近40年克里雅綠洲人口時(shí)空變化對(duì)土地利用/覆蓋變化的影響

盧龍輝，瓦哈甫·哈力克，黃 玲

（1. 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046；2. 新疆維吾爾自治區(qū)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046）

0 引 言

自工業(yè)革命之后，尤其是20世紀(jì)以來，相繼而來的全球環(huán)境問題使人類生存和社會(huì)發(fā)展面臨嚴(yán)重威脅，全球變化科學(xué)已成為研究熱門[1]。全球氣候變化與人類活動(dòng)的雙重作用，使土地利用與覆蓋（land use and land cover，LULC）在全球不同時(shí)間尺度、空間尺度上發(fā)生著劇烈變化，直接影響地球表層生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2-3]，并且，人們逐漸認(rèn)識(shí)到 LULC變化也是引起全球變化的重要原因之一[4]。因此，研究區(qū)域LULC變化及其背后的人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)作用，將為全球變化的研究提供直接的的參考依據(jù)。

作為中國(guó)新疆典型的綠洲區(qū)域，克里雅綠洲有限的資源與承擔(dān)的大量人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)壓力之間存在天然矛盾。以全球氣候變化為背景，干旱地區(qū)的人類活動(dòng)作為主要作用力改變地表反射率、水分與養(yǎng)分循環(huán)，并且影響到區(qū)域甚至全球的氣候變化模式與范圍[5]。研究綠洲區(qū)域土地利用與覆蓋變化及人類活動(dòng)對(duì)土地利用與覆蓋變化的驅(qū)動(dòng)作用，對(duì)全球變化科學(xué)具有重要意義。

LULC變化的驅(qū)動(dòng)力是 LULC 研究的核心問題之一，可以為預(yù)測(cè) LULC未來的發(fā)展變化趨勢(shì)和制定土地利用政策提供科學(xué)依據(jù)[6]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同時(shí)空尺度與方法研究了 LULC變化的驅(qū)動(dòng)力：LULC變化的驅(qū)動(dòng)力可分為直接驅(qū)動(dòng)力與間接驅(qū)動(dòng)力[7]，包含自然因素（自然條件、氣候變化）與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素（經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口變化、社會(huì)環(huán)境）[8]；驅(qū)動(dòng)力分析方法包括：基于經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)方法，基于過程的動(dòng)態(tài)模型方法，綜合模型[9-18]。后立勝等[19]指出：LULC變化機(jī)理與過程的研究通常重點(diǎn)關(guān)注某一類自然要素，主要集中在水、土和氣候等要素研究。Lambin 等[20]認(rèn)為：當(dāng)前一些LULC變化驅(qū)動(dòng)力研究，通?；谙鄬?duì)的理想假設(shè)，導(dǎo)致結(jié)論同現(xiàn)實(shí)狀況間存在較大差距。因此，如何實(shí)現(xiàn)多學(xué)科理論與方法、多尺度、宏觀與微觀、模型構(gòu)建與應(yīng)用的綜合，將是 LULC變化驅(qū)動(dòng)力研究中的科學(xué)難題。Wentz等[21]綜合運(yùn)用專家系統(tǒng)法和目視解譯法研究了干旱區(qū)在城市發(fā)展影響下的LULC變化，定性分析了 LULC變化的影響因素。張琴琴等[22]運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究了綠洲社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)的耦合關(guān)系，定性分析了人口增長(zhǎng)對(duì)綠洲耕地等 LULC的影響。吉力力等[23]研究了中亞地區(qū)LULC變化，發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)70年代以來，大規(guī)模的水土開發(fā)活動(dòng)引起LULC變化，對(duì)生態(tài)環(huán)境的具有負(fù)面影響。干旱區(qū)整體結(jié)構(gòu)單一，且荒漠植被的生態(tài)功能較低，荒漠化日趨嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性高，對(duì)自然環(huán)境、人類生產(chǎn)生活的擾動(dòng)，對(duì)水資源、土壤資源的擾動(dòng)極為敏感[24]。以上的研究，對(duì)LULC變化的人口驅(qū)動(dòng)研究還停留在定性分析、簡(jiǎn)單數(shù)理統(tǒng)計(jì)或概念模型，如何將人口變化對(duì) LULC的擾動(dòng)定量化與精確空間化，將對(duì)綠洲 LULC變化的研究起到重要的推動(dòng)作用。

