楊會民，曹衛(wèi)彬，2，孟慶建，許西盼

（1石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，石河子832003；2綠洲農(nóng)業(yè)工程與信息化教育部工程研究中心，石河子832003）

新疆兵團(tuán)農(nóng)場土地利用遙感監(jiān)測及影響因素分析
——以新疆兵團(tuán)農(nóng)八師148團(tuán)為例

楊會民1，曹衛(wèi)彬1，2，孟慶建1，許西盼1

（1石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，石河子832003；2綠洲農(nóng)業(yè)工程與信息化教育部工程研究中心，石河子832003）

為了查明新疆兵團(tuán)各團(tuán)場土地利用／覆蓋的結(jié)構(gòu)變化并對其驅(qū)動力進(jìn)行分析，通過ERDAS軟件對農(nóng)八師148團(tuán)2002和2007年2個時相的衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行預(yù)處理和監(jiān)督分類，并提取各土地利用類型的面積。并用數(shù)理統(tǒng)計方法對這5年期土地利用變化特征進(jìn)行了定量分析，得到2002－2007年土地利用變化趨勢。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：研究區(qū)耕地面積有所增加，而建設(shè)用地急劇增加；同時未利用的面積減少最明顯。這表明近年來西部大開發(fā)戰(zhàn)略對新疆兵團(tuán)帶來了很大的變化，尤其是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化過程對土地利用結(jié)構(gòu)的影響最顯著。

土地利用；遙感；驅(qū)動因素

土地利用／覆蓋變化（L UCC）與生態(tài)環(huán)境、人類活動密切相關(guān)［1～3］，土地資源的高效、合理利用已成為可持續(xù)發(fā)展的核心問題。區(qū)域土地利用變化研究是全球變化研究的重點(diǎn)之一，LUCC的根本目標(biāo)在于深入了解土地利用與覆蓋在區(qū)域尺度上的互動與變化，只有在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，才有可能具體地從自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素方面來探討其對土地利用與覆蓋的類型、結(jié)構(gòu)及動態(tài)特征的影響［4］。目前研究的前沿之一便是利用遙感對地觀測技術(shù)揭示土地利用／覆蓋的空間變化規(guī)律和分析其驅(qū)動力，通過空間建模反映其環(huán)境效應(yīng)［5］。自2001年3月中央對西部大開發(fā)戰(zhàn)略做出具體部署以來，新疆迎來了良好的發(fā)展機(jī)遇。固有的干燥少雨、多風(fēng)的氣候環(huán)境使得新疆以脆弱的綠洲生態(tài)環(huán)境為主，全疆95%的人口聚居在僅占全國面積4.2%的綠洲中，綠洲散布于盆地邊緣、鑲嵌于戈壁沙漠的分布格局，決定了綠洲生態(tài)環(huán)境極易受外部自然因素和內(nèi)部人為活動的影響［6］。

新疆兵團(tuán)土地面積7.43萬k m2，174個農(nóng)牧團(tuán)場就是174個生態(tài)綠洲，其中121個分布在沙區(qū)之中，沙漠化、荒漠化面積占到總面積的1／5左右。因此，開展團(tuán)場土地利用的定量研究，以期揭示其土地利用變化的特點(diǎn)與趨勢，為區(qū)域生態(tài)建設(shè)和實(shí)現(xiàn)對人類活動方向和速率的有效調(diào)控，維持區(qū)域環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究區(qū)概況

148團(tuán)屬新疆兵團(tuán)農(nóng)八師石河子墾區(qū)，地處天山北麓，準(zhǔn)格爾盆地南緣，位于東經(jīng)84°58′～86°24′，北緯43°26′～45°20′，東北部在瑪納斯境內(nèi)，與新疆兵團(tuán)農(nóng)六師新湖總場相接；南部直抵巴音郭楞蒙古自治州和靜縣界；西部在沙灣縣并與奎屯市相鄰；西北部深入克拉瑪依市境；北部瀕古爾班通古特大沙漠，昔日為堿灘、荒漠，現(xiàn)已開墾成主要的農(nóng)耕區(qū)。處在歐亞大陸腹地，屬中溫帶干旱區(qū)氣候，年平均氣溫7.9℃～8.7℃，年總降水量157.0～285.2 mm。

