基于遙感的新疆開(kāi)孔河流域土地利用及覆被變化特征研究

魏光輝(新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

基于遙感的新疆開(kāi)孔河流域土地利用及覆被變化特征研究

魏光輝
(新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

以新疆開(kāi)孔河作為研究區(qū)域，利用1990年、2000年與2010年Landsat-TM影像數(shù)據(jù)和中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS技術(shù)，分析了研究區(qū)近20a土地利用/覆被變化，并對(duì)其變化原因進(jìn)行分析.結(jié)果表明：1990—2010年，研究區(qū)其他林地、裸土地、耕地、灘涂濕地、鹽堿地和城鎮(zhèn)用地面積呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，；其它建設(shè)用地、其它未利用地、灌木林地與中覆蓋度草地面積呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，；利用轉(zhuǎn)移矩陣可知，流域新增耕地面積主要來(lái)自草地和沙地.研究結(jié)果可為區(qū)域水土資源可持續(xù)利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考.

開(kāi)孔河流域；遙感；土地利用；土地覆被

土地利用/覆被變化(land use/cover change，LUCC)是全球環(huán)境變化的關(guān)鍵因素之一，對(duì)大氣、土壤、水、生物和人類(lèi)等有非常重要的影響[1-5].土地覆被是區(qū)域景觀的外在表現(xiàn)和重要影響因素，不同土地覆被方式形成了不同的景觀和景觀結(jié)構(gòu)[6-8].土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換過(guò)程傳遞著人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)與自然生態(tài)環(huán)境之間的物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)，研究其轉(zhuǎn)換有助于及時(shí)掌握土地利用類(lèi)型時(shí)空分布與變化過(guò)程[9-10].近年來(lái)隨著人口不斷增長(zhǎng)，土地的大規(guī)模開(kāi)墾，加劇了土地利用類(lèi)型的改變，嚴(yán)重影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境健康和可持續(xù)發(fā)展[11-15].因此，開(kāi)展干旱區(qū)土地利用/覆被變化研究對(duì)極端脆弱的生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義.

在塔里木河“四源一干”的格局中，和田河、葉爾羌河及阿克蘇河均在自然狀態(tài)下對(duì)塔里木河干流進(jìn)行補(bǔ)給，而開(kāi)都-孔雀河流域(以下簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)孔河流域)則是在豐水期通過(guò)揚(yáng)水站抽取博斯騰湖水源經(jīng)孔雀河對(duì)塔里木河下游進(jìn)行輸水.開(kāi)孔河對(duì)塔里木河下游進(jìn)行生態(tài)輸水大部分選在開(kāi)都河來(lái)水頗豐、博斯騰湖持續(xù)高水位的有利時(shí)機(jī)，但近年來(lái)由于源流區(qū)用水量增加等原因，開(kāi)孔河對(duì)塔里木河干流的徑流補(bǔ)給并不能達(dá)到預(yù)定要求，同時(shí)開(kāi)孔河本身也面臨著諸如河道斷流、灌區(qū)土壤次生鹽漬化、湖區(qū)水污染等由于水土資源開(kāi)發(fā)利用不合理而引發(fā)的嚴(yán)重生態(tài)問(wèn)題.如何保證開(kāi)孔河在對(duì)塔里木河下游進(jìn)行有效輸水的前提下，保證流域生態(tài)環(huán)境不惡化甚至能夠得到改善成為一個(gè)亟待解決的難題.鑒于此，本文旨在通過(guò)對(duì)新疆開(kāi)孔河流域土地利用/覆被變化過(guò)程進(jìn)行分析，揭示近20 a流域內(nèi)土地利用/覆被變化特點(diǎn)，并嘗試對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)和驅(qū)動(dòng)因素做出分析，為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供參考.

1 研究區(qū)概況

開(kāi)孔河流域位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，由開(kāi)都河、博斯騰湖和孔雀河三部分構(gòu)成，地理位置介于82°57′～90°39′E，40°25′～43°21′N(xiāo)之間.行政區(qū)劃涵蓋和靜縣、焉耆縣、和碩縣、博湖縣、庫(kù)爾勒市、尉犁縣、輪臺(tái)縣、若羌縣和州直4個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師的11個(gè)團(tuán)場(chǎng).開(kāi)都河發(fā)源于中天山及大、小尤爾都斯盆地，向南流入博斯騰湖.博斯騰湖既是開(kāi)都河的尾間，又是孔雀河的源頭，是我國(guó)最大的內(nèi)陸淡水湖泊.孔雀河從博斯騰湖起源，向西穿過(guò)南天山支脈霍拉山和庫(kù)魯克塔格交接帶進(jìn)入塔里木盆地，三者彼此水體相連.由于天山支脈阿克塔格的阻隔，形成焉耆盆地平原區(qū)和孔雀河沖洪積平原區(qū)兩大地形地貌單元.