基于此，本文在新疆典型綠洲區(qū)域運(yùn)用3S時(shí)空建模方法與多種空間統(tǒng)計(jì)方法，定量化與精確空間化研究克里雅綠洲人口空間變化與 LULC變化的相互關(guān)系，從不同的空間尺度與統(tǒng)計(jì)尺度分析人口空間變化引起的LULC變化，并探討人口空間變化對(duì) LULC變化的驅(qū)動(dòng)作用，同時(shí)為當(dāng)?shù)卣咧贫ㄕ咛峁┛茖W(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

克里雅綠洲位于中國(guó)新疆南部（圖1），隸屬和田地區(qū)于田縣（81°09′～82°51′E、35°14′～39°29′N），地處塔里木盆地南緣，北臨塔克拉瑪干沙漠，南為喀拉昆侖山中段，西為策勒綠洲，東為尼雅古綠洲?？死镅啪G洲屬于典型的暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，生態(tài)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，植被類型較少，以農(nóng)業(yè)活動(dòng)為主，農(nóng)牧結(jié)合?？死镅藕幼阅舷虮必灤┱麄€(gè)綠洲，從而孕育了克里雅綠洲，地勢(shì)平坦。綠洲內(nèi)景觀梯度分布明顯，由外至內(nèi)依次為稀疏草地、灌木林地、耕地、水域，建設(shè)用地分散其中。本文的研究區(qū)具體指克里雅河中游沖積平原上以連續(xù)草地覆蓋為邊緣的區(qū)域。克里雅綠洲是以維吾爾族為主體的民族聚居區(qū)。2015年底，全縣總?cè)丝?8.218 2萬，出生率為 29.81‰（大幅高于全國(guó)人口出生率為 12.95‰），死亡率為7.76‰，人口自然增長(zhǎng)率為22.05‰（同樣大幅高于全國(guó)平均自然增長(zhǎng)率5.86‰）[25]。

圖1 研究區(qū)位置與土地利用類型圖Fig.1 Location of study area and land use types

2 數(shù)據(jù)處理與方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

由于1975年的遙感影像質(zhì)量較差，故本文以Landsat-2衛(wèi)星MSS傳感器于1976年10月14日獲取的遙感影像說明1975年的LULC狀況（包含4個(gè)波段，空間分辨率79 m，行列號(hào)為 156/34，來源于美國(guó)地質(zhì)勘探局 USGS網(wǎng)站:www.usgs.gov），以 Landsat-8衛(wèi)星 OLI傳感器于2015年7月15日獲取的遙感影像說明2015年的LULC狀況（包含9個(gè)波段，單色波段空間分辨率30 m，全色波段空間分辨率15 m，行列號(hào)為145/34，來源于美國(guó)地質(zhì)勘探局USGS網(wǎng)站：www.usgs.gov）。通過ENVI5.0進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)研究區(qū)邊界裁剪遙感影像，使用監(jiān)督分類（支持向量機(jī)）與人機(jī)交互式解譯的方法進(jìn)行 LULC分類。結(jié)合當(dāng)?shù)靥厥獾母珊祬^(qū)特征，參照國(guó)家基本資源與環(huán)境本底動(dòng)態(tài)遙感調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)的分類體系，將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地 6大類。借助野外調(diào)研資料對(duì)解譯后的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查修正，得到1975年與2015年2期LULC類型圖。通過混淆矩陣進(jìn)行分類精度評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示，1975年LULC分類結(jié)果的總體精度為 96%，Kappa統(tǒng)計(jì)系數(shù)為0.89，各類型的生產(chǎn)精度與用戶精度均在75%至99.3%之間；2015年LULC分類結(jié)果的總體精度為93.1%，Kappa系數(shù)為 0.94，各類型的生產(chǎn)精度與用戶精度均在83.33%～100%之間，分類結(jié)果能夠滿足研究需要。由于本文對(duì)研究區(qū)的界定，即除未利用地之外的地類組成的連續(xù)區(qū)域，故本文所涉及到的 LULC類型只包含除未利用地之外的其他5種地類。

本文通過《于田統(tǒng)計(jì)五十年》[26]、《于田輝煌十二·五》[25]等統(tǒng)計(jì)年鑒、縣志及相關(guān)資料獲取1975年與2015年2期人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)（鄉(xiāng)/鎮(zhèn)人口數(shù)量）。

2.2 方法

2.2.1 基于網(wǎng)格單元法的LULC與人口數(shù)據(jù)空間化

為保持 LULC類型數(shù)據(jù)與人口數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，將LULC類型與人口矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成網(wǎng)格數(shù)據(jù)，網(wǎng)格單元統(tǒng)一設(shè)定為500 m×500 m，共得到20 352個(gè)網(wǎng)格單元。

