土地利用景观生态格局变化及驱动力研究

赵芳 张永福 欧阳雪

摘要 以库车县2009和2016年的高分辨率遥感影像解译的土地利用变更数据为数据源，运用ArcGIS 10.2、ENVI 5.1和Fragstats 4软件，通过土地利用动态度指数、景观指数分析了库车县2009—2016年土地利用覆被类型变化特征，并选取政策、人口和社会经济指标综合分析引起土地利用覆被类型变化的驱动因子。结果表明：库车县土地利用覆被类型整体呈稳定变化状态，生态环境呈现优良状态;国家和地区政策因素、人口的迅速增长和经济实力大幅提升，都对库车县的土地利用格局变化有一定的影响。由此可见，对某一地区阶段的土地利用格局变化特征及引起变化的驱动力进行分析有重要的理论与实际意义。

关键词 土地利用/覆被;景观格局;驱动力;库车县

中图分类号 F301.2文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）19-0103-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.030

Abstract ArcGIS 10.2， ENVI 5.1 and Fragstats 4 were used as software support， and the land use change data interpreted from high resolution remote sensing images in Kuqa County in 2009 and 2016 were used as data sources. The land use change characteristics of Kuqa County in 2009-2016 were analyzed with land use dynamic index and landscape index， and the comprehensive analysis of policy， population and socioeconomic indicators was selected. The driving factors causing the change of land use and cover types. The results showed that： the overall land use and cover types in Kuqa County are in a stable state， and the ecological environment is in a good state; the policy factors of the state and region， the rapid growth of population and the substantial increase of economic strength all have a certain impact on the change of land use pattern in Kuqa County. Therefore， it is of great theoretical and practical significance to analyze the characteristics of land use pattern change and the driving forces of change in a certain region.

Key words Land use/cover;Landscape pattern;Driving force;Kuqa County

20世紀90年代以来，土地利用/土地覆被的动态变化研究已经逐渐成为全球环境变化领域研究的热点之一[1]。土地利用变化和城市化对生态系统和可持续土地利用的影响已引起研究人员越来越多的兴趣[2]。一系列的活动，如城市发展所需进行的人为活动、各种自然灾害、企业只注重自身发展而不考虑对环境造成的损害，将对生态系统的结构和功能产生影响[3-6]，进而影响区域的社会经济发展、生态环境[7-9]，如气候环境的变化[10-11]、生物多样性、地表径流与侵蚀[12-14]。因此，研究区域土地利用景观格局变化及其驱动因子对当地未来的土地规划和城镇建设具有一定程度的指导和借鉴作用。在众多这一主题的研究中，内容多集中于城镇扩展的特征分析、动力机制、未来土地利用的模拟和预测、土地利用变化与生态环境效应关系等[15];研究对象以东部、中部的处于快速扩展期的大中城市为主，对西部中小城市的研究较缺乏，对干旱区城市，尤其是具有特有的历史、地理环境下所形成的绿洲城镇扩展的研究更是屈指可数[16]。

面对这一研究现状，笔者选取新疆维吾尔自治区南疆城市库车县为研究区，基于遥感影像解译数据基础，通过对库车县土地利用景观生态格局变化特征的分析以及引起土地利用覆被类型驱动力的解析，为未来库车县的城市规划、土地利用规划、生态环境建设等提供决策参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

库车县（82°35′～84°17′E、40°46′～42°35′N）隶属于新疆维吾尔自治区阿克苏地区。东部和巴音郭楞蒙古自治州的轮台县相邻，西部与新和县隔渭干河相望，北接巴音郭楞蒙古自治州和静县，东南至尉犁县，南临塔克拉玛干沙漠，西南至沙雅县，西北与拜城县接壤，位于阿克苏地区的东端（图1）。近几十年来，随着城镇化建设的步伐加快，库车县的土地利用格局发生了显著变化，因此探索这一地区土地利用格局演变特征以及演变驱动因子，具有很高的研究价值。

