馬麗娜 張永福 阿地來?阿地力

摘要[目的]研究干旱區(qū)綠洲縣域土地利用生態(tài)風(fēng)險評價及預(yù)測。[方法]以新疆拜城縣為例，ArcMap 10.3為技術(shù)支持，2009和2016年的遙感影像為信息源，構(gòu)建了拜城縣的綜合性生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（ERI）并借助GIS進行空間插值，由此分析了拜城縣土地利用生態(tài)風(fēng)險動態(tài)演變以及不同等級的生態(tài)風(fēng)險的空間分布特征。并通過馬爾科夫預(yù)測模型預(yù)測拜城縣2020年的土地利用結(jié)構(gòu)變化，揭示土地利用結(jié)構(gòu)的變化對新疆典型干旱區(qū)綠洲縣域生態(tài)風(fēng)險的影響。[結(jié)果]2009—2016年拜城縣耕地和建設(shè)用地面積增加，林地、草地、水域和其他用地面積明顯下降。通過預(yù)測所得，與2016年相比，2020年建設(shè)用地和其他用地面積明顯增加，耕地、林地、草地和水域面積明顯減少。2009年拜城縣ERI為0.024，2016年增長為0.026，隨著生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化，2020年增長至0.031。[結(jié)論]在未來土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中，人們應(yīng)加強保護環(huán)境的意識，在拜城縣構(gòu)建良好的生態(tài)用地格局，提高全縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，降低人類活動對環(huán)境造成的不良影響。

關(guān)鍵詞土地利用;生態(tài)風(fēng)險;干旱區(qū)綠洲;拜城縣

中圖分類號X826;F301.24文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）02-0052-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.016

土地利用生態(tài)風(fēng)險是指在一定的社會經(jīng)濟環(huán)境下，由于人類或者自然改變土地利用結(jié)構(gòu)的原因致使土地資源遭受破壞或者污染而給人類生存環(huán)境造成危害的一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，土地生態(tài)系統(tǒng)無法穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)揮其在整個自然生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中的作用，不能維持社會經(jīng)濟和環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)系[1]。生態(tài)環(huán)境和長期的人類經(jīng)濟社會活動相互作用形成了區(qū)域固有的土地利用方式?，F(xiàn)如今面臨的生態(tài)風(fēng)險與人類選擇的土地利用方式息息相關(guān)，不同的土地利用結(jié)構(gòu)和類型將直接影響區(qū)域的生態(tài)環(huán)境[2]。

綠洲是一種局部優(yōu)化的人類生存環(huán)境，是干旱區(qū)能量流、物流最集中的區(qū)域，也是維系干旱區(qū)人類生存、活動和發(fā)展的場所，同時也是干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境最敏感的部分[3]。干旱區(qū)綠洲是干旱地區(qū)獨特的生態(tài)單元，它以荒漠為背景，根據(jù)水環(huán)境生長各種植被，加上人工林網(wǎng)和人工草場，就構(gòu)成了十分復(fù)雜的景觀格局。

新疆位于我國西北內(nèi)陸干旱區(qū)，而拜城縣位于南疆典型綠洲區(qū)，隨著人口的快速增長，城市化和工業(yè)化的進程逐漸加快，土地利用變化帶來的生態(tài)環(huán)境問題日益加劇。國家“一帶一路”戰(zhàn)略的開啟，強化了新疆改革開放前沿窗口的戰(zhàn)略地位，使拜城縣“十三五”期間面臨更好的產(chǎn)業(yè)提升與承接機遇，為拜城縣提升對外開放水平和能力，加快新型工業(yè)化、農(nóng)牧業(yè)現(xiàn)代化、新型城鎮(zhèn)化“三化”[4]同步實施創(chuàng)造了前所未有的歷史機遇，但是拜城縣土地沙化、鹽漬化、荒漠化危害較為突出，沙漠化土地面積擴展趨勢未得到有效遏制，資源環(huán)境約束明顯趨緊。此外，由于日益增加的人口和資源壓力，使得人們過度地開發(fā)土地，在一定程度上加劇了土地的荒漠化和次生鹽漬化。筆者采用目視解譯為主、土地變更數(shù)據(jù)為輔的綜合劃定方法劃分土地利用類型，采用等間距系統(tǒng)采樣法劃分樣本區(qū)，利用ArcMap 10.3中的空間分析和地統(tǒng)計分析功能，從而得到拜城縣土地利用/土地覆被變化，進而構(gòu)建各土地類型的綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，分析生態(tài)風(fēng)險在時間尺度上的變化，這有利于深入了解干旱區(qū)綠洲的生態(tài)環(huán)境，合理利用土地資源，對于恢復(fù)治理干旱區(qū)綠洲生態(tài)環(huán)境具有很重要的現(xiàn)實意義，同時也可以為將來的科學(xué)決策提供依據(jù)。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況

