喀什噶爾河流域平原區土地利用類型時空分布特征及趨勢分析

王友年

(新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

土地資源的合理利用將直接關系到區域經濟社會發展和生態文明建設。而土地利用類型的改變不僅有著其必然性，也存在著眾多的影響因素[1-3]。喀什噶爾河流域平原區面積廣闊，土地資源充足[4]，但可利用土地資源較少[5]。近年來，流域平原區土地利用類型轉變一方面受區域社會經濟和人口增長而發生著顯著改變，另一方面，隨著政府及對于土地資源利用的重要性認識程度不斷加深，流域水土資源的利用程度也得到了提升。因此，為實現喀什噶爾河流域水土資源更加充分、合理利用及促進區域生態文明建設良好發展，掌握流域平原區土地利用類型時空分布特征及轉變規律則顯得十分重要。

由于水土資源的重要性，針對土地利用類型的研究一直是眾多學者的研究重點，其研究也從簡單的定性[6-7]轉為定量[8-13]。如黃秋霞[6]、張大偉[7]等通過分析研究區土地利用類型的轉變規律為研究區生態文明建設和水土資源的可持續利用提供了理論支撐；杜清等[8]對喀什噶爾河流域1990—2010年全流域土地利用類型的變化做了相應研究，可以看出流域山區土地利用類型轉變較小，這為本文確定研究區范圍提供了依據；郭穎悅等[9]簡述了遙感技術在土地利用類型的應用及前景，這為本文土地利用數據的獲取及分析提供了理論支撐；戴娜敏等[12]及李碩等[13]應用多種方法對大清河流域土地利用景觀的時空變化進行了分析研究，而這為本文確定研究方法提供了思路。

喀什噶爾河流域位于西北干旱區，生態環境脆弱[14]，且是集民族地區、貧困地區為一體的區域。受自然條件及管理水平的限制，流域水土資源利用率較低，土地利用類型轉變復雜[15]。另對于喀河流域土地利用類型轉變的研究大都較早[4-5，16-17]，且針對流域人類社會主要活動的平原區卻并未深入研究。故本文在獲取研究區多年土地利用類型數據的基礎上，首先分析研究區不同土地利用類型的時空分布特征及面積變化，其次運用土地利用類型轉移矩陣定量分析不同土地利用類型之間的轉化量及變化趨勢。以期為流域制定水土資源開發與規劃及生態環境保護提供理論支撐，同時可進一步促進流域生態文明建設和社會可持續發展。

1 材料及研究方法

1.1 研究區概況

研究區位于塔里木盆地西緣，地理位置介于東經73°30′～80°30′，北緯38°30′～40°39′之間，地形整體呈西高東低。通過收集并統計喀什噶爾河流域不同時期土地利用類型，結合野外實際調查發現山區變化較小，而平原區較大，故本次以流域平原區為研究重點。其主要包括流域的低山丘陵區邊緣地帶及流域中、東部的廣大地區，行政區劃包含喀什、克州、阿克蘇及兵團第三師等區域。本次依據等高線及流域水系分布劃定邊界條件，西北部以山區平原區界限為邊界，南部以喀什噶爾河與葉爾羌河分水嶺為界，東北及東南部以綠洲界限為界。同時通過野外實際調查及資料顯示，近年來，隨著喀什噶爾河流域經濟社會的快速發展，用水量隨之猛增，流域各河流地表來水出山口后幾乎都被引入灌區，加之下游河道基本被渠系化，流域各河流下游河道基本無水通過，故本次針對流域下游僅分析研究主河道兩岸有天然林草分布的區域。研究區位置圖如圖1所示。

