湄公河及昆曼高速公路等经过，拥有中老磨憨—磨丁口岸、景洪港、关累港及西双版纳机场等地缘政治经济合作口岸及通道，并临近中老勐康口岸、中老打洛口岸及缅甸勐拉特区，是中国与东盟接触地带已形成的多国地缘经济区的重要组成部分[18]，该区地势四周高中间低，属典型的热带雨林气候，全年高温多雨、无明显季节差异，总面积约3.14×104km2。

近年来，随众多国际经济合作与资源开发项目的展开，特别是中缅泰老“黄金四角”计划与“替代种植”政策的推进，该区的土地利用/覆被状况发生了显著变迁，资源利用与生态环境子系统的变化规律各具特色，加之土地利用方式的特殊性、显著的国别对比、相当面积的热带雨林及广泛分布的替代种植作物区，使该区成为众多国际组织研究LUCC及生态风险的前沿和热点地区之一[19-20]。

1.2 数据来源与处理

本文数据源主要为从美国地质调查局网站(http:∥earthexplorer.usgs.gov)下载的Landsat TM/ETM+/OLI系列数据(分辨率30 m)，在对数据进行统一投影与空间配准的基础上，基于ENVI5.3对遥感数据进行预处理，并依据选定的研究区轮廓进行影像裁剪。综合运用监督分类与人机交互式解译的方法对土地利用信息进行提取[21]，并基于Google Earth影像数据及Globe Land 30数据产品对解译的数据进行校正，kappa系数分别为0.868(2005年)，0.894(2011年)及0.900(2017年)。结合研究区土地利用特点，参照中国国家地理信息中心开发的Globe Land 30地表覆盖分类系统，将该区土地利用分为水体、耕地、裸土及未利用地、林地、草地及建筑用地等6大类。

2 研究方法与统计模型

2.1 土地利用/覆被变化趋势与状态指数

2.1.1 单一土地利用/覆被类型的变化趋势与状态指数 单一土地利用/覆被类型的变化趋势与状态指数主要用来反映某土地利用/覆被类型的扩张/缩减强度。公式为：

(1)

式中：Ps为各土地利用/覆被类型的变化与状态指数； ΔUin为其他土地利用类型转入某用地类型的面积； ΔUout为某用地类型转出为其他土地利用类型的面积，-1≤Ps≤1且ΔUin+ΔUout≠0[3]。Ps越接近0，表明该用地类型的双向转换越频繁越趋于平衡状态[3]；Ps越接近于±1，越趋于不平衡状态，表明该用地类型以单向转入(出)为主[3]；当Ps>0时，表明该用地类型呈扩张态势；当Ps<0时，说明该用地类型呈缩减态势[3]。

2.1.2 区域土地利用/覆被变化的整体趋势与状态指数 区域土地利用/覆被变化的整体趋势与状态指数可反映整个区域土地利用/覆被变化的趋势与状态。公式为：

(2)

式中：0≤Pt≤1[3,22]。Pt越接近0，表明区域内所有土地利用/覆被类型的双向转换频繁，且呈均衡转换的态势；Pt越接近1，表明区域内各种土地利用/覆被类型的转换方向主要为单向的极端不均衡转换[3,22]。为了更好地表述区域土地利用/覆被变化的整体趋势与状态，参照相关学者研究对Pt进行分级：平衡状态[0～0.25]；准平衡状态(0.25～0.50]；不平衡状态(0.50～0.75]；极端不平衡状态(0.75～1][3,22]。

2.2 生态等级指数

生态等级指数不仅可定量表征区域土地利用/覆被与宏观生态状况转好/差的程度，更可详细刻画出生态系统状况的整体变化[4,23]。鉴于此，参照相关学者研究[4,24]，本文引入生态等级指数模型，对研究区生态状况进行评估。公式为：

(3)

式中：EGi为某区域生态等级指数,属负向指标,即数值越小,其代表的土地利用/覆被类型的生态综合功能越高[4]; EGij为i区域第j种土地利用/覆被类型的生态等级(水体为1,林地为2,草地为3,耕地为4,建筑用地为5,裸土及未利用地为6[4,23-24];Aij为区域i中土地利用/覆被类型j的面积[4]。

