基于时相遥感数据艾里克湖土地利用变化研究

田英杰，李 虎

（1.新疆农业大学，乌鲁木齐830052；2.新疆卫星应用工程中心，乌鲁木齐830000）

1 引言

土地为人类生存不可或缺之要素［1］，是国家发展之基，是人民安身立命之本，是经济社会可持续发展的根本保障［2］。近百年来，人类的土地利用活动引发了“大土地系统”生物、物理、化学、大气、水等方面运动与条件的变化，变化方向优劣而不等，如何进一步认识、掌握土地利用变化及其可能的结果成为人类当前的主要问题之一。1995年国际科学联合会的国际地圈生物圈计划（IGBP）和国际社会科学联合会的全球环境变化的人文因素计划（IHDP）联合将土地利用／土地覆盖变化（Land Use／Cover Change，LUCC）列为全球变化研究的核心问题之一［3，4］。我国幅员辽阔，各地自然和社会条件千差万别，土地利用问题在具体的时空下所展现的现象和规律也可能不尽相同，按轻重缓急逐步摸清区域的土地利用情况服务于当地的社会发展就成为目前最优的选择［5］。

艾里克湖为新疆典型湿地分布区域之一，艾里克湖是白杨河的归宿地和准噶尔盆地典型的内陆尾闾湖之一。艾里克湖是支撑克拉玛依市未来发展的重要生态功能区和生物多样性基地；是克拉玛依市重要的生态与人文保护地和风景景观和生态旅游区；也是干旱区湿地恢复演变的典型试验场，具有多种对克拉玛依市可持续发展的重要作用。近年来由于人类的活动该区生态环境发生了显著变化，引起了当地及有关部门的高度重视。基于上述背景，本文鉴于遥感手段的客观性、时效性等优点，将遥感技术应用到艾里克湖区域的土地信息提取与制图当中，从遥感图像上获取土地利用变化的时间与空间信息，为本研究提供更好地支持。

2 研究区概况

研究区艾里克湖位于乌尔禾区，地处克拉玛依市最北部，距离克拉玛依市区约100km，地理位置在E85°12′～86°02′，N45°42′～46°15′，南北约67km，东西约61km，全区面积约2590km2（图1）。

图1 研究区范围示意图

乌尔禾区地处准葛尔盆地西部，属于典型的温带干旱区大陆性荒漠气候，年平均气温8.7℃，全年≥10℃积温为3968.1℃，无霜期210d，年平均降水量102mm，年蒸发量3500mm，全年平均日照时数为2600h以上，年平均大风日数71.3d。该区土壤类型主要包括：淡棕钙土、灰棕钙土、新积土、河谷沙土、草甸土、林灌草甸土、沼泽化草甸、盐化林灌草甸土、盐化草甸土、草甸盐土、灌耕土等。该区主要包括：梭梭柴群系、琵琶柴群系、无叶假木贼群系、直立猪毛菜群系、盐穗木群系、苦杨群系、刚毛柽柳群丛、芦苇群系、香蒲群系等分别代表了小半乔木荒漠、半灌木荒漠、小半灌木荒漠、多枝木本盐柴类荒漠、河谷杨树林、杜加依灌丛、低地河漫滩盐化草甸、沼泽等植被类型［6］。

3 研究方法

3.1 研究技术路线

根据研究内容和目标，结合实际情况，针对艾里克湖所处区域（乌尔禾）生态环境的特点，结合乌尔禾区2008年土地利用现状图，以及实地考察的结果，建立2009年Landsat TM遥感影像的解译标志，通过遥感解译和野外调绘，更新土地利用数据到2009年；参照2009年遥感解译成果，对1976年、1989年、2000年其他三期遥感数据进行解译判读，并编制土地利用专题草图；通过现地验证核查解译成果，排除疑难区、修正误判区、修编解译草图，编制土地利用专题图。采用的遥感解译工作流程图如图2所示。

图2 乌尔禾土地利用遥感解译流程图

3.2 数据来源

本次遥感调查采用美国Landsat卫星1976年的MSS数据（空间分辨率60m）、1989年的TM数据（空间分辨率30m）、2000年的ETM＋数据以及2009年的TM数据（空间分辨率30m）。所用遥感数据的时相选择介于6～9月，即植被情况反映较好的季相。图像在研究区域内没有云层覆盖，质量较好。

3.3 数据预处理

对遥感数据进行了辐射精校正，采用影像对地形图二元二次式纠正法，对遥感数据进行影像到影像的配准，图像中心星下点校正误差小于0.1个象元，边缘小于0.3个象元，可以满足分析精度要求。结合乌尔禾区2008年土地利用现状图，以及项目组成员于2010年4月现地考察的结果，建立了土地利用分类体系、遥感影像的解译标志（表1），通过遥感解译和野外调绘，更新土地利用数据到2009年；参照2009年遥感解译成果，对其他三期遥感数据进行解译判读，并编制土地利用专题图。

表1 研究区图像解译标志

3.4 土地利用转移矩阵计算

为了进一步说明土地利用变化的具体情况，运用GIS技术，在ArcGIS软件中对解译获得的各个年份的土地利用现状图进行叠加分析，构建了1976～1989年、1989～2000年和2000～2009年3个时间段的土地利用转移矩阵获得各种类型之间的转化面积、转化率。

