吐鲁番市土地利用动态变化研究

侯 芳,高敏华

(1.新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐 830046;2.绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐 830046)

吐鲁番市土地利用动态变化研究

侯 芳1,2,高敏华1,2

(1.新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐 830046;2.绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐 830046)

在GIS技术支持下,选取土地利用详细变更调查数据和2008年土地调查数据,采用土地利用动态度模型、土地利用程度综合指数模型和土地利用转移矩阵对吐鲁番市近12年来土地利用动态特征进行定量分析,找出吐鲁番市1996～2008年土地利用变化的特点及原因,并提出吐鲁番市合理利用土地的对策。

吐鲁番市;土地利用动态变化;动态度模型

0 引言

土地是生态系统中的重要组成部分,土地利用和土地覆被变化可以引起全球环境变化,土地利用变化已经成为研究全球变化的重要领域之一[1,2]。从目前的研究报道来看,基于土地利用详细变更调查数据的土地利用变化分析的实例较少[3],传统的数量分析模型虽然简明扼要,且不需要较复杂的专业性分析技能,但完全忽略了土地利用空间区位的固定性与独特性,没有考虑土地利用动态变化的空间过程及相关属性[4]。本文在基于遥感影像资料的基础上,选取土地利用详细变更数据并结合2008年土地调查数据,采用土地利用动态度模型、土地利用程度综合指数模型等对吐鲁番市的土地利用变化进行了定性、定量的分析。

1 研究区概况

吐鲁番市位于新疆维吾尔自治区东部,天山支脉博格达山南麓,吐鲁番盆地中心,位于北纬41°21′10″～43°37′50″,东经88°28′18″～89°55′03″之间。东临鄯善县,西接托克逊县,南与巴音郭楞蒙古自治州尉犁县相连,北与乌鲁木齐市、昌吉回族自治州奇台县、吉木萨尔县接壤。南北长约262 km,东西狭窄不规则,最宽处约90 km,土地总面积为13 589.22 km2。市区距乌鲁木齐市184 km,直线距离155 km。吐鲁番市城区是吐鲁番地委、吐鲁番地区行署所在地。

2 研究方法与资料来源

2.1 资料来源

主要选取吐鲁番市1996～2008年的年鉴数据;土地利用详细变更调查数据;2008年土地调查数据;1996年T M、2008年quick bird影像及矢量数据等。

2.2 研究方法

为全面反映吐鲁番市土地利用变化情况,本文通过对两期矢量数据叠加并结合2008年土地调查数据及详查数据,同时采用土地利用动态度、土地利用程度综合指数及其变化等模型来定量分析吐鲁番市土地利用动态变化。土地利用动态度及土地利用程度综合指数的计算模型各文献不尽相同,因此,本文在应用时,土地利用动态度根据文献[1]的模型计算,土地利用程度综合指数根据文献[4]的模型来计算。

2.2.1 土地利用动态度

土地资源数量变化可以用土地利用动态度表示。土地利用程度及其变化可定量地表达该地区土地利用的综合水平和变化趋势。

单一土地利用类型动态度表达的是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况,其表达式为:

式中:K为研究时段内某一土地利用类型动态度;Ua、Ub分别为研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量;T为研究时段长,当T的时段设定为年时,K的值就是该研究区某种土地利用类型的年变化率。

2.2.2 土地利用程度综合指数

土地作为一种资源,人们不仅关注其面积变化状况,还会关注其利用程度以及利用程度的变化。就区域土地利用程度与程度变化分析而言,用的较多的是土地利用程度综合指数。该综合指数一方面可反映特定时期的土地利用程度;另一方面通过研究期内该指数的变化可反映区域土地利用程度的变化。根据已有文献资料,区域土地利用程度综合指数的计算方法为下式②。土地利用程度的变化则等于研究期末的指数减去研究期初的指数。表达式为③。

式中:L为某研究区域土地利用程度综合指数;Ai为研究区域内第i级土地利用程度分级指数;Ci为研究区域内第i级土地利用程度分级面积百分比;n为土地利用程度分级数。

式中:Ia、Ib分别为a时间和b时间的研究区域土地利用程度综合指数;Ai为第i级土地利用程度分级指数;Cia、Cib分别为时间a和时间b第i等级土地利用程度面积。

应用土地利用程度综合指数的关键问题在于土地利用程度的分级与分级指数的确定。目前文献中给出的一种处理方法是按土地利用类型来分级,将土地利用类型整合为未利用土地级、林草水用地级、农业用地级和城镇用地级等4级,并分别将分级指数设定为1、2、3、4[5]。如表1所示。

表1 土地资源利用类型分级Table 1 Classification of land use type

2.2.3 土地利用变化转移矩阵

土地利用转移矩阵可全面而具体地刻画区域土地利用变化的结构、特征与各用地类型变化的方向。本文运用转移矩阵进行吐鲁番市土地利用类型空间转化分析,转移矩阵的数学形式为:

式中:S代表面积;n代表土地利用的类型数;i、j分别代表研究期初与研究期末的土地利用类型。

3 吐鲁番市土地利用变化分析

3.1 土地利用总体变化

土地利用动态变化表现了土地变化的剧烈程度,它包括土地资源的数量、质量的变化。土地利用的空间变化及土地利用类型组合方式的变化,同时也包括未来土地资源需求量的变化。土地利用类型变化状态在空间上多呈清晰的边界,在时间上大多依赖于人类利用方式转变的速率,与季节无对应相关性。对区域土地利用变化的数量、结构及景观特性等方面的总量分析,有助于从总体上把握区域土地利用动态演变的趋势与特点。但土地利用的显著特点之一是其空间区位的固定性与独特性,因而只有对区域土地利用变化进行定位化、定量化的空间分析,才能更为深入和准确地认识区域土地利用的动态演变过程[6]。吐鲁番市1996～2008年的土地利用变化情况见表2。

表2 吐鲁番市1996～2008年土地利用变化对比表Table 2 Contrast of land use change in Turpan city in 1996～2008(单位:hm2)

由表2可以看出,吐鲁番市12年间除耕地、牧草地、水利设施用地和未利用土地面积净减少外,其余地类均呈增长趋势,其中园地、交通运输用地和居民点工矿用地的年增长率最大。

3.2 吐鲁番市土地利用动态度

利用公式①计算吐鲁番市土地利用动态度,结果见表3。

利用公式③计算出吐鲁番市1996～2008年土地利用程度的变化情况(见表4)。

3.3 吐鲁番市土地利用转移矩阵

对区域土地利用变化的数量、结构及景观特性等方面的总量分析,有助于从总体上把握区域土地利用动态演变的趋势与特点。为了分析吐鲁番市各种地貌单元土地动态变化来源与去向,利用Arcgis9.2软件对1996～2008年土地动态矢量数据叠加分析,求出土地利用类型的转移矩阵,见表5。

表3 吐鲁番市土地利用动态度Table 3 Dynamic degree of land use in Turpan city

表4 吐鲁番市土地利用程度变化Table 4 Change of land use degree in Turpan city

从表5可以看出吐鲁番市土地利用空间格局发生了较大变化,主要表现在以下几个方面:

(1)耕地的变化 12年间,由其它地类转化成耕地的面积为1 094.12 hm2,主要来源于园地和未利用地;耕地主要转化为园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地和未利用地,面积为2 158.32 hm2,总面积呈减少趋势。耕地减少的主要原因是农业结构调整转化为果园和居民点,由于加快林果业发展的需要和比较效益的差异,凡是具备转化为葡萄种植条件的优质耕地近些年已经大多转化为果园,同时,城市化进程的加快,部分耕地被占用,转化为城镇及农村居民点,还有部分由于干旱、盐碱化原因弃耕。

表5 吐鲁番市土地利用动态转移矩阵Table 5 The space transition matrix of land use in Turpan City(单位:hm2)

(2)园地的变化 12年间,由其它地类转化成园地的面积为10 263.74 hm2,主要来源于耕地和未利用地;园地主要转化为耕地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地和未利用地,面积为364.18 hm2。总面积呈增加趋势。

(3)林地的变化 12年间,由其它地类转化成林地的面积为363.29 hm2,主要来源于未利用地、耕地和草地;林地主要转化为耕地和交通用地,面积为50.21 hm2。总面积呈增加趋势。林地的变化原因可概括为:吐鲁番市积极推进生态建设和防护林建设工程的结果。

(4)草地的变化 12年间,由其它地类转化成草地的面积为43.46 hm2,主要来源于未利用地;草地主要转化为耕地和园地、交通用地和未利用地,面积为220.738 hm2。总面积呈减少趋势。

(5)城镇村及工矿用地的变化 12年间,由其它地类转化成城镇村及工矿用地的面积为4 583.22 hm2,主要来源于未利用地和耕地;城镇村及工矿用地主要转化为耕地等地类,面积为74.19 hm2。总面积呈增加趋势。城镇村及工矿用地的增长是近年来新疆经济的快速发展而引起的用地规模的迅速扩张,以及吐鲁番市城镇化进程的推进、人口增长的具体表现。

(6)交通运输用地的变化 12年间,由其它地类转化成交通运输用地的面积为1 836.26 hm2,主要来源于未利用地、耕地和园地;交通运输用地主要转化为未利用地,面积为36.49 hm2。总面积呈增加趋势。交通运输用地的增长主要由于吐—乌—大高等级公路的修建以及兰新铁路复线用地。

(7)水域及水利设施用地的变化 12年间,由其它地类转化成水域及水利设施用地的面积为10.46 hm2,主要来源于未利用地;水域及水利设施用地主要转化为未利用地,面积为21.2 hm2。总面积呈减少趋势。水域及水利设施用地的减少主要由于当地极端干旱气候的影响。