3 结果与分析

3.1 基于LUCC的多国地缘交界区演变过程分析

3.1.1 土地利用/覆被现状及空间分布特征 由表1可知，2017年研究区林地与耕地的面积较大，二者之和占土地利用总面积的近95%，各用地斑块间的整体连接性较好，为该区土地利用景观的“基质”；澜沧江—湄公河从本区穿过，对土地利用的切割作用显著，构成了该区土地利用景观的“廊道”；草地、建筑用地与裸土及未利用地的面积相对较小且破碎化程度较高，三者之和占土地利用总面积的比重不足5%，且多呈点状或块状零散分布，构成了该区土地利用景观的“斑块”。

整体而言，研究区土地利用组合的一致性较强，中老缅3国段均以林地和耕地为主，且林地的主导地位突出(表1)。如表1所示，作为多国地缘交界区，该区土地利用亦存在一定程度的国别分异，其中，老挝和缅甸段林地在研究区中的主导度大于中国段，而与人类活动密切相关的耕地及建筑用地在中国段的比重则整体大于老挝及缅甸段，3国的土地利用程度存在一定差异。

表1 2017年中老缅3国交界处土地利用/覆被构成

3.1.2 基于土地利用/覆被结构变化的多国地缘交界区演变过程分析 如图2所示，2005—2017年，研究区土地利用的时空格局发生了显著变迁。从土地利用结构看，12 a间，研究区土地利用持续以林地、耕地及草地为主，2005年占土地利用总面积的比重分别为52.37%，40.64%及6.44%，至2017年三者所占比重分别变为84.12%，10.8%及4.22%，随时间演进，林地面积扩张显著，耕地面积大幅减少，而草地面积变化相对平稳。值得注意的是，研究区建筑用地与裸土及未利用地面积占总体比重虽相对较小，但变动幅度极为显著，在一定程度上表明该区土地利用的活跃度及土地覆被的发育程度不断提升。

图2 中老缅3国交界处2005-2017年各土地利用/覆被类型比例

从土地利用变化幅度看，12 a间，研究区林地、建筑用地与裸土及未利用地面积均持续增加，其中，建筑用地与裸土及未利用地的增幅主要集中在后6 a，而林地的增幅随时间演进则有所放缓；2005—2017年，研究区耕地面积不断减少且降幅持续扩大；整体而言，研究区草地面积呈先增后减整体减少的态势而水体的变动则较为稳定。一方面表明随研究区发育程度的提升，土地资源的开发程度大幅增强，建筑用地显著增加，并在一定程度上导致了城镇近郊部分耕地的流失；另一方面，随“替代种植”等政策的推进与深入，以橡胶林为代表的替代种植作物区大面积增加，导致相当面积的耕、草地转为人工林地。

从不同发展阶段来看，12 a间，随“替代种植”等政策的深入及相关跨境政治、经济合作的推进，研究区2011—2017年的土地利用变化幅度整体高于2005—2011年，最明显的是建筑用地显著扩张、耕地降幅持续扩大及林地主导地位的日趋增强。2005—2011年，建筑用地增幅为22.2%，而2011—2017年增幅扩至90.9%；前6 a，研究区耕地面积由1.30×104km2降至9 040 km2，降幅为30.4%，随时间演进，耕地面积持续下降，后6 a降幅增至61.9%；2005—2011年，林地在研究区中所占比重由52.4%升至69%，在用地类型中的主导地位显著增强，至2017年，林地面积占全区土地利用的比重增至84.1%，主导地位日益凸显。

