昌吉州平原區(qū)土地利用時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)因素分析

摘要：為保障昌吉州生態(tài)環(huán)境安全與可持續(xù)發(fā)展，基于2005～2020年4期土地利用遙感數(shù)據(jù)，運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓及主成分分析等方法，對昌吉州平原區(qū)近15 a土地利用時(shí)空變化特征及驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：耕地和草地是研究區(qū)主要土地利用類型，分別占研究區(qū)面積的40.27%～52.03%和32.77%～37.0%；2005～2020年研究區(qū)耕地和建設(shè)用地呈增加趨勢，林地、草地、水域和未利用地呈減少趨勢；2005～2010年土地利用類型相互轉(zhuǎn)化最為劇烈，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度達(dá)到最大，為1.85%；2005～2020年土地利用轉(zhuǎn)移方向主要表現(xiàn)為草地、未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦匾约拔蠢玫剞D(zhuǎn)變?yōu)椴莸?；耕地重心發(fā)生明顯變化，西段耕地重心呈現(xiàn)東北向西南方向遷移，東段耕地重心呈現(xiàn)東南向西北方向遷移，其中，2005～2010年耕地重心遷移距離最大；研究區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素是社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，自然因素對其影響相對不大。

關(guān) 鍵 詞：土地利用； 驅(qū)動(dòng)因素；土地利用動(dòng)態(tài)度；轉(zhuǎn)移距陣；標(biāo)準(zhǔn)差橢圓；昌吉州平原區(qū)

中圖法分類號：F301.2；X321

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.08.009

0 引 言

土地是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展最基本的自然資源和物質(zhì)基礎(chǔ)^［1］。土地利用變化是全球氣候和環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之一^［2-4］，也是探究碳循環(huán)、生物多樣性、農(nóng)業(yè)發(fā)展等全球氣候變化和生態(tài)環(huán)境問題的基礎(chǔ)^［5-7］，不僅影響著區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也直接影響著生態(tài)環(huán)境質(zhì)量^［8-9］。因此，加強(qiáng)土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因素研究，對實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境和人類活動(dòng)平衡發(fā)展，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

近年來，學(xué)者們不斷探索從土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、重心遷移模型、土地利用動(dòng)態(tài)度等方法，結(jié)合空間因子分析、主成分分析等方法對土地利用變化及驅(qū)動(dòng)因素展開研究。土地利用時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)因素分析已成為一大研究熱點(diǎn)^［10-13］，例如，Wang等^［14］對漢中市漢臺區(qū)的土地利用變化驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行研究，研究表明城市化用地的擴(kuò)張?jiān)谕恋乩米兓衅鹬匾淖饔?，指出?jīng)濟(jì)、人口和城鎮(zhèn)化率是土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。Zhao等^［15］利用地理探測器等方法定量探討了自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對土地利用變化的影響機(jī)制，并闡述了土地利用演變的特征和驅(qū)動(dòng)力。周旭等^［16］基于Landsat遙感影像和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和重心遷移模型對武漢市近20 a土地利用結(jié)構(gòu)特征、土地利用時(shí)空變化格局及重心遷移特征進(jìn)行了分析，研究表明研究區(qū)不同土地類型間相互轉(zhuǎn)化以耕地的動(dòng)態(tài)變化和重心遷移最為明顯，其他地類動(dòng)態(tài)變化和重心遷移表現(xiàn)不明顯。蕭峻瓊等^［17］基于土地利用遙感數(shù)據(jù)結(jié)合當(dāng)?shù)厣鐣?huì)政策、人口密度及用水量等社會(huì)要素，利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、動(dòng)態(tài)度及土地利用強(qiáng)度指數(shù)等方法對長江經(jīng)濟(jì)帶土地利用結(jié)構(gòu)、利用強(qiáng)度時(shí)空變化特征及其與社會(huì)要素間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行探究，研究表明該區(qū)域土地利用變化受社會(huì)經(jīng)濟(jì)政策影響較為顯著，人口密度和用水量與土地利用強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。閆志遠(yuǎn)等^［18］利用土地利用變化指數(shù)、轉(zhuǎn)移矩陣和地理探測器等方法對錫林郭勒草原土地利用時(shí)空變化特征和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行探究，研究表明該區(qū)域土地利用類型主要以草地和沙地為主，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展是該地區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。張浚茂等^［19］利用土地利用動(dòng)態(tài)度和主成分分析法對東南諸河流域1990～2015年土地利用時(shí)空變化特征和驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了探究，研究表明全域土地利用類型以城鄉(xiāng)居民用地和耕地為主，大陸地區(qū)城鄉(xiāng)居民用地和耕地變化的主要驅(qū)動(dòng)力是人口數(shù)量及結(jié)構(gòu)、城市化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，臺灣地區(qū)城鄉(xiāng)居民用地和耕地變化的主要驅(qū)動(dòng)力除了以上因素外，還包括社會(huì)工農(nóng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。

