基于RS與GIS技術分析巴音郭楞蒙古自治州土地利用時空變化

麥地娜·買買提

（新疆維吾爾自治區環境監測總站，烏魯木齊 830011）

土地是人們賴以生存的基礎，人們進行的所有生產活動均依賴于土地資源來完成，可以說人類的發展離不開土地資源的支持。土地利用是人類將自然資源轉化為所需資源的主要載體，也是人類活動的主要表現形式，而任何人類的活動都會引起土地面積的變化，土地利用的動態變化主要體現在土地面積、利用程度以及空間結構等方面[1]。遙感與GIS 技術相結合，可以全面、客觀地反映土地利用動態變化，對優化區域調控和環境整治具有重要意義。我國人口眾多，土地資源分布不均，因此合理利用土地顯得尤為重要，進行土地現狀調查是進行區域整體土地利用規劃的基礎，這對社會發展來說非常重要。

1 研究區概況

巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱巴州）位于新疆維吾爾自治區東南部，東鄰甘肅和青海，南接昆侖山與西藏，與西部的和田地區和阿克蘇地區相連，東西和南北的最大長度超過800 km。它位于東經82°38′～93°45′，北緯35°38′～43°36′。全州行政區面積為471 500 km2，占新疆總面積的四分之一，是中國最大的地級行政區。巴州地跨天山、塔里木盆地東部、昆侖山和阿爾金山，該地區有山脈、盆地、河流、湖泊、戈壁、沙漠和平原綠洲，屬于中溫帶和暖溫帶大陸性氣候，轄1 個縣級市，7 個縣，1 個自治縣。資料顯示，截至2018年年底，巴州總人口為1 280 600 人。該區域的自然資源多樣，動植物資源豐富，野生動物包括野駱駝、大天鵝、馬鹿和羅布泊羊等，經濟價值較高的野生植物包括羅布麻、紫草和麻黃等，全國三大氣田之一的塔里木氣田就位于此處。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據源及數據處理

本文以2007年、2012年和2017年三個階段的衛星圖像數據為基本數據。第一步是獲得本研究的范圍，圖像數據將被拼接，并且對數據進行剪切，將其作為管理邊界。第二步是根據遙感數據源的形狀和紋理建立解釋標記。第三步是監督分類，并使用最大似然估計方法和現場測量數據來監督分類遙感圖像[2]。第四步是處理分類結果，并使用分類和后處理操作，如聚合和過濾，使分類結果更準確。最后，修改錯誤分類的結果并劃分土地利用類型。其間結合實地調查，輔以相關參考資料，根據研究區域的特點和土地利用動態監測，將研究區土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地六大類。

2.2 研究方法

本文主要研究的是巴州2007-2017年土地利用的時空變化，其中，土地利用時空變化主要包括土地利用類型的面積以及空間分布變化情況。本研究主要使用土地綜合利用率來反映巴州的土地利用現狀，以土地利用動態變化過程的時間維度和土地轉移矩陣的定量數據來表示不同時期的土地類型轉移數量。本文利用2007年、2012年和2017年巴州土地利用現狀數據，通過疊加分析、統計分析和定量分析，在ARCGIS 軟件平臺上使用不同的指標和模型，探索該地區土地利用的面積、類型以及空間變化情況[3-4]。

2.2.1 土地利用程度

自然以及人為因素是影響土地利用度的主要原因，土地利用度一般用來反映研究區域內人類活動對土地的利用狀況。例如，土地利用率、土地墾殖率、復種指數、林地指數、水面利用率、耕地復種指數、林地指數和水面利用率均是反映地區人類活動土地利用狀況變化的綜合指標。不同元素的空間分異決定了土地利用的空間分異。

2.2.2 土地利用動態變化

土地利用動態變化主要包含兩個指標，即土地利用變化動態度和土地利用開發度，兩者均能夠根據研究區域的土地面積變化速度和發展速度得出。其中，土地利用變化動態度所反映的主要是研究區域的土地凈變化速度。由于新的土地利用類型與消耗減少區域之間的抵消，土地利用變化的實際情況在一定程度上得到了覆蓋，使用土地開發程度作為補充，反映了各類土地實際新開發的速度。

一是土地利用動態變化，該指標主要反映的是研究區域內各類型土地的面積變化趨勢，人們通過該指標可以看出研究區域內各土地類型的利用關系與差異情況，即一定時期內研究區某些土地利用類型的數量變化。二是土地利用開發程度，該指標主要描述的是單位時間內研究區域中某種類型土地的實際發展程度，在實際研究中，該指標不適用于未使用地。

