干旱区内陆河流域土地利用结构时空变化分析
——以塔里木河流域为例
高 玥 a，刘新平a，b
（新疆农业大学，a.管理学院；b.土地科学研究所，乌鲁木齐 830052）
摘要： 为了解西北内陆干旱地区土地利用结构变化特征，以塔里木河流域为例，选取2009—2015年的土地利用数据，分析了土地利用动态变化、土地利用程度变化及土地利用结构时空变化。结果表明，2009—2015年塔里木河流域建设用地、耕地和其他农用地面积呈增长趋势，园地、林地、草地、水域、未利用地面积持续下降；土地利用综合指数呈增长趋势，土地利用的集约化程度逐渐提高，但总体水平较低；土地利用结构有序性和结构性稳步增长，其中阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什地区土地利用结构有序性和优势度较低，而和田地区和巴音郭楞蒙古自治州土地利用程度较低，保持有序状态。
关键词： 土地利用结构；时空动态变化；塔里木河流域
土地利用结构变化是土地利用类型与土地利用方式共同作用的结果。区域土地利用结构动态变化规律研究是区域自然条件、资源和社会经济发展结构及其优化配置研究的重要前提和途径，对区域土地合理利用及其产业布局具有一定的指导意义。近年来，随着人类活动范围的扩大和程度的加剧，河流城市的土地利用变化对河流水文循环、水土流失、气候变化及生物多样性的影响越来越大，严重威胁城市河流的生态安全［1－3］，已成为区域土地利用变化研究的热点。中国西北干旱区内陆河流域具有抗干扰能力弱、生态脆弱的特点，对其土地利用结构变化的研究是干旱区环境调控和可持续发展的基础。地处新疆腹地的塔里木河流域是中国西北干旱区内陆河流域的代表区域，对此流域土地利用结构研究较少，大多集中于干流区域。本研究以塔里木河整体流域为典型案例，以期通过对其土地利用动态变化、土地利用程度变化及土地利用结构时空变化的研究来了解西北内陆干旱地区土地利用变化特征，为西北内陆地区土地资源开发与保护、土地利用结构优化以及经济建设与区域资源环境的可持续发展提供科学依据，为干旱区绿洲城市的建设发展提供一定的理论指导。
1 研究区概况、数据来源与方法
1.1 研究区概况
塔里木河流域位于新疆维吾尔自治区南部，在天山山脉和昆仑山山脉之间，地理位置东经75°06′—92°50′，北纬 36°30′—42°10′，东西长 1 100 km，南北宽600 km，流域内高山盆地相间，是世界上最大的内陆河流域。塔里木河始于最长的源流——叶尔羌河流域，加上车尔臣河尾闾—台特玛湖，流域总长度2 486 km，主要包括“四源一干”，其中源流为阿克苏河流域、和田河流域、叶尔羌河流域和开都河—孔雀河流域，干流为阿拉尔至台特玛湖河段，流域总面积102.6万km2（位于中国境内的流域面积为99.6 km2）。流域范围涉及行政区包括巴音郭楞蒙古自治州、阿克苏地区、喀什地区、克孜勒苏克尔克孜自治州、和田地区5个地（州）的38个县（市）和新疆生产建设兵团的4个师辖地。
上位机监控中心是利用LabVIEW8.2编写的人机界面[8]。从远端传输回来的茶园参数信息如大气温度、湿度，土壤温度、含水量以及光照强度等能直观地、实时地显示在界面上。该软件首先对端口进行监听，当有数据到来时，读取端口数据，对采集的数据进行处理并同已设定好的上、下限值进行比较，如果超出设定值，则产生相应的报警信号。管理员通过对数据的读取，综合比较，判断远端茶树的生长环境是否存在异常，最后让实施者采取相应的补救措施。具体监控中心人机界面如图4所示，程序框图如图5所示。数据传回监控中心同时又将数据存入数据库中，便于查询历史数据。具体数据库程序框图如图6所示。
1.2 数据来源
目前，土地利用数据来源一般有3种，一是统计部门发布的数据资料，二是国土资源部门通过土地详查及变更调查等得到的数据，三是科研单位通过遥感图像解译获取的数据。本研究采用新疆维吾尔自治区国土厅提供的新疆土地变更调查（2009—2015年）数据。为了系统分析塔里木河流域土地利用动态特征，按照分类释义和转换对应关系将每年的变更调查分类转换为全国土地分类（试行）二级类进行归并，将其土地利用类型分为耕地、园地、草地、林地、其他农用地、建设用地、水域以及未利用土地8类。