綜上，現(xiàn)有學(xué)者已對土地利用動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了相關(guān)研究，然而針對土地利用動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移分布、空間格局變化以及主要驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行深入、系統(tǒng)分析的研究相對較少。昌吉州是新疆糧食作物主產(chǎn)區(qū)、經(jīng)濟(jì)作物種植基地，是典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，水資源短缺，生態(tài)環(huán)境脆弱。本文以昌吉州平原區(qū)為研究區(qū)域，基于2005～2020年4期土地利用遙感數(shù)據(jù)，利用土地利用動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓及主成分分析等方法，深入系統(tǒng)分析昌吉州平原區(qū)近15 a土地利用時(shí)空變化規(guī)律及驅(qū)動(dòng)因素，以期為昌吉州生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

昌吉州位于天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地東南部（東經(jīng) 85°17′～91°32′，北緯 43°20′～45°00′），地勢自東南向西北傾斜，南高北低，南北跨越山區(qū)、平原、荒漠三大地貌單元，轄五縣兩市，以米泉市（屬烏魯木齊市）為界劃分為東西兩段，東段為阜康市、吉木薩爾縣、奇臺縣和木壘縣，西段為昌吉市、呼圖壁縣和瑪納斯縣，東西長約541 km、南北寬約285 km，總面積7.35萬km²，其中平原區(qū)面積約為1.87萬km²（圖1）。昌吉州常年有水河流35條，徑流量36.2億m³，其中徑流量大于1.0億m³的河流有6條，占總徑流量的66.3%。屬典型的大陸性干旱氣候，多年平均氣溫6.8 ℃，多年平均降雨量190 mm。昌吉州平原區(qū)土壤肥沃，十分適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)，但地表水資源匱乏，農(nóng)業(yè)灌溉主要依賴地下水，主要種植有棉花、小麥、玉米、葡萄及各種林果類作物。2020年，全州地區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)到1 387.25億元，第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)增加值分別為242.45億、581.28億、563.51億元，一、二、三產(chǎn)業(yè)占比為17.5∶41.9∶40.6，全年工業(yè)和建筑業(yè)增加值較上年增長17.0%和13.9%。

2.1 數(shù)據(jù)來源

土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥www.resdc.cn），選取2005、2010、2015年和2020年4期遙感影像數(shù)據(jù)，空間分辨率30 m。依據(jù)中國土地利用覆蓋數(shù)據(jù)分類體系，結(jié)合土地資源及其利用屬性將其劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。

氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：∥date.cma.cn），選取了研究區(qū)7個(gè)氣象站點(diǎn)逐月氣象資料，分別是瑪納斯站（編號：51359）、呼圖壁站（編號：51367）、昌吉站（編號：51368）、阜康站（編號：51377）、吉木薩爾站（編號：51378）、奇臺站（編號：51379）和木壘站（編號：51482）。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于新疆統(tǒng)計(jì)年鑒和昌吉州統(tǒng)計(jì)局，各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度

