麥爾耶姆·亞森，買買提·沙吾提，吐爾遜·艾山，如則麥麥提·米吉提，依克麗曼·阿布都米提，馬依拉·熱合曼

（1新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046；2新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，烏魯木齊830046；3新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃辦公室，烏魯木齊830004）

新疆渭干河—庫車河三角洲綠洲耕地時空變化特征分析

麥爾耶姆·亞森1,2，買買提·沙吾提1,2，吐爾遜·艾山1,3，如則麥麥提·米吉提1,2，依克麗曼·阿布都米提1,2，馬依拉·熱合曼1,2

（1新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046；2新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，烏魯木齊830046；3新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃辦公室，烏魯木齊830004）

【目的】耕地資源的變化特征是土地利用與土地覆被變化研究的重要內(nèi)容，也是關(guān)系到耕地安全與糧食安全的重大問題。新疆作為中國農(nóng)業(yè)用地較多和后備耕地資源較大的省區(qū)，在中國耕地資源保護和持續(xù)利用中具有突出地位。渭庫綠洲是新疆最典型的荒漠綠洲區(qū)，是阿克蘇地區(qū)最大的灌溉區(qū)及新疆重要的產(chǎn)棉區(qū)之一，深入了解該綠洲耕地分布及其變化過程，對指導(dǎo)該綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展，保障生態(tài)安全至關(guān)重要。【方法】本研究以遙感資料為數(shù)據(jù)源，選取動態(tài)度、區(qū)位指數(shù)和板塊密度等地理計量模型揭示渭庫綠洲近21 a來耕地的時空變化特征，分析其變化的主要原因?！窘Y(jié)果】（1）近21a年渭庫綠洲耕地發(fā)生了顯著的時空變化。耕地面積從1994年的2 488 km2增加到 2015年的3 931 km2，研究期間增加了1 443 km2，耕地面積的比例從17%上升到26%，年均變化量68.71 km2，年均變化率2.7%；耕地擴展中心逐漸由綠洲中上游轉(zhuǎn)移到下游，并延伸到綠洲外圍，主要表現(xiàn)以耕地為主的農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地為主的非農(nóng)業(yè)用地增加，以及鹽漬地和水域大面積減少；（2）從區(qū)位指數(shù)來看，各縣的區(qū)位指數(shù)存在一定的差異，其中新和縣的耕地區(qū)位指數(shù)均排在第一位，耕地聚集程度遠高于全區(qū)平均和其他地區(qū)，沙雅縣的耕地區(qū)位指數(shù)位于第二，聚集程度也高于全區(qū)平均值，庫車縣的耕地區(qū)位指數(shù)最小?！窘Y(jié)論】經(jīng)過近21 a的耕地擴展，耕地景觀由已雜亂破碎斑塊逐漸連接成片，耕地景觀的優(yōu)勢進一步增加。降水和徑流的增加為渭庫綠洲耕地擴展提供了相對有利的氣候條件，水利建設(shè)與人口增長是影響該綠洲耕地面積變化的主要原因。本研究提出的分析方法能快速、客觀反映區(qū)域耕地格局的動態(tài)變化過程和差異特征，為耕地時空變化研究提供了一種新思路。

渭干河—庫車河三角洲綠洲；土地利用/土地覆被；耕地；時空變化；驅(qū)動因子

Abstract:【Objective】Spatial and temporal characteristics of cropland are a main part of the LUCC research and it is becoming more important for food security, land protection and environmental change. XinJiang plays a significant role for the protection and sustainable development of the land resource which is ranked the richest province in China, with the agricultural land. The Ugan-Kuqa river delta oasis is considered the most important “food and cotton resource area” which is the largestirrigated region in the Aksu district in XinJiang. The main objective of this study is to analyze the causes of spatial and temporal change of the cropland in the research area, from 1994 to 2015 over 21years period. 【Method】 The cropland data were obtained from the Landsat images after processing based on the remote sensing platform. The changing rate, location index and plate density were selected for the analysis of the spatial and temporal changing dynamics of the cropland in recent 21 years for the research area. 【Result】 (1)The results showed that significant changes in the distribution and extent of cropland were occurred that it covered a surface area of 2 488 km2(17% of the total area) in 1994, 3 931 km2(26%) in 2015 with an annual increasing rate of 2.7% (68.71 km2·a-1).The increased cropland mostly distributed in the margins of oasis and expanded to desert regions from the middle and upper reaches of the oasis. It could be attributed to agricultural activities and urban construction for increasing cropland and residential land, while the saline land and water land largely decreased; (2) Location index presented that there was a significant regional variation in 21 years period. The rank of location index was in the following order: Xinhe＞Shaya＞Kuqa,location index of the Xinhe and Shaya’ counties was larger than mean value of the total area, becoming more concentration in distribution.【Conclusion】Cultivated landscape is becoming continuous from messy pieces over a 21-year period. These changes are due to the increased precipitation and runoff with supplying more water resource. Hence, population growth and its pressure on the land cultivation, improved drainage system are the main reasons for the growing of cropland. The methodology put forward in this study enables us to apply easily and quickly remote sensing and GIS techniques for detecting spatial and temporal change of cropland.

