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摘要 在对塔里木河中游肖塘绿洲-荒漠交错带1973年、1990年、2000年和2010年的4期Landsat卫星遥感影像进行解译的基础上，利用GIS技术和RS技术，建立该地区土地利用空间数据库，定量分析了研究区37年来土地利用变化特征，并从自然因素和人类活动2个方面对交错带土地利用变化的驱动力进行了较为深入的探讨。结果表明：肖塘交错带土地利用类型以未利用地和荒漠林地为主。与1973年相比，2010年荒漠林地面积大幅下降，占研究区的5.06%，而农田则急剧增加，占研究区的4.67%，未利用地有所增加，占0.63%，草地有所减少，占0.21% 。研究区荒漠林地主要转化为农田，草地转化为农田和荒漠林地，农田面积的增长主要来源于荒漠林地。交错带内生态退化加剧，生态破坏严重。人类的生产生活方式对研究区的土地利用方式有着深刻的影响。
关键词 土地利用；动态变化；肖塘绿洲-荒漠交错带；塔里木河中游；1973—2010年
中图分类号 F301.24 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）15-0335-04
Analysis of Land Use Change in Middle Reaches of Tarim River From 1973 to 2010：A Case Study
of Xiaotang Oasis-desert Ecotone
PU Zhi
（College of Computer and Information Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi Xinjiang 830052）
Abstract Land use data in the ecotone of the middle reaches of the Tarim River from 1973 to 2010 were interpreted from Landsat remote sensing satellite images and built by GIS and RS.In addition，the dynamics of land use changes was quantitatively explored，and its driving force was deeply discussed from aspects of nature and human. Results showed that the unused land and desert woodland were the main land use types in the area. Compared with the data of 1973，in 2010，desert woodland decreased sharply，accounting for 5.06% of the study area. Farmland increased dramatically，accounting for 4.67%.Unused land increased，accounting for 0.63%. Grassland reduced to 0.21%，respectively.Desert woodland has been mainly converted to the farmland. Grassland has been shifted into farmland and desert woodland. The increase of farmland mainly originated from desert woodland. The study area faces such issues as ecological destroy and aggravation ecological degeneration.The land use patterns in the research area were deeply influenced by human farming and living activities.
Key words land use；dynamic change；Xiaotang oasis-desert ecotone；middle reaches of Tarim River；1973—2010