研究區(qū)位于歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，為干旱大陸性氣候特征.從流域上游到下游多年平均降水量75.0～47.3 mm，集中于6～8月；多年平均蒸發(fā)量1 887～2 777 mm，夏季炎熱，冬季寒冷少雪；全年以晴天為主，日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射能量多，晝夜溫差大，適宜種植棉花及瓜果.

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為開(kāi)孔河流域內(nèi)的Landsat-T影像數(shù)據(jù)和中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，成像時(shí)間分別為1990年、2000年與2010年的7～9月，圖像分辨率30 m，每景覆蓋度范圍185 km×185 km.

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 圖像矢量化

利用Erdas軟件對(duì)3期遙感影像進(jìn)行幾何校正、配準(zhǔn)，并借助Arc Info對(duì)各時(shí)期遙感影像進(jìn)行目視判讀和數(shù)字化工作.根據(jù)《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T 192—2006)劃分土地利用類(lèi)型，結(jié)合研究區(qū)土地利用特點(diǎn)及野外實(shí)地驗(yàn)證，將流域內(nèi)土地利用類(lèi)型劃分為耕地、林地、草地、水域濕地、建設(shè)用地、沙地、鹽堿地、裸土地、裸石巖礫和其他未利用地10類(lèi).

2.2.2 轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算

利用Arc GIS的intersect模塊及Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，將解譯得到的研究區(qū)1990、2000、2010年三期遙感影像，在Arc GIS中進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到流域1990—2000年和2000—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣.

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用類(lèi)型面積總體變化特征

對(duì)遙感解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到研究區(qū)不同時(shí)期的土地利用類(lèi)型面積數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖1).

由圖1可知，開(kāi)孔河流域面積比重較大的土地類(lèi)型有耕地、草地(包括高、中、低覆蓋度草地)和未利用土地(包括沙地、裸巖石礫地、其它未利用土地等).研究區(qū)1990—2010年之間全部土地利用類(lèi)型的變化率(見(jiàn)表1).

由表1可知，面積變化幅度較大的有耕地、高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地、沙地和其它未利用土地，1990—2010年之間變化幅度最大的土地利用類(lèi)型為其他林地，20 a增長(zhǎng)了61倍之多；其次為裸土地，20 a內(nèi)增加了近一倍；耕地面積增加幅度也較大，也增長(zhǎng)了近一倍；湖泊、水庫(kù)及裸巖石礫地和低覆蓋度草地的變化最不明顯；研究區(qū)變化幅度明顯的土地類(lèi)型較多，土地利用/覆被變化強(qiáng)烈.

圖1 研究區(qū)1990—2010年土地利用/覆蓋面積變化

1990—2000年土地利用類(lèi)型變化率/%2000—2010年土地利用類(lèi)型變化率/%1990—2010年土地利用類(lèi)型變化率/%其他林地165.32其他林地2245.81其他林地6123.86其它建設(shè)用地-91.83其它建設(shè)用地262.37裸土地99.48灘涂濕地71.63鹽堿地63.07耕地95.18耕地58.22裸土地54.24灘涂濕地77.83城鎮(zhèn)用地47.82耕地23.36鹽堿地76.70其它未利用地-35.97湖泊、水庫(kù)-16.92城鎮(zhèn)用地72.25裸土地29.33城鎮(zhèn)用地16.52其它建設(shè)用地-70.40灌木林地-22.91疏林地15.52其它未利用地-37.38湖泊、水庫(kù)20.36低覆蓋度草地-10.92灌木林地-27.39疏林地-20.06中覆蓋度草地-8.85中覆蓋度草地-25.07有林地-19.56沙地-8.38農(nóng)村居民點(diǎn)23.95農(nóng)村居民點(diǎn)17.80灌木林地-5.81有林地-17.02中覆蓋度草地-17.80農(nóng)村居民點(diǎn)5.22高覆蓋度草地-7.78沙地12.71灘涂濕地3.61疏林地-7.66低覆蓋度草地10.82有林地3.16沙地3.26鹽堿地8.36其它未利用地-2.21河渠1.87高覆蓋度草地-7.27高覆蓋度草地-0.55低覆蓋度草地-1.27河渠1.87裸巖石礫地0.02裸巖石礫地0.06裸巖石礫地0.05河渠0.00湖泊、水庫(kù)-0.01

3.2 不同土地類(lèi)型面積變化特征

3.2.1 林地面積變化特征

流域林地面積較小，不足總面積的5%，在1990—2010年之間林地類(lèi)型變化最明顯的是其他林地，增加了61倍之多，而其他林地類(lèi)型出現(xiàn)了不同程度的減少，從林地總面積變化的角度出發(fā)，開(kāi)孔河流域20 a內(nèi)林地總面積呈現(xiàn)出先減少后增加總的呈增加的變化趨勢(shì)，其中1990年為1 772.84 km2，2000年為1 429.17 km2，2010年為2 037.79 km2.