Key words:Ugan-Kuqa river delta oasis; land use and land cover; cropland; spatial and temporal change; causes analysis

0 引言

【研究意義】耕地是糧食生產(chǎn)最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是農(nóng)民最基本的生產(chǎn)資料和最基本的生活保障。由于社會經(jīng)濟發(fā)展、人口不斷增長和非農(nóng)業(yè)建設(shè)等原因，中國耕地保有量持續(xù)下降，人口與糧食、人口與耕地資源之間的矛盾越來越尖銳[1-3]。【前人研究進展】眾多學(xué)者利用傳統(tǒng)的社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料，土地調(diào)查、遙感監(jiān)測資料對全國，省級，市和地區(qū)級城市等不同尺度的耕地時空變化及原因進行了深入研究，如洪舒蔓等[4]采用耕地變化強度模型、分異指數(shù)模型、糧食生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)移模型等方法，分析黃淮海平原2000—2008年間耕地資源數(shù)量、質(zhì)量時空變化及其對糧食生產(chǎn)格局變化的影響以期為黃淮海平原糧食安全政策制定和土地利用規(guī)劃提供參考；史娟等[5]利用1998—2006年全國土地利用變更和全國耕地變化情況數(shù)據(jù)，揭示了中國耕地資源的時空變化特征；許麗麗等[6]基于中分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，分析2000—2010年間中國耕地變化及其空間差異，并對中國耕地占補平衡政策的實施效果進行了評估，得到研究期間中國耕地面積有所減少；耕地變化在空間上呈現(xiàn)出西增東減，北增南減趨勢；全國耕地總體占補平衡背后存在較為嚴重的生態(tài)風險，耕地增加過于依賴土地開發(fā)，對現(xiàn)有耕地的保護亟待加強等結(jié)論；石淑芹等[7]以東北地區(qū)為例，在3S技術(shù)支持下獲取具有時空變化的耕地資源數(shù)據(jù)，并結(jié)合農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，構(gòu)建不同層次的耕地質(zhì)量評價指標體系，探討區(qū)域性耕地數(shù)量與質(zhì)量變化對糧食生產(chǎn)能力的影響；楊春艷等[8]以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取耕地動態(tài)度、區(qū)位指數(shù)和區(qū)域差異模型分析了西藏近30年耕地資源的數(shù)量、分布及其時空變化趨勢，探討了耕地變化的驅(qū)動因素；劉彥隨等[9]利用1996、2000和2005年中國縣域耕地與農(nóng)業(yè)勞動力數(shù)據(jù)，基于GIS技術(shù)和模型方法，分析了縣域耕地面積與農(nóng)業(yè)勞動力變化態(tài)勢及其時空耦合特征；張軍巖等[10]基于遙感和GIS方法，揭示了石家莊市1995－2000年在城市化進程中土地利用時空變化特征，明確耕地變動的主要方向，同時分析確定了耕地變動的主要影響因素，判定城市化率與耕地面積的變化關(guān)系；彭文甫等[11]利用四川省及省域范圍內(nèi)的 21個市、地、州 1952—2000年的耕地變化數(shù)據(jù)和經(jīng)濟社會發(fā)展數(shù)據(jù)，應(yīng)用因子分析方法全面分析了影響耕地變化的經(jīng)濟、社會等主要因素，并建立耕地面積變化的多元線性回歸模型，并據(jù)此預(yù)測四川省未來耕地數(shù)量的變化。這些研究為充分了解耕地時空變化趨勢、保護耕地提供了參考。新疆是中國重要的資源接替區(qū)，后備耕地資源非常豐富[12]，從20世紀50年代開始，由于大規(guī)模開墾，耕地資源在面積、空間分布和質(zhì)量上都發(fā)生了巨大變化[13]?？傮w上看，新疆的耕地面積經(jīng)歷了一個大幅度增加的過程[14-15]。但由于氣候干旱、土地過度利用和水資源匱乏等原因，導(dǎo)致了土地退化，耕地質(zhì)量下降，對全疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重影響[16]。渭干河—庫車河三角洲綠洲是新疆最典型的荒漠綠洲區(qū)，是阿克蘇地區(qū)土地開發(fā)利用較早的灌溉區(qū)及新疆重要的產(chǎn)棉區(qū)之一，也是塔里木石油天然氣開發(fā)的主要地區(qū)。近20多年來，在人口增長的壓力和經(jīng)濟發(fā)發(fā)展的驅(qū)使下，打井開荒天然植被為耕地，使得綠洲耕地面積及灌溉用量大幅增加，綠洲景觀格局不斷發(fā)生變化。然而，當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境脆弱，土地鹽漬化較重，加上耕地重用輕養(yǎng)、耕地土壤肥力水平低，引起耕地棄耕，耕地利用和保護面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)[17-18]?！颈狙芯壳腥朦c】前人對于該綠洲的研究多集中于綠洲演變過程[19]、綠洲適宜規(guī)模[20]、土地鹽漬化[21]、流域水資源特點[22]、氣候變化特征[23]、人口動態(tài)變化[24,27]和農(nóng)業(yè)開發(fā)及所引發(fā)的生態(tài)問題等方面[17]，而對綠洲耕地格局研究并不多見?，F(xiàn)有的耕地變化研究資料主要來源于各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從研究尺度和內(nèi)容上來看，耕地變化分析缺乏時空視角。另外，以往耕地時空格局研究側(cè)重從國家或分省區(qū)等大中尺度探討耕地資源時空格局，而缺乏縣域尺度耕地資源時空變化研究。縣級區(qū)域是中國基本行政區(qū)域單元，處于行政管理和政策落實的前沿，在糧食生產(chǎn)發(fā)展中具有重要樞紐地位，對縣域耕地資源動態(tài)變化的深入分析可為政府政策制定和完善提供一定的參考[9]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以遙感資料為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合實地考察和實測資料，采用土地利用動態(tài)度、土地利用區(qū)位指數(shù)和板塊密度等方法，分析了近21年來該綠洲耕地動態(tài)變化及空間特征，為揭示綠洲整體耕地的變化趨勢和區(qū)域差異提供了依據(jù)。

