2010—2020年喀什地區(qū)土地利用與覆被變化特征

摘要 采用喀什地區(qū)2010、2015和2020年Landsat-TM影像數據，結合GIS技術及植被覆蓋度計算方法，分析2010—2020年喀什地區(qū)土地利用變化與植被覆蓋度變化特征。結果表明，2010—2020年喀什地區(qū)土地利用格局主要表現(xiàn)為耕地和林地面積的持續(xù)增加以及草地和未利用地面積的不斷減少；分析土地類型之間的相互轉化發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內土地轉化以耕地、林地和草地的變化尤為突出，草地面積明顯減少的主要原因是向林地、耕地和未利用地發(fā)生轉化，林地面積的增加主要源于未利用地、耕地和草地的轉化；2010—2020年喀什地區(qū)植被覆蓋度總體變化幅度較小且主要以中低覆蓋度為主。

關鍵詞 土地利用；植被覆蓋；變化特征；喀什地區(qū)

中圖分類號 F301.2 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2023）09-0053-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.09.014

Abstract Using Landsat TM image data from Kashgar region in 2010， 2015， and 2020， combined with GIS technology and vegetation coverage calculation methods， the characteristics of land use change and vegetation coverage change in Kashgar region from 2010 to 2020 were analyzed.The results showed that the land use pattern in Kashgar region from 2010 to 2020 was mainly manifested by the continuous increase in the area of cultivated land and forest land， as well as the continuous decrease in the area of grassland and unused land.Analyzing the mutual transformation between land types， it was found that the transformation of cultivated land， forest land and grassland was particularly prominent in the region. The main reason for the significant decrease in grassland area was the transformation to forest land， cultivated land， and unused land. The increase in forest land area mainly stems from the transformation of unused land， cultivated land and grassland.From 2010 to 2020， the overall change in vegetation coverage in Kashgar region was relatively small and mainly characterized by medium to low coverage.

Key words Land use;Vegetation coverage;Change characteristics;Kashgar region

基金項目 陜西省土地工程建設集團內部科研項目（DJNY-YB-2023-11）。

作者簡介 馬鋼（1987—），男，河南南陽人，工程師，在讀博士，從事土地工程、生態(tài)學、草學領域研究。

區(qū)域內的土地利用變化會對生態(tài)環(huán)境、氣候和生物多樣性等產生影響，在人與自然環(huán)境的交互關系中有著重要作用［1］，是全球共同關注的熱點問題［2］。隨著溫室效應加劇，全球變暖已成為人類所面臨的最為嚴峻的挑戰(zhàn)。社會經濟的快速發(fā)展，人們對土地的過度開發(fā)利用，導致賴以生存的生態(tài)環(huán)境日益惡化，水土資源短缺、生物量大量縮減、土地荒漠化、土壤鹽漬化及生物多樣性降低等一系列生態(tài)問題頻發(fā)［3］。

生態(tài)環(huán)境是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎，同時不合理的人類活動也會反作用于生態(tài)環(huán)境，影響生態(tài)環(huán)境的組成、結構及其功能，嚴重時則會導致生態(tài)環(huán)境質量發(fā)生系統(tǒng)退化或病變［4］。人類活動作用于生態(tài)環(huán)境，最直接的方式是通過改變土地利用方式影響生態(tài)環(huán)境質量狀況。土地利用的變化會引起區(qū)域內物質能量循環(huán)發(fā)生巨大的變化，給區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來重大影響，并產生明顯的生態(tài)環(huán)境效應［5］。自1995年推出土地利用/土地覆被變化（LUCC）計劃以來，土地利用變化的生態(tài)環(huán)境影響就已經成為國內外眾多學者關注的熱點問題［6］，其研究主要包含土地利用及其驅動力［7］、空間格局［8］、土地利用變化分析［9］等。近年來，隨著RS和GIS技術的迅速發(fā)展及研究的不斷深入，許多學者用多種遙感指數對不同區(qū)域及各種類型的生態(tài)環(huán)境進行研究［10-12］，研究尺度大到洲際、小到縣域，為多尺度生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測提供了有效手段［13-15］，使生態(tài)環(huán)境質量評價理論和方法逐步得到完善。植被對全球氣候變化具有十分重要的意義，屬于國際地圈生物圈計劃（IGBP）的核心內容，植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對于水土保持、生態(tài)環(huán)境和土壤的改善具有積極作用，植被覆蓋指數（NDVI）是相關研究中最常用和最重要的指標，開展關于NDVI的研究對全球變化和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展十分重要［16-17］。