在1990—2000年之間，開(kāi)孔河流域林地面積減少了19.39%，年均減少34.37 km2；而在2000—2010年之間林地面積增加了42.59%，年均增長(zhǎng)達(dá)到了60.86 km2；1990—2010年之間，林地面積共增加了14.95%，年均增長(zhǎng)13.25 km2.影響林地面積變化的因素主要有自然和人為兩個(gè)方面，下面將林地劃分為天然林和人工林來(lái)進(jìn)一步分析林地面積變化的主要原因，開(kāi)孔河流域天然林和人工林面積變化(見(jiàn)圖3).

從圖3(a)可以看出，流域天然林面積變化呈先減少后增加的趨勢(shì)，在1990—2000年之間天然林面積減少了20.26%，年均減少34.57 km2；而在2000—2010年之間天然林面積為9.17%，年均增長(zhǎng)12.47 km2，增減變化差距大；20 a內(nèi)天然林面積共減少12.95%，年均減少11.05 km2.天然林面積變化在2000年前后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，主要與塔里木河綜合治理項(xiàng)目的實(shí)施有關(guān).2000年之前由于開(kāi)孔河沿岸較強(qiáng)烈的水土資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)，使得天然林尤其是河岸荒漠林得不到有效的水源補(bǔ)給，天然林面積衰退，加之人為的將天然林開(kāi)墾為其他類(lèi)型土地，加速了天然林的退化.2000年之后，隨著塔里木河流域近期綜合治理項(xiàng)目的實(shí)施，當(dāng)?shù)卣瞥鲋T多舉措來(lái)改善流域生態(tài)環(huán)境，包括退耕還林還草等，使天然林得到了人為保護(hù)，另外，孔雀河徑流量的增加給沿岸植被帶來(lái)了水源的補(bǔ)充，天然植被有了較好的生長(zhǎng)環(huán)境，兩方面的因素使得天然林植被得到了一定程度的恢復(fù).

從圖3(b)中可以看出，人工林在1990—2000年之間變化不明顯，而在2000—2010年之間人工林面積飛速增長(zhǎng)，10 a內(nèi)人工林的面積增長(zhǎng)了7倍之多，年均增長(zhǎng)達(dá)到48.39 km2，人工林面積的增長(zhǎng)主要受到人工經(jīng)濟(jì)林迅速增長(zhǎng)的影響.2000年，巴州地區(qū)提出要“調(diào)大特色林果業(yè)”的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略，突出發(fā)展香梨、紅棗、杏和葡萄等優(yōu)勢(shì)特色樹(shù)種，其中已形成了在庫(kù)爾勒、尉犁地區(qū)以香梨為主，焉耆盆地以葡萄為主的特色林果業(yè)格局，而開(kāi)孔河流域的香梨種植面積更是達(dá)到了整個(gè)巴州特色林果種植面積的50%.在當(dāng)?shù)卣咭蛩氐挠绊懴?，林果業(yè)的發(fā)展使人工林的面積出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)的局面.

圖3 研究區(qū)1990—2000年之間天然林和人工林面積變化

3.2.2 草地面積變化特征

不同于林地面積的先減后增的變化趨勢(shì)，作為流域重要植被覆蓋類(lèi)型的草地面積則一直在減少，(見(jiàn)圖4(a)).草地面積占流域總面積的40%以上，其中巴音布魯克草原為流域內(nèi)面積最大的草原，占流域草地面積的90%以上，是全國(guó)第二大草原及全國(guó)最大的高山草原，也是開(kāi)都河重要的水源涵養(yǎng)地，其興衰變化對(duì)全流域的生態(tài)環(huán)境起到?jīng)Q定性作用.