圖1 渭干河—庫車綠洲示意圖Fig. 1 Location map of the Ugan-Kuqa river delta oasis

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

渭干河—庫車河三角洲綠洲（以下簡稱渭庫綠洲，圖 1）位于塔里木盆地北部的沖洪積平原，地理坐標介于 81°25'—83°16'E、41°05'—41°39'N 之間，南臨塔里木河北岸，北抵秋里塔格山，西與溫宿縣相接，東與輪臺縣相鄰，行政區(qū)劃上隸屬于庫車、沙雅、新和三縣，土地總面積約523.75萬hm2，占全省土地面積的3.16%，其中綠洲土地總面積約為56.09萬hm2，占全疆綠洲面積的3.8%。該綠洲屬于大陸性溫暖帶干旱氣候，年均氣溫10.5—11.4℃，年平均降水量51.6 mm，年平均蒸發(fā)量達2 123.7 mm，干旱指數(shù)為17.3—21.8。渭庫綠洲地勢北高南低，地形坡降1%—4%，東西寬約194 km，南北長約322 km，平原區(qū)海拔在940—980 m。種植業(yè)是渭庫綠洲經(jīng)濟的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)主要依賴中高山地區(qū)流下的渭干河、庫車河和塔里木河進行灌溉。土地利用類型主要包括農(nóng)田、林地、草地、荒地、鹽漬地等；作物主要包括小麥、玉米、棉花、油菜等。由于降水稀少，蒸發(fā)量強，耕地經(jīng)過蒸發(fā)后，大量的水分被吸走，而含在水中的鹽分滯留了下來。這種獨特的氣候造成該綠洲大面積耕地被鹽漬化，土壤有機質(zhì)含量低，中低產(chǎn)田面積廣。土壤以輕壤和沙壤為主，土壤鹽分多以氯化物、硫酸鹽為主。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究數(shù)據(jù)源采用渭庫綠洲1994年6月和2015年7月的美國陸地衛(wèi)星Landsat TM和OLI影像數(shù)據(jù)，其空間分辨率均為30 m；根據(jù)渭庫綠洲各地類的影像特征差異，分別在2016年4月4—10日和2016年7月5—19日進行分類地面樣本點采集，用于影像分類和驗證。另外，還收集了與影像解譯相關(guān)的輔助數(shù)據(jù)，如 DEM、1∶5萬比例尺地形圖、土壤和地貌類型圖等。

