郭 鵬，張全建

（1.石河子大學(xué) 理學(xué)院，新疆 石河子 832003）

新疆石河子地區(qū)20 a綠洲土地利用類型變化分析

郭 鵬1，張全建1

（1.石河子大學(xué) 理學(xué)院，新疆 石河子 832003）

以石河子地區(qū)為研究對(duì)象，利用1990年、2000年、2005年和2010年的遙感影像，分析了該區(qū)近20 a的土地利用動(dòng)態(tài)變化情況。研究結(jié)果表明，耕地面積持續(xù)減少，共計(jì)減少了54．52 km2，占整個(gè)研究區(qū)面積的12．23%；城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積累計(jì)增加了64．12 km2，是區(qū)域內(nèi)變化最為明顯的地物類別；水域面積相比變化不大，只增加了0．56 km2；其他地類面積減少了10．17 km2，主要轉(zhuǎn)變?yōu)槌青l(xiāng)建設(shè)用地。地物類別發(fā)生變化的區(qū)域主要集中在水資源較充足的北部、東北部和東部靠近瑪納斯河中游的區(qū)域；土地利用類型與區(qū)域內(nèi)人口數(shù)量的變化和GDP的增長(zhǎng)呈現(xiàn)顯著的相關(guān)特征，對(duì)區(qū)域內(nèi)土地利用類型的變化影響極大。

土地利用類型；變化；北疆；綠洲>

對(duì)干旱區(qū)綠洲的土地利用及景觀格局變化進(jìn)行研究，有助于更好地認(rèn)識(shí)和了解綠洲結(jié)構(gòu)的變化過程和形成規(guī)律，為科學(xué)有效地對(duì)干旱區(qū)綠洲生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)、建設(shè)、管理以及未來綠洲的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。石河子地區(qū)是北疆干旱地區(qū)綠洲的典型代表，作為“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略和新疆可持續(xù)發(fā)展的重要地區(qū)，對(duì)其進(jìn)行土地利用動(dòng)態(tài)變化研究尤為重要[1,2]。本文以1990年、2000年、2005年和2010年的TM影像為基礎(chǔ)，利用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ǐ@得了近20 a的土地景觀變化的遙感分類結(jié)果圖和地物轉(zhuǎn)移變化結(jié)果，綜合探討了石河子地區(qū)的土地利用及景觀動(dòng)態(tài)變化情況。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 研究區(qū)概況

石河子研究區(qū)面積約446 km2，平均海拔高度450．8 m，屬于典型溫帶內(nèi)陸干旱荒漠氣候，冬季長(zhǎng)而寒冷，夏季短而炎熱，年蒸發(fā)量1 000～1 500 mm。區(qū)域內(nèi)地勢(shì)平坦，自東南向西北傾斜，由于地處天山北麓迎風(fēng)坡，因此水資源較為豐富，且地表水、地下水水質(zhì)均屬于良好灌溉水，生物資源較豐富，發(fā)展農(nóng)林牧條件較好[3,4]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究以1990年、2000年、2005年和2010年8 月獲取的TM影像（包含藍(lán)色波段0．45～0．52 μm、綠色波段0．52～0．60 μm、紅色波段0．63～0．69 μm、近紅外波段0．76～0．90 μm、短波紅外波段1．55～1．75 μm和中紅外波段2．08～2．35 μm）作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、幾何校正和輻射校正等處理，影像空間分辨率為30 m，影像大小為185 km×185 km，數(shù)據(jù)條帶號(hào)均為144，行編號(hào)為029，并由研究區(qū)矢量邊界裁切后經(jīng)假彩色合成得到了研究區(qū)遙感影像圖。研究在分類的過程中采用經(jīng)重采樣為30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)作為輔助數(shù)據(jù)，用在進(jìn)行多尺度影像分割時(shí)作為第7波段參與分割過程。研究以面向?qū)ο蟮倪b感地物信息提取方法，采用德國(guó)遙感分類軟件eCongnition8．7．1，經(jīng)多尺度分割及地物提取兩個(gè)步驟對(duì)研究區(qū)的影像進(jìn)行信息提取，并用混淆矩陣的方法進(jìn)行精度評(píng)價(jià)[5,6]。

1.3 多尺度影像分割及分割參數(shù)

研究區(qū)多以植被、裸土和居民地為主，因此根據(jù)其特點(diǎn)并結(jié)合多光譜影像和DEM數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次分割實(shí)驗(yàn)，確定其多尺度分割參數(shù)（見表1）。本文分別研究在100的尺度上提取裸土等面積較大地物；在60的尺度上提取稀疏植被和鹽堿地等；在30的尺度提取林地、草原和草甸等；在10的尺度提取居民地、耕地、河流、工業(yè)用地等[7]。

表1 多尺度分割參數(shù)

