阿地來·阿地力,張永福 馬麗娜

摘要 ?土地利用變化是導致生態(tài)敏感性的重要因素，不僅體現(xiàn)了土地資源的數(shù)量、質量方面的特征，還反映了土地利用格局動態(tài)。市（縣）生態(tài)敏感性研究對生態(tài)環(huán)境保護和區(qū)域發(fā)展具有最直接的意義。融合土地利用和生態(tài)環(huán)境之間相互關系的基本結構，利用土地利用動態(tài)度模型和地理信息系統(tǒng)空間分析功能，建成土地利用變化下的生態(tài)敏感性指標體系和分級標準，分析建設用地、林地、草地、耕地、水域、未利用地等土地利用類型的面積比例和變化過程，對庫車縣2009—2016年期間單一土地利用動態(tài)度變化和生態(tài)敏感性程度進行了定量研究。通過CA-Markov土地利用變化預測模型預測庫車縣2020年土地利用格局，根據(jù)土地利用強度變化率的比值得到土地利用變化下的生態(tài)敏感性指數(shù)，運用ArcGIS空間疊加功能分析其過程，目的在于得到生態(tài)敏感性分布情況。生態(tài)敏感性劃分為高敏感、中敏感、低敏感及不敏感4個等級。得出以下結論：2009—2016年間耕地、建設用地和林地每年以0.34%、1.37%和0.22%的速度增加;草地、水域和未利用地每年以0.24%、0.04%和0.27%的速度減少。庫車縣2020年的土地利用預測結果表明，高敏感和低敏感區(qū)域面積減少到2458.92km2和1055.71km2，中敏感區(qū)域由2009年的7312.59km2減少到2016年的7286.87km2，再減少到2020年的6534.97km2，不敏感區(qū)域面積由2009年的3604.88km2增加到2016年的3626.83km2，再增加到2020年的4476.57km2。該研究將為庫車縣土地可持續(xù)利用提供借鑒，也為區(qū)域土地環(huán)境影響的動態(tài)模擬提供新思路。

關鍵詞 ??生態(tài)敏感性;CA-Markov;土地利用;庫車縣

中圖分類號F??301.2文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2018）36-0042-06

土地利用和土地覆蓋變化（LUCC）是研究全球變化和可持續(xù)發(fā)展的基礎{1]。土地利用變化和城市化對生態(tài)系統(tǒng)和可持續(xù)土地利用的影響已引起研究人員越來越多的興趣{2]。隨著城市化進程的加快，農田和農村居民用地的增加已經(jīng)轉化為城市用地。城市擴張模式正在改變地球表面溫度并影響全球氣候{3]，導致土地退化{4]、海平面升高以及其他全球環(huán)境問題。城市化進程不僅反映在城市人口不斷增長和相關的經(jīng)濟增長中，而且反映在城市土地使用類型和面積的變化上。模擬城市規(guī)劃對土地利用變化的影響對于城市地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展非常重要{5]。城市蔓延受環(huán)境和人為因素的影響，其運行機制非常復雜。土地利用作為人類最基本的實踐活動，與土地生態(tài)系統(tǒng)及其功能密切相關{6]。導致生態(tài)敏感性的重要因素是土地利用變化，不僅體現(xiàn)了土地資源的質量、數(shù)量方面的特征，還反映了土地利用分布格局動態(tài)。城市用地的空間分布動態(tài)格局與過程是城鄉(xiāng)關系變化和城鄉(xiāng)土地利用現(xiàn)代化過程的主要方面之一。土地利用生態(tài)敏感性分析是區(qū)域生態(tài)規(guī)劃中最主要的內容，也是區(qū)域土地利用總體規(guī)劃的基礎性研究，是評價不同的土地利用方式對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響及其生態(tài)效用的主要方法{7-8]。