拜城縣地處新疆維吾爾自治區(qū)的西南方向，天山山脈中段卻勒塔格山北緣山間盆地[5]，渭干河干流上游區(qū)，地理坐標為80°37′39″～83°02′25″ E、41°24′08″～42°38′52″ N。拜城縣北與伊犁地區(qū)昭蘇縣、特克斯縣接壤，南與新和縣相連，東與庫車縣、和靜縣毗鄰，西與溫宿縣相望。拜城縣四周群山環(huán)抱，為帶狀盆地。西北高東南低，地形復(fù)雜，北部為天山主干，南部為卻勒塔格山，東部為庫車達坂，西部有疊山洪溝。土壤類型眾多，氣候適宜，屬于溫帶大陸性干旱氣候，冬季寒冷，夏季涼爽，年均氣溫7.4 ℃，年均降水95 mm[6]?？h境東西長198.7 km，南北寬140 km，轄區(qū)總面積1 589 098.53 hm2。2016年年末總戶數(shù)68 495戶，拜城縣總?cè)丝跒?41 079人，其中城鎮(zhèn)人口48 581人，鄉(xiāng)村人口192 498人。

1.2數(shù)據(jù)來源與處理

以拜城縣2009和2016年的Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源，利用ENVI 4.8對遙感影像做前期的預(yù)處理，主要有波段融合、幾何矯正、影像裁剪等，基于全國土地分類系統(tǒng)，結(jié)合拜城縣的土地利用/土地覆被特征、土地利用總體規(guī)劃（2010—2020年）數(shù)據(jù)庫和土地利用總體規(guī)劃調(diào)整完善（2014—2020年）數(shù)據(jù)庫中的土地利用分類體系進行精度驗證，以目視解譯為主、土地變更數(shù)據(jù)為輔的綜合劃定方法將拜城縣土地利用類型分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、未利用地6類，根據(jù)精度對比結(jié)果表明，目視解譯的結(jié)果符合此次研究需求。

利用ArcMap 10.3軟件對兩期影像圖進行數(shù)據(jù)矢量化，然后通過統(tǒng)計分析和計算得到拜城縣土地利用/土地覆被變化數(shù)據(jù)（圖1）。

1.3生態(tài)風(fēng)險指數(shù)

根據(jù)拜城縣各土地類型的面積，分析土地利用類型和生態(tài)風(fēng)險的相關(guān)性，構(gòu)建各土地要素的綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，其表達式[7-9]如下：

ERI=Ni=1AiARi（1）

式中，ERI為生態(tài)風(fēng)險指數(shù);N為土地要素總數(shù)量;A為土地總面積;Ai為第i類土地要素的面積;Ri表示各土地要素遭遇干擾時所受到的生態(tài)損失的差異。干擾度指數(shù)Si和脆弱度指數(shù)Fi的乘積即是所求第i種土地要素所反映的損失指數(shù)Ri。

綜上所述，11年間拜城縣土地利用生態(tài)風(fēng)險指數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢。通過計算可以得到，2009、2016、2020年拜城縣生態(tài)風(fēng)險指數(shù)ERI分別為0.024、0.026、0.031。拜城縣工業(yè)用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施用地進一步增大，勢必會占用部分耕地，甚至是永久性基本農(nóng)田，使得生態(tài)環(huán)境趨于惡化。由于拜城縣惡劣的自然環(huán)境條件和地質(zhì)地貌特征，加上人為干擾造成的環(huán)境惡化，使得該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境極其脆弱，土地沙化和荒漠化的現(xiàn)狀非但沒有遏制反而日益加重，不僅制約著拜城縣的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和人居環(huán)境的可持續(xù)改善。增強拜城縣的“五位一體”建設(shè)和促進生態(tài)文明和諧發(fā)展已刻不容緩。

2.3生態(tài)風(fēng)險動態(tài)演變分析

根據(jù)計算出的每個樣區(qū)的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，利用生態(tài)風(fēng)險等級評價法，對拜城縣2009、2016和2020年生態(tài)風(fēng)險情況進行分級，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，拜城縣2009、2016和2020年不同等級的生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積比例都存在一定的差異，2009年低生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積占總面積的3.10%，較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)占45.24%，中等生態(tài)風(fēng)險區(qū)占38.98%，較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)占6.47%，高生態(tài)風(fēng)險區(qū)占6.21%。2016年低生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積占總面積的3.09%，較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積占45.20%，中等生態(tài)風(fēng)險區(qū)占38.82%;較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)占6.42%，高生態(tài)風(fēng)險區(qū)占6.47%。預(yù)計2020年低生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積占總面積的3.08%，較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)占43.04%，中等生態(tài)風(fēng)險區(qū)占40.22%，較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)占591%，高生態(tài)風(fēng)險區(qū)占7.75%。

