1990—2020年乌昌地区土地利用与土地覆盖变化动态研究.pdf

http:/2023年9月 第14卷 第17期19902020年乌昌地区土地利用与土地覆盖变化动态研究赵金鹏哈丽娜 努尔布尔新疆农业大学科学技术学院，新疆乌鲁木齐830000摘要：以新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市和昌吉回族自治州（乌昌地区）为研究区，提取 1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和 2020年研究区的遥感影像，并运用地理信息系统研究当地土地利用与土地覆盖变化特征及变化规律。结果表明：乌昌地区土地利用类型以裸地、草地为主，其中裸地主要分布在乌昌地区东北部，草地主要分布在乌昌地区西南部；海拔对乌昌地区的土地利用类型空间分布有所影响，耕地分布在海拔低于 1 800 m 的区域，林地主要分布在海拔1 8002 600 m 的区域，建设用地主要分布在海拔 2981 000 m 的区域；在气候变化和城市化的作用下，乌昌地区的草地面积有所减少，城市面积持续增加；而受退耕还林、天然林保护等政策的驱动，林地面积持续增加。故未来乌昌地区应注意保护草地，使其充分发挥防风固沙的生态功能。关键词：土地利用；土地覆盖；时空变化；乌昌地区中图分类号：P237；F301.24文献标志码：A文章编号：1674-7909-（2023）17-131-50引言新疆维吾尔自治区（以下简称新疆）是我国土地面积最大的省级行政区，而乌鲁木齐市和昌吉回族自治州（乌昌地区）是新疆天山的核心经济地带，研究其土地利用与覆盖变化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）十分重要且必要。而目前在土地利用与土地覆盖变化研究方面，有关乌昌地区的研究报道相对较少。基于此，以乌昌地区为研究区，采用遥感技术对其进行土地利用类型、土地利用转移情况进行分析，探究19902020 年乌昌地区 LUCC 的变化特征和变化规律。1研究区域和研究方法1.1研究区概况乌昌地区是指乌鲁木齐市和昌吉回族自治州。其中，乌鲁木齐市为新疆首府，是世界上距离海洋最远的大城市，有“亚心之都”之称。昌吉回族自治州为新疆重要的农产品输出地，是首府乌鲁木齐市的重要补充。乌昌地区地处我国西北、亚欧大陆中心，在准噶尔盆地南部、天山山脉北麓，位于东经8517 9132、北纬4245 4500。乌昌地区地势整体呈南部和东北部高、中部和西北部低的趋势，为温带大陆性气候区，冬季寒冷干燥，夏季炎热，温差极大1。1.2数据来源与研究方法1.2.1数据来源研究区遥感数据中的高程数据来源于地理空间数据云（http:/ m；从中国生命周期基础数据库（Chinese Life Cycle Database，CLCD）土地利用数据网站获得1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年新疆的土地覆被数据，使用Arcgis软件根据乌昌地区行政区划矢量图进行裁剪，并进行掩膜提取，进而形成该地区的土地利用变化数据。之后完善土地利用变化数据，并根据实际情况对其进行分类，包括水域、耕地、林地、草地、湿地、建设用地、灌木地、裸地和冰山融雪等9类2。1.2.2研究方法1.2.2.1土地利用变化幅度土地利用变化幅度指某一时间段土地利用类型面积的变化，反映不同类型的土地在总量上的变化，可了解土地利用变化的总态势和土地利用结构的变化3。其计算公式为作者简介：赵金鹏（1985），男，硕士，副教授，研究方向：城市绿地规划设计。131http:/2023年9月 第14卷 第17期K=（Vb-Va）/Va 100%（1）式（1）中：K为某一地区土地利用类型在研究期的变化幅度，Va为某一种土地利用类型研究末期土地面积，Vb为某一种土地利用类型研究初期土地面积。1.2.2.2土地利用转移矩阵土地利用变化分析的转移矩阵能够完全描述不同类型土地之间的相互转换关系，可以具体、全面地体现出研究区各土地利用类型变化的结构特征与变化方向4。其计算公式为LUCC=Cn 10+Cn+1（2）式（2）中：LUCC为土地利用变化分析的转移矩阵，Cn为研究区土地利用变化前分类结果，Cn+1为研究区土地利用变化后分类结果。2研究结果与分析2.1不同土地利用类型的空间分布乌昌地区的地势南高北低，且乌昌地区东北部有高海拔地区。实地走访调研发现，乌昌地区以裸地和草地为主，裸地主要分布在该区域的东北部，草地主要分布在西南部，两者对称分布。由图1可知，乌昌地区不同海拔的土地利用空间分布差异明显，但海拔高于4 200 m的区域几乎很少有利用土地分布。其中，耕地分布在海拔低于1 800 m的区域，以分布在海拔2981 000 m的区域为主，面积达8 867.26 km2；林地主要分布在海拔1 8002 600 m的区域；建设用地主要分布在海拔 2981 000 m的区域；草地、裸地在高海拔地区和较低海拔地区均有分布，但裸地主要分布在海拔2981 000 m的区域，草地在不同海拔的分布较为均匀；水域和湿地分布在海拔低于2 000 m的区域，在不同海拔的分布没有明显规律；高山融雪基本均存在于海拔高于3 000 m的区域。