單一土地利用動(dòng)態(tài)度，指一定時(shí)間范圍內(nèi)研究區(qū)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況^［20］，其公式為

式中：K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；U_a為初始時(shí)間某一土地利用類型面積；U_b為結(jié)束時(shí)間某一土地利用類型面積；T為研究時(shí)長。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度，指一定時(shí)間范圍內(nèi)研究區(qū)土地利用類型變化的整體情況和劇烈程度^［21］，其公式為

式中：A^LC為研究時(shí)段綜合土地利用動(dòng)態(tài)度；A^LC_i為初期某一類土地類型面積；ΔA^LC_（i-j）為一定時(shí)間范圍某類土地類型變化為其他類土地類型的面積，取絕對值。

2.2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

通過對不同時(shí)期土地利用類型圖的疊加，定量分析不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化情況，揭示不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)移速率，反映土地時(shí)空格局的變化^［22］。具體計(jì)算公式為

式中：K_ab指初始時(shí)期的第a種地類轉(zhuǎn)變?yōu)榻K止時(shí)期第b種地類的面積;n為土地利用類型數(shù)量。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法（SDE）是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中能夠精確揭示各類地理要素空間分布特征的一種方法，主要參數(shù)包括重心坐標(biāo)、長（短）軸和方位角等，分別表示地理要素空間分布的相對位置、地理要素在主（次）要方向上的離散程度及地理要素發(fā)展的趨勢方向^［23］。本文采用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法，計(jì)算研究區(qū)不同時(shí)期土地利用類型的重心坐標(biāo)、重心遷移距離、遷移速率及長（短）軸和方位角，分析該地區(qū)土地利用空間分布特征和變化趨勢，重心計(jì)算公式如式（4）所示，其他參數(shù)參考宋永永等^［24］的計(jì)算公式：

式中：（X^—_w，Y^—_w）為重心坐標(biāo)，表示地理要素在二維空間上分布的相對位置;w_i為權(quán)重值;（x_i，y_i）為區(qū)域幾何中心坐標(biāo)。

2.2.4 主成分分析

主成分分析是把不同量級數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用降維思想將處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M線性相關(guān)數(shù)據(jù)，提取主成分特征值（gt;1）和累計(jì)貢獻(xiàn)率（gt;85%）能夠影響所有變量的幾個(gè)綜合變量，并能夠盡可能多地反映原始數(shù)據(jù)所提供的信息^［25］。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用類型變化特征

2005～2020年研究區(qū)不同土地利用類型特征見圖2和表2。耕地和草地是研究區(qū)的主要土地利用類型，2020年耕地面積為9 750.84 km²，占研究區(qū)面積的52.03%，集中連片面狀分布于低山丘陵帶和平原綠洲區(qū)；草地面積為6 345.89 km²，占研究區(qū)面積的33.86%，集中連片面狀分布于平原綠洲區(qū)北部地帶。林地、水域、建設(shè)用地和未利用地面積分別為21.60，213.66、861.14 km²和1 547.17 km²，其中林地零星分布于中部平原綠洲區(qū)西段，水域主要為中部平原綠洲區(qū)分布的河流和水庫，建設(shè)用地呈點(diǎn)狀分布于中部平原綠洲區(qū)，未利用地主要分布于平原綠洲區(qū)北部與荒漠區(qū)的交接地帶。

從土地利用類型面積變化來看，近15 a各類土地利用面積絕對變化量為：耕地gt;未利用地gt;草地gt;林地gt;建設(shè)用地gt;水域。期間耕地面積增幅最大，面積占比由40.27%增加至52.03%，增加面積2 204.17 km²；與此相反，未利用地面積減幅最大，面積占比由16.39%減小至8.26%，減少面積1 523.85 km²。其次，建設(shè)用地面積占比由2.79%增加至4.60%，增加面積338.48 km²；林地面積占比由2.34%減小至0.12%，減少面積417.60 km²；草地面積占比由37.00%減小至33.86%，減少面積588.61 km²；水域面積呈先增后減的變化趨勢，面積占比由1.21%增加至1.36%，再減小至1.14%，減少面積12.53 km²?？傮w來看，研究區(qū)耕地和建設(shè)用地呈增加趨勢，林地、草地、水域和未利用地呈減少趨勢。