為在空間上定量分析 LULC變化與人口空間變化，本文計(jì)算了每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi) LULC的面積占比及占比變化情況。具體計(jì)算公式[27]如式（1）。

式中tP為L(zhǎng)ULC類型t的面積占網(wǎng)格單元面積的比例；tA為L(zhǎng)ULC類型t在網(wǎng)格單元內(nèi)的斑塊面積；gA為網(wǎng)格單元的面積（本文為0.25 km2）。

式中vC為變量v在每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的總數(shù)量，v為人口單元，vD為變量v的密度，n為每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)變量v分屬每個(gè)鄉(xiāng)/鎮(zhèn)的斑塊總數(shù)量，vA為每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)變量v分屬每個(gè)鄉(xiāng)/鎮(zhèn)的斑塊面積。具體處理過程（構(gòu)建網(wǎng)格單元-矢量數(shù)據(jù)與網(wǎng)格單元 union-網(wǎng)格單元變量合并計(jì)算）見文獻(xiàn)[28]。

2.2.2 基于Pearson相關(guān)系數(shù)的LULC變化與人口變化全局尺度相關(guān)分析

為在研究區(qū)全局尺度定量分析 LULC變化與人口變化的相關(guān)性，探討人口變化可能引起的 LULC變化與可能引的LULC各類型間轉(zhuǎn)換的關(guān)系，本文運(yùn)用Pearson相關(guān)系數(shù)（也稱為積差相關(guān)或積矩相關(guān)）方法，計(jì)算了基于網(wǎng)格單元的全局 LULC占比變化與人口變化的相關(guān)系數(shù)r，具體計(jì)算公式見文獻(xiàn)[29]。|r|表示變量間的相關(guān)程度，r>0表示正相關(guān)，r <0表示負(fù)相關(guān)，r =0表示零相關(guān)。

2.2.3 人口變化和LULC變化集聚性分析

空間自相關(guān)分析可以揭示變量在空間上的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，是檢驗(yàn)?zāi)骋灰刂蹬c相鄰要素值是否關(guān)聯(lián)的有效指標(biāo)[30]?？臻g自相關(guān)性是使用空間回歸方法的必要條件，因此，本文運(yùn)用Global Moran’I指數(shù)分析LULC變化與人口變化的集聚性與空間自相關(guān)性，以此判斷數(shù)據(jù)是否適合進(jìn)行空間關(guān)系的建模。

2.2.4 LULC變化與人口變化局部尺度相關(guān)分析

為在研究區(qū)局部尺度定量分析 LULC變化與人口變化的相關(guān)性，本文運(yùn)用地理加權(quán)回歸模型（geographically weighted regression，GWR）方法構(gòu)建了局部空間回歸模型。GWR模型發(fā)展了普通線性回歸模型，在普通線性回歸模型的基礎(chǔ)上嵌入了空間因素[31]，允許局部參數(shù)的估計(jì)而非全局預(yù)測(cè)，擴(kuò)展后模型的參數(shù)是位置i的函數(shù)，具體計(jì)算[32]如式（3）。

式中(ui, vi)為第i個(gè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)， βk( ui, vi)為第i個(gè)采樣點(diǎn)上的第k個(gè)回歸參數(shù)，是關(guān)于地理位置的函數(shù)。εi為誤差。χik為自變量；Yi為i點(diǎn)的LULC變化，%。

3 結(jié)果與分析

3.1 克里雅綠洲40a的人口空間變化

40 a來（圖2），克里雅綠洲內(nèi)人口數(shù)量增長(zhǎng)明顯（增長(zhǎng)14.277 7萬人），人口空間分布范圍顯著擴(kuò)張。1975年人口主要分布在綠洲中部縣城周圍及喀爾克鄉(xiāng)，2015年人口分布逐漸形成了喀爾克鄉(xiāng)、先拜巴扎鎮(zhèn)、縣城周圍、奧依托格拉克鄉(xiāng) 4個(gè)中心。在克里雅綠洲內(nèi)的絕大部分區(qū)域，人口數(shù)量呈增加狀況，單元網(wǎng)格內(nèi)的增加人口主要在2～200人之間。綠洲南部蘭干鄉(xiāng)、中部先拜巴扎鎮(zhèn)、縣城區(qū)域、東部奧依托格拉克鄉(xiāng)的人口數(shù)量增加最多，在網(wǎng)格單元內(nèi)均增加了 301人以上，尤其縣城區(qū)域，增加人口甚至達(dá)到701～1 310人。在綠洲西北、北部、中部的零星區(qū)域，存在人口數(shù)量減少的現(xiàn)象。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，綠洲人口呈明顯向城鎮(zhèn)集聚的趨勢(shì)，人口分布擴(kuò)張與人口密度增加同時(shí)存在，綠洲承受的人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)壓力不斷增加。