生態(tài)敏感性是指自然環(huán)境變化與人類活動影響下生態(tài)系統(tǒng)程度的變化，表明區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題發(fā)生的可能性{9]。生態(tài)敏感性評估是一個識別自然環(huán)境背景下的潛在生態(tài)問題，然后將其置于特定區(qū)域的過程{10]。生態(tài)敏感性評估和生態(tài)功能研究已基本完成省級規(guī)模。然而，關于市（縣）規(guī)模的研究仍然有限{11-12]。評估方法正處于勘探和開發(fā)階段。在沒有統(tǒng)一標準的情況下，指數(shù)選擇有任意性{13]。該研究通過監(jiān)督分類技術對庫車縣2009年和2016年的土地利用變化進行分類，并計算土地利用變化類型的覆蓋面積，根據(jù)土地利用現(xiàn)狀結果分析庫車縣生態(tài)敏感性。通過CA-Markov土地利用變化預測模型預測庫車縣2020年的土地利用變化動態(tài)，進而分析人為和自然元素對土地利用及生態(tài)敏感性的影響。

1研究區(qū)概況

庫車縣位于天山中部南麓，塔里木盆地北緣，地理位置為40°46′～42°35′N，82°35′～84°17′E（圖1），東與巴音郭楞蒙古自治州的輪臺縣為鄰，東南與尉犁縣相接，南靠塔克拉瑪干沙漠，西南與沙雅縣相連，西以渭干河為界，與新和縣隔河相望，西北與拜城縣接壤，北部與巴音郭楞蒙古自治州和靜縣毗連，屬阿克蘇地區(qū)東端。縣境南北長193km，東西寬164km，全縣面積1.45萬km2，縣城東距自治區(qū)首府烏魯木齊市直線距離448km，公路里程753km，西距行署駐地阿克蘇市直線距離228km，公路里程257km。庫車縣東南胡楊林由于受干旱影響，生長脆弱，面積逐漸減少，對綠洲生態(tài)的保護作用下降。

2數(shù)據(jù)收集與研究方法

2.1資料收集與處理選取2009年9月6日，2016年9月10日的Landsat-TM遙感影像，空間分辨率為30m×30m。在遙感圖像處理軟件ENVI5.1的支持下裁剪研究區(qū)，經(jīng)過幾何校正和輻射校正，利用最大似然分類法和目視解譯結合的方法，對庫車縣不同時相的2幅影像圖進行監(jiān)督分類。另外，收集庫車縣地形圖、行政區(qū)劃圖、植被分布圖、矢量數(shù)據(jù)、野外考察等資料。根據(jù)處理好的數(shù)據(jù)以及收集的資料，將庫車縣的土地利用類型分為耕地、建設用地、草地、林地、水域、未利用地，與分類結果相結合，構建分級標準和土地利用敏感性指標體系，獲取庫車縣2009年和2016年的土地利用生態(tài)敏感性分布圖。

2.2研究方法

2.2.1土地利用動態(tài)度。

土地利用動態(tài)度是土地利用面積和數(shù)量變化研究方面經(jīng)常用到的方法之一，通過分析土地利用動態(tài)度可以了解土地利用變化結果以及變化趨勢，它可定量描述一定時間范圍內某一土地利用類型面積的凈變化和土地利用類型的數(shù)量變化情況{14-15]，其表達式為：

式（1）中，S1和S2代表研究初期和末期區(qū)域某種土地利用類型面積;T為研究時段，當T的單位為年時，K值就是該區(qū)域某種土地利用類型的年變化率。

2.2.2構建指標體系。

土地利用是根據(jù)當?shù)厝藗兊牟煌玫匦枨笥猛竞陀昧慷鴦澐殖鰜淼牡乇韰^(qū)域自然屬性，不同的土地利用類型受自然屬性與人為活動干擾的程度都有所不同。庫車縣土地生態(tài)敏感性是在多種生態(tài)因子的共同作用下形成，如高程、坡度、水體、植被覆蓋度、土地利用、土壤鹽漬化、土地沙漠化等，其中對城市生態(tài)敏感性的影響和貢獻最大的是土地利用，這種趨勢為庫車縣土地利用生態(tài)敏感性分析和分級評價提供了可能，結果參照2003年國家環(huán)?？偩种贫ǖ摹渡鷳B(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》附件{16]中提出的生態(tài)環(huán)境敏感性分級標準和指標體系，對庫車縣土地利用生態(tài)敏感區(qū)進行劃分，具體劃分依據(jù)如表1所示。

