新疆兵团农场土地利用遥感监测及影响因素分析——以新疆兵团农八师148团为例

杨会民，曹卫彬，2，孟庆建，许西盼

（1石河子大学机械电气工程学院，石河子832003；2绿洲农业工程与信息化教育部工程研究中心，石河子832003）

新疆兵团农场土地利用遥感监测及影响因素分析
——以新疆兵团农八师148团为例

杨会民1，曹卫彬1，2，孟庆建1，许西盼1

（1石河子大学机械电气工程学院，石河子832003；2绿洲农业工程与信息化教育部工程研究中心，石河子832003）

为了查明新疆兵团各团场土地利用／覆盖的结构变化并对其驱动力进行分析，通过ERDAS软件对农八师148团2002和2007年2个时相的卫星遥感图像进行预处理和监督分类，并提取各土地利用类型的面积。并用数理统计方法对这5年期土地利用变化特征进行了定量分析，得到2002－2007年土地利用变化趋势。试验数据显示：研究区耕地面积有所增加，而建设用地急剧增加；同时未利用的面积减少最明显。这表明近年来西部大开发战略对新疆兵团带来了很大的变化，尤其是工业化、城镇化过程对土地利用结构的影响最显著。

土地利用；遥感；驱动因素

土地利用／覆盖变化（L UCC）与生态环境、人类活动密切相关［1～3］，土地资源的高效、合理利用已成为可持续发展的核心问题。区域土地利用变化研究是全球变化研究的重点之一，LUCC的根本目标在于深入了解土地利用与覆盖在区域尺度上的互动与变化，只有在一定的区域范围内，才有可能具体地从自然因素和社会经济因素方面来探讨其对土地利用与覆盖的类型、结构及动态特征的影响［4］。目前研究的前沿之一便是利用遥感对地观测技术揭示土地利用／覆盖的空间变化规律和分析其驱动力，通过空间建模反映其环境效应［5］。自2001年3月中央对西部大开发战略做出具体部署以来，新疆迎来了良好的发展机遇。固有的干燥少雨、多风的气候环境使得新疆以脆弱的绿洲生态环境为主，全疆95%的人口聚居在仅占全国面积4.2%的绿洲中，绿洲散布于盆地边缘、镶嵌于戈壁沙漠的分布格局，决定了绿洲生态环境极易受外部自然因素和内部人为活动的影响［6］。

新疆兵团土地面积7.43万k m2，174个农牧团场就是174个生态绿洲，其中121个分布在沙区之中，沙漠化、荒漠化面积占到总面积的1／5左右。因此，开展团场土地利用的定量研究，以期揭示其土地利用变化的特点与趋势，为区域生态建设和实现对人类活动方向和速率的有效调控，维持区域环境与经济的可持续发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 研究区概况

148团属新疆兵团农八师石河子垦区，地处天山北麓，准格尔盆地南缘，位于东经84°58′～86°24′，北纬43°26′～45°20′，东北部在玛纳斯境内，与新疆兵团农六师新湖总场相接；南部直抵巴音郭楞蒙古自治州和静县界；西部在沙湾县并与奎屯市相邻；西北部深入克拉玛依市境；北部濒古尔班通古特大沙漠，昔日为碱滩、荒漠，现已开垦成主要的农耕区。处在欧亚大陆腹地，属中温带干旱区气候，年平均气温7.9℃～8.7℃，年总降水量157.0～285.2 mm。

1.1.2 数据来源

遥感数据主要采用2002年和2007年Landsat5－T M影像，轨道号为144029，成像时间分别为2002－9－14 和 2007－9－20。 辅 助 数 据 包 括 研 究 区1∶10万地形图、社会经济统计数据及0.6 m分辨率的Quick Bir d影像数据。

1.2 方法

1.2.1 遥感影像处理

图像预处理过程在ERDAS 9.2软件中完成，采用4、3、2波段对应红、绿、蓝作假彩色合成。为了保证精度，便于信息的动态对比分析，以1∶10万地形图为基准，将2002年和2007年两期T M影像与其配准。选用二元二次多项式进行几何精校正，每景选取20个均匀分布的控制点，RMS检验结果表明纠正误差均小于0.5个像元。再通过人机交互对图像进行监督分类得到2个时期土地利用分类图，并应用GPS技术对解译结果进行野外抽样验证，土地利用类型的判准率达90%以上。

1.2.2 土地利用动态度

土地利用类型动态度是指研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况［7］，反映土地利用变化的速度，单一土地利用动态度的表达式为：