圖2 近40a克里雅綠洲人口變化空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of population changes in Keriya oasis in past 40 years

3.2 克里雅綠洲40 a的LULC變化

40 a來（圖1，表1），克里雅綠洲整體面積有所擴(kuò)張，擴(kuò)張幅度為17.11%，各LULC類型變化較明顯，但林地、草地、耕地仍是占綠洲面積最多的 LULC類型。由于克里雅河自南向北的流向?qū)е戮G洲南部為上水區(qū)，加之綠洲北部緊鄰沙漠、地勢(shì)低導(dǎo)致水土偏鹽堿化，綠洲南部較北部擴(kuò)張顯著。總體上，1975年的建設(shè)用地較為分散且比例極低，占綠洲面積的 1.13%；2015年的建設(shè)用地增加顯著，占綠洲面積的5.25%，增加幅度為441.76%，且沿道路增長(zhǎng)明顯，逐漸形成了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心，表明 40 a來年綠洲人口發(fā)展引起的居住用地?cái)U(kuò)張現(xiàn)象較突出。1975年的耕地主要分布在綠洲南部與西北；2015年的耕地隨著建設(shè)用地的占用與分割，呈現(xiàn)規(guī)則的塊狀分布，且在西北部、南部、東部呈明顯的向外擴(kuò)張現(xiàn)象，增加幅度為14.51%，但占綠洲面積的比例有微小的降低，由占綠洲面積的22.75%降至22.24%。2015年的水域覆蓋區(qū)域明顯減少，由1975年的連續(xù)分布變?yōu)榱阈欠植?，縮減情況明顯，面積減少幅度為60.85%，表明綠洲發(fā)展過程中伴隨著大量的水資源消耗。1975年林地（灌木林為主）主要分布在綠洲西部與東北部，呈連續(xù)分布，而2015年林地在東部有所增加，西部更加破碎化，整體增加幅度為40.88%（占綠洲面積的比例由37.99%增加至45.70%）。草地有所減少，減少幅度為12.82%。

克里雅綠洲各 LULC類型的變化在空間分布上具有明顯的差異（圖3）。建設(shè)用地比例呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，大部分增加比例在 20%以上，在縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心的增加比例甚至達(dá)到41%～92%，呈現(xiàn)明顯的聚集現(xiàn)象。但在綠洲北部與西北部的少量區(qū)域仍出現(xiàn)了零星的減少現(xiàn)象，表明在綠洲緊鄰沙漠的北部由于惡劣的自然條件出現(xiàn)了居民點(diǎn)廢棄的現(xiàn)象。耕地比例在總體上呈北減南增的狀況，綠洲北部的耕地減少比例在28%～100%之間，綠洲南部、西部、東部（阿日希鄉(xiāng)、蘭干鄉(xiāng)、喀爾克鄉(xiāng)、奧依托格拉克鄉(xiāng)）呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，增加比例在41%～100%之間。綠洲北部緊鄰沙漠及水資源短缺的問題突出，嚴(yán)重影響了綠洲北部的農(nóng)業(yè)發(fā)展，且南部耕地增加對(duì)水資源的消耗更加劇了北部耕地減少的趨勢(shì)。林地比例變化劇烈，總體上呈西減東增的狀況，西部減少比例多在21%～60%（主要在拉依蘇良種場(chǎng)），東部增加比例多在41%～100%（主要在勞改農(nóng)場(chǎng)與稻田指揮部）。草地在綠洲的大部分區(qū)域呈減少狀況，減少比例多在21%～98%，但在希吾勒鄉(xiāng)、斯也克鄉(xiāng)等區(qū)域仍存在增加現(xiàn)象。水域在原有河道處均呈減少的狀況，減少比例在 21%～85%之間，少量增加區(qū)域主要在西部地勢(shì)較低的希吾勒鄉(xiāng)龍湖濕地與東部下游河道低洼處。