本研究首先將兩期遙感影像進行輻射校正、幾何校正，增強和裁剪等預(yù)處理。根據(jù)研究區(qū)的特點和分析精度要求，參照《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[25]和有關(guān)學(xué)者在干旱區(qū)綠洲研究中的土地利用分類系統(tǒng)[26-27]，制定了分類方案，具體參考指標和遙感影像特征見表 1。然后采用最大似然分類方法對1994年與2015年遙感影像進行分類，在分類結(jié)果評價中選擇800個樣點，且保證每類有100個以上樣點。利用歷屆野外采集的樣點數(shù)據(jù)作為真實數(shù)據(jù)，結(jié)合渭庫綠洲土地利用圖，用基于誤差矩陣的精度評價方法，分別對分類圖進行評估（表2—3）。由結(jié)果可知2年份各類別分類總體精度超過80.0%，Kappa系數(shù)均在 80.0%以上，這說明最終分類結(jié)果精度較高，誤差較小，分類后處理結(jié)果具有科學(xué)性、與事實相吻合。最后利用Arc GIS軟件對兩期分類結(jié)果數(shù)據(jù)進行空間疊著分析，獲得渭庫綠洲土地利用變化和轉(zhuǎn)移矩陣，在此基礎(chǔ)上進行耕地時空變化研究。

表1 遙感影像分類方案及遙感判讀標志表（彩色合成方式：RTM7、GTM4、BTM1）Table 1 Image classification scheme and description of the land use and land cover type (Band combination RTM7, GTM4, BTM1)

表2 1994年遙感影像分類混淆矩陣Table 2 Confusion matrix of image classification in 1994

表3 2015年遙感影像分類混淆矩陣Table 3 Confusion matrix of image classification in 2015

1.3 研究方法

為了更全面揭示研究區(qū)耕地在時間、空間上的變化過程和趨勢，參考相關(guān)研究[9,28-30]，引入土地資源數(shù)量變化衡量指標，如土地利用動態(tài)度、相對變化率、區(qū)位指數(shù)等，主要指數(shù)選取和計算方法及含義如表 4所示。

2 結(jié)果

2.1 土地利用類型的時空變化

從表5可以看出3個特點，首先，研究區(qū)域主要的土地利用類型為耕地、輕度鹽漬地、中度鹽漬地、重度鹽漬地，分別占研究區(qū)土地面積的16.66%—26.32%，24.61%—19.98%，16.06%-17.83%和18.38%—14.55%，四者的面積之和約占整個研究區(qū)域面積的 57.5%—78.6%，表明這 4種土地利用類型所占比重較大，具有主體地位。

表4 研究區(qū)域耕地變化分析方法和計算公式Table 4 The analysis method and the equation for the cropland in research area

表5 1994—2015年渭庫綠洲土地利用數(shù)量變化Table 5 Result comparison of the classified images in the period of 1994-2015

其次，1994—2015年渭庫綠洲土地利用類型的面積均發(fā)生了不同程度的變化，呈現(xiàn)四增四減趨勢（圖2）。建設(shè)用地、耕地、中度鹽漬地和沙地均有所增加，其動態(tài)度（K）均為正，說明該土地利用類型正向變化，總體增加。面積增加速度依次為建設(shè)用地＞耕地＞中度鹽漬地＞沙地，其中建設(shè)用地和耕地面積增加速度最為明顯，沙地增加速度并不明顯。說明在這期間，研究區(qū)域城建化速度較快，土地沙漠化得到一定控制。另外，輕度鹽漬地，重度鹽漬地，水域和戈壁有所減少，其動態(tài)度（K）為負，說明負向變化，總體減少。面積減少速度依次為水域＞輕度鹽漬地＞重度鹽漬地＞戈壁，其中水域和輕度鹽漬地減少面積最為明顯。