總體來看，2009—2016年拜城縣各風(fēng)險等級面積增減幅度不大，中等風(fēng)險區(qū)減少面積較多，轉(zhuǎn)化為高風(fēng)險區(qū)。2016—2020年較低風(fēng)險區(qū)面積減少了2.16%，較高風(fēng)險區(qū)面積減少了0.51%，轉(zhuǎn)化為了中等風(fēng)險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)，生態(tài)環(huán)境總體趨于惡化。

從2009、2014年和2020年生態(tài)風(fēng)險空間分布（圖4）可以看出，高風(fēng)險區(qū)主要集中在拜城縣耕地所在區(qū)域和老城區(qū)范圍及其西部工業(yè)園區(qū)周圍，較高風(fēng)險區(qū)廣泛分布在拜城縣北部山區(qū)流域和克孜爾水庫、木扎爾特河流域，主要的土地利用類型為水域;中等風(fēng)險區(qū)則主要集中分布在拜城縣中部、西南和東南部，主要的土地利用類型為其他用地;較低風(fēng)險區(qū)主要分布在拜城縣北部和東部地區(qū)，主要的土地利用類型為草地;低風(fēng)險區(qū)主要分布在拜城縣的西部和北部，主要的土地利用類型為林地。總體來看，2009—2020年拜城縣生態(tài)風(fēng)險整體區(qū)域惡化。

3結(jié)論與討論

通過對拜城縣土地利用/土地覆被特點的分析，可以看出2009—2016年拜城縣耕地、建設(shè)用地面積呈增加趨勢，而林地、草地、水域和其他用地面積有明顯的下降。2016—2020年建設(shè)用地和其他用地的面積有所增加，耕地、林地、草地和水域面積呈減少趨勢，通過分析可知，隨著拜城縣人口規(guī)模的增長和城鎮(zhèn)化水平的提高，引發(fā)了很多生態(tài)問題，人類活動對土地利用結(jié)構(gòu)變化的影響日益顯著。土地利用結(jié)構(gòu)空間布局不同，導(dǎo)致拜城縣的生態(tài)風(fēng)險有所差異。2009—2020年拜城縣生態(tài)風(fēng)險總體呈升高的趨勢，土地利用生態(tài)風(fēng)險指數(shù)由2009年的0.024增長至2016年的0.026，再增長至2020年的0.031。

根據(jù)拜城縣不同等級生態(tài)風(fēng)險區(qū)在各年所占比例圖表和生態(tài)風(fēng)險空間分布，拜城縣高生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積增加，較低風(fēng)險區(qū)向中等風(fēng)險區(qū)轉(zhuǎn)移，而較高風(fēng)險區(qū)向高風(fēng)險區(qū)轉(zhuǎn)移;從空間分布上來看，高風(fēng)險區(qū)主要集中在拜城縣耕地所在區(qū)域和老城區(qū)范圍及其西部工業(yè)園區(qū)周圍，這可能是由于拜城縣經(jīng)濟的發(fā)展，人口持續(xù)增長，城鎮(zhèn)用地和工業(yè)用地需求不斷擴大造成的。因此在城鎮(zhèn)化建設(shè)中，必須認真解決環(huán)境脆弱與城鎮(zhèn)化發(fā)展的矛盾，大力提倡建設(shè)綠色城鎮(zhèn)化發(fā)展道路。尊重自然、順應(yīng)自然，構(gòu)建與資源環(huán)境承載能力相適應(yīng)的科學(xué)合理的城鎮(zhèn)化宏觀布局，嚴格劃定城市邊界，強調(diào)城鄉(xiāng)一體化協(xié)調(diào)發(fā)展，確保城鎮(zhèn)化進程綠色健康。

