马丽娜 张永福 阿地来?阿地力

摘要[目的]研究干旱区绿洲县域土地利用生态风险评价及预测。[方法]以新疆拜城县为例，ArcMap 10.3为技术支持，2009和2016年的遥感影像为信息源，构建了拜城县的综合性生态风险指数（ERI）并借助GIS进行空间插值，由此分析了拜城县土地利用生态风险动态演变以及不同等级的生态风险的空间分布特征。并通过马尔科夫预测模型预测拜城县2020年的土地利用结构变化，揭示土地利用结构的变化对新疆典型干旱区绿洲县域生态风险的影响。[结果]2009—2016年拜城县耕地和建设用地面积增加，林地、草地、水域和其他用地面积明显下降。通过预测所得，与2016年相比，2020年建设用地和其他用地面积明显增加，耕地、林地、草地和水域面积明显减少。2009年拜城县ERI為0.024，2016年增长为0.026，随着生态环境的持续恶化，2020年增长至0.031。[结论]在未来土地利用结构调整过程中，人们应加强保护环境的意识，在拜城县构建良好的生态用地格局，提高全县生态系统服务功能，降低人类活动对环境造成的不良影响。

关键词土地利用;生态风险;干旱区绿洲;拜城县

中图分类号X826;F301.24文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）02-0052-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.016

土地利用生态风险是指在一定的社会经济环境下，由于人类或者自然改变土地利用结构的原因致使土地资源遭受破坏或者污染而给人类生存环境造成危害的一种状态，在这种状态下，土地生态系统无法稳定持续的发挥其在整个自然生态系统当中的作用，不能维持社会经济和环境之间的协调关系[1]。生态环境和长期的人类经济社会活动相互作用形成了区域固有的土地利用方式。现如今面临的生态风险与人类选择的土地利用方式息息相关，不同的土地利用结构和类型将直接影响区域的生态环境[2]。

绿洲是一种局部优化的人类生存环境，是干旱区能量流、物流最集中的区域，也是维系干旱区人类生存、活动和发展的场所，同时也是干旱区生态环境最敏感的部分[3]。干旱区绿洲是干旱地区独特的生态单元，它以荒漠为背景，根据水环境生长各种植被，加上人工林网和人工草场，就构成了十分复杂的景观格局。

新疆位于我国西北内陆干旱区，而拜城县位于南疆典型绿洲区，随着人口的快速增长，城市化和工业化的进程逐渐加快，土地利用变化带来的生态环境问题日益加剧。国家“一带一路”战略的开启，强化了新疆改革开放前沿窗口的战略地位，使拜城县“十三五”期间面临更好的产业提升与承接机遇，为拜城县提升对外开放水平和能力，加快新型工业化、农牧业现代化、新型城镇化“三化”[4]同步实施创造了前所未有的历史机遇，但是拜城县土地沙化、盐渍化、荒漠化危害较为突出，沙漠化土地面积扩展趋势未得到有效遏制，资源环境约束明显趋紧。此外，由于日益增加的人口和资源压力，使得人们过度地开发土地，在一定程度上加剧了土地的荒漠化和次生盐渍化。笔者采用目视解译为主、土地变更数据为辅的综合划定方法划分土地利用类型，采用等间距系统采样法划分样本区，利用ArcMap 10.3中的空间分析和地统计分析功能，从而得到拜城县土地利用/土地覆被变化，进而构建各土地类型的综合生态风险指数，分析生态风险在时间尺度上的变化，这有利于深入了解干旱区绿洲的生态环境，合理利用土地资源，对于恢复治理干旱区绿洲生态环境具有很重要的现实意义，同时也可以为将来的科学决策提供依据。

1资料与方法

1.1研究区概况

拜城县地处新疆维吾尔自治区的西南方向，天山山脉中段却勒塔格山北缘山间盆地[5]，渭干河干流上游区，地理坐标为80°37′39″～83°02′25″ E、41°24′08″～42°38′52″ N。拜城县北与伊犁地区昭苏县、特克斯县接壤，南与新和县相连，东与库车县、和静县毗邻，西与温宿县相望。拜城县四周群山环抱，为带状盆地。西北高东南低，地形复杂，北部为天山主干，南部为却勒塔格山，东部为库车达坂，西部有叠山洪沟。土壤类型众多，气候适宜，属于温带大陆性干旱气候，冬季寒冷，夏季凉爽，年均气温7.4 ℃，年均降水95 mm[6]。县境东西长198.7 km，南北宽140 km，辖区总面积1 589 098.53 hm2。2016年年末总户数68 495户，拜城县总人口为241 079人，其中城镇人口48 581人，乡村人口192 498人。

