開(kāi)都河流域土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化及其影響因素研究

潘梓琪 阿也提古麗·斯迪克 景富榮 薛 柯

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830000)

土地利用/覆被變化是全球變化的重要組成部分和主要原因,因而全球變化研究領(lǐng)域逐漸加強(qiáng)了對(duì)土地利用/覆被變化的研究。中國(guó)的許多學(xué)者及時(shí)跟蹤LUCC研究的國(guó)際動(dòng)向,積極開(kāi)展LUCC研究,也取得了具有中國(guó)特色的豐碩成果。全球土地資源多，但能為人類(lèi)所使用的土地資源相對(duì)較少。隨著全球人口的增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)生存的生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，土地利用及其覆被變化是影響全球環(huán)境變化的主要原因之一。土地利用/覆被變化不僅客觀(guān)地記錄了人類(lèi)對(duì)土地的利用和改造狀況，而且還反映了區(qū)域景觀(guān)時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。我國(guó)LUCC研究一般集中于一些熱點(diǎn)區(qū)域和生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。我國(guó)西北地區(qū)降水量較小，缺水問(wèn)題非十分突出，因此掌握土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化的趨勢(shì)對(duì)西北干旱、半干旱區(qū)的生態(tài)保護(hù)具有重要意義。

開(kāi)都河是流入焉耆盆地最大的河流,是唯一能常年補(bǔ)給博斯騰湖的河流，研究開(kāi)都河的徑流量變化對(duì)氣候響應(yīng),對(duì)于判斷未來(lái)土地利用,具有重要的意義。近年來(lái)，新疆社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，同時(shí)隨之出現(xiàn)的流域植被類(lèi)型單一，河流斷流等生態(tài)問(wèn)題也是我們面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。土地利用/覆被變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是對(duì)土地利用狀況及其動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行全面系統(tǒng)地評(píng)估和分析的科學(xué)方法。本研究是基于GIS技術(shù)，利用1990-2015年的四期土地利用/覆被數(shù)據(jù)通過(guò)土地利用/覆被類(lèi)型的變化量分析、變化速率分析以及轉(zhuǎn)移矩陣的方法，得出開(kāi)都河流域1990-2015年的土地利用/覆被變化，并初步分析其背后影響因素，希望能為開(kāi)都河流域今后的土地資源可持續(xù)利用和管理提供依據(jù)。

1.研究區(qū)概況

研究區(qū)域僅涉及開(kāi)都河流域部分（82.95°～86.34°E，42.05°～43.35°N），開(kāi)都河流域多年平均徑流量為35.48億立方米，占博斯騰湖入湖水量的85%。 研究區(qū)域?qū)賰?nèi)陸干旱地區(qū)，深居歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋。氣溫變化大，日照時(shí)間長(zhǎng)（年日照時(shí)間達(dá)2500～3500h），降水量少，空氣干燥，地處北半球中緯度溫帶地區(qū)，為典型的溫帶干旱荒漠氣候，又具盆地夏季聚熱，冬季冷潮的氣候特征。開(kāi)都河全長(zhǎng)560公里，流域面積2.2萬(wàn)平方公里，總落差1750米。研究區(qū)的土地利用/覆被類(lèi)型包括冰川、草地、濕地、林地、水域、未利用地、建設(shè)用地等。

2.數(shù)據(jù)及方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所用的數(shù)據(jù)包括利用Landsat系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取的1990年、2000年、2010年以及2015年的土地利用/覆被類(lèi)型圖（中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室提供）和統(tǒng)計(jì)年鑒中獲得的三個(gè)時(shí)期（1990-2000年，2000-2010年，2010-2015年）經(jīng)濟(jì)條件、國(guó)家政策對(duì)土地利用/覆蓋變化產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)年鑒中獲得的三個(gè)時(shí)期經(jīng)濟(jì)條件，國(guó)家政策等數(shù)據(jù)。原數(shù)據(jù)分類(lèi)時(shí)使用了土地利用/土地覆被的Ⅰ級(jí)分類(lèi)和Ⅱ級(jí)分類(lèi)。根據(jù)研究的需要，在二級(jí)分類(lèi)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了重分類(lèi)，把研究區(qū)的土地利用/土地覆被類(lèi)型分為冰川、濕地、耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地及未利用地8種土地利用/覆被類(lèi)型。

2.2 研究方法

本研究對(duì)四期土地利用/覆被類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪及重分類(lèi)以后從數(shù)量變化和空間變化方面分析了研究區(qū)土地利用/覆被的演變過(guò)程。研究數(shù)量變化選用的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括變化幅度，相對(duì)變化率及動(dòng)態(tài)度。研究空間變化采用綜合動(dòng)態(tài)度及轉(zhuǎn)移矩陣。

