近19年烏蘇市土地利用變化規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)因素研究

穆振俠，張玉祥，田曉杰

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水利工程安全與水災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052)

為更好的促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、改善人類居住與生存環(huán)境，人們想法設(shè)法嘗試對(duì)自然環(huán)境進(jìn)行有利于人類發(fā)展方面的改造，最直接的效果就是改變或重新塑造著不同區(qū)域的土地利用/土地覆被(LUCC)方式，其已經(jīng)成為人類與自然界交互最直接、最密切的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，成為直接反映社會(huì)發(fā)展成效的體現(xiàn)。土地利用變化是由自然因素與人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果，而人類活動(dòng)對(duì)其的影響最為直接且顯著。不同誘因共同作用下的LUCC變化將人類社會(huì)的影響較為深遠(yuǎn)，不僅可以帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且重塑或改變的地表形態(tài)對(duì)于區(qū)域氣候、水文、產(chǎn)匯流過(guò)程、植物群落演替、生物種群消長(zhǎng)與多樣性等產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而影響到地表的能量與水分收支平衡、水文循環(huán)過(guò)程，間接又加速或減緩LUCC變化，形成循環(huán)往復(fù)的互饋機(jī)制。伴隨氣候變化與人類活動(dòng)的影響，新形勢(shì)下土地利用變化已成為部分區(qū)極端天氣事多發(fā)頻發(fā)，泥石流、山體滑坡、水土流失加重、沙塵暴、山洪、干旱等自然災(zāi)害頻現(xiàn)的誘因之一，其破壞程度與影響將更好深遠(yuǎn)，加大了現(xiàn)階段的防災(zāi)減災(zāi)治理的難度，并提出了更高的要求。LUCC變化將影響到部分區(qū)域水資源時(shí)空分布格局，不僅對(duì)部分已建或待建水利工程的正常運(yùn)行與興利效益的充分發(fā)揮將產(chǎn)生一定的影響，而且將影響到部分區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用方式。因此，LUCC變化引起的水資源、環(huán)境、生態(tài)等方面影響已經(jīng)成為科學(xué)界與決策部門關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，其變化規(guī)律、影響過(guò)程與機(jī)制等的研究將有助于我們更好的采取合適的應(yīng)對(duì)策略，推動(dòng)人與自然的和諧發(fā)展及更好的促進(jìn)有利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方方面面工作的開(kāi)展。

隨著遙感與地理信息系統(tǒng)的長(zhǎng)足發(fā)展，豐富了可用于不同用途的遙感數(shù)據(jù)源，促進(jìn)了數(shù)據(jù)處理方法的進(jìn)步、地物信息反演的成熟及高分辨率數(shù)據(jù)獲取的可能取，極大的方便了土地利用/土地覆被的研究。鑒于地物信息是人類與自然界交互的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，關(guān)于LUCC相關(guān)方面的研究主要集中于LUCC遙感監(jiān)測(cè)方法[1]及算法優(yōu)化[2]、LUCC變化規(guī)律[3-4]、LUCC變化的驅(qū)動(dòng)因素[5]、LUCC變化對(duì)徑流變化規(guī)律[6]、水文循環(huán)、能量平衡[7-8]、生態(tài)系統(tǒng)[9-10]等方面的研究。目前關(guān)于LUCC變化的研究主要涉及兩個(gè)方面，一是借助高分辨率的遙感數(shù)據(jù)及合理的算法，精確獲得不同時(shí)期的LUCC變化圖，然后借助統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法分析不同類型土地利用的變化規(guī)律及轉(zhuǎn)化趨勢(shì)，并進(jìn)行誘因或驅(qū)動(dòng)因素的探究；另一方面是為了更好研究LUCC變化對(duì)方方面面的影響，借助不同方法、模型來(lái)預(yù)估未來(lái)不同時(shí)期LUCC變化圖，不同的土地利用變化模擬模型相繼被提出，如元胞自動(dòng)機(jī)CA模型[11]、多智能體ABM模型[12]、CA-Markov[13]、FLUS模型[14]、CLUSE-S[15]等，并應(yīng)用于探究LUCC變化影響的內(nèi)容。隨著其他學(xué)科人們認(rèn)識(shí)水平的提高，研究手段的改進(jìn)，極大的促進(jìn)了人們對(duì)LUCC變化影響的理解、應(yīng)對(duì)方法的研究 、相關(guān)措施的制定，可更好的服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)際，如分布式水文模型快速發(fā)展及不斷的改進(jìn)，可與LUCC變化圖相結(jié)合更好的探究產(chǎn)匯流規(guī)律、不同土地利用類型涵養(yǎng)水源的能力以及LUCC變化對(duì)水資源時(shí)空分布規(guī)律影響等方面，可為決策部門生態(tài)環(huán)境治理、水土保持工作的開(kāi)展、水資源的合理開(kāi)發(fā)利用與優(yōu)化配置等提供一定的指導(dǎo)依據(jù)；也為更好探究LUCC變化與氣候變化、人類活動(dòng)三者的聯(lián)系提供了基礎(chǔ)、理清LUCC變化對(duì)于植物群落演替、生物種群消長(zhǎng)與多樣性之間的關(guān)系提供了強(qiáng)有力的支撐?？傊恋乩米兓矫娴难芯吭谝欢ǔ潭壬蠈?duì)于其他學(xué)科的發(fā)展、人們對(duì)于自然規(guī)律的認(rèn)知、合理措施與政策的制定等方面有極大的幫助，反過(guò)來(lái)一定程度上推進(jìn)了土地利用變化本身的研究。

