何寶忠, 高敏華, 趙軍安

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆大學(xué) 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830046)

基于馬爾科夫模型的吐魯番市土地覆被動(dòng)態(tài)變化研究

何寶忠1,2, 高敏華1,2, 趙軍安1

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆大學(xué) 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830046)

以吐魯番市1990年TM影像解譯數(shù)據(jù)和2005年、2011年的土地利用圖為數(shù)據(jù)源，通過建立馬爾科夫模型來預(yù)測(cè)該地區(qū)土地覆被變化情況。馬爾科夫模型的預(yù)測(cè)精度與模擬步長(zhǎng)密切相關(guān)，因此，首先以1990年為基礎(chǔ)年，基于不同的模擬步長(zhǎng)，預(yù)測(cè)2005年的各地類面積，并與其實(shí)際面積相比較，找出最佳模擬步長(zhǎng)。其次，用該最佳步長(zhǎng)預(yù)測(cè)2011年以后的土地覆被變化，由此分析該地區(qū)土地利用程度和土地利用空間變化動(dòng)態(tài)度。研究表明：(1) 未利用地和草地相互轉(zhuǎn)換數(shù)量較大；(2) 2005年后耕地減少較為迅速，供需矛盾日益突出，基本沒有實(shí)現(xiàn)耕地占補(bǔ)平衡；(3) 在21年間水體減少近6 000 hm2，很可能與全球氣候變暖有關(guān)；(4) 由于建設(shè)用地和園地的變化而使得土地利用程度逐年提高，說明經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是土地覆被變化的重要因素；(5) 人為因素是土地覆被變化的主要原因，人們正采取越來越有力的手段影響著土地覆被變化?；谏鲜鼋Y(jié)論，文章提出了相應(yīng)建議。

土地覆被; 馬爾科夫模型; 土地利用程度; 空間變化動(dòng)態(tài)度

自從1986年國(guó)際科學(xué)理事會(huì)提出國(guó)際地圈與生物圈計(jì)劃(IGBP)和全球變化人文計(jì)劃(IHDP)于1995年共同擬定并發(fā)表了《土地利用/土地覆被變化科學(xué)研究計(jì)劃》以來,世界各國(guó)廣泛開展了對(duì)LUCC的研究。諸多研究均表明：土地質(zhì)量退化、空氣污染、水質(zhì)惡化等生態(tài)環(huán)境問題的出現(xiàn)總是與不合理的土地利用聯(lián)系在一起，而土地利用合理往往會(huì)促使區(qū)域生態(tài)環(huán)境向適應(yīng)人類需求的良性方向發(fā)展[1]。國(guó)內(nèi)外有很多基于區(qū)域尺度的LUCC研究取得了很多成果[2-5]，其能夠在時(shí)間和空間上較好地反映出研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化，為區(qū)域生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供重要的理論依據(jù)[6]，基于RS、GIS技術(shù)在LUCC方面研究的應(yīng)用也頗多[7]，吐魯番市十分特殊的自然環(huán)境與交通樞紐戰(zhàn)略地位、豐富的礦產(chǎn)資源和旅游資源使得研究吐魯番市土地覆被時(shí)間序列變化尤其重要。以前已有過研究吐魯番市土地利用或土地覆被的內(nèi)容,但研究方法和側(cè)重點(diǎn)不同[8-10]，這些研究?jī)?nèi)容較少地預(yù)測(cè)了吐魯番市未來土地覆被的發(fā)展變化，加之以前很多文獻(xiàn)應(yīng)用馬爾科夫模型對(duì)模擬的步長(zhǎng)考慮較少，只是單純的以1年或以抵達(dá)年為預(yù)測(cè)步長(zhǎng)[11-13],這直接影響到了預(yù)測(cè)的精度，因此本文采用1990—2011年較長(zhǎng)地?cái)?shù)據(jù)序列和利用馬爾科夫模型求得的最優(yōu)模擬步長(zhǎng)來研究和預(yù)測(cè)吐魯番市土地覆被變化，并分析吐魯番市土地利用程度和土地利用空間變化動(dòng)態(tài)度，考慮到單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度的缺點(diǎn)，引入單一土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度和綜合土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度[14]。