1.1.2 數(shù)據(jù)來源

遙感數(shù)據(jù)主要采用2002年和2007年Landsat5－T M影像，軌道號為144029，成像時間分別為2002－9－14 和 2007－9－20。 輔 助 數(shù) 據(jù) 包 括 研 究 區(qū)1∶10萬地形圖、社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及0.6 m分辨率的Quick Bir d影像數(shù)據(jù)。

1.2 方法

1.2.1 遙感影像處理

圖像預(yù)處理過程在ERDAS 9.2軟件中完成，采用4、3、2波段對應(yīng)紅、綠、藍(lán)作假彩色合成。為了保證精度，便于信息的動態(tài)對比分析，以1∶10萬地形圖為基準(zhǔn)，將2002年和2007年兩期T M影像與其配準(zhǔn)。選用二元二次多項(xiàng)式進(jìn)行幾何精校正，每景選取20個均勻分布的控制點(diǎn)，RMS檢驗(yàn)結(jié)果表明糾正誤差均小于0.5個像元。再通過人機(jī)交互對圖像進(jìn)行監(jiān)督分類得到2個時期土地利用分類圖，并應(yīng)用GPS技術(shù)對解譯結(jié)果進(jìn)行野外抽樣驗(yàn)證，土地利用類型的判準(zhǔn)率達(dá)90%以上。

1.2.2 土地利用動態(tài)度

土地利用類型動態(tài)度是指研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況［7］，反映土地利用變化的速度，單一土地利用動態(tài)度的表達(dá)式為：

式（1）中，K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究期初和研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量；T為研究時段長，本研究中T的時段設(shè)定為年。

1.2.3 矩陣分析

各土地利用類型面積的增減并不能反映類型之間的具體轉(zhuǎn)換情況，進(jìn)行疊加運(yùn)算和統(tǒng)計分析形成土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，可以描述不同土地覆蓋利用類型之間的轉(zhuǎn)換情況［8－9］。矩陣分析功能可以將2個輸入分類專題圖像按照其專題屬性在空間上的重疊產(chǎn)生1個新的圖像文件，新文件包含2個輸入文件中重疊的分類專題屬性。

1.2.4 技術(shù)路線

技術(shù)路線見圖1。

圖1 技術(shù)路線Fig.1 Technical flow chart

2 結(jié)果與分析

2.1 各類型土地面積提取結(jié)果與動態(tài)變化

對分類結(jié)果進(jìn)行面積提?。ū?），經(jīng)統(tǒng)計，得到2個時期各類型土地的結(jié)構(gòu)比例及變幅（圖2）。

表1 2002－2007年土地利用面積變化及動態(tài)Tab.1 2002－2007 area change and dynamic of land use

圖2 2002和2007年各土地利用類型面積百分比Fig.2 Percentage of different land use areas in 2002 and 2007

表2 2002－2007年148團(tuán)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Tab.2 The 148th Reaiment transfer matrix of land use bet ween 2002 and 2007

2.2 研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化及動態(tài)度

從圖2可以得出148團(tuán)土地利用的特點(diǎn)：耕地和未利用地占有很大的比重，耕地和未利用地面積占總面積的87.96%，這是綠洲生態(tài)區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在土地利用結(jié)構(gòu)上的反映。林地比重4.38%，說明新疆兵團(tuán)在墾荒的過程中，對防風(fēng)固沙很重視。水域、牧草地所占比重較低，分別為1.06%、1.16%，并且水域面積呈現(xiàn)出遞減趨勢，說明研究區(qū)所處地理位置、氣候等自然條件對土地利用的深刻影響，草地的發(fā)展受到了限制，水資源也很有限。未利用地所占比例較大，土地利用開發(fā)還有很大的空間，但是未開發(fā)利用的地塊多為荒地、堿灘、沙漠等，所以開發(fā)難度較大。

2002－2007年的5年間，148團(tuán)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化：1）耕地和林地面積均有所增加，分別增加了2060.1 h m2和51.7 h m2；2）水域、未利用地明顯減少，其中未利用地減少最多，從45.41%減少到23.49%，或減少了7510.54 h m2。水域面積也有一定的減少，從1.05%減少到0.46%，或減少了203.67 h m2；3）草地、居民點(diǎn)及工礦用地、交通運(yùn)輸用地均有所增加，草地從1.16%增加到了1.91%，或增加了256.7 h m2。增加最多的是工礦用地和交通運(yùn)輸用地，增加了15.61%，或增加了5346.66 h m2?？傊?48團(tuán)在這5年內(nèi)耕地、林地、交通運(yùn)輸及工礦用地、草地面積都有不同程度的增加，水域和未利用地面積都大幅度減少。