圖4 研究區(qū)1990—2010年草地面積變化(a)—草地面積變化；(b)—高覆蓋度草地面積變化；(c)—中覆蓋度草底面積變化；(d)—低覆蓋度草地面積變化

從圖4(a)可以看出，流域草地面積20 a內(nèi)一直在減少，其中1990—2000年之間草地面積減少了1.29%，年均減少31.75 km2；2000—2010年間，草地面積減少了5.91%，年均減少143.08 km2；1990—2010年之間，草地面積共減少7.13%，年均減少87.42 km2.草地類(lèi)型當(dāng)中，高、中覆蓋度草地的面積呈減少趨勢(shì)，低覆蓋草地面積則先增加后減少.20a內(nèi)，高、中覆蓋度草地面積分別減少了7.78%、25.07%，年均減少分別為47.15 km2、34.10 km2，減少規(guī)模較明顯.其中，在1990—2000年之間，高、中覆蓋度草地分別減少了7.27%、17.80%，年均分別減少88.14 km2、48.41 km2；在2000—2010年之間其分別減少了0.55%、8.85%，年均減少6.17 km2、19.97 km2.高、中覆蓋度草地面積減少速率出現(xiàn)減慢趨勢(shì).低覆蓋度草地的變化趨勢(shì)不同于高、中覆蓋度草地，在1990—2000年之間，低覆蓋度草地面積增加10.82%，年均增長(zhǎng)104.79 km2；而在2000—2010年之間其減少了10.82%，年均減少117.12 km2；20 a內(nèi)低覆蓋度草地面積共減少1.27%，年均減少量為6.16 km2.1990、2000及2010年高、中、低覆蓋度草地占草地總面積的比例(見(jiàn)表2).由表2可知，研究期高、中覆蓋度草地面積占草地總面積的比例呈減少趨勢(shì)，草場(chǎng)質(zhì)量也出現(xiàn)退化.

表2 研究區(qū)高、中、低覆蓋度草地面積占總面積的比例

類(lèi)型1990年2000年2010年高覆蓋度草地49.4346.4449.09中覆蓋度草地11.099.248.95低覆蓋度草地39.4844.3241.97

研究區(qū)草地退化是自然因素和人為因素長(zhǎng)期共同作用的結(jié)果.就其自然因素而言，降水減少及氣候變暖引起的草地涵水量減少、蒸發(fā)量加大是造成草原退化的主要自然因素.此外，毒害草及蝗蟲(chóng)等生物災(zāi)害加劇了草原退化.人為因素主要體現(xiàn)在草場(chǎng)超載過(guò)牧.

3.2.3 水域面積變化特征

水域面積的變化可以反映出水資源在分配及利用上的特點(diǎn).流域水域面積在1990—2010年之間的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖5(a).從該圖可以看出，水域面積呈先增后減趨勢(shì)，在1990—2000年之間水域面積增加38.03%，年均增長(zhǎng)69.63 km2，增長(zhǎng)明顯；而在2000—2010年，水域面積減少6.59%，年均減少16.65 km2，減少速率較快；1990—2010年之間，水域面積增加28.94%，年均增長(zhǎng)26.49 km2，增長(zhǎng)趨勢(shì)較明顯.

水域面積變化與水資源的利用方式有關(guān)，利用不同的水域類(lèi)型面積來(lái)進(jìn)一步分析水域面積變化原因.研究區(qū)河渠面積在1990—2010年之間的面積變化(見(jiàn)圖5(b))可知：河渠面積1990—2010年之間變化不明顯，20a內(nèi)僅增加1.87%；湖泊、水庫(kù)面積變化(見(jiàn)圖5(c))，湖泊、水庫(kù)在1990—2000年之間增加20.36%，年均增長(zhǎng)20.84 km2，而在2000—2010年之間減少了16.92%，年均減少20.85 km2；1990—2010年湖泊、水庫(kù)僅減少了0.01%，變化不明顯.博斯騰湖作為研究區(qū)最大的湖泊，其水位變化是影響流域湖泊、水庫(kù)面積變化的主要影響因素，1988—2002年之間，博斯騰湖水位呈逐年上升的趨勢(shì)，而在2003—2009年呈逐年下降趨勢(shì)，博斯騰湖水位變化與流域湖泊、水庫(kù)面積的變化趨勢(shì)保持一致.

涂濕地在1990—2010年之間的變化趨勢(shì)(見(jiàn)圖5(d)).灘涂濕地在1990—2000年之間增加了71.63%，年均增長(zhǎng)高達(dá)48.55 km2，而在2000—2010年之間僅增加了3.61%，年均僅增長(zhǎng)4.2 km2.博斯騰湖在2002年之前水位的上升為灘涂濕地的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件，而在2003年后水位快速下降，灘涂濕地面積變化不明顯.

