天山北坡土地利用景觀格局動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析

徐麗萍 李慧婷 郭鵬 等

摘要：以1990年、2000年和2010年3個(gè)時(shí)期的土地利用覆被數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在Arcmap和Fragstats 3.4軟件的支持下，利用景觀格局指標(biāo)分析了天山北坡的景觀格局現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化，并利用相關(guān)性定性分析和主成分定量分析2種方法分析了引起這種變化的驅(qū)動(dòng)力。結(jié)果表明，①天山北坡1990～2010年土地利用類型變化顯著，荒漠、耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積不斷增加，草地、水域以及林地面積都出現(xiàn)了不同程度的減少。②斑塊形狀總體趨向于不規(guī)則與復(fù)雜，景觀的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)降低，各景觀類型所占比例差異增大，景觀斑塊的破碎化程度增強(qiáng)。③在基于相關(guān)性分析的定性分析中，影響天山北坡景觀格局變化的因素主要包括氣候因子、人口因子以及經(jīng)濟(jì)因子；其中，氣候因子主要影響著草地、水域、林地等天然土地利用類型的景觀格局，而人口因子和經(jīng)濟(jì)因子主要影響著耕地以及城鄉(xiāng)建設(shè)用地的景觀格局動(dòng)態(tài)變化；在基于主成分分析的定量分析中，自然驅(qū)動(dòng)的貢獻(xiàn)率小，人文驅(qū)動(dòng)的貢獻(xiàn)率大。

關(guān)鍵詞：土地利用；景觀格局；動(dòng)態(tài)變化；驅(qū)動(dòng)機(jī)制；天山北坡

中圖分類號(hào)：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）04-0947-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.034

Dynamic Change of Land Use Landscape Pattern and Its Driving Mechanism in Northern Slope of the Tianshan Mountains

XU Li-ping，LI Hui-ting，GUO Peng，ZHANG Zheng-yong

（College of Science， Shihezi University， Shihezi 832003， Xinjiang， China）

Abstract： Taking the Northern slope of the Tianshan Mountain as study area， with remote sensing images of 1990， 2000， 2010 as information source， changes of data related with landscape pattern indices were analyzed using Arcmap and the landscape pattern analysis software Fragstats 3.4. Correlation analysis and Principal component analysis were applied for analyzing the drive of the changes. The primary conclusions were as follows； ① Land use changes significantly， desert， farmland， urban and rural construction land increased； while grassland， water and forest area have suffered different degrees of reduction. ② Patch shape tend to change irregularly and complexly overall； landscape diversity and evenness has decreased；the difference of each type of landscape increased； and the degree of fragmentation increased. ③ According to the correlation analysis， the factors of the landscape pattern changes include climatic factors， demographic factors and economic factors， among which climate factors impacts grassland， water， forest and other natural land use types landscape patterns mainly； while population factors and economic factors affects arable land and urban and rural construction land mainly. According to principal component analysis， the contribution of natural factors is small； and the contribution of human-driven is big.

Key words： land use； landscape pattern； dynamic change； driving mechanism； Northern slope of the Tianshan Mountains

土地利用/土地覆蓋變化（Land use/Land cover change，LUCC）研究己經(jīng)成為全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)[1，2]，與此同時(shí)，隨著景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展，基于景觀格局的土地利用/土地覆蓋變化也成為研究熱點(diǎn)，不僅為景觀生態(tài)評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)等應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)，也可為區(qū)域規(guī)劃與生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)[3，4]。把握景觀空間格局的演變過(guò)程與驅(qū)動(dòng)力，是景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)的前提與基礎(chǔ)，所以具有重要的意義。關(guān)于區(qū)域景觀格局動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)力分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量研究；目前，國(guó)外學(xué)者已在各種區(qū)域尺度以及時(shí)間尺度上進(jìn)行了眾多的探討，其研究方法也從定性分析發(fā)展為定量分析，包括使用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)理統(tǒng)計(jì)方法、構(gòu)建模型等[5-10]；國(guó)內(nèi)學(xué)者也在不同尺度上對(duì)景觀格局進(jìn)行了研究，包括城市、流域、濕地以及森林、草地等不同景觀類型開展了景觀格局研究，其研究方法也逐漸趨向于多元化，尤其是關(guān)于驅(qū)動(dòng)力的研究，更多的學(xué)者開始注重分析其機(jī)理[11-26]。不過(guò)這些研究多集中在中東部經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，對(duì)于干旱區(qū)景觀，尤其是像天山北坡這樣典型的干旱區(qū)山盆系統(tǒng)的研究還較少。課題組在前人研究的基礎(chǔ)上，基于景觀生態(tài)學(xué)的理論與方法，對(duì)天山北坡1990年、2000年、2010年景觀格局的特點(diǎn)及其變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析；通過(guò)比較流域內(nèi)各景觀類型的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化，揭示景觀類型之間相互作用的機(jī)制，以及景觀要素動(dòng)態(tài)演替的方向、過(guò)程或變化趨勢(shì)；探索景觀格局的變化對(duì)生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的影響，并采用相關(guān)分析與主成分分析方法分析了影響景觀格局形成與發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力以及人類活動(dòng)在景觀格局動(dòng)態(tài)中所起的作用，以期為實(shí)現(xiàn)研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