2.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣分析

筆者采用ERDAS9.2中的Matrix功能對分類圖像進(jìn)行矩陣分析，得到2002－2007年5年期148團(tuán)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表2）。

從表2可以反映出148團(tuán)土地利用類型之間在空間上的變化及各土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)移的基本情況。

1）耕地轉(zhuǎn)出較少，主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地和部分園林，轉(zhuǎn)出面積分別為1138.05 h m2、463.5 h m2。耕地的補(bǔ)充主要是林地和未利用地。

2）林地主要轉(zhuǎn)化為耕地和建設(shè)用地，則說明原有的自然林地大多用于耕種和居民點(diǎn)的擴(kuò)建。

3）水域主要轉(zhuǎn)化為耕地和未利用地，其中有47.67%消失并轉(zhuǎn)為耕地，9.84%變?yōu)榛牡亍?/p>

4）部分草地退化為荒地，同時有27.04%和20.7%的草地分別用于耕種和工礦道路建設(shè)。

5）建設(shè)用地轉(zhuǎn)入較多，林地、水域、草地和未利用地分別有30.62%、26%、20.6%和27.41%用作居民點(diǎn)、工礦及道路的建設(shè)。

6）未利用土地主要轉(zhuǎn)為耕地、工礦用地和道路建設(shè)，其中4264.74 h m2轉(zhuǎn)為工礦用地和道路建設(shè)；2308.68 h m2被開墾利用為耕地。

總體看來林地、草地、水域和未利用地轉(zhuǎn)出較多，而建設(shè)用地增加過快，耕地有所增加但變化不大。由此看來，2002－2007年148團(tuán)未利用地被開墾，主要用于廠礦企業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展；增加了很多人工園林（如葡萄園、棗園等經(jīng)濟(jì)林），但是位于耕地邊緣，接近沙漠的用于防風(fēng)固沙、改良水土的防護(hù)林有所減少；水域的面積也隨著氣候、工業(yè)化的發(fā)展大量減少。

3 討論

上述分析結(jié)果表明城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對墾區(qū)土地利用的變化起很大作用。土地利用動態(tài)度可定量描述區(qū)域土地利用變化的速度，對比較土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測未來土地利用變化趨勢都有積極作用。筆者根據(jù)單一土地利用動態(tài)度的公式對前面數(shù)理統(tǒng)計的數(shù)據(jù)做了相關(guān)處理（表1），可知：5年間148團(tuán)各類土地利用變化速度不同。在各類土地利用類型中，建設(shè)用地的變化速度最大，動態(tài)度為57.33%；其次是草地、水域和未利用地，動態(tài)度都達(dá)到10%左右；接下來是耕地和林地，其中林地變化速度最小，動態(tài)度僅為0.69%。反映出2002－2007年148團(tuán)在居民點(diǎn)、工礦企業(yè)和道路建設(shè)方面力度很大。

土地利用變化的驅(qū)動力是指導(dǎo)致土地利用／土地覆被變化的各種自然的、人文的因素。自然因素一般包括自然資源和生態(tài)環(huán)境；社會因素包括人口、經(jīng)濟(jì)、管理和政府決策等。

1）自然因素。氣候條件對土地利用具有制約作用，對兵團(tuán)而言，降水成為影響土地利用的主要因素。兵團(tuán)土地利用的最大特點(diǎn)是在現(xiàn)有的技術(shù)條件下最大限度的開墾和改良可利用的土地資源，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主。氣候主要表現(xiàn)為干燥少雨、晝夜溫差大、日照豐富。年降雨量非常少，農(nóng)業(yè)灌溉主要是靠高山冰雪融水；工業(yè)化過程對水資源的大量需求以及造成的水資源的污染。因此，水資源的短缺是影響兵團(tuán)土地利用變化的主要因素。

