阿拉爾墾區(qū)近30年耕地變化及其驅(qū)動(dòng)因子分析

宋奇，馮春暉，高琪，王明玥，吳家林，彭杰

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，阿拉爾 843300)

0 引言

自1990年來中國人口數(shù)量不斷增長，出現(xiàn)了土地資源匱乏、糧食供應(yīng)不足、水資源減少、環(huán)境惡化等問題。中國作為發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國，耕地問題不僅限制著土地的合理利用，更與農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全息息相關(guān)，早有“民以食為天，食以農(nóng)為源，農(nóng)以土為本”[1]的說法，可知耕地在糧食安全、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面占據(jù)著重要地位，是人類生存發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。隨著自然因素和人為因素驅(qū)動(dòng)，中國耕地開發(fā)重心向西部轉(zhuǎn)移[3]。新疆維吾爾自治區(qū)土地遼闊，后備耕地資源豐富，近年來人口數(shù)量增加、機(jī)械化作業(yè)水平提高，大量后備耕地資源被開墾，在一定程度上解決了人口增長所帶來的糧食安全問題，但也引發(fā)了諸如人地供需、生態(tài)需水與農(nóng)業(yè)用水等矛盾。探明人口增長背景下耕地變化趨勢及其驅(qū)動(dòng)因子，對保障糧食安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、緩解人地矛盾、實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)及耕地可持續(xù)利用等方面均具有重要意義[4]。

南疆阿拉爾墾區(qū)土壤鹽漬化嚴(yán)重，需要大量水資源淋洗土壤鹽分以滿足作物生長條件，而墾區(qū)水源主要來自天山山脈和昆侖山山脈的冰雪資源，淡水資源有限，耕地面積的不斷增加進(jìn)一步加劇了研究區(qū)生態(tài)用水不足、農(nóng)業(yè)用水過度及環(huán)境惡化等問題。對研究區(qū)耕地變化信息進(jìn)行監(jiān)測，并分析影響耕地面積變化的驅(qū)動(dòng)因子，有利于耕地合理利用與可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)耕地調(diào)查基于實(shí)地勘探，不僅耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力，且不適合大面積研究，而遙感技術(shù)因其覆蓋范圍廣、信息更新快、獲取便捷、成本低、利用價(jià)值高等優(yōu)勢，已成為耕地變化信息監(jiān)測的重要手段。目前遙感技術(shù)已在多個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用，如李景剛等[5]利用遙感技術(shù)對中國近20 a間13省耕地變化信息進(jìn)行監(jiān)測，得出耕地面積變化主要由人類活動(dòng)影響的結(jié)論；楊桂山[6]利用遙感技術(shù)監(jiān)測了長江三角洲耕地近50 a的變化情況，研究表明耕地變化受到人為因素和自然因素驅(qū)動(dòng)；Jia等[7]基于遙感技術(shù)分析了土地利用/覆被變化情況以及耕地面積增長對自然環(huán)境造成的影響；Wang等[8]基于遙感技術(shù)分析了土地利用/覆被變化、生態(tài)環(huán)境和人類活動(dòng)之間的關(guān)系；禹絲思等[9]對比不同分類算法后證明分類后處理能夠有效提高分類精度，并利用遙感技術(shù)對超大城市空間進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。以上研究為人們提供了良好的方法借鑒，但迄今針對南疆干旱區(qū)以灌溉農(nóng)業(yè)為主、水土矛盾突出、種植結(jié)構(gòu)以棉花和特色果林為主的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)域的相關(guān)研究甚少。

本文針對西北地區(qū)土壤鹽漬化、耕地結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種植作物多樣的特點(diǎn)，以南疆阿拉爾墾區(qū)為典型研究區(qū)，基于最佳分類算法進(jìn)行遙感解譯，并分析研究區(qū)土地利用/覆被變化情況，結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)從人為因素和自然因素兩方面探討耕地面積與驅(qū)動(dòng)因子以及各驅(qū)動(dòng)因子之間的相互影響關(guān)系，探明驅(qū)動(dòng)因子對耕地面積的直接和間接影響程度，以期為阿拉爾墾區(qū)耕地信息監(jiān)測、合理利用和土地可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為西北類似干旱地區(qū)相關(guān)研究提供參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