土地是人类赖以生存与繁衍的主要物质基础和基本资源，而人类的活动正在深刻地改变着自然地理环境，其对自然环境的利用和改造则直接表现为土地利用这一形式。不同的土地利用程度与方式必然会对土地产生不同影响，其直接结果就是改变了地表的覆被状况[1-2]。土地利用变化目前已成为全球变化研究中最为活跃的领域之一[3-5]。自20世纪90年代以来，我国各地的土地利用空间格局发生了很大变化，产生了诸多生态问题。近些年来，许多学者将遥感技术应用于土地利用格局变化分析当中，并取得了一定成果[6-12]。土地利用的变化能反映出研究区域生态环境变化，进而为优化土地利用结构提供理论依据。
塔里木河位于我国新疆内陆干旱区，是我国最大的内陆河。而塔里木河流域涵盖大部分塔里木盆地，是生态环境变化的敏感地区，并逐渐成为我国21世纪重要的资源接替区。肖塘位于塔里木河中游流域，塔克拉玛干沙漠北部边缘是典型的沙漠腹地-荒漠-绿洲交错带，是阻止塔克拉玛干沙漠向北侵入塔里木河中游绿洲带的重要生态屏障。
绿洲-荒漠交错带由于具有被替代性，抗干扰能力及原状恢复性较差，因而属于较脆弱、敏感的生态系统类型[13-14]。由于气候干旱、降水量少、蒸发量大，肖塘地区环境因素发生了较大变化，土地荒漠化日益严重并且有逐步扩大的态势。这不仅不利于当地经济的发展，也影响了人民的生活，而且对当地以及周边生态环境产生长远的影响，并进而对整个塔里木河中游的生态环境产生重要影响。 绿洲-荒漠交错带的特殊环境决定了其较脆弱的生态属性，本研究根据MSS、Landsat TM/ETM数据资料，对干旱区肖塘绿洲-荒漠交错带进行研究，分析了1973—2010年该区域土地利用的动态变化，在此基础上研究了西北干旱区绿洲-荒漠交错带土地利用变化过程特征，分析其生态学过程，为土地荒漠化采取防治措施提供参考，同时也可以为生境脆弱带土地资源的可持续利用和生态环境建设以及更大尺度的土地利用变化及环境影响研究提供基础。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
肖塘地区地处新疆塔里木河中游，位于尉犁县西南250 km处，北与轮台县轮南镇接壤，是尉犁县的西大门，处于北纬 40°67′～41°37′，东经81°74′～85°51′，是我国第1条石油沙漠公路的起始处，也是塔里木油气开发的重点区域。该地区主要地貌类型组成为冲积洪积平原和沙漠，光热资源丰富，降水少，蒸发量大，气温差异显著，日照期长，夏季干热冬季干冷，无霜期长，风力强。该地区的植被组成以贫乏、单层片状结构为主，沙质旱生和超旱生的半灌木、小半灌木占优势，呈典型沙漠植被样貌。该地区主要生长着胡杨（Populus euphratica）、柽柳（Tamarix）、黑果枸杞（Lycium ruthenicum）、铃铛刺（Halimodendron halodendron）等多种荒漠植被。
1.2 数据来源及研究方法
1.2.1 数据来源及处理。为保证数据的连续性与可比性，遥感影像选用同源的Landsat数据作为主要的数据源，包括1973年10月的MSS、1990年8月的TM、2000年8月的ETM 和2010年8月的TM共4期数据。在信息提取前，在4期影像上均匀地选取易于分辨的30个点为控制点，并以2000年ETM 数据作为基准，校正其余3期影像，然后再对图像进行镶嵌拼接、裁切等预处理，最后再对处理后的影像进行分类解译。
根据塔里木河中游绿洲农业景观的现状及所能获得的资料，本次研究的地物分类系统主要依据中国科学院土地利用/土地覆盖分类系统，将研究区的地物主要分为农田、水域、草地、荒漠林地及未利用地5类。各类地物信息的提取，针对不同类型的影像采用了不同的方法：对于Landsat TM影像，采用面向对象的遥感信息提取软件eCognition，根据地物光谱特征进行信息提取；以具有相同特征的影像对象为基本分析单元，同时考虑影像的光谱和空间信息[15]。而对于Landsat MSS影像，则采用目视人工解译的方法。经过对4个时期研究区遥感图像的解译，获得1973年、1990年、2000年和2010年4个时期的解译数据。最后，借助ArcGIS空间分析功能，对不同时期的解译结果进行空间叠加分析，得出1973—2010年研究区土地利用类型的空间变化数据，并从中提取出土地利用类型转移数据，建立转移矩阵。
1.2.2 研究方法。
（1）单一土地利用动态度。单一土地利用动态度[16-21]反映了某区域在一定研究时间范围内某种土地利用类型在数量上的变化，可以定量描述区域土地利用变化的速度及变化中的类型差异。其公式为：
K（%）=■×■×100（1）
式（1）中：K为研究时段内某一类型土地利用动态度；Ua、Ub分别为研究初期和末期某一种土地利用类型的数量；T为研究时段。当T时段设定为年时，K值就是该研究区某一种土地利用类型的年变化率。