位于祖國(guó)邊陲的新疆，降水稀少、氣候干燥、生態(tài)環(huán)境極其脆弱。相伴而生的綠洲生態(tài)系統(tǒng)對(duì)所在區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了極其重要的作用，為更好的順應(yīng)自然環(huán)境、創(chuàng)造更加適宜的生存環(huán)境、加大開(kāi)發(fā)的力度，新疆采取了一系列措施進(jìn)行著綠洲環(huán)境的拓展，如吸引移民、加大開(kāi)荒力度、植樹(shù)造林等，重塑著所在區(qū)域的自然景觀與地表形態(tài)，在人為因素與自然因素共同作用下，所在區(qū)域土地利用方式或地表覆被發(fā)生著巨大的變化。由于不同區(qū)域自然環(huán)境及可開(kāi)發(fā)利用資源的差異，其基本上發(fā)展定位也存在一定的異同，因此，對(duì)于土地利用的影響程度也存在一定的差異，進(jìn)而影響到了與LUCC變化相關(guān)的方方面面。烏蘇市歷史上歷經(jīng)多次管轄區(qū)域的更迭，1968年后屬塔城地區(qū)，并于1996年7月10日設(shè)市。由于所在區(qū)域跨準(zhǔn)噶爾盆地和北天山山地兩大地貌單元，氣候地貌的地帶性差異很大，垂直分帶明顯，地貌類型多樣，所在區(qū)域?yàn)楦玫倪m應(yīng)自然環(huán)境、發(fā)展社會(huì)，對(duì)土地利用方式進(jìn)行了較大的人為擾動(dòng)，進(jìn)而影響到了其他方面。為更好的探究所在區(qū)域土地利用變化規(guī)律、理清人類活動(dòng)對(duì)影響以及更好指導(dǎo)LUCC變化對(duì)其他方面工作開(kāi)展，本研究以2001-2019年MODIS土地利用/覆被變化(LUCC)數(shù)據(jù)MCD12Q1為基礎(chǔ)，借助GIS平臺(tái)、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法及相應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)開(kāi)展了土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)響應(yīng)的研究。