天山北坡是地處中國(guó)西北干旱區(qū)的一個(gè)大幅度、多層次而有規(guī)律的、典型的“山盆系統(tǒng)（Mountain-basin system，MBS）”，主要系天山山脈中段博格達(dá)山、依連哈比乃山和婆羅科努山分水嶺以北的區(qū)域，面積為95 598 km2。包括烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市、昌吉市、呼圖壁縣、瑪納斯縣、沙灣縣、烏蘇市、奎屯市、奇臺(tái)縣、吉木薩爾縣、木壘縣和精河縣等。天山北坡屬內(nèi)陸干旱區(qū)，夏季炎熱干旱，冬季寒冷多風(fēng)，年均氣溫6.9 ℃，年均降水量220 mm，平均蒸發(fā)潛力1 817 mm。年均降水由南部山區(qū)中低山帶的500 mm 降至北部沙漠區(qū)的100 mm 左右；年均氣溫由山區(qū)的<2 ℃到平原的6～8 ℃。根據(jù)研究區(qū)自然地理?xiàng)l件和景觀的分異規(guī)律，將研究區(qū)從南向北依次劃分為中高山帶、前山帶、人工綠洲區(qū)、北部沙漠區(qū)以及荒漠過(guò)渡帶。中高山帶通常指主體山脈，海拔大于1 600 m；前山帶指位于主體山脈之前的低山區(qū)，是中高山帶與平原區(qū)之間的過(guò)渡帶，一般由一排或幾排褶皺構(gòu)造帶和相間的山間洼地組成；人工綠洲區(qū)通常位于前山帶河流出山口形成的沖洪積扇和沖積平原上，其下部緊臨北部沙漠區(qū)。中高山帶、前山帶、人工綠洲區(qū)、北部沙漠區(qū)和荒漠過(guò)渡帶占研究區(qū)的比例依次為23.0%、6.3%、29.7%、24.5%和16.5%。

1.2 數(shù)據(jù)獲取與處理

采用1990年、2000年與2010年的Landsat TM（分辨率 30 m×30 m）遙感影像數(shù)據(jù)，輔助資料為天山北坡行政區(qū)劃圖、土地利用圖、Gooleearth等。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)為Envi 4.8遙感圖像處理系統(tǒng)、Arc GIS10.0地理信息系統(tǒng)和Fragstats 3.4景觀指數(shù)統(tǒng)計(jì)軟件。首先利用Envi 4.8對(duì)得到的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，之后利用監(jiān)督分類方法對(duì)圖像進(jìn)行分類，然后導(dǎo)入到ArcGIS 10.0中，將瑪納斯河流域土地利用圖歸并為8類（耕地、林地、草地、水域、鹽堿地、荒漠、冰川/永久積雪、城鄉(xiāng)建設(shè)用地），并將柵格數(shù)據(jù)分辨率重采樣為60 m，最后在Fragstats 3.4中計(jì)算景觀格局指數(shù)。氣候數(shù)據(jù)年平均氣溫、年降水量由天山北坡的11個(gè)氣象站提供；經(jīng)濟(jì)與人口數(shù)據(jù)由新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局提供。

