全 文 ：中国生态农业学报 2015年 2月 第 23卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Feb. 2015, 23(2): 246−256


* 新疆生产建设兵团青年科技创新资金专项(2014CB003)和环境保护部重大专项(STSN-32)资助
** 通讯作者: 侯秀玲, 主要从事环境监测与生态保护的研究工作。E-mail: 36730667@qq.com
卢响军, 主要从事生态环境监测方面的研究。E-mail: xjlu168@126.com
收稿日期: 2014−09−01 接受日期: 2014−12−04
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.141003
基于土地利用/覆盖的干旱绿洲区植被覆盖度变化
——以新疆生产建设兵团第八师为例*
卢响军1 周益民1 侯秀玲1∗∗ 李 杰1 刘 洋1 张殷俊2
(1. 新疆生产建设兵团环境监测中心站 乌鲁木齐 830011; 2. 中国环境监测总站 北京 100012)
摘 要 为了探讨西北干旱绿洲区土地利用/覆盖类型景观格局特征, 以及不同土地利用/覆盖类型植被覆盖
度变化, 本文以干旱典型绿洲区新疆生产建设兵团第八师为研究区, 选取 2000 年、2005 年的 Landsat TM 和
2010年环境一号星 CCD遥感影像数据, 采用室内解译与野外核查相结合, 运用 RS和 GIS技术分析了该区域
的土地利用/覆盖和景观格局变化特征, 并基于土地利用/覆盖类型选取 3 年的 MODIS 数据进行了植被覆盖度
变化分析。结果表明: 1)该研究区主要以耕地、草地和灌丛为主, 占总面积的 88.9%。在自然因素和人为因素
的综合作用下, 干旱绿洲区土地利用/覆盖类型发生明显变化, 草地和灌丛呈减少趋势, 面积分别由 2000 年的
2 603.2 km2和 1 166.2 km2减少至 2010年的 1 677.3 km2和 933.8 km2; 耕地和城镇逐步增加, 面积分别由 2000
年的 2 892.8 km2和 209.2 km2增加至 2010年的 4 038.3 km2和 259.1 km2; 耕地主要由草地和灌丛转化而来, 城
镇主要由耕地转化而来, 土地利用变化整体处于不平衡发展趋势。2)研究区景观特征趋于简单, 土地利用变化
改变了该区域景观格局, 景观多样性、均匀度减少, 优势度明显增大, 破碎化程度降低, 生物多样性也呈向单
一方向转变的趋势。3)受气候等主要因素的影响, 2000—2010年植被覆盖度呈先降低后逐步升高的趋势, 不同
土地利用/覆盖类型植被覆盖度表现为林地>耕地>草地>灌丛>荒漠, 林地、灌丛、草地和耕地植被覆盖度分别
增加 6.7%、38.2%、15.6%和 12.3%; 较高和高等级植被覆盖面积增加, 中、较低和低等级植被覆盖度面积减
少。4)温度一定的条件下, 降雨量是影响干旱绿洲区植被覆盖变化的关键因素。该研究结果可为新疆生产建设
兵团生态环境保护管理以及合理规划生产模式提供科学的参考依据。
关键词 新疆生产建设兵团 干旱绿洲区 土地利用/覆盖 景观格局 植被覆盖度 MODIS
中图分类号: Q149; X835 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)02-0246-11
Vegetation change based on land use/cover in arid oasis: A case study of the
Eighth Division of Xinjiang Production and Construction Corps
LU Xiangjun1, ZHOU Yimin1, HOU Xiuling1, LI Jie1, LIU Yang1, ZHANG Yinjun2
(1. Center for Environmental Monitoring, Xinjiang Production and Construction Corps, Urumqi 830011, China;
2. China Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China)
Abstract Xinjiang Production and Construction Corps (XPCC) is in the transition zone of the Xinjiang oasis and desert. In the
diverse natural environment, agriculture is the main stay in XPCC and the intensity of agriculture in XPCC is higher than in other
areas of Xinjiang. Land use/cover types in XPCC have changed markedly with socio-economic development. The Eighth Division of
XPCC was investigated in this study. Aided by field verification, the changes in land use/cover in the study region were determined
in RS and GIS environments. The study used Landsat TM satellite imagery for 2000 and 2005 in combination with environment first
satellite CCD imagery for 2010 to explore the dynamics of land use/cover and landscape patterns. The changes were analyzed for
vegetation cover degree for different land use/cover types using MODIS data for 2000, 2005 and 2010. The results showed that: 1)
the study area mainly composed of cultivated land, brush land and grassland, accounting for 88.9% of the study area. The changes in
land use/cover in the region were mainly driven by natural and human factors. The areas of grassland and brush land decreased
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respectively from 2 603.2 km2 and 1 166.2 km2 in 2000 to 1 677.3 km2 and 933.8 km2 in 2010. On the contrary, the areas of
cultivated land and urban land increased respectively from 2 892.8 km2 and 209.2 km2 in 2000 to 4 038.3 km2 and 259.1 km2 in 2010.
