鞏 杰，謝余初，孫 朋，頡耀文

(1.蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點實驗室，蘭州 730000;2.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，蘭州 730000)

綠洲是干旱區(qū)的一種中小尺度的非地帶性生態(tài)景觀，是維系干旱區(qū)人類生存、活動與發(fā)展的基本場所［1-2］。綠洲化是指在干旱區(qū)荒漠的大背景中，各物質(zhì)、能量、信息的耦合和協(xié)調(diào)，發(fā)生在局部地域的改變，并隨著人類的良性導(dǎo)向而擴(kuò)展和延伸，是干旱區(qū)由于人與自然因素共同作用所導(dǎo)致的荒漠向綠洲轉(zhuǎn)變的過程［2-3］。綠洲變化包含綠洲的擴(kuò)張和萎縮以及綠洲內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境的變化，是干旱區(qū)環(huán)境變化最直接的體現(xiàn)，也是當(dāng)前綠洲研究的核心問題［2-4］。近年來，干旱區(qū)綠洲變化研究已經(jīng)受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，已成為全球變化、土地退化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等研究和實踐中最活躍的領(lǐng)域之一［5-6］。我國學(xué)者在綠洲變化方面的研究多集中綠洲的形成與類型［7-9］、綠洲土地利用與覆被變化及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)［1，10-11］、綠洲演變過程［12-14］和綠洲化荒漠化驅(qū)動機(jī)制及調(diào)控［15-16］。然而在不同尺度上進(jìn)行綠洲研究，其結(jié)論也往往不盡相同。針對干旱區(qū)綠洲分布的特征，如何從多尺度上分析揭示綠洲景觀格局特征與規(guī)律，以及如何將小規(guī)模尺度上的典型綠洲研究推廣應(yīng)用到更高的規(guī)模層次上，已經(jīng)廣泛地引起學(xué)者們的注意［17-18］。當(dāng)前鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上研究綠洲時空動態(tài)變化報道較少，如何在村鎮(zhèn)單元上系統(tǒng)地分析綠洲變化格局與過程等變量的尺度效應(yīng)顯得尤為重要［19］。

金塔綠洲位于中國干旱區(qū)河西走廊西北端的金塔盆地，地處溫帶荒漠氣候向暖濕帶荒漠氣候過渡交替帶，是干旱內(nèi)陸河流域的典型風(fēng)沙過渡區(qū)、農(nóng)牧交錯區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)。近年來，由于人口、經(jīng)濟(jì)快速增長的壓力，加上水土資源過度開發(fā)利用，嚴(yán)重地影響著綠洲生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。因此，監(jiān)測和量化綠洲時空動態(tài)變化以及如何合理、可持續(xù)地發(fā)展綠洲，對綠洲開發(fā)和發(fā)展具有重要的意義。本文擬以北大河尾閭?cè)侵蕖鹚G洲為例，探討近20年來金塔綠洲化時空分布格局及其變化特征，為綠洲生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，為今后綠洲動態(tài)變化的模擬和驅(qū)動機(jī)制分析提供了背景資料。

