新疆和静县土地利用时空变化分析

杨 辉

（和田鼎晟工程试验检测有限公司，新疆 和田 848000）

近年来，随着国家西部大开发战略的确定和“一带一路”政策的实施，中国西北部新疆地区城镇化进程加速，由于新疆地区土地可利用面积较低，区域建设性的土地越来越紧张，耕地保护的压力持续增加，国民对生态系统优化的要求水平也逐渐提高，土地利用带来的资源、环境纠纷的状况也越来越高涨[1]。土地利用的变化作为世界性的变化的重要部分和中心性的研究内容，已经成为地方生态可持续发展的重要依据，成为国内外研究的前沿和热点。土地利用分类是识别土地利用空间构成要素的过程[2]，是表示土地利用和形质转换的方法以及达成的土地利用的地域性结合单位，反映了土地利用的形态和功能，是记录人类土地利用和变化的动态过程，评价地区开发，改变重要指标。加强对地区土地利用结构、动态、变化倾向的研究，对土地资源的合理利用、生态环境的保护和整备具有重大意义。

1 研究区概况

和静县隶属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，是一个山川秀美、气候宜人的人口大县。和静县位于巴音郭楞蒙古自治州（巴州）西北天山中段南麓，是连接新疆南北的重要交通枢纽。毗邻伊犁、昌吉、阿克苏等17 个县市，东部为吐鲁番盆地，南部为库尔勒，西部为伊犁河谷，北部为乌鲁木齐。和静县东西长，南北宽，西北高东南低，它是由山间盆地、山间峡谷和山前平原三部分组成。该县境内有河流26 条，年径流量1 亿m3以上的河流达到7 条，为呼图壁河、开都河、奎克乌苏河。黄水沟河、贡内斯河、清水河、玛纳斯河。开都河是中国最大的内陆淡水湖博斯腾湖的源头，全长560 km。上游流经和静县456 km，年平均径流量33.4 亿m3，自然落差1843 m[3]。

2 研究数据

选取由地理空间数据云平台提供的时间跨度为18 年的2000 年的Landsat5-TM 影像和2018 年的Landsat7-ETM 影像遥感影像作为本次研究的基础数据，并在ENVI5.3 的支持下，结合纸坊沟DEM高程数据，对遥感影像做前期的预处理操作[4]，使其再解译时，达到最大精准度。

为了减少对分类的混合光谱信息的影响，遥感图像使用基于最大似然法和视觉解释来解释土地利用型的监视分类的组合。同时，使用Google Earth 和91 的卫星地图，进一步提高分类后的准确性，用于检查和修改解释的土地利用数据，以减少与分类相关的图像混合频谱信息的影响[5]。

参考由国土资源部组织修订的国家标准《土地利用现状分类》（GB/T 21010-2017），结合和静县当地情况及遥感卫片分辨率的问题，可以把土地利用分布类型分为以下几种类型：林地、耕地、居民用地、沙地、草地/湿地、其他。见表1。

表1 土地利用类型解译标志一览表

3 计算结果

3.1 土地利用面积变化分析

土地利用结构是在某种类型的土地上，直接反映土地利用状况的土地的种类和组成的周期性。类统计工具是ENVI 软件，用于在两个阶段创建不同的土地使用类型区域的统计[6]。

综合2000 年、2018 年和静县土地利用结构变化（见表2、图1、图2），可以看出：新疆大部分地区地广人稀，受人为扰动的土地面积较小，和静县的土地利用类型以林地和草地/湿地为主，二者在研究区内分布广泛，面积之和占土地总面积的80%以上，其中林地/草地广泛分布，但在东南部分布较少，耕地主要集中于和静县东南部；未利用地主要分布于和静县东北部的陡坡上，故投影面积最小。18 年中和静县不同土地利用类型均发生不同程度的变化，变化幅度由大到小排列依次为草地/湿地＞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、未利用地的面积占比为15.92∶6.22∶77∶75∶0.11。不同土地利用类型的面积及占比由大到小依次为：草地＞林地＞耕地＞居民用地＞未利用地。

表2 和静县2000 年～2018 年土地利用变化幅度统计表

图1 2000 年和静县土地利用解译图

图2 2018 年和静县土地利用解译图

土地利用变化幅度是指不同时间尺度上研究区某一种土地类型面积的变化幅度，反映的是某一区域土地利用状况的总体变化情况与变化趋势[7]，其表达式为：

式中：R 为土地利用变化幅度，正值表示面积增加，负值表示面积减少，数值（土地利用变化幅度的绝对值）越大则表示变化越大；Ua、Ub分别表示研究时段初期和末期土地利用类型的面积。

计算得出未利用地的面积在研究时段内持续减少，由2000 年的1587 hm2减少到了2018 年的1190 hm2，共减少了396.86 hm2，变化幅度为-21.34%。民用地的面积在研究时段内持续增加，由2000 年的793 hm2增加到了2018 年的3571 hm2，变化幅度为432%，耕地的面积在研究时段内持续增加，变化幅度为43.64%，林地/草地的面积在研究时段内持续增加，变化幅度为70.04%。