3.2.4 耕地面積變化特征

近年來(lái)，從開(kāi)孔河調(diào)水入塔里木河下游并不能達(dá)到預(yù)定輸水目標(biāo)，這其中農(nóng)業(yè)用水量的增加是造成這一現(xiàn)象的重要原因.耕地面積的變化造成農(nóng)業(yè)用水量的變化，近20年來(lái)開(kāi)孔河流域耕地面積增長(zhǎng)迅速，從1990年的2 401.69 km2增加到2000年的3 800.02 km2，在2010年達(dá)到4 687.74 km2.可以看出，流域耕地面積增長(zhǎng)明顯，1990—2000年之間，耕地面積增加了58.22%，年均增長(zhǎng)139.83 km2；在2000—2010年之間，耕地面積增加23.36%，年均增長(zhǎng)88.77 km2，增長(zhǎng)速度有所放緩；1990—2010年之間，耕地面積共增加了95.18%，年均增長(zhǎng)達(dá)到114.3 km2，增速顯著.耕地面積的增加與人口的快速增長(zhǎng)密不可分，人口數(shù)量的增長(zhǎng)加重了對(duì)耕地的需求，使得耕地面積變化與人口數(shù)量變化趨勢(shì)相一致，(見(jiàn)圖6).

圖5 研究區(qū)1990—2010年水域面積變化(a)—水域總面積變化；(b)—河渠面積變化；(c)—湖泊、水庫(kù)面積變化；(d)—灘涂濕地面積變化

圖6 開(kāi)孔河流域1990—2010年耕地面積與總?cè)丝跀?shù)量變化趨勢(shì)圖

由圖6可知，耕地面積增長(zhǎng)與人口數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)一致，正相關(guān)關(guān)系十分顯著，這與新疆整個(gè)地區(qū)耕地、人口變化趨勢(shì)類(lèi)似，人口數(shù)量的增長(zhǎng)是該區(qū)耕地面積增加的最主要原因.1988年以來(lái)，開(kāi)孔河流域成為新疆重要的棉花基地，墾荒植棉的人類(lèi)活動(dòng)一直存在，人口數(shù)量的增加順應(yīng)了這一發(fā)展趨勢(shì).另外，2000—2010年之間耕地面積增速的放緩與該區(qū)的林果業(yè)政策存在一定關(guān)聯(lián)，部分耕地被發(fā)展成為人工經(jīng)濟(jì)林從而使得耕地面積增長(zhǎng)放緩.

3.2.5 建設(shè)用地面積變化特征

人口規(guī)模的快速增長(zhǎng)不僅使耕地面積快速增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民用地的面積也出現(xiàn)了快速增長(zhǎng).城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地分別從1990年的57.21 km2、103.65 km2增加到2000年的84.57 km2、122.10 km2，在2010年分別達(dá)到98.54 km2、128.47 km2.城鎮(zhèn)用地在1990—2000年之間增加了47.82%，年均增長(zhǎng)2.74 km2；在2000—2010年之間其分別增加了16.52%，年均增長(zhǎng)1.4 km2；1990—2010年之間，城鎮(zhèn)面積增加了72.25%，年均增加2.07 km2.而農(nóng)村居民用地在1990—2000年之間增加了17.8%，年均增加1.84 km2；2000—2010年之間，農(nóng)村居民用地增加了5.22%，年均增加0.64 km2；1990—2010年之間共增加23.95%，年均增加1.24 km2.對(duì)比城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民用地變化可以看出，兩者增速均放緩，而城鎮(zhèn)用地面積增長(zhǎng)速率要快于農(nóng)村居民用地.

人口數(shù)量的快速增長(zhǎng)是造成城鎮(zhèn)用地與農(nóng)村居民用地增加的主要原因，隨著人口數(shù)量增長(zhǎng)放緩，城鎮(zhèn)用地與農(nóng)村居民用地增長(zhǎng)速度也隨之減慢.同時(shí)，城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展使得部分農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)集聚，從而出現(xiàn)了農(nóng)村居民用地增長(zhǎng)速度低于城鎮(zhèn)用地增長(zhǎng)速度的現(xiàn)象.

3.2.6 未利用土地面積變化特征

在1990—2010年之間，流域人口快速增加，使耕地面積與人口居住面積隨之增加，對(duì)水土資源的開(kāi)發(fā)越發(fā)強(qiáng)烈，造成土地利用類(lèi)型發(fā)生了一定程度的改變.未利用土地作為研究區(qū)重要的土地類(lèi)型，其也發(fā)生了較明顯的變化，(見(jiàn)圖7(a)).