1 研究區(qū)概況

吐魯番市位于新疆維吾爾自治區(qū)東部，地處天山中東部主峰博格達(dá)山南麓，吐魯番盆地中心。東西寬90 km，南北長(zhǎng)262 km，地勢(shì)南北高，中間低。地理坐標(biāo)：東經(jīng)88°29′28″—89°54′33″，北緯42°15′10″—43°35′，土地總面積13 589 km2。東臨哈密，西、南與巴音郭楞蒙古自治州的和靜、和碩、尉犁、若羌縣毗連，北隔天山與烏魯木齊市及昌吉回族自治州的奇臺(tái)、吉木薩爾、木壘縣相接。距新疆維吾爾自治區(qū)首府烏魯木齊市183 km。吐魯番屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候，日照充足，熱量豐富但又極端干燥，降雨稀少且大風(fēng)頻繁，故有“火洲”、“風(fēng)庫”之稱，自然環(huán)境十分特殊。國(guó)家“一主兩翼”大煤運(yùn)鐵路線和西氣東輸二線的投入運(yùn)營(yíng)，交通樞紐戰(zhàn)略地位更加突出。旅游資源極為豐富，是享譽(yù)世界的優(yōu)秀旅游勝地。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1基于現(xiàn)狀土地利用圖和遙感影像的土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣

采用獲得的1990年吐魯番市TM影像和2005年、2011年土地利用現(xiàn)狀圖,運(yùn)用ENVI來對(duì)1990年的影像進(jìn)行幾何校正、裁剪、輻射校正、波段合成、影像解譯等操作步驟，在影像解譯時(shí)依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》解譯為耕地、園地、有林地、草地、水體、建設(shè)用地、未利用地、裸地、沙地、鹽堿地、灌木林、坑塘水面、永久性冰雪、內(nèi)陸灘涂14類，為了討論方便，經(jīng)過在ArcGIS中進(jìn)行后期處理,把相關(guān)地類融合為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水體、未利用地7大類。經(jīng)過影像解譯精度評(píng)估,Kappa系數(shù)為80.34%，解譯效果較好。把影像解譯結(jié)果轉(zhuǎn)為矢量格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ArcGIS軟件中進(jìn)一步對(duì)誤判的地物進(jìn)行屬性修正，獲得1990年土地利用圖，結(jié)合2005年和2011年土地利用現(xiàn)狀圖，導(dǎo)出土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(見表1、表2、表3)。

表1 吐魯番市1990年、2005年、2011年土地覆被類型面積變化狀況 hm2

注:表中()中數(shù)字表示為該地類占該年土地總面積的百分比。

由表2和表3得出，在1990—2005年間草地和未利用地互轉(zhuǎn)面積較大，草地有33 518.59 hm2變?yōu)槲蠢玫?，未利用地?3 612.19 hm2變?yōu)椴莸兀莸卦诖似陂g減少了4 965.8 hm2，主要是由于該地區(qū)氣候和缺水的原因引起的，未利用地的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出面積都大于50 000 hm2，轉(zhuǎn)出與轉(zhuǎn)入面積分別為51 977.99，51 860.78 hm2。林地在此期間有所增加，主要是為防風(fēng)固沙、水土保持的需要而植樹造林的結(jié)果。耕地與園地在此期間轉(zhuǎn)出的面積小于轉(zhuǎn)入的面積，面積都有所增加，分別為4 030.38，3 443.97 hm2，主要是由未利用地轉(zhuǎn)化而來，分別為6 127.18，5 416.78 hm2，說明耕地與園地的增加主要是由開荒而來。建設(shè)用地在這15 a間增加3 012.39 hm2，到2005年達(dá)10 412.60 hm2，主要是由未利用地、耕地、園地轉(zhuǎn)變而來，分別為2 499.62，1 012.34，964.89 hm2，在此期間由于土地整理項(xiàng)目和富民安居工程的實(shí)施等原因使得建設(shè)用地主要轉(zhuǎn)出為園地、未利用地和耕地，其比例分別為11.69%，8.2%，4.52%。

水體在此期間是所有地類中減少面積最多的利用類型，達(dá)6 561.30 hm2，主要是因?yàn)楸辈坎└襁_(dá)峰的永久性冰雪大面積減少，使得33.57%的水體變?yōu)榱瞬莸?，達(dá)到6 459.56 hm2，其次13.55%變?yōu)榱宋蠢玫?，達(dá)到2 607.77 hm2，這很可能與全球變暖的氣候變化密切相關(guān)。