1 資料來(lái)源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

烏蘇市地處準(zhǔn)噶爾盆地西南部緣，天山支脈婆羅科努山和依連哈比爾尕山北麓，介于東經(jīng)83°20′～85°18′北緯43°26′～45°15′之間。，地勢(shì)由北而南隨海拔程度的升高，氣候地貌的地帶性差異很大，垂直分帶明顯，地貌類型多樣。屬北溫帶大陸性干旱氣候，氣候四季分明，夏季炎熱、冬季嚴(yán)寒，降水較少，空氣干燥，溫度年、日變化較大，光照充足。多年平均氣溫8.1℃，極端最高氣溫42.2℃，極端最低氣溫-36.5℃；多年平均降水量為175.9 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 164.0 mm，年平均風(fēng)速為2.9 m/s，年平均日照時(shí)數(shù)為2 832 h；無(wú)霜期為190 d；灌冬季最大積雪深度為41 cm，最大凍土深度150 cm。

1.2 資料來(lái)源

本研究用到的資料主要包括：實(shí)測(cè)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)、MODIS土地利用/覆被變化(LUCC)數(shù)據(jù)MCD12Q1、分辨率為30的ASTER DEM數(shù)據(jù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。

(1)實(shí)測(cè)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)。本研究選取烏蘇市氣象站點(diǎn)1960～2019年氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。

(2) 土地利用/覆被數(shù)據(jù)。研究中所用到的土地利用/覆被變化(LUCC)數(shù)據(jù)來(lái)源美國(guó)EOS/MODIS數(shù)據(jù)中心提供的LUCC數(shù)據(jù)(MCD12Q1)，選取時(shí)間序列為2001-2019年，空間分辨率為500 m×500 m。

(3)ASTER DEM數(shù)據(jù)。研究中所用到的地形起伏變化分析的DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)EOS/MODIS數(shù)據(jù)中心提供的ASTER GDEM數(shù)據(jù)，水平分辨率為30 m×30 m。

(4) 社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。研究中所用到的土地利用變化對(duì)人類活動(dòng)的響應(yīng)分析的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于新疆統(tǒng)計(jì)年鑒，時(shí)間序列為2001-2019年。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用的動(dòng)態(tài)變化特征分析

通過(guò)對(duì)處理的土地利用/覆被數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不同土地利用類型研究期末與初期的變化量，并分析不同土地利用類型變化量與研究期初的比例關(guān)系，探究土地利用的動(dòng)態(tài)變化特征分析。

1.3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

考慮到盡管通過(guò)分析不同土地利用類型的增減能夠反映出土地利用的實(shí)際情況，但其并不能夠反應(yīng)出真實(shí)土地利用類型間變化與轉(zhuǎn)變情況，而土地利用轉(zhuǎn)移矩陣不僅能夠反應(yīng)出不同土地利用類型的變化規(guī)律，而且也能夠較好的揭示不同土地利用類型間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系(轉(zhuǎn)移方向與轉(zhuǎn)換面積)，更有助于理清土地利用的演化規(guī)律，揭示人類活動(dòng)對(duì)其的擾動(dòng)影響，探究其變化驅(qū)動(dòng)因素。其表達(dá)式為：

1.3.3 土地利用變化驅(qū)動(dòng)因素分析

考慮到土地利用變化受自然因素與社會(huì)因素的影響較大，選用降水、氣溫與地形等自然因素分析其對(duì)研究區(qū)土地利用變化影響的關(guān)系；借助統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選用對(duì)土地利用/覆被變化較大的人口因素，分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)LUCC變化的影響。

