摘 要：作为人类赖以生存的生态环境资源，耕地动态变化研究对未来耕地的开发利用和保护有重要意义。为此，应用地理信息系统和遥感技术对玛纳斯河流域近40年的耕地动态变化进行分析研究，分别采用1976、1995和2015年3期遥感影像进行土地利用制图。本文主要研究耕地信息，从动态变化过程和类型转化关系分析，结合气候变化和水利设施建等角度探讨水资源与耕地扩张的关系。
关键词：地理信息系统；遥感；耕地；玛纳斯河流域
1 研究区概况
本文的研究区是位于新疆维吾尔自治区的玛纳斯河流域，玛纳斯河流域位于84°43′-86°35′E和43°21′-45°20′N之间，流域总面积约为3.4205×104km2，地形南高北低，最高处海拔达5259m，最低处168m。玛纳斯河源于天山北麓，北流最终注入玛纳斯湖，全长约450km，上游水流湍急，多是峡谷，下流多是平原，研究表明，玛纳斯湖现已经干涸。由于新疆的地形注定这片土地上只能诞生内陆河，玛纳斯河流域也是典型的干旱区内陆流域，气候属于典型的温带大陆性气候，冬季寒冷，夏季炎热，平均降水量约110-200mm，年蒸发量为125-166mm，年平均气温7.9℃。解放后兴修水库，灌溉业不断发展，使得玛纳斯河流域耕地大面积扩张，并迅速成长为著名的棉花和粮食产地，我国著名的玛纳斯垦区也坐落在此。
2、数据及研究方法
2.1 数据资料及处理
“地球资源技术卫星”计划的提出，为后来土地利用研究提供了极其重要的技术支持。在1972年7第一颗陆地卫星（Landsat1）发射成功，直到今天已经成功发射7颗这一系列卫星。本文所选取的数据有玛纳斯河流域3个时期的Landsat遥感影像，分别为1976年的Landsat MMS、1995年的Landsat ETM+、2015年的Landsat OLI，空间分辨率为30m，云量不超过5%，成像时间6-9月份，此时农作物生长旺盛，有利于耕地识别。本文使用的3期遥感影像成像时间也在此月份期间。首先对下载的遥感影像进行几何精校正，主要目的是消除遥感影像的变形误差。再对影像进行镶嵌和噪声去除，主要目的是为了获取研究区域完整的遥感影像及降低影像中各种妨碍人们对其信息接受的因素。再对遥感影像进行图像增强处理，主要目的是改变图像灰度值等级，从而提高图像的对比度。
2.2 研究方法
本次耕地动态变化研究所应用的土地利用分类系统采用刘纪远的分类标准。该分类系统是要遥感解译最常用的标准，使用的影像是Landsat TM遥感影像，分类标准设定的主要依据是从遥感监测实用操作性角度出发。本研究根据研究区域的实际情况将土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地等6个一级类。在ENVI软件的支持下进行遥感影像解译，进行面向对象的遥感影像影像自动解译，最后再人工进行检查。以2015年的解译结果为标准，对1976、1995年的数据进行质量检查，要求解译的整体精度达到90%以上，主要目的是为了遥感解译后数据的一致性和准确性。在动态变化过程上，主要应用ArcGIS软件对土地利用各项数据变化进行结果统计，再计算各土地利用类型随时间的面积变化及转移矩阵，最终得到各土地利用类型的相互转化关系和耕地的动态变化过程。再应用土地利用动态度指数模型，分析研究各土地利用类型的变化速度和幅度。
3、结果与分析
3.1玛纳斯河流域土地利用
近40年来，玛纳斯河流域的土地利用发生巨大的变化。
1976-1995年，玛纳斯河流域的土地利用变化主要集中在中部草地向耕地的转化和林地向草地与耕地的转化，以及湖泊数量与面积都呈现增长趋势，建设用地有明显的增加，且较为分散，流域南部草地向南延伸，未利用土地少量减少。1995-2015年，流域北部耕地面积大量增长，主要是荒漠区未利用土地向耕地转化，林地与草地面积少量增长。
3.2各土地利用类型的转化
2015年玛纳斯河流域总面积为3.4205×104km2，其中主要以未利用地为主，面积为15641.70km2，占流域总面积的45.73%。其次分别为耕地与草地，面积分别为8103.42km2和6145.00km2，各占流域总面积的23.69%和17.96%,水域和建设用地面积最少，分别为2231.14km2和335.69km2，各占流域总面积的6.52%和0.98%。从流域各土地利用类型的面积、结构变化及变化速度来看[5]，1976-2015年，耕地面积大幅度增加，从4318.17km2增加到8103.42km2，从1976年流域总面积的12.89%增加到23.69%。林地面积少量增加，从1624.60km2增加到1748.92km2，从原流域总面积的4.85%增加到5.11%。草地也有面积少量增加，从5623.58km2增加到6145.00km2，从原流域总面积的16.79%增加到17.96%。水域面积少量增加，从1451.92km2增加到2231.14km2，从原流域总面积的4.33%增加到6.52%。建设用地面积成倍增加，从79.58km2增加到335.69km2，从原流域总面积的0.24%增加到0.98%。未利用地面积大量减少，由20405.36km2减少到15641.70km2，从原流域总面积占比的60.91%减少到45.73%。
3.4气候变化和水利设施建设对耕地时空变化的影响
玛纳斯河流域及周边气象站点信息，石河子站地理位置信息：纬度44°19′、经度86°03′、海拔443m，克拉玛依站地理位置信息：纬度45°37′、经度84°51′、海拔450m，两个站点提取的数据主要包括年均降水和年均气温，从1976-1995年，玛纳斯河流域的年均降水量明显降低，年均减少量为2.95mm，气温基本保持平衡，年均变化量为0.008℃，耕地面积增加量为524.95km2。在降水资源减少，流域下流呈现干涸期的情况下，耕地面积依旧呈现增长形式，说明农业灌溉已经逐渐成为耕地用水的主要形式。从1989-1995年，玛纳斯河流域的主要水库数量从4个增长到6个，为耕地扩张提供了水利供水基础。1995-2015年，玛纳斯河流域年均降水和年均气温均有增长，年均降水增长量为0.93mm，年均气温增长量为0.089℃，耕地面积增长量为3260.30km2，此时间段耕地面积增长迅速，主要原因有：1）年均降水量增长、年均气温上升，为作物生长提供保湿保暖的条件；2）主要水库数量从6个增长到8个，为耕地灌溉提供充充足的水资源。总体来看，近40年来，玛纳斯河流域气候总体有变暖的趋势，降水量减少，流域内水库数量增长一倍。这这些因素是影响耕地的主要原因。
4、结论：
得到以下结论：1）耕地、林地、水域和建设用地面积持续增加，未利用地持续减少，草地前20年减少、后20增加，土地利用程度增强；2）耕地主要以林地、草地及未利用地为主要转入类型；3）耕地的扩张方向从城市周边转向荒漠地区、从上游地区转向下游地区及河流两岸的扩张，耕地景观从斑块状转变为连续的耕地带；4）耕地面积的扩张速度、方向主要和气候条件及水利设施建设有关。现今，玛纳斯河流域可发的水资源明显不足，无法满足短时间内耕地大规模增长，合理利用各类型土地和提高水资源利用率是实现对玛纳斯河流域的主要因素。
参考文献：
[1]高培，魏文寿，刘明哲．玛纳斯河流域绿洲区气候变化特征分析与预测．干旱区资源与环境，2011.