土地利用景觀生態格局變化及驅動力研究

趙芳 張永福 歐陽雪

摘要 以庫車縣2009和2016年的高分辨率遙感影像解譯的土地利用變更數據為數據源，運用ArcGIS 10.2、ENVI 5.1和Fragstats 4軟件，通過土地利用動態度指數、景觀指數分析了庫車縣2009—2016年土地利用覆被類型變化特征，并選取政策、人口和社會經濟指標綜合分析引起土地利用覆被類型變化的驅動因子。結果表明：庫車縣土地利用覆被類型整體呈穩定變化狀態，生態環境呈現優良狀態;國家和地區政策因素、人口的迅速增長和經濟實力大幅提升，都對庫車縣的土地利用格局變化有一定的影響。由此可見，對某一地區階段的土地利用格局變化特征及引起變化的驅動力進行分析有重要的理論與實際意義。

關鍵詞 土地利用/覆被;景觀格局;驅動力;庫車縣

中圖分類號 F301.2文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0103-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.030

Abstract ArcGIS 10.2， ENVI 5.1 and Fragstats 4 were used as software support， and the land use change data interpreted from high resolution remote sensing images in Kuqa County in 2009 and 2016 were used as data sources. The land use change characteristics of Kuqa County in 2009-2016 were analyzed with land use dynamic index and landscape index， and the comprehensive analysis of policy， population and socioeconomic indicators was selected. The driving factors causing the change of land use and cover types. The results showed that： the overall land use and cover types in Kuqa County are in a stable state， and the ecological environment is in a good state; the policy factors of the state and region， the rapid growth of population and the substantial increase of economic strength all have a certain impact on the change of land use pattern in Kuqa County. Therefore， it is of great theoretical and practical significance to analyze the characteristics of land use pattern change and the driving forces of change in a certain region.

Key words Land use/cover;Landscape pattern;Driving force;Kuqa County

20世紀90年代以來，土地利用/土地覆被的動態變化研究已經逐漸成為全球環境變化領域研究的熱點之一[1]。土地利用變化和城市化對生態系統和可持續土地利用的影響已引起研究人員越來越多的興趣[2]。一系列的活動，如城市發展所需進行的人為活動、各種自然災害、企業只注重自身發展而不考慮對環境造成的損害，將對生態系統的結構和功能產生影響[3-6]，進而影響區域的社會經濟發展、生態環境[7-9]，如氣候環境的變化[10-11]、生物多樣性、地表徑流與侵蝕[12-14]。因此，研究區域土地利用景觀格局變化及其驅動因子對當地未來的土地規劃和城鎮建設具有一定程度的指導和借鑒作用。在眾多這一主題的研究中，內容多集中于城鎮擴展的特征分析、動力機制、未來土地利用的模擬和預測、土地利用變化與生態環境效應關系等[15];研究對象以東部、中部的處于快速擴展期的大中城市為主，對西部中小城市的研究較缺乏，對干旱區城市，尤其是具有特有的歷史、地理環境下所形成的綠洲城鎮擴展的研究更是屈指可數[16]。

面對這一研究現狀，筆者選取新疆維吾爾自治區南疆城市庫車縣為研究區，基于遙感影像解譯數據基礎，通過對庫車縣土地利用景觀生態格局變化特征的分析以及引起土地利用覆被類型驅動力的解析，為未來庫車縣的城市規劃、土地利用規劃、生態環境建設等提供決策參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

庫車縣（82°35′～84°17′E、40°46′～42°35′N）隸屬于新疆維吾爾自治區阿克蘇地區。東部和巴音郭楞蒙古自治州的輪臺縣相鄰，西部與新和縣隔渭干河相望，北接巴音郭楞蒙古自治州和靜縣，東南至尉犁縣，南臨塔克拉瑪干沙漠，西南至沙雅縣，西北與拜城縣接壤，位于阿克蘇地區的東端（圖1）。近幾十年來，隨著城鎮化建設的步伐加快，庫車縣的土地利用格局發生了顯著變化，因此探索這一地區土地利用格局演變特征以及演變驅動因子，具有很高的研究價值。