Grassland and brush land were mainly converted into cultivated land and cultivated land converted into urban land. The overall state
of land use/cover change in the study area was in unbalanced. 2) An increasing simplification was noted in the characteristics of the
landscape in the study area. Land use/cover change had changed regional landscape pattern in the region. Landscape pattern analysis
showed obvious increasing dominance with decreasing landscape diversity and evenness. While patchy fragmentation decreased,
biodiversity appeared to shift in a single direction. 3) The order of vegetation cover degree for different land use/cover types was
forest land > cultivated land > grassland > brush land > desert land. Vegetation cover degrees of forest land, brush land, grassland and
cultivated land increased respectively by 6.7%, 38.2%, 15.6% and 12.3% from 2000 to 2010. While the areas of land under high
vegetation increased, that under low vegetation decreased. 4) Rainfall was the key factor influencing vegetation change in the arid
oasis. The findings of this study provided the scientific basis for the protection and management of the ecological environment and
planning reasonable production modes in the XPCC region.
Keywords Xinjiang Production and Construction Corps; Arid oasis; Land use/cover; Landscape pattern; Vegetation cover degree; MODIS
(Received Sep. 1, 2014; accepted Dec. 4, 2014)
绿洲是在荒漠背景下人类局部优化的生存环境,
是干旱内流区能流、物流最集中的场所, 是干旱区
最敏感的部分[1]。新疆生产建设兵团(以下简称兵团)
地处新疆绿洲与沙漠交接的过渡绿洲区域, 自然环
境恶劣 , 以种植农业为主 , 农业集约化程度较高 ,
肩负着屯垦戍边的职责。随着经济社会的发展, 土
地利用/覆盖类型发生明显变化, 由于新疆特殊的气
候条件, 不同土地利用/覆盖类型植被变化比较明显,
而植被覆盖的变化一定程度上制约着干旱区荒漠化
的进程[2]。兵团处于绿洲边缘地带, 生态环境脆弱,
具有较高的战略地位, 维护好该地区生态环境意义
重大。土地利用/土地覆被变化(land use/cover change,
LUCC)的研究是当前全球环境变化研究领域的热点
和核心内容之一 [3−6], 目前已成为管理决策的依据,
是人与自然交叉最为密切的环节, 土地利用以及由
此导致的土地覆盖变化必然影响生态系统的结构和
功能, 对区域气候、水文、生物地球化学循环及生
物多样性等产生重大影响[7]。随着该地区城市化和
工业化水平的不断提高, 自然与人为因素相互作用
强度也随之增强, 综合影响了土地利用景观格局特
征[8]。土地利用/覆盖变化不仅改变地球表面空间格
局 , 而且还再现了景观动态变化过程 [9−11], 反过来
通过景观格局变化能够综合了解土地利用的变化。
近些年国内外专家学者对土地利用 /土地覆盖的研
究比较深入[12−14], 并取得了很多成果。植被作为陆
地生态系统的重要组成部分[15], 在兵团生态环境保
护中扮演重要的角色, 在改良土壤、防风固沙、净
化环境、调节气候以及人类生存等方面具有不可替
代的重要作用。植被覆盖度是衡量地表植物覆盖状
况的一个重要定量信息, 目前许多专家学者对植被
覆盖度的研究多集中在植被覆盖度提取[16−18]、不同
覆盖等级变化[19−22]和工程措施后植被覆盖度变化[23]
等方面。目前针对该地区土地利用/覆盖分布特征及
变化系统的研究较少, 也缺少系统的不同土地利用/
覆盖类型下植被覆盖度变化特征的研究。由于不同
时相土地利用/覆盖类型有明显的时空分异特征 [24],
植被覆盖度变化特征也比较显著[25]。在该地区开展
不同土地利用/覆盖类型下植被覆盖度变化的研究,
对区域土地资源可持续利用和受损生态系统的恢复
与重建具有重要理论和现实意义。本研究基于土地
利用/覆盖类型使用 MODIS-NDVI 时序数据, 利用
像元二分模型估算了兵团第八师 2000 年、2005 年
