干旱区内陆河流域土地利用结构时空变化分析

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　　摘要：为了解西北内陆干旱地区土地利用结构变化特征，以塔里木河流域为例，选取2009—2015年的土地利用数据，分析了土地利用动态变化、土地利用程度变化及土地利用结构时空变化。结果表明，2009—2015年塔里木河流域建设用地、耕地和其他农用地面积呈增长趋势，园地、林地、草地、水域、未利用地面积持续下降;土地利用综合指数呈增长趋势，土地利用的集约化程度逐渐提高，但总体水平较低;土地利用结构有序性和结构性稳步增长，其中阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什地区土地利用结构有序性和优势度较低，而和田地区和巴音郭楞蒙古自治州土地利用程度较低，保持有序状态。
　　关键词：土地利用结构;时空动态变化;塔里木河流域
　　中图分类号：F301.2         文献标识码：A
　　文章编号：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
　　土地利用結构变化是土地利用类型与土地利用方式共同作用的结果。区域土地利用结构动态变化规律研究是区域自然条件、资源和社会经济发展结构及其优化配置研究的重要前提和途径，对区域土地合理利用及其产业布局具有一定的指导意义。近年来，随着人类活动范围的扩大和程度的加剧，河流城市的土地利用变化对河流水文循环、水土流失、气候变化及生物多样性的影响越来越大，严重威胁城市河流的生态安全[1-3]，已成为区域土地利用变化研究的热点。中国西北干旱区内陆河流域具有抗干扰能力弱、生态脆弱的特点，对其土地利用结构变化的研究是干旱区环境调控和可持续发展的基础。地处新疆腹地的塔里木河流域是中国西北干旱区内陆河流域的代表区域，对此流域土地利用结构研究较少，大多集中于干流区域。本研究以塔里木河整体流域为典型案例，以期通过对其土地利用动态变化、土地利用程度变化及土地利用结构时空变化的研究来了解西北内陆干旱地区土地利用变化特征，为西北内陆地区土地资源开发与保护、土地利用结构优化以及经济建设与区域资源环境的可持续发展提供科学依据，为干旱区绿洲城市的建设发展提供一定的理论指导。
　　1  研究区概况、数据来源与方法
　　1.1  研究区概况
　　塔里木河流域位于新疆维吾尔自治区南部，在天山山脉和昆仑山山脉之间，地理位置东经75°06′—92°50′，北纬36°30′—42°10′，东西长1 100 km，南北宽600 km，流域内高山盆地相间，是世界上最大的内陆河流域。塔里木河始于最长的源流——叶尔羌河流域，加上车尔臣河尾闾—台特玛湖，流域总长度2 486 km，主要包括“四源一干”，其中源流为阿克苏河流域、和田河流域、叶尔羌河流域和开都河—孔雀河流域，干流为阿拉尔至台特玛湖河段，流域总面积102.6万km2（位于中国境内的流域面积为99.6 km2）。流域范围涉及行政区包括巴音郭楞蒙古自治州、阿克苏地区、喀什地区、克孜勒苏克尔克孜自治州、和田地区5个地（州）的38个县（市）和新疆生产建设兵团的4个师辖地。
　　1.2  数据来源 　　目前，土地利用数据来源一般有3种，一是统计部门发布的数据资料，二是国土资源部门通过土地详查及变更调查等得到的数据，三是科研单位通过遥感图像解译获取的数据。本研究采用新疆维吾尔自治区国土厅提供的新疆土地变更调查（2009—2015年）数据。为了系统分析塔里木河流域土地利用动态特征，按照分类释义和转换对应关系将每年的变更调查分类转换为全国土地分类（试行）二级类进行归并，将其土地利用类型分为耕地、园地、草地、林地、其他农用地、建设用地、水域以及未利用土地8类。
　　1.3  研究方法
　　1.3.1  土地利用动态度  土地利用动态度（K）可定量描述区域一定时间范围内某种土地利用类型数量的变化情况，有助于了解土地利用变化的总体态势和土地利用结构的变化。如果K>0，则表示研究期内土地利用类型面积增加;K<0，表示研究期内土地利用类型面积减少;K=0，表示研究期内土地利用类型面积没有变化。公式如下：
　　1.3.2  土地利用程度综合指数及变化量  土地利用程度综合指数反映土地利用的广度和深度，适用于土地利用中土地本身的自然属性和人类因素与自然环境因素的综合效应评价。依据樊玉山等[4]提出的土地利用综合分析方法，根据土地自然综合体在各种社会因素影响下的自然平衡状态将各种土地利用程度划分为4级，并进行分级赋值，结合研究区特点及研究目的，依据土地利用程度分级标准[5]将未利用地分级指数定为1，林地、草地、其他农用地及水域分级指数定为2，耕地、园地分级指数定为3，建设用地分級指数定为4。
　　1.3.3  土地利用结构信息熵模型
　　2  结果与分析
　　2.1  塔里木河流域土地利用动态变化
　　对塔里木河流域土地利用数据进行整理和计算，结果如表1所示。由表1可知，2009年塔里木河流域土地利用类型以未利用地、草地、林地及水域为主，面积占比分别为78.50%、10.09%、4.54%及2.97%，到2015年主要土地利用类型未改变，仍以未利用地、草地、林地及水域为主，未利用地和草地面积占比略有下降，分别下降至78.41%、10.08%，林地、水域及其他农用地未发生变化，而建设用地面积占比变化较明显，由2009年的0.68%增长至0.78%。
　　综上所述，由于塔里木河流域独特的地理环境，使得该区域的土地利用结构中未利用地、草地和林地一直是主要用地方式，各用地类型之间存在调整变化。随着经济发展和城市扩张建设用地需求量的增长，占比不断增加。