1.3 分類方案

依據(jù)分類結(jié)果，結(jié)合實(shí)際研究需要，利用Arc GIS 10.0軟件將二級(jí)地類合并為耕地、林地、草地、水域、鹽堿地、荒漠、冰川/永久積雪、城鄉(xiāng)建設(shè)用地8個(gè)一級(jí)地類，處理后的天山北坡土地利用類型情況見圖1。

1.4 景觀格局分析指標(biāo)選擇

本研究的目標(biāo)是從宏觀尺度上分析研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)。Fragstats 3.4軟件可以計(jì)算出60多個(gè)指標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)的易取性和計(jì)算精度二方面考慮，最后從Fragstats 3.4軟件中選取了具有代表性的12個(gè)指標(biāo)，分三個(gè)方面對(duì)天山北坡景觀格局進(jìn)行分析。第一類是斑塊形狀指數(shù)，包括斑塊邊界總長(zhǎng)度（TE）、邊界密度（ED）、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMS1）、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)（AWMPFD）；第二類是多樣性指數(shù)，包括Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）、Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）；第三類是景觀破碎化指數(shù)，主要包括斑塊數(shù)目（NP）、斑塊面積（CA）、斑塊密度（PD）、斑塊平均面積（MPS），另外還包含表征景觀基本情況的景觀面積（TA）、景觀類型面積比（PLAND）。以上這些指數(shù)的計(jì)算方法以及生態(tài)學(xué)意義詳見參考文獻(xiàn)[21]，這里不再一一詳述。

1.5 景觀格局驅(qū)動(dòng)力分析

本研究對(duì)景觀格局驅(qū)動(dòng)力分析采用定性分析與定量分析相結(jié)合的方式，分別采用相關(guān)分析和主成分分析2種分析方法，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行比較。

首先選取國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、年末總?cè)丝跀?shù)、農(nóng)業(yè)人口數(shù)、年平均氣溫、年降水量等8個(gè)因子進(jìn)行天山北坡景觀格局動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)力分析。由于驅(qū)動(dòng)力因子對(duì)景觀格局的影響具有一定的滯后性，故將此8個(gè)指標(biāo)在1980—1990年、1991—2000年、2001—2010年的數(shù)據(jù)取平均值作為1990、2000、2010年的數(shù)據(jù)，并與選取的景觀指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析、顯著性檢驗(yàn)、定量分析。

第二種方法首先選取代表自然驅(qū)動(dòng)的年平均氣溫（℃）、年均降水量（mm）和年均濕度（%）3個(gè)自然因素，人為驅(qū)動(dòng)因素考慮年末總?cè)丝冢ㄈf(wàn)人）、農(nóng)業(yè)人口（萬(wàn)人）、非農(nóng)業(yè)人口（萬(wàn)人）、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（萬(wàn)元）、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（萬(wàn)元）、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（萬(wàn)元）、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（萬(wàn)元）、農(nóng)林牧副漁總產(chǎn)值（萬(wàn)元）、牲畜數(shù)量（萬(wàn)頭、萬(wàn)只）、機(jī)械總動(dòng)力（萬(wàn)kw）、第一產(chǎn)業(yè)比重、第二產(chǎn)業(yè)比重、第三產(chǎn)業(yè)比重、社會(huì)固定資產(chǎn)投資（萬(wàn)元）等，分別屬于人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和政策支持等范疇，然后對(duì)篩選出的17種社會(huì)經(jīng)濟(jì)與氣象因子在做完標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀格局基本情況

天山北坡2010年景觀類型總面積為14 965 379 hm2，其1990～2010年各單元類型面積占總面積的比例情況見圖2。從圖2可見，在2010年，草地和荒漠2個(gè)土地利用類型控制著該地區(qū)的景觀，兩者分別占景觀總面積的19%和50%，其次為耕地，占景觀總面積的17.63%，鹽堿地、水域、林地、冰川/永久積雪、城鄉(xiāng)建設(shè)用地5種景觀類型所占面積較少，其之和為13.47%。從面積看，荒漠應(yīng)是研究區(qū)景觀的基質(zhì)類型。

