新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 楊海峰

近年隨著土地利用／覆被變化研究在全球環(huán)境變化研究領(lǐng)域的逐漸加強(qiáng)，作為土地利用/覆被變化機(jī)制和驅(qū)動(dòng)力研究基礎(chǔ)的格局與時(shí)空變化研究仍然是熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。西北干旱區(qū)的耕地?cái)U(kuò)張無(wú)疑是當(dāng)代中國(guó)土地利用變化中的一個(gè)重要現(xiàn)象，由耕地?cái)U(kuò)張等原因引起的土地利用/覆被變化過(guò)程與驅(qū)動(dòng)力的研究是干旱區(qū)環(huán)境調(diào)控和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[2]。新疆作為西北干旱區(qū)的核心區(qū)域，其以犧牲自然荒漠植被為代價(jià)的綠洲農(nóng)業(yè)耕作區(qū)擴(kuò)張活動(dòng)使土地覆被發(fā)生顯著變化。開(kāi)展對(duì)人口密集、產(chǎn)業(yè)集中等區(qū)域土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化研究更有助于分析社會(huì)因素對(duì)土地利用變化的作用。鑒于此，本文以遙感數(shù)據(jù)為信息源，研究具有北疆“金三角”之稱(chēng)的奎屯、烏蘇和克拉瑪依市獨(dú)山子區(qū)的土地利用/覆被變化，以期為該區(qū)域城鎮(zhèn)融合化發(fā)展與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展模式的制定提供決策依據(jù)。

一、研究區(qū)概況

北疆“金三角”是天山北麓的奎屯、烏蘇和克拉瑪依市獨(dú)山子區(qū)的簡(jiǎn)稱(chēng)。因這兩市一區(qū)距離均為十余千米，呈三角形分布，且人口密集、產(chǎn)業(yè)集中、交通便利、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，是新疆區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中受到廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)和亮點(diǎn)，故被稱(chēng)為“金三角”。該區(qū)域位于天山北坡中西部和準(zhǔn)葛爾盆地西南緣，總面積約15964km2，人口約45.34萬(wàn)人。

北疆“金三角”深居亞歐大陸腹地，屬典型大陸性氣候，冬夏長(zhǎng)，春秋短，四季分明，年內(nèi)溫差變幅大，光照充足，降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，相對(duì)濕度小。自北向南隨海拔高度的升高，地貌地帶差異性明顯，垂直分帶明顯。

二、數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

（一）數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的土地利用/覆被數(shù)據(jù)以2000年、2010年和2020年的Landsat數(shù)據(jù)為基本信息源，利用ERDAS IMAGE圖像處理軟件和1:100000地形圖對(duì)上述影像進(jìn)行幾何校準(zhǔn)數(shù)據(jù)融合、信息增強(qiáng)和拼接等處理，生成2000年、2010年和2020年的遙感影像圖。參照“中國(guó)科學(xué)院土地利用分類(lèi)系統(tǒng)”為分類(lèi)方案，并在綜合考慮研究目的和研究區(qū)特點(diǎn)后，將研究區(qū)土地利用/覆被類(lèi)型歸并劃分為：耕地、林地、草地、水域、永久性冰川積雪、建設(shè)用地、鹽堿地和未利用地8種類(lèi)型。

在ArcGIS軟件支持下，針對(duì)2000年、2010年和2020年遙感影像，按照上述土地利用/覆被分類(lèi)方法，分別建立解譯標(biāo)志，對(duì)遙感影像進(jìn)行目視解譯及數(shù)字化，建立拓?fù)潢P(guān)系生成三期土地利用/覆被數(shù)據(jù)，并通過(guò)野外調(diào)查對(duì)數(shù)據(jù)精度予以驗(yàn)證。

（二）研究方法

1.土地利用/覆被變化幅度

土地利用/覆被變化幅度(Nc)指一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類(lèi)型在面積方面的變化幅度，采用單一土地類(lèi)型變化幅度表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可定義為：