表1 1975和2015年克里雅綠洲LULC類型統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistic of LULC types of Keriya oasis in 1975 and 2015

圖3 近40 a克里雅綠洲LULC變化空間分布Fig.3 Spatial distribution of LULC type change in Keriya oasis in past 40 years

3.3 克里雅綠洲40 a來人口空間變化與LULC變化的相關(guān)性

3.3.1 全局相關(guān)性

總體上（表 2），克里雅綠洲內(nèi)建設(shè)用地變化與人口變化的線性相關(guān)程度達(dá)0.616，表明人口變化對(duì)建設(shè)用地的變化有直接的影響。40 a來，克里雅綠洲的人口增長(zhǎng)帶來居住用地的壓力，加之農(nóng)村人口占大多數(shù)，并且更傾向于留在出生地生活、以分配的耕地務(wù)農(nóng)為生，導(dǎo)致建設(shè)用地的顯著擴(kuò)張。建設(shè)用地變化與耕地變化為正相關(guān)，而耕地變化與林地變化、草地變化均為負(fù)相關(guān)，是由于當(dāng)?shù)馗氐拈_墾基本伴隨著農(nóng)村居住用地（“人隨地走”的分散式耕居方式）的擴(kuò)張，而這種擴(kuò)張進(jìn)一步的占據(jù)了原有的林地與草地。耕地變化與林地變化的相關(guān)系數(shù)為–0.367，與草地變化的相關(guān)系數(shù)為–0.273，表明林地與草地均受耕地變化的影響，而林地所受的影響更大。水域變化與林地變化、草地變化均為負(fù)相關(guān)，表明水域的減少伴隨著林地、草地的蔓延，但水域減少的根本原因是綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活的大量耗水與不合理利用。

表2 近40 a人口變化與LULC變化的Pearson相關(guān)性分析Table 2 Pearson correlation analysis between change of LULC type and change of population in past 40 years

3.3.2 空間自相關(guān)性

40 a來，克里雅綠洲建設(shè)用地變化、耕地變化、林地變化、草地變化的空間自相關(guān)性都超過0.6（表3），表明建設(shè)用地變化、耕地變化、林地變化、草地變化在空間上具有較高的空間聚集性與空間自相關(guān)性。耕地變化的Moran’s I指數(shù)最高，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性。人口變化、水體變化的空間自相關(guān)性也分別達(dá)到了 0.448、0.535，表明二者也具有一定程度的空間聚集與自相關(guān)特征。以上結(jié)果表明本文中 LULC變化數(shù)據(jù)與人口變化數(shù)據(jù)適合進(jìn)行空間關(guān)系的建模。

3.3.3 局部空間相關(guān)性

在所構(gòu)建的人口變化與LULC變化GWR模型結(jié)果中，人口變化與建設(shè)用地變化、人口變化與耕地變化的GWR模型結(jié)果較為顯著（因此只列出這2組模型結(jié)果），2組變量的空間局部尺度相關(guān)性存在著明顯的空間異質(zhì)性（圖 4）。人口變化對(duì)建設(shè)用地變化的解釋變量系數(shù)在全局尺度呈正相關(guān)的情況下（0.616**），在局部尺度的相關(guān)性呈現(xiàn)正相關(guān)與負(fù)相關(guān)共存的結(jié)果，表現(xiàn)為綠洲大部分區(qū)域均呈正相關(guān)，綠洲北部少數(shù)區(qū)域呈負(fù)相關(guān)的空間格局。人口變化對(duì)耕地變化的解釋變量系數(shù)在全局尺度呈微弱負(fù)相關(guān)（–0.026**）的情況下，在綠洲內(nèi)部呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，在綠洲邊緣呈現(xiàn)正相關(guān)的基本格局，綠洲內(nèi)部的負(fù)相關(guān)為全局負(fù)相關(guān)的主要貢獻(xiàn)。該 2組模型顯著性在綠洲大部分區(qū)域均較高（Local R2大于61%）。

表3 近40a人口變化與LULC各類型變化的Moran’s I指數(shù)Table 3 Moran’s Index of changes of population and LULC in past 40 years

圖4 人口變化與建設(shè)用地變化及其與耕地變化關(guān)系的空間異質(zhì)性Fig.4 Heterogeneity of relationship between population change and buildup land change/population change and arable land change

