新疆和靜縣土地利用時空變化分析

楊 輝

（和田鼎晟工程試驗檢測有限公司，新疆 和田 848000）

近年來，隨著國家西部大開發戰略的確定和“一帶一路”政策的實施，中國西北部新疆地區城鎮化進程加速，由于新疆地區土地可利用面積較低，區域建設性的土地越來越緊張，耕地保護的壓力持續增加，國民對生態系統優化的要求水平也逐漸提高，土地利用帶來的資源、環境糾紛的狀況也越來越高漲[1]。土地利用的變化作為世界性的變化的重要部分和中心性的研究內容，已經成為地方生態可持續發展的重要依據，成為國內外研究的前沿和熱點。土地利用分類是識別土地利用空間構成要素的過程[2]，是表示土地利用和形質轉換的方法以及達成的土地利用的地域性結合單位，反映了土地利用的形態和功能，是記錄人類土地利用和變化的動態過程，評價地區開發，改變重要指標。加強對地區土地利用結構、動態、變化傾向的研究，對土地資源的合理利用、生態環境的保護和整備具有重大意義。

1 研究區概況

和靜縣隸屬于新疆巴音郭楞蒙古自治州，位于新疆中部，巴音郭楞蒙古族自治州西北部，是一個山川秀美、氣候宜人的人口大縣。和靜縣位于巴音郭楞蒙古自治州（巴州）西北天山中段南麓，是連接新疆南北的重要交通樞紐。毗鄰伊犁、昌吉、阿克蘇等17 個縣市，東部為吐魯番盆地，南部為庫爾勒，西部為伊犁河谷，北部為烏魯木齊。和靜縣東西長，南北寬，西北高東南低，它是由山間盆地、山間峽谷和山前平原三部分組成。該縣境內有河流26 條，年徑流量1 億m3以上的河流達到7 條，為呼圖壁河、開都河、奎克烏蘇河。黃水溝河、貢內斯河、清水河、瑪納斯河。開都河是中國最大的內陸淡水湖博斯騰湖的源頭，全長560 km。上游流經和靜縣456 km，年平均徑流量33.4 億m3，自然落差1843 m[3]。

2 研究數據

選取由地理空間數據云平臺提供的時間跨度為18 年的2000 年的Landsat5-TM 影像和2018 年的Landsat7-ETM 影像遙感影像作為本次研究的基礎數據，并在ENVI5.3 的支持下，結合紙坊溝DEM高程數據，對遙感影像做前期的預處理操作[4]，使其再解譯時，達到最大精準度。

為了減少對分類的混合光譜信息的影響，遙感圖像使用基于最大似然法和視覺解釋來解釋土地利用型的監視分類的組合。同時，使用Google Earth 和91 的衛星地圖，進一步提高分類后的準確性，用于檢查和修改解釋的土地利用數據，以減少與分類相關的圖像混合頻譜信息的影響[5]。

參考由國土資源部組織修訂的國家標準《土地利用現狀分類》（GB/T 21010-2017），結合和靜縣當地情況及遙感衛片分辨率的問題，可以把土地利用分布類型分為以下幾種類型：林地、耕地、居民用地、沙地、草地/濕地、其他。見表1。

表1 土地利用類型解譯標志一覽表

3 計算結果

3.1 土地利用面積變化分析

土地利用結構是在某種類型的土地上，直接反映土地利用狀況的土地的種類和組成的周期性。類統計工具是ENVI 軟件，用于在兩個階段創建不同的土地使用類型區域的統計[6]。

綜合2000 年、2018 年和靜縣土地利用結構變化（見表2、圖1、圖2），可以看出：新疆大部分地區地廣人稀，受人為擾動的土地面積較小，和靜縣的土地利用類型以林地和草地/濕地為主，二者在研究區內分布廣泛，面積之和占土地總面積的80%以上，其中林地/草地廣泛分布，但在東南部分布較少，耕地主要集中于和靜縣東南部；未利用地主要分布于和靜縣東北部的陡坡上，故投影面積最小。18 年中和靜縣不同土地利用類型均發生不同程度的變化，變化幅度由大到小排列依次為草地/濕地＞林地＞耕地＞居民用地＞其他未利用土地＞沙地。耕地、居民用地、林地、草地、未利用地的面積占比為15.92∶6.22∶77∶75∶0.11。不同土地利用類型的面積及占比由大到小依次為：草地＞林地＞耕地＞居民用地＞未利用地。

表2 和靜縣2000 年～2018 年土地利用變化幅度統計表

圖1 2000 年和靜縣土地利用解譯圖

圖2 2018 年和靜縣土地利用解譯圖

土地利用變化幅度是指不同時間尺度上研究區某一種土地類型面積的變化幅度，反映的是某一區域土地利用狀況的總體變化情況與變化趨勢[7]，其表達式為：

式中：R 為土地利用變化幅度，正值表示面積增加，負值表示面積減少，數值（土地利用變化幅度的絕對值）越大則表示變化越大；Ua、Ub分別表示研究時段初期和末期土地利用類型的面積。