1.4 影像信息提取

研究區(qū)地物類別主要包括冰雪地、裸巖、裸土、林地、耕地、水域、河流、水庫、工業(yè)用地、居民地、鹽堿地、草原、草甸。由于本研究更多地關(guān)注耕地及城鄉(xiāng)用地的變化情況，為了便于開展研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型的變化情況，將分類后的結(jié)果類別進(jìn)行合并，只保留耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、水域和其他4種地物類型，將冰雪地、裸土、裸巖、林地、草地、鹽堿地等合并為其他用地類型。

1.5 精度評(píng)價(jià)

研究采用基于矢量樣本的誤差矩陣方法進(jìn)行精度評(píng)價(jià)[8]，通過實(shí)地調(diào)查采集評(píng)價(jià)樣本，在研究區(qū)內(nèi)抽取30個(gè)點(diǎn)，根據(jù)樣本和分類的結(jié)果統(tǒng)計(jì)出分類結(jié)果中各類的對(duì)象數(shù)，得到分類結(jié)果誤差矩陣，計(jì)算出了總體精度和Kappa系數(shù)，具體結(jié)果見表2，最終分類結(jié)果見圖1。

表2 精度評(píng)價(jià)結(jié)果

圖1 1990～2010年石河子地區(qū)土地利用分類結(jié)果

2 石河子地區(qū)土地利用及其變化情況分析

石河子地區(qū)土地利用變化情況見圖2、表3。

圖2 土地利用類型變化過程

1）耕地面積逐漸減少。從表3可知，自20世紀(jì)90年代以來，耕地面積一直呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)。從1990年的74．85%變?yōu)?000年的70．03%，減少了4．82%，在進(jìn)入了21世紀(jì)后變得更為明顯，到2010年耕地面積只占到了總面積的62．62%。其變化區(qū)域主要集中于交通便利的道路兩旁和擁有水資源較豐富的區(qū)域，此外在南部區(qū)域和湖泊、水庫、坑塘附近的耕地面積變化也比較明顯。

2）城鄉(xiāng)建設(shè)用地顯著增加。研究區(qū)面積變化最為顯著的是城鄉(xiāng)建設(shè)用地。從1990年的3．11%增加為2000年的9．32%，到2002年又增加了4．54%，到

2010年達(dá)到了17．50%。從表3可以看出，研究區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積在整個(gè)研究區(qū)的研究年限中共計(jì)增加了14．39%；變化區(qū)域與耕地面積的變化區(qū)域類似，其中尤以石河子城區(qū)北部和東部區(qū)域及其東部區(qū)域、瑪納斯河中西部區(qū)域最為明顯。

3）水域面積變化不大。在整個(gè)研究年限中，其面積從1990年的1．36%增加到2010年的1．49%，僅增加了0．13%，其變化區(qū)域主要位于研究區(qū)的西北部地區(qū)，其次是位于研究區(qū)的東北部地區(qū)，最后是位于研究區(qū)東南部、瑪納斯河中游地區(qū)。

4）其他土地不斷減少。自20世紀(jì)90年代以來，其他土地面積一直處于不斷減少的過程中,其面積從1990～2010年共減少了2．28%，減少不明顯。變化的區(qū)域主要集中于石河子市區(qū)的東部、瑪納斯河中游，其變化類型主要為城鄉(xiāng)建設(shè)用地，也有少部分變?yōu)楦亍?/p>

表3 石河子地區(qū)1990～2010年土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)表

5）土地利用類型轉(zhuǎn)移分析。表4為石河子地區(qū)1990～2010年的土地類型變化情況轉(zhuǎn)移矩陣，可以看出研究區(qū)轉(zhuǎn)移面積最大的地物為耕地，共有5．83%的面積轉(zhuǎn)移為其他地類，其中有5．71%轉(zhuǎn)出為城鄉(xiāng)建設(shè)用地。城鄉(xiāng)建設(shè)用地轉(zhuǎn)出較少，僅有0．03%的面積發(fā)生了變化，但其轉(zhuǎn)入則主要來源于耕地和其他用地。水域面積也有不同程度的變化，0．1%轉(zhuǎn)為耕地，0．15%轉(zhuǎn)為城鄉(xiāng)建設(shè)用地，0．01%轉(zhuǎn)為其他地類，但其轉(zhuǎn)入主要來源于其他地類和耕地。其他地類共有3．79%的面積發(fā)生了變化，主要去向?yàn)槌青l(xiāng)建設(shè)用地和耕地。