表2 吐魯番市1990-2005年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

注：表中() 中的數(shù)字表示該行土地覆被類型轉(zhuǎn)變?yōu)樵摿型恋馗脖活愋偷陌俜謹(jǐn)?shù)。下同。

表3 吐魯番市2005-2011年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

表3中各地類的變化趨勢(shì)與表2的變化趨勢(shì)基本相同，只是從總體上看未利用地和耕地面積分別減少了18 646.83，766.37 hm2，耕地供需矛盾日益突出，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快,現(xiàn)有耕地已在較大程度上不能滿足日益增長(zhǎng)的各項(xiàng)建設(shè)和農(nóng)民增收的需要[15]，而其他地類面積均有所增加，增幅最大的是草地和建設(shè)用地，分別為10 532.7，4 365.78 hm2，主要是2005—2011年有很多新建項(xiàng)目加之富民安居工程的實(shí)施，使得未利用地進(jìn)一步開發(fā)，并占用了近300 hm2耕地，還有就是在在近幾年實(shí)施“退糧還經(jīng)”戰(zhàn)略的影響下[15]，大量的耕地轉(zhuǎn)化成以葡萄種植為主的園地,同時(shí)對(duì)未利用地開墾也會(huì)導(dǎo)致園地面積的大幅增加。

從表1—3可以得出這兩期各地類面積排在前4位的都是未利用地、草地、林地和園地。從減幅和增幅來看未利用地連續(xù)減少，連續(xù)增加的是建設(shè)用地、林地和園地，先增后減的是耕地，先減后增的是水體面積，但是從表1可以得出建設(shè)用地的增幅最為迅速。1990年、2005年和2011年耕地面積分別約16 506.26，20 536.64，19 770.26 hm2，呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，由表3可知主要是耕地15.09%轉(zhuǎn)變?yōu)閳@地的結(jié)果，因此土地管理部門應(yīng)制定相應(yīng)措施實(shí)現(xiàn)耕地的占補(bǔ)平衡。在1990—2005年15 a的變化面積是146 601.97 hm2，但2005—2011年變化面積就達(dá)到了50 521.6 hm2，可見吐魯番市的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們對(duì)土地的利用程度不斷增加。

由以上討論可以得出在2005年之前土地利用變化比較平緩，2005年之后土地利用變化比較劇烈，未利用地和草地互轉(zhuǎn)比例較大，永久性冰雪面積減少的面積超過6 000 hm2，建設(shè)用地面積增加迅速,說明全球氣候變化和人類活動(dòng)是影響土地覆被變化的重要因素。

2.2 吐魯番市的馬爾科夫模型

3 基于不同步長(zhǎng)模型模擬結(jié)果與分析

由于馬爾科夫模型受到自然、經(jīng)濟(jì)、政策等因素的影響使得預(yù)測(cè)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)誤差，不同的模擬步長(zhǎng)也會(huì)有不同的模擬精度[16]，由以上討論中得出2005年后土地利用變化發(fā)生劇烈變化，因此以2011年為基準(zhǔn)年來進(jìn)行模擬是適當(dāng)?shù)?，為了消除這些因素的影響，分別以1990年為基準(zhǔn)年，2005年為抵達(dá)年分別以1年、3年、5年為模擬步長(zhǎng)得出2005年預(yù)測(cè)結(jié)果，然后與2005年實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較找出最優(yōu)的模擬步長(zhǎng)，再以2011年為基準(zhǔn)年，用2005—2011年轉(zhuǎn)移矩陣的轉(zhuǎn)移概率為轉(zhuǎn)移概率矩陣，比較得出最優(yōu)模擬步長(zhǎng)來預(yù)測(cè)2011年后的土地覆被變化。

3.1 初始狀態(tài)矩陣的建立

以1990年的各土地覆被類型所占土地總面積的百分比作為初始狀態(tài)概率構(gòu)成初始狀態(tài)矩陣(見表1)。

3.2 轉(zhuǎn)移概率矩陣和最優(yōu)模擬步長(zhǎng)的確定

以該市1990—2005年的數(shù)據(jù)得到的轉(zhuǎn)移矩陣作為Markov模型中的轉(zhuǎn)移概率矩陣(見表2)，分別以1年、3年和5年為模擬步長(zhǎng)對(duì)吐魯番市土地覆被變化進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果見下表4。