圖1 研究區位置圖

喀什噶爾河流域主要由克孜河、蓋孜河、庫山河、依格孜牙河、恰克馬克河、布谷孜河和吐曼河七條河流組成，多年平均水資源總量55.19億m3。流域內平原區主要氣象要素(氣溫、降水量、蒸發量)的多年平均值在地域上的變化不大，氣溫在11.2～13.2℃，降水量在61.7～99.6mm/a，蒸發量在1076～1794mm/a。流域平原區面積2.34萬km2，生態環境脆弱，呈現荒漠綠洲、灌溉農業的特點。

1.2 研究方法

研究區1990、2000、2010、2019年土地利用類型數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn)，其主要以Landsat-TM/ETM遙感影像為數據源[18]。經解譯后運用動態度[19]分析研究區不同土地利用類型在不同時段的變化，同時運用馬爾柯夫土地利用類型轉移矩陣[20]定量分析不同土地利用類型之間的轉化情況。

1.2.1動態度模型

通過構建單一土地利用動態度用以表達喀河流域平原區不同時段內不同土地利用類型的變化幅度與速度，其表達式為[19]：

(1)

式中，K—動態度，表示不同時段內某種土地的年變化率；Sa、Sb—流域平原區某一時段初期和末期某一類土地的面積，km2；T—研究步長，a，本次以年為單位。

1.2.2馬爾柯夫土地利用類型轉移矩陣

為進一步定量分析喀河流域平原區不同土地利用類型之間的轉化情況，故引入馬爾柯夫土地利用類型轉移矩陣，其表達式為[20]：

(2)

式中，Pxy—土地利用類型x向土地利用類型y轉移的面積，km2；n—土地利用類型個數。

2 平原區土地利用類型變化分析

遙感數據分析以中國科學院地理科學與資源研究所提出的LUCC[21](土地利用/覆被變化)遙感監測數據說明書為基礎。首先利用ArcGIS軟件分析整理后統計出平原區不同年份的土地利用類型，其次對不同時期土地利用類型變化幅度及動態度進行分析，最后定量分析出平原區1990—2019年的土地利用類型轉移矩陣。

2.1 不同時期土地利用類型時空分布特征及面積變化

依據土地利用類型二級分類[22]做出喀什噶爾河流域平原區1990、2000、2010、2019年不同時期的土地利用類型分布，結果如圖2所示。

由圖2可知，平原區耕地主要集中分布在西北部范圍內，也就是流域水系較為發達的區域，流域下游巴楚縣、圖木舒克市也有零星分布，另可明顯地看出自2010年后耕地分布更為廣泛，已擠占部分林草用地；林地主要分布在流域中、下游河道兩岸，但自2010年后下游天然林草則呈現明顯萎縮狀態，同時2000年前蓋孜河下游也有林地分布，但自2010年后則變為戈壁，另2010年后由于各縣、市大力發展林果業，導致其它林地面積增加零星分布于耕地之間；草地主要分布于西北部范圍內，但均在耕地外圍分布，且可以明顯看出自2010年后草地則逐漸被耕地所侵占；水域主要分布于流域各河流中、下游；建設用地主要分布于流域內各縣、市城區及周邊郊區；未利用地主要分布于東南部范圍內。可以看出耕地、林草空間分布變化較大，但水域、建設用地及未利用土地的空間分布情況并未發生明顯改變。可以看出，2019年喀什噶爾河流域平原區的綠洲范圍是1990年以來最大的時期，耕地面積擴增明顯，草地面積縮減嚴重，而隨著人工綠洲面積的增加，也改變了原始自然地貌和景觀，自然植被被取代，生物多樣性降低。