阿拉爾墾區(qū)(E80° 30′～81° 58′，N40° 22′～40° 57′，圖1)位于中國新疆維吾爾自治區(qū)南疆地區(qū)，隸屬新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師。北起天山南部，南抵塔克拉瑪干沙漠北部，西至柯坪縣，東到沙雅縣，東西長281 km，南北寬180 km，總面積4 197.58 km2，擁有勝利、上游和多浪3大水庫，水資源庫存5.18×108m3[10]。緊鄰阿克蘇河和塔里木河，地勢沿河道兩側(cè)有所抬升，西北高東南低，呈綠洲帶狀分布。研究區(qū)屬于暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，是典型綠洲農(nóng)業(yè)地區(qū)，日照率5 869%、年均日照時(shí)數(shù)2 556.3～2 991.8 h，年均蒸發(fā)量1 876.6～2 558.9 mm，年均降水量40.1～82.5 mm，光、溫、水和動(dòng)植物資源豐富。農(nóng)業(yè)用水以滴灌為主，有著得天獨(dú)厚的種植優(yōu)勢，是新疆主要的優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)區(qū)之一[11]。

圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig.1 Geographic position of study area

1.2 遙感數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)下載于美國地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站[12]，選取軌道號為146/32、空間分辨率為30 m、年份以整5 a為時(shí)間間隔、月份選取植物生長季的7—9月、云量低于10%的阿拉爾墾區(qū)遙感影像，共7景(圖2)，分別為1990年8月2日的Landsat5、1994年8月13日的Landsat5、2000年8月5日的Landsat 7、2006年9月15日的Landsat5、2010年7月8日的Landsat5、2015年7月6日的Landsat8和2019年7月17日的Landsat8影像，其中1995年和2005年7—9月份所有阿拉爾墾區(qū)影像的云量均大于10%，故選取年份相近的1994年和2006年影像代替。在ENVI軟件中對所有影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何糾正、裁剪、圖像增強(qiáng)等預(yù)處理。

(a)1990年 (b)1994年 (c)2000年 (d)2006年

1.3 驅(qū)動(dòng)因子數(shù)據(jù)獲取及其分析方法

探明耕地面積與相關(guān)驅(qū)動(dòng)因子的影響機(jī)制以及各因子間相互作用強(qiáng)度是耕地變化監(jiān)測中急需解決的問題[13]。耕地面積變化的驅(qū)動(dòng)因子主要分為人為驅(qū)動(dòng)因子和自然驅(qū)動(dòng)因子[14]，本文收集了《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒》(1990—2019年)第一師的總?cè)丝?、非農(nóng)業(yè)人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product,GDP)、全社會固定資產(chǎn)投資、第一產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值和棉花價(jià)格數(shù)據(jù)代表人為驅(qū)動(dòng)因子；收集《地面氣象記錄月報(bào)表》中1990—2019年阿拉爾墾區(qū)(區(qū)站號51730)的年均氣溫和年均降水量代表自然驅(qū)動(dòng)因子，借助SPSS軟件對收集的數(shù)據(jù)與耕地面積進(jìn)行通徑分析[15]，根據(jù)所得結(jié)果分析耕地面積與驅(qū)動(dòng)因子、各驅(qū)動(dòng)因子之間的相互影響關(guān)系。

2 研究方法

2.1 分類體系

為了區(qū)分不同地物類型，以期為阿拉爾墾區(qū)后備耕地資源定量分析提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。本文結(jié)合阿拉爾墾區(qū)土地利用/覆被現(xiàn)狀、《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒》中各師(局)土地利用情況以及新疆已有案例中的分類體系[16-17]，綜合分析、對比，建立適合于阿拉爾墾區(qū)土地利用/覆被分類體系，包含耕地、林草地、園地等八類用地，詳細(xì)信息如表1所示。表中，影像為2019年7月17日Landsat8 OLI B4(R),B3(G),B2(B)合成影像。以2019年為例，根據(jù)該分類體系建立相應(yīng)的分類樣本，每類樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)和分布情況如圖3所示，各樣本點(diǎn)的分布遵循均勻、全方位覆蓋原則，各樣本所占的像元數(shù)分別為：耕地73 940個(gè)、林草地31 591個(gè)、園地35 138個(gè)、水體31 759個(gè)、建設(shè)用地7 488個(gè)、沙地48 816個(gè)、鹽堿地47 711個(gè)、其他26 503個(gè)，共302 946個(gè)分類像元，由此樣本進(jìn)行用地分類。

表1 阿拉爾墾區(qū)分類體系及解譯標(biāo)志Tab.1 Classification system and interpretation signs of Alar reclamation area

