巴尔喀什湖流域土地利用/覆被变化过程与趋势

doi:10.13866/j.azr.2021.05.28

干旱区研究 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (5): 1452-1463.doi: 10.13866/j.azr.2021.05.28

巴尔喀什湖流域土地利用/覆被变化过程与趋势

刘婉如^1,²(),陈春波¹,罗格平^1,^3,⁴(),何惠丽^1,⁴

1. 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲国家重点实验室,新疆乌鲁木齐 830011
2. 新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐 830046
3. 中国科学院中亚生态与环境研究中心,新疆乌鲁木齐 830011
4. 中国科学院大学,北京 100049

收稿日期:2020-11-30 修回日期:2021-01-15 出版日期:2021-09-15 发布日期:2021-09-24
通讯作者: 罗格平
作者简介:刘婉如（1996-）,女,硕士研究生,主要从事LUCC分析、遥感与GIS应用研究. E-mail: liuwanru_1109@outlook.com
基金资助:
中国科学院战略性先导科技专项资助(XDA20060302)

Change processes and trends of land use/cover in the Balkhash Lake basin

LIU Wanru^1,²(),CHENG Chunbo¹,LUO Geping^1,^3,⁴(),HE Huili^1,⁴

1. Stake Kay Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, Xinjiang, China
2. College of Resource and Environment Sciences, Xinjiang University, Urumqi 830046, Xinjiang, China
3. Research Center for Ecology and Environment of Central Asia, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, Xinjiang, China
4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2020-11-30 Revised:2021-01-15 Online:2021-09-15 Published:2021-09-24
Contact: Geping LUO

摘要/Abstract

摘要：

巴尔喀什湖流域是跨越中国新疆（境内）和哈萨克斯坦（境外）的重要流域。利用1970s、2005年和2015年3期土地利用/土地覆被（Land Use and Land Cover, LULC）数据与马尔科夫模型等方法,分析1972年流域内最大的水利工程卡普恰盖水库建成和前苏联解体以来流域LULC变化过程和趋势,并对比流域境内外差异,为该地区土地资源管理及生态环境保护提供依据。结果表明：巴尔喀什湖流域LULC变化呈现出耕地和林地面积先减后增（总体增加）、水域和未利用地面积先增后减（总体减少）、草地和城乡建设用地面积持续增加的变化趋势。这表明后期LULC变化对整个研究期LULC变化影响更大。以上变化以双向转换为主,因此,整个研究期内全流域变化过程始终处于平衡状态。境内外LULC类型结构和变化过程均不相同,境内分配比境外均匀,单一类型和区域LULC变化趋势与状态指数均表明境内LULC类型变化过程比境外稳定,但由于境外面积占全流域86%,主导了全流域LULC类型结构和变化过程。全流域在研究期内始终处于平衡状态。

关键词: 巴尔喀什湖流域, 土地利用/覆被变化, 土地转移矩阵, 时空变化

Abstract:

The Balkhash Lake basin is an important transboundary basin spanning China’s Xinjiang region (domestic) and Kazakhstan (overseas). Existing since 1972, the Kapuchagai Reservoir, which is the largest water conservancy project within the Balkhash Lake basin has experienced different stages of ecological change, especially since the collapse of the Soviet Union. This study analyzed three periods in which change occurred and trends in Land Use and Land Cover (LULC) starting from the 1970s, 2005 and year 2015, using the Markov model and other methods. Moreover, the differences between internal and external basin characteristics where identified and compared. The results showed that, in the Balkhash Lake basin, LULC changed; both cultivated and wood lands initially showed a decreasing trend between the 1970s and 2005, then an increasing trend afterward (2005-2015). In contrast, the change processes observed in water areas and unused lands showed a completely opposite trend. In addition, grassland and urban land uses maintained a steady increasing trend. This indicates that later changes in LULC had a greater impact on the overall LULC changes throughout the study period. These changes mainly assume a two-way conversion process, so the change process of the whole river basin was always in equilibrium during the study period. The structure and change process of LULC types outside and inside were different: Internal land use types were more evenly distributed than those located externally, and both the single type and regional LULC variation in trends, and the status index indicated that the domestic change process was more stable than that outside the watershed. However, because the external area accounted for 86% of the entire river basin, it dominated the structure and change process of LULC types in the whole area. This study provides a basis for sustainable land resource management and ecological environment protection in the region.

