干旱區內陸河流域土地利用結構時空變化分析
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摘要：為了解西北內陸干旱地區土地利用結構變化特征，以塔里木河流域為例，選取2009—2015年的土地利用數據，分析了土地利用動態變化、土地利用程度變化及土地利用結構時空變化。結果表明，2009—2015年塔里木河流域建設用地、耕地和其他農用地面積呈增長趨勢，園地、林地、草地、水域、未利用地面積持續下降;土地利用綜合指數呈增長趨勢，土地利用的集約化程度逐漸提高，但總體水平較低;土地利用結構有序性和結構性穩步增長，其中阿克蘇地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區土地利用結構有序性和優勢度較低，而和田地區和巴音郭楞蒙古自治州土地利用程度較低，保持有序狀態。
關鍵詞：土地利用結構;時空動態變化;塔里木河流域
中圖分類號：F301.2 文獻標識碼：A
文章編號：0439-8114（2019）07-0062-05
Abstract： In order to understand the characteristics of land use structure change in arid inland areas of northwest China， taking the Tarim River Basin as an example， the dynamic change of land use， land use degree changes，spatial and temporal variation of land use structure was analyzed using the land use data from 2009 to 2015. The results showed that the area of construction land， cultivated land and other agricultural land in the Tarim River Basin increased from 2009 to 2015， and the area of garden land， woodland， grassland， water area and unused land continually decreased. The comprehensive land use index showed a growing trend， and the intensification degree of land use was gradually increased， but the overall level was low. The land use structure had an orderly and structurally steady growth， in which the land use structure of the Aksu area， the Kizilsu Kirghiz Autonomous Prefecture and the Kashgar region was lower orderly and structurally， while the land use intensity in the Hetian area and the Bayingoyu Mongolian Autonomous Prefecture was low， and was higher orderly.
Key words： land use structure; spatial and temporal variation; Tarim River Basin
土地利用結構變化是土地利用類型與土地利用方式共同作用的結果。區域土地利用結構動態變化規律研究是區域自然條件、資源和社會經濟發展結構及其優化配置研究的重要前提和途徑，對區域土地合理利用及其產業布局具有一定的指導意義。近年來，隨著人類活動范圍的擴大和程度的加劇，河流城市的土地利用變化對河流水文循環、水土流失、氣候變化及生物多樣性的影響越來越大，嚴重威脅城市河流的生態安全[1-3]，已成為區域土地利用變化研究的熱點。中國西北干旱區內陸河流域具有抗干擾能力弱、生態脆弱的特點，對其土地利用結構變化的研究是干旱區環境調控和可持續發展的基礎。地處新疆腹地的塔里木河流域是中國西北干旱區內陸河流域的代表區域，對此流域土地利用結構研究較少，大多集中于干流區域。本研究以塔里木河整體流域為典型案例，以期通過對其土地利用動態變化、土地利用程度變化及土地利用結構時空變化的研究來了解西北內陸干旱地區土地利用變化特征，為西北內陸地區土地資源開發與保護、土地利用結構優化以及經濟建設與區域資源環境的可持續發展提供科學依據，為干旱區綠洲城市的建設發展提供一定的理論指導。