圖3 每類樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)和分布圖Fig.3 Number and distribution of sample points for each category

2.2 遙感影像分類方法

遙感影像解譯通常是從影像的空間特征、色調(diào)特征以及不同植被生長差異特征著手，結(jié)合解譯者對影像的認(rèn)知進(jìn)行地類識別[18]。遙感影像分類方法眾多，不同學(xué)者在不同研究區(qū)得出的分類精度差異較大?；诒疚牡膶?shí)際情況并參考已有研究案例中運(yùn)用的解譯方法[19]，經(jīng)過綜合分析，最終選用波譜角 (spectral angle mapper,SAM)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (artificial neural net,ANN)、最小距離(minimum distance classification,MDC)、最大似然 (maximum likelihood classification,MLC)和支持向量機(jī) (support vector machine,SVM)5種分類方法。全連接條件隨機(jī)場(fully connected conditional random field,FC—CRF)[20]是一種具有獨(dú)特優(yōu)勢的分類后處理方法，能夠細(xì)化邊界、恢復(fù)局部結(jié)構(gòu)從而提高分類精度。因此本文采用FC—CRF處理方法對5種分類方法進(jìn)行分類后處理，從中篩選出最佳算法來解譯遙感影像。

2.3 耕地變化分析方法

1)面積變化和類型轉(zhuǎn)化。耕地面積變化指從起始年份到終止年份耕地面積的數(shù)量和百分比變化；耕地類型轉(zhuǎn)化指從起始年份到終止年份耕地與非耕地之間的面積轉(zhuǎn)換量和空間分布特征。借助GIS的統(tǒng)計(jì)和空間分析功能對7期分類后影像進(jìn)行耕地變化分析。

2)空間動(dòng)態(tài)變化。對分類后影像進(jìn)行空間分析，制作耕地空間動(dòng)態(tài)變化圖，用以直觀展現(xiàn)阿拉爾墾區(qū)耕地轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 分類結(jié)果與精度評價(jià)

使用SAM—CRF，ANN—CRF，MDC—CRF，MLC—CRF和SVM—CRF 5種分類算法進(jìn)行分類處理，以總體精度(overall accuracy,OA)和Kappa系數(shù)作為評價(jià)指標(biāo)[21]，選取驗(yàn)證樣本對分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，篩選出精度最高的算法，各分類算法的精度情況和分類結(jié)果見表2和圖4。SAM—CRF算法的OA為0.65，Kappa系數(shù)為0.58，均為5種算法中最低；ANN—CRF,MDC—CRF和MLC-CRF這3種方法相較于SAM—CRF算法的精度有所提升，分類結(jié)果較好，這3種方法的總體精度為0.82～0.83，Kappa系數(shù)為0.77～0.86，SVM～CRF算法的精度最高，OA達(dá)到0.95，Kappa系數(shù)達(dá)到0.94。為驗(yàn)證研究區(qū)的實(shí)際精度以及FC—CRF分類后處理的有效性，選取了6個(gè)局部區(qū)域進(jìn)行實(shí)地考察，對SVM和SVM—CRF分類算法結(jié)果的局部區(qū)域進(jìn)行比較分析(圖5)。通過對圖5中局部放大區(qū)域進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，并結(jié)合Google Earth影像進(jìn)行核實(shí)，證實(shí)了FC—CRF分類后處理可以將SVM分類后出現(xiàn)的錯(cuò)誤斑塊進(jìn)行剔除并對邊緣進(jìn)行細(xì)化，從而提升分類結(jié)果的完整性和分類精度。

表2 2019年SAM—CRF,ANN—CRF,MDC—CRF,MLC—CRF和SVM—CRF分類結(jié)果的精度對比Tab.2 Accuracy comparison of SAM—CRF,ANN—CRF,MDC—CRF, MLC—CRF and SVM—CRF classification results in 2019