不同模擬步長(zhǎng)與2005年土地利用實(shí)際面積比較誤差見表5。

表4 Markov Chain模型的不同步長(zhǎng)模擬下吐魯番市土地覆被變化 萬hm2

表5 不同步長(zhǎng)模擬下吐魯番市2005年土地利用模擬值與實(shí)際面積比較誤差

由表4和表5可以得出，1990—2005年對(duì)于吐魯番市的土地覆被變化而言，模擬的步長(zhǎng)越接近15年模擬的效果越好，即草地、耕地、建設(shè)用地、林地、水體、未利用地、園地的模擬值越接近2005年實(shí)測(cè)值。模擬步長(zhǎng)1年、3年、5年的各個(gè)地類相對(duì)誤差均是1年>3年>5年，從相對(duì)誤差可以得出模擬的效果從高到底排列為：未利用地>草地>園地>林地>建設(shè)用地>耕地>水體，除對(duì)水體模擬的誤差達(dá)9%左右誤差較大外(這可能是解譯的誤差引起的與模型本身的精度或許沒有關(guān)系)，其它地類的模擬誤差都在3%以下，可見用馬爾科夫模型預(yù)測(cè)吐魯番市土地覆被變化效果是較好的。

由以上討論可知，對(duì)于吐魯番市而言，模擬步長(zhǎng)越接近所達(dá)之年模擬精度越高，因此選擇以2011年為基準(zhǔn)年，以n=6年為模擬步長(zhǎng)來進(jìn)行土地覆被變化預(yù)測(cè)，即以2005年各土地類型面積比例為初始概率矩陣(見表1)，以2005—2011年的土地轉(zhuǎn)移頻數(shù)為土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣(見表3)，預(yù)測(cè)結(jié)果見表6。

表6 土地覆被類型預(yù)測(cè)結(jié)果 hm2

由表6可以得出:(1)農(nóng)用地中，耕地面積整體上逐年減少，且減幅較小，由2011年的19 770.26 hm2減少到2023年的19 218.64 hm2，說明耕地供需矛盾日益突出。園地和林地面積逐年增加分別從2011年的23 814.11，27 194.67 hm2增加到2023年的24 597.10，32 669.75 hm2。(2) 建設(shè)用地逐年增加,從2011年的14 778.38 hm2增加到2029年的21 698.14 hm2。(3) 水體面積也是逐年增加，且增幅較大，從2011年的13 302.42 hm2增加到2023年的14 467.39 hm2，水體面積在增加說明吐魯番市進(jìn)行的一系列水利工程中起到了很好的作用。(4) 未利用地面積逐年減少，并且減少的面積特別大，由預(yù)測(cè)結(jié)果來看2011—2023年未利用地將減少33 970.23 hm2，這其中減少面積肯定有許多轉(zhuǎn)變?yōu)椴傻V用地，這與吐魯番市礦產(chǎn)資源豐富密切相關(guān)，也刺激了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。由此得出很可能是一系列土地整理和復(fù)墾項(xiàng)目的確起到了作用，使得吐魯番市水體、林地和草地的面積都有所增加。

4 土地利用程度變化的時(shí)空特征分析

4.1 吐魯番市土地利用程度分析

土地利用程度主要反映了土地利用的廣度和深度，不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性，同時(shí)也反映了人類因素和自然環(huán)境因素的綜合效應(yīng)[18]。采用劉紀(jì)遠(yuǎn)[19]提出的土地利用程度的綜合分析方法，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平衡分為4級(jí)，并賦予分級(jí)指數(shù)(見表7)，得出吐魯番市土地利用程度定量表達(dá)式。

表7 土地利用程度分級(jí)賦值

土地利用程度綜合指數(shù)計(jì)算公式為[18]：

式中：Lj——研究區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)；Ai——研究域內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci——研究區(qū)域內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比；n——土地利用程度分級(jí)數(shù)。

土地利用程度變化量Lb-a和變化率R，計(jì)算公式為：

(1)

(2)