計算得出未利用地的面積在研究時段內持續減少，由2000 年的1587 hm2減少到了2018 年的1190 hm2，共減少了396.86 hm2，變化幅度為-21.34%。民用地的面積在研究時段內持續增加，由2000 年的793 hm2增加到了2018 年的3571 hm2，變化幅度為432%，耕地的面積在研究時段內持續增加，變化幅度為43.64%，林地/草地的面積在研究時段內持續增加，變化幅度為70.04%。

3.2 土地利用動態度變化

單一土地利用類型動態度指在一定時間范圍內研究區某種土地利用類型的數量變化情況，其表達式為：

式中：K 為單一土地利用類型動態度，代表某單一土地利用類型的年際變化率，正值表示面積增加，負值表示面積減少，數值（單一土地利用類型動態度的絕對值）越大則表示變化越大；Ua、Ub分別表示研究時段在初始期和結束期的土地利用類型的面積；T 為研究持續時間，年。

綜合土地利用動態度指數模型用于從總體上表征研究區土地利用的變化速度[8]，分析國土利用的變化趨勢和土地利用面積變化速度，確認地方政府報告的土地變動調查數據的可靠性。其表達式為：

式中：Lc為綜合土地利用動態度，代表研究區內所有土地利用類型面積變化的年綜合變化率，Uai，Ubi分別表示研究時段初期和末期某種土地利用類型的面積；T 為研究持續時間，單位為年；n 為研究區不同土地利用類型的數量。

根據表1 結果，結合公式（2）和公式（3），可以計算出2000 年～2018 年和靜縣的土地利用動態變化情況（見表3）。綜合分析可以看出：2000 年～2018 年耕地、居民用地、林地/草地、未利用地的單一土地利用類型動態度依次為1.32%、2.41%、0.61%、－1.5%，不同土地利用類型在18 a 中的變化速度由大到小依次為：居民用地＞未利用地＞林地/草地＞耕地；從變化速度上來看，未利用地總體呈平穩減少的趨勢。2000 年～2018 年和靜縣的綜合土地利用動態度為1.08%，表明18 a 中土地利用類型變化較為緩慢。

表3 和靜縣2000 年～2018 年土地利用動態度統計表 單位：%

3.3 轉移矩陣

從系統解析中的系統狀態和狀態遷移的定量記述，導出了土地利用移動矩陣，適用于土地利用變化的馬可夫模型。研究期間的開始和結束不能綜合地記述土地利用結構的特征,但可以反映研究期不同的土地利用類型的變化情況，便于研究期間內各種土地變化傾向及土地利用形態結構的分析[9]。其表達式如下：

式中：S 代表面積；n 代表土地利用的類型的數量；a，b 分別代表研究時段初期與研究時段末期的土地利用類型。在實際應用中，土地利用轉移矩陣通常以表格的形式表示。

在ENVI classic 5.3 中使用Change Detection Statistics 工具對和靜縣2000 年、2018 年解譯結果進行處理，可以得到兩個研究時段的不同土地利用類型面積的轉移矩陣（見表4）。

表4 和靜縣2000 年～2018 年土地利用轉移矩陣 單位：hm2

4 結果分析

土地利用的變化受到自然環境、社會經濟、土地管理等多方面的因素的限制和限制。由于時間和空間規模的自然因素，土地利用的基本模式是長期效果的結果，但從短期來看，自然利用對土地利用的變化幾乎沒有影響，由于社會因素，土地類型的改善相對較塊。

2000 年～2018 年，隨著和靜縣城鎮化水平的提高和社會經濟的快速發展，城內居民對土地資源的需求量隨之增加，表現為居民用地面積增大，新增的居民用地主要分布在城市東南部分，主要來源于林地/草地。濕地/草地與耕地之間的轉化較為活躍，這主要因為和靜縣持續開展林業和梯田建設等水土保持工作，夏爾烏遜分洪閘黃水溝左岸種植防風固沙林22 hm2，圍欄封育578 hm2，具體措施包括建造梁峁防護林、坡面防護林、溝頭防護林、溝底防護林、地梗防護林和水平梯田等，夏爾烏遜分洪閘黃水溝左岸種植防風固沙林22 hm2，圍欄封育578 hm2，一系列措施改變了的徑流過程和輸沙量，從而使得未利用地的面積隨之減少[10]。

在該研究時段內政府仍持續推動城鎮化進程，依托現有傳統文化，深入挖掘和保護當地民俗文化資源和歷史文化資源，統籌發展民俗文化產業，括對部分交通不便的偏遠地區進行人口遷移和大力開展交通運輸用地建設等工作。

5 結論

本文選用Landsat 及高分1 號遙感影像數據，結合野外實地調查與驗證，借助ENVI5.3 和Arcgis10.0 等軟件研究分析了和靜縣2000 年、2018 年兩期土地利用類型的狀況及變化特征，得出2000 年～2018 年和靜縣不同土地利用類型在18 a 均發生不同程度的變化，未利用地的面積最小且在18 a 呈持續平穩減少的趨勢，以實施“退耕還林還草”工程為代表的土地管理方式的改變是造成耕地面積大幅度下降和未利用地面積持續下降的主要原因。經濟的發展和城鎮化進程的推進使得居民用地面積在18a 中持續增加；2000 年～2018 年中持續開展水土保持工作是耕地面積下降而林地/草地面積上升的主要原因。