新疆石河子地區20 a綠洲土地利用類型變化分析

郭 鵬，張全建

（1.石河子大學 理學院，新疆 石河子 832003）

新疆石河子地區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 理學院，新疆 石河子 832003）

以石河子地區為研究對象，利用1990年、2000年、2005年和2010年的遙感影像，分析了該區近20 a的土地利用動態變化情況。研究結果表明，耕地面積持續減少，共計減少了54．52 km2，占整個研究區面積的12．23%；城鄉建設用地面積累計增加了64．12 km2，是區域內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，主要轉變為城鄉建設用地。地物類別發生變化的區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域；土地利用類型與區域內人口數量的變化和GDP的增長呈現顯著的相關特征，對區域內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>

對干旱區綠洲的土地利用及景觀格局變化進行研究，有助于更好地認識和了解綠洲結構的變化過程和形成規律，為科學有效地對干旱區綠洲生態環境進行修復、建設、管理以及未來綠洲的可持續發展提供科學依據。石河子地區是北疆干旱地區綠洲的典型代表，作為“西部大開發”戰略和新疆可持續發展的重要地區，對其進行土地利用動態變化研究尤為重要[1,2]。本文以1990年、2000年、2005年和2010年的TM影像為基礎，利用面向對象的分類方法獲得了近20 a的土地景觀變化的遙感分類結果圖和地物轉移變化結果，綜合探討了石河子地區的土地利用及景觀動態變化情況。

1 數據來源與處理

1.1 研究區概況

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

1.2 數據來源

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）作為基礎數據，經過坐標轉換、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，數據條帶號均為144，行編號為029，并由研究區矢量邊界裁切后經假彩色合成得到了研究區遙感影像圖。研究在分類的過程中采用經重采樣為30 m分辨率的DEM數據作為輔助數據，用在進行多尺度影像分割時作為第7波段參與分割過程。研究以面向對象的遙感地物信息提取方法，采用德國遙感分類軟件eCongnition8．7．1，經多尺度分割及地物提取兩個步驟對研究區的影像進行信息提取，并用混淆矩陣的方法進行精度評價[5,6]。

1.3 多尺度影像分割及分割參數

研究區多以植被、裸土和居民地為主，因此根據其特點并結合多光譜影像和DEM數據，經過多次分割實驗，確定其多尺度分割參數（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、工業用地等[7]。

表1 多尺度分割參數

1.4 影像信息提取

研究區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、工業用地、居民地、鹽堿地、草原、草甸。由于本研究更多地關注耕地及城鄉用地的變化情況，為了便于開展研究區域內土地利用類型的變化情況，將分類后的結果類別進行合并，只保留耕地、城鄉建設用地、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 精度評價

研究采用基于矢量樣本的誤差矩陣方法進行精度評價[8]，通過實地調查采集評價樣本，在研究區內抽取30個點，根據樣本和分類的結果統計出分類結果中各類的對象數，得到分類結果誤差矩陣，計算出了總體精度和Kappa系數，具體結果見表2，最終分類結果見圖1。

表2 精度評價結果

圖1 1990～2010年石河子地區土地利用分類結果

2 石河子地區土地利用及其變化情況分析

石河子地區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90年代以來，耕地面積一直呈現不斷減小的趨勢。從1990年的74．85%變為2000年的70．03%，減少了4．82%，在進入了21世紀后變得更為明顯，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域，此外在南部區域和湖泊、水庫、坑塘附近的耕地面積變化也比較明顯。

2）城鄉建設用地顯著增加。研究區面積變化最為顯著的是城鄉建設用地。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年達到了17．50%。從表3可以看出，研究區城鄉建設用地面積在整個研究區的研究年限中共計增加了14．39%；變化區域與耕地面積的變化區域類似，其中尤以石河子城區北部和東部區域及其東部區域、瑪納斯河中西部區域最為明顯。

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

4）其他土地不斷減少。自20世紀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。變化的區域主要集中于石河子市區的東部、瑪納斯河中游，其變化類型主要為城鄉建設用地，也有少部分變為耕地。

表3 石河子地區1990～2010年土地利用類型面積統計表

5）土地利用類型轉移分析。表4為石河子地區1990～2010年的土地類型變化情況轉移矩陣，可以看出研究區轉移面積最大的地物為耕地，共有5．83%的面積轉移為其他地類，其中有5．71%轉出為城鄉建設用地。城鄉建設用地轉出較少，僅有0．03%的面積發生了變化，但其轉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%轉為耕地，0．15%轉為城鄉建設用地，0．01%轉為其他地類，但其轉入主要來源于其他地類和耕地。其他地類共有3．79%的面積發生了變化，主要去向為城鄉建設用地和耕地。

表4 1990～2010年土地利用類型轉移矩陣/%

3 結 語

1）在這20 a間，研究區耕地面積比例共計減少了12．23%。變化的區域主要為石河子城區的北部和東部的擁有便利交通道路旁側和擁有豐富水資源的水域附近，其次為降水相對充足的南部區域和湖泊、水庫、坑塘附近，其轉化方向主要為城鄉建設用地和水域。城鄉建設用地面積變化最顯著，共增加了14．39%，其增加區域與耕地面積減少區域類似，主要為石河子城區北部和東部，瑪納斯河中西部擁有便利的交通道路旁側和擁有豐富水資源的水域附近區域。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研究區研究時段內是最大的。

2）研究區變化最為明顯的區域為石河子正北部和正東部靠近瑪納斯河中游的區域，由于北部有大泉溝水庫，東部有瑪納斯河，變化最明顯。其次為南部耕地區域。變化相對較小的區域主要位于石河子的西部、西北部和東北部地區，這主要與這些區域的交通相對落后有關。基本未變化區域主要受到交通可通達性、便捷性相對較差和人口相對稀少等因素的影響[9]。

3）研究區土地利用類型變化情況與人口變化有一定的關系，人口增長率與城市化水平、區域經濟發展水平之間呈現出非常大的相關性，人口增長需要更多的城鄉建設用地，新建經濟開發區人口增加對耕地的需求加大，使得人們加強對土地的開墾[10]，根據統計年鑒，石河子地區在這20 a中人口數量增加了12．4萬，這使得研究區城鄉建設用地不斷擴張，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為裸土、裸巖等土地類型。

4）根據統計年鑒，石河子市自1990～2010年國內生產總值增加了129．32億元，尤其是自國家實施“西部大開發”戰略以來，該區域的經濟發展迅速，而其中又以第二、第三產業發展最為明顯。這種發展模式都需要占用大量的土地，使得城鄉建設用地面積和規模不斷增加，耕地和未利用土地面積不斷縮小[11]。同時，這種作用是雙重的，一方面經濟增長使得土地利用類型中的城鄉建設用地的面積和規模不斷擴大；另一方面土地景觀在一定的地理位置上也促進或限制著經濟的增長。

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B

1672-4623（2016）01-0079-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.01.023

郭鵬，博士，主要從事遙感技術應用研究。

2014-10-30。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41001387）；石河子大學科學技術研究發展計劃資助項目（2011ZRKXTD-0501）。