為進(jìn)一步探討建設(shè)用地變化與耕地變化是否引起其他 LULC類型變化，在所構(gòu)建的建設(shè)用地變化與耕地變化與其他LULC類型變化的GWR模型結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)耕地變化與林地變化、耕地變化與水域變化的GWR模型結(jié)果較為顯著，2組變量的空間局部尺度相關(guān)性存在著明顯的空間異質(zhì)性（圖 5）。耕地變化對(duì)林地變化的解釋變量系數(shù)在全局尺度呈負(fù)相關(guān)的情況下（–0.367**），在局部尺度的相關(guān)性呈現(xiàn)正相關(guān)與負(fù)相關(guān)共存的結(jié)果，表現(xiàn)為綠洲內(nèi)部大部分區(qū)域均呈負(fù)相關(guān)，綠洲邊緣區(qū)域呈負(fù)相關(guān)的空間格局。耕地變化對(duì)水域變化的解釋變量系數(shù)在全局尺度呈微弱正相關(guān)（0.036**）的情況下，在綠洲中部呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，在綠洲西南部與克里雅河下游區(qū)域呈現(xiàn)正相關(guān)的基本格局。耕地變化與林地變化GWR模型顯著性在綠洲大部分區(qū)域均較高（Local R2大于61%），耕地變化與水域變化 GWR模型顯著性在西部零星區(qū)域與河道兩側(cè)區(qū)域較高（Local R2大于51%）。

圖5 耕地變化與林地變化及其與水域變化關(guān)系的空間異質(zhì)性Fig.5 Heterogeneity of relationship between arable land change and forestland change/arable land change and water area change

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，林地變化與草地變化、林地變化與水域變化的GWR模型結(jié)果也較為顯著，2組變量的空間局部尺度相關(guān)性存在著明顯的空間異質(zhì)性（圖 6）。林地變化對(duì)草地變化的解釋變量系數(shù)在全局呈負(fù)相關(guān)的情況下（–0.339**），在局部尺度相關(guān)性呈現(xiàn)為綠洲西北部基本呈負(fù)相關(guān)，綠洲西南部區(qū)域基本呈負(fù)相關(guān)的空間格局。林地變化對(duì)水域變化的解釋變量系數(shù)在全局尺度呈負(fù)相關(guān)（–0.239**）的情況下，在綠洲大部分區(qū)域呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，正相關(guān)呈零星分布的格局。林地變化與草地變化GWR模型顯著性在綠洲大部分區(qū)域均較高（Local R2大于61%），林地變化與水域變化 GWR模型顯著性在西部與河道兩側(cè)區(qū)域較高（Local R2大于51%）。

圖6 林地變化與草地變化、林地變化與水域變化關(guān)系的空間異質(zhì)性Fig.6 Heterogeneity of relationship between forestland change and grassland change/forestland change and water area change

同時(shí)分析發(fā)現(xiàn)，草地變化與水域變化的GWR模型結(jié)果也較為顯著（圖 7）。草地變化對(duì)水域變化的解釋變量系數(shù)在全局尺度呈微弱負(fù)相關(guān)的情況下（–0.073**），在局部尺度的相關(guān)性呈現(xiàn)明顯的異質(zhì)性特征，表現(xiàn)為正負(fù)相關(guān)相間分布的空間格局。模型的顯著性在綠洲西南部區(qū)域與河道兩側(cè)較高（Local R2大于51%）。

圖7 草地變化與水域變化關(guān)系的空間異質(zhì)性Fig.7 Heterogeneity of relationship between grassland change and water area change

4 討 論

40 a來，克里雅綠洲人口的劇烈增長(zhǎng)伴隨著城鄉(xiāng)居住用地的大量增加。由于綠洲北部緊鄰沙漠，以及生產(chǎn)生活用水的需求，導(dǎo)致建設(shè)用地主要向自然條件較好的南部與東部區(qū)域擴(kuò)張；另外，由于當(dāng)?shù)匾赞r(nóng)業(yè)為主要生產(chǎn)方式，人口的增長(zhǎng)必然引起耕地（墾荒）的增加，當(dāng)?shù)氐摹叭穗S地走”的生活習(xí)慣導(dǎo)致鄉(xiāng)村居住用地與耕地?cái)U(kuò)張同步，分散式的生產(chǎn)生活狀態(tài)直接導(dǎo)致了建設(shè)用地的明顯增加。以上原因造成人口空間變化對(duì)建設(shè)用地變化的驅(qū)動(dòng)作用表現(xiàn)為綠洲大部分區(qū)域均呈正相關(guān)（尤其在綠洲南部與東部），綠洲北部少數(shù)區(qū)域呈負(fù)相關(guān)的空間格局，前者的程度強(qiáng)于后者。在綠洲內(nèi)部，有限耕地與分散式生產(chǎn)生活狀態(tài)的綜合作用導(dǎo)致增加的建設(shè)用地增加直接占用耕地，而在綠洲邊緣，由于墾荒耕地質(zhì)量較差導(dǎo)致墾荒面積相對(duì)建設(shè)用地的增加面積較大，因此人口變化對(duì)耕地變化的驅(qū)動(dòng)作用表現(xiàn)為綠洲內(nèi)部呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，在綠洲邊緣呈現(xiàn)正相關(guān)的基本格局，前者的程度強(qiáng)于后者。