由于乌昌地区南部为天山山地，所以乌昌地区南部主要是冰川融雪、林地和高山型草地。乌昌地区中部主要为冲积平原，水域、耕地和草地分布面积较大。受南部天山山脉的影响，乌昌地区中部耕地和建设用地的水资源主要来源于高山积雪和山地地表径流，这有利于满足当地农业和工业用水需求。乌昌地区北部广泛分布沙漠盆地，加之当地气候干燥，所以当地土地类型主要为裸地，开发难度大。2.2土地利用变化幅度分析1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年乌昌地区土地利用类型面积如表1所示。利用公式（1）计算19902020年乌昌地区土地利用类型面积的变化幅度，结果如表2所示。由表1可知，乌昌地区林地和建设用地面积随着时间的推移而增加。相比1990年，2020年乌昌地区林地面积增加754.45 km2，其原因可能是造林政策逐渐落实到位；2020年乌昌地区建设用地面积增加602.08 km2，主要是由城市化的不断发展造成的。自1995年以后，乌昌地区草地面积逐渐减少。由表2可知，19902020年，乌昌地区建设用地呈现正向变化（且其变化幅度排第一），排第二位的是林地，而草地整体变化趋势为负向，其余土地利用类型变化幅度呈现上下波动趋势。其中，20152020年乌昌地区耕地面积变化幅度为-7.59%，此期间耕地面积减少 798.44 km2；20152020 年乌昌地区灌木地面积变化幅度为 2 230.77%，其余时间段变化幅度均为负值；20102015年、20152020 年乌昌地区水域面积变化幅度分别为-8.36%和-0.61%，但 19902020年整体变化幅度为81.47%，说明除特定年份外，水域面积整体呈增加趋势；19902020年乌昌地区冰山融雪面积的变化差异较大、阶段性较为显著，19901995年、20052010年、20102015年变化幅度分别为17.58%、10.81%、3.86%，其余时间段均为负值，可能是全球气候变暖和极端天气天不断出现导致的；19902010年乌昌地区裸地面积不断减少，变化幅度为负值；2005年以前，乌昌地区湿地面积逐年减少，之后则反之，可能是受国家开始注重生态湿地修复的2981 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00035 0001 0001 8001 8002 6002 6003 400海拔/m面积/km23 4004 2004 2005 000耕地林地灌木地草地水域冰川融雪裸地建设用地湿地5 0005 426图119902020年乌昌地区不同海拔土地利用类型变化132http:/影响。2.3土地利用转移矩阵利用Arcgis软件中的空间分析工具中的栅格计算器进行乌昌地区地图的代数计算，参照公式（2），得出19902020年乌昌地区土地利用转移矩阵（见表3至表8）。整体来看，19902020年乌昌地区土地转移变化频繁，由于当地草地和裸地本身面积大，所以主要是以草地和裸地的转出、建设用地和林地面积的日渐增加为整体趋势而发展的。当地面临的生态压力较大，耕地和草地大面积退化成裸地。表119902020年乌昌地区土地利用类型面积km2年份1990199520002005201020152020耕地7 421.947 445.997 798.198 527.449 806.6410 522.439 723.99林地2 010.012 176.432 387.742 473.502 589.662 691.982 755.46灌木地0.270.150.030.020.020.010.27草地34 968.8235 680.6135 414.2634 846.8234 170.2632 224.8430 916.24水域173.62228.65278.21329.47345.93317.02315.07冰川融雪651.65766.20656.29605.85671.33697.25594.51裸地42 995.1541 840.3341 520.5741 200.4440 267.8941 276.1143 313.80建设用地188.94272.06355.13426.88558.69680.75791.02湿地0.020.010.010.000.020.040.06表219902020年乌昌地区土地利用类型面积变化幅度%时间段19901995年19952000年20002005年20052010年20102015年20152020年19902020年耕地0.324.739.3515.007.30-7.5931.02林地8.289.713.594.703.952.3637.09灌木地-45.90-79.39-35.29-22.73-23.532 