圖2 喀河流域平原區不同時期土地利用類型解譯

為進一步厘清平原區土地利用類型的面積變化情況，統計得出表1平原區不同時期土地利用類型解譯結果。

由表1可知，喀河流域平原區面積約為2.34萬km2，1990—2019年之間，流域平原區耕地、草地及未利用土地等面積變化較為明顯，其中耕地面積呈明顯增加趨勢，由1990年的4594.50km2增加到2019年的7668.21km2，增加3073.71km2。這是因為2000年之前由于急于實現自身糧食安全，流域灌溉面積呈穩定增長，而2000年之后，受制于依賴農業資源優勢發展經濟、扶貧攻堅以及全國性援疆等政策因素的綜合驅動，使得灌溉面積快速擴張；草地呈明顯減少趨勢，由1990年的8785.19km2減少到2019年的4260.27km2，共減少4524.92km2，其中又以低覆蓋度草地減少的面積居多。這是因為由于耕地增加過快，造成流域內水土資源過度開發利用，從而使得流域內各河流的河道生態基流水量及河谷林草、濕地天然植被生態水量被嚴重擠占，有些地方的草甸植被甚至完全消失；未利用土地面積呈增加趨勢，由1990年的6980.98km2增加到2019年的7983.90km2，共增加1002.92km2，其中又以沙地增加的面積居多。分析是因為隨著人工綠洲面積的增加，改變了原始自然地貌和景觀，自然植被被取代，生物多樣性降低，土地沙漠化問題突顯。同時不難看出，在2010年流域鹽堿地的面積較1990年增加102.84km2，表明平原區土壤鹽漬化問題也較為突出；流域平原區其它類型土地面積變化相對較小，林地面積由1990年的1668.19km2增加到2019年的1749.21km2，共增加81.02km2，但灌木林及疏林地等天然植被在逐年減少，尤其是流域沿河兩岸天然林帶寬度逐年收縮，遠離河道的幼林枯死，植被覆蓋度逐年下降，而其它林地(經濟林、人工林等)的面積受人為因素增加明顯，從而造成區域林地面積呈增加趨勢；水域面積由1990年的435.56km2減少到2019年的413.70km2，共減少21.86km2；建設用地面積由1990年的891.51km2增加到2019年的1280.63km2，共增加389.13km2，其中又以城鎮用地及其它建設用地增加的面積居多，分析是由于近年來城市規模及城鎮化率在逐年增加，導致城鎮用地及其它建設用地面積增加。而建設用地的不斷增加，也加大了人為因素造成的水土流失。

表1 喀河流域平原區不同時期土地利用類型解譯結果 單位：km2

綜上表明，近年來，喀河流域平原區形成了耕地面積大幅度增加、天然植被面積縮減、城鎮建設規模擴大及植樹造林等現象共存，這也與趙禾苗等[23]研究成果一致。而發展戰略與相關政策的出臺和推行，是驅動流域農業灌溉面積擴張的重要因素；林、草地面積的縮減，將會導致生態環境惡化；而不合理的灌溉方式也將直接導致流域平原區農耕灌區鹽堿化與灌區外圍荒漠化的惡性循環。

2.2 不同時段土地利用類型變化幅度及動態度分析

前文僅針對1990—2019年的土地利用類型的空間分布及變化進行了分析，為進一步地分析平原區不同時段土地利用類型變化的幅度及速度，統計出1990—2000年、2000—2010年、2010—2019年、1990—2019年平原區不同時段土地利用類型變化幅度及速度，結果見表2。

