一、研究背景
土地资源是人类赖以生存与发展的重要资源和物质保障，在人口-资源-环境-发展（PRED）的复杂系统中，土地资源处于基础地位。土地是人类生产生活必不可少的物质基础以及生存与发展的主要空间载体，人类活动的最终结果直接反映在土地利用与土地覆被的变化上，这些变化对生态环境产生了巨大的影响。随着全球环境变化研究的不断深入，土地利用与土地覆被变化及其影响已经成为全球环境变化研究领域的主要研究内容。国际地圈-生物圈计划（IGBP）和全球环境变化的人文因素计划（IHDP）于1995年共同提出“土地利用/土地覆被（Land Use and Land Cover Change，LUCC）科学研究计划”，这是土地利用与土地覆被变化成为全球环境变化研究的前沿和热点核心课题的突出标志。
（一）土地利用与土地覆被相关概念
土地利用是指人类对土地自然属性的利用方式和利用状况，包含人类利用土地的目的和意图，是纯粹的人类活动。从定义上来看，土地利用是人类根据土地的自然属性和社会属性，以社会生产、经济建设为目标，为满足人类的需求而采取一系列技术手段对土地进行经营活动的过程。它侧重人类对土地的使用情形、使用方式以及土地的社会、经济属性，是人类为获得所需的产品或服务而进行的长期或者周期性的利用活动，具有很强的目的性。土地覆被侧重土地上的生物形态，如森林、草地、农作物地等，它可能随着土地利用的变化而变化。由此看来，两者既有区别又有密切的联系。土地利用侧重于土地的社会属性，是人类活动作用的结果，同时它又反映在土地覆被的当前状态上。土地覆被是土地自然属性和社会属性的共同体现。换言之，土地利用与土地覆被是一种因果互动关系，土地利用过程改变土地覆被类型，土地覆被类型变化反映土地利用的主体决策，并且土地利用主体根据土地覆被的反馈而改变土地利用方式。因此，通常将其合称为土地利用与土地覆被变化。
LUCC是土地科学的一个重要分支，它涉及地理学、土地科学、农学、土壤学、经济学、生态学、水文学、气象气候学、地质学、植物学以及地理信息科学等多学科研究领域。LUCC的范围可以从自然到人文、从全球到区域，它主要以LUCC状况及其发展情形为研究内容，它的根本目标在于提高对LUCC之间区域性的、相互作用的过程的认识，掌握其中的规律和了解、预测LUCC发展动态对全球环境变化以及可持续发展的影响。随着人类社会的发展，土地利用格局、深度和强度不断变化，对全球环境变化的影响不断加剧，LUCC与全球环境变化关系更加密切。具体来说，LUCC是全球环境变化的主要内容，同时，全球环境变化对LUCC也有深远影响。这是因为，土地作为地球生态系统发展演变的场所和物质基础，地表的LUCC发展是全球环境变化最直观的表现。LUCC在时间和空间上的积累、重复，对地球生态系统影响深刻。正是因为LUCC与全球环境变化的关系密切，所以它成为研究全球环境变化的新热点。
占全球陆地面积40％以上的干旱区（钱安正等，2017），成因复杂、类型多样，对环境变化响应灵敏，具有变化过程快、变化幅度大、景观格局简单和差异明显等特点。由于干旱区LUCC的发展深受全球环境变化的影响，同时它又对全球环境变化有明显的反馈，使得干旱区LUCC研究成为全球环境变化研究的靶区。在干旱区中，以荒漠为背景的干旱区绿洲，以天然径流为依托，属中、小尺度非地带性景观，是人类活动的聚集地，具有较高的第一生产力。其环境变化直接关系到绿洲社会经济的稳定与可持续发展，因此，绿洲的LUCC是干旱区环境变化研究的重点。同时，由于干旱区绿洲的开发历史相对较短，多数形成于20世纪50年代，因此记录绿洲变化的数据较完整、系统，并且由于干旱区绿洲以流域为边界，边界较为清楚，因此绿洲LUCC驱动力易识别，便于深入分析绿洲LUCC发展的过程和驱动力，进而模拟、预测绿洲区域土地利用与土地覆被变化趋势。
（二）艾比湖流域精河绿洲土地利用
自我国开始实施“西部大开发”战略以来，新疆成为开发建设的重点区域。然而，新疆支撑资源开发的生态环境却极为脆弱：新疆位于全球四大沙尘暴区之一——中亚沙尘暴区。我国专家认为，新疆的沙尘除了来自沙漠以外，还与该地湖泊严重的荒漠化、盐碱化和塔里木河流下游干涸沙化有必然联系。
1.本区土地利用特点
新疆艾比湖流域——精河绿洲，地处亚欧大陆腹地，在新疆最大的咸水湖——艾比湖流域的核心区域，具有典型的干旱山区-绿洲-荒漠生态环境特点。其土地利用主要有如下特点。
（1）土地利用区域差异明显。南部山区林地和牧、草地分布较广，是水源涵养区和传统放牧区；中部为狭长平原，土地利用强度大，是主要的农区，耕地、城镇、村庄及工矿用地集中区域；北部则为艾比湖湿地自然保护区和甘家湖梭梭林自然保护区。
（2）农用地比重大，耕地比重小，园地分布集中。本区土地面积中农用地比重为75.96％，耕地只占到5.02％。园地分布相对集中，仅托里镇园地面积就占全县园地的86.34％。
（3）农村居民点分布零散。受农、牧民传统生活习俗影响，农村居民点多沿路、沿河靠近耕作区分布，没有形成系统的村镇体系，分布零散。
2.本区土地利用的主要问题
由于该区生态环境脆弱并且对气候响应敏感，近半个世纪以来，随着气候变化，人类活动对环境的影响加剧，该地地表植被被进一步破坏，水土流失严重，湖泊盐碱化加速，水资源急剧缩减。这使得该地原本脆弱的生态环境遭受着巨大的威胁。其土地利用存在的主要问题如下。
（1）后备资源丰富，但开发利用受限。精河县自然保留地面积大，后备资源丰富，但由于水资源分布不均，南部山区为水源涵养地和草场，北部为甘家湖梭梭林和艾比湖湿地两个国家级自然保护区，所以开发利用受限。
（2）农村居民点人均用地面积过大，提高集约水平难度大。精河县农村居民点人均用地面积为432 m2，远超过自治区规划用地的控制指标。而且近年来由于城镇化水平不断提高，部分农业人口已转为城镇人口，在《精河县土地利用总体规划（2010—2020年）》的规划期内提高土地集约利用水平难度大。
（3）提高土地质量难度大，治理任务艰巨。由于县域农作物种植较为单一，不能合理倒茬，加之农药、化肥的过度使用和残留地膜等因素的影响，造成本区土地质量逐年下降。同时，由于牧区干旱缺水和超载放牧，部分地区草场退化，本区土地治理任务艰巨。
（4）生态环境脆弱，保护压力大。精河县域北部以艾比湖湿地自然保护区和甘家湖梭梭林自然保护区为核心的广大湖积平原，占全县土地面积的近三分之一。由于注入湖面水量的逐年减少，裸露湖面盐碱化严重，生态环境脆弱，因此新疆已将艾比湖列入本地生态环境治理的重点区域。