2 結(jié)果分析

2.1 總體特征分析

本研究借助2001-2019年MODIS土地利用/覆被變化(LUCC)數(shù)據(jù)(MCD12Q1)進(jìn)行研究區(qū)LUCC變化方面分析。鑒于MCD12Q1數(shù)據(jù)是根據(jù)一年中某一時(shí)期的Terra和Aqua觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)聯(lián)合處理生用于描述土地覆蓋情況。該數(shù)據(jù)包含17個(gè)主要土地覆蓋類型，即依據(jù)國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)劃分依據(jù)，包含11個(gè)自然植被類型、3個(gè)土地開(kāi)發(fā)和鑲嵌的地類和3個(gè)非草木土地類型定義類，由五種分類方案。根據(jù)研究區(qū)的特點(diǎn)， 本研究以IGBP的全球植被分類方案為依據(jù)進(jìn)行土地覆蓋類型的劃分，研究區(qū)土地覆蓋類型共有12種，并最終進(jìn)行歸類匯總，分為8大類，如表 1所示。由表可知，研究區(qū)土地覆蓋類型以草地、農(nóng)用地、稀疏植被為主，其他地類所占的比重不大，近19年來(lái)也主要是這三種地類類型有較明顯的波動(dòng)變化，其中草地、農(nóng)用地、稀疏植被主要分別分布在平均海拔高度在1 338 m、351m與2 174 m范圍內(nèi)；農(nóng)用地主要分布于研究區(qū)河流流經(jīng)的東北部，草地主要分布于海拔較低、且降水較豐富的中、低帶區(qū)域；稀疏植被主要散布于海拔相對(duì)較高、降水偏少、土壤相對(duì)較貧瘠的區(qū)域，其他地類面積不大，散布地整個(gè)研究區(qū)。近19 a來(lái)研究區(qū)城市和建筑區(qū)用地面積幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，面積始終保持在70 km2，說(shuō)明人類活動(dòng)對(duì)該地類沒(méi)有大的影響，城建區(qū)幾乎沒(méi)有擴(kuò)張。

表1 土地覆蓋類型分類表

2.2 不同地類變化趨勢(shì)分析

經(jīng)過(guò)對(duì)2001-2019年MODIS土地利用/覆被變化(LUCC)數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、投影、裁剪、格式轉(zhuǎn)換、地類信息提取、分類歸并等步驟最終得到不同時(shí)間尺度研究區(qū)LUCC數(shù)據(jù)，計(jì)算不同地類在當(dāng)年所占例，并根據(jù)不同地類所占百分比的特點(diǎn)，分類統(tǒng)計(jì)其變化趨勢(shì)(圖 1)。由圖1可以看出，研究區(qū)除草地與稀疏植被面積所占比例呈下降趨勢(shì)、城市和建筑區(qū)面積占比例基本不變外，其他地類面積所占比例呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其變化率存在一定的差異，整個(gè)上可以說(shuō)明，在2001-2019年間研究區(qū)其他地類面積的增加是以擠占草地與稀疏植被面積為基礎(chǔ)。研究區(qū)林地面積本身較小，近19 a來(lái)所占的比例波動(dòng)變化較小，呈弱的增加趨勢(shì)，其線性變化傾向率為0.006%/10a。盡管濕地面積不大，但由于受近年來(lái)整個(gè)新疆變暖、變濕氣候變化特征的影響，濕地所占的比例波動(dòng)增大較明顯，尤其是2008年后，但明顯增大的趨勢(shì)在2016年后有所減緩，整體其線性變化傾向率為0.14%/10a。