從圖2還可見，在1990～2010年20年間，耕地以及城鄉(xiāng)建設(shè)用地的增加幅度最大，耕地總面積共增加了1 398 936 hm2；城鄉(xiāng)建設(shè)用地雖然增加的面積不大，但增長(zhǎng)率卻非常高，達(dá)到116.8%；荒漠的增加幅度也比較明顯；草地以及鹽堿地減少的幅度最大，草地從1990年到2010年總面積減少了492 856 hm2，鹽堿地總面積減少了1 449 166 hm2，后者減少率高達(dá)72.8%。另外，水域、林地也有不同程度的減少?？傊?，在荒漠、耕地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積驟增的同時(shí)，是草地、林地等類型面積的減少。

2.2 景觀斑塊形狀指數(shù)

20年來(lái)天山北坡景觀斑塊形狀指數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見表1。從表1可見，1990～2010年天山北坡總體的斑塊邊界總長(zhǎng)度（TE）、邊界密度（ED）呈明顯下降的變化趨勢(shì)，這說(shuō)明天山北坡的斑塊數(shù)量在減少，可能是由于近年來(lái)流域的不斷開發(fā)所引起的，隨著人類社會(huì)與科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大量的天然用地被開發(fā)為人工用地，使得原來(lái)小面積的人工用地發(fā)展成大面積的、連片集中的景觀類型。而面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）以及面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)（AWMPFD）在總體上都呈上升趨勢(shì)，且上升幅度較大。這說(shuō)明天山北坡斑塊形狀總體趨向于不規(guī)則與復(fù)雜，可能是由于人類活動(dòng)的干預(yù)，造成了生態(tài)交錯(cuò)帶呈鋸齒狀或其他不規(guī)則狀的邊界類型結(jié)果。

1990～2010年天山北坡景觀各單元類型斑塊形狀指數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見表2。從表2可見，荒漠的邊界密度（ED）、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）以及面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)（AWMPFD）在各個(gè)時(shí)期都是最大的，其次為草地、耕地、林地，水域、冰川/永久積雪和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的各項(xiàng)指數(shù)均較小。這說(shuō)明在研究期內(nèi)，荒漠、耕地、草地與林地的斑塊形狀指數(shù)較為不規(guī)則和復(fù)雜，可能是由于草地與荒漠在研究區(qū)所占的面積較大、與其他景觀類型鑲嵌分布造成的，而耕地則是由于分布較分散、且單個(gè)斑塊面積較小造成斑塊體形狀復(fù)雜形成的。水域和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的斑塊形狀最為簡(jiǎn)單，這主要是由于這幾種景觀類型斑塊形狀都比較穩(wěn)定與規(guī)則的緣故。

20年來(lái)天山北坡景觀的面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）比較情況見圖3，天山北坡景觀的面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)（AWMPFD比較情況見圖4。從圖3與圖4可見，在1990～2010年，不同景觀類型的面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）以及面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)（AWMPFD變化趨勢(shì)是不同的，鹽堿地、冰川/永久積雪、草地景觀類型整體呈下降變化趨勢(shì)?；哪c耕地景觀類型有明顯的增加趨勢(shì)，尤其是耕地景觀類型受人類活動(dòng)的影響最明顯，在近10年來(lái)，面積不斷增加，在擴(kuò)張的過(guò)程中導(dǎo)致其斑塊形狀趨于復(fù)雜。而水域與城鄉(xiāng)建設(shè)用地景觀類型的變化趨勢(shì)不明顯。

2.3 景觀多樣性指數(shù)

20年來(lái)天山北坡景觀的Shannon多樣性指數(shù)與Shannon均勻度指數(shù)比較情況見圖5。從圖5可見，在1990～2010年，天山北坡景觀的Shannon多樣性指數(shù)與Shannon均勻度指數(shù)都呈下降變化趨勢(shì)，其中，Shannon多樣性指數(shù)下降了7.2%，Shannon均勻度指數(shù)也下降了7.2%，兩者下降幅度都比較大。Shanon多樣性指數(shù)和Shanon均勻度指數(shù)降低意味著優(yōu)勢(shì)度的增加，即優(yōu)勢(shì)景觀類型的比例增加，單一組分對(duì)景觀的控制作用增強(qiáng)。各景觀類型所占比例的差異增加，景觀異質(zhì)性減弱。上述各指數(shù)的變化趨勢(shì)在一定程度上反映了人類活動(dòng)對(duì)景觀整體的影響，這主要表現(xiàn)在由于人類不合理的土地利用，使草地退化與荒漠化嚴(yán)重，導(dǎo)致原本就在整個(gè)景觀中占主導(dǎo)地位的荒漠面積增加，所占比例上升，其對(duì)景觀的控制作用也隨之增強(qiáng)。與此同時(shí)，原來(lái)在景觀中比例較大的鹽堿地與草地所占比例不斷減小，兩者對(duì)整個(gè)景觀的控制作用也與日俱減。

