新疆博州土地利用变化趋势及其驱动力研究

艾则买提·艾赛提，海米提·依米提，许 宁，安外尔·艾则孜，董 煜

(1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046;2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046;3.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐 830054)

土地利用变化是全球变化研究的主要内容之一，它既受自然因素的制约，在一定地域上又受社会经济因素的综合影响，具有明显的综合性和地域性。目前分析社会经济因素对土地利用的作用被摆在重要位置［1-2］。随着人口的增长，土地作为有限的资源，越来越不能满足人类的需要。因此，土地的合理利用研究成为解决此问题的核心内容。在新疆，农牧生产区的土地利用呈现出粗放的特点，对土地资源的不合理利用造成了土地生产能力的下降和生态环境的恶化。博尔塔拉蒙古族自治州(简称博州，下同)土地利用的相关研究较少，我们利用博州地区1972—2009年的遥感数据，对其土地利用时空变化进行研究，就是要揭示博州地区土地利用状况在空间上的变化趋势，探讨博州地区土地利用变化驱动力机制，目的是为博州这样一个生态环境脆弱、社会经济贫困落后、能源丰富的地区合理利用土地资源提供理论支撑。

1 研究区概况

博州位于新疆维吾尔自治区西北边缘准噶尔盆地西南部，地处东经 79°53'—83°53'、北纬 44°02'—45°23'之间，海拔189—4 569 m。辖博乐市、精河县、温泉县、阿拉山口口岸行政管理区，是我国连接中亚和欧洲各国及向西开放国际贸易大通道的前沿基地。博州地区地貌特征大致由南北两侧山地、中部博尔塔拉河谷地和东部艾比湖盆地三大单元组成。温带大陆性气候，年均气温6.0℃，年均降水量170.8 mm，年均蒸发量1 512.6 mm，年均无霜期160 d。新疆建设兵团农五师师部及其11个农垦团场分布在博州境内。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究土地利用数据选取了成像时间(季相)相近的1972年MSS影像数据(空间分辨率为60 m，轨道号为P157R029、P158R029)以及1990、1999和2009年的TM影像数据(空间分辨率为30 m，轨道号为P146R029、P147R029)。参考新疆维吾尔自治区统计年鉴(1972—2009)和博州统计年鉴(1972—2009)获取博州地区改革开放以来的人口、耕地、经济等方面的统计数据，进行博州地区土地利用变化驱动机制研究。

2.2 研究方法

在ArcGIS软件支持下，进行遥感影像计算机辅助解译，生成4期土地利用图。全面分析博州地区30多年来耕地变化规律，应用多元统计分析方法研究耕地数量变化的相关因子，并建立多元回归模型。全部统计分析在SPSS 11.5统计软件上进行。通过土地利用变化表征方法来计算出动态度、变化率、状态、方向和趋势等特征。

土地利用变化过程和趋势可通过定量化的要素或数值如动态度、变化率、状态、方向和趋势等来表征，指数的数学表达式如下［3-4］:

式中:D为T时段某种土地覆盖类型的动态度;Lb和La分别为研究期末和期初某种土地覆盖类型的数量;Lc为发生变化的某种土地利用类型的年度变化量;T为研究时段;LUi为起始时刻第i类土地利用类型的面积;ΔLUi-j为研究时段第i类土地利用类型转为第j类土地利用类型的面积;Sj为地类j发生空间位置转换的面积;Pj+和P+j分别为研究期初和期末地类j的面积;Pjj为没有发生变化的面积;Qj为地类j面积的数量变化;Cj为地类j的总变化量。

3 结果分析

3.1 土地利用时空变化过程

博州地区各年份土地利用空间格局见图1。

图1 博州地区1972—2009年土地利用空间变化格局

从空间变化过程来看，博州地区各土地利用类型中耕地面积有不断增加的特征，而未利用地和林草地面积有明显的减少，变化过程具体如下:

(1)耕地变化。新中国成立初期，博州的耕地面积仅为13 500 hm2，到1990年增长至119 900 hm2，是新中国成立初期的8.88倍。1949—1992年的43年中，共增耕地106 400 hm2，平均每年增加2 474 hm2。耕地面积有两个高峰期，一是1958—1968年，增加耕地53 100 hm2，1968年比1957年耕地增加了2.10倍;二是1988—1992年，增加耕地32 400 hm2，1992年比1987年增加37%。1990—2009年耕地面积继续增加，由原来的119 900 hm2涨至262 210 hm2。

(2)滩涂变化。1972年博州的滩涂面积是288 806 hm2，1990年增加到382 960 hm2，2009年达到了439 760 hm2。

(3)林草地变化。该地区1972年林草地面积1 541 500 hm2。1990年林草地面积达1 624 200 hm2，其中优质草场占12.27%，良等占25.17%，中等占34.45%，低等占28.11%。2009年林草地的面积有所下降，为1 567 960 hm2。林草地面积的变化和该地区土地的退化关系密切。

(4)水域的变化。博州水域面积变化较大，1972年是128 700 hm2，1990年增加到208 800 hm2，但是到2009年水域面积又减少到138 270 hm2。该地区的水域变化和艾比湖湖面的增减有着密切的联系。艾比湖湖面面积在20世纪80年代稳定在50 000 hm2，90年代艾比湖湖面面积有所增加，主要原因是流入艾比湖的河流处于丰水期，博尔塔拉河流域降水增加很多。到了2009年，湖面面积比20世纪90年代减少，这是导致流域水域面积减小的重要原因之一。

