吐魯番市土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

侯 芳,高敏華

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830046;2.綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆烏魯木齊 830046)

吐魯番市土地利用動(dòng)態(tài)變化研究

侯 芳1,2,高敏華1,2

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830046;2.綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆烏魯木齊 830046)

在GIS技術(shù)支持下,選取土地利用詳細(xì)變更調(diào)查數(shù)據(jù)和2008年土地調(diào)查數(shù)據(jù),采用土地利用動(dòng)態(tài)度模型、土地利用程度綜合指數(shù)模型和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)吐魯番市近12年來(lái)土地利用動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行定量分析,找出吐魯番市1996～2008年土地利用變化的特點(diǎn)及原因,并提出吐魯番市合理利用土地的對(duì)策。

吐魯番市;土地利用動(dòng)態(tài)變化;動(dòng)態(tài)度模型

0 引言

土地是生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分,土地利用和土地覆被變化可以引起全球環(huán)境變化,土地利用變化已經(jīng)成為研究全球變化的重要領(lǐng)域之一[1,2]。從目前的研究報(bào)道來(lái)看,基于土地利用詳細(xì)變更調(diào)查數(shù)據(jù)的土地利用變化分析的實(shí)例較少[3],傳統(tǒng)的數(shù)量分析模型雖然簡(jiǎn)明扼要,且不需要較復(fù)雜的專業(yè)性分析技能,但完全忽略了土地利用空間區(qū)位的固定性與獨(dú)特性,沒有考慮土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間過(guò)程及相關(guān)屬性[4]。本文在基于遙感影像資料的基礎(chǔ)上,選取土地利用詳細(xì)變更數(shù)據(jù)并結(jié)合2008年土地調(diào)查數(shù)據(jù),采用土地利用動(dòng)態(tài)度模型、土地利用程度綜合指數(shù)模型等對(duì)吐魯番市的土地利用變化進(jìn)行了定性、定量的分析。

1 研究區(qū)概況

吐魯番市位于新疆維吾爾自治區(qū)東部,天山支脈博格達(dá)山南麓,吐魯番盆地中心,位于北緯41°21′10″～43°37′50″,東經(jīng)88°28′18″～89°55′03″之間。東臨鄯善縣,西接托克遜縣,南與巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣相連,北與烏魯木齊市、昌吉回族自治州奇臺(tái)縣、吉木薩爾縣接壤。南北長(zhǎng)約262 km,東西狹窄不規(guī)則,最寬處約90 km,土地總面積為13 589.22 km2。市區(qū)距烏魯木齊市184 km,直線距離155 km。吐魯番市城區(qū)是吐魯番地委、吐魯番地區(qū)行署所在地。

2 研究方法與資料來(lái)源

2.1 資料來(lái)源

主要選取吐魯番市1996～2008年的年鑒數(shù)據(jù);土地利用詳細(xì)變更調(diào)查數(shù)據(jù);2008年土地調(diào)查數(shù)據(jù);1996年T M、2008年quick bird影像及矢量數(shù)據(jù)等。

2.2 研究方法

為全面反映吐魯番市土地利用變化情況,本文通過(guò)對(duì)兩期矢量數(shù)據(jù)疊加并結(jié)合2008年土地調(diào)查數(shù)據(jù)及詳查數(shù)據(jù),同時(shí)采用土地利用動(dòng)態(tài)度、土地利用程度綜合指數(shù)及其變化等模型來(lái)定量分析吐魯番市土地利用動(dòng)態(tài)變化。土地利用動(dòng)態(tài)度及土地利用程度綜合指數(shù)的計(jì)算模型各文獻(xiàn)不盡相同,因此,本文在應(yīng)用時(shí),土地利用動(dòng)態(tài)度根據(jù)文獻(xiàn)[1]的模型計(jì)算,土地利用程度綜合指數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)[4]的模型來(lái)計(jì)算。

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地資源數(shù)量變化可以用土地利用動(dòng)態(tài)度表示。土地利用程度及其變化可定量地表達(dá)該地區(qū)土地利用的綜合水平和變化趨勢(shì)。

單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度表達(dá)的是某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況,其表達(dá)式為:

式中:K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度;Ua、Ub分別為研究期初及研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量;T為研究時(shí)段長(zhǎng),當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí),K的值就是該研究區(qū)某種土地利用類型的年變化率。

2.2.2 土地利用程度綜合指數(shù)