和 2010年 3年的月植被覆盖度数据, 在分析该研究
区土地利用/覆盖变化的基础上, 研究不同土地利用
/覆盖类型植被覆盖度的时空变化特征, 并探讨植被
覆盖变化的主要驱动因子, 以正确认识该地区陆地
生态系统的动态变化特征, 为工农业及生产布局提
供决策依据。
1 研究区概况
新疆生产建设兵团第八师地处天山北麓中段, 准噶
尔盆地南缘, 古尔班通古特大沙漠南缘, 东径 84°58′~
86°24′, 北纬 43°26′~45°20′, 占地面积 7 480.6 km2。地
形由南向北依次为天山山区、山前丘陵区、山前倾斜
平原、洪水冲积平原、风成沙漠区。平均海拔高度
450.8 m, 属典型的温带大陆性气候, 冬季长而严寒,
夏季短而炎热, 年平均气温 7.5~8.2 , ℃ 日照 2 318~
2 732 h, 无霜期 147~191 d, 年降雨量 180~270 mm,
年蒸发量 1 000~1 500 mm。水资源较为丰富, 境内
有玛纳斯河、宁家河、金沟河、大南沟河、巴音沟
河等 5条河流, 河水年径流量 15.3×109 m3, 地下水可
采量 3×109 m3。土壤多系灰漠土、潮土、草甸土, 土
质多系砾质土、沙质土、黏质土等。研究区具体位
置见图 1。
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图 1 研究区位置示意图
Fig. 1 Location of the study area
2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源及处理
2.1.1 数据来源
本研究采用的数据为: 1)2000年 6月 5日和 2005
年 9月 23日的 Landsat TM数据, 2010年的环境一号
卫星 CCD数据。2)卫星遥感资料选取美国 NASA LP
DAAC(https://lpdaac.usgs.gov/)提供的 2000 年、2005
年和 2010年逐月MODIS NDVI数据(分辨率 250 m)。
该数据集统一采用 SINGRID投影并已进行去云、辐
射校正、大气校正等处理。利用 MODLAND提供的
投影转换工具(MRT, MODIS Reprojection Tool)进行
图像拼接和投影变换 , 转换为等经纬度坐标投影 ,
基准面为 WGS-84坐标系。在 ERDAS IMAGINE中
利用最大值合成法(MVC)对各年 NDVI 进行最大值
合成。3)兵团第八师 1︰10万矢量图和地形图。4)48
个野外核查点的轨迹、GPS 点位、照片和相关图鉴
资料。
2.1.2 数据处理
2.1.2.1 土地利用/覆盖数据处理
基于遥感数据 2000 年和 2005 年 TM 数据及
2010 年环境一号卫星数据, 采用室内解译与野外核
查相结合的方法建立覆盖分类体系。首先根据兵团
第八师地形图进行几何纠正、彩色增强、投影变换、
精度检验、融合、拼接与裁剪等预处理。根据专业
知识和经验预判遥感影像, 主要将解译时不好把握
的类型设为野外核查对象, 同时野外核查类型尽量
覆盖各个不同类型, 核查区域覆盖各个团场, 确定
野外核查点 48个。根据研究区地类情况, 采用监督
与非监督分类相结合的方法对 3 期影像进行基于最
大似然法的监督分类 , 最终共确定解译类型为林
地、灌丛、草地、耕地、城镇(城镇用地、居民点和
工况交通)、荒漠(裸岩、裸土、盐碱地和沙地)和水
域(湖泊、水库坑塘、河流、沼泽、冰川积雪)共 7
种, 对分类结果进行精度验证, 得出 2000 年、2005
年和 2010年 Kappa系数分别为 0.861 9、0.901 8和
0.918 3, 总精度分布为 87.46%、92.87%和 93.15%,
分类结果符合 USGS的分类精度要求。图 2为 2000
年、2005年和 2010年第八师土地利用/覆盖分布图。
2.1.2.2 植被覆盖度数据处理
采用像元二分模型法提取植被覆盖度。像元二
分模型法[26]原理是假设一个像元的信息可分为植被
与裸土两部分, 像元信息可表达为由绿色植被成分
所贡献的信息和由土壤成分所贡献的信息之和 [27],
即表达式为:
NNDVI=fveg×NNDVIveg+(1−fveg)×NNDVIsoil (1)
式中: NNDVI为混合像元的植被指数值, NNDVIveg为纯
植被像元的植被指数值, NNDVIsoil为纯土壤像元的植
被指数值, fveg 为植被覆盖度。对式(1)求解, 得出混
合像元法求算植被覆盖度的基本公式如下:
fveg=(NNDVI−NNDVIsoil)/(NNDVIveg−NNDVIsoil) (2)
参照 Gutman[28]提出的估算 NNDVIveg和 NNDVIsoil
的方法 , 根据整幅影像上 NDVI 的灰度分布 , 以
0.5%置信度截取NDVI的上下限阈值分别为NNDVIveg
和 NNDVIsoil。通过 ArcGIS 的栅格计计算器, 使用公
式(2)计算得到了不同时期植被覆盖度灰度图。将计
算得到的植被覆盖度(fveg)分 5 级 : 低植被覆盖度
(fveg<10%)、较低植被覆盖度(10%≤fveg<30%)、中度
植被覆盖度 (30%≤fveg<50%)、较高植被覆盖度
(50%≤fveg<70%)和高植被覆盖度(fveg≥70%)[29]。
2.2 研究方法
2.2.1 覆盖类型动态度分析
土地利用动态度可定量描述土地利用类型的变
化速度[30]。为了判断干旱绿洲区土地利用类型的变
化速度, 采用土地利用动态度表示 3 个时期土地利
用变化率。计算公式为:
Ev= (EUb−EUa)/(EUa×T) ×100% (3)
式中: EUa和 EUb分别为研究期初和研究期末某一种