最后，在8類土地利用類型中，耕地由2 488 km2，增加到3 931 km2，變化量為1 443 km2，是區(qū)域面積變化最大的土地利用類型，說明在這期間農(nóng)業(yè)用地變化趨勢較為劇烈。

為了進一步說明耕地與其他土地類型的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，通過對1994年和2015年2期分類結(jié)果的疊加分析，求得研究區(qū)不同類型面積變化的轉(zhuǎn)移矩陣（表6），并制作面積百分比柱狀圖（圖3）。

從表6和圖3可以看出，綠洲耕地轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出類型較為單一，主要以輕、中度鹽漬地為主，其轉(zhuǎn)入大于轉(zhuǎn)出，耕地增加主要由輕度鹽漬地轉(zhuǎn)變而來，且數(shù)量較多（9.089%），其次為中度鹽漬地（3.658%）。水域也轉(zhuǎn)換耕地，但所占比例微小。而建設(shè)用地、戈壁和沙地向耕地的轉(zhuǎn)化趨勢并不明顯。因此，輕度鹽漬地成為研究區(qū)域耕地面積增加的主導(dǎo)因素。

圖2 渭庫綠洲土地利用/土地覆蓋圖 (a：1994年；b：2015年)Fig. 2 The land use and land cover map obtained from classification (a: 1994; b: 2015)

另外，輕、中、重度鹽漬地之間的轉(zhuǎn)變較為頻繁，其輕度鹽漬地的轉(zhuǎn)出類型主要為中度鹽漬地（4.68%），中度鹽漬地的轉(zhuǎn)出類型主要為輕、重度鹽漬地，分別為3.189%，3.562%，而重度鹽漬地轉(zhuǎn)出類型則主要是中度鹽漬（5.91%），也有少量重度鹽漬地轉(zhuǎn)換輕度鹽漬（1.695%），表明該區(qū)各鹽漬地類型之間存在著頻繁的相互轉(zhuǎn)換。因此必須加強鹽漬地的管理，切實保護鹽漬地周圍的耕地。

2.2 各地區(qū)耕地時空變化

從表7渭庫綠洲耕地面積變化來看，研究區(qū)耕地面積呈現(xiàn)增長趨勢，面積從1994年的2 488 km2增加到2015年的3 931km2，占研究區(qū)域土地總面積的比例從 16.66%上升到 26.32%，整個綠洲的耕地凈增長了1 443 km2，平均年遞增2.76%（68.71 km2）。

圖3 1994—2015年渭干河-庫車河耕地轉(zhuǎn)換方式Fig. 3 Expression of the changing area of cultivated land in the period of 1994-2015

從行政區(qū)域上看，庫車、新和和沙雅3縣耕地面積均有所增加，其中庫車縣的耕地總面積和增加面積最多，耕地由1 069 km2增加到1 576 km2，占研究區(qū)域土地總面積的比例從7.16%上升到10.55%，增加了507 km2，變化率為35.13%；其次為沙雅縣，耕地由897 km2增加到1 576 km2，占研究區(qū)域土地總面積的比例從6.0%上升到9.34%，增加了507 km2，變化率為34.51%；新和縣耕地總面積和增加耕地面積最小，耕地由523 km2增加到960 km2，占研究區(qū)域土地總面積的比例從3.5%上升到16.43%，增加了437 km2，變化率為30.28%。與各縣耕地變化量相反的是，新河縣的耕地年變化率最大，為3.97%；庫車縣的耕地變化率最小，為 2.25%；沙雅縣的耕地變化率介于兩者之間，為 2.64%。說明在此期間，新河縣的耕地變化速度最快，庫車耕地變化速度較慢。

表6 1994—2015年渭庫綠洲土地利用/覆蓋類型轉(zhuǎn)移矩陣Table 6 The land use and land cove transfer matrix in research area in the period of 1994-2015 (%)

表7 1994—2015年渭干河-庫車河綠洲各行政區(qū)耕地變化表Table 7 Descriptive statistics of the cultivated area in different regions in the period of 1994-2015