2.2.3 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣主要用來描述研究區域內不同土地利用類型之間的過渡，可以清楚地反映以下變化：兩個時期內各種土地類型面積的變化；土地利用類型從前期轉移到后期的轉化比率；后期土地利用類型與前期土地利用類型的比率。

3 結果分析

本研究采用目視解譯方法對3 期影像進行解譯，結合野外實地考察、研究區歷史統計資料及土地調查數據，解譯結果與之進行比較，基本符合實際，結果如圖1所示。

圖1 巴州土地利用變化

3.1 土地利用程度分析

本文選擇2007年、2012年和2017年三期數據，分析巴州近10年的土地利用程度，如表1所示。從表1可知，巴州土地利用率較高，土地墾殖率和林地指數占主導地位。其中，2017年土地利用率為98.96%，土地墾殖率保持不變，且超過30%，有利于經濟的可持續發展，草地指數和水指數沒有顯著變化。因此，研究區的施工控制相對較好。

表1 巴州土地利用程度指標值

3.2 土地利用面積變化

3.2.1 土地利用面積變化率

從表2可以看出，巴州的耕地、林地和未利用地減少，未利用地減少最多。耕地減少8.63%，林地減少6.18%，未利用地減少16.75%。2007-2012年對林地的占用情況較好。2007-2017年，耕地占用率高達5.97%，耕地占用率為7.06%，未利用地面積為10.11%。雖然巴州的發展占用耕地和林地，但也合理開發了未利用地，實現補償平衡，符合城市建設和發展的需要。草原和水域基本持平。2007-2012年和2012-2017年的增減幅度較小，波動較小。巴州在大力發展和建設的同時，最大限度地減少了人類活動對生態環境的干擾。

表2 巴州土地利用類型變化量及變化率

3.2.2 土地利用變化速度

從表3可以看出，巴州建設用地繼續增長最快，年增長率為4.058%，建設用地增長速度較高，表明巴州城市化建設腳步較快。反觀之下，耕地、林地和未利用地繼續減少，未使用的土地每年變化速度最快，下降3.31%。耕地減少1.725%，林地減少了1.237%。

由上述分析可得，巴州對于未使用土地的開發力度較大，而城鎮化建設腳步的加快使得該地區內耕地與林地面積進一步下降，草地與水域情況基本保持不變，說明巴州在加快城鎮化建設的同時注意對草地和水域的保護。

3.2.3 土地利用開發度

從表3可以看出，2007-2012年和2012-2017年，巴州的耕地和林地的發展程度相反。2007-2012年耕地開發程度低于2012-2017年，2007-2012年林地開發程度大于2012-2017年。草原和水域開發程度不明顯，建設用地和未利用地的發展程度明顯。從總體上看，未利用地的開發程度最大，其次是建設用地、耕地、林地、草地和水域。

表3 巴州土地利用類型變化

3.3 土地利用的空間結構變化

表4 巴州2007-2012年土地利用轉移矩陣

表5 巴州2012-2017年土地利用轉移矩陣

表6 巴州2007-2017年土地利用轉移矩陣

從表4、表5和表6土地利用變化類型的轉移矩陣可以看出，巴州建設用地空間轉換最為顯著，主要來自耕地、林地、草地等土地類型向建設的轉化。建設用地的快速增長主要是由于當地石油工業的大發展，此外，根據2018年巴州公布的投資情況，房地產開發投資達到17.56 億元，商品房銷售面積為83.55 萬m2，大力實施資源戰略，使該地區的地方石油企業蓬勃發展，經濟迅速發展[5]。

4 結語

六大土地類型的明顯變化由大致小依次是：耕地、林地、建設用地和未利用地。其中，水域基本保持不變，可見巴州在進行城市發展的同時對于水資源的保護比較到位。土地類型變化的目的是合理利用每一寸土地，以便在合理標準下最大限度地利用土地。

2007-2017年，建設用地逐步增加，耕地、林地、草地、水域和未利用地發生轉移。耕地分別轉移到林地、草地、建設用地，未利用的土地轉移到耕地和林地。巴州的水域基本沒有重大變化，雖然草原出現轉移，但數量沒有大的變化。在過去10年中，巴州各類土地之間的轉換類型復雜。其中，建設用地、林地變化最為明顯。在下一步土地開發利用中，巴州應嚴格控制耕地面積，合理調整各類土地資源，保證土地綜合整治和土地利用結構變化的科學化，提升土地保護效果，實現土地的集約化利用。