式中：Lb——b時(shí)間的區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)；La——a時(shí)間的區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù)；Ai——第i級(jí)的土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Cib——某區(qū)域b時(shí)間第i級(jí)土地利用程度面積百分比；Cia——某區(qū)域a時(shí)間第i級(jí)土地利用程度面積百分比。

土地利用程度及其變化量和變化率可定量地揭示該范圍土地利用的綜合水平和變化趨勢(shì)，如果Lb-a>0或R>0，則區(qū)域土地利用處于發(fā)展期，否則處于調(diào)整期或衰退期[18]。根據(jù)表7和以上兩式得出吐魯番市不同時(shí)期土地利用程度綜合指數(shù)，土地利用程度變化量和變化率。

經(jīng)計(jì)算，可以得出1990—2011年土地利用程度綜合指數(shù)呈連續(xù)上升趨勢(shì)，從1990年的131.09上升到2011年的134.06；土地利用程度變化量從1990—2005年的0.997上升到2005—2011年的1.977，1990—2011年為2.974；土地利用程度變化率從1990—2005的0.007 6上升到2005—2011年的0.015 0，1990—2011年為0.022 7。說明人們對(duì)吐魯番的土地利用程度不斷加深，利用區(qū)域更加廣泛，主要是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展而使得很多以前沒有利用的土地現(xiàn)在正在利用，以前利用的土地其利用的程度更深更細(xì)，期間許多建設(shè)項(xiàng)目落戶該地區(qū)，城區(qū)面積和居民點(diǎn)面積也不斷增加，只是居民點(diǎn)越來越集中，為了更好地利用土地，有些村莊集體搬遷合為一整體。

4.2 吐魯番市土地利用空間變化動(dòng)態(tài)度

存在單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度，應(yīng)用它們的缺點(diǎn)在于出現(xiàn)地類面積增減變化的抵消,這樣在一定程度上掩蓋了土地覆被變化的實(shí)際情況，不能夠反映出土地覆被類型的空間變化[14]，因此引入單一土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度和綜合土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度。

單一土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度，其表達(dá)式為：

(3)

綜合土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度，其表達(dá)式為：

(4)

單一土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度和綜合土地覆蓋空間變化動(dòng)態(tài)度體現(xiàn)了土地覆被變化在空間上的變化速度[14]。以1990—2005年土地利用轉(zhuǎn)移面積和2005—2011年土地利用轉(zhuǎn)移面積計(jì)算吐魯番市土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度，見表8。

表8 不同時(shí)段吐魯番市土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度 %

從表8可以得出:

(1) 1990—2005年間空間動(dòng)態(tài)變化度最大的是耕地和林地，其次是園地、建設(shè)用地、水體、草地、未利用地，分別為11.6%，11.58%，7.57%，6.42%，4.16%，1.85%，0.7%，在此期間耕地、林地、園地、建設(shè)用地空間變化動(dòng)態(tài)度最大主要是因?yàn)槠陂g人們墾荒和建設(shè)用地占用其它地類的結(jié)果。2005—2011年間土地覆蓋類型空間變化動(dòng)態(tài)度最大的是建設(shè)用地，其次是耕地、園地、林地、水體、草地、未利用地，分別為11.33%、9.37%，7.96%，7.28%，1.86%，1.34%，0.62%，可見該時(shí)期隨著城市化水平的提高、城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展引起了建設(shè)用地空間變化動(dòng)態(tài)度的加大。

這兩期都是未利用地空間變化動(dòng)態(tài)度為最小，這并不是說未利用地變化最小，從總體上看未利用地在這三期中每一期變化的面積都超過了30 000 hm2，均為各地類最高，主要是因?yàn)槲蠢玫卣嫉搅送卖敺锌偯娣e的70%以上，基數(shù)太大所以空間變化動(dòng)態(tài)度相對(duì)最小，所以所有地類的空間變化動(dòng)態(tài)度都是相對(duì)而言的。