式（1）中，K为研究时段内某一土地利用类型动态度；Ua、Ub分别为研究期初和研究期末某一种土地利用类型的数量；T为研究时段长，本研究中T的时段设定为年。

1.2.3 矩阵分析

各土地利用类型面积的增减并不能反映类型之间的具体转换情况，进行叠加运算和统计分析形成土地利用转移矩阵，可以描述不同土地覆盖利用类型之间的转换情况［8－9］。矩阵分析功能可以将2个输入分类专题图像按照其专题属性在空间上的重叠产生1个新的图像文件，新文件包含2个输入文件中重叠的分类专题属性。

1.2.4 技术路线

技术路线见图1。

图1 技术路线Fig.1 Technical flow chart

2 结果与分析

2.1 各类型土地面积提取结果与动态变化

对分类结果进行面积提取（表1），经统计，得到2个时期各类型土地的结构比例及变幅（图2）。

表1 2002－2007年土地利用面积变化及动态Tab.1 2002－2007 area change and dynamic of land use

图2 2002和2007年各土地利用类型面积百分比Fig.2 Percentage of different land use areas in 2002 and 2007

表2 2002－2007年148团土地利用转移矩阵Tab.2 The 148th Reaiment transfer matrix of land use bet ween 2002 and 2007

2.2 研究区土地利用结构变化及动态度

从图2可以得出148团土地利用的特点：耕地和未利用地占有很大的比重，耕地和未利用地面积占总面积的87.96%，这是绿洲生态区农业产业结构在土地利用结构上的反映。林地比重4.38%，说明新疆兵团在垦荒的过程中，对防风固沙很重视。水域、牧草地所占比重较低，分别为1.06%、1.16%，并且水域面积呈现出递减趋势，说明研究区所处地理位置、气候等自然条件对土地利用的深刻影响，草地的发展受到了限制，水资源也很有限。未利用地所占比例较大，土地利用开发还有很大的空间，但是未开发利用的地块多为荒地、碱滩、沙漠等，所以开发难度较大。

2002－2007年的5年间，148团土地利用结构发生了明显变化：1）耕地和林地面积均有所增加，分别增加了2060.1 h m2和51.7 h m2；2）水域、未利用地明显减少，其中未利用地减少最多，从45.41%减少到23.49%，或减少了7510.54 h m2。水域面积也有一定的减少，从1.05%减少到0.46%，或减少了203.67 h m2；3）草地、居民点及工矿用地、交通运输用地均有所增加，草地从1.16%增加到了1.91%，或增加了256.7 h m2。增加最多的是工矿用地和交通运输用地，增加了15.61%，或增加了5346.66 h m2。总之，148团在这5年内耕地、林地、交通运输及工矿用地、草地面积都有不同程度的增加，水域和未利用地面积都大幅度减少。

2.3 土地利用类型转移矩阵分析

笔者采用ERDAS9.2中的Matrix功能对分类图像进行矩阵分析，得到2002－2007年5年期148团土地利用转移矩阵（表2）。

从表2可以反映出148团土地利用类型之间在空间上的变化及各土地利用类型之间相互转移的基本情况。

1）耕地转出较少，主要转为建设用地和部分园林，转出面积分别为1138.05 h m2、463.5 h m2。耕地的补充主要是林地和未利用地。

2）林地主要转化为耕地和建设用地，则说明原有的自然林地大多用于耕种和居民点的扩建。

3）水域主要转化为耕地和未利用地，其中有47.67%消失并转为耕地，9.84%变为荒地。

4）部分草地退化为荒地，同时有27.04%和20.7%的草地分别用于耕种和工矿道路建设。

5）建设用地转入较多，林地、水域、草地和未利用地分别有30.62%、26%、20.6%和27.41%用作居民点、工矿及道路的建设。

6）未利用土地主要转为耕地、工矿用地和道路建设，其中4264.74 h m2转为工矿用地和道路建设；2308.68 h m2被开垦利用为耕地。

总体看来林地、草地、水域和未利用地转出较多，而建设用地增加过快，耕地有所增加但变化不大。由此看来，2002－2007年148团未利用地被开垦，主要用于厂矿企业和交通运输的发展；增加了很多人工园林（如葡萄园、枣园等经济林），但是位于耕地边缘，接近沙漠的用于防风固沙、改良水土的防护林有所减少；水域的面积也随着气候、工业化的发展大量减少。

3 讨论

上述分析结果表明城镇化、工业化进程的加快，区域社会经济的发展对垦区土地利用的变化起很大作用。土地利用动态度可定量描述区域土地利用变化的速度，对比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势都有积极作用。笔者根据单一土地利用动态度的公式对前面数理统计的数据做了相关处理（表1），可知：5年间148团各类土地利用变化速度不同。在各类土地利用类型中，建设用地的变化速度最大，动态度为57.33%；其次是草地、水域和未利用地，动态度都达到10%左右；接下来是耕地和林地，其中林地变化速度最小，动态度仅为0.69%。反映出2002－2007年148团在居民点、工矿企业和道路建设方面力度很大。

