艾則買提·艾賽提，海米提·依米提，許 寧，安外爾·艾則孜，董 煜

(1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院，新疆烏魯木齊 830046;2.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊 830046;3.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆烏魯木齊 830054)

土地利用變化是全球變化研究的主要內(nèi)容之一，它既受自然因素的制約，在一定地域上又受社會經(jīng)濟因素的綜合影響，具有明顯的綜合性和地域性。目前分析社會經(jīng)濟因素對土地利用的作用被擺在重要位置［1-2］。隨著人口的增長，土地作為有限的資源，越來越不能滿足人類的需要。因此，土地的合理利用研究成為解決此問題的核心內(nèi)容。在新疆，農(nóng)牧生產(chǎn)區(qū)的土地利用呈現(xiàn)出粗放的特點，對土地資源的不合理利用造成了土地生產(chǎn)能力的下降和生態(tài)環(huán)境的惡化。博爾塔拉蒙古族自治州(簡稱博州，下同)土地利用的相關研究較少，我們利用博州地區(qū)1972—2009年的遙感數(shù)據(jù)，對其土地利用時空變化進行研究，就是要揭示博州地區(qū)土地利用狀況在空間上的變化趨勢，探討博州地區(qū)土地利用變化驅動力機制，目的是為博州這樣一個生態(tài)環(huán)境脆弱、社會經(jīng)濟貧困落后、能源豐富的地區(qū)合理利用土地資源提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

博州位于新疆維吾爾自治區(qū)西北邊緣準噶爾盆地西南部，地處東經(jīng) 79°53'—83°53'、北緯 44°02'—45°23'之間，海拔189—4 569 m。轄博樂市、精河縣、溫泉縣、阿拉山口口岸行政管理區(qū)，是我國連接中亞和歐洲各國及向西開放國際貿(mào)易大通道的前沿基地。博州地區(qū)地貌特征大致由南北兩側山地、中部博爾塔拉河谷地和東部艾比湖盆地三大單元組成。溫帶大陸性氣候，年均氣溫6.0℃，年均降水量170.8 mm，年均蒸發(fā)量1 512.6 mm，年均無霜期160 d。新疆建設兵團農(nóng)五師師部及其11個農(nóng)墾團場分布在博州境內(nèi)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究土地利用數(shù)據(jù)選取了成像時間(季相)相近的1972年MSS影像數(shù)據(jù)(空間分辨率為60 m，軌道號為P157R029、P158R029)以及1990、1999和2009年的TM影像數(shù)據(jù)(空間分辨率為30 m，軌道號為P146R029、P147R029)。參考新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計年鑒(1972—2009)和博州統(tǒng)計年鑒(1972—2009)獲取博州地區(qū)改革開放以來的人口、耕地、經(jīng)濟等方面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行博州地區(qū)土地利用變化驅動機制研究。

2.2 研究方法

在ArcGIS軟件支持下，進行遙感影像計算機輔助解譯，生成4期土地利用圖。全面分析博州地區(qū)30多年來耕地變化規(guī)律，應用多元統(tǒng)計分析方法研究耕地數(shù)量變化的相關因子，并建立多元回歸模型。全部統(tǒng)計分析在SPSS 11.5統(tǒng)計軟件上進行。通過土地利用變化表征方法來計算出動態(tài)度、變化率、狀態(tài)、方向和趨勢等特征。

土地利用變化過程和趨勢可通過定量化的要素或數(shù)值如動態(tài)度、變化率、狀態(tài)、方向和趨勢等來表征，指數(shù)的數(shù)學表達式如下［3-4］:

式中:D為T時段某種土地覆蓋類型的動態(tài)度;Lb和La分別為研究期末和期初某種土地覆蓋類型的數(shù)量;Lc為發(fā)生變化的某種土地利用類型的年度變化量;T為研究時段;LUi為起始時刻第i類土地利用類型的面積;ΔLUi-j為研究時段第i類土地利用類型轉為第j類土地利用類型的面積;Sj為地類j發(fā)生空間位置轉換的面積;Pj+和P+j分別為研究期初和期末地類j的面積;Pjj為沒有發(fā)生變化的面積;Qj為地類j面積的數(shù)量變化;Cj為地類j的總變化量。

3 結果分析

3.1 土地利用時空變化過程

博州地區(qū)各年份土地利用空間格局見圖1。

圖1 博州地區(qū)1972—2009年土地利用空間變化格局

從空間變化過程來看，博州地區(qū)各土地利用類型中耕地面積有不斷增加的特征，而未利用地和林草地面積有明顯的減少，變化過程具體如下:

(1)耕地變化。新中國成立初期，博州的耕地面積僅為13 500 hm2，到1990年增長至119 900 hm2，是新中國成立初期的8.88倍。1949—1992年的43年中，共增耕地106 400 hm2，平均每年增加2 474 hm2。耕地面積有兩個高峰期，一是1958—1968年，增加耕地53 100 hm2，1968年比1957年耕地增加了2.10倍;二是1988—1992年，增加耕地32 400 hm2，1992年比1987年增加37%。1990—2009年耕地面積繼續(xù)增加，由原來的119 900 hm2漲至262 210 hm2。

(2)灘涂變化。1972年博州的灘涂面積是288 806 hm2，1990年增加到382 960 hm2，2009年達到了439 760 hm2。

(3)林草地變化。該地區(qū)1972年林草地面積1 541 500 hm2。1990年林草地面積達1 624 200 hm2，其中優(yōu)質草場占12.27%，良等占25.17%，中等占34.45%，低等占28.11%。2009年林草地的面積有所下降，為1 567 960 hm2。林草地面積的變化和該地區(qū)土地的退化關系密切。

(4)水域的變化。博州水域面積變化較大，1972年是128 700 hm2，1990年增加到208 800 hm2，但是到2009年水域面積又減少到138 270 hm2。該地區(qū)的水域變化和艾比湖湖面的增減有著密切的聯(lián)系。艾比湖湖面面積在20世紀80年代穩(wěn)定在50 000 hm2，90年代艾比湖湖面面積有所增加，主要原因是流入艾比湖的河流處于豐水期，博爾塔拉河流域降水增加很多。到了2009年，湖面面積比20世紀90年代減少，這是導致流域水域面積減小的重要原因之一。

(5)未利用土地比20世紀90年代減少。

3.1.1 土地利用變化總量分析

土地利用類型面積變化是區(qū)域土地利用變化的重要方面，而土地面積的變化首先反映在不同土地利用類型土地面積的總量變化上，通過分析土地利用面積變化，可以了解土地利用變化總的態(tài)勢以及土地利用結構變化。

根據(jù)博州1972、1990、2009年3期數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可獲得該地區(qū)土地利用面積變化率(表1—2)。

表1 1972—1990年博州土地利用面積、結構、變化率、動態(tài)度

表2 1990—2009年博州土地利用面積、結構、變化率、動態(tài)度

3.1.2 土地利用動態(tài)度及變化趨勢分析

土地利用變化速度可定量描述土地利用類型的數(shù)量變化，對比較土地利用的區(qū)域差異和預測未來土地利用變化具有積極的意義。土地利用變化速度可分為兩類，即單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度。單一土地利用動態(tài)度是指某一區(qū)域一定時間內(nèi)某一土地利用數(shù)量的變化速度。博州1972—2009年土地利用動態(tài)度如表1—2。

為更加直觀地發(fā)現(xiàn)博州土地利用類型的動態(tài)變化，可將動態(tài)度數(shù)據(jù)繪制成圖2。

圖2顯示:博州的耕地在1972—2009年呈現(xiàn)出明顯的快速增長態(tài)勢;灘涂在1972—1990年間增長速度快，1990—2009年間年增長態(tài)勢減弱;林草地、水域在1972—1990年間增長速度較快，1990—2009年間增長態(tài)勢呈現(xiàn)負增長;未利用土地20年來一直表現(xiàn)出負增長態(tài)勢，1972—1990年間負增長速度快，1990—2009年間負增長態(tài)勢減弱。

3.2 土地利用變化的驅動機制分析

土地利用動態(tài)變化的影響因素極其復雜，涉及人口、自然、經(jīng)濟、社會、制度、技術等方面，博州作為一個典型的干旱農(nóng)業(yè)區(qū)，自然因素對其土地利用動態(tài)變化的影響跟其他干旱區(qū)類似，因此本研究只對其社會經(jīng)濟因素進行分析。為使分析更科學、客觀，我們對驅動因子分別進行了定量和定性分析。土地利用變化受到人類活動的影響，對影響土地變化的社會驅動力進行定量分析，不但有助于進一步搞清楚面積變化與社會發(fā)展之間的關系，而且有利于把握土地面積變化過程中各因素所起的作用，便于有針對性地指導該地區(qū)土地的合理利用。