(5)未利用土地比20世纪90年代减少。

3.1.1 土地利用变化总量分析

土地利用类型面积变化是区域土地利用变化的重要方面，而土地面积的变化首先反映在不同土地利用类型土地面积的总量变化上，通过分析土地利用面积变化，可以了解土地利用变化总的态势以及土地利用结构变化。

根据博州1972、1990、2009年3期数据进行统计分析，可获得该地区土地利用面积变化率(表1—2)。

表1 1972—1990年博州土地利用面积、结构、变化率、动态度

表2 1990—2009年博州土地利用面积、结构、变化率、动态度

3.1.2 土地利用动态度及变化趋势分析

土地利用变化速度可定量描述土地利用类型的数量变化，对比较土地利用的区域差异和预测未来土地利用变化具有积极的意义。土地利用变化速度可分为两类，即单一土地利用动态度和综合土地利用动态度。单一土地利用动态度是指某一区域一定时间内某一土地利用数量的变化速度。博州1972—2009年土地利用动态度如表1—2。

为更加直观地发现博州土地利用类型的动态变化，可将动态度数据绘制成图2。

图2显示:博州的耕地在1972—2009年呈现出明显的快速增长态势;滩涂在1972—1990年间增长速度快，1990—2009年间年增长态势减弱;林草地、水域在1972—1990年间增长速度较快，1990—2009年间增长态势呈现负增长;未利用土地20年来一直表现出负增长态势，1972—1990年间负增长速度快，1990—2009年间负增长态势减弱。

3.2 土地利用变化的驱动机制分析

土地利用动态变化的影响因素极其复杂，涉及人口、自然、经济、社会、制度、技术等方面，博州作为一个典型的干旱农业区，自然因素对其土地利用动态变化的影响跟其他干旱区类似，因此本研究只对其社会经济因素进行分析。为使分析更科学、客观，我们对驱动因子分别进行了定量和定性分析。土地利用变化受到人类活动的影响，对影响土地变化的社会驱动力进行定量分析，不但有助于进一步搞清楚面积变化与社会发展之间的关系，而且有利于把握土地面积变化过程中各因素所起的作用，便于有针对性地指导该地区土地的合理利用。

图2 博州地区土地利用动态趋势图

我们利用1972—2009年博州地区统计年鉴资料，选取影响土地利用变化的8个指标，进行主成分分析，主成分分析结果表明有1个特征值大于1，且这8个指标已包含90%以上的变化率。在确定1个主成分的前提下，计算出来的主成分的累积贡献率已达86.137%，完全符合分析要求，由此可进一步得出主成分载荷矩阵(表3)。该载荷矩阵能反映相关指标在主成分中的相对重要性［5］。

从第一主成分可以看出，X1、X2、X3…X7与其相关性最大且正相关。因此，博州土地利用变化的驱动力可概括为经济综合因素、人口和农业生产因素等。

表3 主成分载荷矩阵

3.2.1 社会经济因素

国民生产总值、社会固定资产投资、农村用电量是构成第一主成分的重要因子［6-7］，它们与第一主成分的相关系数分别为0.983、0.983、0.972。改革开放以来博州地区经济增长较快，尤其是1990年以来，经济飞速增长，国民生产总产值1988年为42 312.82万元，至2010年达1 312 613万元;农村用电量从1988年的1 100万kW/h增加到2010年的13 897万kW/h。同时，社会固定资产投资也飞速增长，1988年博州地区社会固定资产投资为23 703万元，至2010年已达1 631 067万元。这种经济增长一方面促使农村居民纯收入不断增加，另一方面促使工业用地和城乡居民用地不断增加并改变了该地区土地利用方式及类型。

3.2.2 人口因素

人类是最具活力的土地利用变化的驱动力之一［8-9］。研究区1988年的总人口为30.73万人，2010年达47.83万人，增加了17.1万人。人口增加引起建设用地的增加，直接导致博州地区土地利用方式发生变化。

3.2.3 农业生产因素

农业一直是博州地区重要的经济来源，博州农牧渔业总产量在主成分中的相关系数最高，为0.991。2010年，博州地区机械总动力为46 365万kW，为1978年的2.61倍;农牧渔业总产值从1988年的25 478万元增加到544 307万元，是1978年的21倍。农业科技的进步刺激了农业生产活动，使得大量草地和湿地被开垦为耕地，致使耕地面积显著增加。由此可见，先进的科学技术对于流域土地可持续利用有很大贡献。

4 结果与讨论

(1)1972—2009年，博州地区耕地、滩涂面积保持较快的增长态势;林草地、水域面积由大幅增长变为明显减少;林地、未利用地减少态势显著。

(2)土地利用变化驱动因子分析表明，总人口、地区生产总值、第三产业、社会固定资产投资、农牧渔业总产值、机械总动力在第一主成分上有较高的载荷，也就是说一个地区的土地利用与该地区的生产力水平和产业结构有着密切的关系。产业结构的变化会引起土地资源的重新分配，从而导致土地利用结构的变化，经济结构的变化会引起土地利用的变化，反之，土地利用结构的变化又会影响到区域经济的发展。人口的不断增加也会导致土地资源的重新分配，进而影响土地利用结构的变化，农业生产技术的发展在某种程度上影响土地利用方式变化。

(3)博州地区在开发利用土地资源的过程中，因忽视生态问题已导致土地沙化和盐渍化有日趋严重之势。未来若干年内，随着博州地区新增移民、垦荒力度的加大和风电装机量的剧增，以及大规模的水利工程建设，都可能在较短时间内引起较大的环境结构变化，水域湿地面积会进一步减少，盐渍地、沙地会进一步扩大，生态环境有继续恶化的可能。为保障博州地区经济社会的可持续发展，必须强化全社会的环境保护意识，走土地利用集约型发展之路。

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