张 忠，周兰萍，魏怀东，陈 芳

(1.甘肃省治沙研究所，兰州 730070；2.甘肃省荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室培育基地，兰州 730070；3.甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站，甘肃 武威 730070)

0 引 言

随着西部开发战略的实施，人类活动对生态环境的影响日益增大，对土地利用变化的影响也随之增加。景电工程是干旱荒漠区的大型引水工程，是建设新绿洲、改善当地居民生存条件，扩大垦殖面积的富民工程。分析该工程在运行过程中所引起土地变化行分析研究，不仅有助于深入了解该灌区景观结构与自然、生态过程和人类社会活动之间的关系，也有利于确定人类活动对该地区景观改变的强度和方向及其有效性，从而为该灌区及其他灌区的资源、环境、社会、经济的可持续发展提供重要的科学依据。

1 研究区概况

景电灌区位于36°43′～37°41′N,103°20′～1 04°15′E 之间，横跨景泰、古浪两县，北倚腾格里沙漠，东临黄河，南靠长岭山，地处黄河上游的温带干旱荒漠气候区。景电灌区由一期灌区和二期灌区两大区域组成，一期灌区位于景泰县中部，二期灌区位于景泰县西北部至古浪县东北部。灌区东西长60 km，南北最大宽25 km，海拔1 596～1 960 m。灌区年均降水量184.7 mm，年蒸发量3 040.0 mm，年日照时数2 714 h，无霜期190 d左右，多年平均气温8.2 ℃，实测最低气温-27.3 ℃，最高气温36.6 ℃，年平均风速3.50 m/s，最大风速21.00 m/s[12]。整个灌区地势平坦，土层深厚，光热资源丰富，水资源来自干黄河提灌，区域内农业为主产业，适宜多种农作物生长，主要种植小麦、玉米、洋芋、油菜、胡麻、豆类等作物。

2 数据与方法

2.1 数据源及数据处理

本次景电灌区土地利用动态监测区设置为灌区绿洲及其外围5 km，总面积302 540.84 hm2。所用遥感影像数据包括研究区1973年MSS和1987、2003、2014年空间分辨率为30 m的landsat TM遥感影像。影像均选自夏秋季，因为在该时段内植物长势最好，植被盖度高，不仅有利于在遥感影像上提取植被覆盖信息，还易于与其他土地利用类型进行区分，有利于目视解译工作的进行。非遥感信息主要包括地形图、行政区划图及其他辅助图件，同时收集研究区的气候、水文、土壤、植被等基础数据。为了保证信息提取精度，对遥感影像进行几何精纠正、配准、融合、最佳波段选择和遥感图形增强等处理。

以1∶1万地形图及相关的专题图为参考信息，采用人机交互目视解译方法对研究区土地利用类型进行遥感解译。根据土地用途、经营特点、利用方式和覆盖特征等因素对土地利用进行分类，并结合本次研究的目的，参照不同的标准和分类指标将研究区景观划分为居民点、水域(河道)、草地、戈壁、沙地(流动沙地、半固定沙地和固定沙地)、耕地(水浇地和旱地)、盐碱地(轻度盐渍化土地、中度盐渍化土地、重度盐渍化土地)。根据土地利用分类系统，在遥感影像上选择有若干明显地物差异的典型区，并记录其地理坐标，然后通过GPS定位在实地进行野外观测和记录。随后在地面调查结果基础上，结合实地考察资料与Google Earth高分辨率影像进行对比，将解译精度控制在95%以上。

2.2 土地利用变化率

土地利用变化率可以定量反映研究区一定时间范围内某种土地利用/覆盖类型的变化程度，其表达式为：

(1)

式中：K为某种土地利用/覆盖类型的变化率；Ua和Ub为研究时段开始与结束时某种土地利用/覆盖类型的面积；T为研究时段长度。

3 研究结果

3.1 不同时期土地利用类型变化

由表1可以看出，1973-2014年研究区土地利用类型结构发生了极大的变化，在1973年，研究区土地利用类型中，戈壁面积所占比率最大，达44.61%。其次是荒漠草地(占21.02%)和流动沙地(15.33%)。在各土地类型中，居民点、水域、人工林地、半固定沙地和人工林地面积较小，所占面积比例均低于1%。这是人为干扰强度较弱条件下干旱、半干旱气候条件下形成的特定的土地利用结构类型。随着景电提灌工程实施，研究区内耕地面积急剧增加。1973年，研究区耕地面积仅为的23 250.18 hm2(占7.68%)。到2014年，研究区水浇地面积增至107 842.37 hm2(占35.65%)，成为研究区内面积比例最大的土地利用类型。2014年面积比例位于第二和第三位的是戈壁(占22.12%)和荒漠草地(占20.55%)。