3.1.3 基于土地利用/覆被变化趋势与状态的多国地缘交界区演变过程分析 由表2可知，从全时段看，12 a间研究区土地利用变化整体呈不平衡状态(Pt=0.640)。具体而言，研究区内部各用地类型间的变化趋势与状态差异显著，其中耕地面积呈显著收缩的变动态势(Ps=-0.813)，转入面积仅为转出的10.3%，其原因一方面在于随城镇化与社会经济发展水平的提升，该区部分耕地向建筑用地转型，另一方面，随“替代种植”等政策的深入与推进，该区相当面积的耕地转为以橡胶和香蕉林为核心的人工经济林区；作为研究区主导用地类型的林地，外延扩张态势突出，新增用地规模占研究区总面积的31.8%；12 a间，研究区草地呈内部转换与整体收缩并举的变动态势而建筑用地的外延扩张明显，这受该区城镇化推进、社会经济发展及“替代种植”政策等的共同驱动；值得注意的是，研究区水体以内部转换为主而裸土及未利用地的外延扩张态势显著，然而二者用地面积占研究区的比重相对较小(二者之和不足0.5%)，对整体土地利用变化态势的影响不大。

表2 2005-2017年研究区土地利用/覆被变化趋势与状态指数

具体到分时段看，随时间演进，研究区土地利用变化的稳定性有所增强，2005—2011年，研究区土地利用变化呈不平衡状态(Pt=0.538)，2011—2017年研究区土地利用变化的趋势与状态指数有所下降，土地利用变化转为准平衡状态(Pt=0.497)。相较而言，12 a间研究区各用地类型间的变化趋势与状态差异略显增加，各地类Ps间的标准差由0.5增至0.53，其中耕地面积呈持续收缩的变动态势且缩减幅度不断增加，状态指数Ps由-0.487变为-0.664；对比发现，研究区林地呈持续外延扩张的变动态势但扩张幅度显著减小，Ps由0.589降为0.378，这也是该区土地利用变化稳定性增强的主要动因；不同时段内，草地的变动态势差异显著，由显著收缩(Ps=-0.548)转为外延扩张(Ps=0.325)，这在一定程度上反映了老挝上寮地区及缅甸东掸邦地区茶园、罂粟种植区及林地砍伐区的复苏与增扩[14]；相较于2005—2011年、2011—2017年建筑用地的外延扩张态势大幅增加，这主要受该区社会经济发展及城市化水平提升等因素的共同驱动。

3.2 基于LUCC的多国地缘交界区生态状况评估

不同的土地利用/覆被类型具有不同程度的生态功能[24]，土地利用/覆被的变化必然引起生态状况的转变。鉴于此，参照相关学者研究[4,25]，本文通过构建生态等级指数模型〔公式(3)〕，得到研究区的生态状况评估结果(表3)。

3.2.1 基于LUCC的多国地缘交界区生态状况时间演变分析 如表3所示，随社会经济发展及“替代种植”等政策的深入，林地在土地利用总面积中所占比重大幅增加，研究区生态状况有所改善，生态等级指数从2005年的2.879降至2017年的2.269。

表3 2005-2017年研究区生态等级指数及变化状况

相较而言，2005—2017年，研究区生态状况的变动存在一定的国别差异。随时间演进，中、老、缅3国段土地利用类型的生态综合功能均不断改善但增幅有所差异，其中老挝段增幅有所下降，缅甸段增幅持续较高而中国段增幅则明显上升；12 a间，研究区各国段间的生态状况差异有所减小，各国生态等级指数的标准差由2005年的0.165降至2017年的0.053。

为进一步测度研究区生态状况的时空分异，本文以20 km为间隔构建5个缓冲带，对与3国交界处不同距离范围区域的生态状况进行评估。发现，2005—2017年，与3国交界处不同距离区域间的生态状况变动有所差异，在0—80 km范围内的区域生态等级指数均持续下降，生态状况不断转好，表明该区“替代种植”与“退耕还林”等政策的生态修复作用逐步凸显；在80—100 km范围内的区域生态等级指数呈先大幅下降后小幅增加，整体显著减小的变动态势，这受老(挝)缅(甸)两国“替代种植”的深入程度、原木出口的规模变动及中国城镇化推进、边境口岸建设等因素的综合驱动。12 a间，与3国交界处不同距离范围区域间的生态状况差异呈先增后减整体减小的变动态势，各距离范围区域间的生态等级指数标准差由2005年的0.134增至2011年的0.143又降至2017年的0.131。