2.4 景觀破碎化指數(shù)

20年來(lái)天山北坡景觀破碎化指數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見表3。從表3可見，在1990～2010年，天山北坡的斑塊數(shù)目整體呈下降變化趨勢(shì)，斑塊密度有相同的變化軌跡，而斑塊平均面積變化趨勢(shì)則相反，整體呈上升趨勢(shì)，這說(shuō)明研究區(qū)景觀斑塊的破碎化程度在降低。

1990～2010年天山北坡景觀類型破碎化指數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見表4。從表4可見，在研究區(qū)內(nèi)不同景觀類型之間的斑塊密度（PD）和斑塊平均面積（MPS）相差比較大。如荒漠的斑塊密度在各個(gè)時(shí)期都是數(shù)一數(shù)二的，這主要是因?yàn)榻陙?lái)人類活動(dòng)的開發(fā)力度加強(qiáng)，導(dǎo)致連片荒漠破碎為小片斑塊所致；鹽堿地與草地在20年內(nèi)減少的趨勢(shì)明顯；耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、水域、冰川/永久積雪的斑塊密度較小，且在20年間無(wú)明顯變化。各景觀類型的斑塊平均面積在不同時(shí)期有很大的差異，其中工礦、交通、居民用地等城鄉(xiāng)建設(shè)用地的斑塊平均面積在各個(gè)時(shí)期都是比較大的；其次為耕地，耕地不僅斑塊平均面積較大，且在近年來(lái)增加趨勢(shì)明顯；林地、水域、草地和冰川/永久積雪的平均斑塊面積在各個(gè)時(shí)期都比較小。綜上所述，在研究期內(nèi)，草地、荒漠和鹽堿地的景觀破碎化程度較高，其他各景觀類型的景觀破碎化程度較低。

3 景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力分析

3.1 基于相關(guān)性的驅(qū)動(dòng)力分析

將當(dāng)?shù)氐膰?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、年末總?cè)丝跀?shù)、農(nóng)業(yè)人口數(shù)、年平均氣溫、年降水量等8個(gè)驅(qū)動(dòng)力因子分別與天山北坡的景觀破碎化指數(shù)中斑塊密度（PD）的各類型如城鄉(xiāng)建設(shè)用地斑塊密度、水域斑塊密度、冰川/永久積雪斑塊密度、鹽堿地斑塊密度、林地斑塊密度、耕地斑塊密度、草地斑塊密度、荒漠斑塊密度以及天山北坡的斑塊密度、邊界密度（ED）、斑塊平均面積（MPS）、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)（AWMPFD）、Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）、Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）進(jìn)行相關(guān)性分析，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表5。

3.1.1 氣候因子 通過(guò)對(duì)天山北坡11個(gè)氣象站的氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，可以得到天山北坡1981～2010年間的年平均氣溫和降雨量連續(xù)變化的動(dòng)態(tài)情況，具體見圖6。從圖6可見，天山北坡1981～2010年間的平均氣溫、年平均降水的變化總體呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明在全球變暖背景下，天山北坡從20世紀(jì)80年代以來(lái)氣候暖濕化趨勢(shì)較為明顯。氣溫的大幅度上升導(dǎo)致冰川/永久積雪融化，冰川面積大幅度減少；另外，氣溫上升引起的區(qū)域強(qiáng)烈蒸發(fā)是造成天山北坡荒漠面積增加的重要原因。雖然天山北坡降水量也有所增加，但其上升幅度明顯小于氣溫。因此，降水量增加所帶來(lái)的效應(yīng)就顯得相對(duì)弱一些。結(jié)合表5可知，降水對(duì)耕地面積的影響較大，與之呈顯著正相關(guān)；而氣溫主要影響冰川/永久積雪、耕地面積、荒漠面積以及斑塊平均面積（MPS）。