土地利用类型的面积, T为研究时段, Ev为研究时段
内某种土地利用类型的年变化率(%)。
2.2.2 景观格局分析
通过ArcGIS软件将解译分类好的 2000年、2005
年和 2010 年 3 期数据的矢量格式转换为栅格格式,
使用 Fragstats 3.3软件的统计功能计算景观指数。由
于在所能计算的 60多个景观指数中, 许多指标是高
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图 2 2000年、2005年和 2010年研究区土地利用/覆盖分布图
Fig. 2 Distribution diagrams of land use/cover of the study area in 2000, 2005 and 2010
度相关的 [31], 因此本文在景观水平选取了分离度
(SPLIT)、香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数
(SHEI)和优势度(DOM)4 个指标, 在斑块类型水平
选取面积 (CA)、类型百分比 (PLAND)、斑块数目
(NP)、斑块密度(PD)、最大斑块指数(LPI)、边界密
度(ED)和平均斑块面积(MPA)等指数对景观格局特
征进行研究。
2.2.3 植被覆盖度分析
使用 ArcGIS 软件的空间分析功能对已处理完
成的每月植被覆盖度数据进行统计分析, 探讨研究
区 2000―2010年不同土地利用类型植被覆盖度年平
均变化和 1 年内变化特征, 进而了解干旱区绿洲植
被覆盖度变化趋势。为了更好地判读植被覆盖度数
据变化, 在已解译分类完成的土地利用数据中, 仅
对林地、灌丛、草地、耕地和荒漠土地类型进行植
被覆盖度数据分析。
3 结果与分析
3.1 不同土地覆盖类型变化特征分析
3.1.1 不同土地覆盖类型分布构成与变化
研究区覆盖类型面积统计结果如表1显示, 2000
年、2005年和2010年覆盖类型面积前3位分别为耕
地、草地、灌丛, 2000年耕地、草地、灌丛的面积占
研究区总面积的比例分别为38.67%、34.80%和
15.59%, 2005年分别为45.37%、29.36%和14.07%,
2010年分别为53.99%、22.42%和12.50%, 三者所占比
例之和达到88.80%~89.06%, 其他类型所占比例之和
仅为10%左右, 耕地、草地和灌丛为研究区主要覆

表 1 研究区土地利用/覆盖类型面积比例统计表
Table 1 Areas and percentages of land use/cover types in the study area
2000 2005 2010 土地利用/覆盖类型
Land use/cover type 面积 Area (km2) 比例 Ratio (%) 面积 Area (km2) 比例 Ratio (%) 面积 Area (km2) 比例 Ratio (%)
林地 Forest land 114.2 1.53 105.0 1.40 97.4 1.30
灌丛 Brush land 1 166.2 15.59 1 052.4 14.07 933.8 12.50
草地 Grass land 2 603.2 34.80 2 197.1 29.36 1 677.3 22.42
耕地 Cultivated land 2 892.8 38.67 3 394.3 45.37 4 038.3 53.99
荒漠 Desert land 220.3 2.94 218.6 2.92 210.7 2.82
城镇 Urban land 209.2 2.80 247.5 3.32 259.1 3.45
水域 Water area 274.7 3.67 265.7 3.55 264.0 3.53
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盖类型。2000—2010年耕地、草地和灌丛净变化面
积分别为 1 145.5 km2、−925.9 km2和−232.4 km2, 变
化幅度分别为 39.6%、−35.6%和−19.9%, 即草地和
灌丛呈减少趋势, 耕地逐步增加, 该研究结果与蒙
吉军等[32]研究基本一致。
不同覆盖类型在不同时段表现出不同的变化程
度。根据表 1和图 3, 2000—2010年耕地和城镇面积

图 3 2000—2010年研究区土地利用/覆盖类型动态度
Fig. 3 Dynamic degrees of different land use/cover types in
the study area from 2000 to 2010
增加, 林地、灌丛、草地、荒漠和水域面积减少, 其
中耕地变化最大, 增加了 1 145.5 km2, 年变化率为
7.9%; 草地次之, 面积减少 925.9 km2, 年变化率为
−7.1%; 城镇面积增加 49.9 km2, 年变化率为 4.8%;
灌丛、林地、荒漠和水域面积分别减少 232.4 km2、
16.8 km2、9.6 km2 和 10.7 km2, 年变化率依次为
−4.0%、−2.9%、−0.9%和−0.8%。从研究时段可以看
出, 草地、耕地、灌丛、荒漠 2005—2010 年的年变
化率高于 2000—2005 年, 林地、城镇和水域 2000—
2005 年的年变化率高于 2005—2010 年, 其中城镇
2000—2005 年的变化尤为突出, 年变化率为 3.7%,
主要是兵团该时期刚性住房需求的增加和城镇化的
快速发展, 城镇面积迅速增加。
3.1.2 不同土地覆盖类型转移变化特征
2000—2010 年不同土地利用/覆盖类型转移矩阵
(表 2)分析表明, 林地、灌丛和草地主要转移为耕地,