（2）土地利用类型转移矩阵。土地利用转移矩阵能够分析出研究区土地利用变化的结构特征以及变化方向，从而定量说明土地利用类型之间的相互转化状况，并有效地揭示出土地利用类型的具体转化细节，进而更好地了解土地利用的时空演变过程。土地利用转移矩阵的数学形式如下：
Sij=S11 S12 S13 S14 … S1nS21 S22 S23 S24 … S2nS31 S32 S33 S34 … S3n… … … … … …Sn1 Sn2 Sn3 Sn4 S11 Snn（2）
式（2）中：i、 j分别为研究初期和末期的土地利用类型（i，j=1，2，…，n）；Sij为研究初期土地利用类型转化为研究末期各种土地利用类型的面积；Sii表示第i种土地利用类型在研究时段内没有发生变化的面积；i行元素之和为i土地利用类型在研究初期的面积； j列元素之和表示j土地利用类型在研究末期的面积。
通过对研究区土地利用类型转换的空间统计分析，运用ArcGIS对4期土地利用数据图进行统计和叠加分析，建立肖塘地区1973—2010年土地利用变化图形数据库和土地利用转移矩阵。
2 结果与分析
2.1 土地利用变化特征分析
2.1.1 土地利用类型的结构变化。37年期间，肖塘交错带的土地利用结构发生的变化见图1和表1。肖塘交错带地区4个时期的土地利用类型均以未利用地为主，其次为荒漠林地，分别占4个时期研究区总面积的21.94%、21.1%、19.04%和16.88%，而水域、草地和农田所占比例均较小（表1），三者之和还不到研究区整个面积的7%，这表明4个时期土地利用总体结构变化不大。其中，农田的比重由1973年的0% 增加到2010年的4.7%，变化比较明显，并且还在不断增加；而与此相反，荒漠林地所占比重则从1973年21.94%下降到2010年的16.88%，呈现持续下降的变化态势；草地则从6.17%减少到5.96%，总体变化较少，呈先增后减的变化态势；而水域的面积比例也变化不大，从0.44%微幅下降到0.39%；未利用地则从71.46%微幅增加到72.09%，呈持续增长态势，表明研究区的沙漠化进程在逐渐加大。总体看来研究区土地利用类型的比重虽然有了较大的变化，但是土地利用组成结构的总体态势基本保持不变。
表2为研究区1973—2010年土地利用类型面积变化表，从表中可知，近40年来研究区各类土地利用的面积变化各不相同，水域和荒漠林地基本保持减少状态；农田则保持增加趋势，占总面积的比例不断增加。1973—1990年，面积净变化量以荒漠林地为最大；其次为未利用地和草地。其中荒漠林地和水域的面积都有所减少，荒漠林地面积减少了25.7 km2，变化率为减少3.77%；其次为水域，减少了30.29%。在增加的地类中，未利用地增加的面积最大，增加了19.97 km2，而草地增加的比例却是最大的，增加了4.82%。1990—2000年期间，土地利用类型的转换与前一时期的变化基本一致，其中荒漠林地的减幅进一步加大，面积净减少64.32 km2，减幅达9.79%，而农田面积则呈相反的大幅增加趋势，面积净增加了57.2 km2，增幅则高达8351.78%。而上一时期呈现增加趋势的草地面积则出现相反的减少趋势，微幅减少3.74 km2；水域和未利用地则出现微幅增加。2000—2010年期间，农田面积继续呈大幅增加趋势，共增加87.36 km2，增幅150.91%，居各类土地类型之首。其他土地类型均呈现下降趋势。其中，荒漠林地的面积减少幅度继续扩大，减幅速率达11.33%，面积净减少67.1 km2。同时，未利用地的扩张趋势出现反转，开始出现下降的趋势，但减幅不大。 通过公式（2）计算出各种土地利用类型的单一土地利用动态度（表3），可见变化最快的是农田，这主要是由于在1973年研究区没有开垦农田，尽管增加的绝对面积并不多，但是动态度最大，表明这一时期农田开发的力度很大，研究区在近40年间，荒漠林地的动态度始终为负值，表明荒漠林地一直呈负增长状态，即呈现持续下降的趋势；特别是2000—2010年期间，负增长率达到最高，为 -1.13%，该阶段的荒漠林地减少速度最大，这表明这一种土地类型始终保持着减少的趋势，而且动态度越来越快，表明其面积正加速减少；而与此相反，在这近40年期间，农田的动态度则一直为正值，表明这一地类的面积在逐渐增加。在1973—1990年期间，草地的动态度为正值，而此后的2个时期则出现相反的负增长趋势，而且动态度呈加大的趋势，表明了这2个时期变化较剧烈，所受的驱动力强度在加大。而水域的面积则在3个时期出现了交错变化，这主要是河道摆动造成的影响。而未利用地则是变化较为稳定的土地利用类型，3个时期面积总体未发生明显的变化。