圖7 研究區(qū)1990～2010年未利用土地面積變化(a)—未利用土地面積變化；(b)—沙地面積變化；(c)—為鹽堿地面積變化；(d)—為裸土地面積變化；(e)—為裸巖石礫地面積變化；(f)—為其他未利用土地面積變化

從圖7(a)可以看出，1990—2010年間未利用土地面積呈減少趨勢(shì)，2000—2010年間未發(fā)生變化，其中在1990—2000年間，未利用土地面積減少了5.79%，年均減少113.70 km2，減少數(shù)量十分可觀.一方面，人類(lèi)對(duì)耕地的需求等使得一部分未利用土地被開(kāi)發(fā)，另一方面，人類(lèi)對(duì)土地的不合理利用使得未利用土地面積出現(xiàn)增加，具體反應(yīng)在不同的未利用土地利用類(lèi)型上(見(jiàn)圖7).由圖7可知，不同類(lèi)型的未利用土地變化趨勢(shì)差別較大，沙地呈先增后減，鹽堿地和裸土地面積持續(xù)增加，裸巖石礫地面積基本未發(fā)生變化，其他未利用土地面積有所減少.其中，沙地面積在1990—2000年之間增加12.71%，年均增長(zhǎng)42.36 km2；而在2000—2010年之間其減少8.38%，年均減少31.50 km2；1990—2010年之間，沙地面積僅增加了3.26%，年均增加5.43 km2，沙地規(guī)模變化并不顯著.

研究區(qū)鹽堿地在1990—2010年間增加76.70%，年均增長(zhǎng)高達(dá)19.30 km2，其中1990—2000年間增加8.36%，2000—2010年間增加63.07%，增速加快.裸土地的面積20a內(nèi)增加了近一倍，且增速有加快趨勢(shì).其他未利用土地面積在這些未利用土地類(lèi)型當(dāng)中面積最大，其在1990—2000年之間減少35.97%，年均減少162.23 km2；而在2000—2010年之間，其僅減少了2.21%，年均減少不足10 km2.

裸土地的面積增速較快，裸土地面積增速有加快的趨勢(shì)，人為過(guò)度開(kāi)發(fā)，使得土地生產(chǎn)力退化，生產(chǎn)力低下的土地被撂荒，裸土地面積增加.天然植被的減少和人為撂荒加速了荒漠化的進(jìn)程.研究區(qū)未利用土地面積在1990—2000年之間減少較快而在2000—2010年之間只有很小幅度的減少，土地資源的開(kāi)發(fā)受到諸多因素的限制，而水資源是最重要的影響因素，隨著流域近幾年來(lái)水量的減少，造成了其他未利用土地的開(kāi)墾進(jìn)程變慢.

4 土地利用覆被變化原因分析

研究區(qū)不同土地利用類(lèi)型的面積發(fā)生了較大變化，但其中不同土地利用類(lèi)型之間轉(zhuǎn)化的程度與方向并不明確，在這里利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)進(jìn)一步分析具體的土地轉(zhuǎn)化過(guò)程(見(jiàn)表3和表4).可以看出，在1990—2010年，研究區(qū)耕地面積不斷增加，2010年比1990年增加了95.15%，從轉(zhuǎn)移矩陣看1990—2000新增耕地面積主要來(lái)自于草地和林地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占耕地總轉(zhuǎn)入面積的82.35%和16.03%；2000—2010年新增耕地面積主要來(lái)自于草地和沙地，轉(zhuǎn)移而來(lái)的草地面積和沙地面積分別占其它類(lèi)型轉(zhuǎn)移為耕地類(lèi)型的70.57%和21.78%.耕地面積在1990—2000年的擴(kuò)張是以林草面積減少為代價(jià)，但在2000—2010年間是以草地和沙地為主，且耕地占用草地的面積也小于2000年前.從總體上看，在1990—2010年的20年里耕地面積擴(kuò)張主要是來(lái)自于草地、林地和沙地，而耕地轉(zhuǎn)入林地的量大于林地轉(zhuǎn)入量，因此耕地總體增加最主要來(lái)自于草地和沙地.

表3 1990—2000年開(kāi)孔河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

1990年2000年耕地林地草地水域建設(shè)用地沙地鹽堿地裸土地裸石巖礫其它未利用地耕地236912.260.92019.2900.0100.33林地241.621412.4639.187.492.3138.7728.70.142.33草地1179.293.6422189.43702.8145.67375.5313.368.533.72.44水域濕地0.18001816.79013.810000建設(shè)用地4.7901.330162.05007.420357.91沙地3.7600.64003329.37000.080鹽堿地000000503.21000裸土地1.3800000046.6500裸石巖礫00.8100000011236.540其它未利用001975.1607.7800002527.63變化率%5.821-1.939-1.3-3.8-5.561.270.8363.0650.05-3.597