2.2.3分級標準與方法。參考相關研究結果{12，17-19]，遵守生態(tài)敏感性指標選取的綜合性、動態(tài)性、科學性和系統(tǒng)性原則，選擇能反映庫車縣生態(tài)敏感性特征的土地利用敏感性分級標準（表2）。以土地利用生態(tài)敏感性分級標準和指標體系為基礎，通過ArcGIS10.1的空間分析功能和自然間斷點分級法（Jenks）對單因子柵格圖層分級賦值并且在ArcGIS柵格計算器的FieldCalculator和alculateGeometry模塊中對分級指標的敏感性柵格圖進行運算和面積統(tǒng)計，其公式為：

2.2.4CA-Markov土地利用變化預測模型。

CA模型是同時具備時間和空間的預測模型，其模型中的變量包括狀態(tài)、領域空間和時間，這些變量都呈現(xiàn)離散的特點{20]。

式（4）中，S（t+1）和S（t）分別表示t+1和t時刻土地利用系統(tǒng)的狀態(tài)，Pij為狀態(tài)轉移矩陣。CA-Markov模型綜合了Markov模型長時間數(shù)量預測的優(yōu)點和CA模型模擬空間變化趨勢的能力，提高了土地利用類型變化趨勢的預測精度{22]。在土地利用網(wǎng)格圖中，每個格網(wǎng)代表1個細胞，每個細胞表示土地利用類型，通過地理信息系統(tǒng)軟件的支持，利用變換矩陣和條件概率圖來確定細胞狀態(tài)的變化規(guī)則，并對土地利用格局變化趨勢進行模擬，得到不同土地利用的變化趨勢{23]。

2.2.5Kappa系數(shù)預測精度檢驗。

為了驗證CA-Markov模型預測精度，在分類的精度評價中，不同的精度評價方法有不同的劃分標準。筆者主要采用IDRISI軟件中CROSSTAB工具計算的overallKappa系數(shù)來評價預測圖和原始圖之間的一致性。直接借用Cohen提出的Kappa系數(shù)分類評價標準{24-25]，即

（-∞，0.00），很差;{0.00，0.20），微弱;{0.20，0.40），弱;{0.40，0.60），適中;{0.60，0.80），顯著;{0.80，1.00]，最佳。

3結果與分析

3.1土地利用面積變化

區(qū)域土地利用數(shù)量變化主要表現(xiàn)在面積變化上，面積變化先反映在不同土地利用類型的總量變化上，通過分析土地利用的總量變化可以分析出土地利用的變化趨勢和土地利用結構變化特征。依據(jù)上述土地利用分類的理想狀態(tài)，對庫車縣2009—2016年的各類土地面積進行統(tǒng)計。通過計算和分析庫車縣土地利用變化可以看出，2009—2016年研究區(qū)不同類型土地的分布及數(shù)量變化較為顯著，其中最直接的表現(xiàn)為耕地、建設用地、林地和水域面積增加，草地及未利用地面積明顯減少，其中耕地、建設用地、林地和水域數(shù)量分別增長0.34%、1.37%、0.22%和0.11%，草地及未利用地數(shù)量分別減少0.24%、0.27%。土地利用現(xiàn)狀如圖2所示，動態(tài)度變化幅度如圖3所示。庫車縣耕地、建設用地、林地和水域面積由2009年949.4、229.81、2259.25、121.04km2增加到2016年的971.89、251.89、2294.74、121.93km2;草地和未利用地由2009年的6535.93、4419.69km2減少到2016年的6424.74、4337.31km2（表3）。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展及科技水平提高，城鎮(zhèn)化進程加快以及政府對農業(yè)的扶持力度加大，庫車縣未利用地資源開發(fā)利用幅度較大，加之在當?shù)卣念I導下農民積極開展土地整治工程，改善了原有的生產模式，逐漸提高了人們保護農用地、保護生態(tài)環(huán)境的意愿。

3.2庫車縣土地利用敏感度分析

對2009—2016年庫車縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)基于土地利用結構變化下的生態(tài)敏感性分布進行分析，將生態(tài)敏感性等級劃分為高敏感、中敏感、低敏感及不敏感4個等級，最后以劃分出來的生態(tài)敏感性分布圖進行統(tǒng)計分析（圖4）。