分时段来看，1973-1987年，水浇地、固定沙地、半固定沙地、人工林地面积增加，增长幅度分别为26 831.98、6 664.42、3 939.49和2 078.31 hm2，面积减少的主要类型为戈壁、流沙和旱地。1987-2003年，面积增加的主要是水浇地，增加了3 288.37 hm2。由于很多平缓、适合开垦的戈壁都变成了耕地，在这一时段，面积减少最为迅速的依然是戈壁。2003-2014年，耕地和居民点面积增加，增长幅度分别为25 378.13和71.26 hm2。除了水域其他土地利用类型面积均有所减少，减少最多的依然是戈壁，减少了19 185.75 hm2。草地和流动沙地在不同时段均呈减少的趋势。

图1 1973-2014年景电灌区土地利用类型分布Fig.1 Distribution of Land Use in Jingdian irrigation area from 1973 to 2014

土地利用类型1973年面积/hm2比例/%1987年面积/hm2比例/%2003年面积/hm2比例/%2014年面积/hm2比例/%居民点369.510.12430.870.141305.270.431376.540.45水域345.160.11345.150.11343.960.11343.960.11荒漠草地63585.1321.0262721.8220.7362365.2220.6162176.8920.55戈壁134966.2144.61113227.6637.4386099.0428.4666913.2922.12流动沙地46372.2215.3331802.2410.5131450.1710.4031233.3010.32半固定沙地2475.940.826415.432.125529.381.834441.781.47固定沙地14518.024.8021182.447.0016226.665.3615494.585.12水浇地23250.187.6850082.1516.5582370.5227.23107748.6535.61旱地11533.473.819168.343.039880.703.276214.972.05人工林地002078.310.692326.130.772047.250.68盐渍地5124.781.695086.331.684643.621.534549.511.50合计302540.6299.99302540.7499.99302540.67100302540.7299.98

3.2 土地利用变化速率

荒漠草地、戈壁、沙地(包括流动沙地、半固定沙地和固定沙地)、水浇地、旱地和盐渍地是研究区主要土地利用类型，因此，从土地利用动态度角度对这几类土地利用变化进行进一步分析。从图2可以看出除了水浇地，其他几种土地利用变化都呈负增长，土地利用变化速率最大的是水浇地，在1973-1987年其年变化率高达8.24%，呈增长趋势。旱地和戈壁变化率次之，呈减少趋势，在2003-2014年间最大，其年变率分别为3.37%和2.03%。沙地、盐渍地和荒漠草地在不同监测时段都以较慢的速度减少。

图2 1973-2014年单一土地利用动态度Fig.2 Single land use dynamic degree from 1973 to 2014

3.3 盐渍地变化分析

研究表明，盐渍化土地整体所占比例较小，且在研究时段内其所占面积比例也在逐年减少，但在绿洲内部呈现增加的趋势。遥感图像分析结果显示，1973-2014年，景电灌区盐渍地总面积呈减少趋势，1973年盐渍地面积最大，为5 124.78 hm2，占研究区总面积的1.69%；2014年面积最小，为4 549.51 hm2，占研究区总面积的1.50%。但对盐渍化土地空间分布的分析发现，景电灌区盐渍化在不同区域呈不同的变化趋势。一方面，在有原生盐渍地分布的白墩子滩等地，受耕地扩张影响，大面积的轻度、甚至中度的原生盐渍地被逐步开垦为耕地。而另一方面，在绿洲内部，本来是耕地的地区却逐步变成盐渍地，而这种变化趋势随灌溉面积的增加却逐年增加。

图3 1973-2014年灌区内盐渍化变化过程Fig.3 Salinization process of change within the irrigation area from 1973 to 2014

4 结 语

(1)1973-2014年研究区土地利用类型结构发生了很大的变化，在1973年，研究区土地利用类型中，戈壁面积所占比率最大，为44.61%，其次是荒漠草地(占21.02%)和流动沙地(占15.33%)。在各土地类型中，居民点、水域、人工林地、半固定沙地和人工林地面积较小，所占面积比例均低于1%。分时段来看，1973-1987年，水浇地、固定沙地、半固定沙地、人工林地面积增加，面积减少的主要类型为戈壁、流沙和旱地。1987-2003年，面积增加的主要是水浇地。2003-2014年，耕地和居民点面积增加，除了水域其他土地利用类型面积均有所减少，减少最多的依然是戈壁。草地和流动沙地在不同时段均呈减少的趋势。

(2)荒漠草地、戈壁、沙地、水浇地、旱地和盐渍地是研究区主要土地利用类型，除了水浇地，其他几种土地利用变化都呈负增长，土地利用变化速率最大的是水浇地，呈快速增长模式。旱地和戈壁变化率次之，以较快速度减少。沙地、盐渍地和荒漠草地在不同监测时段都以较慢的速度减少。

(3)1973-2014年，景电灌区盐渍地总面积由1973年的5 124.78 hm2减少至2014年的4 549.51 hm2。在有原生盐渍地分布的白墩子滩等地，受耕地扩张影响，大面积的轻度、甚至中度的原生盐渍地被逐步开垦为耕地。而在绿洲内部，本来是耕地的地区却逐步变成盐渍地，而这种变化趋势随灌区建成逐年加剧。

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