新疆和靜縣土地利用時(shí)空變化分析

楊 輝

（和田鼎晟工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，新疆 和田 848000）

近年來(lái)，隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的確定和“一帶一路”政策的實(shí)施，中國(guó)西北部新疆地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，由于新疆地區(qū)土地可利用面積較低，區(qū)域建設(shè)性的土地越來(lái)越緊張，耕地保護(hù)的壓力持續(xù)增加，國(guó)民對(duì)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化的要求水平也逐漸提高，土地利用帶來(lái)的資源、環(huán)境糾紛的狀況也越來(lái)越高漲[1]。土地利用的變化作為世界性的變化的重要部分和中心性的研究?jī)?nèi)容，已經(jīng)成為地方生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要依據(jù)，成為國(guó)內(nèi)外研究的前沿和熱點(diǎn)。土地利用分類(lèi)是識(shí)別土地利用空間構(gòu)成要素的過(guò)程[2]，是表示土地利用和形質(zhì)轉(zhuǎn)換的方法以及達(dá)成的土地利用的地域性結(jié)合單位，反映了土地利用的形態(tài)和功能，是記錄人類(lèi)土地利用和變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，評(píng)價(jià)地區(qū)開(kāi)發(fā)，改變重要指標(biāo)。加強(qiáng)對(duì)地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)、變化傾向的研究，對(duì)土地資源的合理利用、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和整備具有重大意義。

1 研究區(qū)概況

和靜縣隸屬于新疆巴音郭楞蒙古自治州，位于新疆中部，巴音郭楞蒙古族自治州西北部，是一個(gè)山川秀美、氣候宜人的人口大縣。和靜縣位于巴音郭楞蒙古自治州（巴州）西北天山中段南麓，是連接新疆南北的重要交通樞紐。毗鄰伊犁、昌吉、阿克蘇等17 個(gè)縣市，東部為吐魯番盆地，南部為庫(kù)爾勒，西部為伊犁河谷，北部為烏魯木齊。和靜縣東西長(zhǎng)，南北寬，西北高東南低，它是由山間盆地、山間峽谷和山前平原三部分組成。該縣境內(nèi)有河流26 條，年徑流量1 億m3以上的河流達(dá)到7 條，為呼圖壁河、開(kāi)都河、奎克烏蘇河。黃水溝河、貢內(nèi)斯河、清水河、瑪納斯河。開(kāi)都河是中國(guó)最大的內(nèi)陸淡水湖博斯騰湖的源頭，全長(zhǎng)560 km。上游流經(jīng)和靜縣456 km，年平均徑流量33.4 億m3，自然落差1843 m[3]。

2 研究數(shù)據(jù)

選取由地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供的時(shí)間跨度為18 年的2000 年的Landsat5-TM 影像和2018 年的Landsat7-ETM 影像遙感影像作為本次研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并在ENVI5.3 的支持下，結(jié)合紙坊溝DEM高程數(shù)據(jù)，對(duì)遙感影像做前期的預(yù)處理操作[4]，使其再解譯時(shí)，達(dá)到最大精準(zhǔn)度。

為了減少對(duì)分類(lèi)的混合光譜信息的影響，遙感圖像使用基于最大似然法和視覺(jué)解釋來(lái)解釋土地利用型的監(jiān)視分類(lèi)的組合。同時(shí)，使用Google Earth 和91 的衛(wèi)星地圖，進(jìn)一步提高分類(lèi)后的準(zhǔn)確性，用于檢查和修改解釋的土地利用數(shù)據(jù)，以減少與分類(lèi)相關(guān)的圖像混合頻譜信息的影響[5]。

參考由國(guó)土資源部組織修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》（GB/T 21010-2017），結(jié)合和靜縣當(dāng)?shù)厍闆r及遙感衛(wèi)片分辨率的問(wèn)題，可以把土地利用分布類(lèi)型分為以下幾種類(lèi)型：林地、耕地、居民用地、沙地、草地/濕地、其他。見(jiàn)表1。

表1 土地利用類(lèi)型解譯標(biāo)志一覽表

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 土地利用面積變化分析

土地利用結(jié)構(gòu)是在某種類(lèi)型的土地上，直接反映土地利用狀況的土地的種類(lèi)和組成的周期性。類(lèi)統(tǒng)計(jì)工具是ENVI 軟件，用于在兩個(gè)階段創(chuàng)建不同的土地使用類(lèi)型區(qū)域的統(tǒng)計(jì)[6]。