通過對拜城縣土地利用的生態(tài)風(fēng)險評價及預(yù)測研究，可以為區(qū)域的生態(tài)環(huán)境管理提供科學(xué)化的理論支持和決策依據(jù)，從而有利于維護生態(tài)完整性、降低生態(tài)脆弱性。根據(jù)土地利用生態(tài)風(fēng)險逐年升高的趨勢，應(yīng)在高生態(tài)風(fēng)險區(qū)進行環(huán)境保護和生態(tài)建設(shè)，從而提高該區(qū)基本的土地生產(chǎn)功能和環(huán)境功能，但是也不能忽視低生態(tài)風(fēng)險區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)，加強拜城縣對生態(tài)環(huán)境的保護，促進城市可持續(xù)發(fā)展。尤其拜城縣位于新疆干旱區(qū)綠洲更應(yīng)加強建設(shè)生態(tài)緩沖區(qū)，修建防風(fēng)阻沙隔離帶，封鎖培育天然植被，阻止風(fēng)沙向綠洲推進;保障生態(tài)用水需求，禁止人類活動和牲畜破壞，促進易損區(qū)天然植物的更新生長;在接近綠洲的邊緣區(qū)域，通過林帶的防護，種植優(yōu)質(zhì)的牧草，改良沙地，促進其成土過程和綠洲化過程，增強綠洲邊緣區(qū)的抗干擾能力和經(jīng)濟功能。

參考文獻

[1] 李鑫.基于3S的土地利用生態(tài)風(fēng)險評價研究[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[2] 李虹穎.新一輪土地利用總體規(guī)劃中土地生態(tài)規(guī)劃研究[D].重慶：西南大學(xué)，2011.

[3] 張飛，塔西甫拉提·特依拜，丁建麗，等.干旱區(qū)綠洲土地利用/覆被及景觀格局變化特征：以新疆精河縣為例[J].生態(tài)學(xué)報，2009，29（3）：1251-1263.

[4] 蒙永勝，李琳，夏修國.新疆新型工業(yè)化、農(nóng)牧業(yè)現(xiàn)代化與新型城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展研究[J].新疆社會科學(xué)，2013（6）：45-51.

[5] 亞庫普·約麥爾.新疆地區(qū)農(nóng)田土地整理的實踐與思考[J].科技資訊，2017，15（4）：112-114.

[6] 段少遠.拜城縣水能資源開發(fā)面臨的問題及對策[J].新疆農(nóng)墾科技，2013，36（8）：42-44.

[7] 唐利華，張永福，劉小輝.干旱區(qū)河谷城市土地利用生態(tài)風(fēng)險動態(tài)預(yù)測：以新疆伊寧市為例[J].水土保持研究，2016，23（3）：240-245.

[8] 吳楠，張永福，李瑞.基于景觀指數(shù)的干旱區(qū)河谷縣域土地利用生態(tài)風(fēng)險分析及預(yù)測[J].水土保持研究，2018，25（2）：207-212.

[9] 吳文婕，石培基，胡巍.基于土地利用/覆被變化的綠洲城市土地生態(tài)風(fēng)險綜合評價：以甘州區(qū)為例[J].干旱區(qū)研究，2012，29（1）：122-128.

[10] 程珍珍，張永福，范小晶，等.基于GIS干旱區(qū)綠洲縣域土地利用生態(tài)風(fēng)險分析及動態(tài)預(yù)測[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（3）：44-48，52.

[11] 王文杰，張永福，王慧杰.基于GIS干旱區(qū)綠洲縣域土地利用變化生態(tài)風(fēng)險分析：以新疆澤普縣為例[J].水土保持研究，2016，23（6）：216-220.

[12] 李釗，張永福，張景路.干旱區(qū)綠洲縣域土地利用規(guī)劃中土地生態(tài)安全預(yù)測：以新疆阿瓦提縣為例[J].水土保持研究，2014，21（6）：148-151，157.

[13] 李謝輝，譚靈芝.基于景觀結(jié)構(gòu)的渭河下游河流沿線區(qū)域生態(tài)風(fēng)險分析[J].地域研究與開發(fā)，2009，28（6）：100-105.

[14] 郭燕燕.快速城市化地區(qū)景觀生態(tài)安全分析：以深圳市為例[J].測繪與空間地理信息，2016，39（12）：127-131.

[15] 王俊智，張永福.干旱綠洲區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險分析及預(yù)測：以沙雅縣為例[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，42（22）：125-130.

[16] 康璇，王雪梅.基于景觀格局的新疆渭干河-庫車河三角洲綠洲的生態(tài)風(fēng)險評價[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，45（8）：139-146，156.

[17] 石浩朋.基于景觀結(jié)構(gòu)的城鄉(xiāng)結(jié)合部區(qū)域生態(tài)風(fēng)險分析：以泰安市岱岳區(qū)為例[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[18] 胡金龍.漓江流域土地利用變化及生態(tài)效應(yīng)研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[19] 居玲華，石培基.基于Markov和GM（1，1）模型的土地利用結(jié)構(gòu)預(yù)測[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，2009，25（2）：138-141，146.

[20] 賀勝柏.馬爾柯夫預(yù)測模型及其實證分析[J].中南財經(jīng)政法大學(xué)學(xué)報，2002（2）：132-135.