转移面积分别为 18.2 km2、230.8 km2和 948.0 km2, 转
移面积比例分别为 16.0%、19.8%和 36.4%。耕地主
要转移为城镇和草地, 转移面积分别为 38.6 km2和
33.6 km2, 转移面积比例分别为 1.3%和 1.2%。城镇
转出面积较少, 仅有 2.9 km2转移为耕地, 其原因主

表 2 2000—2010年研究区土地利用/覆盖变化转移矩阵
Table 2 Transform matrix of land use/cover change (LUCC) in the study area from 2000 to 2010
2010年 Year 2010
2000年
Year 2000 林地
Forest land
灌丛
Brush land
草地
Grassland
耕地
Cultivated land
城镇
Urban land
荒漠
Desert land
水域
Water area
A (km2) 95.8 — 0.1 18.2 — — —
B (%) 84.0 — 0.1 16.0 — — —
林地
Forest land
C (%) 98.4 — — 0.5 — — —
A (km2) — 932.9 0.5 230.8 1.4 — 0.5
B (%) — 80.0 — 19.8 0.1 — —
灌丛
Brush land
C (%) — 99.9 — 5.7 0.5 — —
A (km2) 1.0 0.1 1 619.5 948.0 22.3 1.8 10.5
B (%) — — 62.2 36.4 0.9 0.1 0.4
草地
Grassland
C (%) 1.0 — 96.6 23.5 8.6 0.9 13.4
A (km2) 0.1 0.8 33.6 2 818.1 38.6 — 1.6
B (%) — — 1.2 97.4 1.3 — 0.1
耕地
Cultivated land
C (%) 0.1 0.1 2.0 69.8 14.9 — 2.0
A (km2) — — — 2.9 206.3 — —
B (%) — — — 1.2 98.8 — —
城镇
Urban land
C (%) — — — 0.3 75.8 — —
A (km2) — — 7.2 4.0 0.3 208.8 —
B (%) — — 3.3 1.8 0.1 94.8 —
荒漠
Desert land
C (%) — — 0.4 0.1 0.1 99.1 —
A (km2) 0.5 — 16.4 6.2 0.2 — 65.8
B (%) 0.6 — 18.4 7.0 0.2 — 73.8
水域
Water area
C (%) 0.5 — 1.0 0.2 0.1 — 83.9
表中行表示研究时段初期的 i种土地利用类型, 列表示研究时段末期的 j种土地利用类型; A表示初期的土地利用类型转变为末期各种土地利
用类型的面积; B表示初期 i种土地利用类型转变为末期 j种土地利用类型的比例; C表示末期的 j种土地利用类型由初期的 i种土地利用类型转化
而来的比例; “—”表示无转移。i indicates land use type at the row at the begin of the period, j indicates land use type at the column at the end of the period.
A is transformed area from the land use type i at the begin of the period to the land use type j at the end of the period. B is a proportion of A. C is a propor-
tion of area of the land use type j transformed from the land use type i at the begin of the period. “—” means no transfer data.
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要是兵团居民点基本分布于耕地区, 近些年开展农
村整治工作所致, 个别团场和山区居民点搬迁集中
管理, 部分建设用地复垦种植。荒漠转移面积较少,
仅有 7.2 km2和 4.0 km2转移为草地和耕地, 分别占
转移面积的 3.3%和 1.8%。水域用地主要转移为草地,
转移面积为 16.4 km2, 转移面积比例为 18.4%, 转移
耕地较少, 仅为 6.2 km2, 比例为 7.0%。从土地利用
类型的转化来源看, 林地、灌丛、荒漠和水域的转
化来源较少, 转移比例不足 1%, 草地的转移来源主
要有耕地、水域和荒漠 , 转移面积分别为 33.6
km2、16.8 km2 和 7.2 km2, 转移面积比例分别为
2.0%、1.0%和 0.4%。耕地主要由草地和灌丛转化
而来 , 转移面积分别为 948.0 km2和 230.8 km2, 转
移面积比例分别占草地和灌丛的 23.5%和 5.7%。城
镇的主要转移来源为耕地和草地, 转移面积分别为
38.6 km2和 22.3 km2, 转移面积比例分别为 14.9%
和 8.6%。总体来看, 灌丛和草地的转出大于转入,
耕地和城镇的转入大于转出。该结果表明 , 耕地增
加是草地和灌丛减少的主要原因 , 城镇面积的增
加以占用耕地为主 , 水域类型基本趋于稳定 , 由
于退耕还林还草的措施以及个别区域土地盐渍化
程度的增加 , 不适宜耕种的土地部分转移为草地 ,
同时研究区部分地区有开垦草地和灌丛转移为耕
地的现象。在此期间 , 虽然有部分耕地转移为了草
地 , 但草地减少的趋势无明显遏制 , 耕地面积呈