2.1.2 土地利用类型的转换分析。37年中，研究区土地利用在塔里木石油沙漠公路建设、油气开发等工程实施共同影响与作用下，类型之间发生了较大的转换，不但影响了结构，也改变了质与量。1973—2010年肖塘交错带地区土地利用类型转换状况如表4～6所示。
由表4可知，在1973—1990年期间，荒漠林地主要转变为草地和未利用地，转化面积分别为17.18 km2和13.31 km2，表明研究区内荒漠林地资源在缓慢退化。水域则主要转变为荒漠林地和为草地，转化面积为6.48 km2和0.62 km2。而草地主要转变为未利用地和荒漠林地，分别转化了8.65 km2和0.86 km2。未利用地主要转变为荒漠林地与草地。
由表5可知，在 1990—2000年期间，荒漠林地主要转变为农田与未利用地，转化面积分别为51.53 km2和8.93 km2，表明研究区内荒漠林地资源在快速退化。而水域则主要转变为荒漠林地以及草地，分别转化了1.63 km2和0.24 km2。而草地则转变为农田和未利用地，转化面积分别为5.86 km2和3.16 km2。未利用地主要转变为荒漠林地与草地。
由表6可知，在 2000—2010年研究时段内，荒漠林地主要转变为农田和未利用地，转化面积分别为66.87 km2和1.91 km2。同时，在这期间荒漠林地转出70.05 km2，转入2.95 km2，转出大于转入，这表明研究区内荒漠林地资源在大幅退化。水域主要转变为荒漠林地和农田。草地主要转变为农田和荒漠林地，分别转化的面积是11.17 km2和1.13 km2。而未利用地则主要转变为农田与草地。这一时段农田发生明显的增长，转出0.8 km2，转入88.15 km2，转入大于转出，转入源主要是荒漠林地，其次是草地，这表明研究区内荒漠林地资源在大幅退化，生态环境在恶化。
2.2 土地利用变化驱动力分析
2.2.1 自然因素。水是干旱区关键的生态因子，区域水资源的分布决定着植被的分布，同时也直接影响了区域的生态环境。自20世纪60年代以来，由于塔里木河源流区及上游地区大规模水土开发，致使中游径流量呈下降趋势。径流量的减少引起河岸植被大量死亡，导致研究区内荒漠林地及草地等发生演变，逐渐被未利用地（荒漠）代替。同时，近40年以来塔里木河上中游也加大了对流域水土开发的强度。人们开发利用水资源建设人工绿洲、筑坝拦水，导致河道渠化，河道、积水湖泊的水流状态被改变，原有的地下水环境也被改变。而且农田高矿化度排水增加，并直接排入塔里木河，使河水污染日趋严重。上游过量的开发利用水资源，造成中游补给严重减少，导致中游地下水矿化度升高。中游不断恶化的水质会对塔里木河流域主要建群种胡杨的生存构成威胁，影响其正常生长。
2.2.2 人类活动因素。各种驱动因素导致土地利用变化，在较长的时期里自然驱动力相对稳定，而人类活动因素成为主要变化因素。20世纪90年代，随着塔里木沙漠公路的开通，方便了人员的流动。大量人员进入研究区，开垦农田，改变了土地利用方式。随着研究区的人口数量不断增加，牲畜数量也迅速增加，由于过度放牧导致荒漠林地被大量毁坏，荒漠林地的面积逐渐减少。20世纪 90 年代以来，随着“一黑一白”经济发展战略方针的推出，塔河沿岸的各单位和私营企业将目标锁定在“万亩棉田”上。并且随棉花价格上调，各地开荒种棉积极性很高，造成大面积的荒漠林地被毁。此外，近30年来在本研究区陆续发现了大量的油气资源。大规模的石油、天然气开发，也改变了研究区的土地利用方式。
3 结论与讨论
通过对1973年、1990年、2000年和2010年4个时期遥感监测结果对比分析显示，塔里木河中游的绿洲-荒漠交错带地区的土地利用发生着以下变化规律。
（1）近40年来研究区的土地利用结构组成总体变化不大，土地利用格局未发生质的变化。主要以未利用地为主，始终占总面积的71%以上，其次为荒漠林地和草地，占总面积的21%以上。未利用地和荒漠植被的变动对生态环境的影响起关键作用。
（2）代表自然景观或自然植被的荒漠林地和草地总体趋势均是减少，未利用地的面积是先增后减的趋势，而只有农田的变化趋势则是一直呈现增加的趋势。总体说来，荒漠林地和草地呈现减少趋势，减少的面积分别为131.43 km2和15.674 km2；农田呈现持续增长趋势，增加面积为145.24 km2；而未利用土地和水域面积则变化不大。
（3）1973—2010年间不同土地利用类型的相互转化比较复杂。最显著的转化过程有荒漠林地—草地、荒漠林地—农田以及草地—农田等类型，其中荒漠林地—农田转型最大，达108.52 km2。值得注意的是，研究区的荒漠植被面积在持续减少，而农田面积则在不断增加，表明该地区的环境在不断退化。 （4）从整体来看，近40年来塔里木河中游的绿洲-荒漠交错带的生态环境处于持续恶化的过程。影响交错带土地利用变化的主要因素是人为因素。上游持续的大规模水土开发，造成中游来水量减少，同时沙漠公路的开通、塔里木石油大开发引来大量人员涌入。而人口的增长以及政策的影响进一步引发了该区域大规模开荒种田，改变了研究区的土地利用方式。从整个研究区域来看，肖塘交错带处于生态环境脆弱地带，生态环境依然不容乐观。