(2) 比較前后兩個(gè)階段，2005—2011年除了建設(shè)用地和園地空間變化動(dòng)態(tài)度大于前一個(gè)時(shí)期外，其它地類均小于前一個(gè)時(shí)期，由此可以得出主要是由于建設(shè)用地和園地的變化造成了后一時(shí)期的土地利用綜合程度指數(shù)總的趨勢(shì)是逐年升高，說明這兩個(gè)時(shí)期建設(shè)用地和園地與其他地類相互之間的轉(zhuǎn)移比較活躍，這主要是由于園地種植的主要是葡萄，是一大經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，而使得許多其它地類轉(zhuǎn)變?yōu)榱藞@地，再者由于城市規(guī)劃、耕地占補(bǔ)平衡、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展等原因使得許多其他地類轉(zhuǎn)變?yōu)榱私ㄔO(shè)用地。

(3) 綜合前兩個(gè)階段，1990—2011年期間土地覆蓋類型空間變化動(dòng)態(tài)度變化最大的是林地，其次是耕地、建設(shè)用地、園地、水體、草地、未利用地，其實(shí)耕地和水體主要反映的是1990—2005年時(shí)期的變化，主要是開荒和全球氣候變暖的結(jié)果；建設(shè)用地和園地主要反映的是2005—2011年時(shí)期的變化，說明隨著城鎮(zhèn)化水平的提高和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，建設(shè)用地和園地空間變化動(dòng)態(tài)度加大；而未利用地和林地主要反映的是1990—2011年整個(gè)時(shí)期的變化，期間由于環(huán)境保護(hù)的需要，許多未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)榱肆值囟脕矸里L(fēng)固沙、水土保持，未利用地與其他地類相互轉(zhuǎn)變十分頻繁。

通過以上分析得出：人為因素是土地覆蓋變化的主要原因；看空間變化動(dòng)態(tài)度時(shí)一定要看它的基數(shù)面積值，值最小的也可能是絕對(duì)數(shù)量變化最大的；人們正采取越來越有力的手段改變著土地利用結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié) 論

(1) 從面積上看，1990—2011年吐魯番市面積最大的是未利用地、草地、林地、園地，其它地類各年面積排名稍有不同。耕地面積2005—2011年面積減少了766.37 hm2，耕地供需矛盾日益突出。

(2) 從面積轉(zhuǎn)移矩陣中可以得出，2005年之前土地覆被變化比較平緩，2005年之后土地覆被變化比較劇烈，1990—2005年15年間才變化146 601.97 hm2，而2005—2011年6年之間就變化了50 521.60 hm2；1990—2011年未利用地和草地互轉(zhuǎn)數(shù)量較大，未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌仡惷娣e較大，其它地類轉(zhuǎn)變?yōu)槲蠢玫孛娣e較少；水體在1990—2005年間面積大幅減少近6 000 hm2，主要是由于北部博格達(dá)峰永久性冰雪的減少，這很可能與全球氣候變暖密切相關(guān)；建設(shè)用地面積增加迅速。

(3) 對(duì)于吐魯番市而言，馬爾科夫模型的預(yù)測(cè)步長(zhǎng)越接近于抵達(dá)年，那么對(duì)各個(gè)地類的預(yù)測(cè)誤差越小，除對(duì)水體模擬的誤差達(dá)9%左右，誤差較大外，其它地類的模擬誤差都在3%以下，不過這可能與對(duì)1990年影像解譯的誤差有關(guān)，而與模型本身的精度關(guān)系不大，可見用馬爾科夫模型模擬吐魯番市土地覆被變化效果是較好的。

(4) 從預(yù)測(cè)結(jié)果來看，農(nóng)用地中，耕地逐年減少，說明照現(xiàn)在的情況發(fā)展下去，離現(xiàn)在提出的保護(hù)耕地的目標(biāo)是背道而馳的；園地逐年增加，這與為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)而使得許多耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱藞@地密切相關(guān)。建設(shè)用地逐年增加，從2011年的14 778.38 hm2增加到2023年的21 698.14 hm2。水體也是逐年增加且增幅較大，從2011年的13 302.42 hm2增加到2023年的14 467.39 hm2。未利用地逐年減少，并且減少的面積特別大，由預(yù)測(cè)結(jié)果來看，2011—2023年未利用地將減少33 970.23 hm2，這減少的面積肯定有很多轉(zhuǎn)變?yōu)榱瞬傻V用地，這與吐魯番市礦產(chǎn)資源豐富密切相關(guān)。

(5) 從吐魯番市土地利用程度分析得出，1990—2011年間人們對(duì)土地利用程度不斷加深，土地利用程度綜合指數(shù)從1990年的131.09上到2011年的134.06。