耕地區(qū)位指數(shù)計算結(jié)果顯示（圖 4），新和縣的耕地區(qū)位指數(shù)均排在第一位，區(qū)位指數(shù)從1.23上升到2.58，均高于1，表明耕地聚集程度遠高于全區(qū)平均及其他地區(qū)；沙雅縣的耕地區(qū)位指數(shù)位于第二，區(qū)位指數(shù)從1.23上升到1.91，也高于1，表明聚集程度高于全區(qū)平均值；庫車縣的耕地區(qū)位指數(shù)最低，區(qū)位指數(shù)從0.77上升到1.14，但是1994年的區(qū)位指數(shù)小于1，表明1994年庫車縣的耕地聚集程度低于全區(qū)平均值。從以上耕地區(qū)位指數(shù)變化的分析結(jié)果看，渭庫綠洲耕地區(qū)位指數(shù)存在一定的區(qū)域差異，但總體聚集程度有所提高。

圖4 渭庫綠洲耕地資源區(qū)位指數(shù)Fig. 4 Location index of cultivated land in research area in the period of 1994-2015

從耕地空間分布和變化情況來看（圖 5），耕地主要分布在渭干河平原灌區(qū)、庫車灌區(qū)、沙雅灌區(qū)、庫車河河道和塔里木河北岸等有完善灌排系統(tǒng)的土地上。耕地擴張主要表現(xiàn)形式為開墾現(xiàn)有耕地間條形或零星分布的中、輕度鹽漬地，或在綠洲外圍成片的重度鹽漬地擴張。由此可知，接近灌區(qū)的草場、水土條件好的河道周邊灌木林地和處于綠洲外圍的天然草地等容易成為開墾種糧的對象。21年來庫車縣的耕地面積增加最多，其主要分布在庫車縣的東北和東南部，即烏尊鎮(zhèn)、亞哈真、東闊坦鎮(zhèn)、塔里木鄉(xiāng)等地區(qū)。新和縣的耕地面積增加速度最快，其分布在新和縣東南和西南部，即塔什艾日克鄉(xiāng)、桑塔納木農(nóng)場、玉器哈提鄉(xiāng)等地區(qū)。沙雅縣的增加耕地面積速度在新和之后，其主要分布在沙雅縣南部和東南部等地區(qū)，即塔里木鄉(xiāng)、新墾農(nóng)場、蓋孜庫木鄉(xiāng)等地區(qū)。

圖5 1994—2015年渭干河-庫車河耕地時空變化分布圖（a：1994年；b：2015年；c：耕地增加區(qū)域）Fig. 5 Transition area of the cultivated land (a: 1994; b: 2015; c: Changes of the increased land area)

2.3 耕地變化驅(qū)動力分析

由于研究區(qū)域自然條件有一定的區(qū)域差異,經(jīng)濟發(fā)展與人口增長的速度不同,加上歷史的原因,影響耕地時空變化的因子錯綜復(fù)雜，既受到自然因素（氣候、水文、土壤等）的制約，又受到人文因素（水利建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展和人口增長）的強烈影響[31]。本文對研究區(qū)域的耕地變化驅(qū)動力進行以下分析。

2.3.1 氣候條件 該綠洲屬大陸性暖溫帶干旱氣候，加之北有天山屏障，南受塔克拉瑪干沙漠影響，生態(tài)環(huán)境非常脆弱。在很大的程度上，干旱地區(qū)墾荒是由水資源來決定的。渭庫綠洲是典型的綠洲農(nóng)業(yè)，農(nóng)作物生長全靠渭干河、庫車河和塔里木河水來灌溉，水資源是影響綠洲耕地變化的關(guān)鍵因子，今后綠洲耕地資源變化趨勢仍將隨水資源的時空變化而改變。有研究表明，從20世紀60年代以來，渭庫綠洲日照變化較穩(wěn)定，降水量增加明顯，該綠洲向暖濕方向發(fā)展[36]。根據(jù)渭干河流域庫車氣象站 1961—2014年實測資料計算，多年平均降水量為57.78 mm，降水量總體上呈明顯上升趨勢，增長的傾向率約為10.21 mm·(10 a)-1，氣候正在發(fā)生由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的趨勢。受氣候變化影響，渭庫綠洲徑流量總體上呈上升趨勢，尤其是20世紀80年代以來地表水資源多年均值較 20世紀 80年代以前上升趨勢更加明顯[32-33]。這說明降水和徑流的增加為渭庫綠洲的耕地開墾提供了相對有利的氣候條件，使得耕地擴展，渭庫綠洲耕地也表現(xiàn)出了較快的增長速度。