1 研究區(qū)概況

金塔綠洲，又稱鴛鴦池灌區(qū)綠洲，位于甘肅省河西走廊西部南北兩山之間的扇形平原地帶，是北大河下游尾閭沖積扇綠洲，呈倒三角型。綠洲南北長約 46km，東西寬約 20—35km，大致介于 97°58′—99°20′E，39°47′—40°17′N，海拔1200—1300m，屬于溫帶荒漠氣候與暖濕帶荒漠氣候過渡區(qū)。冬季寒冷，夏季炎熱，風(fēng)沙多，氣溫較差大。1月份平均最低氣溫是-9.3℃，7月份平均最高氣溫為24.1℃，年平均降雨量約為59.5mm，多集中在7—9月份，年蒸發(fā)量約為2567.1mm，全年日照時數(shù)約3193.2h左右，無霜期145—160d。金塔綠洲包括金塔、三合、東壩、大莊子、古城、中東、西壩和羊井子灣等8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝跒?24 029人(截至2009年)。金塔縣83.35%的農(nóng)田和果園分布在金塔綠洲之內(nèi)，是甘肅省重要的糧棉商品生產(chǎn)基地。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)來自Landsat-TM/ETM+的1990年6月、1999年7月、2006年8月和2009年7月的4期遙感數(shù)據(jù)，對影像進(jìn)行幾何精校正、輻射校正和圖像增強等預(yù)處理。利用自動閾值法對研究區(qū)綠洲進(jìn)行提取，即通過圖像增強將目標(biāo)地物與背景區(qū)分開，并在MATLAB中編程計算出目標(biāo)物與背景這兩類間的方差達(dá)到最大時的值，由此將目標(biāo)物提取出來［20］，結(jié)合實地勘察和其他資料進(jìn)行目視解譯修正，將研究區(qū)土地覆被分為耕地、林地、灌叢、草地、水域、居民建設(shè)用地、鹽堿地、裸地、沙地和戈壁荒灘10種景觀類型。其中，戈壁荒灘含低覆蓋草地，其植被覆蓋度≤15%，呈荒漠景觀。根據(jù)研究需要，將鹽堿地、裸地、沙地和戈壁荒灘劃為荒漠，耕地、草地、林地、灌叢、水體和城鎮(zhèn)建設(shè)用地6種景觀類型歸為綠洲。利用GPS采點、野外調(diào)查與訪談以及高分辨率影像對分類結(jié)果(Google Earth提供的衛(wèi)星影像)進(jìn)行精度驗證;而對20世紀(jì)90年代兩期數(shù)據(jù)的解譯結(jié)果主要是通過走訪當(dāng)?shù)匕傩者M(jìn)行實地調(diào)查，特別是詢問當(dāng)?shù)啬昀系陌傩諄泶_認(rèn)綠洲的開發(fā)情況，同時利用90年代1∶100000的地形圖和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用類型調(diào)查圖進(jìn)行評價，通過計算影像分類Kappa系數(shù)分別為0.801和0.826，然后對誤提或漏提的綠洲進(jìn)行目視解譯修正，以滿足研究的需求。

2.2 綠洲時空變異及其量化模型

(1)綠洲面積變化及其變化幅度

可以描述綠洲面積總量上的變化幅度和變化快慢，反映單位時間內(nèi)綠洲面積變化程度［10，21］。其表達(dá)為:

圖1 研究區(qū)位置簡圖Fig.1 Location of research area-Jinta Oasis

式中，K為研究時段內(nèi)某區(qū)域綠洲面積變化量，R為研究時段內(nèi)某區(qū)域綠洲面積變化率，Ua和Ub為研究初期和末期某區(qū)域綠洲的面積。

(2)綠洲變化動態(tài)變化

綠洲時空變化是累計過程，應(yīng)采用幾何平均法來定量描述研究區(qū)域一定時間范圍內(nèi)綠洲和荒漠的年平均增長速度，其表達(dá)式為［22］:

(3)綠洲化荒漠化轉(zhuǎn)移矩陣

轉(zhuǎn)移矩陣能全面地描述綠洲和荒漠之間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，不僅是對綠洲現(xiàn)狀動態(tài)變化的定量描述，而且能反映綠洲景觀格局的變化狀況，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中，S為研究區(qū)面積，i研究初期土地利用類型，i=1(綠洲)或2(荒漠);j為研究末期的土地利用類型，j=1(綠洲)或2(荒漠)。

為了更好地反映綠洲變化的情況，本文從斑塊角度遴選綠洲景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)來定量分析綠洲景觀格局變化特征。選取的指標(biāo)主要有［23］:綠洲平均斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、分維數(shù)(FRAC)、聚集度指數(shù)(AI)、綠洲密集度(R)。

(4)綠洲變化趨勢狀態(tài)指數(shù)模型

存在狀態(tài)是指綠洲在空間位置上是否表現(xiàn)為劇烈的增減變化，在一定程度上能反映綠洲系統(tǒng)是否穩(wěn)定和變化趨勢［10］:

式中，Ps指綠洲狀態(tài)指數(shù)，L指綠洲的增加量，D指綠洲的減少量;當(dāng)0＜Ps≤l時，則綠洲朝著規(guī)模增大的方向發(fā)展，綠洲處于“擴(kuò)張”狀態(tài);當(dāng)-1≤Ps＜0時，則綠洲朝著規(guī)模減小的方向發(fā)展，綠洲處于“萎縮”狀態(tài)。Ps越接近0，則表明綠洲的規(guī)模增長(減少)緩慢，呈現(xiàn)為平衡態(tài)勢;Ps越接近于1，說明綠洲的轉(zhuǎn)換方向主要為荒漠轉(zhuǎn)換綠洲，呈現(xiàn)極端非平衡態(tài)勢，致使綠洲面積穩(wěn)步增加;Ps越接近于-1，說明綠洲的轉(zhuǎn)換方向主要為綠洲轉(zhuǎn)換為荒漠，呈現(xiàn)極端非平衡態(tài)勢，致使綠洲規(guī)模逐步萎縮。

(5)綠洲變化區(qū)域差異指數(shù)

綠洲相對變化率可以很好地反映綠洲變化的區(qū)域差異性，表達(dá)式為［21，24］:

式中，Ua和Ub分別表示某區(qū)域研究初期和研究末期的綠洲面積，Ca和Cb分別為全研究區(qū)綠洲研究初期及研究末期的面積。R相＞1，則表示該區(qū)域綠洲變化程度大于整個研究區(qū)綠洲變化幅度;R相＜1，則小于整體綠洲變化的幅度。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠洲面積變化及其變化幅度分析

由圖1可知，1990—1999年間，金塔綠洲所轄各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綠洲面積均呈不同程度地增長(西壩鄉(xiāng)除外)。羊井子灣鄉(xiāng)和金塔鎮(zhèn)綠洲面積變化量最大，分別為6.86 km2和6.78 km2，由于羊井子灣鄉(xiāng)和場站機(jī)關(guān)轄區(qū)綠洲面積占整個金塔綠洲面積的比例較小，其綠洲變化幅度相對而言更敏感，故而，羊井子灣鄉(xiāng)和場站機(jī)關(guān)轄區(qū)變化幅度最大(77.84%和25.46%)。中東鎮(zhèn)綠洲面積變化幅度最小(0.22%)，西壩鄉(xiāng)次之(-3.67%)。1999—2006和2006—2009年間，羊井子灣鄉(xiāng)和場站機(jī)關(guān)轄區(qū)盡管綠洲面積變化最小，但變化幅度仍最大?？偟膩碚f，在整個研究期間，金塔綠洲規(guī)模逐漸擴(kuò)大，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲面積也在不同程度上增長，而荒漠面積呈現(xiàn)減少下降趨勢。近20年里金塔綠洲面積凈增長了199.49 km2，面積變化幅度為36.93%。在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，雖然羊井子灣鄉(xiāng)綠洲面積變化量較小(12.26 km2)，但變幅最大(86.25%);場站機(jī)關(guān)管轄區(qū)綠洲變化量最小(6.24 km2)，變幅僅次于羊井子灣鄉(xiāng)(85.67%);西壩鄉(xiāng)和大莊子鄉(xiāng)綠洲面積變化量較小(15.45 km2和20.56 km2)，面積變化幅度最小(28.93%和28.82%)。

圖2 1990—2009年金塔綠洲面積變化量及變化幅度Fig.2 The area and area change rate of Jinta oasis between 1990 and 2009