1 研究區概況、數據來源與方法
1.1 研究區概況
塔里木河流域位于新疆維吾爾自治區南部，在天山山脈和昆侖山山脈之間，地理位置東經75°06′—92°50′，北緯36°30′—42°10′，東西長1 100 km，南北寬600 km，流域內高山盆地相間，是世界上最大的內陸河流域。塔里木河始于最長的源流——葉爾羌河流域，加上車爾臣河尾閭—臺特瑪湖，流域總長度2 486 km，主要包括“四源一干”，其中源流為阿克蘇河流域、和田河流域、葉爾羌河流域和開都河—孔雀河流域，干流為阿拉爾至臺特瑪湖河段，流域總面積102.6萬km2（位于中國境內的流域面積為99.6 km2）。流域范圍涉及行政區包括巴音郭楞蒙古自治州、阿克蘇地區、喀什地區、克孜勒蘇克爾克孜自治州、和田地區5個地（州）的38個縣（市）和新疆生產建設兵團的4個師轄地。
1.2 數據來源 目前，土地利用數據來源一般有3種，一是統計部門發布的數據資料，二是國土資源部門通過土地詳查及變更調查等得到的數據，三是科研單位通過遙感圖像解譯獲取的數據。本研究采用新疆維吾爾自治區國土廳提供的新疆土地變更調查（2009—2015年）數據。為了系統分析塔里木河流域土地利用動態特征，按照分類釋義和轉換對應關系將每年的變更調查分類轉換為全國土地分類（試行）二級類進行歸并，將其土地利用類型分為耕地、園地、草地、林地、其他農用地、建設用地、水域以及未利用土地8類。
1.3 研究方法
1.3.1 土地利用動態度 土地利用動態度（K）可定量描述區域一定時間范圍內某種土地利用類型數量的變化情況，有助于了解土地利用變化的總體態勢和土地利用結構的變化。如果K>0，則表示研究期內土地利用類型面積增加;K<0，表示研究期內土地利用類型面積減少;K=0，表示研究期內土地利用類型面積沒有變化。公式如下：
1.3.2 土地利用程度綜合指數及變化量 土地利用程度綜合指數反映土地利用的廣度和深度，適用于土地利用中土地本身的自然屬性和人類因素與自然環境因素的綜合效應評價。依據樊玉山等[4]提出的土地利用綜合分析方法，根據土地自然綜合體在各種社會因素影響下的自然平衡狀態將各種土地利用程度劃分為4級，并進行分級賦值，結合研究區特點及研究目的，依據土地利用程度分級標準[5]將未利用地分級指數定為1，林地、草地、其他農用地及水域分級指數定為2，耕地、園地分級指數定為3，建設用地分級指數定為4。
1.3.3 土地利用結構信息熵模型
2 結果與分析
2.1 塔里木河流域土地利用動態變化
對塔里木河流域土地利用數據進行整理和計算，結果如表1所示。由表1可知，2009年塔里木河流域土地利用類型以未利用地、草地、林地及水域為主，面積占比分別為78.50%、10.09%、4.54%及2.97%，到2015年主要土地利用類型未改變，仍以未利用地、草地、林地及水域為主，未利用地和草地面積占比略有下降，分別下降至78.41%、10.08%，林地、水域及其他農用地未發生變化，而建設用地面積占比變化較明顯，由2009年的0.68%增長至0.78%。
綜上所述，由于塔里木河流域獨特的地理環境，使得該區域的土地利用結構中未利用地、草地和林地一直是主要用地方式，各用地類型之間存在調整變化。隨著經濟發展和城市擴張建設用地需求量的增長，占比不斷增加。
根據式（1）計算得塔里木河流域各用地類型的土地利用動態度如表2所示。從表2可以看出，2009—2015年，塔里木河流域建設用地、耕地和其他農用地土地利用動態度大于0，說明面積呈增長趨勢，其中建設用地K值最大，即平均年變化速率最快，達到2.62%，耕地和其他農用地分別為0.10%和0.13%;園地、林地、草地、水域、未利用地K值小于0，說明其面積持續下降，園地每年減速為0.26%，林地、草地、水域、未利用地以每年0.02%的速度減少。從2009—2012年土地利用動態度和2012—2015年土地利用動態度兩組數據可以看出，除耕地外，其他各用地類型平均年變化速率較平穩（數值變化較小，說明其增長或下降變化平穩），而耕地動態度2012—2015年是2009—2012年的2.33倍，其在2012—2015年年增幅較大。