表4 2000—2010年開(kāi)孔河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

2000年2010年耕地林地草地水域建設(shè)用地沙地鹽堿地裸土地裸石巖礫其它未利用地耕地3330.78449.441.470.2615.960.220.0401.850林地37.11367.69.46000.7800014.23草地958.64192.6122601.9518.4454.358.56337.2233.020.950.92水域濕地23.9710.86131.272341.9019.09000建設(shè)用地0.220.5900236.2900000沙地295.64025.402.33432.881.26000鹽堿地13.7400.47000531.06000裸土地01.710000061.0400裸石巖礫015.27001.4100011225.970其它未利用27.060.36.31029.7400015.62809.3變化率/%2.3354.263-0.591-0.6594.342-0.8386.2984.990.001-0.221

林地面積在1990—2000年減少了19.39%，從轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)看減少的林地主要轉(zhuǎn)移為了耕地、沙地、草地和鹽堿地，其凈轉(zhuǎn)出量分別占林地面積的12.94%、2.19%、2.01%和1.62%，說(shuō)明在此期間林地一方面被占用為耕地，另一方面逐漸轉(zhuǎn)化為草地，沙地和鹽堿地，流域生態(tài)環(huán)境惡化；在2000—2010年林地面積增加了42.63%，新增林地面積主要來(lái)自于耕地和草地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占林地總轉(zhuǎn)入量的61.47%和27.30%，南疆地區(qū)在2000年后開(kāi)始提倡種植經(jīng)濟(jì)林，因此許多人在原來(lái)耕地基礎(chǔ)上開(kāi)始種植經(jīng)濟(jì)林因此耕地轉(zhuǎn)移為了林地.從總體上看，林地總體增加了14.97%，從轉(zhuǎn)移矩陣看，主要來(lái)自于7.62%的耕地和0.60%的草地.

草地面積在近20年時(shí)間里不斷減少，2000比1990年減少了1.30%，2010年草地比2000年減少了5.91%，從轉(zhuǎn)移矩陣看1990—2000年草地主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地和沙地，其中轉(zhuǎn)移的耕地、水域濕地和沙地分別占1990年草地面積的4.81%、2.87%和1.53%，在2000—2010年草地主要轉(zhuǎn)移耕地、鹽堿地和林地，分別占2000年草地面積的3.95%、1.39%和0.76%.草地面積總體上減少了7.13%，從轉(zhuǎn)移矩陣分析，草地減少的面積主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地、沙地、鹽堿地、林地和建設(shè)用地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占流域1990年草地面積的8.71%、2.41%、1.46%、1.43%、0.60%和0.40%.

水域濕地面積總體增加了28.94%，從轉(zhuǎn)移矩陣看，新增水域濕地面積主要來(lái)自于草地，占水域濕地總轉(zhuǎn)入面積的99.68%.

建設(shè)用地面積在1990—2000年減少，建設(shè)用地面積主要轉(zhuǎn)移成了其它未利用地，其凈轉(zhuǎn)移量占建設(shè)用地總面積65.63%；在2000—2010年建設(shè)用地面積增加，新增建設(shè)用地面積主要來(lái)自于0.23%的草地、1.03%的其它未利用地和0.41%的耕地.

沙地面積在1990—2000年增加，新增沙地面積主要來(lái)自于1.529%的草地和2.19%的林地；而在2000—2010年沙地面積減少了8.38%，減少的沙地則主要轉(zhuǎn)移成了耕地.而從整體上看，沙地面積增加，且主要來(lái)自于草地.

鹽堿地面積在1990—2010年里不斷增加，2010年比1990年增加了76.6%，1990—2000年鹽堿地增加的幅度較小，主要由1.62%的林地和0.05%的草地轉(zhuǎn)移而來(lái)；在2000—2010年新增鹽堿地主要由草地轉(zhuǎn)移而來(lái)，轉(zhuǎn)移草地占其他類(lèi)型轉(zhuǎn)移為鹽堿地類(lèi)型的94.30%.裸土地面積在1990—2010年不斷增加，從轉(zhuǎn)移矩陣看，新增裸土地主要由0.17%的草地轉(zhuǎn)移而來(lái).裸石巖礫在近20年里面積雖有波動(dòng)但變化幅度很小且主要由其它未利用地轉(zhuǎn)移而來(lái).其它未利用地面積在1990—2010年呈不斷減少，從轉(zhuǎn)移矩陣看，其它未利用地面積主要轉(zhuǎn)移成草地.