綜合2000 年、2018 年和靜縣土地利用結(jié)構(gòu)變化（見(jiàn)表2、圖1、圖2），可以看出：新疆大部分地區(qū)地廣人稀，受人為擾動(dòng)的土地面積較小，和靜縣的土地利用類(lèi)型以林地和草地/濕地為主，二者在研究區(qū)內(nèi)分布廣泛，面積之和占土地總面積的80%以上，其中林地/草地廣泛分布，但在東南部分布較少，耕地主要集中于和靜縣東南部；未利用地主要分布于和靜縣東北部的陡坡上，故投影面積最小。18 年中和靜縣不同土地利用類(lèi)型均發(fā)生不同程度的變化，變化幅度由大到小排列依次為草地/濕地＞林地＞耕地＞居民用地＞其他未利用土地＞沙地。耕地、居民用地、林地、草地、未利用地的面積占比為15.92∶6.22∶77∶75∶0.11。不同土地利用類(lèi)型的面積及占比由大到小依次為：草地＞林地＞耕地＞居民用地＞未利用地。

表2 和靜縣2000 年～2018 年土地利用變化幅度統(tǒng)計(jì)表

圖1 2000 年和靜縣土地利用解譯圖

圖2 2018 年和靜縣土地利用解譯圖

土地利用變化幅度是指不同時(shí)間尺度上研究區(qū)某一種土地類(lèi)型面積的變化幅度，反映的是某一區(qū)域土地利用狀況的總體變化情況與變化趨勢(shì)[7]，其表達(dá)式為：

式中：R 為土地利用變化幅度，正值表示面積增加，負(fù)值表示面積減少，數(shù)值（土地利用變化幅度的絕對(duì)值）越大則表示變化越大；Ua、Ub分別表示研究時(shí)段初期和末期土地利用類(lèi)型的面積。

計(jì)算得出未利用地的面積在研究時(shí)段內(nèi)持續(xù)減少，由2000 年的1587 hm2減少到了2018 年的1190 hm2，共減少了396.86 hm2，變化幅度為-21.34%。民用地的面積在研究時(shí)段內(nèi)持續(xù)增加，由2000 年的793 hm2增加到了2018 年的3571 hm2，變化幅度為432%，耕地的面積在研究時(shí)段內(nèi)持續(xù)增加，變化幅度為43.64%，林地/草地的面積在研究時(shí)段內(nèi)持續(xù)增加，變化幅度為70.04%。

3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度變化

單一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度指在一定時(shí)間范圍內(nèi)研究區(qū)某種土地利用類(lèi)型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式為：

式中：K 為單一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度，代表某單一土地利用類(lèi)型的年際變化率，正值表示面積增加，負(fù)值表示面積減少，數(shù)值（單一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度的絕對(duì)值）越大則表示變化越大；Ua、Ub分別表示研究時(shí)段在初始期和結(jié)束期的土地利用類(lèi)型的面積；T 為研究持續(xù)時(shí)間，年。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)模型用于從總體上表征研究區(qū)土地利用的變化速度[8]，分析國(guó)土利用的變化趨勢(shì)和土地利用面積變化速度，確認(rèn)地方政府報(bào)告的土地變動(dòng)調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性。其表達(dá)式為：

式中：Lc為綜合土地利用動(dòng)態(tài)度，代表研究區(qū)內(nèi)所有土地利用類(lèi)型面積變化的年綜合變化率，Uai，Ubi分別表示研究時(shí)段初期和末期某種土地利用類(lèi)型的面積；T 為研究持續(xù)時(shí)間，單位為年；n 為研究區(qū)不同土地利用類(lèi)型的數(shù)量。

根據(jù)表1 結(jié)果，結(jié)合公式（2）和公式（3），可以計(jì)算出2000 年～2018 年和靜縣的土地利用動(dòng)態(tài)變化情況（見(jiàn)表3）。綜合分析可以看出：2000 年～2018 年耕地、居民用地、林地/草地、未利用地的單一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度依次為1.32%、2.41%、0.61%、－1.5%，不同土地利用類(lèi)型在18 a 中的變化速度由大到小依次為：居民用地＞未利用地＞林地/草地＞耕地；從變化速度上來(lái)看，未利用地總體呈平穩(wěn)減少的趨勢(shì)。2000 年～2018 年和靜縣的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為1.08%，表明18 a 中土地利用類(lèi)型變化較為緩慢。