快速增长趋势 , 导致水资源利用强度增强 , 加上
近些年来城镇建设用地的大量开发、工矿企业和
生活用水量的增大 , 一定程度削减了生态用水 ,
水资源利用不平衡进一步加剧 , 成为自然生态环
境恶化的潜在风险因素。
3.1.3 景观格局变化特征
图 4 为研究区景观水平的景观指数变化特征。图
中结果表明, 研究区多样性指数、均匀度指数和分
离度指数均呈下降趋势, 分别由 2000年的 1.430 5、
0.711 8和 20.718减少到 1.330 9、0.663 2和 15.329,
表明 2000年以来研究区景观特征趋于简单, 破碎化
程度明显降低, 生物多样性出现向单一方向转变的
趋势, 说明干旱绿洲区景观类型在自然和人类的干
扰下总体上呈简单并集中连片的分布趋势。景观优
势度指数由 2000年的 0.408增加到 2010年的 0.512,
表明研究区处于支配地位的景观类型与其他景观类
型所占比例的差异增大, 这主要是因为耕地所占比
例明显增加, 其他类型所占比例减少, 从而耕地对
整个景观的控制支配作用增大所致。

图 4 2000—2010年研究区景观指数变化特征
Fig. 4 Change characteristics of landscape indexes in the study area from 2000 to 2010
表 3为研究区斑块类型水平的景观指数。从斑块
数目看, 草地和耕地斑块数远高于其他类型, 与面
积呈显著正相关; 2000—2010年林地、灌丛、草地和
耕地土地利用类型斑块数目持续减少, 分别由 394、
547、1 821和 1 262减少至 344、396、1 315和 647, 斑
块密度、边界密度与斑块数变化趋势一致; 2000—
2010年耕地最大斑块指数由 9.29增加至 27.87, 灌丛
和草地分别由 7.43、6.54 减少至 3.39 和 5.51。从最
大斑块指数和类型百分比来看, 2000年以来, 灌丛和
草地最大斑块指数和类型百分比均降低, 耕地最大
斑块指数和类型百分比明显增大, 说明灌丛和草地
优势度呈降低趋势, 耕地的完整性、团聚性和连通性
明显增强。由于 2000 年以来林地、灌丛和草地面积
减少, 部分边缘化区域开垦, 零星的斑块转移为耕地,
同时由于“退耕还林还草”、“自然植被围封”等政策的
执行, 林地、灌丛和草地得到了有效保护, 即林地、
灌丛和草地破碎化程度明显降低; 耕地和城镇面积
出现先增加后降低的趋势, 但城镇斑块数目 2010 年
高于 2000年, 原因主要是由于 2000—2005年城镇面
积的迅速增加, 新增斑块的出现, 城镇斑块破碎化程
度明显增加所致; 2000—2010年耕地斑块数目总体减
少, 主要是由于 2005—2010 年兵团土地连片整治等
252 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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表 3 2000—2010年研究区各斑块类型水平上的景观格局指数
Table 3 Landscape pattern indexes at class level of patch type in the study area from 2000 to 2010
年份
Year
土地利用/
覆盖类型
Land use/
cover type
景观类型面积
Landscape
type area (km2)
类型百分比
Percentage of
landscape type (%)
斑块数
Patches
number
斑块密度
Patches density
(km−2)
最大斑块指数
Largest
patch index (%)
边界密度
Border density
(m⋅km−2)
平均斑块面积
Mean patch
area (km2)
林地 Forest land 114.1 1.53 394 0.052 7 0.24 22 200 0.289 6
灌丛 Brush land 1 166.5 15.59 547 0.073 1 7.43 61 700 2.132 5
草地 Grassland 2 603.1 34.80 1 821 0.243 4 6.54 186 400 1.429 5
耕地 Cultivated land 2 892.9 38.67 1 262 0.168 7 9.29 178 600 2.292 3
城镇 Urban land 209.3 2.80 519 0.069 4 0.58 29 300 0.403 2
荒漠 Desert land 220.2 2.94 185 0.024 7 0.73 21 000 1.190 3
2000
水域 Water area 274.6 3.67 167 0.011 2 1.26 11 000 4.026 8
林地 Forest land 104.9 1.40 359 0.048 0 0.24 20 100 0.292 2
灌丛 Brush land 1 052.6 14.07 500 0.066 8 6.60 59 800 2.105 1
草地 Grassland 2 196.5 29.36 1 744 0.233 1 5.47 160 800 1.259 5
耕地 Cultivated land 3 393.8 45.37 1 360 0.181 8 13.75 193 100 2.495 5
城镇 Urban land 248.4 3.32 597 0.079 8 0.65 34 800 0.416 0
荒漠 Desert land 218.6 2.92 181 0.024 2 0.73 20 900 1.207 8