城市建設、城鎮化進程的推進導致建設用地迅速增長，耕地和其他農用地增長的原因是為了保證糧食產量和質量劃定18億畝耕地紅線，以及為建設新農村實施鄉鎮振興戰略，而園地的減少是由于塔里木河流域農業產業內部結構不合理、管理粗放、經濟效益低下，作為支撐中心城市發展的城郊型農業尚未形成，林地、草地的減少主要因為過度砍伐森林、過度放牧導致草場退化，建設用地的增加則是占用了水域、未利用地。
2.2 塔里木河流域土地利用程度變化
由表3可知，塔里木河流域2009、2012和2015年土地利用綜合指數呈增長趨勢，說明土地利用集約化程度逐漸增高，但低于全國平均水平的231.92[6]，表明塔里木河流域的土地利用程度較低。塔里木河流域在2009—2015年的土地利用程度變化量和土地利用程度變化率均大于0，表明其土地利用處于發展時期，隨著城市化水平提高和經濟快速發展，塔里木河流域對其土地利用方式進行不斷調整，促使土地資源向經濟效益更高的土地利用類型轉變，但從總體上來看，塔里木河流域土地利用處于緩慢發展時期。
土地利用程度綜合指數的最大極限值為400，而在整個研究期間塔里木河流域的土地利用程度綜合指數值約為125，均處于較低水平，其原因是流域內未利用地比例較大，其中包括無法或不適宜開發的鹽堿地、沼澤地、沙地及裸地等，且水資源匱乏，不利于土地利用及建設用地擴張。
2.3 塔里木河流域土地利用結構時空變化
2.3.1 土地利用結構時序分析 由表4可知，研究期內塔里木河流域土地利用結構信息熵整體呈平穩增長趨勢，信息熵最低值為0.838 3 Nat（2009年），最高值為0.843 1 Nat（2015年），均衡度與信息熵變化態勢相同，而優勢度的變化趨勢相反，說明塔里木河流域土地利用結構有序性和結構性穩步增長。將2009年塔里木河流域土地利用結構信息熵與全國相應年份土地利用結構信息熵（1.655 0 Nat）進行橫向比較[7]，前者明顯低于后者，說明塔里木河流域土地利用系統的有序性高于全國，結構性強于全國土地利用系統。
2.3.2 土地利用結構空間差異及分析 根據塔里木河流域2015年區域土地利用現狀，計算得出各行政區土地利用結構及其信息熵、均衡度和優勢度，結果見表5。由表5可知，塔里木河流域5個地區土地利用結構信息熵高于平均值（0.873 2 Nat）的有阿克蘇地區（1.299 5 Nat）、克孜勒蘇克爾克孜自治州（1.035 0 Nat）、喀什地區（0.971 8 Nat），信息熵最大值為阿克蘇地區，而和田地區和巴音郭楞蒙古自治州土地利用結構信息熵低于平均值，其中和田地區最低，為0.446 4 Nat。具體來看，塔里木河流域土地利用結構有序度高低與區域內用地呈密切關系，主要表現為兩部分，土地利用結構信息熵較高、優勢度較低的區域有阿克蘇地區、克孜勒蘇克爾克孜自治州、喀什地區，在空間上主要分布于塔里木河流域上游，各類型用地分布不均，形成有序度低的結果;而和田地區和巴音郭楞蒙古自治州主要為一種或兩種土地利用類型起支配作用，優勢度高，有序度高。 由此可知，區域土地的多樣化程度越高、土地類型越齊全，土地利用結構受人類活動的影響就越大，影響程度就越高，土地利用結構系統就越趨向無序狀態;相反，土地多樣化程度越低，土地類型越單一，土地利用系統就越能保持一個有序狀態[8]。
3 結論
本研究選擇塔里木河流域作為研究對象，利用塔里木河流域土地利用數據，參照全國土地分類及流域具體情況，分8種地類從土地利用結構動態變化、土地利用程度變化及土地利用結構時空變化3方面探討了2009—2015年土地利用結構變化，得出以下結論。
1）2009—2015年塔里木河流域土地利用類型主要以未利用地、草地和林地為主，各類型所占比例變化不大。塔里木河流域建設用地、耕地和其他農用地面積呈增長趨勢，其中建設用地平均年變化速率最快，達到2.62%，耕地在2012—2015年增幅較大;園地、林地、草地、水域、未利用地面積持續下降，園地每年減速為0.26%，其余類型每年減速均為0.02%。
2）2009—2015年塔里木河流域土地利用綜合指數呈增長趨勢，土地利用的集約化程度逐漸提高，但總體水平較低。
3）2009—2015年塔里木河流域及2015年各行政區土地利用結構信息熵分析表明，塔里木河流域土地利用結構有序性和結構性穩步增長，其中阿克蘇地區、克孜勒蘇克爾克孜自治州、喀什地區土地利用結構受人類活動影響較大，其有序性和優勢度較低，而和田地區和巴音郭楞蒙古自治州土地利用程度較低，保持有序狀態。
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