3.2 綠洲變化動態(tài)度與趨勢分析

1990—1999年間，羊井子灣鄉(xiāng)綠洲變化動態(tài)度和綠洲變化趨勢狀態(tài)指數(shù)最大(16.26%和0.96)，場站機(jī)關(guān)轄區(qū)次之(2.98%和0.64)，中東鎮(zhèn)綠洲變化動態(tài)度和綠洲變化趨勢狀態(tài)最小(0.02%和0.01)，說明羊井子灣鄉(xiāng)綠洲處于極端非平衡態(tài)勢，綠洲面積增加迅速，荒漠向綠洲轉(zhuǎn)化;而中東鎮(zhèn)綠洲變化不大，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。1999—2006年間，場站機(jī)關(guān)轄區(qū)綠洲動態(tài)度最大(7.79%)，東壩鎮(zhèn)次之(3.97%)，金塔鎮(zhèn)最小(1.82%)。金塔綠洲各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)表現(xiàn)出明顯的增長趨勢;場站機(jī)關(guān)轄區(qū)和東壩鎮(zhèn)綠洲變化最劇烈，其綠洲變化趨勢狀態(tài)指數(shù)高達(dá)0.92和0.90，處于快速增長的趨勢。2006—2009年間，場站機(jī)關(guān)轄區(qū)綠洲變化動態(tài)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)的動態(tài)度，其變化趨勢狀態(tài)指數(shù)高(0.86)，綠洲處在極端不平衡狀態(tài);西壩鄉(xiāng)和羊井子灣鄉(xiāng)綠洲變化動態(tài)度次之(分別為1.36%和1.39%);三合鄉(xiāng)最小(0.40%)，其綠洲幾乎處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)。在整個研究期間，羊井子灣鄉(xiāng)綠洲變化動態(tài)度也最大(21.94%)，場站機(jī)關(guān)管轄區(qū)次之(21.44%)，西壩鄉(xiāng)的動態(tài)度也最小(3.46%);各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲變化趨勢狀態(tài)指數(shù)均大于0.75，表明金塔整體綠洲處于非平衡狀態(tài)，綠洲面積呈現(xiàn)擴(kuò)張勢態(tài)?？偟膩碚f，1990—2009年間，金塔綠洲各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲規(guī)模變化劇烈程度分別是:羊井子灣鄉(xiāng)＞場站機(jī)關(guān)轄區(qū)＞東壩鎮(zhèn)＞三合鄉(xiāng)＞古城鄉(xiāng)＞中東鎮(zhèn)＞金塔鎮(zhèn)＞大莊子鄉(xiāng)＞西壩鄉(xiāng)。

圖3 1990—2009年金塔綠洲變化動態(tài)度與趨勢Fig.3 The change speed and trend of Jinta oasis from 1990 to 2009

3.3 綠洲化荒漠化過程分析

利用ArcGIS對研究區(qū)1990—2009年4期綠洲荒漠分類圖進(jìn)行變化區(qū)域的監(jiān)測，并通過轉(zhuǎn)移矩陣計算與分析綠洲變化區(qū)域的面積和空間分布格局?？梢?，近20年來金塔綠洲以擴(kuò)張為主，局部地區(qū)也發(fā)生綠洲退縮現(xiàn)象。綠洲擴(kuò)張主要表現(xiàn)在綠洲向荒漠灘地和荒草灌叢過渡帶擴(kuò)張。1990—1999年間金塔總體綠洲以擴(kuò)張為主，部分地區(qū)綠洲退縮;綠洲擴(kuò)張面積為56.85km2，退縮面積為32.75km2。各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)間綠洲擴(kuò)張或綠洲退縮的強度與廣度也存在較大的差異。綠洲擴(kuò)張最顯著的區(qū)域是發(fā)生整個羊井子灣鄉(xiāng)、金塔鎮(zhèn)的五星、營泉大隊，三合鄉(xiāng)北面的下新壩、天譚、冰草凹一帶，東壩鎮(zhèn)的小河口、渠東等。綠洲退縮則主要發(fā)生在中東鎮(zhèn)上三分、下四分和東壩鎮(zhèn)三上、下黑樹窩等行政村。從綠洲變化的劇烈程度上看，羊井子灣鄉(xiāng)變化最劇烈，金塔鎮(zhèn)與三合鄉(xiāng)次之，古城鄉(xiāng)相對較穩(wěn)定(圖4)。1999—2006年間，整個金塔綠洲仍呈現(xiàn)較強的擴(kuò)張趨勢，各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲擴(kuò)張遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綠洲退縮，均表現(xiàn)出十分劇烈的勢態(tài)，部分地區(qū)出現(xiàn)大面積地擴(kuò)張現(xiàn)象。在空間分布上，綠洲擴(kuò)張較劇烈的區(qū)域集中在古城鄉(xiāng)東北面的四分、下東溝，三合鄉(xiāng)與金塔鎮(zhèn)之間的營泉、勝利及潮湖林場，東壩鎮(zhèn)的三上、下黑樹窩、烽火坪，羊井子灣鄉(xiāng)的榆樹井、雙古城和黃茨梁村，中東鎮(zhèn)的下四分、三灣溝和官營溝等行政村(圖4)。2006—2009年間，金塔綠洲的擴(kuò)張大于綠洲的退縮，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲仍表現(xiàn)出較明顯增長趨勢，但是綠洲擴(kuò)張的斑塊比較破碎，面積相對較小，分布零散。綠洲擴(kuò)張區(qū)主要分布在金塔鎮(zhèn)東面的沙邊子井、沙棗樹井，古城鄉(xiāng)西南方向至中東鎮(zhèn)的威虜，西壩鄉(xiāng)的生地灣農(nóng)場、晨光、西移，東壩鎮(zhèn)西南方向的林場與東面的小河口、良種場，永豐林場及其它場站機(jī)關(guān)管轄區(qū)農(nóng)林場(圖4)。