3.2 土地利用動(dòng)態(tài)變化分析

2005～2020年研究區(qū)不同土地利用類型動(dòng)態(tài)度變化結(jié)果見表3。從單一土地利用動(dòng)態(tài)度來看，2005～2020年研究區(qū)建設(shè)用地增幅最大，15 a間變化率為64.76%，動(dòng)態(tài)度達(dá)到4.32%;林地減幅最大，15 a間變化率為-95.08%，動(dòng)態(tài)度達(dá)到-6.34%。從不同時(shí)間階段來看，2005～2010年耕地增幅最大，5 a間變化率為22.34%，動(dòng)態(tài)度達(dá)到峰值4.47%;林地減幅最大，5 a間變化率為-95.01%，動(dòng)態(tài)度達(dá)到峰值-19.00%。2010～2015年建設(shè)用地增幅最大，5 a間變化率為26.19%，動(dòng)態(tài)度為5.24%;水域減幅最大，5 a 間變化率為-8.95%，動(dòng)態(tài)度為-1.79%。2015～2020年仍是建設(shè)用地增幅最大，5 a間變化率為25.66%，動(dòng)態(tài)度為5.13%;未利用地減幅最大，5 a間變化率為-27.19%，動(dòng)態(tài)度為-5.44%。從綜合土地利用動(dòng)態(tài)度來看，2005～2020年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.90%，多年來綜合土地利用動(dòng)態(tài)度呈先減后增的變化趨勢。其中，在2005～2010年達(dá)到最大值1.85%，表明在這期間不同土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)化過程最為劇烈。

3.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

2005～2020年研究區(qū)不同土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣弦圖見圖3，不同土地利用類型空間轉(zhuǎn)移分布圖見圖4。2005～2020年研究區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移方向主要表現(xiàn)為草地、未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦兀约拔蠢玫剞D(zhuǎn)變?yōu)椴莸?。草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦孛娣e為1 831.31 km²，轉(zhuǎn)變區(qū)域面積的79.77%集中在瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市中部以及吉木薩爾縣和奇臺縣；未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e達(dá)845.52 km²，轉(zhuǎn)變區(qū)域的90.88%集中在瑪納斯縣北部、昌吉市北部、阜康市和奇臺縣；未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸氐拿娣e為1 066.44 km²，轉(zhuǎn)變區(qū)域的84.66%集中在瑪納斯縣中部、呼圖壁縣西部、阜康市和奇臺縣北部。

從不同時(shí)間階段來看，2005～2010年土地利用類型轉(zhuǎn)移方向主要表現(xiàn)為草地、未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e為1 437.70 km²，轉(zhuǎn)變區(qū)域的76.29%集中在瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市北部和奇臺縣；未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e為625.38 km²，轉(zhuǎn)變區(qū)域的50.78%集中在瑪納斯縣北部。2010～2015年土地利用類型轉(zhuǎn)移方向主要表現(xiàn)為草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦兀D(zhuǎn)移面積為418.42 km²，轉(zhuǎn)變區(qū)域的52.84%集中在昌吉市北部。2015～2020年土地利用類型轉(zhuǎn)移方向主要表現(xiàn)為草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦匾约拔蠢玫剞D(zhuǎn)變?yōu)椴莸?，草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e為464.61 km²，轉(zhuǎn)變區(qū)域的90%集中在呼圖壁縣北部；未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸氐拿娣e為537.40 km²，轉(zhuǎn)變區(qū)域的96.70%集中在木壘縣北部。

3.4 土地利用空間格局變化分析

為探究土地利用類型空間格局變化，利用GIS軟件繪制研究區(qū)不同時(shí)期耕地標(biāo)準(zhǔn)差橢圓及重心遷移軌跡，對2005～2020年耕地空間格局變化進(jìn)行分析，見圖5和表4。