土地作為一種資源,人們不僅關(guān)注其面積變化狀況,還會(huì)關(guān)注其利用程度以及利用程度的變化。就區(qū)域土地利用程度與程度變化分析而言,用的較多的是土地利用程度綜合指數(shù)。該綜合指數(shù)一方面可反映特定時(shí)期的土地利用程度;另一方面通過(guò)研究期內(nèi)該指數(shù)的變化可反映區(qū)域土地利用程度的變化。根據(jù)已有文獻(xiàn)資料,區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)的計(jì)算方法為下式②。土地利用程度的變化則等于研究期末的指數(shù)減去研究期初的指數(shù)。表達(dá)式為③。

式中:L為某研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù);Ai為研究區(qū)域內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù);Ci為研究區(qū)域內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比;n為土地利用程度分級(jí)數(shù)。

式中:Ia、Ib分別為a時(shí)間和b時(shí)間的研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù);Ai為第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù);Cia、Cib分別為時(shí)間a和時(shí)間b第i等級(jí)土地利用程度面積。

應(yīng)用土地利用程度綜合指數(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題在于土地利用程度的分級(jí)與分級(jí)指數(shù)的確定。目前文獻(xiàn)中給出的一種處理方法是按土地利用類型來(lái)分級(jí),將土地利用類型整合為未利用土地級(jí)、林草水用地級(jí)、農(nóng)業(yè)用地級(jí)和城鎮(zhèn)用地級(jí)等4級(jí),并分別將分級(jí)指數(shù)設(shè)定為1、2、3、4[5]。如表1所示。

表1 土地資源利用類型分級(jí)Table 1 Classification of land use type

2.2.3 土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可全面而具體地刻畫區(qū)域土地利用變化的結(jié)構(gòu)、特征與各用地類型變化的方向。本文運(yùn)用轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行吐魯番市土地利用類型空間轉(zhuǎn)化分析,轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)形式為:

式中:S代表面積;n代表土地利用的類型數(shù);i、j分別代表研究期初與研究期末的土地利用類型。

3 吐魯番市土地利用變化分析

3.1 土地利用總體變化

土地利用動(dòng)態(tài)變化表現(xiàn)了土地變化的劇烈程度,它包括土地資源的數(shù)量、質(zhì)量的變化。土地利用的空間變化及土地利用類型組合方式的變化,同時(shí)也包括未來(lái)土地資源需求量的變化。土地利用類型變化狀態(tài)在空間上多呈清晰的邊界,在時(shí)間上大多依賴于人類利用方式轉(zhuǎn)變的速率,與季節(jié)無(wú)對(duì)應(yīng)相關(guān)性。對(duì)區(qū)域土地利用變化的數(shù)量、結(jié)構(gòu)及景觀特性等方面的總量分析,有助于從總體上把握區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)演變的趨勢(shì)與特點(diǎn)。但土地利用的顯著特點(diǎn)之一是其空間區(qū)位的固定性與獨(dú)特性,因而只有對(duì)區(qū)域土地利用變化進(jìn)行定位化、定量化的空間分析,才能更為深入和準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)區(qū)域土地利用的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程[6]。吐魯番市1996～2008年的土地利用變化情況見表2。

表2 吐魯番市1996～2008年土地利用變化對(duì)比表Table 2 Contrast of land use change in Turpan city in 1996～2008(單位:hm2)

由表2可以看出,吐魯番市12年間除耕地、牧草地、水利設(shè)施用地和未利用土地面積凈減少外,其余地類均呈增長(zhǎng)趨勢(shì),其中園地、交通運(yùn)輸用地和居民點(diǎn)工礦用地的年增長(zhǎng)率最大。

3.2 吐魯番市土地利用動(dòng)態(tài)度

利用公式①計(jì)算吐魯番市土地利用動(dòng)態(tài)度,結(jié)果見表3。

利用公式③計(jì)算出吐魯番市1996～2008年土地利用程度的變化情況(見表4)。

3.3 吐魯番市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

對(duì)區(qū)域土地利用變化的數(shù)量、結(jié)構(gòu)及景觀特性等方面的總量分析,有助于從總體上把握區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)演變的趨勢(shì)與特點(diǎn)。為了分析吐魯番市各種地貌單元土地動(dòng)態(tài)變化來(lái)源與去向,利用Arcgis9.2軟件對(duì)1996～2008年土地動(dòng)態(tài)矢量數(shù)據(jù)疊加分析,求出土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣,見表5。

表3 吐魯番市土地利用動(dòng)態(tài)度Table 3 Dynamic degree of land use in Turpan city

表4 吐魯番市土地利用程度變化Table 4 Change of land use degree in Turpan city

從表5可以看出吐魯番市土地利用空間格局發(fā)生了較大變化,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)耕地的變化 12年間,由其它地類轉(zhuǎn)化成耕地的面積為1 094.12 hm2,主要來(lái)源于園地和未利用地;耕地主要轉(zhuǎn)化為園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和未利用地,面積為2 158.32 hm2,總面積呈減少趨勢(shì)。耕地減少的主要原因是農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)化為果園和居民點(diǎn),由于加快林果業(yè)發(fā)展的需要和比較效益的差異,凡是具備轉(zhuǎn)化為葡萄種植條件的優(yōu)質(zhì)耕地近些年已經(jīng)大多轉(zhuǎn)化為果園,同時(shí),城市化進(jìn)程的加快,部分耕地被占用,轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民點(diǎn),還有部分由于干旱、鹽堿化原因棄耕。