3.結(jié)果與分析

3.1 土地利用/覆被類(lèi)型的數(shù)量

數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算得出1990-2015開(kāi)都河流域主要土地利用類(lèi)型為草地，四個(gè)時(shí)間段草地面積占總流域面積分別為77.07%、76.34%、76.23%和76.18%，所占比例最小的為建設(shè)用地，其面積僅為流域總面積的約0.5%。從變化幅度來(lái)看，耕地、建設(shè)用地及濕地的變化幅度為正值，冰川、草地、林地、水域及未利用地的變化幅度為負(fù)值，表明耕地、建設(shè)用地和濕地的面積增加了，其余類(lèi)型的面積在減少。耕地的變化幅度正向增加最多，其次是建設(shè)用地，濕地變化幅度正向增加最小。水域的變化幅度負(fù)向增加最多。其后依次為冰川、林地和未利用地，草地的變化幅度負(fù)向增加最少。

耕地、草地和未利用地的相對(duì)變化率較大，其中耕地相對(duì)變化率最大，占總變化量的40.87%。建設(shè)用地、林地、濕地、水域和冰川的相對(duì)變化率較小，其中冰川的相對(duì)變化率最小，僅占總變化量的3.17%。

3.2 土地利用/覆被類(lèi)型的時(shí)空變化特征

1990-2000 年各地類(lèi)中耕地的變化幅度最大，主要是林地和草地轉(zhuǎn)化為耕地，耕地基本分布在河流的下游，變化的部分林地和草地主要分布在河流中游。河流下游水源充足、土壤肥沃，適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)，這個(gè)階段在國(guó)家發(fā)展農(nóng)業(yè)的政策支持下，農(nóng)用地增長(zhǎng)較快。2000-2010年各地類(lèi)中水域的變化幅度最大，這一時(shí)期，主要是濕地和草地轉(zhuǎn)化為水域，濕地和草地分布在水域周?chē)?010-2015年各地類(lèi)中未利用地的變化幅度最大，貫徹保護(hù)生態(tài)發(fā)展的目標(biāo)，未利用地主要轉(zhuǎn)為林地和水域。

空間變化的綜合動(dòng)態(tài)度不僅反映區(qū)域空間變化程度和變化速度，還能間接反映區(qū)域干擾程度。根據(jù)結(jié)果計(jì)算得到各時(shí)段空間變化的綜合動(dòng)態(tài)度：1990-2000年為0.20%，2000-2010年為0.08%，2010-2015年為0.11%?？梢钥闯?，1990-2000年這個(gè)時(shí)間段的空間變化的綜合動(dòng)態(tài)度偏高。這個(gè)時(shí)間段偏高的原因可能是當(dāng)時(shí)多個(gè)政策疊加產(chǎn)生的結(jié)果。

3.3 土地利用/覆被類(lèi)型間的相互轉(zhuǎn)化

從1990年到2015年變化幅度最大的地類(lèi)是耕地，其次是建設(shè)用地，冰川和水域，其余類(lèi)型的變化幅度較小。相對(duì)變化率的分析結(jié)果顯示，耕地的相對(duì)變化率最大，其次是草地，再次是林地，其余類(lèi)型的相對(duì)變化率較低。耕地增加的部分主要從草地、林地轉(zhuǎn)入的，其余部分轉(zhuǎn)化為耕地的面積占總變化量的比率較少。冰川的面積在減少，其退化的部分轉(zhuǎn)化為草地和未利用地。水域的變化基本于草地和濕地之間相互轉(zhuǎn)化，不同時(shí)期的變化特征不同。下面根據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣分別分析不同時(shí)期的土地利用/覆被類(lèi)型的轉(zhuǎn)化特征。

1990-2000 年間，草地轉(zhuǎn)化為其余類(lèi)型用地的面積最大，轉(zhuǎn)出為耕地的面積最大，轉(zhuǎn)出了158.658km2，占總轉(zhuǎn)出面積的61.09%；其次是林地，轉(zhuǎn)出為耕地的面積是185.27km2，占總轉(zhuǎn)出面積的88.34%；濕地轉(zhuǎn)出為水域和草地面積分別是34.91km2、28.06km2，分別占總轉(zhuǎn)出面積的44.25%、35.56%；水域轉(zhuǎn)出為草地的面積是14.25km2，占總轉(zhuǎn)出面積的46.14%；未利用地轉(zhuǎn)出為耕地的面積是9.14km2，占總轉(zhuǎn)出面積的57%；建設(shè)用地轉(zhuǎn)出面積較小，耕地與冰川面積基本無(wú)變化。