從重心坐標(biāo)來看，2005～2020年西段耕地重心分布在（86°35′37″E～86°37′58″E，44°33′58″N～44°35′24″N）之間，位于西段幾何中心（86°43′14″E，44°27′36″N）西北方向，表明近15 a耕地在西段西部與北部變化較大。東段耕地重心分布在（89°10′03″E～89°26′16″E，44°02′31″N～44°06′19″N）之間，位于東段幾何中心（89°12′23″E，44°04′45″N）東南方向，表明近15 a耕地在東段東部和南部變化較大。

從重心遷移來看，西段重心在2005～2010年向東南方向遷移，遷移距離3.29 km，遷移速率為0.66 km/a；2010～2015年由東南折向西北方向遷移，遷移距離1.75 km，遷移速率為0.35 km/a；2015～2020年繼續(xù)向西北方向遷移，遷移距離1.54 km，遷移速率為0.31 km/a。東段重心在2005～2010年向西北方向遷移，遷移距離15.93 km，遷移速率為3.19 km/a；2010～2015年繼續(xù)向西北方向遷移，遷移距離6.77 km，遷移速率為1.35 km/a；2015～2020年由西北折向東南方向遷移，遷移距離3.78 km，遷移速率為0.76 km/a。整體來看，近15 a西段耕地重心呈現(xiàn)東北向西南方向遷移，重心主要在呼圖壁縣北部地帶移動(dòng)，東段耕地重心呈現(xiàn)東南向西北方向遷移，重心主要在吉木薩爾縣和奇臺縣北部交界地帶移動(dòng)。其中，2005～2010年耕地重心遷移距離最大。

從長軸方向來看，西段長軸從2005年50.72 km增加至2015年51.21 km，再減小至2020年49.12 km，呈先增加后減少趨勢，表明該時(shí)段耕地呈現(xiàn)“西北—東南”方向先發(fā)散再呈向心集聚現(xiàn)象，耕地面積在“西北—東南”方向呈先增加后減少的變化趨勢；東段長軸從2005年80.85 km增加至2010年81.77 km，再減小至2020年78.80 km，呈先增加后減少趨勢，表明該時(shí)段耕地呈現(xiàn)“西北—東南”方向先發(fā)散再向心集聚現(xiàn)象，耕地面積在“西北—東南”方向先增加再減少的變化趨勢。

從短軸方向來看，西段短軸從2005年26.64 km增加至2020年28.51 km，呈持續(xù)增加趨勢，表明該時(shí)段耕地呈現(xiàn)“東北—西南”方向持續(xù)發(fā)散現(xiàn)象，耕地面積在“東北—西南”方向呈持續(xù)增加的趨勢；東段短軸從2005年24.18 km減小至2015年18.43 km再增加至2020年19.73 km，呈先減少后增加趨勢，表明該時(shí)段耕地呈現(xiàn)“東北—西南”方向先向心集聚再發(fā)散現(xiàn)象，耕地面積在“東北—西南”方向呈先減少后增加的趨勢。

從方位角變化看，近15 a西段呈持續(xù)增加趨勢，從2005年136.90°增加至2020年139.88°；東段呈先增加后減小的趨勢，從2005年114.42°增加至2015年115.34°后減小至2020年114.04°。表明近15 a西段耕地面積呈持續(xù)增加趨勢，東段耕地面積在2015年之前呈持續(xù)增加趨勢，2015～2020年間略有減少。

3.5 土地利用變化驅(qū)動(dòng)因素

為了檢驗(yàn)所選取因素是否適合主成分分析，首先對驅(qū)動(dòng)因素?cái)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后進(jìn)行KMO檢驗(yàn)和Bartlett球形檢驗(yàn)，結(jié)果見表5。經(jīng)檢驗(yàn)所選取驅(qū)動(dòng)因素KMO為0.698，大于臨界值0.6，顯著性水平為0.00，小于臨界值0.05，表明所選取因素可以進(jìn)行主成分分析。

