塔里木河流域耕地動態變化分析—以阿克蘇地區為例

王瓊，張斌，宋慶平，周光海，劉小芳，陳紅

（新疆農墾科學院，新疆 石河子 830000）

耕地是農業生產活動的基本條件[1]，及時了解耕地變化情況，能更好地保護耕地，守住耕地紅線。尤其在塔里木河流域，土壤沙漠化鹽漬化情況較普遍，水資源分布不均，隨著社會經濟的快速發展，人地矛盾日漸突出。研究塔里木河流域耕地動態變化情況，可為干旱區綠洲農業發展及保持生態平衡提供借鑒[2]。

耕地動態變化監測一直為廣大科研人員所關注，夏利恒等[1]利用渭北旱塬區衛星數據和行政區劃數據，采用重心模型、地學信息圖譜等方法揭示陜西渭北旱塬區耕地空間分布特征與變化趨勢；張天中[3]借助多年土地利用變更數據，采用耕地動態度定量分析方法對甘肅省耕地變化的區域差異進行研究；劉歡[4]以多年土地利用變更調查數據為基礎，分析閻良區耕地時空分布及動態變化特征情況等。已有研究中，對塔河流域耕地變化的研究還較少，尤其是近幾年的研究有待加強。本文以阿克蘇地區為例，利用多時相衛星數據對塔里木河流域綠洲區耕地的變化情況進行分析，以期揭示其耕地動態變化趨勢，為塔里木河流域耕地資源保護及農業可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

阿克蘇地區（39°20′N～42°40′N，78°02′E～84°05′E）位于亞歐大陸深處，天山南麓，塔里木盆地北緣，由東西兩片綠洲區構成，如圖1所示。阿克蘇地區為溫帶大陸性氣候，降水少，光熱資源豐富；總面積13.25萬平方公里（1325萬公頃），下轄八縣一市，分別是庫車縣、沙雅縣、新和縣、拜城縣、阿瓦提縣、溫宿縣、柯坪縣、烏什縣及阿克蘇市；種植的主要農作物為棉花、小麥和玉米等。

圖1 研究區位置示意圖Figure 1 Loaction of the study area

1.2 數據來源與處理

1.2.1 衛星數據獲取與處理

遙感影像數據使用的是2008年發射的環境與災害監測預報小衛星星座A、B星（HJ-1A/1B）CCD數據，1A、1B衛星聯合完成對地刈幅寬度為700km，重訪周期為2天。地面像元分辨率為30m，4個譜段成像。本研究選取2010、2015、2021年HJ-1A/1B阿克蘇地區CCD影像數據共計12景進行遙感解譯及分析處理（數據來源于衛星應用中心，https：//data.cresda.cn/#/home）

運用ENVI5.3對衛星影像進行預處理，預處理主要包括輻射定標、大氣校正、幾何校正、影像拼接融合及裁剪等。其中幾何校正以已有校正的影像數據為參照，校正誤差≤0.5個像元；投影統一使用WGS84坐標系。并利用bandmath計算研究區NDVI數據，以此為基礎獲取阿克蘇地區不同時期耕地面積。

1.2.2 耕地變化動態度計算

耕地變化動態度能反映出某一區域內耕地總量變化速度與變化劇烈程度[5-6]，計算公式為：

式中，K為研究區耕地變化動態度，Ub為末期耕地總量，Ua為初期耕地總量；T為時段步長。K＞0代表T時段內研究區耕地數量增加，K＜0代表T時段內研究區耕地數量減少。

2 結果與分析

2.1 耕地面積提取

對阿克蘇地區主要農作物進行調查，確定阿克蘇地區主要農作物類型為棉花、小麥、玉米。通過分析不同作物關鍵物候期[7-8]，分別獲取阿克蘇地區2010年、2015年和2021年4月、7—8月的衛星影像數據，對數據進行預處理，并利用不同作物NDVI值對數據進行密度分割，得到阿克蘇地區耕地空間分布情況。

2.1.2 不同階段研究區耕地面積

如圖2所示可知，2010—2021年的11年間，阿克蘇地區耕地面積整體呈增加趨勢，其中2010—2015年耕地面積略有增加，2015—2021年耕地面積增加較為明顯。就阿克蘇地區兩大綠洲耕地分布情況來看，2010—2021年，西部綠洲區耕地面積數量較東部綠洲區少。

圖2 不同年份研究區耕地空間分布圖Figure 2 Spatial distribution map of cultivated land in the study area in different years

2.2 耕地變化動態度分析

以衛星數據提取的2010年、2015年和2021年阿克蘇地區耕地面積為數據源，進一步利用耕地動態變化度公式得到研究區不同時間段耕地數量動態變化情況。如表1所列可知，2010—2015年全區除阿克蘇市以外，耕地動態變化度均＞0，耕地動態變化度最大的為庫車縣和阿克蘇市，耕地動態變化度分別為0.1016和-0.1080，說明庫車縣耕地面積增加明顯，而同時期阿克蘇市耕地面積減少明顯。2015—2021年，全區耕地動態變化度均＞0，且耕地動態變化度差別均較小。2010—2021年除阿克蘇市以外，耕地動態變化度均＞0。說明除阿克蘇市以外，阿克蘇地區11年間耕地變化整體呈增長趨勢，其中又以庫車縣和沙雅縣耕地動態變化度最大，分別為0.0919和0.0899，說明庫車、沙雅兩個縣耕地變化相對劇烈；變化最小的是柯坪縣，2010—2021年耕地動態變化度僅為0.036。

表1 2010-2021年阿克蘇地區耕地動態變化度Table 1 Changes of the dynamic degree in Aksu Region from 2010 to 2021

3 結論

阿克蘇地區耕地總量由2010年的614943公頃至2021年的994468公頃，整體呈增長趨勢；又以庫車縣和沙雅縣耕地動態變化度最大；阿克蘇市耕地面積2010—2015年呈負增長趨勢，2015—2021年呈增長趨勢，但較阿克蘇地區其他8個縣而言，耕地面積變化較小。

從衛星影像監測的耕地空間分布情況可看出，2010—2015年阿克蘇地區耕地空間分布相對分散，2015年耕地圖斑面積明顯增加，其中又以東部綠洲區耕地面積增加明顯；2015—2021年，阿克蘇地區耕地小幅增加的情況在東、西兩部分綠洲范圍內均較為普遍；除庫車縣和沙雅縣外，全區2010—2021年不存在耕地面積大量增加或耕地快速減少的情況。