4 参考文献
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关键词 土地利用；动态变化；肖塘绿洲-荒漠交错带；塔里木河中游；1973—2010年
中图分类号 F301.24 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）15-0335-04
Analysis of Land Use Change in Middle Reaches of Tarim River From 1973 to 2010：A Case Study
of Xiaotang Oasis-desert Ecotone
PU Zhi
（College of Computer and Information Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi Xinjiang 830052）
Abstract Land use data in the ecotone of the middle reaches of the Tarim River from 1973 to 2010 were interpreted from Landsat remote sensing satellite images and built by GIS and RS.In addition，the dynamics of land use changes was quantitatively explored，and its driving force was deeply discussed from aspects of nature and human. Results showed that the unused land and desert woodland were the main land use types in the area. Compared with the data of 1973，in 2010，desert woodland decreased sharply，accounting for 5.06% of the study area. Farmland increased dramatically，accounting for 4.67%.Unused land increased，accounting for 0.63%. Grassland reduced to 0.21%，respectively.Desert woodland has been mainly converted to the farmland. Grassland has been shifted into farmland and desert woodland. The increase of farmland mainly originated from desert woodland. The study area faces such issues as ecological destroy and aggravation ecological degeneration.The land use patterns in the research area were deeply influenced by human farming and living activities.
Key words land use；dynamic change；Xiaotang oasis-desert ecotone；middle reaches of Tarim River；1973—2010
土地是人类赖以生存与繁衍的主要物质基础和基本资源，而人类的活动正在深刻地改变着自然地理环境，其对自然环境的利用和改造则直接表现为土地利用这一形式。不同的土地利用程度与方式必然会对土地产生不同影响，其直接结果就是改变了地表的覆被状况[1-2]。土地利用变化目前已成为全球变化研究中最为活跃的领域之一[3-5]。自20世纪90年代以来，我国各地的土地利用空间格局发生了很大变化，产生了诸多生态问题。近些年来，许多学者将遥感技术应用于土地利用格局变化分析当中，并取得了一定成果[6-12]。土地利用的变化能反映出研究区域生态环境变化，进而为优化土地利用结构提供理论依据。