3.2.1高敏感區(qū)分析。

土地利用變化生態(tài)敏感性程度高的區(qū)域則為高度敏感區(qū)，高度敏感區(qū)生態(tài)系統(tǒng)手動的土地利用影響最大，按空間分布來看，庫車縣生態(tài)敏感性高的區(qū)域是以林地和水域為主，分布在阿拉哈格鎮(zhèn)、齊滿鎮(zhèn)、比西巴格鄉(xiāng)、烏恰鎮(zhèn)、烏尊鎮(zhèn)、阿克吾斯塘鄉(xiāng)等農用地面積比較廣的區(qū)域以溝渠為主。庫車縣生態(tài)高敏感區(qū)面積由2009年的2545.58km2增加到2016年的2548.85km2。

3.2.2中敏感區(qū)分析。

中敏感區(qū)是土地利用變化生態(tài)敏感

性程度相對中等的區(qū)域，庫車縣生態(tài)中敏感區(qū)域是以草地為主，主要分布在墩闊坦鎮(zhèn)、哈尼喀塔木鄉(xiāng)、塔里木鄉(xiāng)等。庫車縣生態(tài)中敏感區(qū)面積由2009年的7312.59km2減少到2016年的7286.87km2。中敏感區(qū)屬于庫車縣生態(tài)系統(tǒng)健康運轉的防護區(qū)，土地利用過程中以生態(tài)維護為主，防止生態(tài)建設受到威脅。

3.2.3低敏感區(qū)分析。庫車縣生態(tài)低敏感區(qū)域是以耕地為主，主要分布在阿拉哈格鎮(zhèn)、齊滿鎮(zhèn)、比西巴格鄉(xiāng)等。庫車縣生態(tài)低敏感區(qū)面積由2009年的1063.11km2增加到2016年的1063.60km2。低敏感區(qū)是庫車縣生態(tài)系統(tǒng)的保護區(qū)，土地利用過程中以農用地為主，在基本農田保護紅線政策的影響下產生耕地面積的變化。該區(qū)生態(tài)環(huán)境具有較強的自我恢復能力，敏感性程度總的來說處于良好狀態(tài)。

3.2.4不敏感區(qū)分析。生態(tài)不敏感區(qū)適合以城市建設和農業(yè)生產為主，生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)形成了一定的穩(wěn)定性，各種人類開發(fā)活動不會對生態(tài)系統(tǒng)產生破壞性干擾，隨著社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，庫車縣建設用地面積增多而被開發(fā)利用的未利用地面積減少，因而庫車縣生態(tài)不敏感區(qū)域面積由2009年的3604.88km2增加到2016年的3626.83km2。

3.3基于土地利用結構預測的庫車縣2020年生態(tài)敏感性測算

3.3.1庫車縣2020年土地利用結構變化預測分析。

采用CA-Markov土地利用變化預測模型對庫車縣2020年的土地利用結構進行預測并根據(jù)庫車縣國土局提供的《庫車縣土地利用總體規(guī)劃（2010—2020年）》按照當?shù)卣蛧辆钟欣趲燔嚳h城市發(fā)展和農業(yè)發(fā)展共存的指標布局理念，以該研究中分類出來的2016年土地利用分類圖為基礎數(shù)據(jù)做出2020年的土地利用圖（圖5），預測結果見表4。

結果表明，到2020年庫車縣土地利用變化幅度較大，耕地面積和建設用地面積大幅度增加，由2016年的971.89、251.89km2增加到2020年的996.60、271.31km2，草地、林地和未利用地面積大幅度減少，由2016年的6424.47、2294.74和4337.31km2減少到2020年的6214.24、2166.53和4323.28km2，水域面積相對變化不大。根據(jù)國家和地方政策導向，積極實行土地復墾和土地整治規(guī)劃，堅持從確保糧食安全、維護社會穩(wěn)定出發(fā)，嚴格保護耕地，嚴格控制非農建設占用耕地，保障耕地擴展面積遞增，實現(xiàn)生態(tài)恢復。同時隨著庫車縣人口和經(jīng)濟實力的提升，建設用地的布局和面積也發(fā)生了較大的變化，人口向城鎮(zhèn)集中、住宅向社區(qū)集中，有效控制了建設用地規(guī)模，城鄉(xiāng)建設用地適度增加，交通水利等基礎設施用地充分保障，建設用地內部結構進一步優(yōu)化。