水體所占比例在2018年前波動(dòng)增加不太明顯，但由于2019年所在區(qū)域水庫(kù)蓄水量的較大，水域面積增大非常明顯，其次是2019年LUCC數(shù)據(jù)獲取的遙感影響時(shí)間與其他年份有可能有差異，引起水域面積所占的比例增大近3倍左右；2018年前其線性變化傾向率為0.023%/10a，整個(gè)時(shí)間段其線性變化傾向率為0.047%/10a。草地與稀疏植在研究區(qū)的面積較大，2001-2019年被所占面積的比例呈弱的波動(dòng)減小的趨勢(shì)，其線性變化傾向率分別為-3.368%/10a、-1.951%/10a；由于所在區(qū)域支柱產(chǎn)業(yè)為農(nóng)業(yè)，因此，近19 a來(lái)農(nóng)用地的面積呈持續(xù)增加的趨勢(shì)，與2001年相比，到2019年農(nóng)用地所占面積比例較2001年增大了1.72倍，其整個(gè)線性變化傾向率為4.71%/10a。由于在整個(gè)新疆降水增多、氣溫升高的大氣候變化背景下，研究區(qū)山區(qū)降水量也在明顯較多，最好的印證就是不同時(shí)期遙感解譯冰雪面積在增大，冰雪面積所占比例波動(dòng)增大較明顯，與2001年相比，到2019年冰雪區(qū)所占面積比例較2001年增大了1.82倍，其整個(gè)線性變化傾向率為0.417%/10a。研究區(qū)城市和建筑區(qū)面積所占的比例近19 a來(lái)幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，其主要原因是研究區(qū)面積本身不大，所在區(qū)域近年來(lái)在城市擴(kuò)張不明顯、且常住居民人口數(shù)量變化較?。黄浯问潜狙芯克捎肔UCC數(shù)據(jù)分辨率為500 m×500 m，較粗，對(duì)于弱的城市和建筑區(qū)面積的變化反映不明顯。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)土地利用的動(dòng)態(tài)變化特征分析可知，整體各年際間不同土地利用類型變化量與研究期初的比例關(guān)系除農(nóng)用地始終呈正增大、城市和建筑區(qū)始終為零外，其他土地利用類型動(dòng)態(tài)變化特征毫無(wú)規(guī)律性，時(shí)正時(shí)負(fù)。不同土地利用類型面積各年間的動(dòng)態(tài)變化率林地在-27.3%～25.0%、草地在-1.1%～0.9%、濕地在-12.4%～44.0%、農(nóng)用地0.5%～5.8%、冰雪區(qū)在-1.5%～9.0%、稀疏植被在-3.8%～1.2%、水體在-10.8%～131.1%、城市和建筑區(qū)為0%。林地除2002～2005、2014與2018年動(dòng)態(tài)變化率為負(fù)外，其他年際間均為正；草地除2015-2017年動(dòng)態(tài)變化率為正，其他年際間均為負(fù)；濕地除2002-2003、2007與2018-2019年動(dòng)態(tài)變化率為負(fù)外，其他年際間均為正；農(nóng)用地所有年際間的動(dòng)態(tài)變化率均為正；冰雪區(qū)除2008年動(dòng)態(tài)變化率為負(fù)外，其他年際間均為正；稀疏植被除2003-2007年動(dòng)態(tài)變化率為負(fù)外，其他年際間均為正；水體由于受所在區(qū)域降水量多少、水利樞紐運(yùn)行管理方式、水資源利用方式等因素的影響年際間動(dòng)態(tài)變化差異較大，其中2002-2003、2009、2013、2015與2018年動(dòng)態(tài)變化率為負(fù)外，其他年際間均為正。造成研究區(qū)土地利用的動(dòng)態(tài)變化特征較復(fù)雜、無(wú)規(guī)律性(除農(nóng)用地外)的原因是雙重的，不僅與自然因素的變化有關(guān)，還受所在區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中人為擾動(dòng)因素相關(guān)，兩者相互影響、相互作用。