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1.3 研究方法
1.3.1 土地利用动态度 土地利用动态度（K）可定量描述区域一定时间范围内某种土地利用类型数量的变化情况，有助于了解土地利用变化的总体态势和土地利用结构的变化。如果K＞0，则表示研究期内土地利用类型面积增加；K＜0，表示研究期内土地利用类型面积减少；K＝0，表示研究期内土地利用类型面积没有变化。公式如下：
3）优势度。优势度（I）是实际信息增量与最大信息增量之比，用来表示土地利用的集中度，反映了区域一种或几种土地类型支配该区域土地类型的程度，与均衡度的意义相反。基于均衡度的概念构建区域土地利用结构的优势度公式：
2.3.2 土地利用结构空间差异及分析 根据塔里木河流域2015年区域土地利用现状，计算得出各行政区土地利用结构及其信息熵、均衡度和优势度，结果见表5。由表5可知，塔里木河流域5个地区土地利用结构信息熵高于平均值（0.873 2 Nat）的有阿克苏地区（1.299 5 Nat）、克孜勒苏克尔克孜自治州（1.035 0 Nat）、喀什地区（0.971 8 Nat），信息熵最大值为阿克苏地区，而和田地区和巴音郭楞蒙古自治州土地利用结构信息熵低于平均值，其中和田地区最低，为0.446 4 Nat。具体来看，塔里木河流域土地利用结构有序度高低与区域内用地呈密切关系，主要表现为两部分，土地利用结构信息熵较高、优势度较低的区域有阿克苏地区、克孜勒苏克尔克孜自治州、喀什地区，在空间上主要分布于塔里木河流域上游，各类型用地分布不均，形成有序度低的结果；而和田地区和巴音郭楞蒙古自治州主要为一种或两种土地利用类型起支配作用，优势度高，有序度高。
1.3.2 土地利用程度综合指数及变化量 土地利用程度综合指数反映土地利用的广度和深度，适用于土地利用中土地本身的自然属性和人类因素与自然环境因素的综合效应评价。依据樊玉山等［4］提出的土地利用综合分析方法，根据土地自然综合体在各种社会因素影响下的自然平衡状态将各种土地利用程度划分为4级，并进行分级赋值，结合研究区特点及研究目的，依据土地利用程度分级标准［5］将未利用地分级指数定为1，林地、草地、其他农用地及水域分级指数定为2，耕地、园地分级指数定为3，建设用地分级指数定为4。
土地利用程度综合指数（D）反映了研究区域土地利用的集约化程度，公式如下：
式中，Ai为区域内第i级土地利用程度分级指数，Ci为区域内第i级土地利用程度分级面积百分比，n为某区域土地利用程度分级数。
土地利用程度变化量（ΔDb-a）公式如下：
城市建设、城镇化进程的推进导致建设用地迅速增长，耕地和其他农用地增长的原因是为了保证粮食产量和质量划定18亿亩耕地红线，以及为建设新农村实施乡镇振兴战略，而园地的减少是由于塔里木河流域农业产业内部结构不合理、管理粗放、经济效益低下，作为支撑中心城市发展的城郊型农业尚未形成，林地、草地的减少主要因为过度砍伐森林、过度放牧导致草场退化，建设用地的增加则是占用了水域、未利用地。
对塔里木河流域土地利用数据进行整理和计算，结果如表1所示。由表1可知，2009年塔里木河流域土地利用类型以未利用地、草地、林地及水域为主，面积占比分别为 78.50%、10.09%、4.54%及2.97%，到2015年主要土地利用类型未改变，仍以未利用地、草地、林地及水域为主，未利用地和草地面积占比略有下降，分别下降至78.41%、10.08%，林地、水域及其他农用地未发生变化，而建设用地面积占比变化较明显，由2009年的0.68%增长至0.78%。
1.3.3 土地利用结构信息熵模型
1）土地利用结构信息熵。土地利用结构信息熵（H）反映该区域在一定时段内各种土地利用类型的动态变化及转化程度，对于具体区域的土地利用结构调整具有一定的指导意义。一般而言，信息熵值越大表明系统的有序程度越低，反之亦然。
式中，Pi为研究区各类土地面积占该区域土地总面积的百分比；N为区域土地利用类型数量。