2005
水域 Water area 265.8 3.55 162 0.010 8 1.20 10 800 4.006 3
林地 Forest land 97.3 1.30 344 0.046 0 0.24 18 800 0.282 7
灌丛 Brush land 935.2 12.50 396 0.052 9 3.39 49 800 2.361 6
草地 Grassland 1 677.2 22.42 1 315 0.175 8 5.51 103 700 1.275 4
耕地 Cultivated land 4 038.6 53.99 647 0.086 5 27.87 157 800 6.242 1
城镇 Urban land 257.9 3.45 566 0.075 7 0.73 34 900 0.455 6
荒漠 Desert land 210.7 2.82 193 0.025 8 0.70 21 100 1.091 6
2010
水域 Water area 263.8 3.53 162 0.010 8 1.20 10 700 3.998 8

措施的实行, 耕地趋于集中, 斑块数目明显减少, 耕
地破碎化程度明显降低。不同土地利用类型斑块密度
和边界密度特征及变化趋势与板块数目基本一致。
3.2 土地覆盖类型植被覆盖度变化特征
3.2.1 土地覆盖类型植被覆盖度总体变化特征
2000—2010 年的年均植被覆盖度由 17.4%增加
至 19.4%, 2005 年年均植被覆盖度略低于 2000 年,
为 16.3%, 即 2000 年以来植被覆盖度呈现先降低后
升高趋势。根据 2000—2012 年的气象资料(图 5)发
现, 2000—2010年研究区年均气温和降雨量较稳定, 年
均气温基本处于 7.8 ℃左右, 低于 13年均温(8.2 )℃ 。
2000年、2005年和 2010年降雨量分别为 219.9 mm、
215.9 mm和 367.1 mm, 也呈先降低后升高的变化趋
势, 说明降雨量对植被覆盖度影响较为明显。2000
年以来由于兵团集约化程度及退耕还林还草等措施
的进一步加强, 自然植被得到有效保护, 有利于植
被生长和生态恢复。分析影响植被覆盖度的气温和
降雨量 2 个关键因素表明, 2000 年以来研究区气温

图 5 2000—2012年研究区年均气温和年降水量的变化
Fig. 5 Average annual temperature and precipitation curves in the study area from 2000 to 2012
第 2期 卢响军等: 基于土地利用/覆盖的干旱绿洲区植被覆盖度变化 253


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总体较稳定, 无较大变化; 而降雨量 2010 年达到最
大值, 高于 10 年平均降雨量 51.9%。该研究区域气
候干燥, 降雨量的增加对作物植被覆盖度的提高起
到明显促进作用。
3.2.2 不同土地覆盖类型植被的覆盖度变化
对不同土地利用 /覆盖类型植被覆盖度统计分
析(图 6)发现, 2000年、2005年和 2010年不同土地
利用/覆盖类型植被覆盖度表现为林地>耕地>草地>
灌丛>荒漠。2000—2005 年不同类型植被覆盖度整
体下降, 2005—2010 年林地、灌丛、草地、耕地和
荒漠植被覆盖度均呈现上升趋势。2000—2010 年,
林地、灌丛、草地和耕地植被覆盖度分别增加 6.7%、
38.2%、 15.6%和 12.3%, 荒漠植被覆盖度下降
41.0%。该结果主要是 2010年研究区降雨量达到 10
年来最高值 367.1 mm, 在温度一定的条件下降雨量
的增加促使植被覆盖度迅速提高, 因此除荒漠之外,
其他类型植被覆盖均有增加。从不同类型植被覆盖
度结果看, 林地植被覆盖度变化相对较为稳定。
图 7 反映了 2000 年、2005 年和 2010 年 1—12
月不同土地利用/覆盖类型植被盖度和降雨量变化。
3 个年份植被覆盖度的变化趋势基本一致, 均呈正
态曲线型分布特征, 6月、7月和 8月植被覆盖度高
于其他月份, 7 月为一年内最高。从不同土地利用/
覆盖类型可知, 草地、灌丛和荒漠变化特征一年内
出现先增加后降低的趋势, 且草地>灌丛>荒漠; 林
地和耕地变化结果表明, 1—5月和 10—12月 2个区
间段林地的植被覆盖度明显高于耕地, 6—9 月耕地

图 6 2000―2010年研究区不同土地利用/覆盖类型的植
被覆盖度年均变化
Fig. 6 Average annual changes of vegetation coverage based
on land use/cover type in the study area from 2000 to 2010
的植被覆盖度高于林地。2010年 1—12月份降雨量
明显高于 2000年和 2005年。图 8为 2000—2010年
11 年平均气温和降雨量变化情况, 气温变化与植被
覆盖度变化趋势吻合度较高, 均出现先增加后降低
的正态变化趋势, 6—8 月为一年内气温最高的 3 个
月, 降雨量一年中 4月最高、5月次之, 其他月份相
对较低。由于新疆气候条件的制约, 冻土时间较长,
耕地种植作物多为春季作物, 一年 1 熟, 耕地大部
分地区适合种植棉花、甜菜、小麦等耐干旱寒作物,
种植时间基本于 3月中旬开始, 6月以后耕地生物生
长处于鼎盛时期, 7月达到顶峰, 因此耕地 6—9月植
被覆盖度高于林地。因此, 在新疆干旱绿洲区, 气温

图 7 研究区不同土地利用/覆盖类型植被覆盖度和降水量月变化
