新疆博州土地利用變化趨勢(shì)及其驅(qū)動(dòng)力研究

艾則買提·艾賽提，海米提·依米提，許 寧，安外爾·艾則孜，董 煜

(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.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830046;3.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆烏魯木齊 830054)

土地利用變化是全球變化研究的主要內(nèi)容之一，它既受自然因素的制約，在一定地域上又受社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的綜合影響，具有明顯的綜合性和地域性。目前分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)土地利用的作用被擺在重要位置［1-2］。隨著人口的增長(zhǎng)，土地作為有限的資源，越來越不能滿足人類的需要。因此，土地的合理利用研究成為解決此問題的核心內(nèi)容。在新疆，農(nóng)牧生產(chǎn)區(qū)的土地利用呈現(xiàn)出粗放的特點(diǎn)，對(duì)土地資源的不合理利用造成了土地生產(chǎn)能力的下降和生態(tài)環(huán)境的惡化。博爾塔拉蒙古族自治州(簡(jiǎn)稱博州，下同)土地利用的相關(guān)研究較少，我們利用博州地區(qū)1972—2009年的遙感數(shù)據(jù)，對(duì)其土地利用時(shí)空變化進(jìn)行研究，就是要揭示博州地區(qū)土地利用狀況在空間上的變化趨勢(shì)，探討博州地區(qū)土地利用變化驅(qū)動(dòng)力機(jī)制，目的是為博州這樣一個(gè)生態(tài)環(huán)境脆弱、社會(huì)經(jīng)濟(jì)貧困落后、能源豐富的地區(qū)合理利用土地資源提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

博州位于新疆維吾爾自治區(qū)西北邊緣準(zhǔn)噶爾盆地西南部，地處東經(jīng) 79°53'—83°53'、北緯 44°02'—45°23'之間，海拔189—4 569 m。轄博樂市、精河縣、溫泉縣、阿拉山口口岸行政管理區(qū)，是我國(guó)連接中亞和歐洲各國(guó)及向西開放國(guó)際貿(mào)易大通道的前沿基地。博州地區(qū)地貌特征大致由南北兩側(cè)山地、中部博爾塔拉河谷地和東部艾比湖盆地三大單元組成。溫帶大陸性氣候，年均氣溫6.0℃，年均降水量170.8 mm，年均蒸發(fā)量1 512.6 mm，年均無霜期160 d。新疆建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)五師師部及其11個(gè)農(nóng)墾團(tuán)場(chǎng)分布在博州境內(nèi)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究土地利用數(shù)據(jù)選取了成像時(shí)間(季相)相近的1972年MSS影像數(shù)據(jù)(空間分辨率為60 m，軌道號(hào)為P157R029、P158R029)以及1990、1999和2009年的TM影像數(shù)據(jù)(空間分辨率為30 m，軌道號(hào)為P146R029、P147R029)。參考新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒(1972—2009)和博州統(tǒng)計(jì)年鑒(1972—2009)獲取博州地區(qū)改革開放以來的人口、耕地、經(jīng)濟(jì)等方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行博州地區(qū)土地利用變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究。

2.2 研究方法

在ArcGIS軟件支持下，進(jìn)行遙感影像計(jì)算機(jī)輔助解譯，生成4期土地利用圖。全面分析博州地區(qū)30多年來耕地變化規(guī)律，應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法研究耕地?cái)?shù)量變化的相關(guān)因子，并建立多元回歸模型。全部統(tǒng)計(jì)分析在SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)軟件上進(jìn)行。通過土地利用變化表征方法來計(jì)算出動(dòng)態(tài)度、變化率、狀態(tài)、方向和趨勢(shì)等特征。

土地利用變化過程和趨勢(shì)可通過定量化的要素或數(shù)值如動(dòng)態(tài)度、變化率、狀態(tài)、方向和趨勢(shì)等來表征，指數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下［3-4］:

式中:D為T時(shí)段某種土地覆蓋類型的動(dòng)態(tài)度;Lb和La分別為研究期末和期初某種土地覆蓋類型的數(shù)量;Lc為發(fā)生變化的某種土地利用類型的年度變化量;T為研究時(shí)段;LUi為起始時(shí)刻第i類土地利用類型的面積;ΔLUi-j為研究時(shí)段第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為第j類土地利用類型的面積;Sj為地類j發(fā)生空間位置轉(zhuǎn)換的面積;Pj+和P+j分別為研究期初和期末地類j的面積;Pjj為沒有發(fā)生變化的面積;Qj為地類j面積的數(shù)量變化;Cj為地類j的總變化量。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用時(shí)空變化過程