圖1 不同地類所占比例變化趨勢(shì)

2.3 不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)化特征

考慮到年際間土地利用的波動(dòng)變化較敏感，且受遙感數(shù)據(jù)選取的時(shí)段、有無(wú)云天氣的影響等因素的影響，可能不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)化存在較大的偏差。因此，本研究對(duì)整個(gè)研究期分為4個(gè)時(shí)間段，即2001-2005、2005-2010、2010-2015及2015-2019年探究不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)化關(guān)系(表2～表5)，由于城市和建筑區(qū)面積在整個(gè)研究期沒(méi)有發(fā)生變化，因此本研究剔除了該土地類型。由表可知，2001-2005年間，共有436 km2的土地類型發(fā)生了改變，其中，稀疏植被的轉(zhuǎn)入面積最大，為160 km2，全部來(lái)自草地，其次為農(nóng)用地轉(zhuǎn)入面積較大，為147 km2，也全部來(lái)自草地；草地主要轉(zhuǎn)為稀疏植被(貢獻(xiàn)率為50.5%)與農(nóng)用地(貢獻(xiàn)率為49.5%)，轉(zhuǎn)出面積最大，為297 km2；稀疏植被主要轉(zhuǎn)為草地(貢獻(xiàn)率為67.8%)與冰雪(貢獻(xiàn)率為31.8%)，轉(zhuǎn)出面積較大，為113 km2，其主要誘因可能與這一時(shí)間段選取遙感影像期降水相對(duì)偏多有關(guān)；其他土地類型本身面積不大，相互間的轉(zhuǎn)化關(guān)系不明顯。2005-2010年間，共有746 km2的土地類型發(fā)生了改變，其中轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出規(guī)律與前一時(shí)間段基本一致，即農(nóng)用地的轉(zhuǎn)入面積最大，為415 km2，全部來(lái)自草地，其次為稀疏植被轉(zhuǎn)入面積較大，為120 km2，也全部來(lái)自草地；草地主要轉(zhuǎn)為農(nóng)用地(貢獻(xiàn)率為79.0%)與稀疏植被(貢獻(xiàn)率為18.8%)，轉(zhuǎn)出面積最大，為525 km2；稀疏植被主要轉(zhuǎn)為草地(貢獻(xiàn)率為77.5%)與冰雪(貢獻(xiàn)率為21.3%)，轉(zhuǎn)出面積較大，為191 km2；其他土地類型間的轉(zhuǎn)化關(guān)系不明顯。2010-2015年間，共有717 km2的土地類型發(fā)生了改變，其中轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出規(guī)律與前二個(gè)時(shí)間段基本一致，即農(nóng)用地的轉(zhuǎn)入面積最大，為349 km2，全部來(lái)自草地，其次為草地轉(zhuǎn)入面積較大，為201 km2，要來(lái)自稀疏植被(貢獻(xiàn)率為88.0%)和農(nóng)用地(貢獻(xiàn)率為13.2%)；草地主要轉(zhuǎn)為農(nóng)用地(貢獻(xiàn)率為80.4%)與稀疏植被(貢獻(xiàn)率為16.0%)，轉(zhuǎn)出面積最大，為434 km2；稀疏植被主要轉(zhuǎn)為草地(貢獻(xiàn)率為75.0%)與冰雪(貢獻(xiàn)率為23.9%)，轉(zhuǎn)出面積較大，為191 km2；其他土地類型間的轉(zhuǎn)化關(guān)系不明顯。2015-2019年間，共有972 km2的土地類型發(fā)生了改變，其中轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出規(guī)律與前幾個(gè)時(shí)間段基本一致，即草地的轉(zhuǎn)入面積最大，為448 km2，主要來(lái)自稀疏植被(貢獻(xiàn)率為88.0%)和農(nóng)用地(貢獻(xiàn)率為10.6%)，其次為農(nóng)用地轉(zhuǎn)入面積較大，為347 km2，全部來(lái)自草地；稀疏植被主要轉(zhuǎn)為草地(貢獻(xiàn)率為86.1%)與冰雪(貢獻(xiàn)率為12.3%)，轉(zhuǎn)出面積最大，為458 km2；草地主要轉(zhuǎn)為農(nóng)用地(貢獻(xiàn)率為81.5%)與稀疏植被(貢獻(xiàn)率為12.6%)，轉(zhuǎn)出面積較大，為426 km2；其他土地類型間的轉(zhuǎn)化關(guān)系不明顯。

在4個(gè)時(shí)期中，研究區(qū)主要發(fā)生變動(dòng)較大的土地類型為草地、稀疏植被、農(nóng)用地，并以主要以草地與稀疏植被面積向其他土地類型轉(zhuǎn)入為主；林地、水體與濕地的波動(dòng)變化最?。晦r(nóng)用地本身的波動(dòng)變化較小，主要是向草地轉(zhuǎn)變，這與國(guó)家所倡導(dǎo)、當(dāng)?shù)貙?shí)施的農(nóng)作物休耕輪種制度相關(guān)。