3.1.2 人口因素 目前，已有眾多學(xué)者針對(duì)人口變化對(duì)景觀格局變動(dòng)產(chǎn)生的影響展開了研究。課題組根據(jù)天山北坡各地20余年的人口數(shù)據(jù)，對(duì)天山北坡人口數(shù)量及人口結(jié)構(gòu)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖7。從圖7可見，天山北坡1988～2010年間人口總數(shù)發(fā)生了很大的變化。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)農(nóng)業(yè)人口和非農(nóng)業(yè)人口數(shù)據(jù)分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)人口結(jié)構(gòu)變化異常明顯，農(nóng)業(yè)人口在總?cè)丝谥兴嫉谋壤蠓陆?。人口總?shù)的增加帶來(lái)的是相應(yīng)的糧食需求，這也是近20年來(lái)天山北坡耕地面積大幅增加的原因；同時(shí)，農(nóng)業(yè)人口所占比例的下降意味著非農(nóng)業(yè)人口的數(shù)量增多，這也是造成天山北坡城鎮(zhèn)大面積擴(kuò)張的重要原因。耕地的增加與城鎮(zhèn)的擴(kuò)張帶來(lái)的是大量的草地與林地被占用，以及對(duì)水的大量利用，這可以用來(lái)解釋天山北坡1990～2010年耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積增加，而林地、水域、草地面積大量減少的現(xiàn)象。結(jié)合表5可知，農(nóng)業(yè)人口與面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)（AWMPFD）呈顯著正相關(guān)，與Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）和Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）呈顯著負(fù)相關(guān)，這說(shuō)明農(nóng)業(yè)人口的增加是造成天山北坡景觀形狀復(fù)雜化和景觀多樣性下降的重要原因。

3.1.3 經(jīng)濟(jì)因素 天山北坡是新疆維吾爾自治區(qū)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，天山北坡經(jīng)濟(jì)帶在全疆有著舉足輕重的影響，也是我國(guó)國(guó)土綜合開發(fā)的19個(gè)重點(diǎn)片區(qū)之一，更是開發(fā)大西北的重點(diǎn)地區(qū)。通過(guò)對(duì)天山北坡國(guó)民生產(chǎn)總值及各產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，天山北坡1980～2010年30年間經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，尤其是近10年來(lái)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，產(chǎn)業(yè)格局也發(fā)生了較大調(diào)整，具體見圖8。從圖8可見，天山北坡近30年間第一產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)緩慢，而第二、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)增速格局也呈現(xiàn)出“二、三、一”的發(fā)展態(tài)勢(shì)。結(jié)合表5可知，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與城鄉(xiāng)建設(shè)用地、耕地面積變化呈顯著正相關(guān)，而同草地、林地、水域、荒漠面積變化呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整加強(qiáng)了對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)及居民用地的需求，對(duì)荒漠等未利用土地開發(fā)利用的強(qiáng)度也隨之增加，引起了建筑面積的擴(kuò)張和未利用土地的減少。另外，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開資源的供給，包括水資源、能源等，這也是造成水域、林地等大面積減少的原因之一。數(shù)據(jù)也顯示：第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值與斑塊密度PD、邊界密度ED呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與斑塊平均面積（MPS）呈顯著正相關(guān)，這說(shuō)明研究區(qū)第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值的上升與景觀斑塊的破碎化程度降低有一定的關(guān)聯(lián)性。

3.2 基于主成分的驅(qū)動(dòng)力分析

將選取的17種社會(huì)經(jīng)濟(jì)與氣象因子標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行主成分分析，對(duì)分析結(jié)果共篩選了2個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到94.238%，符合分析要求，由此可得出旋轉(zhuǎn)之后的主成分載荷矩陣，具體見表6。主成分載荷是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)；從表6可見，第一主成分主要與年末總?cè)丝凇⑷丝诿芏?、GDP、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、固定資產(chǎn)投資等11項(xiàng)人為驅(qū)動(dòng)因子具有顯著的正相關(guān)關(guān)系；第二主成分主要與年均氣溫和年均降水量指標(biāo)具有較大關(guān)系，反映出自然驅(qū)動(dòng)對(duì)土地覆被變化的影響。從相關(guān)系數(shù)的數(shù)值可以看出，研究區(qū)景觀格局變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、政策導(dǎo)向（投入）、人口等人為驅(qū)動(dòng)因素密切相關(guān)，與氣候變化等自然驅(qū)動(dòng)因素密切程度低。同時(shí)，不難看出，研究區(qū)近年來(lái)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)天山北坡景觀格局動(dòng)態(tài)變化起著最主要的推動(dòng)作用。