2）人口因素。人口是土地利用變化中最具活力的驅(qū)動力之一，它在一定程度上會對土地利用變化產(chǎn)生直接的影響［10］。人口增長越快，土地利用變化就越快，如隨著人口的增長，人們的生活用地也要相應(yīng)的增加，使農(nóng)村居民點(diǎn)不斷擴(kuò)張，城鎮(zhèn)化過程使農(nóng)村人口向城市轉(zhuǎn)移，城區(qū)居民用地及基礎(chǔ)設(shè)施用地等也會增加，這樣就勢必會占用其它類型的土地，改變了土地利用的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、方式和強(qiáng)度。

3）經(jīng)濟(jì)發(fā)展。一般而言，經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展初期多以生態(tài)環(huán)境的惡化為代價。近年來新疆的跨越式發(fā)展在很大程度上體現(xiàn)在對礦產(chǎn)、工業(yè)的投入，工礦用地和交通運(yùn)輸用地在急速的增加，這樣會導(dǎo)致部分耕地、林地和草地等有利于生態(tài)環(huán)境的土地利用類型被占用。工業(yè)的發(fā)展會使綠洲生態(tài)系統(tǒng)變得更加脆弱，影響新疆土地資源的利用率。另外，經(jīng)過不斷的開墾可利用的后備耕地資源，耕地面積在穩(wěn)步的增長，但為了提高效益，增加收益，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷深入，從傳統(tǒng)的的以種植業(yè)為主的農(nóng)業(yè)形式向農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)多樣化轉(zhuǎn)變［11］，主要表現(xiàn)在耕地向果園、人工林地的轉(zhuǎn)變，團(tuán)部周圍出現(xiàn)了大面積的棗園、葡萄園、人工苗圃和蔬菜地等。

綜上所述，新疆兵團(tuán)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的前提是必須做好防風(fēng)固沙、鹽堿地改良和對水資源的合理高效利用。通過對石河子墾區(qū)148團(tuán)土地利用變化特征的定量分析表明耕地、林地、草地和建設(shè)用地的面積均有不同程度的增加，水域、未利用地有明顯的減少趨勢。部分耕地、林地和草地轉(zhuǎn)化成居民點(diǎn)，而轉(zhuǎn)出的未利用地只有極少部分用于耕地，主要用于城鎮(zhèn)工礦和交通用地。

在人文和自然因素的驅(qū)動下，新疆兵團(tuán)土地利用發(fā)生了明顯變化。近10年來農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展較快，尤其是滴灌等節(jié)水工程在兵團(tuán)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，使得有效利用的耕地面積穩(wěn)步增長；但西部大開發(fā)以來新疆的跨越式發(fā)展，較快的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化過程使得水資源短缺、綠洲生態(tài)的脆弱性問題不得不引起重視。因此，科學(xué)合理地利用水資源，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并把工業(yè)化現(xiàn)代化過程中的生態(tài)環(huán)境問題永遠(yuǎn)放在制定和實(shí)施發(fā)展規(guī)劃的首位。

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Remote Sensing Monitoring and Influencing foctors Analysis of Land Use in Xinjiang Regi mental Far m——With 148th Regiment of Xinjiang Production and Construction Corps as an Example

YANG Hui min1，CAO Weibin1，2，MENG Qingjian1，XU Xipan1
（1 College of Machine and Electrical engineering，Shi Hezi University，Shihezi 832003，China；2 Engineering Research Center of Mechanization of Oasis Cash Crop Production，Ministry of Education，Shihezi 832003，China）

In order to find out the structural changes of land use／cover in far ms of Xinjiang Production and Constr uction Group（XPCG），the satellite remote sensing images of the 148th Regiment in 2002 and 2007 weed used.Through the image processing，information extracting，we did the dynamic monitoring for the changes of land use，and did t he quantitative analysis f or the characteristics of land use changes in this period of 5 years.The author also，from the natural factors and social economic factors，discusses the driving principle of land use changes.It can provide several scientific bases，for government and relevant departments in the process of industrialization and management of urban planning.

land use；dynamic monitoring；driving force

S127；F301.24

A

1007－7383（2011）03－0338－05

2010－03－03

國家科技支撐計劃項(xiàng)目（2007BAH12B04），國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40701128）

楊會民（1986－），男，碩士生，專業(yè)方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測與 GIS開發(fā)；e－mail：yh m＿shz＠163.co m。

曹衛(wèi)彬（1959－），男，博士，教授，從事精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與遙感監(jiān)測研究；e－mail：wbc828＠sohu.com。