圖4 1990—2009年金塔綠洲擴(kuò)張、退縮分布圖Fig.4 Maps of expanding and shrinking of Jinta oasis from 1990 to 2009

1990—2009年間綠洲擴(kuò)張顯著，各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲面積均為不同程度的增長，多表現(xiàn)為在綠洲內(nèi)部串珠式填充，局部地方有大規(guī)模向外延伸擴(kuò)張;綠洲擴(kuò)張規(guī)模較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要集中在羊井子灣鄉(xiāng)，三合鄉(xiāng)與金塔鎮(zhèn)之間的榆樹溝、大柳樹、潮湖林場，古城鄉(xiāng)東北面，東壩鎮(zhèn)的小河口、三上、烽火坪，大莊子鄉(xiāng)東面的永豐林場和其他場站機(jī)關(guān)轄管的農(nóng)林場綠洲(如良種場)等。從面積上看，近20年來金塔綠洲增加了207.36 km2，退縮的面積為7.87 km2，其中東壩鎮(zhèn)綠洲擴(kuò)張最大(39.95 km2)，金塔鎮(zhèn)次之(30.27 km2)(圖4)。從綠洲景觀結(jié)構(gòu)上看(表1)，金塔綠洲整體景觀破碎化程度趨于減少和穩(wěn)定，綠洲斑塊邊界分割程度減弱，綠洲優(yōu)勢度增強，而荒漠對金塔綠洲景觀格局的控制強度減弱，綠洲斑塊密度和邊緣密度分別由1990年的1.043和66.053下降到2009年的0.561和38.839;近20年里，金塔整體綠洲斑塊的幾何形狀越趨向于簡單，綠洲受干擾的程度越大，綠洲內(nèi)部規(guī)劃與擴(kuò)張明顯，其分維數(shù)趨近于1。金塔綠洲景觀異質(zhì)性減少，綠洲更為集中，綠洲聚集度總體呈現(xiàn)增加的趨勢，密集度變化不穩(wěn)定，2009年綠洲密集度呈現(xiàn)減少，這主要是由于人們在綠洲內(nèi)部和林草邊緣區(qū)域擴(kuò)張的同時，也在風(fēng)沙過渡區(qū)植樹造林和墾荒，這在金塔鎮(zhèn)的沙邊子井、沙棗樹井和西壩鄉(xiāng)生地灣農(nóng)場、中東鎮(zhèn)沙漠森林公園表現(xiàn)尤為明顯。整體上看，研究時期內(nèi)金塔綠洲擴(kuò)張明顯遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綠洲萎縮。綠洲的擴(kuò)張過程包括了荒灘向綠洲的轉(zhuǎn)化，也包含了綠洲荒漠過渡帶和綠洲內(nèi)部未利用地(灘地、濕地、鹽堿地等)的轉(zhuǎn)化。在整個研究期間，首先發(fā)生在原來棄耕的土地上，其次是大量自然條件相對較好的荒漠(如荒草灘地)和林草地(如紅柳檉柳灌叢、草甸)經(jīng)過人工開墾、改善灌溉系統(tǒng)等方式逐漸轉(zhuǎn)化為了耕地和林地。但在各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)間，各種不同類型的土地轉(zhuǎn)化也不一致，在不同研究時段內(nèi)的綠洲與荒漠反復(fù)轉(zhuǎn)化，綠洲變化相對復(fù)雜。