由表2可知，近年來平原區耕地呈持續增加趨勢，在1990—2019年時段內增加速率為2.31%，尤其在2000—2010年時段內增加的面積及速度最快，面積增加為1279.43km2，增加速率為2.49%。這與前文分析得出2000年前耕地穩步增長，但2000年后耕地面積快速增長相一致；林地面積呈現出先減后增的趨勢，在1990—2019年時段內增加速率為0.17%，在1990—2010年呈減少趨勢，兩個時段內面積減少分別為127.17km2及11.68km2，減少速率分別為0.76%及0.08%，在2010—2019年面積增加為219.89km2，增加速率為1.44%。而這也主要是因為人工林和經濟林面積增加所致；草地面積在1990—2019年各時段均呈減少趨勢，減少速率為1.78%，其中2000—2010年時段內減少的面積及速度最快，面積減少為2007.97km2，減少速率為2.77%。與耕地面積變化時段相對應，這也從側面表明耕地面積的增加是建立在草地面積減少的前提上；水域面積總體呈現出先增后減再增的趨勢，其中在1990—2019年時段內減小速率為0.17%，在1990—2000年及2010—2019年時段內面積呈增加趨勢，增加速率分別為0.01%及0.91%，而在2000—2010年時段內卻呈減少趨勢，面積減少為56.69km2，減少速率為1.30%。但近年來平原區水域面積變化并不明顯；建設用地面積各時段均呈增加趨勢，在1990—2019年時段內增加速率為1.51%，且在2010—2019年時段內增加的面積及速度最快，面積增加為255.66km2，增加速率為2.49%，雖然其轉換面積在數量上較少，但土地變化速率卻相對最高。這是因為自2010年喀什設立經濟特區，且平原區內人口增多，城鎮規模發展較快所致；未利用地面積呈現先增后減的趨勢，在1990—2019年時段內增加速率為0.50%，其中1990—2010年兩個時段內面積增加分別為1062.37km2及710.51km2，增加速率分別為1.52%及0.88%，但在2010—2019年卻呈減少趨勢，面積減小為769.96km2，減小速率為0.88%。而這也是因為流域水土資源開發較大，土地沙漠化所致。

綜上所述，近年來研究區不同時段內耕地和建設用地面積均呈增加趨勢，耕地增加速率最大，草地面積均呈減少趨勢，減少速率最大。而林地、水域、未利用土地雖經計算表明在1990—2019年時段內呈增加或減少趨勢，但由于受外界及人為因素影響，不同土地利用類型在不同時段內呈現出不同的變化趨勢。

2.3 平原區土地利用類型矩陣轉移分析

在分析了平原區各土地利用類型變化幅度及速率的基礎上，為進一步厘清平原區各土地利用類型的轉換關系，構建了喀河流域1990—2019年土地利用類型轉移矩陣，結果見表3。

從表3可以看出1990—2019年間喀河流域平原區土地利用類型轉化整體上較為復雜。喀河流域2019年較1990年平原區不同土地利用面積共轉變7166.74km2，其中由耕地轉為其它類型土地的面積為567.35km2，其中大部分都轉為其它林地，經實際調查多為經濟林等，而其它類型土地轉為耕地的有3641.06km2，其主要由草地轉變；由林地轉為其它類型土地的面積為575.87km2，其主要轉為耕地及未利用土地，其它類型土地轉為林地的有656.91km2，其主要由耕地、草地及未利用地轉變；由草地轉為其它類型土地的面積為4934.08km2，其主要轉為耕地，其它類型土地轉為草地的有409.15km2，其主要由未利用地轉變；由水域轉為其它類型土地的面積為47.29km2，其主要轉為草地和未利用地，其它類型土地轉為水域的有25.43km2，其主要由草地轉變；由建設用地轉為其它類型土地的面積為6.74km2，其中大部分都轉為耕地，其它類型土地轉為建設用地的有395.87km2，其主要由耕地、草地及未利用地轉變；由未利用地轉為其它類型土地的面積為1035.41km2，其主要轉為耕地、林地及草地，其它類型土地轉為未利用土地的有2038.33km2，其主要由草地及林地轉變。

上述分析得出平原區其它類型土地轉換為耕地的共有3641.06km2，其占比最大，故以耕地為例，對2019年新增耕地的原土地性質進行分析，結果見表4。

表4 2019年較1990年平原區耕地利用類型轉移矩陣 單位：km2

可以發現，流域平原區耕地主要由中、低覆蓋度草地轉變而來，也由部分沙地和戈壁轉變。而其余各類土地利用面積轉變則相對較少。為進一步分析1990—2019年平原區耕地在空間上的轉變情況，做出2019年較1990年平原區耕地變化如圖3所示。圖中顯示面積為喀河流域平原區2019年耕地分布情況，其中紅色為1990年耕地分布，而其余顏色則表示為自1990年以來其它類型土地轉變為耕地的面積分布。