1.2数据来源与处理

以拜城县2009和2016年的Landsat遥感影像为数据源，利用ENVI 4.8对遥感影像做前期的预处理，主要有波段融合、几何矫正、影像裁剪等，基于全国土地分类系统，结合拜城县的土地利用/土地覆被特征、土地利用总体规划（2010—2020年）数据库和土地利用总体规划调整完善（2014—2020年）数据库中的土地利用分类体系进行精度验证，以目视解译为主、土地变更数据为辅的综合划定方法将拜城县土地利用类型分为耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地6类，根据精度对比结果表明，目视解译的结果符合此次研究需求。

利用ArcMap 10.3软件对两期影像图进行数据矢量化，然后通过统计分析和计算得到拜城县土地利用/土地覆被变化数据（图1）。

1.3生态风险指数

根据拜城县各土地类型的面积，分析土地利用类型和生态风险的相关性，构建各土地要素的综合生态风险指数，其表达式[7-9]如下：

ERI=Ni=1AiARi（1）

式中，ERI为生态风险指数;N为土地要素总数量;A为土地总面积;Ai为第i类土地要素的面积;Ri表示各土地要素遭遇干扰时所受到的生态损失的差异。干扰度指数Si和脆弱度指数Fi的乘积即是所求第i种土地要素所反映的损失指数Ri。

综上所述，11年间拜城县土地利用生态风险指数呈现逐渐增大的变化趋势。通过计算可以得到，2009、2016、2020年拜城县生态风险指数ERI分别为0.024、0.026、0.031。拜城县工业用地、城镇建设用地和农村基础设施用地进一步增大，势必会占用部分耕地，甚至是永久性基本农田，使得生态环境趋于恶化。由于拜城县恶劣的自然环境条件和地质地貌特征，加上人为干扰造成的环境恶化，使得该区域的生态环境极其脆弱，土地沙化和荒漠化的现状非但没有遏制反而日益加重，不仅制约着拜城县的经济可持续发展和人居环境的可持续改善。增强拜城县的“五位一体”建设和促进生态文明和谐发展已刻不容缓。

2.3生态风险动态演变分析

根据计算出的每个样区的生态风险指数，利用生态风险等级评价法，对拜城县2009、2016和2020年生态风险情况进行分级，结果如图3所示。由图3可知，拜城县2009、2016和2020年不同等级的生态风险区面积比例都存在一定的差异，2009年低生态风险区面积占总面积的3.10%，较低生态风险区占45.24%，中等生态风险区占38.98%，较高生态风险区占6.47%，高生态风险区占6.21%。2016年低生态风险区面积占总面积的3.09%，较低生态风险区面积占45.20%，中等生态风险区占38.82%;较高生态风险区占6.42%，高生态风险区占6.47%。预计2020年低生态风险区面积占总面积的3.08%，较低生态风险区占43.04%，中等生态风险区占40.22%，较高生态风险区占591%，高生态风险区占7.75%。

总体来看，2009—2016年拜城县各风险等级面积增减幅度不大，中等风险区减少面积较多，转化为高风险区。2016—2020年较低风险区面积减少了2.16%，较高风险区面积减少了0.51%，转化为了中等风险区和高风险区，生态环境总体趋于恶化。

从2009、2014年和2020年生態风险空间分布（图4）可以看出，高风险区主要集中在拜城县耕地所在区域和老城区范围及其西部工业园区周围，较高风险区广泛分布在拜城县北部山区流域和克孜尔水库、木扎尔特河流域，主要的土地利用类型为水域;中等风险区则主要集中分布在拜城县中部、西南和东南部，主要的土地利用类型为其他用地;较低风险区主要分布在拜城县北部和东部地区，主要的土地利用类型为草地;低风险区主要分布在拜城县的西部和北部，主要的土地利用类型为林地。总体来看，2009—2020年拜城县生态风险整体区域恶化。

3结论与讨论

通过对拜城县土地利用/土地覆被特点的分析，可以看出2009—2016年拜城县耕地、建设用地面积呈增加趋势，而林地、草地、水域和其他用地面积有明显的下降。2016—2020年建设用地和其他用地的面积有所增加，耕地、林地、草地和水域面积呈减少趋势，通过分析可知，随着拜城县人口规模的增长和城镇化水平的提高，引发了很多生态问题，人类活动对土地利用结构变化的影响日益显著。土地利用结构空间布局不同，导致拜城县的生态风险有所差异。2009—2020年拜城县生态风险总体呈升高的趋势，土地利用生态风险指数由2009年的0.024增长至2016年的0.026，再增长至2020年的0.031。