從以上分析可知，在1990—2000年開(kāi)孔河流域林地、草地面積不斷減少，林草主要轉(zhuǎn)移成了耕地，水域和沙地；鹽堿地、沙地、裸土地和裸石巖礫面積都不同程度的增加但變化幅度較小且主要由草地轉(zhuǎn)移而來(lái).在2000—2010年開(kāi)孔河流域草地和水域面積減少，草地主要轉(zhuǎn)移成了耕地和鹽堿地而水域則主要轉(zhuǎn)移成草地和耕地.就總體而言，開(kāi)孔河流域林草水總面積在近20年內(nèi)面積是減少的，其主要原因是由草地面積減少引起的，草地減少的面積主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地、沙地、鹽堿地、林地和建設(shè)用地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占流域1990年草地面積的8.71%、2.41%、1.46%、1.43%、0.60%和0.40.由此可得，研究區(qū)環(huán)境問(wèn)題主要為耕地?cái)U(kuò)張迅速，沙漠化和鹽漬化逐漸加重.

5 結(jié) 論

(1)研究區(qū)面積最大的土地利用類(lèi)型為草地和未利用土地，兩者占流域總面積的80%以上，其中草地約為流域總面積的45%～50%，未利用土地約為流域總面積的35%～40%.1990—2010年之間開(kāi)孔河流域土地利用類(lèi)型面積變化最明顯的為其他林地，20a內(nèi)增加了61倍之多，其次為裸土地和耕地，兩者在20 a內(nèi)也增加了近一倍.湖泊、水庫(kù)及裸巖石礫地和低覆蓋度草地的面積變化最不明顯，三者面積變化均在2%以下.

(2)1990—2010年，研究區(qū)一級(jí)土地利用類(lèi)型之中變化明顯的是耕地，20 a內(nèi)增加95.18%；其次為水域，20 a內(nèi)增加了28.94%，其中灘涂濕地面積變化幅度最大，20 a內(nèi)增加77.83%；林地面積增加14.95%，其中天然林面積減少12.95%，而人工林的面積增加732.58%；草地面積減少7.13%，中覆蓋度草地面積減少的趨勢(shì)最明顯，20a內(nèi)減少25.07%，高覆蓋度草地和低覆蓋度草地面積分別減少7.78%、1.27%；未利用土地面積減少5.79%，其中裸土地面積增加99.48%，鹽堿地面積增加76.7%，其他未利用土地面積減少37.38%；建設(shè)用地當(dāng)中，城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民用地分別增加72.25、23.95%.

(3)在1990—2010年，研究區(qū)林地面積增加主要來(lái)自于草地和耕地，其中草地面積的0.60%和耕地的7.62%被林地占用.耕地面積增加則主要來(lái)自于8.71%的草地和8.97%的沙地面積.水域濕地面積增加也來(lái)自于草地，占草地面積的2.41%.沙地面積增加，主要來(lái)自于1.46%的草地.建設(shè)用地面積總體減少，60.05%的建設(shè)用地被其它未利用地占用.

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Analysis on Land Use and Cover Change Based on Remote Sensing in Kai-kong River Basin

WEI Guang-hui

(Xinjiang Tarim River Basin Management Bureau, Korla 841000, China)

The extraction of land cover information based on remote sensing has a direct significance for agricultural and forestry production and environmental monitoring. In this paper, Kai-kong River Basin is selected as study area, by using 1990, 2000 and 2010 Landsat TM image data and CMB resource satellite data, combined with GIS technology, the land use/cover change of the study area nearly 20 years is analyzed and the reasons for such changes are discussed. The results show that: from 1990 to 2010, the land area of other forest land, bare land, farmland, wetland and saline land and towns increased, change rates were 6123.86%, 99.48%, 95.18%, 77.83%, 76.70% and 72.25%; other construction land and unused land, woodland, shrub and coverage grassland area showed a decreasing trend and the change rate were-70.40%, -37.38%, -27.39% and-25.07%. The transfer matrix shows that the basin of new arable land mainly from grassland and sandy land, woodland area has increased 7.62% from main cultivated land and 0.60% from grassland, grassland area decreased, mainly transferred to cultivated land and water wetland; water wetland area added from grassland, accounting for 99.68% of the area to the total wetland area. The results can provide reference for the sustainable utilization of regional water and soil resources, as well as ecological environment protection.

Kai-kong River Basin; remote sensing; land use; land cover

2016-02-11

新疆水利水電工程重點(diǎn)學(xué)科基金資助(XJZDXK-2010-02-12)

魏光輝(1981-)，男，新疆石河子人，高級(jí)工程師，博士，主要從事干旱區(qū)水資源利用與環(huán)境保護(hù)研究.

TV214

A

1008-536X(2016)08-0048-10