3.3.2庫車縣2020年生態(tài)敏感性預測分析。

庫車縣2020年的土地利用結構變化以構建環(huán)境友好型土地利用方式為目標，以保護為前提進行開發(fā)建設，加強環(huán)境保護與生態(tài)建設工程。通過預測出的土地利用結構進一步進行庫車縣2020年的生態(tài)敏感性預測（圖6），預測結果如下：到2020年庫車

縣高敏感性區(qū)域面積2458.92km2，中敏感性區(qū)域面積6534.97km2，低敏感性區(qū)域面積1055.71km2，不敏感性區(qū)域面積4476.57km2。由此可見，庫車縣的土地利用趨勢對生態(tài)敏感性產生了一定的影響，高敏感性、中敏感性、低敏感性區(qū)域面積明顯減少，不敏感性區(qū)域面積大幅度提高，可

以為庫車縣未來生態(tài)安全建設打好基礎。庫車縣基礎性生態(tài)用地主要集中在塔里木河、庫車河、渭干河、鹽水溝沿岸及銅場水庫周邊區(qū)域，可以進一步加強生態(tài)敏感性區(qū)域的保護。

4結論與討論

不同研究時段的城市土地利用敏感區(qū)域面積和比例各不相同，經(jīng)研究可得土地生態(tài)敏感性結果，庫車縣高敏感和低敏感區(qū)域面積由2009年的2545.58、1063.11km2增長到2016年的2548.85、1063.60km2，在國家政策和地方政府的引導下各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)領導及居民的積極配合為庫車縣生態(tài)文明建設提供了優(yōu)化條件，在此基礎上預測2020年的土地利用結構變化和土地生態(tài)敏感性，計算結果表明2020年庫車縣高敏感和低敏感區(qū)域面積減少到2458.92、1055.71km2，中敏感區(qū)域由2009年的7312.59km2減少到2016年的7286.87km2，再減少到2020年的6534.97km2，不敏感區(qū)域面積由2009年的3604.88km2增加到2016年的3626.83km2，再增加到2020年的4476.57km2。

人類活動與生態(tài)系統(tǒng)的敏感性變化是密切相關的，人類社會的不斷發(fā)展，產業(yè)的日益多樣化以及人民生活水平的逐步提升對生態(tài)環(huán)境造成了一定的壓力，隨著政府對環(huán)境保護和生態(tài)安全的重視，人們也有了保護環(huán)境意識，積極配合政府的宅居地集中連片建設等有利于土地集約節(jié)約、提高土地利用率的政策。在以后的發(fā)展過程中確保優(yōu)化生態(tài)用地內部結構和空間布局，提升園地和林地的生態(tài)服務功能，構建國土生態(tài)屏障，促進社會、經(jīng)濟、生態(tài)的協(xié)調和可持續(xù)發(fā)展。

總之，庫車縣生態(tài)敏感性的優(yōu)化需要加強區(qū)域植被的大規(guī)模建設，實施退耕還林和退耕還草政策，減輕人為造成的生態(tài)壓力。

參考文獻

{1]RINDFUSSRR，WALSHSJ，TURNERBL，etal.Developingascienceoflandchange：Challengesandmethodologicalissues{J].ProcNatAcaSciUSA，2004，101（39）：13976-13981.

{2]BIHAMTAN，SOFFIANIANA，F(xiàn)AKHERANS，etal.UsingtheSLEUTHurbangrowthmodeltosimulatefutureurbanexpansionoftheIsfahanmetropolitanarea，Iran{J].JIndianSocRemoteSens，2015，43（2）：407-414.

{3]KALNAYE，CAIM.Impactofurbanizationandland-usechangeonclimate{J].Nature，2003，423：528-531.

{4]RILEYWJ，MATSONPA.NLOSS：AmechanisticmodelofdenitrifiedN2OandN2evolutionfromsoil{J].JSoilSci，2000，165（3）：237-249.