3.2.2 基于LUCC的多国地缘交界区生态状况空间分异研究 2005—2017年，研究区的生态状况存在一定程度的空间分异。从国别上看，12 a间，老挝段生态状况整体较优，其生态等级指数的均值为2.397，这得益于老挝上寮地区较高的森林覆盖率；缅甸段次之，生态等级指数均值为2.644；中国段的生态状况相对较差，生态等级指数均值高达2.713，这与中国段相对较高的社会经济发展水平及人为干扰程度密切相关。从与3国交界处不同距离范围区域看，随时间演进，生态综合功能高值区与3国交界处间的距离整体减小，这在一定程度上体现出3国对其接壤地带生态本底功能的修复与提升工作正不断增强。随与3国交界处间距离的增加，研究区2005年、2011年的生态等级指数均呈先升后降整体减小的变动态势，在0—40 km范围内较高，而在60—100 km范围内则相对较低；相较而言，随与3国交界处间距离的增加，研究区2017年的生态等级指数呈现出持续扩大的变动态势。

4 讨论与结论

本研究以中老缅3国接壤地带为例，通过构建土地利用/覆被变化趋势与状态指数及生态等级指数等模型，对该区2005年以来的演变过程及生态状况进行评估，得出以下结论。

(1) 研究区土地利用组合的一致性较强，中老缅3国段均以林地和耕地为主，且林地的主导地位突出。随时间演进，研究区土地利用的时空格局发生了显著变迁，从土地利用结构看，研究区用地类型虽持续以林地、耕地及草地为主，但林地面积扩张显著，耕地面积大幅减少而草地面积变化相对平稳；从土地利用变化幅度看，12 a间，研究区林地、建筑用地与裸土及未利用地面积均持续增加而耕地面积不断减少且降幅持续扩大，草地面积呈先增后减整体减少的态势而水体的变动则较为稳定；从不同发展阶段看，研究区后6 a的土地利用变化幅度整体高于前6 a，最明显的是建筑用地显著扩张、耕地降幅持续扩大及林地主导地位的日趋增强。

(2) 从全时段看，12 a间研究区的土地利用变化整体呈不平衡状态，各用地类型间的变化趋势与状态差异较为显著；具体到分时段看，随时间演进，受林地外延扩张态势减弱及耕地缩减幅度不断增加的共同驱动，研究区土地利用变化的稳定性有所增强但各用地类型间的变化趋势与状态差异略显增加，各地类Ps间的标准差由0.5增至0.53。

(3) 2005—2017年，研究区生态状况整体改善，生态等级指数从2.879降至2.269；相较而言，研究区生态状况的变动存在一定的国别分异，中、老、缅3国段土地利用的生态综合功能虽均不断改善但增幅有所差异，其中老挝段增幅有所下降，缅甸段增幅持续较高而中国段增幅则明显上升；12 a间，研究区各国段间的生态状况差异显著减小，各国生态等级指数的标准差由2005年的0.165降至2017年的0.053。

(4) 研究区生态状况的空间分异较为显著，12 a间，老挝段生态状况整体较优，缅甸段次之而中国段的生态状况相对较差，这与各国段间的自然地理条件、社会经济发展及人为干扰程度密切相关。从与研究区3国交界处不同距离范围看，2005—2017年，与3国交界处不同距离区域间的生态状况变动有所差异，生态综合功能高值区与3国交界处间的距离整体减小，这在一定程度上体现出3国对其接壤地带生态本底功能的修复与提升工作正不断增强。

(5) 基于土地利用/覆被变化对多国地缘交界区演变过程及生态状况的评估，可为后续揭示不同国情背景下区域资源利用与生态环境子系统的时空变化规律、驱动机制及重组与优化路径的研究提供借鉴。随“澜湄合作”及“替代种植”等的深入与推进，综合考虑地缘政治、经济、文化及生态等多重视角，进一步探究此类地区的合作与共生治理体系，促进区域土地保护与生态安全是本文进一步研究重点。