表5 吐魯番市土地利用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Table 5 The space transition matrix of land use in Turpan City(單位:hm2)

(2)園地的變化 12年間,由其它地類轉(zhuǎn)化成園地的面積為10 263.74 hm2,主要來(lái)源于耕地和未利用地;園地主要轉(zhuǎn)化為耕地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地和未利用地,面積為364.18 hm2?？偯娣e呈增加趨勢(shì)。

(3)林地的變化 12年間,由其它地類轉(zhuǎn)化成林地的面積為363.29 hm2,主要來(lái)源于未利用地、耕地和草地;林地主要轉(zhuǎn)化為耕地和交通用地,面積為50.21 hm2?？偯娣e呈增加趨勢(shì)。林地的變化原因可概括為:吐魯番市積極推進(jìn)生態(tài)建設(shè)和防護(hù)林建設(shè)工程的結(jié)果。

(4)草地的變化 12年間,由其它地類轉(zhuǎn)化成草地的面積為43.46 hm2,主要來(lái)源于未利用地;草地主要轉(zhuǎn)化為耕地和園地、交通用地和未利用地,面積為220.738 hm2?？偯娣e呈減少趨勢(shì)。

(5)城鎮(zhèn)村及工礦用地的變化 12年間,由其它地類轉(zhuǎn)化成城鎮(zhèn)村及工礦用地的面積為4 583.22 hm2,主要來(lái)源于未利用地和耕地;城鎮(zhèn)村及工礦用地主要轉(zhuǎn)化為耕地等地類,面積為74.19 hm2?？偯娣e呈增加趨勢(shì)。城鎮(zhèn)村及工礦用地的增長(zhǎng)是近年來(lái)新疆經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而引起的用地規(guī)模的迅速擴(kuò)張,以及吐魯番市城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)、人口增長(zhǎng)的具體表現(xiàn)。

(6)交通運(yùn)輸用地的變化 12年間,由其它地類轉(zhuǎn)化成交通運(yùn)輸用地的面積為1 836.26 hm2,主要來(lái)源于未利用地、耕地和園地;交通運(yùn)輸用地主要轉(zhuǎn)化為未利用地,面積為36.49 hm2?？偯娣e呈增加趨勢(shì)。交通運(yùn)輸用地的增長(zhǎng)主要由于吐—烏—大高等級(jí)公路的修建以及蘭新鐵路復(fù)線用地。

(7)水域及水利設(shè)施用地的變化 12年間,由其它地類轉(zhuǎn)化成水域及水利設(shè)施用地的面積為10.46 hm2,主要來(lái)源于未利用地;水域及水利設(shè)施用地主要轉(zhuǎn)化為未利用地,面積為21.2 hm2?？偯娣e呈減少趨勢(shì)。水域及水利設(shè)施用地的減少主要由于當(dāng)?shù)貥O端干旱氣候的影響。

4 結(jié)論與建議

4.1 研究結(jié)論

從以上分析可以看出,1996～2008年吐魯番市土地利用類型變化較大。土地利用也存在一些問(wèn)題:

(1)耕地供需矛盾日益突出 1996～2008年期間,耕地面積逐年減少,隨著城市化進(jìn)程的不斷加快,現(xiàn)有耕地已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長(zhǎng)的各項(xiàng)建設(shè)和農(nóng)民增收的需要。

(2)吐魯番市氣候條件獨(dú)特,光照資源豐富,有效積溫高,無(wú)霜期長(zhǎng),晝夜溫差大,有得天獨(dú)厚的有利于葡萄、瓜果等作物生長(zhǎng)的自然優(yōu)勢(shì) 在近幾年實(shí)施“退糧還經(jīng)”戰(zhàn)略的影響下,大量的耕地轉(zhuǎn)化成以葡萄種植為主的特色園地,同時(shí)對(duì)未利用地開墾也導(dǎo)致了園地面積的大幅增加。

(3)水土資源矛盾突出 吐魯番市因無(wú)有效降水,全靠天山的降水,融水補(bǔ)給,水資源極其貧乏,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足全市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要,導(dǎo)致部分農(nóng)田由于缺水撂荒、草場(chǎng)退化、水域面積減少。