表2 2001-2005土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

表3 2005-2010土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

表4 2010-2015土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

表5 2015-2019土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

2.4 LUCC變化潛在驅(qū)動(dòng)因素分析

誘發(fā)LUCC變化的因素主要有自然因素與社會(huì)因素兩個(gè)方面，自然因素主要是降水與氣溫要素的變化引起的，相對(duì)而言LUCC變化對(duì)其的響應(yīng)過(guò)程較緩慢、周期較長(zhǎng)；社會(huì)因素對(duì)LUCC變化主要是人為因素(人類活動(dòng))對(duì)其的影響，其強(qiáng)度相對(duì)而言比較劇烈、效果明顯、影響深遠(yuǎn)。自然因素與人為因素又存在顯著的互饋?zhàn)饔门c機(jī)制，較復(fù)雜。因此，LUCC變化潛在驅(qū)動(dòng)因素也相對(duì)較復(fù)雜，為更好的理清所在區(qū)域LUCC變化潛在驅(qū)動(dòng)因素，指導(dǎo)科學(xué)合理的土地利用開(kāi)發(fā)，從自然與社會(huì)因素兩個(gè)方面分析近19年來(lái)其對(duì)LUCC變化的影響。

2.4.1 自然因素與LUCC變化的聯(lián)系

鑒于降水的多少與氣溫的高低區(qū)域植被覆蓋起決定性的作用，而最高氣溫的變化又直接影響著研究區(qū)中、高海拔區(qū)域冰川與積雪消融量的多少，進(jìn)而決定著所在區(qū)域可用的水資源量，間接又誘發(fā)LUCC變化，因此，選用研究區(qū)1960～2019年烏蘇市氣象站降水、平均氣溫與最高氣溫要素，采用差積曲線分析各要素變化規(guī)律(圖2)，分析其與LUCC變化間的聯(lián)系。由圖2可知，各要素明顯經(jīng)歷了三個(gè)變化階段，即降水明顯減少(1960-1982年)、緩慢波動(dòng)增多(1983-1996年)、急劇增加(1997-2019年)，平均氣溫與最高氣溫明顯降低(1960-1988年)、緩慢波動(dòng)升高(1989-1995年)、快速升高(1996-2019年)。本研究LUCC變化的分析期剛好處于降水急劇增加、溫度快速升高階段，降水與氣溫因素的變化，利于所在區(qū)域植被覆蓋與生態(tài)環(huán)境的改善；由于氣溫的升高又利于中、高山帶冰川與積雪融水消融量的增加，不僅利于自然植被的生長(zhǎng)，又為人類通過(guò)水利工程蓄存水量，加快所在區(qū)域的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了一定的條件，進(jìn)而為強(qiáng)人類活動(dòng)誘發(fā)LUCC變化提供了有力的支撐，關(guān)于自然因素變化對(duì)LUCC變化的具體的影響圖還有待于進(jìn)一步的研究。

圖2 研究區(qū)不同氣象要素差積曲線圖

2.4.2 社會(huì)因素地LUCC變化的影響

社會(huì)因素是LUCC變化的主導(dǎo)因素，對(duì)其影響極其深遠(yuǎn)，且成效明顯、強(qiáng)度較劇烈，其中人口的增減、經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)與LUCC變化尤為顯著。因此，本研究從人口與各業(yè)生產(chǎn)總值來(lái)分析社會(huì)因素地LUCC變化的影響(圖3)。由圖中可以看出，研究區(qū)人口從統(tǒng)計(jì)期1989年以來(lái)在持續(xù)增加(1989年總?cè)丝跒?6.46萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口4.31萬(wàn)人、農(nóng)業(yè)人口11.85萬(wàn)人)，到2013年左右達(dá)到峰值，為23.14萬(wàn)人，2013后呈不明顯的波動(dòng)減少趨勢(shì)。研究區(qū)總?cè)丝诘脑鲩L(zhǎng)率為43.15%，其中城鎮(zhèn)人口的增長(zhǎng)率為89.23%、農(nóng)業(yè)人口的增長(zhǎng)率為26.63%。盡管研究區(qū)城鎮(zhèn)人口增長(zhǎng)幅度較大，但由于本身城鎮(zhèn)人口的基數(shù)較小(僅占總?cè)丝诘?5%左右)，而農(nóng)業(yè)人口基數(shù)較大(占總?cè)丝诘?5%左右)，因此，為更好的生存與改善生活質(zhì)量，對(duì)于土地的需求較大，尤其是農(nóng)業(yè)用地及風(fēng)沙治理的林地。加之2000年左右新疆為發(fā)展經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)開(kāi)荒背景下，對(duì)于LUCC變化的影響較為顯著，占用一定的草地與稀疏植被用地。從研究區(qū)國(guó)民生產(chǎn)總值、一產(chǎn)與二產(chǎn)產(chǎn)值可以看出，研究區(qū)從統(tǒng)計(jì)期開(kāi)始至2019年這三個(gè)要素均呈增加趨勢(shì)，相對(duì)而言，一產(chǎn)產(chǎn)值增加較平緩，而國(guó)民生產(chǎn)總值與二產(chǎn)產(chǎn)值增加特別明顯，尤其是2007年后；2007年前一產(chǎn)對(duì)于所在區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的貢獻(xiàn)非常明顯，當(dāng)?shù)亻_(kāi)荒帶來(lái)的效果也較顯著；2007年后所在區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、發(fā)展定位的變化，二產(chǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，這也在一定程度上影響到了LUCC的變化。綜上所述，人口的增長(zhǎng)與所在區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致研究區(qū)不同土地利用類型相互間的變化，尤其對(duì)草地與稀疏植被用地影響較大，同時(shí)所在區(qū)域發(fā)展定位的變化及新疆調(diào)控政策的影響將持續(xù)對(duì)于研究區(qū)的LUCC的變化，且這種變化更加有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與土地資料的合理開(kāi)發(fā)利用。