塔里木河位于我国新疆内陆干旱区，是我国最大的内陆河。而塔里木河流域涵盖大部分塔里木盆地，是生态环境变化的敏感地区，并逐渐成为我国21世纪重要的资源接替区。肖塘位于塔里木河中游流域，塔克拉玛干沙漠北部边缘是典型的沙漠腹地-荒漠-绿洲交错带，是阻止塔克拉玛干沙漠向北侵入塔里木河中游绿洲带的重要生态屏障。
绿洲-荒漠交错带由于具有被替代性，抗干扰能力及原状恢复性较差，因而属于较脆弱、敏感的生态系统类型[13-14]。由于气候干旱、降水量少、蒸发量大，肖塘地区环境因素发生了较大变化，土地荒漠化日益严重并且有逐步扩大的态势。这不仅不利于当地经济的发展，也影响了人民的生活，而且对当地以及周边生态环境产生长远的影响，并进而对整个塔里木河中游的生态环境产生重要影响。 绿洲-荒漠交错带的特殊环境决定了其较脆弱的生态属性，本研究根据MSS、Landsat TM/ETM数据资料，对干旱区肖塘绿洲-荒漠交错带进行研究，分析了1973—2010年该区域土地利用的动态变化，在此基础上研究了西北干旱区绿洲-荒漠交错带土地利用变化过程特征，分析其生态学过程，为土地荒漠化采取防治措施提供参考，同时也可以为生境脆弱带土地资源的可持续利用和生态环境建设以及更大尺度的土地利用变化及环境影响研究提供基础。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
肖塘地区地处新疆塔里木河中游，位于尉犁县西南250 km处，北与轮台县轮南镇接壤，是尉犁县的西大门，处于北纬 40°67′～41°37′，东经81°74′～85°51′，是我国第1条石油沙漠公路的起始处，也是塔里木油气开发的重点区域。该地区主要地貌类型组成为冲积洪积平原和沙漠，光热资源丰富，降水少，蒸发量大，气温差异显著，日照期长，夏季干热冬季干冷，无霜期长，风力强。该地区的植被组成以贫乏、单层片状结构为主，沙质旱生和超旱生的半灌木、小半灌木占优势，呈典型沙漠植被样貌。该地区主要生长着胡杨（Populus euphratica）、柽柳（Tamarix）、黑果枸杞（Lycium ruthenicum）、铃铛刺（Halimodendron halodendron）等多种荒漠植被。
1.2 数据来源及研究方法
1.2.1 数据来源及处理。为保证数据的连续性与可比性，遥感影像选用同源的Landsat数据作为主要的数据源，包括1973年10月的MSS、1990年8月的TM、2000年8月的ETM 和2010年8月的TM共4期数据。在信息提取前，在4期影像上均匀地选取易于分辨的30个点为控制点，并以2000年ETM 数据作为基准，校正其余3期影像，然后再对图像进行镶嵌拼接、裁切等预处理，最后再对处理后的影像进行分类解译。
根据塔里木河中游绿洲农业景观的现状及所能获得的资料，本次研究的地物分类系统主要依据中国科学院土地利用/土地覆盖分类系统，将研究区的地物主要分为农田、水域、草地、荒漠林地及未利用地5类。各类地物信息的提取，针对不同类型的影像采用了不同的方法：对于Landsat TM影像，采用面向对象的遥感信息提取软件eCognition，根据地物光谱特征进行信息提取；以具有相同特征的影像对象为基本分析单元，同时考虑影像的光谱和空间信息[15]。而对于Landsat MSS影像，则采用目视人工解译的方法。经过对4个时期研究区遥感图像的解译，获得1973年、1990年、2000年和2010年4个时期的解译数据。最后，借助ArcGIS空间分析功能，对不同时期的解译结果进行空间叠加分析，得出1973—2010年研究区土地利用类型的空间变化数据，并从中提取出土地利用类型转移数据，建立转移矩阵。
1.2.2 研究方法。
（1）单一土地利用动态度。单一土地利用动态度[16-21]反映了某区域在一定研究时间范围内某种土地利用类型在数量上的变化，可以定量描述区域土地利用变化的速度及变化中的类型差异。其公式为：
K（%）=■×■×100（1）
式（1）中：K为研究时段内某一类型土地利用动态度；Ua、Ub分别为研究初期和末期某一种土地利用类型的数量；T为研究时段。当T时段设定为年时，K值就是该研究区某一种土地利用类型的年变化率。
（2）土地利用类型转移矩阵。土地利用转移矩阵能够分析出研究区土地利用变化的结构特征以及变化方向，从而定量说明土地利用类型之间的相互转化状况，并有效地揭示出土地利用类型的具体转化细节，进而更好地了解土地利用的时空演变过程。土地利用转移矩阵的数学形式如下：
Sij=S11 S12 S13 S14 … S1nS21 S22 S23 S24 … S2nS31 S32 S33 S34 … S3n… … … … … …Sn1 Sn2 Sn3 Sn4 S11 Snn（2）