3.3 天山北坡景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制

基于相關(guān)性的驅(qū)動(dòng)力分析采用驅(qū)動(dòng)力因子數(shù)據(jù)與天山北坡的景觀格局指數(shù)相結(jié)合進(jìn)行相關(guān)分析的方法，對(duì)每一個(gè)景觀指數(shù)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制都有所表達(dá)，進(jìn)而對(duì)研究區(qū)整體景觀格局的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的刻畫。結(jié)果表明，影響天山北坡景觀格局變化的因素主要包括氣候因子、人口因子以及經(jīng)濟(jì)因子；其中，氣候因子主要影響著草地、水域、林地等天然土地利用類型的景觀格局，而人口因子、經(jīng)濟(jì)因子主要影響著耕地以及城鄉(xiāng)建設(shè)用地的景觀格局動(dòng)態(tài)變化。造成天山北坡景觀形狀復(fù)雜化和景觀多樣性下降的重要原因是農(nóng)業(yè)人口的增加；研究區(qū)第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值的上升與景觀斑塊的破碎化程度的降低存在一定的關(guān)聯(lián)性。

基于主成分的驅(qū)動(dòng)力分析，將對(duì)研究區(qū)景觀格局有影響的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行主成分分析，并選出2個(gè)主成分，此方法能夠從整體上反映出影響天山北坡景觀格局的貢獻(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)因子，結(jié)果表明，研究區(qū)景觀格局變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、政策導(dǎo)向（投入）、人口等人為驅(qū)動(dòng)因素密切相關(guān)，自然驅(qū)動(dòng)因素對(duì)景觀格局變化的影響較小。

4 小結(jié)與討論

研究結(jié)果表明，天山北坡1990～2010年的土地利用類型變化顯著，荒漠、耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積不斷增加，草地、水域以及林地面積都出現(xiàn)了不同程度的減少。在20年間，天山北坡斑塊形狀總體趨向于不規(guī)則與復(fù)雜；景觀的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)降低，各景觀類型所占比例差異增大，景觀異質(zhì)性減弱；景觀斑塊的破碎化程度在增大。影響天山北坡景觀格局變化的因素主要包括氣候因子、人口因子以及經(jīng)濟(jì)因子，其中，氣候因子主要影響著草地、水域、林地等天然土地利用類型的景觀格局，而人口因子、經(jīng)濟(jì)因子主要影響著耕地以及城鄉(xiāng)建設(shè)用地的景觀格局動(dòng)態(tài)變化。研究區(qū)景觀格局變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、政策導(dǎo)向（投入）、人口等人為驅(qū)動(dòng)因素密切相關(guān)，與氣候變化等自然驅(qū)動(dòng)因素密切程度較低。

天山北坡景觀格局及其變化往往是多種驅(qū)動(dòng)因素共同作用的結(jié)果，其中人口、經(jīng)濟(jì)、政策等人文因素以及氣溫、降水等自然因素對(duì)景觀格局的影響較顯著。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在景觀格局驅(qū)動(dòng)力方面已做了大量的研究，采用的方法主要包括定性分析法與定量分析法，而定量分析中比較常用的包括主成分分析法、相關(guān)分析法等，課題組采用主成分分析法與相關(guān)分析法2種相結(jié)合的分析方法，分別從單個(gè)景觀類型以及整體景觀格局2個(gè)水平上對(duì)天山北坡的景觀格局驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了初步分析。2種方法均表明，人口、經(jīng)濟(jì)等人為因素對(duì)研究區(qū)景觀格局產(chǎn)生了重要的影響，尤其是對(duì)研究區(qū)整體景觀格局變化影響更深刻；而氣溫、降水等自然因素對(duì)單一景觀類型的影響較大，對(duì)整體景觀格局的影響程度低，這與以往的研究結(jié)論基本相吻合。

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