王瓊，張斌，宋慶平，周光海，劉小芳，陳紅

（新疆農(nóng)墾科學院，新疆 石河子 830000）

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的基本條件[1]，及時了解耕地變化情況，能更好地保護耕地，守住耕地紅線。尤其在塔里木河流域，土壤沙漠化鹽漬化情況較普遍，水資源分布不均，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人地矛盾日漸突出。研究塔里木河流域耕地動態(tài)變化情況，可為干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展及保持生態(tài)平衡提供借鑒[2]。

耕地動態(tài)變化監(jiān)測一直為廣大科研人員所關(guān)注，夏利恒等[1]利用渭北旱塬區(qū)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，采用重心模型、地學信息圖譜等方法揭示陜西渭北旱塬區(qū)耕地空間分布特征與變化趨勢；張?zhí)熘衃3]借助多年土地利用變更數(shù)據(jù)，采用耕地動態(tài)度定量分析方法對甘肅省耕地變化的區(qū)域差異進行研究；劉歡[4]以多年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析閻良區(qū)耕地時空分布及動態(tài)變化特征情況等。已有研究中，對塔河流域耕地變化的研究還較少，尤其是近幾年的研究有待加強。本文以阿克蘇地區(qū)為例，利用多時相衛(wèi)星數(shù)據(jù)對塔里木河流域綠洲區(qū)耕地的變化情況進行分析，以期揭示其耕地動態(tài)變化趨勢，為塔里木河流域耕地資源保護及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿克蘇地區(qū)（39°20′N～42°40′N，78°02′E～84°05′E）位于亞歐大陸深處，天山南麓，塔里木盆地北緣，由東西兩片綠洲區(qū)構(gòu)成，如圖1所示。阿克蘇地區(qū)為溫帶大陸性氣候，降水少，光熱資源豐富；總面積13.25萬平方公里（1325萬公頃），下轄八縣一市，分別是庫車縣、沙雅縣、新和縣、拜城縣、阿瓦提縣、溫宿縣、柯坪縣、烏什縣及阿克蘇市；種植的主要農(nóng)作物為棉花、小麥和玉米等。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Figure 1 Loaction of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1.2.1 衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取與處理

遙感影像數(shù)據(jù)使用的是2008年發(fā)射的環(huán)境與災害監(jiān)測預報小衛(wèi)星星座A、B星（HJ-1A/1B）CCD數(shù)據(jù)，1A、1B衛(wèi)星聯(lián)合完成對地刈幅寬度為700km，重訪周期為2天。地面像元分辨率為30m，4個譜段成像。本研究選取2010、2015、2021年HJ-1A/1B阿克蘇地區(qū)CCD影像數(shù)據(jù)共計12景進行遙感解譯及分析處理（數(shù)據(jù)來源于衛(wèi)星應用中心，https：//data.cresda.cn/#/home）

運用ENVI5.3對衛(wèi)星影像進行預處理，預處理主要包括輻射定標、大氣校正、幾何校正、影像拼接融合及裁剪等。其中幾何校正以已有校正的影像數(shù)據(jù)為參照，校正誤差≤0.5個像元；投影統(tǒng)一使用WGS84坐標系。并利用bandmath計算研究區(qū)NDVI數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)獲取阿克蘇地區(qū)不同時期耕地面積。

1.2.2 耕地變化動態(tài)度計算

耕地變化動態(tài)度能反映出某一區(qū)域內(nèi)耕地總量變化速度與變化劇烈程度[5-6]，計算公式為：

式中，K為研究區(qū)耕地變化動態(tài)度，Ub為末期耕地總量，Ua為初期耕地總量；T為時段步長。K＞0代表T時段內(nèi)研究區(qū)耕地數(shù)量增加，K＜0代表T時段內(nèi)研究區(qū)耕地數(shù)量減少。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地面積提取

對阿克蘇地區(qū)主要農(nóng)作物進行調(diào)查，確定阿克蘇地區(qū)主要農(nóng)作物類型為棉花、小麥、玉米。通過分析不同作物關(guān)鍵物候期[7-8]，分別獲取阿克蘇地區(qū)2010年、2015年和2021年4月、7—8月的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行預處理，并利用不同作物NDVI值對數(shù)據(jù)進行密度分割，得到阿克蘇地區(qū)耕地空間分布情況。

2.1.2 不同階段研究區(qū)耕地面積

如圖2所示可知，2010—2021年的11年間，阿克蘇地區(qū)耕地面積整體呈增加趨勢，其中2010—2015年耕地面積略有增加，2015—2021年耕地面積增加較為明顯。就阿克蘇地區(qū)兩大綠洲耕地分布情況來看，2010—2021年，西部綠洲區(qū)耕地面積數(shù)量較東部綠洲區(qū)少。

圖2 不同年份研究區(qū)耕地空間分布圖Figure 2 Spatial distribution map of cultivated land in the study area in different years

2.2 耕地變化動態(tài)度分析

以衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取的2010年、2015年和2021年阿克蘇地區(qū)耕地面積為數(shù)據(jù)源，進一步利用耕地動態(tài)變化度公式得到研究區(qū)不同時間段耕地數(shù)量動態(tài)變化情況。如表1所列可知，2010—2015年全區(qū)除阿克蘇市以外，耕地動態(tài)變化度均＞0，耕地動態(tài)變化度最大的為庫車縣和阿克蘇市，耕地動態(tài)變化度分別為0.1016和-0.1080，說明庫車縣耕地面積增加明顯，而同時期阿克蘇市耕地面積減少明顯。2015—2021年，全區(qū)耕地動態(tài)變化度均＞0，且耕地動態(tài)變化度差別均較小。2010—2021年除阿克蘇市以外，耕地動態(tài)變化度均＞0。說明除阿克蘇市以外，阿克蘇地區(qū)11年間耕地變化整體呈增長趨勢，其中又以庫車縣和沙雅縣耕地動態(tài)變化度最大，分別為0.0919和0.0899，說明庫車、沙雅兩個縣耕地變化相對劇烈；變化最小的是柯坪縣，2010—2021年耕地動態(tài)變化度僅為0.036。

表1 2010-2021年阿克蘇地區(qū)耕地動態(tài)變化度Table 1 Changes of the dynamic degree in Aksu Region from 2010 to 2021

3 結(jié)論

阿克蘇地區(qū)耕地總量由2010年的614943公頃至2021年的994468公頃，整體呈增長趨勢；又以庫車縣和沙雅縣耕地動態(tài)變化度最大；阿克蘇市耕地面積2010—2015年呈負增長趨勢，2015—2021年呈增長趨勢，但較阿克蘇地區(qū)其他8個縣而言，耕地面積變化較小。

從衛(wèi)星影像監(jiān)測的耕地空間分布情況可看出，2010—2015年阿克蘇地區(qū)耕地空間分布相對分散，2015年耕地圖斑面積明顯增加，其中又以東部綠洲區(qū)耕地面積增加明顯；2015—2021年，阿克蘇地區(qū)耕地小幅增加的情況在東、西兩部分綠洲范圍內(nèi)均較為普遍；除庫車縣和沙雅縣外，全區(qū)2010—2021年不存在耕地面積大量增加或耕地快速減少的情況。