圖3 研究區(qū)人口與生產(chǎn)總值變化情況

3 結(jié)語(yǔ)

為更好的指導(dǎo)研究區(qū)土地資源的合理開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，本研究基于長(zhǎng)系列MODIS土地利用/覆被數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)探究了研究區(qū)LUCC的變化規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)因素，初步得到以下結(jié)論：

(1)從不同地類的變化趨勢(shì)可知，近19 a來(lái)研究區(qū)草地與稀疏植被面積呈下減小的趨勢(shì)，建設(shè)用地面積總體保持不變，其它地類呈波動(dòng)增加的趨勢(shì)，總體可以說(shuō)明在19 a間研究區(qū)其他地類面積的增加是以擠占草地與稀疏植被面積為基礎(chǔ)。

(2)從不同地類間的轉(zhuǎn)化特征可知，研究區(qū)土地利用類型變化以草地、稀疏植被、農(nóng)用地為主，并主要以草地與稀疏植被面積向其他土地類型轉(zhuǎn)入為主；林地、水體與濕地的波動(dòng)變化最小，主要與自然因素的變化關(guān)系較密切；農(nóng)用地本身的波動(dòng)變化較小，主要是向草地轉(zhuǎn)變，這與休耕輪種制度有關(guān)。

(3)通過(guò)對(duì)LUCC變化潛在驅(qū)動(dòng)因素分析可知，自然因素中由于研究區(qū)降水的增多、氣溫的升高有利用于所在區(qū)域植被覆蓋與生態(tài)環(huán)境的改善，較多的中、高山區(qū)冰川積雪的消融間接到影響到了所在區(qū)域LUCC的變化，為所在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供的寶貴的水資源，進(jìn)一步為社會(huì)因素誘發(fā)LUCC變化提供了有力的支撐。社會(huì)因素中由于人口的增長(zhǎng)、國(guó)民生產(chǎn)總值的持續(xù)增加，在一定程度上影響到了LUCC變化，或者可以說(shuō)是以不同地類間的轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)，間接創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益。

盡管本研究基于長(zhǎng)系列MODIS土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究區(qū)土地利用變化趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)因素的探究，但由于MODIS數(shù)據(jù)本身較粗的分辨率對(duì)于面積較小的地類反映不全，其次是本研究采用的MODIS數(shù)據(jù)一年只有一期遙感影像，可能對(duì)受季節(jié)影響較大的地物反映存在較大的偏差；再次，自然因素與社會(huì)因素對(duì)于LUCC變化的影響是相互的，具體的驅(qū)動(dòng)因素?zé)o法明確分離出來(lái)，上述方面還需進(jìn)一步的深入研究。