在綠洲內(nèi)部，耕地的有限性與人口的大量增加導(dǎo)致綠洲內(nèi)部林地向耕地的轉(zhuǎn)換，而在綠洲外部，墾荒的耕地面對(duì)較差的自然條件（風(fēng)沙）往往配套植樹造林建設(shè)防護(hù)林導(dǎo)致綠洲邊緣的林地反而增加。這也造成了耕地變化對(duì)林地變化的驅(qū)動(dòng)作用表現(xiàn)為綠洲內(nèi)部大部分區(qū)域均呈負(fù)相關(guān)，綠洲邊緣區(qū)域呈負(fù)相關(guān)的空間格局，前者的程度強(qiáng)于后者。由于綠洲擴(kuò)張與耕地的增加導(dǎo)致大量耗水，加之水資源的不合理利用、大水漫灌等傳統(tǒng)用水方式，造成綠洲整體的水資源總量持續(xù)減少?？死镅啪G洲的龍湖濕地與稻田區(qū)是整個(gè)綠洲的低洼區(qū)域，水資源的減少直接表現(xiàn)為這2個(gè)區(qū)域的水域面積減少。40 a來的耕地開墾與水利設(shè)施建設(shè)，形成了綠洲西南部與克里雅河下游兩片灌排設(shè)施較好的農(nóng)田區(qū)域，引起了以上區(qū)域水域面積的增加。因此，耕地變化對(duì)水域變化的驅(qū)動(dòng)作用表現(xiàn)為綠洲中部呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，在綠洲西南部與克里雅河下游區(qū)域呈現(xiàn)正相關(guān)的基本格局。

綠洲西北部的林地由于轉(zhuǎn)為耕地與水資源減少的原因大面積減少，而草地增加明顯；綠洲東南部由于墾荒引起的植樹造林對(duì)林地與草地的增加起到了促進(jìn)作用。以上原因，造成了林地變化對(duì)草地變化的驅(qū)動(dòng)作用表現(xiàn)為綠洲西北部基本呈負(fù)相關(guān)，綠洲西南部區(qū)域基本呈負(fù)相關(guān)的空間格局，前者的程度強(qiáng)于后者。林地與草地的變化往往伴隨發(fā)生，并且與水資源的關(guān)系較為復(fù)雜。林、草地的增加伴隨著水域面積的增加往往發(fā)生在灌排設(shè)施較好的區(qū)域，主要由于需要保護(hù)耕地免受風(fēng)沙影響。

人口空間變化驅(qū)動(dòng)了 LULC變化，這種關(guān)系并不是線性變化，在不同局部空間尺度上可能呈正相關(guān)與負(fù)相關(guān)，呈現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性。人口空間變化的驅(qū)動(dòng)作用直接表現(xiàn)為建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與耕地?cái)U(kuò)張：綠洲主要人口為農(nóng)村人口，更傾向于留在當(dāng)?shù)厣睿苑峙涞母貏?wù)農(nóng)為生，直接導(dǎo)致綠洲內(nèi)建設(shè)用地與耕地的不斷增加，人口變化起到直接的促進(jìn)作用。人口空間變化的驅(qū)動(dòng)作用間接表現(xiàn)為林地變化、草地變化、水域變化：克里雅綠洲主要的生產(chǎn)方式依然以農(nóng)耕種植業(yè)為主，其所受到的人類活動(dòng)影響基本以農(nóng)業(yè)活動(dòng)為主，一方面建設(shè)用地與耕地不斷增長(zhǎng)，一方面綠洲林地、草地、水域不斷變化，綠洲LULC維持著動(dòng)態(tài)變化。