通過計(jì)算驅(qū)動(dòng)因素的特征值和各成分貢獻(xiàn)率以確定驅(qū)動(dòng)因素旋轉(zhuǎn)后的主成分載荷，選取特征值大于1且各成分累計(jì)貢獻(xiàn)率高于85%的主成分因子進(jìn)行分析^［26］，見表6。由表6可知，有2個(gè)主成分特征值大于1，分別為8.492和1.181，主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為87.935%，大于85%。

運(yùn)行SPSS軟件旋轉(zhuǎn)后，得到主成分矩陣，見表7。按照數(shù)值越接近1相關(guān)性越大原則，可以看出主成分1與GDP、第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)產(chǎn)值以及建筑業(yè)產(chǎn)值、城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民可支配收入、年末總?cè)丝跀?shù)相關(guān)性較高，可以將其概括為社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素；主成分2與年均氣溫和年均降水量相關(guān)性較高，可以將其概括為自然因素。綜合分析，近15 a來昌吉州平原區(qū)土地利用類型變化主要因自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素變化而發(fā)生改變。

3.5.1 自然因素

影響土地利用變化的自然因素主要是氣溫和降水，其2005～2020年間的變化趨勢見圖6。由圖6可知，2005～2020年研究區(qū)年均氣溫變化波動(dòng)較小，略有下降趨勢，總體趨于穩(wěn)定；年均降水量變化波動(dòng)較大，整體呈下降趨勢，年均下降速率為2.17 mm/a。整體來看，氣溫變化相對趨于穩(wěn)定，對土地利用變化的影響相對較?。唤邓砍食掷m(xù)下降趨勢，與研究區(qū)林地和水域呈持續(xù)下降的變化趨勢相符，表明在干旱地區(qū)降水量是影響林地和水域變化的驅(qū)動(dòng)因素之一。與其他土地利用變化相比，氣溫和降水量對其他土地利用變化影響相對有限，只對林地和水域等土地利用變化產(chǎn)生一定影響。

3.5.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素

自2005年以來，昌吉州GDP與工業(yè)產(chǎn)值、建筑業(yè)產(chǎn)值均呈現(xiàn)明顯的增長趨勢，且增長迅速，見圖7。昌吉州GDP已從2005年的251.692 5億元增加到2020年1 387.278 4億元；工業(yè)產(chǎn)值已從2005年的70.317 1億元增加到2020年361.433 6億元；建筑業(yè)產(chǎn)值已從2005年的23.631 7億元增加到2020年128.507 5億元。按產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值變化分析，不同產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占經(jīng)濟(jì)總量比重發(fā)生明顯變化，見圖8。第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占經(jīng)濟(jì)總量的比重處于下降趨勢，第二、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占經(jīng)濟(jì)總量的比重在逐年上升趨勢，達(dá)到75.24%。2005～2020年昌吉州大力發(fā)展工業(yè)和建筑業(yè)，地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生驅(qū)動(dòng)調(diào)整，推動(dòng)了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。從居民人均可支配收入分析，人均居民可支配收入呈現(xiàn)明顯的增長趨勢，見圖9。城鎮(zhèn)居民人均可支配收入已從2005年的7 990元增加到2020年34 024元，農(nóng)村居民人均可支配收入已從2005年的2 484元增加到2020年20 640元。居民人均可支配收入不斷提高，進(jìn)一步推動(dòng)了當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，土地利用類型受經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，自2005年以來建設(shè)用地?cái)U(kuò)張明顯，在平原區(qū)，工業(yè)、城鄉(xiāng)建設(shè)、交通等土地都進(jìn)行了向外擴(kuò)張，大量的耕地和草地被建設(shè)用地占有，從而解釋了近15 a昌吉州建設(shè)用地面積增加64.76%的原因。