土地利用转移矩阵可详细反映研究区土地利用类型变化的结构特征与土地利用类型的变化方向。转移矩阵的数学形式为：

式中，A代表面积，n代表土地利用类型数，i，j分别代表研究初期与研究末期的土地利用类型。

4 结果分析

4.1 土地利用现状结构特征

乌尔禾区总面积为2210.733km2，从图3乌尔禾区1976～2009年土地利用现状组成比例分配图可以看出，分布面积最大的是其他用地，占到整个区面积的37%～40%，主要包括裸地、盐碱地、沼泽地等。其次是林地和草地，分别占到整个区总面积的28%～30%和22%～23%，其中林地主要分布于白杨河河谷、达尔布特河－木哈塔依河下游沿岸以及艾里克湖湖滨，草地则主要分布于水域周围、河流两侧、水库和湖泊三角洲地区。该分布反映了该地区为典型的内陆干旱地区土地利用／覆被状况，即植被的分布取决于水的分布。而该区范围内的水域面积不大，包括河流、沟渠、湖泊、水库、坑塘等在内，只占到总面积的1%～2%。该区域属于内陆干旱区域，其主要的水域为艾里克湖以及白杨河，是整个乌尔禾区乃至克拉玛依市生态环境赖以依存的主要屏障。该区地处著名的石油城，工矿用地到2009年已经占到整个区总面积的8%，工矿用地代表了这个地区人类活动对自然环境的影响。石油工业的兴起，繁荣了当地的经济、提高了当地人民的生活水平，却同时破坏了生态环境。居民地和道路在该区只占很小的比例，不足整个区总面积的1%，该区地广人稀从中可见一斑。

4.2 土地利用变化时空特征

如表2所示，从20世纪70年代至今，乌尔禾区林地、草地和其他用地所占的比例逐渐减少，耕地和工矿用地所占的比例逐渐增多，居民地和道路用地的增加量很小，水域的面积变化规律不明显。

林地和草地的面积总体有减少的趋势，反映了该区生态环境遭到了破坏，生态环境在不断退化，原因在于人类活动的影响。

耕地的面积有增多的趋势，主要反映了人类活动对环境影响范围、影响程度的不断增加；从工矿用地面积的变化上同样可以看出人类活动对生态环境的影响。

水域面积的变化略为复杂：研究区内的主要河流为白杨河和一些季节性河流（如达尔布特河），在1989年7月黄羊泉水库建成，使得各年份的面积大小不一致；1976年艾里克湖的湖面面积为43.910km2，1989年艾里克湖湖面萎缩，面积为21.444km2，2000年艾里克湖水面干涸，面积为0，同年，风城高库建成并对白杨河开始补水起，艾里克湖才逐渐恢复蓄水，到2009年，其湖面面积恢复到52.260km2。

表2 乌尔禾区1976－2009土地利用面积汇总 km2

图3 乌尔禾区土里利用现状组成比例分配

其他用地的面积在总体变化上有减少的趋势：裸地的面积有小分量减少的趋势，30年间减少了16km2，其主要原因在于人类活动的影响。

居民点用地中的城镇用地在1976年到2009年的30年里有所扩展，从1.451km2扩展到了5.759km2，相比较之下，农村居民点的扩展程度减小，只有2km2左右。

4.3 土地利用变化转移矩阵

从20世纪90年代至今，草地面积总量减少了15.368km2，主要转出为其他用地和水域；林地面积总量减少了16.64km2，主要转出为其他用地和草地；耕地面积略有增加，总量增加了2.668m2，增加的面积主要源于林地和其他用地；居民地面积略有增加，总量增加了0.842km2，增加的面积主要来源于耕地。工矿用地面积总量增加了11.35km2，增加的面积主要来源于其他用地、林地和草地。水域面积有大幅的增加，总量增加了51.097km2，增加的面积主要源于其他用地的转入。其他用地面积总量减少了33.949km2，减少的面积主要转出为水域（图4）。

图4 乌尔禾区2000～2009年土地利用变化图谱

5 结语

依托现有乌尔禾区的土地利用现状图以及实地考察，通过遥感解译和野外调绘，从Landsat TM遥感影像中获取1976年、1989年、2000年、2009年乌尔禾区的土地利用现状专题图；借助GIS平台，从土地利用现状结构特征、土地利用变化时空特征及土地利用变化转移矩阵等3个方面进行土地利用覆被变化的时空演变分析，总结得出研究区景观生态土地利用变化特点如下。

（1）乌尔禾区总面积为2210.733km2。分布面积最大的是其他用地，占到整个区面积的37%～40%，主要包括裸地、盐碱地、沼泽地等；其次是林地和草地，分别占到整个区总面积的28%～30% 和22%～23%；水域面积不大，只占到总面积的1%～2%；工矿用地增加迅速，到2009年已经占到整个区总面积的8%。

（2）在从20世纪70年代至今的30年间，乌尔禾区林地、草地和其他用地所占的比例逐渐减少，耕地和工矿用地所占的比例逐渐增多，居民地和道路用地的增加量很小，水域的面积变化幅度较大。

［1］ 内政部土地测量局志编委会.内政部土地测量局志［M］.台中：台中出版，2007.

［2］ 张昭仁.土地科学与土地管理概论［M］.杭州：浙江大学出版社，2011.

［3］ 熊永珍，陈传明.土地利用与土地覆被变化研究综述［J］.廊坊师范学院：自然科学版，2008，8（6）：117～119.

［4］ 唐华俊，吴文斌，杨 鹏，等.土地利用／土地覆被变化（LUCC）模型研究进展［J］.地理学报，2009，64（4）：456～468.

［5］ 北京市规划委员会.北京城市总体规划（2004年～2020年）［R］.北京：北京市规划委员会，2005.

［6］ 中国科学院新疆生态与地理研究所.艾里克湖湿地景观生态保护与恢复研究科学考察与咨询报告［R］.乌鲁木齐：中国科学院新疆生态与地理研究所，2007：2.