2）均衡度。若土地分类标准不同或土地分类标准相同但土地利用类型数量不同时，信息熵值就缺乏可比性。因此，基于信息熵函数构建区域土地利用结构的均衡度（J）公式：
由表3可知，塔里木河流域2009、2012和2015年土地利用综合指数呈增长趋势，说明土地利用集约化程度逐渐增高，但低于全国平均水平的 231.92［6］，表明塔里木河流域的土地利用程度较低。塔里木河流域在2009—2015年的土地利用程度变化量和土地利用程度变化率均大于0，表明其土地利用处于发展时期，随着城市化水平提高和经济快速发展，塔里木河流域对其土地利用方式进行不断调整，促使土地资源向经济效益更高的土地利用类型转变，但从总体上来看，塔里木河流域土地利用处于缓慢发展时期。
式中，Ua、Ub分别为研究期初a及研究期末b某种土地利用类型的面积；T为研究期时段长，当设定为年时，K为该研究区某类型土地利用年动态度。
2 结果与分析
2.1 塔里木河流域土地利用动态变化
式中，当ΔDb-a＞0或 R＞0时，表示该区域土地利用处于发展期，否则处于调整期或衰退期；Da和Db为研究期初a及研究期末b区域土地利用程度综合指数；Ai为区域内第i级土地利用程度分级指数；Cia、Cib为研究期初a及研究期末b区域内第i级土地利用程度面积百分比。
表1 2009、2012、2015年土地利用结构变化 （单位：%）
综上所述，由于塔里木河流域独特的地理环境，使得该区域的土地利用结构中未利用地、草地和林地一直是主要用地方式，各用地类型之间存在调整变化。随着经济发展和城市扩张建设用地需求量的增长，占比不断增加。
根据式（1）计算得塔里木河流域各用地类型的土地利用动态度如表2所示。从表2可以看出，2009—2015年，塔里木河流域建设用地、耕地和其他农用地土地利用动态度大于0，说明面积呈增长趋势，其中建设用地K值最大，即平均年变化速率最快，达到2.62%，耕地和其他农用地分别为0.10%和0.13%；园地、林地、草地、水域、未利用地K值小于0，说明其面积持续下降，园地每年减速为0.26%，林地、草地、水域、未利用地以每年 0.02%的速度减少。从2009—2012年土地利用动态度和2012—2015年土地利用动态度两组数据可以看出，除耕地外，其他各用地类型平均年变化速率较平稳（数值变化较小，说明其增长或下降变化平稳），而耕地动态度 2012—2015年是 2009—2012年的 2.33倍，其在2012—2015年年增幅较大。
表2 2009—2015年塔里木河流域土地利用动态度（单位：%）
土地利用程度变化率（R）公式如下：
2.2 塔里木河流域土地利用程度变化
式中，Hmax为土地利用结构信息熵的最大值；由于 H≤Hmax，故 J的变化区间为［0，1］，J越大，表明区域中不同职能的土地利用类型越多，各类型用地相差越小，土地利用结构的均衡性越强。
婚姻中的两个人相伴多年以后，总会认为无需顾忌与对方说话的语气和态度。原本的关心，到了嘴边就变成了埋怨与指责。在一起时间久了，耐心被消磨，即使是出于好意，但说话时也没有考虑对方的感受，只是一味地抱怨责怪，久而久之形成恶性循环，夫妻生活便会出现危机和裂缝。
表3 2009—2015年塔里木河流域土地利用综合指数及变化
土地利用程度综合指数的最大极限值为400，而在整个研究期间塔里木河流域的土地利用程度综合指数值约为125，均处于较低水平，其原因是流域内未利用地比例较大，其中包括无法或不适宜开发的盐碱地、沼泽地、沙地及裸地等，且水资源匮乏，不利于土地利用及建设用地扩张。
团检是把一个单位或集团的全部人员无选择地检查。团检的重点主要是集体生活、接触密切、频繁或由于易感者大量存在,一旦出现传染源危害大,蔓延快而广,易造成流行,如中小学教职员工、幼托机构工作人员同易感儿童接触、饮副食行业、服务性行业、商业以及公共交通从业人员同社会人群广泛接触即容易传染,也有较多散布传染的机会,医院工作人员和接触粉尘作业的厂矿工人都应根据各自特点采用团检方式定期进行检查。
2.3 塔里木河流域土地利用结构时空变化