綠洲在干旱區(qū)尤為重要，同樣也最為復雜和敏感，人類在干旱區(qū)開展的生產生活等一系列活動主要集中在綠洲內。綠洲區(qū)域內的土地利用對當地社會經濟的發(fā)展具有積極意義［18］。近年來已經開展了大量與土地利用相關的研究，杜宏茹［19］對我國綠洲的土地利用空間變化及其驅動因素進行了研究；陳瓊等［20］從土地利用現(xiàn)狀、變化及效應等方面對黃河流域河源區(qū)進行了全面分析；孔冬冬等［21］探究了青藏高原植被的NDVI空間格局變化及其物候變化；李婭麗等［22］基于NDVI的MODIS 13Q1數據產品，對區(qū)域內的地表溫度與植被覆蓋之間的關系進行研究。該研究通過2010、2015、2020年3期遙感影像提取植被覆蓋數據，對喀什地區(qū)土地利用格局的演變和區(qū)域植被覆蓋度進行分析，為干旱區(qū)綠洲水土資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展建設提供技術支撐和科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)西部（35°20′～40°18′N、73°20′～79°57′E），地處我國中緯度大陸腹地、西北內陸干旱區(qū)，東臨塔克拉瑪干大沙漠，東北與阿克蘇地區(qū)柯坪縣、阿瓦提縣相連（圖1）。該區(qū)面積達16.2萬km2，邊境線總長888 km，南北長535 km，東西寬750 km［23］。

該區(qū)氣候主要為高原干旱、半干旱大陸性氣候，高寒、干旱，日照時間長，太陽輻射強；雨熱同季，降水量小，蒸發(fā)量大；日溫差大，年溫差大；氣候地理分布差異大，氣候特征垂直變化較為明顯［24］。植被資源較為貧乏，主要以草本植物圓葉鹽爪爪（Kalidium schrenkianum）和絹蒿（Artemisiaka schgaricum）居多，而白刺（Nitraria tangutorum Bobr）、小蓬（Nanophyton erinaceum）、狗尾草（Setaria viridis）、鹽生草（Halogeton glomeratus）分布較少，灌木植物主要以檉柳（Tamarix chinensis Lour）和鹽穗木（Halostachys belangeriana）為主，植被特征整體較為單一，甚至存在單個樣地無樣本現(xiàn)象［25］。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用分析。根據全國土地利用/覆蓋分類系統(tǒng)，參考Tan等［26］的研究方法對新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)土地利用進行遙感解譯，結合流域Landsat-TM影像數據的空間分辨率及流域特征，確定區(qū)分出6個一級分類和19個小二級分類。一級分類主要分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地，利用ArcGIS 10.7中的空間分析工具對影像進行轉移矩陣分析。

1.2.2 植被覆蓋度分析。該研究中植被覆蓋度指數的提取所用到的數據為MOD13Q1產品中的EVI數據，空間分辨率為250 m×250 m，時間序列為2010年1月—2020年12月。對獲得的EVI遙感數據進行數據格式轉換、鑲嵌、投影轉換及研究區(qū)提取等預處理，為降低噪音信息對數據影響，還對其進行Savitzky-Golay濾波和MVC合成處理，獲得代表植被生長最好狀況的年EVI數據［27］。

像元二分模型是目前植被覆蓋度反演的有效方法，其計算公式如下：

Fc=EVI-EVIsoilEVI-EVIveg×100%（1）

式中，F(xiàn)c為植被覆蓋度；EVIsoil為研究區(qū)純裸土像元EVI值；EVIveg為純植被像元EVI值。該研究分別取研究區(qū)EVI圖像直方圖的5%處和95%處EVI值代表EVIsoil值和EVIveg值；根據Fc對植被覆蓋度進行劃分：0≤Fc≤25%，低覆蓋區(qū)；25%＜Fc≤50%，中低覆蓋區(qū)；50%＜Fc≤75%，中覆蓋區(qū)；Fc＞75%，高覆蓋區(qū)。

1.3 數據分析

該研究采用ENVI 5.3軟件對遙感數據進行格式轉換、鑲嵌、投影轉換及研究區(qū)提取等處理，對質量較差數據以及缺失的像元進行平滑等預處理并結合研究區(qū)特有的生態(tài)環(huán)境特點［28］，利用ArcGIS 10.7軟件對土地利用數據和植被覆蓋度數據進行重分類分析［29］；利用Microsoft excel 2019對數據進行統(tǒng)計與處理［30］，利用Origin 2017分析其變化趨勢并繪圖［31］。