自1949以來（圖8），綠洲耕地面積一直維持在較高水平，在1983—1991年的降低之后耕地面積在微小的波動(dòng)中持續(xù)增長(zhǎng)，近2 a達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；而人均耕地面積自1991年后保持穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著綠洲人口不斷增長(zhǎng)，耕地持續(xù)增加，農(nóng)業(yè)投入消耗的土地、水等資源不斷增加，直接導(dǎo)致了綠洲林地破碎化、草地與水域的銳減。通過抽取地下水、引水灌溉獲取農(nóng)業(yè)活動(dòng)所需的大量水資源將持續(xù)對(duì)綠洲資源承載能力提出挑戰(zhàn)。綠洲的城鎮(zhèn)化過程、人均耕地的需求、國(guó)家政策都在一定程度上加劇了綠洲 LULC變化的程度與速度。一方面要保證人均耕地的穩(wěn)定必然會(huì)導(dǎo)致綠洲向外部擴(kuò)張，另一方面克里雅河自南向北的流向、有限的水資源與土壤資源也促使綠洲耕地向南部擴(kuò)張的趨勢(shì)比北部更顯著。人口的直接驅(qū)動(dòng)與有限的耕地、北部惡劣的荒漠環(huán)境之間的矛盾，造成綠洲明顯向南部擴(kuò)張。

圖8 克里雅綠洲歷史耕地面積與人均耕地面積變化Fig.8 Change of arable land area and per-capita land area of Keriya Oasis

GWR方法較 OLS方法反映更多的異質(zhì)特征，在總體相關(guān)水平下局部區(qū)域可能出現(xiàn)方向相反或大小不等的相關(guān)結(jié)果。在全局尺度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示的特征之外，局部尺度統(tǒng)計(jì)分析方法更能反映復(fù)雜的特征，更接近實(shí)際情況，提供的分析維度與深度更優(yōu)、信息更豐富。在研究中，嘗試將遙感、GIS、多種統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行綜合運(yùn)用，將為我們研究綠洲動(dòng)態(tài)發(fā)展、土地利用與土地覆蓋變化帶來新的認(rèn)識(shí)。

本研究也存在相應(yīng)不足。克里雅綠洲的人口結(jié)構(gòu)以農(nóng)村人口為主，在人口數(shù)據(jù)空間化的過程中，很難厘清農(nóng)村人口中由于外地打工或工作、升學(xué)造成的人口流失，也很難分辨常住人口。另外，人口向城鎮(zhèn)流動(dòng)的趨勢(shì)也造成一些農(nóng)村戶口的虛空而實(shí)際居住在城鎮(zhèn)中的現(xiàn)象。以各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度來賦值建設(shè)用地上的人口數(shù)量雖然是目前是精度最高的人口空間化方法，但由于上述原因，如何更多的考慮實(shí)際中人口流動(dòng)、戶籍與居住地不一致的問題，將是本文未來研究的方向。

5 結(jié) 論

1）40 a來，克里雅綠洲經(jīng)歷了人口顯著增加（14萬多），人口空間分布范圍顯著擴(kuò)張并向縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)中心集聚，建設(shè)用地與耕地向南部擴(kuò)張明顯，林地增加但趨于破碎化，草地與水域銳減的發(fā)展過程。隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，綠洲人口呈明顯向城鎮(zhèn)集聚的趨勢(shì)，人口分布擴(kuò)張與人口密度增加同時(shí)存在，綠洲承受的人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)壓力不斷增加。

2）克里雅綠洲各LULC類型的變化在空間分布上具有明顯的差異。人口變化對(duì)克里雅綠洲 LULC變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制復(fù)雜，總體相關(guān)結(jié)果下，局部區(qū)域可能出現(xiàn)方向相反或大小不等的相關(guān)結(jié)果。人口的空間變化是克里雅LULC變化及綠洲擴(kuò)張的直接驅(qū)動(dòng)力，直接表現(xiàn)為建設(shè)用地與耕地向南擴(kuò)張（441，76%、14.51%），間接表現(xiàn)為林地變化（40.88%）、草地變化（-12.82%）、水域變化（60.85%）。人口的空間變化對(duì)綠洲擴(kuò)張的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)作用，與綠洲北部惡劣的自然環(huán)境、克里雅河自南向北的流向共同作用，導(dǎo)致綠洲向南部擴(kuò)張。這些結(jié)果可幫助解釋綠洲擴(kuò)張可能導(dǎo)致的影響，如人口遷移、土地利用空間分布不均、干旱化加劇、土壤鹽漬化等等，并可對(duì)可持續(xù)的綠洲規(guī)劃與發(fā)展提供指導(dǎo)。

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