表3 和靜縣2000 年～2018 年土地利用動(dòng)態(tài)度統(tǒng)計(jì)表 單位：%

3.3 轉(zhuǎn)移矩陣

從系統(tǒng)解析中的系統(tǒng)狀態(tài)和狀態(tài)遷移的定量記述，導(dǎo)出了土地利用移動(dòng)矩陣，適用于土地利用變化的馬可夫模型。研究期間的開(kāi)始和結(jié)束不能綜合地記述土地利用結(jié)構(gòu)的特征,但可以反映研究期不同的土地利用類(lèi)型的變化情況，便于研究期間內(nèi)各種土地變化傾向及土地利用形態(tài)結(jié)構(gòu)的分析[9]。其表達(dá)式如下：

式中：S 代表面積；n 代表土地利用的類(lèi)型的數(shù)量；a，b 分別代表研究時(shí)段初期與研究時(shí)段末期的土地利用類(lèi)型。在實(shí)際應(yīng)用中，土地利用轉(zhuǎn)移矩陣通常以表格的形式表示。

在ENVI classic 5.3 中使用Change Detection Statistics 工具對(duì)和靜縣2000 年、2018 年解譯結(jié)果進(jìn)行處理，可以得到兩個(gè)研究時(shí)段的不同土地利用類(lèi)型面積的轉(zhuǎn)移矩陣（見(jiàn)表4）。

表4 和靜縣2000 年～2018 年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 單位：hm2

4 結(jié)果分析

土地利用的變化受到自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地管理等多方面的因素的限制和限制。由于時(shí)間和空間規(guī)模的自然因素，土地利用的基本模式是長(zhǎng)期效果的結(jié)果，但從短期來(lái)看，自然利用對(duì)土地利用的變化幾乎沒(méi)有影響，由于社會(huì)因素，土地類(lèi)型的改善相對(duì)較塊。

2000 年～2018 年，隨著和靜縣城鎮(zhèn)化水平的提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城內(nèi)居民對(duì)土地資源的需求量隨之增加，表現(xiàn)為居民用地面積增大，新增的居民用地主要分布在城市東南部分，主要來(lái)源于林地/草地。濕地/草地與耕地之間的轉(zhuǎn)化較為活躍，這主要因?yàn)楹挽o縣持續(xù)開(kāi)展林業(yè)和梯田建設(shè)等水土保持工作，夏爾烏遜分洪閘黃水溝左岸種植防風(fēng)固沙林22 hm2，圍欄封育578 hm2，具體措施包括建造梁峁防護(hù)林、坡面防護(hù)林、溝頭防護(hù)林、溝底防護(hù)林、地梗防護(hù)林和水平梯田等，夏爾烏遜分洪閘黃水溝左岸種植防風(fēng)固沙林22 hm2，圍欄封育578 hm2，一系列措施改變了的徑流過(guò)程和輸沙量，從而使得未利用地的面積隨之減少[10]。

在該研究時(shí)段內(nèi)政府仍持續(xù)推動(dòng)城鎮(zhèn)化進(jìn)程，依托現(xiàn)有傳統(tǒng)文化，深入挖掘和保護(hù)當(dāng)?shù)孛袼孜幕Y源和歷史文化資源，統(tǒng)籌發(fā)展民俗文化產(chǎn)業(yè)，括對(duì)部分交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行人口遷移和大力開(kāi)展交通運(yùn)輸用地建設(shè)等工作。

5 結(jié)論

本文選用Landsat 及高分1 號(hào)遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查與驗(yàn)證，借助ENVI5.3 和Arcgis10.0 等軟件研究分析了和靜縣2000 年、2018 年兩期土地利用類(lèi)型的狀況及變化特征，得出2000 年～2018 年和靜縣不同土地利用類(lèi)型在18 a 均發(fā)生不同程度的變化，未利用地的面積最小且在18 a 呈持續(xù)平穩(wěn)減少的趨勢(shì)，以實(shí)施“退耕還林還草”工程為代表的土地管理方式的改變是造成耕地面積大幅度下降和未利用地面積持續(xù)下降的主要原因。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)使得居民用地面積在18a 中持續(xù)增加；2000 年～2018 年中持續(xù)開(kāi)展水土保持工作是耕地面積下降而林地/草地面積上升的主要原因。