(4)土地利用結(jié)構(gòu)不盡合理、利用水平不高 2008年土地利用結(jié)構(gòu)中未利用地占77.81%,耕、園、林及城鎮(zhèn)用地的比例均不足5%,土地利用率不高,大量土地目前難以利用,如裸巖礫石地、裸土地和鹽堿地等。

4.2 合理利用建議

(1)切實(shí)保護(hù)耕地,提高土地利用率 在保持耕地總量的動(dòng)態(tài)平衡的前提下,大力提倡節(jié)約、集約用地,合理開發(fā)利用未利用地,提高土地的利用率。必須保持耕地面積動(dòng)態(tài)平衡,耕地面積只能增加而不能減少,以保證糧食自給率。

(2)加強(qiáng)水利建設(shè),開源節(jié)流 吐魯番市四面環(huán)山,干旱少雨,無(wú)有效降水,全靠天山的降水、融水補(bǔ)給。因此,要滿足吐魯番市規(guī)劃期內(nèi)各業(yè)用水需求,必須堅(jiān)持實(shí)施“節(jié)水和增水相結(jié)合,以節(jié)水為主”的方針,搞好現(xiàn)有水利設(shè)施配套,使其發(fā)揮效益;切實(shí)加強(qiáng)灌溉方式管理,推行先進(jìn)灌溉技術(shù)和節(jié)水技術(shù);加快大、中型水利骨干工程及坎兒井、機(jī)井的修建,解決水資源時(shí)空分布不均的問(wèn)題。

(3)合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),改善城市環(huán)境,突出市區(qū)的旅游職能 干旱綠洲地區(qū)的水資源和可利用的土地資源十分有限;吐魯番市又是全國(guó)文明的旅游城市,因此應(yīng)適當(dāng)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),合理限制布局工礦企業(yè),加快完善城市道路交通等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),合理布置旅游業(yè)用地,增加綠地面積,兼顧為城鄉(xiāng)和旅游業(yè)服務(wù),以滿足城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

(4)合理開發(fā)利用后備資源,改善土地利用的生態(tài)環(huán)境 雖然從數(shù)據(jù)上看吐魯番市后備資源豐富,未利用地比例很大,但是干旱區(qū)綠洲生態(tài)穩(wěn)定性很差,而解決干旱地區(qū)土地資源的過(guò)度開發(fā)和退化問(wèn)題,必須有效地保持生態(tài)系統(tǒng)的平衡,改善土地資源的基礎(chǔ)條件,充分利用冬用水育草植灌,固沙造林,保護(hù)沙區(qū)草被植物,合理開發(fā)利用土地,維持綠洲生態(tài)平衡。

[1] 王秀蘭,包玉海.土地利用動(dòng)態(tài)變化研究方法探討[J].地理科學(xué)進(jìn)展,1999,18(1):81-87.

[2] 史培軍,陳晉,潘耀忠.深圳土地利用變化機(jī)制分析[J].地理學(xué)報(bào),2000(2):151-160.

[3] 李團(tuán)勝.陜西省土地利用動(dòng)態(tài)變化分析[J].地理研究,2004,23(2):157-164.

[4] 王思遠(yuǎn),劉紀(jì)遠(yuǎn),張?jiān)鱿?等.中國(guó)土地利用時(shí)空特征分析[J].地理學(xué)報(bào),2001,56(6):631-639.

[5] 劉紀(jì)元.中國(guó)資源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查與動(dòng)態(tài)研究[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,1999:158-188.

[6] 劉盛和,何書金.土地利用動(dòng)態(tài)變化的空間分析測(cè)算模型[J].自然資源學(xué)報(bào),2002,17(5):533-540.

(責(zé)任編輯:胡立智)

Analysis on Dynamic Change of Land Use in Turpan City,Xinjiang Province

HOU Fang1,2,GAO Minhua1,2
(1.College of Resources and Environm ental Science,Xinjiang University,U rum qi,Xinjiang830046;2.Key Laboratory of Oasis EcologyM inistry of Education,U rum qi,Xinjiang830046)

Based on the detailed data and dynamic model from GIS,it adopts the land utilization dynamic degree model,the land utilization comprehensive indexmodel and the land use transfermatrix,analyses quantitatively the characteristics of dynamic land utilization in the recent 12 years in Turpan City,finds out the features and cause of land utilization change from 1996 to 2008 in Turpan City.Meanwhile the paper proposes the correspondingmeasures of land utilization.

Turpan City;dynamic change of land use;dynamic degree model

F301.24;P208

A

1671-1211(2010)03-0317-04

2009-10-09;改回日期:2009-12-21

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40761020)資助。

侯芳(1983-),女,在讀研究生,地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)。E-mail:hfang1126@163.com