(a)SAM—CRF (b)ANN—CRF (c)MDC—CRF

(a)SVM (b)SVM—CRF

在整個(gè)研究區(qū)中隨機(jī)選取119 075個(gè)測試樣本，其中耕地的測試樣本最多，以此保證耕地精度評價(jià)的可靠性，并建立混淆矩陣對SVM—CRF算法結(jié)果進(jìn)行精度評價(jià)(表3)。可以看出各地類用戶精度(user accuracy,UA)均在90%以上，其中耕地的UA值最高，為98.41%。塔里木河沿岸的河漫灘濕地容易被錯(cuò)分為水體，導(dǎo)致水體和其他兩類地物類型的UA值相對較低，分別為92.81%和91.93%；制圖精度(producer accuracy,PA)中也是耕地的分類精度最高，為99.77%。塔里木河沿岸的部分沙地容易被漏分，導(dǎo)致沙地的PA值最低，為89.49%，除沙地外，剩余地類的PA值均在90%以上。由于影像空間分辨率有限，部分地類所占像素點(diǎn)太少，難以分辨，容易出現(xiàn)錯(cuò)分和漏分現(xiàn)象，但經(jīng)過SVM—CRF算法這種分類后處理避免了部分分類失誤。通過總體對比分析，SVM—CRF算法表現(xiàn)出最好的分類效果。

表3 阿拉爾墾區(qū)用地類型精度評價(jià)①Tab.3 Evaluation of land type accuracy in Alar reclamation area

①對角線位置黑體為各類別正確分類的像素個(gè)數(shù);縱向黑體為各類別用戶精度(UA);橫向黑體為各類別制圖精度(PA)。

3.2 耕地變化特征

3.2.1 耕地面積變化

1990—2019年阿拉爾墾區(qū)土地利用/覆被情況、各類用地所占百分比和各時(shí)期年均變化率如圖6—圖8所示。30 a間耕地、林草地、園地、水體和建設(shè)用地不斷增加，而沙地、鹽堿地和其他不斷減少。結(jié)果表明阿拉爾墾區(qū)耕地面積從233.81 km2(5.57%)增長到963.76 km2(22.96%)。不同時(shí)間段耕地面積變化情況不同，按所選影像的時(shí)間間隔將其分為6個(gè)階段：

圖8 1990—2019年阿拉爾墾區(qū)各土地利用類型的年均變化率Fig.8 Average annual change rate of land use types in Alar reclamation area from 1990 to 2019

1)1990—1994年。耕地面積的年均增長率達(dá)到6個(gè)時(shí)段中的最大值(14.95%)，從223.81 km2(5.57%)增加到373.58 km2(8.9%)。

2)1994—2000年。耕地面積的增長速率大幅降低，耕地面積從373.58 km2(8.9%)增加到516.72 km2(12.31%)，年均增長率為6.39%。

3)2000—2006年。耕地面積從516.72 km2(12.31%)增加到653.14 km2(15.56%)，共增加了136.42 km2(26.4%)。

圖7 1990—2019年阿拉爾墾區(qū)各用地類型所占比例Fig.7 The proportion of each land type in Alar reclamation area from 1990 to 2019

(a)1990年 (b)1994年 (c)2000年 (d)2006年

4)2006—2010年。此時(shí)段的年均增長速率與上一時(shí)段相近，耕地面積從653.14 km2(15.56%)增加到765.64 km2(18.24%)，共增加了112.5 km2(17.22%)。

5)2010—2015年。耕地面積的年均增長率下滑為6個(gè)時(shí)段中的最小值(1.94%)，耕地面積從765.64 km2(18.24%)增加到839.94 km2(20.01%)。

6)2015—2019年。增長速率再次回升，耕地面積從839.94 km2(20.01%)增加到963.76 km2(22.96%)，年均增長率為3.69%。

3.2.2 耕地類型轉(zhuǎn)化

1990—2019年，阿拉爾墾區(qū)耕地面積轉(zhuǎn)入了854.2 km2，轉(zhuǎn)出了124.25 km2。耕地與非耕地面積間轉(zhuǎn)換頻繁，如表4所示。各類用地轉(zhuǎn)入成為耕地的面積由大到小排序?yàn)椋浩渌?345.74 km2)>鹽堿地(312.99 km2)>林草地(94.91 km2)>沙地(54.97 km2)>園地(32.95 km2)>水體(11.37 km2)>建設(shè)用地(1.27 km2)；耕地轉(zhuǎn)出成為各類用地的面積由大到小排列為：林草地(52.49 km2)>園地(47.67 km2)>建設(shè)用地(10.59 km2)>其他(9.17 km2)>鹽堿地(3.13 km2)>水體(1.08 km2)>沙地(0.12 km2)，結(jié)果表明30 a間大量未利用土地被開墾成為耕地，而原有耕地主要被轉(zhuǎn)換成了林草地和園地。

表4 1990—2019年阿拉爾墾區(qū)各地類變化轉(zhuǎn)換矩陣Tab.4 Transformation matrix in all parts of Alar reclamation area from 1990 to 2019 (km2)