式（2）中：i、 j分别为研究初期和末期的土地利用类型（i，j=1，2，…，n）；Sij为研究初期土地利用类型转化为研究末期各种土地利用类型的面积；Sii表示第i种土地利用类型在研究时段内没有发生变化的面积；i行元素之和为i土地利用类型在研究初期的面积； j列元素之和表示j土地利用类型在研究末期的面积。
通过对研究区土地利用类型转换的空间统计分析，运用ArcGIS对4期土地利用数据图进行统计和叠加分析，建立肖塘地区1973—2010年土地利用变化图形数据库和土地利用转移矩阵。
2 结果与分析
2.1 土地利用变化特征分析
2.1.1 土地利用类型的结构变化。37年期间，肖塘交错带的土地利用结构发生的变化见图1和表1。肖塘交错带地区4个时期的土地利用类型均以未利用地为主，其次为荒漠林地，分别占4个时期研究区总面积的21.94%、21.1%、19.04%和16.88%，而水域、草地和农田所占比例均较小（表1），三者之和还不到研究区整个面积的7%，这表明4个时期土地利用总体结构变化不大。其中，农田的比重由1973年的0% 增加到2010年的4.7%，变化比较明显，并且还在不断增加；而与此相反，荒漠林地所占比重则从1973年21.94%下降到2010年的16.88%，呈现持续下降的变化态势；草地则从6.17%减少到5.96%，总体变化较少，呈先增后减的变化态势；而水域的面积比例也变化不大，从0.44%微幅下降到0.39%；未利用地则从71.46%微幅增加到72.09%，呈持续增长态势，表明研究区的沙漠化进程在逐渐加大。总体看来研究区土地利用类型的比重虽然有了较大的变化，但是土地利用组成结构的总体态势基本保持不变。
表2为研究区1973—2010年土地利用类型面积变化表，从表中可知，近40年来研究区各类土地利用的面积变化各不相同，水域和荒漠林地基本保持减少状态；农田则保持增加趋势，占总面积的比例不断增加。1973—1990年，面积净变化量以荒漠林地为最大；其次为未利用地和草地。其中荒漠林地和水域的面积都有所减少，荒漠林地面积减少了25.7 km2，变化率为减少3.77%；其次为水域，减少了30.29%。在增加的地类中，未利用地增加的面积最大，增加了19.97 km2，而草地增加的比例却是最大的，增加了4.82%。1990—2000年期间，土地利用类型的转换与前一时期的变化基本一致，其中荒漠林地的减幅进一步加大，面积净减少64.32 km2，减幅达9.79%，而农田面积则呈相反的大幅增加趋势，面积净增加了57.2 km2，增幅则高达8351.78%。而上一时期呈现增加趋势的草地面积则出现相反的减少趋势，微幅减少3.74 km2；水域和未利用地则出现微幅增加。2000—2010年期间，农田面积继续呈大幅增加趋势，共增加87.36 km2，增幅150.91%，居各类土地类型之首。其他土地类型均呈现下降趋势。其中，荒漠林地的面积减少幅度继续扩大，减幅速率达11.33%，面积净减少67.1 km2。同时，未利用地的扩张趋势出现反转，开始出现下降的趋势，但减幅不大。 通过公式（2）计算出各种土地利用类型的单一土地利用动态度（表3），可见变化最快的是农田，这主要是由于在1973年研究区没有开垦农田，尽管增加的绝对面积并不多，但是动态度最大，表明这一时期农田开发的力度很大，研究区在近40年间，荒漠林地的动态度始终为负值，表明荒漠林地一直呈负增长状态，即呈现持续下降的趋势；特别是2000—2010年期间，负增长率达到最高，为 -1.13%，该阶段的荒漠林地减少速度最大，这表明这一种土地类型始终保持着减少的趋势，而且动态度越来越快，表明其面积正加速减少；而与此相反，在这近40年期间，农田的动态度则一直为正值，表明这一地类的面积在逐渐增加。在1973—1990年期间，草地的动态度为正值，而此后的2个时期则出现相反的负增长趋势，而且动态度呈加大的趋势，表明了这2个时期变化较剧烈，所受的驱动力强度在加大。而水域的面积则在3个时期出现了交错变化，这主要是河道摆动造成的影响。而未利用地则是变化较为稳定的土地利用类型，3个时期面积总体未发生明显的变化。
2.1.2 土地利用类型的转换分析。37年中，研究区土地利用在塔里木石油沙漠公路建设、油气开发等工程实施共同影响与作用下，类型之间发生了较大的转换，不但影响了结构，也改变了质与量。1973—2010年肖塘交错带地区土地利用类型转换状况如表4～6所示。
由表4可知，在1973—1990年期间，荒漠林地主要转变为草地和未利用地，转化面积分别为17.18 km2和13.31 km2，表明研究区内荒漠林地资源在缓慢退化。水域则主要转变为荒漠林地和为草地，转化面积为6.48 km2和0.62 km2。而草地主要转变为未利用地和荒漠林地，分别转化了8.65 km2和0.86 km2。未利用地主要转变为荒漠林地与草地。