1.2 數據來源與預處理

遙感數據：通過地理空間數據云網站（http：//www.gscloud.cn/）分別下載2009年Landsat7 ETM SLC-on、2016 年Landsat 8 OLI遙感影像、庫車縣30 m分辨率的DEM數據。

非遙感數據：2009、2016年庫車縣土地利用現狀圖來源于庫車縣國土資源局;2009、2016年的社會經濟數據來源于相應年份的《阿克區地區統計年鑒》《庫車統計年鑒》。

數據預處理：數據借助ENVI 5.1軟件，將所獲取的遙感影像進行輻射定標和大氣校正以消除由大氣、傳感器以及地物反射引起的影像畸變。以中國土地利用現狀分類系統標準為基礎，并結合庫車縣土地利用現狀野外調查結果，將監督分類和目視解譯的方法相結合，將庫車縣土地利用類型大致分為耕地、草地、林地、建設用地、水域、未利用地6類，得到 2009、2016 年土地利用覆蓋分類結果。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態度。

土地利用動態度是研究某一地區土地利用父輩類型數量以及面積時的常用的方法之一，它可定量描述一定時間范圍內某一土地利用類型面積的凈變化和土地利用類型的數量變化情況，通過分析土地利用動態度可以了解土地利用變化結果以及變化趨勢[17-18]，其動態度的大小表示該土地利用類型的穩定情況[19]，其公式如下：

D=S2-S1S1×1N×100%

式中，D為土地利用動態強度強度指數;S2是指研究末期的土地利用覆被面積;S1是指研究初期的土地利用覆被面積;N指研究時間跨度。

1.3.2 景觀格局分析。

景觀格局代表了景觀空間結構的特征，包括各種干擾在內的生態過程在不同尺度作用的結果。景觀斑塊的類型、形狀數量等既是各種干擾因素相互作用的結果，同時影響研究區的生態過程及邊緣效應[20-21]。參照已有學者的研究成果，從庫車縣土地利用現狀出發，以研究區的土地利用類型的發展規模、分布特征以及發展形態等方面為參考，在景觀格局指數的景觀水平上選取斑塊數（NP）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數（LSI）、聚集度（AI）、景觀分離度（DIVISION）、香農均勻度指數（SHEI）、香農多樣性指數（SHDI）、蔓延度指數（CONTAG）;在類型水平上選取斑塊密度（PD）、景觀形狀指數（LSI）、散布與并列指數（IJI）、分維數（PAFRAC）、聚集度（AI），最后借助Fragstas 4軟件進行研究區景觀格局指數的提取。

2 結果與分析

2.1 土地利用覆蓋變化特征分析

采取最大似然法進行監督分類，經過分類后處理得到庫車縣2009、2016年2期的土地利用覆被變化（圖2）。

從表1可以看出，2009和2016年庫車縣土地利用類型覆被面積變化及動態度情況。通過這2期的數值比較可以清晰發現，庫車縣土地利用覆被類型一直以林地草、未利用地為主導類型;2016與2009年相比未利用地面積減少，建設用地面積增加且動態度變化最大，說明庫車縣城鎮化建設有明顯進展;耕地面積增加，其動態度變化僅次于建設用地，這主要是因為近年來庫車縣的土地整治項目將非耕地資源轉化為耕地資源，提高了耕地的生產水平;水域面積變化基本呈現穩定中有小幅增長狀態?？傮w而言，2009—2016年，庫車縣城鎮建設得到了發展，同時，當地縣政府重視生態環境的保護，生態文明建設取得較大成效。

2.2 土地利用景觀指數特征分析

就類型水平而言，庫車縣2009、2016年類型水平指數變化見表2。由表2可知，耕地的斑塊密度減小，說明耕地連片化程度提高，其他類型土地的斑塊密度均增加，說明景觀破碎化程度增高，其中未利用地變化最大;景觀形狀指數的增加，說明該土地類型斑塊形狀趨于復雜;隨著城鎮化的發展，城鎮連片發展，因此建設用地的聚集度指數增加;散布與并列指數的變化由大到小依次為耕地、建設用地、耕地、未利用地、林地、草地、水域。表明耕地和建設用地受人類活動影響較大，集聚度高且彼此鄰近，水域及林草地受人類活動影響較少。