{5]YAOFM，HAOC，ZHANGJH.SimulatingurbangrowthprocessesbyintegratingcellularautomatamodelandartificialoptimizationinBinhaiNewAreaofTianjin，China{J].GeocartoInt，2016，31（6）：612-627.

{6]關中美，王雨村，牛海鵬.基于GIS的焦作市生態(tài)敏感性分析{J].河南理工大學學報（自然科學版），2009，28（1）：61-66.

{7]龐莎，劉康，冀文慧.土地利用變化對延安市生態(tài)服務價值的影響{J].地下水，2011，33（1）：154-157.

{8]歐陽志，王效科，苗鴻.中國生態(tài)環(huán)境敏感性及其區(qū)域差異規(guī)律研究{J].生態(tài)學報，2000，20（1）：9-12.

{9]ROSSIP，PECCIA，AMADIOV，etal.Couplingindicatorsofecologicalvalueandecologicalsensitivitywithindicatorsofdemographicpressureinthedemarcationofnewareastobeprotected：ThecaseoftheOltrepoPaveseandtheLigurian-EmilianApenninearea（Italy）{J].Landscapeandurbanplanning，2008，85（1）：12-26.

{10]李東梅，高正文，付曉，等.云南省生態(tài)功能類型區(qū)的生態(tài)敏感性{J].生態(tài)學報，2010，30（1）：138-145.

{11]LIUCM，ZHANGD.TemporalandspatialchangeanalysisofthesensitivityofpotentialevapotranspirationtometeorologicalinfuencingfactorsinChina{J].Actageographicasinica，2011，66（5）：579-588.

{12]韓貴鋒，趙珂，袁興中，等.基于空間分析的山地生態(tài)敏感性評價：以四川省萬源市為例{J].山地學報，2008，26（5）：531-537.

{13]何丹，刁承泰.重慶江津市土地利用變化及社會驅動力分析{J].水土保持研究，2006，13（2）：24-26.

{14]彭保發(fā)，陳端呂，李文軍，等.土地利用景觀格局的穩(wěn)定性研究：以常德市為例{J].地理科學，2013，33（12）：1484-1488.

{15]國家環(huán)境保護總局.生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程{A].2002.

{16]王佳麗，黃賢金，陸汝成，等.區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務對土地利用變化的脆弱性評估：以江蘇省環(huán)太湖地區(qū)碳儲量為例{J].自然資源學報，2010，25（4）：556-563.

{17]王大鵬，王滿堂，陳偉.臺兒莊生態(tài)敏感性GIS評價{J].測繪科學，2012，37（1）：64-66.

{18]林涓涓，潘文斌.基于GIS的流域生態(tài)敏感性評價及其區(qū)劃方法研究{J].安全與環(huán)境工程，2005，12（2）：23-26，34.

{19]楊志峰，徐俏，何孟常，等.城市生態(tài)敏感性分析{J].中國環(huán)境科學，2002，22（4）：360-364.

{20]楊俊，解鵬，席建超，等.基于元胞自動機模型的土地利用變化模擬：以大連經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)為例{J].地理學報，2015，70（3）：461-475.

{21]FITZPATRICKM，SMITHK，BELOUSEKDW，etal.ThequantumcellularautomatonasaMarkovprocess{J].Chaos，solitons&fractals，1999，10（8）：1375-1386.

{22]汪佳莉，吳國平，范慶亞，等.基于CA-Markov模型的山東省臨沂市土地利用格局變化研究及預測{J].水土保持研究，2015，22（1）：212-216.

{23]王耕，王嘉麗，龔麗妍，等.基于GIS-Markov區(qū)域生態(tài)安全時空演變研究：以大連市甘井子區(qū)為例{J].地理科學，2013，33（8）：957-964.

{24]王友生，余新曉，賀康寧，等.基于CA-Markov模型的藉河流域土地利用變化動態(tài)模擬{J].農業(yè)工程學報，2011，27（12）：330-336.

{25]胡雪麗，徐凌，張樹深.基于CA-Markov模型和多目標優(yōu)化的大連市土地利用格局{J].應用生態(tài)學報，2013，24（6）：1652-1660.