新疆塔里木盆地农垦区近35年来土地利用景观格局变化研究

殷 建，薛莎莎，徐晓桃，杨贵森，张 伟，马松增

(1.新疆生产建设兵团水土保持监测总站，新疆乌鲁木齐 830002;2.北京林业大学林学院省部共建森林资源培育与保护教育部重点实验室，北京 100083;3.北京地拓科技发展有限公司，北京 100084)

景观是指由地貌过程和各种干扰作用所形成的，具有特定的结构、功能和动态特征的一种宏观系统，大小和形状各异的景观要素在空间上的排列和组合叫做景观格局，包括景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置［1］。国内外学者在景观格局特征、景观格局动态变化及动因、景观生态效应、景观格局优化等方面进行了大量研究［2－7］。目前对景观格局变化进行定量分析的方法主要有三大类：景观空间格局指数、景观格局分析模型和景观模拟模型［8］。

我们利用景观空间格局指数法，结合景观空间格局定量化分析软件对新疆塔里木盆地农垦区1976、1990、2000、2006、2010年5个不同时期的景观变化进行了定量分析，旨在探究该地区土地利用景观变化的动因和机制，进而为该地区合理利用土地，调整人类活动的力度和方式提供依据。

1 研究区概况

新疆塔里木盆地农垦区，位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区(地理坐标东经 79°22'33″—81°53'45″，北纬 40°20'—41°47'18″)，北起天山南麓山地，南至塔克拉玛干沙漠边缘，东临沙雅县，西抵柯坪县，傍依阿克苏河、塔里木河、台兰河、多浪河水系，地跨阿克苏地区5县1市(温宿县、乌什县、阿瓦提县、柯坪县、沙雅县，阿克苏市)，东西相距221 km，南北相距180 km。

农垦区属暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，极端最高气温35℃，极端最低气温－28℃。垦区雨量稀少，冬季少雪，地表蒸发强烈，年均降水量为40.1～82.5 mm，年均蒸发量1 876.6～2 558.9 mm。农业在该区域经济发展中占有非常大的比重。40多年来，该区域人民在极其艰苦的条件下，战风沙，斗酷暑，在塔里木河两岸的亘古荒原上，用辛勤的汗水开发建设出万顷良田，把荒漠变成绿洲。

2 研究方法

2.1 数据来源及处理

该研究所采用的数据源主要包括：①遥感影像数据，分别为1976年Landsat－MSS遥感数据、1990年Landsat－TM遥感数据、2000年Landsat－ETM遥感数据、2006年landsat－ETM遥感数据、2010年HJ遥感数据;②塔里木盆地农垦区1∶5万地形图数据;③研究区域的统计年鉴及相关的资料(气象、水文、土壤、社会经济等);④野外实地考察及实景拍摄照片库。

借助专业遥感图像处理软件与地理信息系统软件，基于2006年landsat－ETM数据，结合研究区统计年鉴和野外调查成果，人工目视判读提取出2006年土地利用数据，再以此为基准年解译其他四期数据。以这5个时期的土地利用数据为景观研究的基础，划分10种斑块类型：耕地、园地、林地、牧草地、农用地、新垦地、建筑用地、水利设施用地、未利用土地、其他土地。

将各期土地利用矢量数据在Arcgis软件中转换为栅格数据，空间分辨率为60 m。利用景观空间格局定量化分析软件(Fragstats)分别计算5个时期土地利用的景观指数。

2.2 景观指数的选取

根据研究区域的景观特征，分别从景观类型水平和景观水平选取以下指数对研究区35年的景观格局特征及变化进行定量分析：①景观类型水平，选取斑块面积百分比、最大斑块指数、景观形状指数、分维数、斑块密度、破碎度指数共计6个指标;②景观水平，选取斑块个数、平均斑块面积、多样性指数、均匀度指数、优势度指数和破碎度指数共6个指标。指标具体生态意义见表 1［9－14］。

表1 景观格局指数

3 结果与分析

3.1 土地利用变化过程

分析土地利用数据发现，塔里木盆地农垦区耕地和未利用地在土地利用面积上占有支配地位，二者的面积百分比占研究区总面积的80%。近35年来，塔里木盆地农垦区土地利用的变化具有以下特点：①耕地面积急剧增加，占土地总面积的比例从18.4%上升至44.05%，总面积增加了1 820.91 km2;②未利用地面积迅速减少，其比例由67.56%降低至39.52%，林地、牧草地面积不断减少;③建设用地面积占土地总面积的比例由0.23%上升至1.19%，总面积增加1 10.21 km2;④园地和新垦地面积在1976—2006年大幅增加，2006—2010年呈减少趋势;⑤农用地、水利设施用地和其他土地面积变化不大(见表2)。