2.3.2 水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，興建了大量灌溉、防洪、水土保持、節(jié)水灌溉、治堿等水利基礎(chǔ)設(shè)施。庫車縣已建成各級灌區(qū)渠道總長7 490.31 km，其中干渠405.31 km，支渠833開門，斗渠3 790 km，農(nóng)渠2 462 km。共修建3 069座各種渠系建筑物。新和灌區(qū)共修建干、支、斗防滲渠395.2 km，全灌區(qū)支渠、分支渠以上渠道已得到防滲。先后建成“五一”水庫、塔什艾日克水庫和渭干水庫，并在灌區(qū)內(nèi)開機井130眼，每年提取地下水210×104m3，為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)提供了有力的保證。沙雅縣共有排渠1 022.2 km，灌溉渠道3 980 km，已防滲158 km，干渠509.9 km，支渠613.5 km，斗渠1 316.1 km，農(nóng)渠1 142 km，塔河灌區(qū)干、支總長401 km，已防滲48.4 km，全縣渠道防滲率為 5.2%，各渠系有效利用系數(shù)在0.3—0.48之間。隨著“五一”水庫等水利工程的實施，有效減少了水庫的滲漏損失。更好地為農(nóng)業(yè)用水資源利用率提供了技術(shù)措施，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)。

根據(jù)渭庫綠洲布設(shè)的 38眼觀測井地下水位資料分析發(fā)現(xiàn)，渭庫綠洲1997—2012年期間，地下水位呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，1997年渭庫綠洲年均地下水水位為2.63 m，2012年達到了4.95 m，下降了2.43 m，年均下降水位為0.22 m，下降幅度為9.1%。其主要原因是綠洲引水和防洪，灌溉與排水、儲水等工程起到了一定作用[33]。渭干河、庫車、沙雅、新和灌區(qū)臨界灌排比分別為10.80、 6.55、 20.09、 21.48，從1994年開始灌排比已逐步趨向合理[34]，有效降低了地下水位，部分地區(qū)鹽漬化得到了改善，同時保障了耕地的連續(xù)灌溉，促進了耕地的進一步擴展。

2.3.3 人口增長 土地資源總是與人的利用相聯(lián)系，人口因素是引發(fā)耕地變動的最基本要素之一，人口增長速度越快，耕地變化越快。據(jù)統(tǒng)計，渭庫綠洲總?cè)丝趶?949年的26.98萬增加到2010年的89.2154萬，變化率為231%，年均約增加1.02萬人?？梢?，隨著人口總量增長、農(nóng)業(yè)人口比重上升、農(nóng)牧生活水平的不斷提高，加大了對糧食和建設(shè)用地的需求，造成耕地總量不斷增加。

3 討論

從評價結(jié)果來看，渭庫綠洲耕地面積呈現(xiàn)增長趨勢與全疆耕地變化基本一致，與前人所得結(jié)果一致[18,35]。從綠洲新增耕地分布和擴展方向看，鹽漬地、水域甚至是沙地、戈壁等被改造成耕地，這個結(jié)果可以反映出該綠洲耕地擴展方式與以往相比發(fā)生了變化，即距水源較近、容易開發(fā)的土地向水源保證程度低的綠洲邊緣地區(qū)擴展。但是，由于渭干河上游黑孜水庫的水質(zhì)近11 年（1994—2005 年）礦化度以 10.5 mg·L-1·a-1的速率上升。近24年，硫酸根、氯硫合計濃度以及礦化度都呈明顯上升趨勢[36]。上游水流將大量帶有含鹽量較高的水帶入耕地，經(jīng)過灌溉、蒸發(fā)，以及灌溉排水系統(tǒng)日益老化，導(dǎo)致了耕地鹽漬化。此外，由于當?shù)仫L沙天氣較多，經(jīng)過開墾的土地原有的植被遭到破壞，人們所種農(nóng)作物在沒有人工灌溉和保護下無法抵御極端干早和風沙氣候，這些耕地農(nóng)作物在春夏兩季很容易受到不同程度災(zāi)害，大量開墾的耕地很難持續(xù)利用。因此，今后進一步做好嚴格控制墾荒規(guī)模，控制水資源開發(fā)利用強度，防治土壤鹽漬化和沙化，最終實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用是眼下的當務(wù)之急。