在21世紀(jì)初期，昌吉州工業(yè)發(fā)展相對落后，為推動(dòng)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增加農(nóng)民收入，農(nóng)民主要以發(fā)展農(nóng)業(yè)為主，人們開始大量開墾荒地、鹽堿地使得耕地面積不斷增加，從而使得大量未利用地被耕地取代，解釋了2005～2010年耕地面積呈大幅增加、未利用地面積呈大量減少的現(xiàn)象。

從人口數(shù)量變化分析，昌吉州年末人口數(shù)由2005年157.86萬人增加至2020年161.4萬人，見圖10。人口不斷增加導(dǎo)致人們對生產(chǎn)、生活空間的需求量增大，農(nóng)業(yè)用地、工業(yè)用地、城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民生活用地以及交通用地等土地不斷增加，位于平原綠洲區(qū)的大量草地和未利用地被耕地和建設(shè)用地占有，進(jìn)一步解釋了近15 a昌吉州耕地和建設(shè)用地呈逐年增加，而草地和未利用地呈逐年減少的原因。

為進(jìn)一步分析昌吉州平原區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，將研究期內(nèi)各類土地利用類型面積與自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)變量經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，見表8。

耕地面積變化與自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素變化呈正相關(guān)，與自然因素相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)小于0.3，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)性較強(qiáng)，9個(gè)變量相關(guān)系數(shù)均大于0.7，這說明昌吉州耕地面積受自然因素變化影響較小，耕地面積隨著經(jīng)濟(jì)、人口及工業(yè)化和城鎮(zhèn)化等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的迅速發(fā)展呈持續(xù)增加的趨勢，其中耕地與Z₅呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），第一產(chǎn)業(yè)主要受農(nóng)業(yè)耕地面積增加有關(guān)，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的增加推動(dòng)耕地面積不斷擴(kuò)大。建設(shè)用地面積變化與自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化也均呈正相關(guān)，與自然因素相關(guān)系數(shù)小于0.6，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)性較強(qiáng)，9個(gè)變量相關(guān)系數(shù)均大于0.8，說明建設(shè)用地的不斷增加同樣受社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響較大，自然因素對建設(shè)用地變化具有一定的影響，其中建設(shè)用地與Z₉、Z₁₀呈顯著（Plt;0.05）正相關(guān)，與Z₆、Z₁₁呈極顯著（Plt;0.01）正相關(guān)，進(jìn)一步說明工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快導(dǎo)致昌吉州社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人均可支配收入不斷增加，使得該地區(qū)城鄉(xiāng)、居民、交通等建設(shè)用地不斷增加。

林地和草地面積變化與自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素變化均呈負(fù)相關(guān)，其中草地與Z₅呈顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.05），大量草地被耕地取代，草地面積受第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的影響較大。水域面積變化與降水量多少關(guān)系比較緊密。未利用地面積變化與自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素變化均呈負(fù)相關(guān)，與自然因素相關(guān)性較弱，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)性較強(qiáng)，9個(gè)變量相關(guān)系數(shù)均小于-0.8，這說明昌吉州為推動(dòng)農(nóng)業(yè)、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展，加快社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展，未利用地被不斷開發(fā)呈持續(xù)減少趨勢。

昌吉州生態(tài)環(huán)境脆弱，長期不合理的土地開發(fā)導(dǎo)致該地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題突出，如土地沙化、草場退化、水土流失嚴(yán)重等^［27］。近些年，昌吉州為改善生態(tài)環(huán)境問題也實(shí)施了一系列相應(yīng)的政策措施，如土地清理、機(jī)電井填埋、植樹造林和退耕還林還草工程^［28］。通過一系列政策宏觀措施調(diào)整，昌吉州生態(tài)環(huán)境問題也得到了有效改善，有力推動(dòng)了昌吉州生態(tài)環(huán)境往向好的方向發(fā)展。

綜上所述，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素變化是昌吉州平原區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，政府政策的宏觀調(diào)控對該地區(qū)生態(tài)環(huán)境往向好方向發(fā)展起到了一定的積極作用，自然因素變化對土地利用變化影響不大。