根据拜城县不同等级生态风险区在各年所占比例图表和生态风险空间分布，拜城县高生态风险区面积增加，较低风险区向中等风险区转移，而较高风险区向高风险区转移;从空间分布上来看，高风险区主要集中在拜城县耕地所在区域和老城区范围及其西部工业园区周围，这可能是由于拜城县经济的发展，人口持续增长，城镇用地和工业用地需求不断扩大造成的。因此在城镇化建设中，必须认真解决环境脆弱与城镇化发展的矛盾，大力提倡建设绿色城镇化发展道路。尊重自然、顺应自然，构建与资源环境承载能力相适应的科学合理的城镇化宏观布局，严格划定城市边界，强调城乡一体化协调发展，确保城镇化进程绿色健康。

通过对拜城县土地利用的生态风险评价及预测研究，可以为区域的生态环境管理提供科学化的理论支持和决策依据，从而有利于维护生态完整性、降低生态脆弱性。根据土地利用生态风险逐年升高的趋势，应在高生态风险区进行环境保护和生态建设，从而提高该区基本的土地生产功能和环境功能，但是也不能忽视低生态风险区的生态文明建设，加强拜城县对生态环境的保护，促进城市可持续发展。尤其拜城县位于新疆干旱区绿洲更应加强建设生态缓冲区，修建防风阻沙隔离带，封锁培育天然植被，阻止风沙向绿洲推进;保障生态用水需求，禁止人类活动和牲畜破坏，促进易损区天然植物的更新生长;在接近绿洲的边缘区域，通过林带的防护，种植优质的牧草，改良沙地，促进其成土过程和绿洲化过程，增强绿洲边缘区的抗干扰能力和经济功能。

参考文献

[1] 李鑫.基于3S的土地利用生态风险评价研究[D].合肥：安徽农业大学，2014.

[2] 李虹颖.新一轮土地利用总体规划中土地生态规划研究[D].重庆：西南大学，2011.

[3] 张飞，塔西甫拉提·特依拜，丁建丽，等.干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征：以新疆精河县为例[J].生态学报，2009，29（3）：1251-1263.

[4] 蒙永胜，李琳，夏修国.新疆新型工业化、农牧业现代化与新型城镇化协调发展研究[J].新疆社会科学，2013（6）：45-51.

[5] 亚库普·约麦尔.新疆地区农田土地整理的实践与思考[J].科技资讯，2017，15（4）：112-114.

[6] 段少远.拜城县水能资源开发面临的问题及对策[J].新疆农垦科技，2013，36（8）：42-44.

[7] 唐利华，张永福，刘小辉.干旱区河谷城市土地利用生态风险动态预测：以新疆伊宁市为例[J].水土保持研究，2016，23（3）：240-245.

[8] 吴楠，张永福，李瑞.基于景观指数的干旱区河谷县域土地利用生态风险分析及预测[J].水土保持研究，2018，25（2）：207-212.

[9] 吴文婕，石培基，胡巍.基于土地利用/覆被变化的绿洲城市土地生态风险综合评价：以甘州区为例[J].干旱区研究，2012，29（1）：122-128.

[10] 程珍珍，张永福，范小晶，等.基于GIS干旱区绿洲县域土地利用生态风险分析及动态预测[J].安徽农业科学，2018，46（3）：44-48，52.

[11] 王文杰，张永福，王慧杰.基于GIS干旱区绿洲县域土地利用变化生态风险分析：以新疆泽普县为例[J].水土保持研究，2016，23（6）：216-220.

[12] 李钊，张永福，张景路.干旱区绿洲县域土地利用规划中土地生态安全预测：以新疆阿瓦提县为例[J].水土保持研究，2014，21（6）：148-151，157.

[13] 李谢辉，谭灵芝.基于景观结构的渭河下游河流沿线区域生态风险分析[J].地域研究与开发，2009，28（6）：100-105.

[14] 郭燕燕.快速城市化地区景观生态安全分析：以深圳市为例[J].测绘与空间地理信息，2016，39（12）：127-131.

[15] 王俊智，张永福.干旱绿洲区土地利用生态风险分析及预测：以沙雅县为例[J].广东农业科学，2015，42（22）：125-130.

[16] 康璇，王雪梅.基于景观格局的新疆渭干河-库车河三角洲绿洲的生态风险评價[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2017，45（8）：139-146，156.

[17] 石浩朋.基于景观结构的城乡结合部区域生态风险分析：以泰安市岱岳区为例[D].泰安：山东农业大学，2013.

[18] 胡金龙.漓江流域土地利用变化及生态效应研究[D].武汉：华中农业大学，2016.

[19] 居玲华，石培基.基于Markov和GM（1，1）模型的土地利用结构预测[J].农业系统科学与综合研究，2009，25（2）：138-141，146.

[20] 贺胜柏.马尔柯夫预测模型及其实证分析[J].中南财经政法大学学报，2002（2）：132-135.