博州地區(qū)各年份土地利用空間格局見圖1。

圖1 博州地區(qū)1972—2009年土地利用空間變化格局

從空間變化過程來看，博州地區(qū)各土地利用類型中耕地面積有不斷增加的特征，而未利用地和林草地面積有明顯的減少，變化過程具體如下:

(1)耕地變化。新中國(guó)成立初期，博州的耕地面積僅為13 500 hm2，到1990年增長(zhǎng)至119 900 hm2，是新中國(guó)成立初期的8.88倍。1949—1992年的43年中，共增耕地106 400 hm2，平均每年增加2 474 hm2。耕地面積有兩個(gè)高峰期，一是1958—1968年，增加耕地53 100 hm2，1968年比1957年耕地增加了2.10倍;二是1988—1992年，增加耕地32 400 hm2，1992年比1987年增加37%。1990—2009年耕地面積繼續(xù)增加，由原來的119 900 hm2漲至262 210 hm2。

(2)灘涂變化。1972年博州的灘涂面積是288 806 hm2，1990年增加到382 960 hm2，2009年達(dá)到了439 760 hm2。

(3)林草地變化。該地區(qū)1972年林草地面積1 541 500 hm2。1990年林草地面積達(dá)1 624 200 hm2，其中優(yōu)質(zhì)草場(chǎng)占12.27%，良等占25.17%，中等占34.45%，低等占28.11%。2009年林草地的面積有所下降，為1 567 960 hm2。林草地面積的變化和該地區(qū)土地的退化關(guān)系密切。

(4)水域的變化。博州水域面積變化較大，1972年是128 700 hm2，1990年增加到208 800 hm2，但是到2009年水域面積又減少到138 270 hm2。該地區(qū)的水域變化和艾比湖湖面的增減有著密切的聯(lián)系。艾比湖湖面面積在20世紀(jì)80年代穩(wěn)定在50 000 hm2，90年代艾比湖湖面面積有所增加，主要原因是流入艾比湖的河流處于豐水期，博爾塔拉河流域降水增加很多。到了2009年，湖面面積比20世紀(jì)90年代減少，這是導(dǎo)致流域水域面積減小的重要原因之一。

(5)未利用土地比20世紀(jì)90年代減少。

3.1.1 土地利用變化總量分析

土地利用類型面積變化是區(qū)域土地利用變化的重要方面，而土地面積的變化首先反映在不同土地利用類型土地面積的總量變化上，通過分析土地利用面積變化，可以了解土地利用變化總的態(tài)勢(shì)以及土地利用結(jié)構(gòu)變化。

根據(jù)博州1972、1990、2009年3期數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可獲得該地區(qū)土地利用面積變化率(表1—2)。

表1 1972—1990年博州土地利用面積、結(jié)構(gòu)、變化率、動(dòng)態(tài)度

表2 1990—2009年博州土地利用面積、結(jié)構(gòu)、變化率、動(dòng)態(tài)度

3.1.2 土地利用動(dòng)態(tài)度及變化趨勢(shì)分析

土地利用變化速度可定量描述土地利用類型的數(shù)量變化，對(duì)比較土地利用的區(qū)域差異和預(yù)測(cè)未來土地利用變化具有積極的意義。土地利用變化速度可分為兩類，即單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。單一土地利用動(dòng)態(tài)度是指某一區(qū)域一定時(shí)間內(nèi)某一土地利用數(shù)量的變化速度。博州1972—2009年土地利用動(dòng)態(tài)度如表1—2。

為更加直觀地發(fā)現(xiàn)博州土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化，可將動(dòng)態(tài)度數(shù)據(jù)繪制成圖2。

圖2顯示:博州的耕地在1972—2009年呈現(xiàn)出明顯的快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì);灘涂在1972—1990年間增長(zhǎng)速度快，1990—2009年間年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)減弱;林草地、水域在1972—1990年間增長(zhǎng)速度較快，1990—2009年間增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng);未利用土地20年來一直表現(xiàn)出負(fù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，1972—1990年間負(fù)增長(zhǎng)速度快，1990—2009年間負(fù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)減弱。

3.2 土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析

土地利用動(dòng)態(tài)變化的影響因素極其復(fù)雜，涉及人口、自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、制度、技術(shù)等方面，博州作為一個(gè)典型的干旱農(nóng)業(yè)區(qū)，自然因素對(duì)其土地利用動(dòng)態(tài)變化的影響跟其他干旱區(qū)類似，因此本研究只對(duì)其社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行分析。為使分析更科學(xué)、客觀，我們對(duì)驅(qū)動(dòng)因子分別進(jìn)行了定量和定性分析。土地利用變化受到人類活動(dòng)的影響，對(duì)影響土地變化的社會(huì)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行定量分析，不但有助于進(jìn)一步搞清楚面積變化與社會(huì)發(fā)展之間的關(guān)系，而且有利于把握土地面積變化過程中各因素所起的作用，便于有針對(duì)性地指導(dǎo)該地區(qū)土地的合理利用。