230.77-0.66草地2.04-0.75-1.60-1.94-5.69-4.06-11.59水域31.7021.6718.425.00-8.36-0.6181.47冰川融雪17.58-14.34-7.6810.813.86-14.74-8.77裸地-2.69-0.76-0.77-2.262.504.940.74建设用地43.9930.5320.2030.8821.8516.20318.66湿地-35.29-45.45-16.67280.00110.5380.00323.53表319901995年乌昌地区土地利用转移矩阵1990年土地利用类型耕地林地灌木地草地水域冰川融雪裸地建设用地湿地1995年土地利用类型耕地6 808.252.100596.775.34033.5300林地10.422 007.890.13155.642.350000灌木地00.020.080.0400000草地572.6600.0633 192.745.002.921 907.2200.01水域11.760047.37159.737.342.390.070冰川融雪0000.850633.84131.5200裸地0.9800932.901.097.5640 897.8000建设用地17.870042.510.12022.70188.870湿地000000000.01转出面积7 421.942 010.010.2734 968.82173.63651.6642 995.15188.940.02表419952000年乌昌地区土地利用转移矩阵1995年土地利用类型耕地林地灌木地草地水域冰川融雪裸地建设用地湿地2000年土地利用类型耕地6 697.8317.740909.574.520168.5300林地0.522 158.690.01224.933.590000灌木地000.03000000草地712.0100.1132 982.258.150.341 711.3900.01水域12.860041.81202.4418.312.610.180冰川融雪0003.910.01634.9917.3700裸地0.50001 476.299.41112.5639 921.8100建设用地22.270041.840.52018.62271.880湿地000000000转出面积7 445.992 176.430.1535 680.60228.64766.2041 840.33272.060.01赵金鹏，等.19902020年乌昌地区土地利用与土地覆盖变化动态研究133http:/2023年9月 第14卷 第17期表520002005年乌昌地区土地利用转移矩阵2000年土地利用类型耕地林地灌木地草地水域冰川融雪裸地建设用地湿地2005年土地利用类型耕地7 398.430.7201 010.836.220111.2300林地2.652 387.010.0183.160.670000灌木地000.02000000草地369.540.010.0133 010.5814.100.161 452.4300水域6.590050.31246.0215.3710.680.500冰川融雪0008.960.06570.3426.5000裸地0.32001 211.1610.2570.4239 908.2900建设用地20.660039.260.89011.44354.630湿地000000000转出面积7 798.192 387.740.0435 414.26278.21656.2941 520.57355.130.01表620052010年乌昌地区土地利用转移矩阵2005年土地利用类型耕地林地灌木地草地水域冰川融雪裸地建设用地湿地2010年土地利用类型耕地8 184.821.7301 476.016.960137.110.020林地3.472 471.760113.540.8300.0600灌木地000.02000000草地295.630.01031 949.3135.012.611 887.680.010水域13.950030.17280.535.3214.491.470冰川融雪0000.910.06579.5490.8200裸地0.29001 195.335.2918.3839 048.6000建设用地29.280081.550.79021.68425.390湿地0000.0100000转出面积8 527.442 473.500.0234 846.83329.47605.8541 200.44426.880表720102015年乌昌地区土地利用转移矩阵2010年土地利用类型耕地林地灌木地草地水域冰川融雪裸地建设用地湿地2015年土地利用类型耕地9 092.134.7801 323.6013.87088.0500林地1.202 584.030101.165.3900.1900灌木地000.01000000草地658.650.82030 