3.4 綠洲變化的區(qū)域差異分析

研究期間金塔地區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲變化相對變化率可反映了綠洲變化的區(qū)域快慢差異性(表2)。在近20年間，金塔綠洲變化存在明顯的區(qū)域差異。羊井子灣鄉(xiāng)和場站機(jī)關(guān)管轄區(qū)綠洲變化大于金塔整體綠洲變化幅度，其次是東壩鎮(zhèn)和三合鄉(xiāng)，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲變化幅度小于金塔整體綠洲變化幅度，其中大莊子鄉(xiāng)和西壩鄉(xiāng)綠洲變化幅度最小。不同時期內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲變化程度也不同。1990至2009年3個研究時段內(nèi)羊井子灣鄉(xiāng)、場站機(jī)關(guān)和東壩鎮(zhèn)綠洲變化幅度一直都大于金塔整體綠洲變化，其次是三合鄉(xiāng);大莊子鄉(xiāng)綠洲變化幅度一直小于金塔整體綠洲變化幅度，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲變化較金塔整體綠洲呈現(xiàn)波動狀態(tài)，但其綠洲相對變化率數(shù)值都很接近于1，表明綠洲變化程度十分劇烈。

表1 1990—2009年金塔綠洲景觀結(jié)構(gòu)變化分析Table 1 The change of landscape structure in Jinta oasis from 1990 to 2009

表2 1990—2009年金塔綠洲變化區(qū)域差異分析Table 2 The change of regional differences index in Jinta oasis from 1990 to 2009

3.5 綠洲變化驅(qū)動力分析

綠洲變化是一個非常復(fù)雜的過程，其時空分布格局受到多方面因素的影響，包括有自然因素和人文社會因素。但在短時間尺度內(nèi)，自然系統(tǒng)的驅(qū)動力影響作用較小，人文社會經(jīng)濟(jì)因素的影響更為直接和顯著［25-26］，是綠洲內(nèi)部最為活躍的因素。本文遴選總結(jié)出4大類14項影響金塔綠洲時空變化的人文因素指標(biāo)，采用回歸分析法，對其影響下的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化規(guī)律進(jìn)行了定量分析。各指標(biāo)如下:

(1)人口變化 總?cè)丝?人，X1)、農(nóng)業(yè)人口(人，X2)、非農(nóng)人口(人，X3);

(2)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展 城鎮(zhèn)化水平(%，X4)、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值(萬元，X5)、人均GDP(元/人，X6)、固定資產(chǎn)投資總額(萬元，X7)、耕地面積(萬×666.7m2，X8)、農(nóng)民人均收入(元/人，X9);

(3)水資源利用 上游水庫來水量(億m3，X10)、機(jī)井眼數(shù)(眼，X11);

(4)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 化肥施用量(t，X12)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力(馬力，X13)、農(nóng)村用電量(kWt，X14);

通過對近20年金塔綠洲變化和人文因素指標(biāo)進(jìn)行多元逐步回歸分析，發(fā)現(xiàn)不同指標(biāo)對其產(chǎn)生不同的影響。利用SPSS17.0軟件，得到其回歸模型為:

由此可見，所有變量與綠洲變化有著顯著性差異，本文采用標(biāo)準(zhǔn)線性回歸方程表示金塔綠洲時空變化模型見公式(6)?？梢?，因素X2、X4、X7、X10、X12、X14等6個人文因素對金塔綠洲變化起著較顯著的影響作用，但各個因子間對綠洲變化的影響也不盡相同。

人口因素變化包括了人口數(shù)量的變化、人口結(jié)構(gòu)和人口分布等方面。近20年的時間里，金塔綠洲人口總體呈現(xiàn)增長的態(tài)勢，從1990年的101105人增加到了2009年的124029人，增長幅度為22.67%;農(nóng)業(yè)人口也呈現(xiàn)快速增長的趨勢，從87776人增長到2009年的93628人，增幅為6.67%。根據(jù)甘肅省“兩西”移民計劃，金塔縣于1985年開始移民遷入(967人)后，設(shè)立了“兩西”移民的示范鄉(xiāng)——羊井子灣鄉(xiāng)，致使大量移民遷入，主要從事農(nóng)業(yè)活動，至2009年僅羊井子灣鄉(xiāng)移民人口就達(dá)4899人。金塔綠洲是河西走廊的典型農(nóng)業(yè)綠洲，人口的增長不僅對土地產(chǎn)品需求量的增加，而且為綠洲開墾奠定了人力和物質(zhì)基礎(chǔ)，進(jìn)而影響著綠洲面積變化。鑒于此，對金塔綠洲耕地面積變化與總?cè)丝凇⑥r(nóng)業(yè)人口變化進(jìn)行相關(guān)性分析，其相關(guān)性在0.05水平上呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)R2=0.918。