圖2 博州地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖

我們利用1972—2009年博州地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒資料，選取影響土地利用變化的8個(gè)指標(biāo)，進(jìn)行主成分分析，主成分分析結(jié)果表明有1個(gè)特征值大于1，且這8個(gè)指標(biāo)已包含90%以上的變化率。在確定1個(gè)主成分的前提下，計(jì)算出來的主成分的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)86.137%，完全符合分析要求，由此可進(jìn)一步得出主成分載荷矩陣(表3)。該載荷矩陣能反映相關(guān)指標(biāo)在主成分中的相對(duì)重要性［5］。

從第一主成分可以看出，X1、X2、X3…X7與其相關(guān)性最大且正相關(guān)。因此，博州土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力可概括為經(jīng)濟(jì)綜合因素、人口和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素等。

表3 主成分載荷矩陣

3.2.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素

國(guó)民生產(chǎn)總值、社會(huì)固定資產(chǎn)投資、農(nóng)村用電量是構(gòu)成第一主成分的重要因子［6-7］，它們與第一主成分的相關(guān)系數(shù)分別為0.983、0.983、0.972。改革開放以來博州地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)較快，尤其是1990年以來，經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)，國(guó)民生產(chǎn)總產(chǎn)值1988年為42 312.82萬元，至2010年達(dá)1 312 613萬元;農(nóng)村用電量從1988年的1 100萬kW/h增加到2010年的13 897萬kW/h。同時(shí)，社會(huì)固定資產(chǎn)投資也飛速增長(zhǎng)，1988年博州地區(qū)社會(huì)固定資產(chǎn)投資為23 703萬元，至2010年已達(dá)1 631 067萬元。這種經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)一方面促使農(nóng)村居民純收入不斷增加，另一方面促使工業(yè)用地和城鄉(xiāng)居民用地不斷增加并改變了該地區(qū)土地利用方式及類型。

3.2.2 人口因素

人類是最具活力的土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力之一［8-9］。研究區(qū)1988年的總?cè)丝跒?0.73萬人，2010年達(dá)47.83萬人，增加了17.1萬人。人口增加引起建設(shè)用地的增加，直接導(dǎo)致博州地區(qū)土地利用方式發(fā)生變化。

3.2.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素

農(nóng)業(yè)一直是博州地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)來源，博州農(nóng)牧漁業(yè)總產(chǎn)量在主成分中的相關(guān)系數(shù)最高，為0.991。2010年，博州地區(qū)機(jī)械總動(dòng)力為46 365萬kW，為1978年的2.61倍;農(nóng)牧漁業(yè)總產(chǎn)值從1988年的25 478萬元增加到544 307萬元，是1978年的21倍。農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步刺激了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，使得大量草地和濕地被開墾為耕地，致使耕地面積顯著增加。由此可見，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)于流域土地可持續(xù)利用有很大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)果與討論

(1)1972—2009年，博州地區(qū)耕地、灘涂面積保持較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì);林草地、水域面積由大幅增長(zhǎng)變?yōu)槊黠@減少;林地、未利用地減少態(tài)勢(shì)顯著。

(2)土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子分析表明，總?cè)丝?、地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)、社會(huì)固定資產(chǎn)投資、農(nóng)牧漁業(yè)總產(chǎn)值、機(jī)械總動(dòng)力在第一主成分上有較高的載荷，也就是說一個(gè)地區(qū)的土地利用與該地區(qū)的生產(chǎn)力水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化會(huì)引起土地資源的重新分配，從而導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)的變化，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化會(huì)引起土地利用的變化，反之，土地利用結(jié)構(gòu)的變化又會(huì)影響到區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。人口的不斷增加也會(huì)導(dǎo)致土地資源的重新分配，進(jìn)而影響土地利用結(jié)構(gòu)的變化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展在某種程度上影響土地利用方式變化。

(3)博州地區(qū)在開發(fā)利用土地資源的過程中，因忽視生態(tài)問題已導(dǎo)致土地沙化和鹽漬化有日趨嚴(yán)重之勢(shì)。未來若干年內(nèi)，隨著博州地區(qū)新增移民、墾荒力度的加大和風(fēng)電裝機(jī)量的劇增，以及大規(guī)模的水利工程建設(shè)，都可能在較短時(shí)間內(nèi)引起較大的環(huán)境結(jié)構(gòu)變化，水域濕地面積會(huì)進(jìn)一步減少，鹽漬地、沙地會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境有繼續(xù)惡化的可能。為保障博州地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，必須強(qiáng)化全社會(huì)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，走土地利用集約型發(fā)展之路。

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