式中：Ua、Ub分別為研究初期和末期某土地利用類(lèi)型的面積；△Uout為研究時(shí)段內(nèi)該類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?lèi)型的面積之和；△Uin為其它類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)樵擃?lèi)型的面積之和。

2.土地利用/覆被變化速度

土地利用/覆被變化度可定量描述LUCC的速度，對(duì)于單一土地利用/覆被變化速度目前多采用算術(shù)平均法表示，本文采用周德成等建立的凈變化速度表達(dá)式，其中單一LUCC類(lèi)型凈變化速度表達(dá)為：

式中：Ua、Ub、△Uin、△Uout定義同上，T為研究時(shí)段長(zhǎng)。

綜合LUCC凈變化速度Rt用于表征所有土地類(lèi)型的綜合凈變化速度，表達(dá)為：

式中：Ua、Ub、△Uin、△Uout、T定義同上，n為L(zhǎng)UCC類(lèi)型總數(shù)。

3.土地利用程度變化

土地利用程度指數(shù)一方面可反應(yīng)特定時(shí)期的土地利用程度，另一方面通過(guò)研究期內(nèi)該指數(shù)的變化反應(yīng)區(qū)域土地利用程度的變化。表達(dá)式定義為：

式中：L為某區(qū)域土地利用程度指數(shù)，Ai為區(qū)域內(nèi)第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的程度分級(jí)指數(shù)；Ci為區(qū)域內(nèi)第i類(lèi)土地利用類(lèi)型百分比，n為土地利用類(lèi)型數(shù)。

三、研究結(jié)果

（一）2000-2020年北疆“金三角”地區(qū)土地利用/覆被變化分析

通過(guò)對(duì)3期土地利用/覆被分類(lèi)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行空間疊加分析以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)，獲得了各時(shí)期土地利用/覆被分類(lèi)面積（圖1）及轉(zhuǎn)移矩陣。利用式（1）—（3）對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得了2000至2010年，2010至2020年的不同類(lèi)型土地利用類(lèi)型的變化幅度和變化速率，以及所有土地類(lèi)型的綜合凈變化速度。

研究結(jié)果表明：在2000至2020年的20年間，土地利用/覆被單一類(lèi)型面積變化特點(diǎn)表現(xiàn)為：耕地、林地、建設(shè)用地和水域面積增加（圖1），凈增面積分別為1307.0平方千米、108.84平方千米、59.99平方千米、18.86平方千米；草地、鹽堿地、未利用地以及冰川和永久性積雪面積減少（圖1），減少面積分別為1061.98平方千米、234.56平方千米、147.02平方千米、51.13平方千米。

圖1 北疆“金三角”地區(qū)土地利用/覆被分類(lèi)面積

從土地利用/覆被變化幅度及變化速度來(lái)看（表1），20年間面積增加幅度和增加速度最快的類(lèi)型仍為耕地，分別為71.19%和4.22%；其次為建設(shè)用地，其增加幅度和速度分別為39.38%和2.59%；再次為水域，其增加幅度和速度分別為13.02%和0.95%；最低的為林地，其增加幅度和速度分別為12.75%和0.93%。面積減少幅度和速度最快的為鹽堿地，其減少幅度和速度分別為32.91%和3.02%；其次為草地，其減少幅度和速度分別為12.31%和1.01%；再次為冰川和永久性積雪，其減少幅度和速度分別為7.92%和0.63%；最低的為未利用地，其減少幅度和速度分別為4.91%和0.39%。

表1 北疆“金三角”地區(qū)土地利用/覆被類(lèi)型的變化幅度（Nc）和速度（Rs）（%）

（二）2000-2020年北疆“金三角”地區(qū)土地利用程度變化分析

利用式（4）分別計(jì)算了2000年、2010年和2020年研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)和2000-2010年、2010-2020年、2000-2020年3個(gè)時(shí)段土地利用程度變化量、變化幅度、變化速度（表2）。