1.2 数据来源与预处理

遥感数据：通过地理空间数据云网站（http：//www.gscloud.cn/）分别下载2009年Landsat7 ETM SLC-on、2016 年Landsat 8 OLI遥感影像、库车县30 m分辨率的DEM数据。

非遥感数据：2009、2016年库车县土地利用现状图来源于库车县国土资源局;2009、2016年的社会经济数据来源于相应年份的《阿克区地区统计年鉴》《库车统计年鉴》。

数据预处理：数据借助ENVI 5.1软件，将所获取的遥感影像进行辐射定标和大气校正以消除由大气、传感器以及地物反射引起的影像畸变。以中国土地利用现状分类系统标准为基础，并结合库车县土地利用现状野外调查结果，将监督分类和目视解译的方法相结合，将库车县土地利用类型大致分为耕地、草地、林地、建设用地、水域、未利用地6类，得到 2009、2016 年土地利用覆盖分类结果。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用动态度。

土地利用动态度是研究某一地区土地利用父辈类型数量以及面积时的常用的方法之一，它可定量描述一定时间范围内某一土地利用类型面积的净变化和土地利用类型的数量变化情况，通过分析土地利用动态度可以了解土地利用变化结果以及变化趋势[17-18]，其动态度的大小表示该土地利用类型的稳定情况[19]，其公式如下：

D=S2-S1S1×1N×100%

式中，D为土地利用动态强度强度指数;S2是指研究末期的土地利用覆被面积;S1是指研究初期的土地利用覆被面积;N指研究时间跨度。

1.3.2 景观格局分析。

景观格局代表了景观空间结构的特征，包括各种干扰在内的生态过程在不同尺度作用的结果。景观斑块的类型、形状数量等既是各种干扰因素相互作用的结果，同时影响研究区的生态过程及边缘效应[20-21]。参照已有学者的研究成果，从库车县土地利用现状出发，以研究区的土地利用类型的发展规模、分布特征以及发展形态等方面为参考，在景观格局指数的景观水平上选取斑块数（NP）、斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、聚集度（AI）、景观分离度（DIVISION）、香农均匀度指数（SHEI）、香农多样性指数（SHDI）、蔓延度指数（CONTAG）;在类型水平上选取斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、散布与并列指数（IJI）、分维数（PAFRAC）、聚集度（AI），最后借助Fragstas 4软件进行研究区景观格局指数的提取。

2 结果与分析

2.1 土地利用覆盖变化特征分析

采取最大似然法进行监督分类，经过分类后处理得到库车县2009、2016年2期的土地利用覆被变化（图2）。

从表1可以看出，2009和2016年库车县土地利用类型覆被面积变化及动态度情况。通过这2期的数值比较可以清晰发现，库车县土地利用覆被类型一直以林地草、未利用地为主导类型;2016与2009年相比未利用地面积减少，建设用地面积增加且动态度变化最大，说明库车县城镇化建设有明显进展;耕地面积增加，其动态度变化仅次于建设用地，这主要是因为近年来库车县的土地整治项目将非耕地资源转化为耕地资源，提高了耕地的生产水平;水域面积变化基本呈现稳定中有小幅增长状态。总体而言，2009—2016年，库车县城镇建设得到了发展，同时，当地县政府重视生态环境的保护，生态文明建設取得较大成效。

2.2 土地利用景观指数特征分析

就类型水平而言，库车县2009、2016年类型水平指数变化见表2。由表2可知，耕地的斑块密度减小，说明耕地连片化程度提高，其他类型土地的斑块密度均增加，说明景观破碎化程度增高，其中未利用地变化最大;景观形状指数的增加，说明该土地类型斑块形状趋于复杂;随着城镇化的发展，城镇连片发展，因此建设用地的聚集度指数增加;散布与并列指数的变化由大到小依次为耕地、建设用地、耕地、未利用地、林地、草地、水域。表明耕地和建设用地受人类活动影响较大，集聚度高且彼此邻近，水域及林草地受人类活动影响较少。