表3 回歸系數(shù)與顯著性檢驗Table 3 Coefficients and significant testing

城鎮(zhèn)化進(jìn)程(X4)能間接地體現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，也反映了人們生活水平的提高。近20年間，盡管金塔綠洲城鎮(zhèn)化仍處于低水平狀態(tài)，但呈現(xiàn)逐步提高的趨勢，從1990年的13.18%增加到2009年的24.50%。社會固定資產(chǎn)投資(X7)的增長表明對生產(chǎn)活動和基礎(chǔ)設(shè)施的投入越來越大。社會固定資產(chǎn)投資不僅促進(jìn)了地方基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，而且對農(nóng)業(yè)型的金塔綠洲其農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)也必然得到相應(yīng)的支持和發(fā)展。社會固定資產(chǎn)投資和農(nóng)林牧副漁生產(chǎn)總值分別從1990年的1384.4萬元和14841萬元增加到2009年的76405萬元和188194.8萬元，投資建立了各種農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，修筑了引水灌溉水利工程，確保了農(nóng)業(yè)灌溉用水的需要，2009年底農(nóng)業(yè)有效灌溉面積達(dá)到2.81×104hm2，占農(nóng)作物播種面積的93.26%。

在干旱區(qū)環(huán)境中，往往是以水定地，水資源的分布格局與開發(fā)利用直接決定了綠洲的大小和規(guī)模。金塔綠洲又叫鴛鴦池灌區(qū)綠洲，其鴛鴦池水庫與解放村水庫的來水量及水利水渠工程的建設(shè)直接影響著綠洲的分布。然而，自70年代以來，金塔綠洲上游水庫來水量呈現(xiàn)減少的趨勢。2008年鴛鴦池水庫來水量為3.187億m3，而1996年和1986僅為1.994億m3和2.34億m3。為此，金塔縣在水渠水利工程的建設(shè)方面繼續(xù)加大鴛鴦池灌區(qū)的配套工程建設(shè)，至2007年已建設(shè)有干渠8條、支渠72條、斗渠1250條，農(nóng)渠上萬條，共計2985.20 km，渠系水利用系數(shù)達(dá)0.574。同時，地下水補給也成了綠洲灌溉的重要保障。機(jī)電井?dāng)?shù)量由1990年的582眼增加至2009年的1064眼;農(nóng)村用電量(X14)也因此增長，從1990年1118.7萬度增長到2009年的2954.8萬度，增幅高達(dá)164.13%。然后，由于興修水利和機(jī)井灌溉，使得地下水資源超采嚴(yán)重，導(dǎo)致金塔盆地平均地下水位持續(xù)下降，地下水埋深由20世紀(jì)50年代的1—4m下降到目前的11—16m，局部地區(qū)達(dá)30m。

農(nóng)業(yè)化肥(X12)在一定程度上保障了作物的產(chǎn)量，不僅使得糧食作物單位面積畝產(chǎn)量由1990年的429.50 kg增加到2009年的638.32kg，而且也為區(qū)域進(jìn)行土地整理、開墾荒地提供了物質(zhì)條件。然而，化肥的使用又嚴(yán)重污染了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，加重了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的承載負(fù)荷。尤其是在綠洲過渡帶或脆弱區(qū)開墾整理的土地，如果沒有水資源補給灌溉和農(nóng)藥化肥的投入，很容易就會發(fā)生棄耕撂荒的現(xiàn)象。