Fig. 7 Monthly changes in vegetation coverage based on land use/cover type and precipitation in the study area
254 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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图 8 研究区 2000—2010年 11年平均气温和降水量变化
Fig. 8 Average monthly temperature and precipitation in the study area from 2000 to 2010
和降雨量仍然是制约作物生长的关键因素。在降雨
量一定的条件下 , 气温增加促进了植物光合作用 ,
延长了植物生长, 利于植物生长。
3.2.3 不同等级植被覆盖度变化
新疆属典型的温带大陆性气候, 冬季长而严寒,
夏季短而炎热, 不同月份植被覆盖度差异较大。为
了探讨不同植被覆盖等级变化特征, 分别选取 2000
年、2005年和 2010年植被覆盖鼎盛时期 6月、7月
和 8 月数据, 分析不同等级植被覆盖度的变化特征
(图 9)。3年间, 较高(50%~70%)和高(70%~100%)植被
覆盖度等级所占比例上升, 其中高植被覆盖度所占
比例较为突出, 覆盖面积由 2000年的 1 863.0 km2增
加至 3 139.3 km2, 所占比例由 26.6%增加至 44.9%; 较
高植被覆盖度覆盖面积由 2000年的 1 446.0 km2增
加至 1 469.9 km2, 所占比例由 20.7%增加至 21.0%; 中
度植被覆盖度(50%~70%)面积由 1 255.8 km2减少至
1 019.1 km2, 减少了 18.8%; 较低植被覆盖度(10%~
30%)面积由 1 892.8 km2减少至 999.9 km2, 减少了
47.2%; 低植被覆盖度(0~10%)面积由 536.9 km2减少
至 366.3 km2, 减少了 31.8%。总之, 研究区高植被
覆盖度区域面积有所增加, 低植被覆盖度区域面积
下降, 总体植被覆盖改善明显。

图 9 2000—2010年研究区不同覆盖度植被的面积变化
Fig. 9 Changes of areas of vegetations with different cover-
ages in the study area from 2000 to 2010
4 结论
本研究选取新疆集约化程度较高的新疆生产建
设兵团第八师为研究区, 开展了土地利用/覆盖变化
研究, 并基于土地利用/覆盖进行了植被覆盖度变化
特征分析, 得出以下结论:
1)研究区土地利用/覆盖类型主要以耕地、草地
和灌丛为主 , 三者面积之和占总面积的 88.9%~
89.2%。从面积变化来看, 2000年以来耕地和城镇面
积增加, 林地、灌丛、草地、荒漠和水域面积减少, 即
耕地和城镇的转入面积大于转出面积, 灌丛和草地
的转出面积大于转入面积, 耕地变化速度最大, 草
地次之。从土地利用类型的转移来看, 转移主要集
中在灌丛、草地、耕地和城镇, 总体呈现灌丛和草
地向耕地和城镇转移的趋势。研究区水域主要由冰
川积雪和湖库组成, 主要分布于中上游地区, 耕地
的增长主要以牺牲草地、灌丛为代价, 土地垦殖增
加了用水份额, 减少了生态用水, 生态环境问题面
临严峻挑战。水是绿洲存在和发展的核心, 干旱区
绿洲规模及可持续性问题与水密切相关 [33]。因此 ,
要合理规划工农业生产模式, 确保干旱区绿洲环境
的可持续发展。
2)研究区土地利用/覆盖景观格局总体趋于简单,
2000—2010 年间在人类活动和自然的相互作用下,
景观破碎化程度降低, 生物多样性出现向单一方向
转变的趋势。“退耕还林还草”、“自然植被围封”等政
策的实施使得林地、灌丛和草地得到了有效保护, 受
人为活动影响有所减少, 导致林地、灌丛和草地斑块
数目持续减少, 破碎化程度明显降低。而耕地的斑块
数目、面积百分比、最大斑块指数都呈上升趋势, 受
耕地支配的作用增大, 景观优势度明显增强。
3)2000年以来研究区植被覆盖度先降低后升高,
该研究结果与西北干旱区相关学者[22]研究结论基本
一致, 2010年较 2000年林地、灌丛、草地和耕地植
第 2期 卢响军等: 基于土地利用/覆盖的干旱绿洲区植被覆盖度变化 255


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被覆盖度分别增加 6.7%、38.2%、15.6%和 12.3%, 不
同土地利用/覆盖类型植被覆盖度表现为林地>耕地
>草地>灌丛>荒漠。研究区不同植被覆盖度等级均有
所变化, 高和较高植被覆盖度等级区面积明显增加,
分别增加 68.5%和 1.7%; 中度、较低和低植被覆盖
度面积明显减少, 分别减少 18.8%、47.2%和 31.8%,
总体植被覆盖情况改善明显。
4)研究表明降雨量增加是促使植被覆盖度增加
的主要驱动因素。
新疆生产建设兵团不同地区发展情况具有相似
性, 本研究选择 2000 年、2005 年和 2010 年 3 期影
像对具有代表性的第八师进行土地利用 /覆盖变化
特征分析, 基本摸清了兵团快速发展时期 10年间土
地利用变化特征。但由于新疆生产建设兵团建立较
早(1954 年), 与新疆地方管理等存在较大差异, 更
长时间序列的相关研究极为缺乏且有重大意义。因
此, 在今后会进一步对新疆生产建设兵团建立至今
的土地利用/覆盖变化进行系统深入的研究, 为新疆
生产建设兵团生态环境的可持续发展和相关保护规
划的制定提供科学依据。
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