由圖3可以明顯的看出新增耕地多由阿克陶縣、英吉沙縣、岳普湖縣及伽師縣的草地轉變而來，且在依格孜牙河及黑孜泉河下游也有大片的草地轉為耕地。并經計算，其中阿克陶縣主要向東南外擴3～10km；英吉沙縣外擴范圍較小，主要向東外擴2～3km；岳普湖縣也主要向東南外擴3～8km；伽師縣則同時向西北及東南方向外擴，向西北外擴4～9km，向東南外擴2.5～11km；依格孜牙河及黑孜泉河下游耕地則主要向東外擴3～4km。同時可以看出在平原區西部的蘭多鄉與中部的阿克喀什鄉及格達良鄉有大片的戈壁被開發為耕地，且在黑孜泉河下游也有大片的戈壁轉為耕地。另在平原區中下游伽師總場附近也有部分林地轉變為耕地，而在平原區東部靠近喀什噶爾河兩岸的巴楚縣及圖木舒克市也有部分林草轉變為耕地。綜上所述，受喀河流域地形條件限制，近年來平原區耕地主要向東南方向外擴，且新增耕地多由原耕地向外擴展，而外擴耕地則多由草地轉變而來。另外，隨著區內灌溉渠系等水利設施條件的不斷完善，也促使部分沙地及戈壁土地新開發為耕地。

圖3 喀河流域平原區2019年較1990年耕地變化

3 討論

通過對研究區土地利用類型時空分布規律研究發現，近年來流域平原區內土地利用類型空間分布變化顯著。但受流域天然條件限制，多年來平原區綠洲主要分布在流域水系較為發達的西北部，而向東南方向外擴的耕地也多是擠占天然林、草轉變而來。但隨著研究區土地利用類型空間分布及面積的轉變也伴隨著不少問題的出現。如灌溉面積過大，但農業灌溉用水利用效率低，導致生產、生態用水矛盾突出；且流域下游因多年斷流，河岸分布的以胡楊為優勢群種的荒漠河岸林生態系統退化顯著，流域土地沙化明顯，生態環境問題突出。因此，為實現喀河流域平原區土地資源合理利用，應加強對綠洲農田[24-25]、荒漠林和天然草原的保護，如可采取封育保護、自然修復等措施減少對于天然林和草原的人為干擾，并在水資源綜合調配的基礎上保證生態用水，適度建設人工林及人工草場，使得流域水土資源利用更趨合理化。

通過對研究區土地利用類型的轉變及趨勢分析發現，與劉紀遠[26]提出的中國土地利用變化的基本特征與空間格局相一致。位于西北干旱區半干旱區的喀河流域平原區內的土地利用類型大都為其它類型土地轉為耕地，而在位于內陸的其它流域則存在著耕地轉為其它類型土地，如耕地轉為林地[27]、建設用地等[28]。因此，喀什噶爾河流域在產業結構調整方面還存在著一定的提升空間。同時，本文僅針對流域平原區內土地利用類型時空分布規律及趨勢分析，但造成研究區土地利用類型轉變的驅動因素[27，29]卻未開展進一步研究，這將是本文后續的研究重點。

4 結語

(1)流域平原區綠洲面積在逐年增加，最終出現了耕地面積向東南擴增，天然林、草面積縮減、城鎮建設用地外擴及植樹造林等現象共存，同時生態環境問題突顯。

(2)受外界及人為因素影響，流域內平原區不同土地利用類型面積在不同時段內呈現出不同的變化趨勢。

(3)1990—2019年間平原區各土地利用類型之間轉化較為復雜，以耕地為例，平原區內向東南外擴的耕地由草地轉變而來，同時，區內灌溉渠系等水利設施的不斷完善也促使部分沙地及戈壁被新開發為耕地。