塔里木河流域耕地动态变化分析—以阿克苏地区为例

王琼，张斌，宋庆平，周光海，刘小芳，陈红

（新疆农垦科学院，新疆 石河子 830000）

耕地是农业生产活动的基本条件[1]，及时了解耕地变化情况，能更好地保护耕地，守住耕地红线。尤其在塔里木河流域，土壤沙漠化盐渍化情况较普遍，水资源分布不均，随着社会经济的快速发展，人地矛盾日渐突出。研究塔里木河流域耕地动态变化情况，可为干旱区绿洲农业发展及保持生态平衡提供借鉴[2]。

耕地动态变化监测一直为广大科研人员所关注，夏利恒等[1]利用渭北旱塬区卫星数据和行政区划数据，采用重心模型、地学信息图谱等方法揭示陕西渭北旱塬区耕地空间分布特征与变化趋势；张天中[3]借助多年土地利用变更数据，采用耕地动态度定量分析方法对甘肃省耕地变化的区域差异进行研究；刘欢[4]以多年土地利用变更调查数据为基础，分析阎良区耕地时空分布及动态变化特征情况等。已有研究中，对塔河流域耕地变化的研究还较少，尤其是近几年的研究有待加强。本文以阿克苏地区为例，利用多时相卫星数据对塔里木河流域绿洲区耕地的变化情况进行分析，以期揭示其耕地动态变化趋势，为塔里木河流域耕地资源保护及农业可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

阿克苏地区（39°20′N～42°40′N，78°02′E～84°05′E）位于亚欧大陆深处，天山南麓，塔里木盆地北缘，由东西两片绿洲区构成，如图1所示。阿克苏地区为温带大陆性气候，降水少，光热资源丰富；总面积13.25万平方公里（1325万公顷），下辖八县一市，分别是库车县、沙雅县、新和县、拜城县、阿瓦提县、温宿县、柯坪县、乌什县及阿克苏市；种植的主要农作物为棉花、小麦和玉米等。

图1 研究区位置示意图Figure 1 Loaction of the study area

1.2 数据来源与处理

1.2.1 卫星数据获取与处理

遥感影像数据使用的是2008年发射的环境与灾害监测预报小卫星星座A、B星（HJ-1A/1B）CCD数据，1A、1B卫星联合完成对地刈幅宽度为700km，重访周期为2天。地面像元分辨率为30m，4个谱段成像。本研究选取2010、2015、2021年HJ-1A/1B阿克苏地区CCD影像数据共计12景进行遥感解译及分析处理（数据来源于卫星应用中心，https：//data.cresda.cn/#/home）

运用ENVI5.3对卫星影像进行预处理，预处理主要包括辐射定标、大气校正、几何校正、影像拼接融合及裁剪等。其中几何校正以已有校正的影像数据为参照，校正误差≤0.5个像元；投影统一使用WGS84坐标系。并利用bandmath计算研究区NDVI数据，以此为基础获取阿克苏地区不同时期耕地面积。

1.2.2 耕地变化动态度计算

耕地变化动态度能反映出某一区域内耕地总量变化速度与变化剧烈程度[5-6]，计算公式为：

式中，K为研究区耕地变化动态度，Ub为末期耕地总量，Ua为初期耕地总量；T为时段步长。K＞0代表T时段内研究区耕地数量增加，K＜0代表T时段内研究区耕地数量减少。

2 结果与分析

2.1 耕地面积提取

对阿克苏地区主要农作物进行调查，确定阿克苏地区主要农作物类型为棉花、小麦、玉米。通过分析不同作物关键物候期[7-8]，分别获取阿克苏地区2010年、2015年和2021年4月、7—8月的卫星影像数据，对数据进行预处理，并利用不同作物NDVI值对数据进行密度分割，得到阿克苏地区耕地空间分布情况。

2.1.2 不同阶段研究区耕地面积

如图2所示可知，2010—2021年的11年间，阿克苏地区耕地面积整体呈增加趋势，其中2010—2015年耕地面积略有增加，2015—2021年耕地面积增加较为明显。就阿克苏地区两大绿洲耕地分布情况来看，2010—2021年，西部绿洲区耕地面积数量较东部绿洲区少。

图2 不同年份研究区耕地空间分布图Figure 2 Spatial distribution map of cultivated land in the study area in different years

2.2 耕地变化动态度分析

以卫星数据提取的2010年、2015年和2021年阿克苏地区耕地面积为数据源，进一步利用耕地动态变化度公式得到研究区不同时间段耕地数量动态变化情况。如表1所列可知，2010—2015年全区除阿克苏市以外，耕地动态变化度均＞0，耕地动态变化度最大的为库车县和阿克苏市，耕地动态变化度分别为0.1016和-0.1080，说明库车县耕地面积增加明显，而同时期阿克苏市耕地面积减少明显。2015—2021年，全区耕地动态变化度均＞0，且耕地动态变化度差别均较小。2010—2021年除阿克苏市以外，耕地动态变化度均＞0。说明除阿克苏市以外，阿克苏地区11年间耕地变化整体呈增长趋势，其中又以库车县和沙雅县耕地动态变化度最大，分别为0.0919和0.0899，说明库车、沙雅两个县耕地变化相对剧烈；变化最小的是柯坪县，2010—2021年耕地动态变化度仅为0.036。

表1 2010-2021年阿克苏地区耕地动态变化度Table 1 Changes of the dynamic degree in Aksu Region from 2010 to 2021

3 结论

阿克苏地区耕地总量由2010年的614943公顷至2021年的994468公顷，整体呈增长趋势；又以库车县和沙雅县耕地动态变化度最大；阿克苏市耕地面积2010—2015年呈负增长趋势，2015—2021年呈增长趋势，但较阿克苏地区其他8个县而言，耕地面积变化较小。

从卫星影像监测的耕地空间分布情况可看出，2010—2015年阿克苏地区耕地空间分布相对分散，2015年耕地图斑面积明显增加，其中又以东部绿洲区耕地面积增加明显；2015—2021年，阿克苏地区耕地小幅增加的情况在东、西两部分绿洲范围内均较为普遍；除库车县和沙雅县外，全区2010—2021年不存在耕地面积大量增加或耕地快速减少的情况。