(6) 吐魯番市土地覆被空間變化動(dòng)態(tài)度方面可知，1990—2005年期間耕地、林地、園地的空間變化動(dòng)態(tài)度最大，主要是該期間墾荒、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和從生態(tài)方面需要而植樹造林的結(jié)果。2005—2011年間土地覆蓋類型空間變化動(dòng)態(tài)度最大的是建設(shè)用地，可見該地區(qū)城市化水平不斷提高。主要是由于2005—2011年建設(shè)用地和園地的變化造成了1990—2011年的土地利用綜合程度指數(shù)總的趨勢(shì)是逐年升高的，說明經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是土地覆被變化的重要因素。耕地、水體主要反映的是1990—2005年的變化，主要是開荒和全球氣候變暖的結(jié)果；建設(shè)用地和園地主要反映的是2005—2011年時(shí)期的變化；未利用地和林地主要反映的是1990—2011年整個(gè)時(shí)期的變化，期間由于環(huán)境保護(hù)的需要許多未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)榱肆值囟脕矸里L(fēng)固沙、水土保持，未利用地與其他地類相互轉(zhuǎn)變頻繁。

綜合以上結(jié)論可以得出人為因素是土地覆被變化的主要原因，人們正采取越來越有力的手段改變著土地利用結(jié)構(gòu)。

5.2 建 議

嚴(yán)格制定保護(hù)耕地的措施，實(shí)現(xiàn)耕地的占補(bǔ)平衡；加大對(duì)未利用地的開發(fā)，吐魯番市有近70%的未利用地,加上在未利用地上有很多旅游資源，可在生態(tài)旅游方面多做規(guī)劃，解決該地區(qū)一些土地資源過度開發(fā)和退化的問題；適當(dāng)減少工礦企業(yè)的發(fā)展，多發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，因?yàn)檫^多的工礦產(chǎn)業(yè)會(huì)增多CO2的排放，使得全球氣候變暖的效應(yīng)更加突出，以遏制吐魯番市北部博格達(dá)峰永久性冰雪面積減少的速度。

由于缺少2000年之前十分詳細(xì)的資料，因此根據(jù)相關(guān)資料對(duì)吐魯番市土地覆被變化的原因只是做了一些定性的解釋，如果資料充足，最好可對(duì)該地區(qū)土地覆被變化的驅(qū)動(dòng)因素做一些定量的研究，如用主成分分析法、典型相關(guān)分析法等。這有待以后改進(jìn)、完善；由于馬爾科夫模預(yù)測(cè)的對(duì)象要求其保持某一固定的轉(zhuǎn)移概率，要求預(yù)測(cè)對(duì)象的變化過程是平穩(wěn)的，并且不能綜合考慮政策的改變等因素的影響，但實(shí)際上土地覆被的變化會(huì)因諸多自然或人為因素的影響而隨時(shí)間有所變化，是該模型的局限所在，有待進(jìn)一步完善。

[1] 劉新衛(wèi),陳百明,史學(xué)正.國(guó)內(nèi)LUCC 研究進(jìn)展綜述[J].土壤,2004,36(2):132-135.

[2] 葛全勝,戴君虎,何凡能,等.過去三百年中國(guó)土地利用變化與陸地碳收支[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[3] 張?jiān)迄i,孫燕,王小麗,等.不同尺度下的土地利用變化驅(qū)動(dòng)力研究:以常州市新北區(qū)為例[J].水土保持研究,2012,19(6):111-117.

[4] 容芳芳,塔西甫拉提·特依拜,田源,等.于田綠洲土地利用/覆蓋變化軌跡分析[J].水土保持研究,2010,17(3):259-263.

[5] 譚君,李世平.銅川市土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響分析[J].水土保持研究,2012,19(6):131-136.

[6] 余慧容,蒲春玲,劉志有,等.基于TM/ETM+綠洲城市土地利用時(shí)空演變分析:以新疆奎屯市為例[J].水土保持研究,2012,19(6):147-151.

[7] Chandra P Giri. Remote Sensing of Land Use and Land Cover:Principles and Applications[M]. New York:CRC Press,2012.

[8] 程克堅(jiān),彭補(bǔ)拙,濮勵(lì)杰.干旱綠洲地區(qū)土地資源可持續(xù)利用初探:以新疆吐魯番市為例[J].資源科學(xué),1998,20(4):14-18.