就景观水平而言，2009、2016年库车县景观水平指数变化见表3。由表3可知，从2009—2016年库车县各景观指数均有不同程度的增加，说明研究区景观破碎度化程度加深，景观形状趋于复杂，各类土地类型呈均衡化趋势发展;蔓延度指数、聚集度指数降低，说明不同景观类型的聚集度降低，斑块间距离增加;但是香浓多样性指数与香浓均匀度指数均有所增加，说明同土地类型斑块间距离有所缩短，聚集程度提高。

2.3 土地利用覆被类型变化驱动力分析

2.3.1 政策因素。

2009—2016年库车县土地利用格局变化与国家和地方的政策密不可分。“十二五”期间，社会稳定和经济发展是两大迫在眉睫的任务。在阿克苏地委、行署的正确领导下，库车县委、县政府团结带领全县各族干部和人民群众，深入贯彻落实中央新疆工作座谈会精神，紧紧围绕社会稳定和长治久安两大总目标，坚持科学发展观的统领地位，大力推动经济发展方式转变，加快调整了当地产业结构，强劲城乡环境发展势头，加强了生态文明建设。社会经济、生态环境的双重政策导向促使库车县土地利用格局产生了相应变化。

2.3.2 经济增长因素。

由表4可见，2009—2016年库车县的国内生产总值从57.093 8亿元大幅提升到了181.548 2亿元，这一结果说明库车县的经济得到了快速发展。为了满足人民日益增长的物质和文化需求以及实现城镇化建设的目标，当地县政府投入一定的资源来加快当地的居民区、道路以及其他基础设施建设，使得城镇建设面积增加，草地和其他未利用地面积减少。与此同时，为了防止建设用地增加、耕地面积扩大引起生态恶化，当地重视生态文明建设，故而库车县在这一时段的林地、水域面积均是稳中有增。

2.3.3 人口增加因素。

作为城市发展必不可少的因素，人口是影响土地利用变化的关键因素[22]。从表4可以看出，库车县人口由2009年的45.821 9万增加到了2016年的48499 5万，增幅为5.84%，人口的增加就意味着对居住环境以及基础设施的要求有所提高，也就是说人口的增加会对土地利用格局产生直接的影响，具体表现为：人口增加需要获得更高的经济效益，迫使土地利用从低产值向高产值转移，耕地面积增加;由于对公共基础设施要求的提高，各类住宅用地、商业用地和娱乐基础设施建设都会使得建设用地面积增加;城镇的发展必然会引起资源的侵占，从而使得草地、未利用地面积减少。

3 结论

利用最大似然法与目视解译相结合的方法和动态度分析法对2009—2016年库车县土地利用变化特征规律及驱动因子进行分析，结果表明：

（1）2009—2016年，为了实现城镇化建设的目标，建设用地面积增加最多;为了提高经济效益，耕地的增幅仅次于建设用地;草地和未利用地部分转化为建设用地，因此面积有所减少;为了维持生态的稳定，水域和林地面积保持稳定增长状态。

（2）研究时段内，各类土地利用类型动态度变化从大到小依次为建设用地、耕地、林地、水域、草地、未利用地，即库车县的各个土地利用类型在这一时期都处于变化状态，说明该地区城镇建设在持续发展中。

（3）在库车县土地利用驱动因素研究中，可知土地利用格局的驱动因子主要有政策因素、经济因素和人口增长因素。在国家和地方政策的支持下，人口的增长和经济提升推动了当地的城镇化建设，对土地利用格局产生了直接影响。

综上所述，建议库车县在城镇化进程中，强调注重生态与城市发展的平衡，转向新型城镇化建设，迈入以生态文明为导向的新时代，将生态文明融入城镇化进程中，减轻城镇化对生态环境的破坏作用，同时控制人口增长，减轻人类对自然资源过度利用，为优化库车县未来土地利用格局提供参考。

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