此外，政策因素在短時間內(nèi)對綠洲變化具有直接的指導(dǎo)作用，尤其是政策導(dǎo)向性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。近幾十年來，對金塔綠洲變化影響較大的政策因子主要包括有農(nóng)業(yè)政策、經(jīng)濟(jì)政策和生態(tài)政策及其工程建設(shè)。20世紀(jì)90年代以來甘肅省實施“興西濟(jì)中”的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略、“兩西”建設(shè)與移民工程、河西商品糧基地建設(shè)，以及取消農(nóng)業(yè)稅、建設(shè)新社會主義農(nóng)村等政策對區(qū)域經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)發(fā)展影響深遠(yuǎn)。三北防護(hù)林、退耕還林還草和生態(tài)公益林建設(shè)等生態(tài)工程及封禁治理等措施都潛移默化地影響著綠洲的變化過程。尤其體現(xiàn)在場站機(jī)關(guān)轄管綠洲范圍內(nèi)，由于承擔(dān)著金塔綠洲生態(tài)工程建設(shè)，其綠洲變化相對較大。但是，不同政策之間往往相互交錯，以及部分政策對綠洲變化的正反雙向效用，使得政策與綠洲變化之間的響應(yīng)異常復(fù)雜。

4 結(jié)論與討論

近20年來，金塔綠洲擴(kuò)張顯著，綠洲化進(jìn)程快于荒漠化過程。1990—1999年間綠洲面積略有增長;1999—2006年間綠洲表現(xiàn)出較快的增長趨勢，2006—2009年綠洲增長相對緩慢，到2009年達(dá)到最大(523.17km2)。在整個研究期間金塔綠洲擴(kuò)張面積高達(dá)207.36 km2，而綠洲退縮面積僅為7.88 km2，擴(kuò)張區(qū)域面積將近是退縮區(qū)域面積的30倍。研究期間金塔各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲處于非平衡狀態(tài)，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲規(guī)模變化強度分別是羊井子灣鄉(xiāng)＞場站機(jī)關(guān)轄區(qū)＞東壩鎮(zhèn)＞三合鄉(xiāng)＞古城鄉(xiāng)＞金塔鎮(zhèn)＞中東鎮(zhèn)＞大莊子鄉(xiāng)＞西壩鄉(xiāng)。但在綠洲空間擴(kuò)張上，1990—1999年間除了羊井子灣鄉(xiāng)大規(guī)模擴(kuò)張外，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲擴(kuò)張相對比較零散;整個研究期間，綠洲變化區(qū)域多集中在綠洲的邊緣生態(tài)脆弱區(qū)和灌渠周圍，其中在羊井子灣鄉(xiāng)、場站機(jī)關(guān)管轄區(qū)、東壩鎮(zhèn)、金塔鎮(zhèn)和古城鄉(xiāng)擴(kuò)張更明顯，如營泉大隊、勝利及潮湖林場、西干渠的三上、烽火坪以及羊井子灣鄉(xiāng)的榆樹井、雙古城和黃茨梁村等。在整個研究期間，金塔綠洲景觀結(jié)構(gòu)破碎化程度趨于穩(wěn)定和減少，綠洲聚集程度增加，荒漠基質(zhì)優(yōu)勢度減少，綠洲景觀生態(tài)建設(shè)水平提高，這與馬明國［27-28］等在研究金塔景觀格局變化時的結(jié)果相似。

各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲變化存在明顯的區(qū)域差異性，在整個研究期間羊井子灣鄉(xiāng)變化最大，場站機(jī)關(guān)次之。在不同的時段內(nèi)，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)轄區(qū)綠洲斑塊破碎化不一，綠洲內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化也存在較大的差異［28-29］，因此基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度進(jìn)行綠洲時空變化過程的推衍和分析時，非常有必要加強綠洲內(nèi)部結(jié)構(gòu)與綠洲管理研究，這也是本研究后續(xù)工作的一個重要方向。

通過因子多元回歸分析可知，金塔綠洲時空變化是由人口的變化、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、水資源利用、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)與管理水平以及人們的生態(tài)環(huán)保意識等多種因素共同驅(qū)動下的結(jié)果。在整個研究期間，水資源開發(fā)與利用是金塔綠洲變化的首要條件，農(nóng)業(yè)人口變化和移民的遷入、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步以及政策是綠洲變化的主要驅(qū)動因子。但本文由于有關(guān)資料的收集、計算方法及研究手段的限制，對綠洲變化的驅(qū)動機(jī)制認(rèn)識還不夠，有待深入研究。

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