4 結(jié) 論

（1）昌吉州土地利用類型以耕地和草地為主，2020年耕地面積為9 750.84 km²，占研究區(qū)面積的52.03%，主要分布于低山丘陵帶和平原綠洲區(qū)；草地面積為6 345.89 km²，占研究區(qū)面積的33.86%，主要分布于平原綠洲區(qū)北部地帶。2005～2020年土地利用面積絕對變化量為：耕地gt;未利用地gt;草地gt;林地gt;建設(shè)用地gt;水域，耕地和建設(shè)用地整體呈增加趨勢，林地、草地、水域和未利用地整體呈減少趨勢。

（2）2005～2020年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度呈先減后增的變化趨勢，2005～2010年達(dá)到最大值1.85%，表明土地利用類型在2005～2010年相互轉(zhuǎn)化最為劇烈。其中，耕地和林地單一土地利用動(dòng)態(tài)度在這期間最大，達(dá)到峰值，分別為4.47%和-19.00%。

（3）2005～2020年研究區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移方向主要表現(xiàn)為草地、未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦匾约拔蠢玫剞D(zhuǎn)變?yōu)椴莸?。其中，草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e為1 831.31 km²，未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e845.52 km²，未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸氐拿娣e為1 066.44 km²。

（4）2005～2020年耕地重心發(fā)生明顯變化，西段耕地重心呈現(xiàn)東北向西南方向遷移，重心主要位于呼圖壁縣北部地帶，東段耕地重心呈現(xiàn)東南向西北方向遷移，重心主要位于吉木薩爾縣和奇臺縣北部交界地帶移動(dòng)。其中，2005～2010年耕地重心遷移距離最大。

（5）昌吉州土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素是社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，政府政策的宏觀調(diào)控推動(dòng)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境往向好的方向發(fā)展，氣溫和降水量等自然因素對昌吉州土地利用變化影響不大。

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（編輯：黃文晉）

Analysis of spatial and temporal changes and driving factors of land

use in Changji Prefecture Plain

KANG Pingshan^1，2，WU Bin^1，2，GAO Fan^1，2，DU Mingliang^1，2，WANG Cui^1，2，CAO Wei³

（1.College of Water Conservancy and Civil Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China; 2.Xinjiang Key Laboratory of Water Conservancy Engineering Safety and Water Disaster Prevention，Urumqi 830052，China; 3.Xinjiang Uygur Autonomous Region Water Resources Centre，Urumqi 830000，China）

Abstract：To guarantee the ecological environment security and sustainable development of Changji Prefecture，based on the 4-period land use remote sensing data from 2005 to 2020，the spatial and temporal change characteristics and driving factors of land use in the plain area of Changji Prefecture in the past 15 years were analyzed by using the land use dynamic attitude，transfer matrix，standard deviation ellipse，and principal component analysis.The results showed that：arable land and grassland were the main land use types in the study area，accounting for 40.27%～52.03% and 32.77%～37.00% of the study area respectively；arable land and construction land in the study area showed an increasing trend from 2005 to 2020，and forest land，grassland，waters and unutilized land showed a decreasing trend；the mutual transformation among land use types from 2005 to 2010 hit the strongest level with a maximum motivation degree of 1.85%；from 2005 to 2020，the direction of land use transfer was mainly manifested in the transformation of grassland，unused land into cropland and unused land into grassland；the center of gravity of cropland changed significantly.The concentrated area of cultivated land in the western section showed migration from northeast to southwest，and the concentrated area of cultivated land in the eastern section showed migration from southeast to northwest，during which the concentrated area of cultivated land in 2005～2010 had the largest migration distance；the main driving factors of land use change in the study area were socio-economic factors，and the influence of natural factors on it was relatively insignificant.

Key words：land use; driving factors; land use dynamic attitude; transfer matrix; standard deviation ellipse; Changji Prefecture Plain