3.2 土地利用动态度变化

单一土地利用类型动态度指在一定时间范围内研究区某种土地利用类型的数量变化情况，其表达式为：

式中：K 为单一土地利用类型动态度，代表某单一土地利用类型的年际变化率，正值表示面积增加，负值表示面积减少，数值（单一土地利用类型动态度的绝对值）越大则表示变化越大；Ua、Ub分别表示研究时段在初始期和结束期的土地利用类型的面积；T 为研究持续时间，年。

综合土地利用动态度指数模型用于从总体上表征研究区土地利用的变化速度[8]，分析国土利用的变化趋势和土地利用面积变化速度，确认地方政府报告的土地变动调查数据的可靠性。其表达式为：

式中：Lc为综合土地利用动态度，代表研究区内所有土地利用类型面积变化的年综合变化率，Uai，Ubi分别表示研究时段初期和末期某种土地利用类型的面积；T 为研究持续时间，单位为年；n 为研究区不同土地利用类型的数量。

根据表1 结果，结合公式（2）和公式（3），可以计算出2000 年～2018 年和静县的土地利用动态变化情况（见表3）。综合分析可以看出：2000 年～2018 年耕地、居民用地、林地/草地、未利用地的单一土地利用类型动态度依次为1.32%、2.41%、0.61%、－1.5%，不同土地利用类型在18 a 中的变化速度由大到小依次为：居民用地＞未利用地＞林地/草地＞耕地；从变化速度上来看，未利用地总体呈平稳减少的趋势。2000 年～2018 年和静县的综合土地利用动态度为1.08%，表明18 a 中土地利用类型变化较为缓慢。

表3 和静县2000 年～2018 年土地利用动态度统计表 单位：%

3.3 转移矩阵

从系统解析中的系统状态和状态迁移的定量记述，导出了土地利用移动矩阵，适用于土地利用变化的马可夫模型。研究期间的开始和结束不能综合地记述土地利用结构的特征,但可以反映研究期不同的土地利用类型的变化情况，便于研究期间内各种土地变化倾向及土地利用形态结构的分析[9]。其表达式如下：

式中：S 代表面积；n 代表土地利用的类型的数量；a，b 分别代表研究时段初期与研究时段末期的土地利用类型。在实际应用中，土地利用转移矩阵通常以表格的形式表示。

在ENVI classic 5.3 中使用Change Detection Statistics 工具对和静县2000 年、2018 年解译结果进行处理，可以得到两个研究时段的不同土地利用类型面积的转移矩阵（见表4）。

表4 和静县2000 年～2018 年土地利用转移矩阵 单位：hm2

4 结果分析

土地利用的变化受到自然环境、社会经济、土地管理等多方面的因素的限制和限制。由于时间和空间规模的自然因素，土地利用的基本模式是长期效果的结果，但从短期来看，自然利用对土地利用的变化几乎没有影响，由于社会因素，土地类型的改善相对较块。

2000 年～2018 年，随着和静县城镇化水平的提高和社会经济的快速发展，城内居民对土地资源的需求量随之增加，表现为居民用地面积增大，新增的居民用地主要分布在城市东南部分，主要来源于林地/草地。湿地/草地与耕地之间的转化较为活跃，这主要因为和静县持续开展林业和梯田建设等水土保持工作，夏尔乌逊分洪闸黄水沟左岸种植防风固沙林22 hm2，围栏封育578 hm2，具体措施包括建造梁峁防护林、坡面防护林、沟头防护林、沟底防护林、地梗防护林和水平梯田等，夏尔乌逊分洪闸黄水沟左岸种植防风固沙林22 hm2，围栏封育578 hm2，一系列措施改变了的径流过程和输沙量，从而使得未利用地的面积随之减少[10]。

在该研究时段内政府仍持续推动城镇化进程，依托现有传统文化，深入挖掘和保护当地民俗文化资源和历史文化资源，统筹发展民俗文化产业，括对部分交通不便的偏远地区进行人口迁移和大力开展交通运输用地建设等工作。

5 结论

本文选用Landsat 及高分1 号遥感影像数据，结合野外实地调查与验证，借助ENVI5.3 和Arcgis10.0 等软件研究分析了和静县2000 年、2018 年两期土地利用类型的状况及变化特征，得出2000 年～2018 年和静县不同土地利用类型在18 a 均发生不同程度的变化，未利用地的面积最小且在18 a 呈持续平稳减少的趋势，以实施“退耕还林还草”工程为代表的土地管理方式的改变是造成耕地面积大幅度下降和未利用地面积持续下降的主要原因。经济的发展和城镇化进程的推进使得居民用地面积在18a 中持续增加；2000 年～2018 年中持续开展水土保持工作是耕地面积下降而林地/草地面积上升的主要原因。