2.3.1 土地利用结构时序分析 由表4可知，研究期内塔里木河流域土地利用结构信息熵整体呈平稳增长趋势，信息熵最低值为 0.838 3 Nat（2009 年），最高值为 0.843 1 Nat（2015 年），均衡度与信息熵变化态势相同，而优势度的变化趋势相反，说明塔里木河流域土地利用结构有序性和结构性稳步增长。将2009年塔里木河流域土地利用结构信息熵与全国相应年份土地利用结构信息熵（1.655 0 Nat）进行横向比较［7］，前者明显低于后者，说明塔里木河流域土地利用系统的有序性高于全国，结构性强于全国土地利用系统。
姚江西排航道防冲加固工程是为防止新开河道通水后，新开河道进口段对原运河护岸造成冲刷破坏而建设。防冲工程主要对原河道护岸平台进行拆除后，采用拉伸U型钢板桩进行防冲加固，加固区段主要位于航道转弯处水势变化区段。
广东第二师范学院的李季教授说，聚焦关注点才能有效解决问题，关注什么就会收获什么。对学生共性问题和学段规律性问题的持续关注，就如同挖一口深井，只要一挖到底，一定会挖到清泉，受益无穷。
由此可知，区域土地的多样化程度越高、土地类型越齐全，土地利用结构受人类活动的影响就越大，影响程度就越高，土地利用结构系统就越趋向无序状态；相反，土地多样化程度越低，土地类型越单一，土地利用系统就越能保持一个有序状态［8］。
表4 2009—2015年塔里木河流域土地利用结构及其信息熵、均衡度和优势度
表5 2015年塔里木河流域5个地区土地利用结构及其信息熵、均衡度和优势度
3 结论
本研究选择塔里木河流域作为研究对象，利用塔里木河流域土地利用数据，参照全国土地分类及流域具体情况，分8种地类从土地利用结构动态变化、土地利用程度变化及土地利用结构时空变化3方面探讨了2009—2015年土地利用结构变化，得出以下结论。
1）2009—2015年塔里木河流域土地利用类型主要以未利用地、草地和林地为主，各类型所占比例变化不大。塔里木河流域建设用地、耕地和其他农用地面积呈增长趋势，其中建设用地平均年变化速率最快，达到 2.62%，耕地在 2012—2015年增幅较大；园地、林地、草地、水域、未利用地面积持续下降，园地每年减速为0.26%，其余类型每年减速均为0.02%。
风影想了起来，小时候，在茶山上，他见到茶树上有毛辣子虫，成群结队的一大片，就将它们点燃了用火活活烧死。碰到几条特别大的，还用一根白线吊住，挂在树枝上，照例用火烧了，那虫子被烧得滋滋有声，像是在吱吱鸣叫，冒出白色的油脂。想来一切都是因果，以前残害小动物，所以受到这样的果报，理所当然，一切皆是由因及果。
2）2009—2015年塔里木河流域土地利用综合指数呈增长趋势，土地利用的集约化程度逐渐提高，但总体水平较低。
五月十一日，察哈尔蒙古兵在棍噶扎勒参的率领下，又击败了进攻塔尔巴哈台城的起事者，[注]魏光焘编：《勘定新疆记》卷一，文海出版社，第4页；《钦定平定陕甘新疆回匪方略》卷107，同治四年六月壬寅条。使其余三百余名回民军逃入礼拜寺。从蒙古兵后方抄袭之哈萨克军跨马先逃，盘踞塔尔巴哈台西、南、北各乡间。[注]《叶柝纪程》，第196页。载边丁编著：《中国边疆行纪调查记报告书等边务资料丛边》(初编)15，蝠池书院出版社，2010年。
3）2009—2015年塔里木河流域及2015年各行政区土地利用结构信息熵分析表明，塔里木河流域土地利用结构有序性和结构性稳步增长，其中阿克苏地区、克孜勒苏克尔克孜自治州、喀什地区土地利用结构受人类活动影响较大，其有序性和优势度较低，而和田地区和巴音郭楞蒙古自治州土地利用程度较低，保持有序状态。
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Spatial and temporal variation of land use structure in inland river basin of arid area：Take the Tarim River Basin as an example
GAO Yuea，LIN Xin－pinga，b