Key words: Balkhash Lake basin, land use/cover change, land transfer matrix, spatio-temporal changes

刘婉如,陈春波,罗格平,何惠丽. 巴尔喀什湖流域土地利用/覆被变化过程与趋势[J]. 干旱区研究, 2021, 38(5): 1452-1463.

LIU Wanru,CHENG Chunbo,LUO Geping,HE Huili. Change processes and trends of land use/cover in the Balkhash Lake basin[J]. Arid Zone Research, 2021, 38(5): 1452-1463.

图/表 8

图1

图2

图3

表1

巴尔喀什湖流域土地利用/覆被动态变化"

		1970s—2005年			2005—2015年			1970s—2015年
		$Δ U$ /%	$Δ S$ /%	$P s$ / $P t$	$Δ U$ /%	$Δ S$ /%	$P s$ / $P t$	$Δ U$ /%	$Δ S$ /%	$P s$ / $P t$
耕地	全流域	-12.58	49.82	-0.25	16.05	63.58	0.25	1.45	81.84	0.02
	境内	30.79	54.32	0.57	5.39	46.05	0.12	37.84	84.35	0.45
	境外	-31.68	47.83	-0.66	25.04	78.36	0.32	-14.57	80.73	-0.18
林地	全流域	-0.29	71.46	0.00	32.58	149.27	0.22	32.19	156.61	0.21
	境内	-0.35	81.27	0.00	4.83	128.04	0.04	4.47	136.08	0.03
	境外	0.00	31.02	0.00	146.95	236.74	0.62	146.95	241.51	0.61
草地	全流域	0.28	6.59	0.04	4.72	27.58	0.17	2.87	29.69	0.17
	境内	-5.69	19.99	-0.28	-3.10	30.00	-0.10	-8.61	34.31	-0.25
	境外	1.36	4.17	0.33	6.05	27.17	0.22	7.49	28.85	0.26
水域	全流域	1.64	11.01	0.15	-5.54	27.98	-0.20	-3.99	29.36	-0.14
	境内	6.56	87.73	0.07	11.10	120.36	0.09	18.39	138.29	0.13
	境外	1.39	6.94	0.20	-6.46	22.81	-0.28	-5.15	23.56	-0.22
城乡建设用地	全流域	17.31	74.38	0.23	40.94	127.38	0.32	65.35	165.68	0.39
	境内	26.08	116.83	0.22	36.98	170.30	0.22	72.70	228.62	0.32
	境外	12.75	52.24	0.24	43.25	102.37	0.42	61.51	132.87	0.46
未利用地	全流域	1.09	4.89	0.22	-13.43	43.15	-0.31	-12.48	43.26	-0.29
	境内	0.18	34.06	0.01	1.59	63.93	0.02	1.77	70.60	0.03
	境外	1.15	2.95	0.39	-14.45	41.78	-0.35	-13.46	41.43	-0.32
整个区域	全流域	-	-	0.13	-	-	0.23	-	-	0.19
	境内	-	-	0.24	-	-	0.08	-	-	0.21
	境外	-	-	0.43	-	-	0.29	-	-	0.28

表1

表2

巴尔喀什湖流域土地利用转移矩阵"