由表5可知，在 1990—2000年期间，荒漠林地主要转变为农田与未利用地，转化面积分别为51.53 km2和8.93 km2，表明研究区内荒漠林地资源在快速退化。而水域则主要转变为荒漠林地以及草地，分别转化了1.63 km2和0.24 km2。而草地则转变为农田和未利用地，转化面积分别为5.86 km2和3.16 km2。未利用地主要转变为荒漠林地与草地。
由表6可知，在 2000—2010年研究时段内，荒漠林地主要转变为农田和未利用地，转化面积分别为66.87 km2和1.91 km2。同时，在这期间荒漠林地转出70.05 km2，转入2.95 km2，转出大于转入，这表明研究区内荒漠林地资源在大幅退化。水域主要转变为荒漠林地和农田。草地主要转变为农田和荒漠林地，分别转化的面积是11.17 km2和1.13 km2。而未利用地则主要转变为农田与草地。这一时段农田发生明显的增长，转出0.8 km2，转入88.15 km2，转入大于转出，转入源主要是荒漠林地，其次是草地，这表明研究区内荒漠林地资源在大幅退化，生态环境在恶化。
2.2 土地利用变化驱动力分析
2.2.1 自然因素。水是干旱区关键的生态因子，区域水资源的分布决定着植被的分布，同时也直接影响了区域的生态环境。自20世纪60年代以来，由于塔里木河源流区及上游地区大规模水土开发，致使中游径流量呈下降趋势。径流量的减少引起河岸植被大量死亡，导致研究区内荒漠林地及草地等发生演变，逐渐被未利用地（荒漠）代替。同时，近40年以来塔里木河上中游也加大了对流域水土开发的强度。人们开发利用水资源建设人工绿洲、筑坝拦水，导致河道渠化，河道、积水湖泊的水流状态被改变，原有的地下水环境也被改变。而且农田高矿化度排水增加，并直接排入塔里木河，使河水污染日趋严重。上游过量的开发利用水资源，造成中游补给严重减少，导致中游地下水矿化度升高。中游不断恶化的水质会对塔里木河流域主要建群种胡杨的生存构成威胁，影响其正常生长。
2.2.2 人类活动因素。各种驱动因素导致土地利用变化，在较长的时期里自然驱动力相对稳定，而人类活动因素成为主要变化因素。20世纪90年代，随着塔里木沙漠公路的开通，方便了人员的流动。大量人员进入研究区，开垦农田，改变了土地利用方式。随着研究区的人口数量不断增加，牲畜数量也迅速增加，由于过度放牧导致荒漠林地被大量毁坏，荒漠林地的面积逐渐减少。20世纪 90 年代以来，随着“一黑一白”经济发展战略方针的推出，塔河沿岸的各单位和私营企业将目标锁定在“万亩棉田”上。并且随棉花价格上调，各地开荒种棉积极性很高，造成大面积的荒漠林地被毁。此外，近30年来在本研究区陆续发现了大量的油气资源。大规模的石油、天然气开发，也改变了研究区的土地利用方式。
3 结论与讨论
通过对1973年、1990年、2000年和2010年4个时期遥感监测结果对比分析显示，塔里木河中游的绿洲-荒漠交错带地区的土地利用发生着以下变化规律。
（1）近40年来研究区的土地利用结构组成总体变化不大，土地利用格局未发生质的变化。主要以未利用地为主，始终占总面积的71%以上，其次为荒漠林地和草地，占总面积的21%以上。未利用地和荒漠植被的变动对生态环境的影响起关键作用。
（2）代表自然景观或自然植被的荒漠林地和草地总体趋势均是减少，未利用地的面积是先增后减的趋势，而只有农田的变化趋势则是一直呈现增加的趋势。总体说来，荒漠林地和草地呈现减少趋势，减少的面积分别为131.43 km2和15.674 km2；农田呈现持续增长趋势，增加面积为145.24 km2；而未利用土地和水域面积则变化不大。
（3）1973—2010年间不同土地利用类型的相互转化比较复杂。最显著的转化过程有荒漠林地—草地、荒漠林地—农田以及草地—农田等类型，其中荒漠林地—农田转型最大，达108.52 km2。值得注意的是，研究区的荒漠植被面积在持续减少，而农田面积则在不断增加，表明该地区的环境在不断退化。 （4）从整体来看，近40年来塔里木河中游的绿洲-荒漠交错带的生态环境处于持续恶化的过程。影响交错带土地利用变化的主要因素是人为因素。上游持续的大规模水土开发，造成中游来水量减少，同时沙漠公路的开通、塔里木石油大开发引来大量人员涌入。而人口的增长以及政策的影响进一步引发了该区域大规模开荒种田，改变了研究区的土地利用方式。从整个研究区域来看，肖塘交错带处于生态环境脆弱地带，生态环境依然不容乐观。
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