（a.School of Management；b.Institute of Land Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）
Abstract： In order to understand the characteristics of land use structure change in arid inland areas of northwest China，taking the Tarim River Basin as an example， the dynamic change of land use， land use degree changes，spatial and temporal variation of land use structure was analyzed using the land use data from 2009 to 2015.The results showed that the area of construction land， cultivated land and other agricultural land in the Tarim River Basin increased from 2009 to 2015， and the area of garden land， woodland， grassland， water area and unused land continually decreased.The comprehensive land use index showed a growing trend， and the intensification degree of land use was gradually increased， but the overall level was low.The land use structure had an orderly and structurally steady growth， in which the land use structure of the Aksu area，the Kizilsu Kirghiz Autonomous Prefecture and the Kashgar region was lower orderly and structurally，while the land use intensity in the Hetian area and the Bayingoyu Mongolian Autonomous Prefecture was low， and was higher orderly.
Key words： land use structure； spatial and temporal variation； Tarim River Basin
中图分类号 ：F301.2
文献标识码： A
文章编号 ：0439－8114（2019）07－0062－05
doi： 10.14088/j.cnki.issn0439－8114.2019.07.014 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
高玥，刘新平.干旱区内陆河流域土地利用结构时空变化分析——以塔里木河流域为例［J］.湖北农业科学，2019，58（7）：62－66.
收稿日期： 2018－12－21
基金项目： 国家自然科学基金项目（71663051）；新疆农业大学研究生科研创新项目（XJAUGRI2017－039）
作者简介 ：高 玥（1994－），女，湖北大悟人，在读硕士研究生，研究方向为土地利用与管理，（电话）13201208765（电子信箱）576092511＠qq.com；
通信作者 ，刘新平（1959－），男，重庆人，教授，主要从事土地利用与政策研究方面的研究，（电子信箱）1048307092＠qq.com。
标签：土地利用结构论文; 时空动态变化论文; 塔里木河流域论文; 新疆农业大学论文; b.土地科学研究所论文;