678.7825.290.69860.6000水域12.030019.53269.486.608.590.800冰川融雪0000.460.03565.45131.3000裸地0.62001 986.6024.7798.6039 165.5200建设用地42.020.02060.107.08013.64557.890湿地0000.0200000.01转出面积9 806.652 589.650.0134 170.25345.91671.3440 267.89558.690.01表820152020年乌昌地区土地利用转移矩阵2015年土地利用类型耕地林地灌木地草地水域冰川融雪裸地建设用地湿地2020年土地利用类型耕地9 212.650.750479.4113.81017.300.070林地5.012 690.97058.960.4400.0800灌木地00.240.010.0200000草地1 268.160.01028 999.3332.552.00614.040.140.01水域6.670021.30251.909.2423.592.360.01冰川融雪0000.580.31533.5560.0600裸地6.43002 595.8713.55152.4540 545.490.010建设用地23.500.01069.324.48015.55678.160湿地0000.0400000.02转出面积10 522.422 691.980.0132 224.83317.04697.2441 276.11680.740.04134http:/19901995年，乌昌地区耕地的主要转出方向是草地，而草地的主要转出方向是耕地、林地和裸地，特别是转变为裸地的面积占草地转出总面积的2.67%。草地转变为裸地的原因可能是当地气候干燥，降水量小于蒸发量，使得草地荒漠化。裸地主要转为草地，其转变为草地的面积占裸地转出总面积的4.44%，表明乌昌地区开始注重裸地开发。19952000年，在乌昌地区转出土地类型中，草地成为主要的转出利用类型，草地转为耕地、林地、建设用地的面积分别为909.57、224.93、41.84 km2。20002005年，乌昌地区土地利用变化频繁，主要是草地和裸地的互相转换。另外，草地转为耕地的面积也占有一定的比重，转为耕地的面积为1 010.83 km2，占草地转出总面积的2.85%。20052010年，乌昌地区草地主要转出方向与前两个时期有所变化，草地转化为耕地的面积最大（转化面积为 1 476.01 km2，占草地转出总面积的 4.24%，相比20002005年增长了1.39个百分点），同时部分草地转化成了裸地。20102015年，乌昌地区裸地对草地的转入相比前几个时期大幅度减少（这个时期裸地对草地的转入面积为860.60 km2，与20052010年转入面积1 887.68km2相比减少了1 027.08 km2）；而草地退化成裸地的面积与前期相比只增不减，说明草原荒漠化在乌昌地区是一个较为严重的问题。20152020年，乌昌地区土地转移变化显著，耕地转出总面积（10 522.42 km2）与前几个时期相比大大增加，相比 20102015年转出总面积 9 806.65 km2增加了 715.77 km2；相比较而言，草地的转出面积有所减少。3结论与讨论3.1结论乌昌地区以裸地和草地为主，裸地主要分布在该区域的东北部，草地主要分布在西南部，两者对称分布。另外，乌昌地区不同海拔的土地利用空间分布差异明显。从整体的土地利用幅度来看，乌昌地区建设用地呈现正向变化（且其变化幅度排第一），排第二位的是林地，而草地整体变化趋势为负向，其余土地利用类型变化呈现上下波动的趋势。从土地利用转移矩阵来看，乌昌地区土地转移变化频繁，由于当地草地和裸地本身面积大，所以主要是以草地和裸地的转出、建设用地和林地面积的日渐增加为整体趋势而发展的。当地面临的生态压力较大，耕地和草地大面积退化成裸地。3.2讨论19902020 年，乌昌地区建设用地面积逐年增长，其主要是受当地城市化发展的影响。谭远模等5开展了类似研究，发现自我国加速城市化发展以来，城市规模急剧扩张，部分耕地被纳入城市建设用地。虽然19902020年乌昌地区建设用地面积逐年增长，但是建设用地面积的增长与耕地、草地等面积的增长相比微乎其微。另外，乌昌地区草地和林地面积的变化主要受国家退耕还林还草政策的影响。参考文献：1 伊素燕，阿力木江吐斯依提.乌鲁木齐市土地利用变化与城市化关系研究 J.农村经济与科技，2018（7）：37-40.2 梁雪梅.乌鲁木齐城市化与土地利用变化关系研究 D.乌鲁木齐：新疆大学，2017.3 刘晨.乌鲁木齐市土地利用变化及驱动力研究 D.乌鲁木齐：新疆农业大学，2014.4 张建香，包有芳，贾菊桃，等.2001 年以来中国西北地区土地利用变化过程研究 J.陇东学院学报，2018（3）：70-74.5 谭远模，谭思梅，谭荣安.土地利用时空变化 与 城 市 化 发 展 分 析J.测 绘 通 报，2020（4）：139-146赵金鹏，等.19902020年乌昌地区土地利用与土地覆盖变化动态研究135