表4 1990～2010年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣/%

3 結(jié) 語

1）在這20 a間，研究區(qū)耕地面積比例共計(jì)減少了12．23%。變化的區(qū)域主要為石河子城區(qū)的北部和東部的擁有便利交通道路旁側(cè)和擁有豐富水資源的水域附近，其次為降水相對(duì)充足的南部區(qū)域和湖泊、水庫、坑塘附近，其轉(zhuǎn)化方向主要為城鄉(xiāng)建設(shè)用地和水域。城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積變化最顯著，共增加了14．39%，其增加區(qū)域與耕地面積減少區(qū)域類似，主要為石河子城區(qū)北部和東部，瑪納斯河中西部擁有便利的交通道路旁側(cè)和擁有豐富水資源的水域附近區(qū)域。水域面積稍有增加，但其增加的面積占單一地物的比重在整個(gè)研究區(qū)研究時(shí)段內(nèi)是最大的。

2）研究區(qū)變化最為明顯的區(qū)域?yàn)槭幼诱辈亢驼龞|部靠近瑪納斯河中游的區(qū)域，由于北部有大泉溝水庫，東部有瑪納斯河，變化最明顯。其次為南部耕地區(qū)域。變化相對(duì)較小的區(qū)域主要位于石河子的西部、西北部和東北部地區(qū)，這主要與這些區(qū)域的交通相對(duì)落后有關(guān)?；疚醋兓瘏^(qū)域主要受到交通可通達(dá)性、便捷性相對(duì)較差和人口相對(duì)稀少等因素的影響[9]。

3）研究區(qū)土地利用類型變化情況與人口變化有一定的關(guān)系，人口增長(zhǎng)率與城市化水平、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間呈現(xiàn)出非常大的相關(guān)性，人口增長(zhǎng)需要更多的城鄉(xiāng)建設(shè)用地，新建經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)人口增加對(duì)耕地的需求加大，使得人們加強(qiáng)對(duì)土地的開墾[10]，根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒，石河子地區(qū)在這20 a中人口數(shù)量增加了12．4萬，這使得研究區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，耕地面積不斷減少，草地的破碎化程度加劇，部分土地肥力喪失轉(zhuǎn)為裸土、裸巖等土地類型。

4）根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒，石河子市自1990～2010年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增加了129．32億元，尤其是自國(guó)家實(shí)施“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略以來，該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，而其中又以第二、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為明顯。這種發(fā)展模式都需要占用大量的土地，使得城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積和規(guī)模不斷增加，耕地和未利用土地面積不斷縮小[11]。同時(shí)，這種作用是雙重的，一方面經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)使得土地利用類型中的城鄉(xiāng)建設(shè)用地的面積和規(guī)模不斷擴(kuò)大；另一方面土地景觀在一定的地理位置上也促進(jìn)或限制著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。

[1] 熊黑鋼,徐長(zhǎng)春．于田綠洲土地景觀格局動(dòng)態(tài)變化與預(yù)測(cè)[J]．干旱區(qū)資源與環(huán)境,2008,22(6)∶56-62

[2] 古麗克孜·吐拉克,李新國(guó),劉彬,等．開都河流域下游綠洲景觀格局變化分析[J]．干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(3)∶174-180

[3] 賈寶全,慈龍駿,楊曉暉,等．石河子莫索灣墾區(qū)綠洲景觀格局變化分析[J]．生態(tài)學(xué)報(bào),2001,21(1)∶34-40

[4] 王秀琴,張山清,段維．近48年新疆石河子墾區(qū)氣候變化的研究[J]．石河子大學(xué)學(xué)報(bào)∶自然科學(xué)版,2012,30(3)∶289-297

[5] 彭建,王仰麟,張?jiān)?等．土地利用分類對(duì)景觀格局指數(shù)的影響[J]．地理學(xué)報(bào),2006,61(2)∶157-174

[6] 常學(xué)禮,鄔建國(guó)．科爾沁沙地景觀格局特征分析[J]．生態(tài)學(xué)報(bào),1998,18(3)∶225-232

[7] 郭鵬,徐麗萍,王玲,等．面向?qū)ο蟮默敿{斯河流域TM影像分類技術(shù)研究[J]．水土保持研究,2013,20(3)∶120-124

[8] 劉瑞,朱道林．基于轉(zhuǎn)移矩陣的土地利用變化信息挖掘方法探討[J]．資源科學(xué),2010,32(8)∶1 544-1 550

[9] 徐素寧,楊景春,李有利．近50 a來瑪納斯河流量變化及對(duì)氣候變化的響應(yīng)[J]．地理與地理信息科學(xué),2004,20(6)∶65-72

[10] 鄭輝軍,馬玉香,趙奎,等．石河子墾區(qū)人口增長(zhǎng)預(yù)測(cè)與可持續(xù)發(fā)展研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(21)∶9 110-9 113

[11] 何信．基于SWOT分析的石河子經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略探討[J]．新疆農(nóng)墾經(jīng)濟(jì),2013(10)∶137-143

P237

B

1672-4623（2016）01-0079-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.01.023

郭鵬，博士，主要從事遙感技術(shù)應(yīng)用研究。

2014-10-30。

項(xiàng)目來源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41001387）；石河子大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（2011ZRKXTD-0501）。