就景觀水平而言，2009、2016年庫車縣景觀水平指數變化見表3。由表3可知，從2009—2016年庫車縣各景觀指數均有不同程度的增加，說明研究區景觀破碎度化程度加深，景觀形狀趨于復雜，各類土地類型呈均衡化趨勢發展;蔓延度指數、聚集度指數降低，說明不同景觀類型的聚集度降低，斑塊間距離增加;但是香濃多樣性指數與香濃均勻度指數均有所增加，說明同土地類型斑塊間距離有所縮短，聚集程度提高。

2.3 土地利用覆被類型變化驅動力分析

2.3.1 政策因素。

2009—2016年庫車縣土地利用格局變化與國家和地方的政策密不可分?！笆濉逼陂g，社會穩定和經濟發展是兩大迫在眉睫的任務。在阿克蘇地委、行署的正確領導下，庫車縣委、縣政府團結帶領全縣各族干部和人民群眾，深入貫徹落實中央新疆工作座談會精神，緊緊圍繞社會穩定和長治久安兩大總目標，堅持科學發展觀的統領地位，大力推動經濟發展方式轉變，加快調整了當地產業結構，強勁城鄉環境發展勢頭，加強了生態文明建設。社會經濟、生態環境的雙重政策導向促使庫車縣土地利用格局產生了相應變化。

2.3.2 經濟增長因素。

由表4可見，2009—2016年庫車縣的國內生產總值從57.093 8億元大幅提升到了181.548 2億元，這一結果說明庫車縣的經濟得到了快速發展。為了滿足人民日益增長的物質和文化需求以及實現城鎮化建設的目標，當地縣政府投入一定的資源來加快當地的居民區、道路以及其他基礎設施建設，使得城鎮建設面積增加，草地和其他未利用地面積減少。與此同時，為了防止建設用地增加、耕地面積擴大引起生態惡化，當地重視生態文明建設，故而庫車縣在這一時段的林地、水域面積均是穩中有增。

2.3.3 人口增加因素。

作為城市發展必不可少的因素，人口是影響土地利用變化的關鍵因素[22]。從表4可以看出，庫車縣人口由2009年的45.821 9萬增加到了2016年的48499 5萬，增幅為5.84%，人口的增加就意味著對居住環境以及基礎設施的要求有所提高，也就是說人口的增加會對土地利用格局產生直接的影響，具體表現為：人口增加需要獲得更高的經濟效益，迫使土地利用從低產值向高產值轉移，耕地面積增加;由于對公共基礎設施要求的提高，各類住宅用地、商業用地和娛樂基礎設施建設都會使得建設用地面積增加;城鎮的發展必然會引起資源的侵占，從而使得草地、未利用地面積減少。

3 結論

利用最大似然法與目視解譯相結合的方法和動態度分析法對2009—2016年庫車縣土地利用變化特征規律及驅動因子進行分析，結果表明：

（1）2009—2016年，為了實現城鎮化建設的目標，建設用地面積增加最多;為了提高經濟效益，耕地的增幅僅次于建設用地;草地和未利用地部分轉化為建設用地，因此面積有所減少;為了維持生態的穩定，水域和林地面積保持穩定增長狀態。

（2）研究時段內，各類土地利用類型動態度變化從大到小依次為建設用地、耕地、林地、水域、草地、未利用地，即庫車縣的各個土地利用類型在這一時期都處于變化狀態，說明該地區城鎮建設在持續發展中。

（3）在庫車縣土地利用驅動因素研究中，可知土地利用格局的驅動因子主要有政策因素、經濟因素和人口增長因素。在國家和地方政策的支持下，人口的增長和經濟提升推動了當地的城鎮化建設，對土地利用格局產生了直接影響。

綜上所述，建議庫車縣在城鎮化進程中，強調注重生態與城市發展的平衡，轉向新型城鎮化建設，邁入以生態文明為導向的新時代，將生態文明融入城鎮化進程中，減輕城鎮化對生態環境的破壞作用，同時控制人口增長，減輕人類對自然資源過度利用，為優化庫車縣未來土地利用格局提供參考。

參考文獻

[1] 李秀彬.全球環境變化研究的核心領域——土地利用/土地覆被變化的國際研究動向[J].地理學報，1996，51（6）：553-558.