　　根据式（1）计算得塔里木河流域各用地类型的土地利用动态度如表2所示。从表2可以看出，2009—2015年，塔里木河流域建设用地、耕地和其他农用地土地利用动态度大于0，说明面积呈增长趋势，其中建设用地K值最大，即平均年变化速率最快，达到2.62%，耕地和其他农用地分别为0.10%和0.13%;园地、林地、草地、水域、未利用地K值小于0，说明其面积持续下降，园地每年减速为0.26%，林地、草地、水域、未利用地以每年0.02%的速度减少。从2009—2012年土地利用动态度和2012—2015年土地利用动态度两组数据可以看出，除耕地外，其他各用地类型平均年变化速率较平稳（数值变化较小，说明其增长或下降变化平稳），而耕地动态度2012—2015年是2009—2012年的2.33倍，其在2012—2015年年增幅较大。
　　城市建设、城镇化进程的推进导致建设用地迅速增长，耕地和其他农用地增长的原因是为了保证粮食产量和质量划定18亿亩耕地红线，以及为建设新农村实施乡镇振兴战略，而园地的减少是由于塔里木河流域农业产业内部结构不合理、管理粗放、经济效益低下，作为支撑中心城市发展的城郊型农业尚未形成，林地、草地的减少主要因为过度砍伐森林、过度放牧导致草场退化，建设用地的增加则是占用了水域、未利用地。
　　2.2  塔里木河流域土地利用程度变化
　　由表3可知，塔里木河流域2009、2012和2015年土地利用综合指数呈增长趋势，说明土地利用集约化程度逐渐增高，但低于全国平均水平的231.92[6]，表明塔里木河流域的土地利用程度较低。塔里木河流域在2009—2015年的土地利用程度变化量和土地利用程度变化率均大于0，表明其土地利用处于发展时期，随着城市化水平提高和经济快速发展，塔里木河流域对其土地利用方式进行不断调整，促使土地资源向经济效益更高的土地利用类型转变，但从总体上来看，塔里木河流域土地利用处于缓慢发展时期。
　　土地利用程度综合指数的最大极限值为400，而在整个研究期间塔里木河流域的土地利用程度综合指数值约为125，均处于较低水平，其原因是流域内未利用地比例较大，其中包括无法或不适宜开发的盐碱地、沼泽地、沙地及裸地等，且水资源匮乏，不利于土地利用及建设用地扩张。
　　2.3  塔里木河流域土地利用结构时空变化
　　2.3.1  土地利用结构时序分析  由表4可知，研究期内塔里木河流域土地利用结构信息熵整体呈平稳增长趋势，信息熵最低值为0.838 3 Nat（2009年），最高值为0.843 1 Nat（2015年），均衡度与信息熵变化态势相同，而优势度的变化趋势相反，说明塔里木河流域土地利用结构有序性和结构性稳步增长。将2009年塔里木河流域土地利用结构信息熵与全国相应年份土地利用结构信息熵（1.655 0 Nat）进行横向比较[7]，前者明显低于后者，说明塔里木河流域土地利用系统的有序性高于全国，结构性强于全国土地利用系统。
　　2.3.2  土地利用结构空间差异及分析  根据塔里木河流域2015年区域土地利用现状，计算得出各行政区土地利用结构及其信息熵、均衡度和优势度，结果见表5。由表5可知，塔里木河流域5个地区土地利用结构信息熵高于平均值（0.873 2 Nat）的有阿克苏地区（1.299 5 Nat）、克孜勒苏克尔克孜自治州（1.035 0 Nat）、喀什地区（0.971 8 Nat），信息熵最大值为阿克苏地区，而和田地区和巴音郭楞蒙古自治州土地利用结构信息熵低于平均值，其中和田地区最低，为0.446 4 Nat。具体来看，塔里木河流域土地利用结构有序度高低与区域内用地呈密切关系，主要表现为两部分，土地利用结构信息熵较高、优势度较低的区域有阿克苏地区、克孜勒苏克尔克孜自治州、喀什地区，在空间上主要分布于塔里木河流域上游，各类型用地分布不均，形成有序度低的结果;而和田地区和巴音郭楞蒙古自治州主要为一种或两种土地利用类型起支配作用，优势度高，有序度高。 　　由此可知，区域土地的多样化程度越高、土地类型越齐全，土地利用结构受人类活动的影响就越大，影响程度就越高，土地利用结构系统就越趋向无序状态;相反，土地多样化程度越低，土地类型越单一，土地利用系统就越能保持一个有序状态[8]。
　　3  结论
　　本研究选择塔里木河流域作为研究对象，利用塔里木河流域土地利用数据，参照全国土地分类及流域具体情况，分8种地类从土地利用结构动态变化、土地利用程度变化及土地利用结构时空变化3方面探讨了2009—2015年土地利用结构变化，得出以下结论。
　　1）2009—2015年塔里木河流域土地利用类型主要以未利用地、草地和林地为主，各类型所占比例变化不大。塔里木河流域建设用地、耕地和其他农用地面积呈增长趋势，其中建设用地平均年变化速率最快，达到2.62%，耕地在2012—2015年增幅较大;园地、林地、草地、水域、未利用地面积持续下降，园地每年减速为0.26%，其余类型每年减速均为0.02%。
　　2）2009—2015年塔里木河流域土地利用综合指数呈增长趋势，土地利用的集约化程度逐渐提高，但总体水平较低。
　　3）2009—2015年塔里木河流域及2015年各行政区土地利用结构信息熵分析表明，塔里木河流域土地利用结构有序性和结构性稳步增长，其中阿克苏地区、克孜勒苏克尔克孜自治州、喀什地区土地利用结构受人类活动影响较大，其有序性和优势度较低，而和田地区和巴音郭楞蒙古自治州土地利用程度较低，保持有序状态。
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