时段	土地利用类型	耕地	林地	草地	水域	城乡建设用地	未利用地	合计	$∆ U out$
1970s—2005年	耕地	143	0	48	1	4	11	208	65
	林地	0	29	15	0	0	0	45	16
	草地	35	15	2421	9	2	17	2500	79
	水域	1	0	6	248	0	5	260	12
	城乡建设用地	2	0	2	0	10	0	14	4
	未利用地	1	0	15	6	0	1116	1137	22
	合计	182	45	2507	264	17	1150	4164	-
	$∆ U in$	39	16	86	16	7	34	-	-
2005—2015年	耕地	139	0	33	1	7	1	182	43
	林地	0	19	25	0	0	1	45	26
	草地	63	40	2220	18	7	159	2507	287
	水域	1	0	33	220	0	9	264	44
	城乡建设用地	5	0	2	0	10	0	17	7
	未利用地	4	0	311	10	0	824	1150	325
	合计	211	59	2625	250	24	995	4164	-
	$∆ U in$	72	41	405	30	14	171	-	-
1970s—2015年	耕地	124	0	72	1	8	2	208	84
	林地	0	17	26	0	0	1	45	28
	草地	77	41	2191	20	8	162	2500	308
	水域	1	0	32	217	0	10	260	43
	城乡建设用地	4	0	2	0	7	0	14	7
	未利用地	3	0	302	11	0	820	1137	317
	合计	211	59	2625	250	24	995	4164	-
	$∆ U in$	87	42	434	33	17	175	-	-

表2

图4

表3

巴尔喀什湖流域境外部分土地利用转移矩阵"

时段	土地利用类型	耕地	林地	草地	水域	城乡建设用地	未利用地	合计	$∆ U out$
1970s—2005年	耕地	87	0	45	0	2	11	144	57
	林地	0	7	1	0	-	0	9	1
	草地	11	1	2087	8	1	9	2117	30
	水域	0	0	5	240	0	2	247	7
	城乡建设用地	1	-	1	0	8	0	9	2
	未利用地	1	0	7	2	0	1056	1066	10
	合计	99	9	2146	250	11	1078	3592	-
	$∆ U in$	12	1	59	10	3	22	-	-
2005—2015年	耕地	72	0	23	0	2	1	99	26
	林地	0	5	4	0	-	0	9	4
	草地	47	17	1919	16	5	142	2146	227
	水域	0	0	32	214	0	5	250	37
	城乡建设用地	1	0	2	0	8	0	11	3
	未利用地	3	0	296	5	0	775	1078	303
	合计	123	22	2276	234	15	922	3592	-
	$∆ U in$	51	17	356	20	8	147	-	-
1970s—2015年	耕地	76	0	64	0	3	1	144	69
	林地	0	5	4	-	-	0	9	4
	草地	44	17	1891	17	6	142	2117	226
	水域	0	0	30	211	0	5	247	35
	城乡建设用地	1	0	2	0	6	0	9	3
	未利用地	2	0	285	5	0	773	1066	293
	合计	123	22	2276	234	15	922	3592	-
	$∆ U in$	48	17	385	23	9	149	-	-

表3

表4

巴湖流域境内部分土地利用转移矩阵"

时段	土地利用类型	耕地	林地	草地	水域	城乡建设用地	未利用地	合计	$∆ U out$
1970s—2005年	耕地	56	0	4	1	3	0	64	7
	林地	0	21	14	0	0	0	36	15
	草地	24	14	333	2	1	8	382	49
	水域	1	0	1	8	0	3	13	5
	城乡建设用地	2	0	0	0	3	0	5	2
	未利用地	0	0	8	3	0	58	70	12
	合计	83	36	360	14	6	71	570	-
	$∆ U in$	27	15	27	6	4	12	-	-
2005—2015年	耕地	66	0	10	1	5	1	83	17
	林地	0	14	21	0	0	1	36	22
	草地	16	23	301	2	2	17	360	60
	水域	1	0	2	6	0	5	14	8
	城乡建设用地	3	0	1	0	2	0	6	4
	未利用地	1	0	15	6	0	49	71	22
	合计	88	38	349	15	9	72	570	-
	$∆ U in$	21	24	48	9	6	23	-	-
1970s—2015年	耕地	49	0	8	1	5	1	64	15
	林地	0	12	22	0	0	1	36	24
	草地	33	24	300	3	2	19	382	82
	水域	1	0	2	5	0	5	13	8
	城乡建设用地	3	0	1	0	1	0	5	4
	未利用地	1	0	17	6	0	46	70	24
	合计	88	38	349	15	9	72	570	-
	$∆ U in$	39	25	49	10	7	25	-	-

表4

参考文献 38

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巴尔喀什湖流域土地利用/覆被变化过程与趋势

Change processes and trends of land use/cover in the Balkhash Lake basin

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