2 結果與分析

2.1 土地利用變化時空分布格局

從圖2可以看出，2010—2020年喀什地區(qū)土地利用發(fā)生顯著變化。結合10年來土地利用面積變化（表1）可以發(fā)現(xiàn)，喀什地區(qū)的草地和未利用地面積占很大比例，表現(xiàn)主要的特征為耕地和林地面積的持續(xù)增加以及草地和未利用地面積的不斷減少。

由表1可知，2010—2015年水域和建設用地的面積變化并不明顯，耕地面積增加了0.11萬km2，相比于其他土地類型，草地和未利用地的面積有所減少。2015—2020年，林地的面積有了明顯的增加，至2020年增加了22.97%；草地和未利用地的面積卻持續(xù)減少。綜合這2個時期的土地利用面積變化分析，2010—2020年新增耕地面積為0.14萬 km2；林地面積新增0.40萬km2，增長率高達28.17%，主要集中于喀什地區(qū)的中部區(qū)域；未利用地面積減少了3.67%；草地面積減少了0.32萬km2，與2010年相比減少了6.96%；水域和建設用地在此期間面積發(fā)生緩慢增加。

2.2 土地類型之間的相互轉化

從2010—2020年的土地類型轉移矩陣（表2～3）可以看出，2010—2020年研究區(qū)域的土地利用格局發(fā)生顯著變化，其中耕地、林地和草地的變化尤為突出。2010—2015年，耕地與其他土地類型之間的轉化十分明顯，耕地增加的來源主要是林地、草地，轉化比例分別為11.41%、3.57%，耕地轉出方向也主要是林地和草地；林地增加的來源主要是耕地、草地、未利用地，轉化比例分別為11.06%、14.10%、27.80%，林地轉出方向主要是耕地、草地、未利用地；草地增加的來源最主要是未利用地，轉化比例為6.96%，但同時轉出方向也主要是未利用地，且總體上草地是減少趨勢；水域增加的主要來源是草地和未利用地，轉出方向也主要是草地和未利用地，整體上水域僅增加了0.84%；建設用地增加了36.71%；未利用地主要在林地、草地、水域3個土地類型間轉移，整體是減少趨勢。2015—2020年，耕地增加的主要來源還是林地和草地，主要轉出方向也是林地和草地；與2010—2015年相同，林地增加的來源主要還是耕地、草地和未利用地，轉出方向也一致，整體上轉入明顯大于轉出，導致林地明顯增加；草地增加和轉出方向均主要為未利用地，整體是減少趨勢；水域增加主要來自草地和未利用地，也主要向草地和未利用地轉化，基本保持動態(tài)平衡；建設用地增加了18.52%，與2010—2015年相比，建設用地增加幅度減少；整體上，未利用地不斷被利用為林地，減少了2.57%。

2.3 植被覆蓋度變化 由圖3和圖4可知，2010—2020年，喀什地區(qū)植被覆蓋度總體變化幅度較小且主要以中低覆蓋度為主，低覆蓋度區(qū)域面積占比表現(xiàn)為2015年最大，中低覆蓋度區(qū)域面積占比表現(xiàn)為2020年最大，高覆蓋度和中覆蓋度區(qū)域面積占比均表現(xiàn)為2010年最大，且高覆蓋度和中覆蓋度區(qū)域主要分布于人工綠洲區(qū)域。說明2010—2020年喀什地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況相對較為穩(wěn)定，但有所下降。

3 結論

該研究采用喀什地區(qū)2010、2015和2020年Landsat-TM影像數據，結合GIS技術及植被覆蓋度指數計算方法，分析2010—2020年喀什地區(qū)土地利用變化與植被覆蓋度變化特征。結果表明，2010—2020年喀什地區(qū)土地利用格局主要表現(xiàn)為耕地和林地面積的持續(xù)增加以及草地和未利用地面積的不斷減少；分析土地類型之間的相互轉化發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內土地轉化以耕地、林地和草地的變化尤為突出，草地面積明顯減少的主要原因是向林地、耕地和未利用地發(fā)生轉化，林地面積的增加主要源于未利用地、耕地和草地的轉化；2010—2020年喀什地區(qū)植被覆蓋度總體變化幅度較小且主要以中低覆蓋度為主。由此可見，近年來喀什地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況有所下降。

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