[9] 劉榮,高敏華,謝峰.基于Logistic回歸模型的土地利用格局模擬分析:以新疆吐魯番市為例[J].水土保持研究,2009,16(6):74-78.

[10] 張光耀,劉光遠(yuǎn),崔麗娜,等.西北干旱區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)土地利用效益研究:以吐魯番市為例[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,48(6):1157-1161.

[11] 曹晶晶,吳靜,李純斌.基于馬爾柯夫模型的酒泉市肅州區(qū)LUCC趨勢(shì)預(yù)測(cè)[J].國(guó)土與自然資源研究,2008(1):45-47.

[12] 劉啟承,熊文強(qiáng),韓貴鋒.用馬爾可夫理論預(yù)測(cè)三峽庫區(qū)的土地利用趨勢(shì)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2005,28(2):107-110.

[13] 徐嵐,趙界.利用馬爾柯夫過程預(yù)測(cè)東陵區(qū)土地利用格局的變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),1993,4(3):272-277.

[14] 劉福輝.基于遙感的張家界市永定區(qū)土地覆蓋動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2009.

[15] 侯芳,高敏華.吐魯番市土地利用動(dòng)態(tài)變化研究[J].資源環(huán)境與工程,2010,24(3):317-320.

[16] 冉圣宏,李秀彬,呂昌河.土地覆被及生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的多時(shí)間尺度模擬:以四川省漁子溪流域?yàn)槔齕J].地理學(xué)報(bào),2006,61(10):1113-1120.

[17] 劉姣娣,曹衛(wèi)彬,李華,等.基于馬爾科夫模型的石河子墾區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,48(10):1936-1940.

[18] 李傳哲,于福亮,劉佳,等.近20年來黑河干流中游地區(qū)土地利用/覆被變化及驅(qū)動(dòng)力定量研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2011,26(3):353-363.

[19] 劉紀(jì)遠(yuǎn).西藏自治區(qū)土地利用[M].北京:科學(xué)出版社,1992.

DynamicChangesofLandCoverBasedonMarkovModelinTurpanCity

HE Bao-zhong1,2, GAO Min-hua1,2, ZHAO Jun-an1

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China; 2.KeylaboratoryofOasisEcology,MinistryofEducation,Urumqi830046,China)

The land-cover data obtained from the TM remote sensing images of 1990 as well as land-use map of 2005, 2011 were used in Turpan to set up a Markov model for predicting changes of land-cover. Given the accuracy of prediction in Markov model is closely related to its simulated step, therefore, firstly, 1990 was taken as initial year to predict various areas of land-cover on different classes in 2005, and the optimal simulated step was found out by comparing the minimum difference between the simulate and actual areas of land-cover. Secondly, the changes of land-cover in 2011 was predicted by taking the optimal simulated step in Markov model, then the land use degree and land use space change dynamic were analyzed based on this. Results could be summarized as: (1) the areas of transform between unutilized land and grassland are enormous; (2) the cultivated land decreased quickly since 2005, which indicated that the contradiction between supplement and demand was being increased, and also meant that the balance of the cultivated occupation and supplement had not implemented; (3) nearly 6 000 hectares of water disappeared in 21 years which was largely probably associated with global warming; (4) because the change of construction land and garden plot made the land use degree increase year by year, it exhibited that the development of economy was an important factor resulting in the changes of land cover; (5) anthropic factor was a major reason which led to the changes of land-cover, people were taking more and more powerful means to affect the land cover change. Therefore, some appropriate proposals were also offered according to the above results.

land cover; Markov model; land use degree; dynamic space change

2013-11-25

：2013-12-26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“吐魯番綠洲人與自然耦合系統(tǒng)變化的驅(qū)動(dòng)與適應(yīng)機(jī)制研究”(41271168)。

何寶忠(1989—),男,重慶市梁平縣人,在讀碩士,主要從事遙感和土地利用研究。E-mail:hbz108@163.com

高敏華(1963—),男,新疆烏魯木齊市人,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事土地資源評(píng)價(jià)及土地利用規(guī)劃。E-mail:mh_gao@163.com

F301.24

：A

：1005-3409(2014)05-0041-08