3.2.3 耕地空間動(dòng)態(tài)變化

1990—2019年間6個(gè)時(shí)段耕地空間動(dòng)態(tài)變化情況如圖9所示。

(a)[1990,1994)年 (b)[1994,2000)年 (c)[2000,2006)年

1)1990—1994年是耕地增長速率最快的時(shí)期，耕地轉(zhuǎn)入遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)出，主要分布在塔里木河沿岸地區(qū)。

2)1994—2000年，耕地持續(xù)向外擴(kuò)張，耕地轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)域主要分布在東南部，其中由鹽堿地轉(zhuǎn)化成為耕地的面積最多。

3)2000—2006年，塔里木河沿岸的東北方向開始出現(xiàn)大量耕地轉(zhuǎn)出情況，墾區(qū)西北部出現(xiàn)耕地轉(zhuǎn)入跡象。

4)2006—2010年，墾區(qū)西北部大量耕地轉(zhuǎn)入同時(shí)塔里木河沿岸地區(qū)出現(xiàn)連片耕地轉(zhuǎn)出現(xiàn)象。

5)2010—2015年，塔里木河沿岸地區(qū)的耕地與非耕地間轉(zhuǎn)化頻繁，墾區(qū)西北部和塔里木河流域中段有大量耕地轉(zhuǎn)出。

6)2015—2019年，耕地轉(zhuǎn)化量為6個(gè)時(shí)期最大，分布范圍最廣，其中耕地轉(zhuǎn)入主要來自東南部荒地開墾，轉(zhuǎn)出主要發(fā)生在塔里木河流域東部。

3.3 耕地變化的驅(qū)動(dòng)因子分析

3.3.1 驅(qū)動(dòng)因子選擇

根據(jù)阿拉爾墾區(qū)實(shí)際情況、數(shù)據(jù)可得性和代表性，經(jīng)綜合分析，以Y—耕地面積(km2)為因變量；人為驅(qū)動(dòng)因子選取:X1—總?cè)丝?萬人)、X2—非農(nóng)業(yè)人口(萬人)、X3—GDP(億元)、X4—全社會固定資產(chǎn)投資(億元)、X5—第一產(chǎn)業(yè)(億元)、X6—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值(億元)和X7—棉花價(jià)格(元/kg)；自然驅(qū)動(dòng)因子選取：X8—年均氣溫(℃)和X9—年均降水量(mm)，共9個(gè)驅(qū)動(dòng)因子作為自變量。

各因子單位不同，數(shù)值差距大，不能直接比較分析。為保證結(jié)果的可靠性和正確性，將各組數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理使各因子間存在可比性。應(yīng)用無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理[22]，所得結(jié)果如表5所示，每組數(shù)據(jù)均值為0，方差為1，消除每組數(shù)據(jù)間的量綱關(guān)系。

表5 阿拉爾墾區(qū)1990—2019年耕地面積變化與相關(guān)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值Tab.5 Change of cultivated land area in Alar reclamation area from 1990 to 2019 and the value after standardization of relevant indexes

3.3.2 驅(qū)動(dòng)因子分析

為探明耕地面積變化的主要驅(qū)動(dòng)因子、作用路徑和強(qiáng)度，不僅要分析各因子和耕地面積之間的相關(guān)性，還要考慮各因子之間的相互關(guān)系。進(jìn)一步分析標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)得到各變量間相關(guān)系數(shù)矩陣，如表6所示，表中黑體數(shù)值為相關(guān)性系數(shù)最高的值。兩因子之間的數(shù)值越大表明相關(guān)性越高，結(jié)果表明各驅(qū)動(dòng)因子和耕地面積以及各個(gè)因子間存在不同程度的相關(guān)性，其中非農(nóng)業(yè)人口與第一產(chǎn)業(yè)、GDP與第一產(chǎn)業(yè)、GPD與全社會固定資產(chǎn)投資的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.99，應(yīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，篩選出主要的驅(qū)動(dòng)因子。

表6 耕地變化驅(qū)動(dòng)力變量相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.6 Variable correlation coefficient matrix of the driving force of farmland change

將因變量和自變量進(jìn)行通徑分析，得到以下表達(dá)式：

Y=0.57X1-1.51X3+ 1.12X4+ 0.63X6+ 0.26X7(R2=0.99，P<0.01)，

(1)