3.2 景观指数分析

3.2.1 类型水平上动态变化分析

(1)最大斑块指数(LPI)和面积比分析。最大斑块指数(LPI)是指某一斑块类型中的最大斑块占据整个景观面积的比例，其数值在0～100之间，是一种简单的优势度衡量法［15］。由表2中斑块类型的面积比和LPI变化对比可以看出：1976年，未利用地为研究区景观的主要控制类型，其面积比为67.56%，最大斑块指数为18.6;在接下来的35年中，由于人类的开发利用，未利用地的面积比和LPI逐渐减小，耕地和建筑用地的面积比逐渐增加，并在景观上连成一片;林地、牧草地因为人为干扰而被景观占据和分割，其面积比和LPI均减小;园地和新垦地的面积比和LPI处于先增大后减小的趋势(见表2)。

表2 1976—2010年斑块类型的面积比和LPI变化对比

(2)形状指数分析。斑块形状的复杂程度与受人类影响程度有关，一般来说，受人为影响后的斑块形状趋于简单。本研究用景观形状指数和分维数来表示。景观形状指数(LSI)大于等于1。当景观中斑块形状不规则时，LSI较大。分维数取值一般在1～2之间，其值越接近1，斑块形状越有规律，斑块越简单，受人为干扰的程度就越大;其值越接近2，斑块形状就越复杂。

分析表明：水利设施用地形状比较规则，其他农用地形状比较复杂;除了其他农用地的分维数大于1.6之外，其余斑块类型都小于1.5，说明研究区景观除了其他农用地外，其余斑块类型的斑块形状都比较简单，显示了人们对塔里木盆地农垦区景观的干扰较为深入和广泛。

(3)破碎化分析。耕地和水利设施用地的破碎度较小，即这些斑块类型都是成片地连在一起，其平均斑块面积较大;园地、农用地和建筑用地在整个研究区的分布则比较分散，且平均斑块面积较小;1976—2010年间，园地、林地、牧草地的破碎度不断增大，说明这些地区受人为干扰，被分割成小的斑块，降低了土地类型的生态调节作用。

3.2.2 景观水平上动态变化分析

1976—2006 年，研究区斑块数量从1 014个增加到2 566个，平均斑块面积(MPA)从6.993 km2减小到2.764 km2，景观破碎度由1.45增加到9.285，显示了在农业及城市发展的过程中，人类对土地的干扰日益增多和深入。同时，这一时期人类对研究区景观进行了适当的干扰，大量开发利用未利用土地，发展园地、建筑用地、耕地等，使各斑块类型的数量和面积差异缩小，提高了景观异质性，因此景观多样性和均匀度都有所增加。但是2006—2010年，由于耕地的持续成片发展，园地、新垦地、林地和牧草地的斑块数量和面积比例都减少了，因此这时期景观的斑块个数减少，景观破碎度、景观多样性和均匀度减小，优势度增加，耕地对景观格局的控制增强(详见表3)。

表3 研究区域景观格局动态变化

4 结论

研究区域35年内土地利用及景观格局发生了较大变化：①由于农业和城市的发展，未利用地被大量开发，其面积逐渐减少，耕地和城市面积大幅增加并逐渐连成片;林地和牧草地的面积逐年减少，处于逐渐退化过程;园地和新垦地先增加后减少。②1976—2006年，土地利用向多样化和均匀化发展，景观多样性、均匀度及破碎度指数增大，景观异质性程度逐渐提高，景观生态系统趋于稳定;2006—2010年，耕地持续连片发展，园地、新垦地、林地和牧草地被改造，景观破碎度和均匀度指数都减小，景观优势度增加，这个过程降低了景观异质性，使生态系统更加脆弱。

在以后的土地开发利用中，应加强防护林、人工草地和园地的建设，一方面可以利用绿色植物净化空气、防风御沙的功能保护环境，另一方面则可以优化土地利用景观格局，加强景观对干扰的抵御能力，实现其生态功能的良性发挥［3－4］。

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