2000-2010 年間，水域轉(zhuǎn)化為其余類(lèi)型用地的面積最大，轉(zhuǎn)出為濕地的面積最大，轉(zhuǎn)出了81.24km2，占總轉(zhuǎn)出面積的81.13%；其次是未利用地，轉(zhuǎn)出為林地的面積為46.66km2,占總產(chǎn)出面積的75.28%;草地轉(zhuǎn)化為耕地的面積為20.41 km2,占總轉(zhuǎn)出面積的56.22%;林地轉(zhuǎn)化為耕地的面積為12.37km2,占總轉(zhuǎn)出面積的85.51%;冰川，耕地和濕地的轉(zhuǎn)出面積較小；建設(shè)用地基本無(wú)變化。

2010-2015 年間,未利用地轉(zhuǎn)化為林地的面積最大,為83.362%,占轉(zhuǎn)出總面積68.03%;草地轉(zhuǎn)化為林地的面積為11.627 km2,占轉(zhuǎn)出總面積的57.88%;耕地,建設(shè)用地,林地,濕地,水域的變化較小;冰川的0.66%轉(zhuǎn)化為草地。

3.4 影響因子分析

1990-2015 年冰川面積不斷減少，冰川轉(zhuǎn)化為其他地類(lèi)，在全球變暖的大影響下，開(kāi)都河流域的冰川融化。1990-2015年除冰川和水域，其他地類(lèi)均有部分轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，1990-2015年我國(guó)處于高速發(fā)展時(shí)段，城市面積不斷擴(kuò)張，為推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在國(guó)家政策的推動(dòng)下，建設(shè)用地的面積不斷擴(kuò)張，建設(shè)用地面積由1990年的113.13km2增長(zhǎng)到2015年的150.33km2。1990-2015年耕地面積由773.15km2增長(zhǎng)到1181.88km2，人類(lèi)不斷開(kāi)墾土地，不斷擴(kuò)大耕地面積。過(guò)度砍伐樹(shù)木、過(guò)度放牧，使得林地和草地面積不斷縮減。人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地利用/覆被變化影響深遠(yuǎn)。

4.結(jié)論與展望

4.1 1990 -2015 年，開(kāi)孔河流域主要土地利用類(lèi)型為草地，四個(gè)時(shí)間段其面積占流域總面積的75%以上；所占比例最小的為建設(shè)用地，其面積僅為流域總面積的約0.5%。耕地、草地和未利用地的相對(duì)變化率較大，其中耕地相對(duì)變化率最大，占總變化量的40.87%。建設(shè)用地、林地、濕地、水域和冰川的相對(duì)變化率較小，其中冰川的相對(duì)變化率最小，僅占總變化量的3.17%。

4.2 1990 -2015 年，耕地25年間增加448.32km2，主要在1990-2000年草地和林地轉(zhuǎn)化為耕地面積較大，耕地基本分布在河流的下游，河流下游水源充足、土壤肥沃，適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)，這個(gè)階段在國(guó)家發(fā)展農(nóng)業(yè)的政策支持下，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，農(nóng)用地增長(zhǎng)較快，耕地面積的增加與這一時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)加強(qiáng)農(nóng)牧業(yè)等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施這一奮斗目標(biāo)和主要任務(wù)密切相關(guān)。

4.3 從1990 年到2015年變化幅度最大的土地利用/覆被類(lèi)型是耕地，其次是建設(shè)用地，再次是冰川和水域，其余類(lèi)型的變化幅度較小。冰川的面積在減少，冰川退化的部分轉(zhuǎn)化為草地和未利用地。水域的變化基本于草地和濕地之間相互轉(zhuǎn)化，結(jié)合不同時(shí)期的變化特征與研究區(qū)25年間發(fā)展過(guò)程可以得出開(kāi)都河流域土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化受自然因素、人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)政策環(huán)境的多重影響。人口的快速增加及經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使使得草地與未利用地被大量侵占，耕地與建設(shè)用地面積不斷擴(kuò)大，研究區(qū)域近年來(lái)國(guó)民收入消費(fèi)額指數(shù)逐年增加，國(guó)民生產(chǎn)總值逐年遞加，其中第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)占比逐年下降，第三產(chǎn)業(yè)占比逐年增加，刺激了建設(shè)用地的開(kāi)發(fā)。

4.4 1990 -2015 年我國(guó)處于高速發(fā)展時(shí)段，城市面積不斷擴(kuò)張，在國(guó)家政策的推動(dòng)下，建設(shè)用地的面積不斷擴(kuò)張，建設(shè)用地面積由1990年的113.13km2增長(zhǎng)到2015年的150.33km2，耕地面積由773.15km2增長(zhǎng)到1181.88km2，人類(lèi)不斷開(kāi)墾土地，不斷擴(kuò)大耕地面積。過(guò)度砍伐樹(shù)木、過(guò)度放牧，使得林地和草地面積不斷縮減。GDP和人口數(shù)量增長(zhǎng)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。人地矛盾日益加劇，從而推動(dòng)的研究區(qū)土地利用/覆被的變化，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地利用/覆被變化影響深遠(yuǎn)。