圖2 博州地區(qū)土地利用動態(tài)趨勢圖

我們利用1972—2009年博州地區(qū)統(tǒng)計年鑒資料，選取影響土地利用變化的8個指標，進行主成分分析，主成分分析結果表明有1個特征值大于1，且這8個指標已包含90%以上的變化率。在確定1個主成分的前提下，計算出來的主成分的累積貢獻率已達86.137%，完全符合分析要求，由此可進一步得出主成分載荷矩陣(表3)。該載荷矩陣能反映相關指標在主成分中的相對重要性［5］。

從第一主成分可以看出，X1、X2、X3…X7與其相關性最大且正相關。因此，博州土地利用變化的驅動力可概括為經(jīng)濟綜合因素、人口和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素等。

表3 主成分載荷矩陣

3.2.1 社會經(jīng)濟因素

國民生產(chǎn)總值、社會固定資產(chǎn)投資、農(nóng)村用電量是構成第一主成分的重要因子［6-7］，它們與第一主成分的相關系數(shù)分別為0.983、0.983、0.972。改革開放以來博州地區(qū)經(jīng)濟增長較快，尤其是1990年以來，經(jīng)濟飛速增長，國民生產(chǎn)總產(chǎn)值1988年為42 312.82萬元，至2010年達1 312 613萬元;農(nóng)村用電量從1988年的1 100萬kW/h增加到2010年的13 897萬kW/h。同時，社會固定資產(chǎn)投資也飛速增長，1988年博州地區(qū)社會固定資產(chǎn)投資為23 703萬元，至2010年已達1 631 067萬元。這種經(jīng)濟增長一方面促使農(nóng)村居民純收入不斷增加，另一方面促使工業(yè)用地和城鄉(xiāng)居民用地不斷增加并改變了該地區(qū)土地利用方式及類型。

3.2.2 人口因素

人類是最具活力的土地利用變化的驅動力之一［8-9］。研究區(qū)1988年的總人口為30.73萬人，2010年達47.83萬人，增加了17.1萬人。人口增加引起建設用地的增加，直接導致博州地區(qū)土地利用方式發(fā)生變化。

3.2.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素

農(nóng)業(yè)一直是博州地區(qū)重要的經(jīng)濟來源，博州農(nóng)牧漁業(yè)總產(chǎn)量在主成分中的相關系數(shù)最高，為0.991。2010年，博州地區(qū)機械總動力為46 365萬kW，為1978年的2.61倍;農(nóng)牧漁業(yè)總產(chǎn)值從1988年的25 478萬元增加到544 307萬元，是1978年的21倍。農(nóng)業(yè)科技的進步刺激了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，使得大量草地和濕地被開墾為耕地，致使耕地面積顯著增加。由此可見，先進的科學技術對于流域土地可持續(xù)利用有很大貢獻。

4 結果與討論

(1)1972—2009年，博州地區(qū)耕地、灘涂面積保持較快的增長態(tài)勢;林草地、水域面積由大幅增長變?yōu)槊黠@減少;林地、未利用地減少態(tài)勢顯著。

(2)土地利用變化驅動因子分析表明，總人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)、社會固定資產(chǎn)投資、農(nóng)牧漁業(yè)總產(chǎn)值、機械總動力在第一主成分上有較高的載荷，也就是說一個地區(qū)的土地利用與該地區(qū)的生產(chǎn)力水平和產(chǎn)業(yè)結構有著密切的關系。產(chǎn)業(yè)結構的變化會引起土地資源的重新分配，從而導致土地利用結構的變化，經(jīng)濟結構的變化會引起土地利用的變化，反之，土地利用結構的變化又會影響到區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展。人口的不斷增加也會導致土地資源的重新分配，進而影響土地利用結構的變化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術的發(fā)展在某種程度上影響土地利用方式變化。

(3)博州地區(qū)在開發(fā)利用土地資源的過程中，因忽視生態(tài)問題已導致土地沙化和鹽漬化有日趨嚴重之勢。未來若干年內(nèi)，隨著博州地區(qū)新增移民、墾荒力度的加大和風電裝機量的劇增，以及大規(guī)模的水利工程建設，都可能在較短時間內(nèi)引起較大的環(huán)境結構變化，水域濕地面積會進一步減少，鹽漬地、沙地會進一步擴大，生態(tài)環(huán)境有繼續(xù)惡化的可能。為保障博州地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，必須強化全社會的環(huán)境保護意識，走土地利用集約型發(fā)展之路。

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