[2] BIHAMTA N，SOFFIANIAN A，FAKHERAN S，et al.Using the SLEUTH urban growth model to simulate future urban expansion of the Isfahan metropolitan area，Iran[J].J Indian Soc Remote Sens，2015，43（2）：407-414.

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

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

[5] 唐利華，張永福.伊犁河流域綠洲城市土地資源利用的生態風險評價：以伊寧市為例[J].貴州農業科學，2016，44（4）：165-170.

[6] 葉其炎，楊樹華，陸樹剛，等.玉溪地區生物多樣性及生境敏感性分析[J].水土保持研究，2006，13（6）：75-78.

[7] 馮仕超，高小紅，亢健，等.西寧市30多年來土地利用/土地覆被變化及城市擴展研究[J].干旱區研究，2012，29（1）：129-136.

[8] 崔耀平，劉紀遠，秦耀辰，等.北京城市擴展對熱島效應的影響[J].生態學雜志，2015，34（12）：3485-3493.

[9] CLAESSENS L，SCHOORL J M，VERBURG P H，et al.Modelling interactions and feedback mechanisms between land use change and landscape processes[J].Agriculture，ecosystemsand environment，2009，129（1/2/3）：157-170.

[10] BORMANN H，BREUER L，GRFF T，et al.Analysing the effects of soil properties changes associated with land use changes on the simulated water balance：A comparison of three hydrological catchment models for scenario analysis[J].Ecological modelling，2007，209（1）：29-40.

[11] 白一茹，王幼奇，展秀麗.陜北農牧交錯帶土地利用方式對土壤物理性質及分布特征的影響[J].中國農業科學，2012，46（8）： 1619-1627.

[12] BRATH A，MONTANARI A，MORETTI G.Assessing the effect on flood frequency of land use change via hydrological simulation（with uncertainty）[J].Journal of hydrology，2009，324（1/2/3/4）：141-153.

[13] LI Z，LIU W Z，ZHANG X C，et al.Impacts of land use change and climate variability on hydrology in an agricultural catchment on the Loess Plateau of China[J].Journal of hydrology，2009，377（1/2）：35-42.

[14] 易浪，任志遠，張翀，等.黃土高原植被覆蓋變化與氣候和人類活動的關系[J].資源科學，2014，36（1）：166-174.

[15] 魏石梅，潘竟虎，魏偉.綠洲城市用地擴展的景觀生態格局變化：以武威市涼州區為例[J].生態學雜志，2018，37（5）：1498-1508.

[16] 阿里木江·卡斯木，唐兵，古麗克孜·吐拉克.基于遙感和 GIS 的新疆綠洲城市擴展時空動態變化分析[J].冰川凍土，2013，35（4）：1056-1064.

[17] 彭保發，陳端呂，李文軍，等.土地利用景觀格局的穩定性研究：以常德市為例[J].地理科學，2013，33（12）：1484-1488.

[18] 國家環境保護總局.生態功能區劃暫行規程[A].2002.

[19] 陳利頂，孫然好，劉海蓮.城市景觀格局演變的生態環境效應研究進展[J].生態學報，2013，33（4）：1042-1050.

[20] 陽文銳.北京城市景觀格局時空變化及驅動力[J].生態學報，2015，35（13）：4357-4366.

[21] 張立平，張世文，葉回春，等.露天煤礦區土地損毀與復墾景觀指數分析[J].資源科學，2014，36（1）：55-64.

[22] 林柳璇，尤添革，劉金福，等.1985—2015年廈門市土地利用變化及驅動力[J].福建農林大學學報（自然科學版），2019，48（1）：103-110.