式中：Y為通徑分析結(jié)果；X1為總?cè)丝?萬人)；X3為GDP(億元)；X4為全社會固定資產(chǎn)投資(億元)；X6為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值(億元)；X7為棉花價(jià)格(元·kg-1)；R2為決定系數(shù)；P為置信度。

可知X1—總?cè)丝?、X3—GDP、X4—全社會固定資產(chǎn)投資、X6—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值和X7—棉花價(jià)格是阿拉爾墾區(qū)耕地面積變化的主要驅(qū)動(dòng)因子，同時(shí)都屬于人為驅(qū)動(dòng)因子，表明人類活動(dòng)是主要驅(qū)動(dòng)因素。

基于5個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因子，進(jìn)一步得到主要驅(qū)動(dòng)因子和耕地面積之間的通徑系數(shù)表(表7)。通過直接通徑系數(shù)絕對值的比較得出5個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因子對耕地面積變化的直接影響的大小依次為：GDP(-1.51)>全社會固定資產(chǎn)投資(1.12)>農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值(0.63)>總?cè)丝?0.57)>棉花價(jià)格(0.26)，其中GDP對耕地面積變化的直接影響最大，棉花價(jià)格最小，除GDP對耕地面積為負(fù)向作用外，其他4個(gè)因子對耕地面積為正向作用，表明GDP的增長會使得耕地面積減少。在間接影響中，全社會固定資產(chǎn)投資通過GDP對耕地面積變化的間接影響最大，間接通經(jīng)系數(shù)為-1.51，說明GDP是耕地轉(zhuǎn)出的主要驅(qū)動(dòng)因子。除了各因子通過GDP對耕地面積的間接通徑系數(shù)為負(fù)值外，其他因子的間接通徑系數(shù)均為正值，對耕地面積有正向作用，推動(dòng)耕地面積增加。各因素通過總?cè)丝?、全社會固定資產(chǎn)投資、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值和棉花價(jià)格間接影響耕地面積增加，其中GDP通過全社會固定資產(chǎn)投資對耕地面積變化的間接影響最大，間接通經(jīng)系數(shù)為1.12；全社會固定資產(chǎn)投資通過棉花價(jià)格對耕地面積變化的間接影響最小，間接通經(jīng)系數(shù)為0.12。總的來說，各因子對耕地面積表現(xiàn)為正向作用，造成耕地面積轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，這也是阿拉爾墾區(qū)耕地面積在近30 a間持續(xù)增加的主要原因。

表7 驅(qū)動(dòng)因子對耕地面積的通徑系數(shù)①Tab.7 The path coefficient of driving factor to cultivated land area

4 結(jié)論

1)對SAM—CRF，ANN—CRF，MDC—CRF，MLC—CRF和SVM—CRF 5種分類算法進(jìn)行精度比較，結(jié)果表明SVM—CRF算法的分類結(jié)果最佳(總體精度OA為0.95，Kappa系數(shù)為0.94)，SVM—CRF算法在原本分類精度較高的SVM算法基礎(chǔ)上，盡可能地避免了錯(cuò)分和漏分現(xiàn)象，從而提高了分類精度，本文提出的SVM—CRF分類方法可為后續(xù)相關(guān)研究提供技術(shù)支持。

2)阿拉爾墾區(qū)耕地面積在近30 a間呈持續(xù)增加趨勢，耕地面積從233.81 km2增加到963.76 km2，凈變化量為729.97 km2(312.21%)。耕地與非耕地之間轉(zhuǎn)換頻繁，其中耕地的增加區(qū)域主要分布在墾區(qū)西北及東南部，主要以開墾未利用地為主；耕地減少的區(qū)域主要分布在塔里木河沿岸地區(qū)，耕地主要被轉(zhuǎn)化成為園地和林草地。

3)阿拉爾墾區(qū)近30 a耕地面積變化的主要驅(qū)動(dòng)因子為總?cè)丝?、GDP、全社會固定資產(chǎn)投資、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值和棉花價(jià)格，除GDP對耕地面積變化有負(fù)向作用外，其他均為正向作用，5個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因子對研究區(qū)耕地面積整體表現(xiàn)為正向作用，這也是墾區(qū)近30 a耕地面積不斷增加的主要原因。

本文是以7個(gè)典型時(shí)間斷面進(jìn)行30 a間的耕地變化分析，在各時(shí)間斷面之間的耕地變化情況沒能體現(xiàn)出來。因此，今后的相關(guān)研究將采用30 a間連續(xù)時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行耕地變化分析，從而能更全面反映研究區(qū)耕地的實(shí)際變化情況。