4 结论与建议

4.1 研究结论

从以上分析可以看出,1996～2008年吐鲁番市土地利用类型变化较大。土地利用也存在一些问题:

(1)耕地供需矛盾日益突出 1996～2008年期间,耕地面积逐年减少,随着城市化进程的不断加快,现有耕地已远远不能满足日益增长的各项建设和农民增收的需要。

(2)吐鲁番市气候条件独特,光照资源丰富,有效积温高,无霜期长,昼夜温差大,有得天独厚的有利于葡萄、瓜果等作物生长的自然优势 在近几年实施“退粮还经”战略的影响下,大量的耕地转化成以葡萄种植为主的特色园地,同时对未利用地开垦也导致了园地面积的大幅增加。

(3)水土资源矛盾突出 吐鲁番市因无有效降水,全靠天山的降水,融水补给,水资源极其贫乏,远远不能满足全市工农业生产的需要,导致部分农田由于缺水撂荒、草场退化、水域面积减少。

(4)土地利用结构不尽合理、利用水平不高 2008年土地利用结构中未利用地占77.81%,耕、园、林及城镇用地的比例均不足5%,土地利用率不高,大量土地目前难以利用,如裸岩砾石地、裸土地和盐碱地等。

4.2 合理利用建议

(1)切实保护耕地,提高土地利用率 在保持耕地总量的动态平衡的前提下,大力提倡节约、集约用地,合理开发利用未利用地,提高土地的利用率。必须保持耕地面积动态平衡,耕地面积只能增加而不能减少,以保证粮食自给率。

(2)加强水利建设,开源节流 吐鲁番市四面环山,干旱少雨,无有效降水,全靠天山的降水、融水补给。因此,要满足吐鲁番市规划期内各业用水需求,必须坚持实施“节水和增水相结合,以节水为主”的方针,搞好现有水利设施配套,使其发挥效益;切实加强灌溉方式管理,推行先进灌溉技术和节水技术;加快大、中型水利骨干工程及坎儿井、机井的修建,解决水资源时空分布不均的问题。

(3)合理调整土地利用结构,改善城市环境,突出市区的旅游职能 干旱绿洲地区的水资源和可利用的土地资源十分有限;吐鲁番市又是全国文明的旅游城市,因此应适当调整土地利用结构,合理限制布局工矿企业,加快完善城市道路交通等基础设施的建设,合理布置旅游业用地,增加绿地面积,兼顾为城乡和旅游业服务,以满足城市社会、经济发展的需要。

(4)合理开发利用后备资源,改善土地利用的生态环境 虽然从数据上看吐鲁番市后备资源丰富,未利用地比例很大,但是干旱区绿洲生态稳定性很差,而解决干旱地区土地资源的过度开发和退化问题,必须有效地保持生态系统的平衡,改善土地资源的基础条件,充分利用冬用水育草植灌,固沙造林,保护沙区草被植物,合理开发利用土地,维持绿洲生态平衡。

[1] 王秀兰,包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨[J].地理科学进展,1999,18(1):81-87.

[2] 史培军,陈晋,潘耀忠.深圳土地利用变化机制分析[J].地理学报,2000(2):151-160.

[3] 李团胜.陕西省土地利用动态变化分析[J].地理研究,2004,23(2):157-164.

[4] 王思远,刘纪远,张增祥,等.中国土地利用时空特征分析[J].地理学报,2001,56(6):631-639.

[5] 刘纪元.中国资源环境遥感宏观调查与动态研究[M].北京:中国科学技术出版社,1999:158-188.

[6] 刘盛和,何书金.土地利用动态变化的空间分析测算模型[J].自然资源学报,2002,17(5):533-540.

(责任编辑:胡立智)

Analysis on Dynamic Change of Land Use in Turpan City,Xinjiang Province

HOU Fang1,2,GAO Minhua1,2
(1.College of Resources and Environm ental Science,Xinjiang University,U rum qi,Xinjiang830046;2.Key Laboratory of Oasis EcologyM inistry of Education,U rum qi,Xinjiang830046)

Based on the detailed data and dynamic model from GIS,it adopts the land utilization dynamic degree model,the land utilization comprehensive indexmodel and the land use transfermatrix,analyses quantitatively the characteristics of dynamic land utilization in the recent 12 years in Turpan City,finds out the features and cause of land utilization change from 1996 to 2008 in Turpan City.Meanwhile the paper proposes the correspondingmeasures of land utilization.

Turpan City;dynamic change of land use;dynamic degree model

F301.24;P208

A

1671-1211(2010)03-0317-04

2009-10-09;改回日期:2009-12-21

国家自然科学基金项目(40761020)资助。

侯芳(1983-),女,在读研究生,地图学与地理信息系统专业。E-mail:hfang1126@163.com