本文對區(qū)域耕地資源的動態(tài)變化過程和差異性等兩個方面進行研究，從研究結(jié)果看，該方法定量地反映研究區(qū)域耕地資源的數(shù)量變化趨勢、變化速度、變化方向和區(qū)域差異，以反映不同地區(qū)的耕地資源開發(fā)強度。本研究可為干旱典型綠洲耕地可持續(xù)發(fā)展和管理，維護、恢復(fù)和改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供一定參考。

本研究的研究方法也存在一些不足之處。本文的方法只是針對中等分辨率遙感影像進行耕地信息提取, 在遙感數(shù)據(jù)選擇上，注重考慮利用中等分辨率影像提取耕地信息過程中的提取精度和運行成本的前提下，采用最大似然法分類完成了研究區(qū)耕地信息的提取以及分類方法的精度評價。這種方法適用于耕地大范圍分布且多為平原的地區(qū)，監(jiān)測精度較高，但是對于地形復(fù)雜或耕地破碎度高的地區(qū)不太適用[37-39]。同時，本研究采用土地利用動態(tài)度、區(qū)域指數(shù)等地理模型來研究耕地變化過程和差異，在模型的選擇上，重點考慮了全面性和典型性，然而不同模型耦合應(yīng)用研究方面上仍需要改進[40]。另外，也有學(xué)者采用主成分分析、地理加權(quán)回歸模型、灰色關(guān)聯(lián)度等定量分析方法對耕地變化驅(qū)動力進行了討論，揭示了耕地變化的原因[41-42]。本文在此方面有待進一步改進和深入。

4 結(jié)論

（1）近21年來渭庫綠洲耕地發(fā)生了顯著的時空變化。耕地面積從1994年的2 488 km2增加到2015年的3 931 km2，研究期間增加了1 443 km2，耕地面積的比例從 0.17%上升到 0.26%，年均變化量 68.71 km2，年均變化率2.7%；耕地擴展中心逐漸由綠洲中上游轉(zhuǎn)移到下游，并延伸到綠洲外圍，主要表現(xiàn)為以耕地為主的農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地為主的非農(nóng)業(yè)用地增加，以及鹽漬地和水域大面積減少。

（2）各縣的區(qū)位指數(shù)存在一定的差異，其中新和縣的耕地區(qū)位指數(shù)均排在第一位，耕地聚集程度遠高于全區(qū)平均和其他地區(qū)，沙雅縣的耕地區(qū)位指數(shù)位于第二，聚集程度也高于全區(qū)平均值，庫車縣的耕地區(qū)位指數(shù)最低，且1994年低于全區(qū)平均值。經(jīng)過近21年的耕地擴展，耕地景觀由零散分布逐漸連成片，耕地景觀的優(yōu)勢進一步加強，有利于大規(guī)模機械化耕作。

（3）降水和徑流的增加為渭庫綠洲耕地擴展提供了相對有利的氣候條件，加上水利建設(shè)與人口增長是影響該綠洲耕地變化的主要原因。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Spatial-Temporal Characteristics of Cropland in the Ugan-Kuqa River Delta Oasis

Maieryemu Yasen1,2, Maimaiti Shawuti1,2, Tuerxun Aishan1,3, Ruzemaimaiti Mijiti1,2,Yikeliman Abudumiti1,2, Mayila Reheman1,2
(1College of Resources and Environmental Sciences, Xinjiang University, Urumqi 830046;2Key Laboratory of Oasis Ecology of Ministry of Education, Xinjiang University, Urumqi 830046;3Xinjiang Agricultural Resources and
Regional Planning Office, Urumqi 830004)

2016-12-20；接受日期：2017-07-10

國家自然科學(xué)基金（41361016，40901163，41130531，41561089)、新疆大學(xué)博士啟動基金（BS120116）、新疆維吾爾科技廳基金（2014KL005，2013711014）

聯(lián)系方式：麥爾耶姆·亞森，E-mail：1263705431@qq.com。通信作者買買提·沙吾提，E-mail：korxat@xju.edu.cn