表2 北疆“金三角”地區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)及其變化（%）

從2000年、2010年和2020年各土地利用類(lèi)型對(duì)區(qū)域土地利用程度貢獻(xiàn)率變化來(lái)看：草地貢獻(xiàn)率較大，約占各年總利用程度的60%，但其隨時(shí)間變化而降低，除草地外、冰川和永久性積雪、鹽堿地和未利用地貢獻(xiàn)率也隨時(shí)間變化不斷降低，而耕地、林地、水域、建設(shè)用地貢獻(xiàn)率不斷增大。

在2000-2020年的20年間北疆“金三角”地區(qū)土地利用程度不斷增加，該區(qū)域土地利用處于發(fā)展時(shí)期。其中2000年土地利用綜合率為51.33%，2010年上升為53.43%，到2020年已上升至53.97%。這與研究區(qū)土地利用程度分級(jí)指數(shù)較低的土地類(lèi)型轉(zhuǎn)為分級(jí)指數(shù)較高類(lèi)型有著密切關(guān)系，如草地轉(zhuǎn)換為耕地、建設(shè)用地等土地利用類(lèi)型。

從土地利用程度變化量來(lái)看2000-2010年變化量占20年間總變化量的79.46%，是2010-2020年變化量的3.87倍。同時(shí)2000-2010年土地利用程度變化幅度是2010-2020年變化幅度的4.03倍。雖從變化速度來(lái)看，2000-2010年變化速度則僅為2010-2020年的2.48倍數(shù)，但也證明在2000-2020年間土地利用轉(zhuǎn)移總體表現(xiàn)為由土地利用程度分級(jí)指數(shù)較低的向較高的分級(jí)指數(shù)轉(zhuǎn)移，且2000-2010年轉(zhuǎn)移規(guī)模和速率高于2010-2020年轉(zhuǎn)移規(guī)模和速率。

四、結(jié)論與討論

北疆“金三角”地區(qū)土地利用/覆被變化顯著，其主要原因包括自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)兩方面因素。在本研究區(qū)內(nèi)，耕地和建設(shè)用地為增加速度最快的兩種土地類(lèi)型，主要是因?yàn)椋海?）進(jìn)入21世紀(jì)后，先進(jìn)的滴灌技術(shù)的推廣普及以及農(nóng)田管理技術(shù)（灌溉、施肥等）不斷增強(qiáng)，水資源利用效率顯著提高，以及人口不斷增加的壓力，促進(jìn)或迫使研究區(qū)內(nèi)農(nóng)戶將有利用價(jià)值且利用程度分級(jí)指數(shù)相對(duì)較低的草地、鹽堿地等開(kāi)墾為耕地。農(nóng)業(yè)用地規(guī)模進(jìn)一步增大的同時(shí)也提高了土地利用程度。但耕地的開(kāi)墾并不是一個(gè)無(wú)限制的過(guò)程，受到可開(kāi)墾資源限制以及草場(chǎng)保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)約束，開(kāi)墾規(guī)模逐步縮小。（2）進(jìn)入2000年以后，我國(guó)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，建設(shè)用地規(guī)模不斷增加，雖然其增加面積較小，但其變化幅度和速度僅低于耕地變化情況。(3)為滿足日益增加的耕地灌溉用水需要，相關(guān)水利設(shè)施的修建也會(huì)促進(jìn)水域面積的增大。他們的擴(kuò)張直接導(dǎo)致土地利用程度的增加。

綜上所述，本文以遙感數(shù)據(jù)為信息源，在2000-2020年20年間北疆“金三角”地區(qū)耕地、林地、建設(shè)用地和水域面積增加，其他土地利用類(lèi)型面積則減少。其中耕地變化最為劇烈，其次為草地和建設(shè)用地。另外，建設(shè)用地雖變化面積小，但其幅度與速度僅次于耕地。同時(shí)對(duì)不同時(shí)間段綜合變化速度和土地利用程度的研究表明2000-2010年期土地利用變化比2010-2020年間變化劇烈。本文獲取的土地利用變化信息不僅有利于流域生態(tài)系統(tǒng)、氣候和水文變化等問(wèn)題的研究，更有助于土地利用規(guī)劃和決策。