土地利用变化的驱动力是指导致土地利用／土地覆被变化的各种自然的、人文的因素。自然因素一般包括自然资源和生态环境；社会因素包括人口、经济、管理和政府决策等。

1）自然因素。气候条件对土地利用具有制约作用，对兵团而言，降水成为影响土地利用的主要因素。兵团土地利用的最大特点是在现有的技术条件下最大限度的开垦和改良可利用的土地资源，以农业生产为主。气候主要表现为干燥少雨、昼夜温差大、日照丰富。年降雨量非常少，农业灌溉主要是靠高山冰雪融水；工业化过程对水资源的大量需求以及造成的水资源的污染。因此，水资源的短缺是影响兵团土地利用变化的主要因素。

2）人口因素。人口是土地利用变化中最具活力的驱动力之一，它在一定程度上会对土地利用变化产生直接的影响［10］。人口增长越快，土地利用变化就越快，如随着人口的增长，人们的生活用地也要相应的增加，使农村居民点不断扩张，城镇化过程使农村人口向城市转移，城区居民用地及基础设施用地等也会增加，这样就势必会占用其它类型的土地，改变了土地利用的数量、结构、方式和强度。

3）经济发展。一般而言，经济的持续高速发展初期多以生态环境的恶化为代价。近年来新疆的跨越式发展在很大程度上体现在对矿产、工业的投入，工矿用地和交通运输用地在急速的增加，这样会导致部分耕地、林地和草地等有利于生态环境的土地利用类型被占用。工业的发展会使绿洲生态系统变得更加脆弱，影响新疆土地资源的利用率。另外，经过不断的开垦可利用的后备耕地资源，耕地面积在稳步的增长，但为了提高效益，增加收益，农业结构调整不断深入，从传统的的以种植业为主的农业形式向农业产业多样化转变［11］，主要表现在耕地向果园、人工林地的转变，团部周围出现了大面积的枣园、葡萄园、人工苗圃和蔬菜地等。

综上所述，新疆兵团生态环境建设和农业的可持续发展的前提是必须做好防风固沙、盐碱地改良和对水资源的合理高效利用。通过对石河子垦区148团土地利用变化特征的定量分析表明耕地、林地、草地和建设用地的面积均有不同程度的增加，水域、未利用地有明显的减少趋势。部分耕地、林地和草地转化成居民点，而转出的未利用地只有极少部分用于耕地，主要用于城镇工矿和交通用地。

在人文和自然因素的驱动下，新疆兵团土地利用发生了明显变化。近10年来农业现代化发展较快，尤其是滴灌等节水工程在兵团农业上的应用，使得有效利用的耕地面积稳步增长；但西部大开发以来新疆的跨越式发展，较快的工业化、城镇化过程使得水资源短缺、绿洲生态的脆弱性问题不得不引起重视。因此，科学合理地利用水资源，调整产业结构，并把工业化现代化过程中的生态环境问题永远放在制定和实施发展规划的首位。

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Remote Sensing Monitoring and Influencing foctors Analysis of Land Use in Xinjiang Regi mental Far m——With 148th Regiment of Xinjiang Production and Construction Corps as an Example

YANG Hui min1，CAO Weibin1，2，MENG Qingjian1，XU Xipan1
（1 College of Machine and Electrical engineering，Shi Hezi University，Shihezi 832003，China；2 Engineering Research Center of Mechanization of Oasis Cash Crop Production，Ministry of Education，Shihezi 832003，China）

In order to find out the structural changes of land use／cover in far ms of Xinjiang Production and Constr uction Group（XPCG），the satellite remote sensing images of the 148th Regiment in 2002 and 2007 weed used.Through the image processing，information extracting，we did the dynamic monitoring for the changes of land use，and did t he quantitative analysis f or the characteristics of land use changes in this period of 5 years.The author also，from the natural factors and social economic factors，discusses the driving principle of land use changes.It can provide several scientific bases，for government and relevant departments in the process of industrialization and management of urban planning.

land use；dynamic monitoring；driving force

S127；F301.24

A

1007－7383（2011）03－0338－05

2010－03－03

国家科技支撑计划项目（2007BAH12B04），国家自然科学基金项目（40701128）

杨会民（1986－），男，硕士生，专业方向为农业遥感监测与 GIS开发；e－mail：yh m＿shz＠163.co m。

曹卫彬（1959－），男，博士，教授，从事精准农业与遥感监测研究；e－mail：wbc828＠sohu.com。