李誠志，張 燕，劉志輝，王榮軍

生態(tài)環(huán)境是人類社會持續(xù)發(fā)展的根本基礎(chǔ)，是關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來的長遠大計。隨著全球氣候變暖的日益凸顯，地球生態(tài)環(huán)境的許多要素發(fā)生了改變，進而引發(fā)一系列全球性生態(tài)環(huán)境問題［1］，形成重大的生態(tài)災(zāi)害。目前這種生態(tài)問題已受到各國政府和科學(xué)界的高度關(guān)注。

新疆維吾爾自治區(qū)位于我國西北干旱區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強烈，水資源短缺，生態(tài)環(huán)境脆弱［2］，是極易受全球氣候變化影響的區(qū)域。近年來，隨著全球氣候變暖，以及新疆地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，資源需求不斷擴張，緊缺的水資源被大量生產(chǎn)生活所消耗，造成局地植被衰退，生態(tài)環(huán)境退化，形成荒漠景觀（沙漠、戈壁、鹽漬地），進而產(chǎn)生大規(guī)模性的沙塵暴，嚴重影響整個新疆地區(qū)乃至全國的空氣環(huán)境。目前，國內(nèi)外學(xué)者對該區(qū)域格外關(guān)注。樊自立等［2］提出新疆地區(qū)現(xiàn)階段所面臨的生態(tài)環(huán)境問題主要為河流縮短，湖泊萎縮或干涸，水質(zhì)鹽化，天然植被衰敗，野生動植物減少，土地沙漠化和鹽漬化不斷擴大，影響新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的關(guān)鍵因子是水［3－4］，導(dǎo)致新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境退化的主要因素是氣候變化和人口數(shù)量增長［5－6］。新疆生態(tài)環(huán)境變化較為復(fù)雜，惡化和改善兩個方向同時并存［7－9］。新疆地區(qū)現(xiàn)階段的氣候向“暖濕”變化，有利于生態(tài)環(huán)境的改善［1，10］。本研究以新疆生態(tài)問題的重點問題——沙漠化為研究對象，在現(xiàn)階段氣候背景下，運用MODIS NDVI數(shù)據(jù)對新疆沙漠化變化進行監(jiān)測，對沙漠化的氣候響應(yīng)，沙漠化變化的空間位置、沙漠化原因進行調(diào)查研究，探討沙漠化治理方案，期望對新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理提供幫助，解決該區(qū)現(xiàn)實生態(tài)問題。

1 新疆地區(qū)近50a的氣候變化

近百年來，全球氣候正經(jīng)歷著“變暖”，全球溫度升高了0.56～0.92℃，北半球降水顯著增加［11］。在全球氣候增暖的背景下，新疆地區(qū)氣候呈現(xiàn)明顯的“暖濕”轉(zhuǎn)變［12］。均勻選擇新疆18個國家基準、基本氣象站（北疆包含烏魯木齊、昌吉回族自治州、阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)、伊犁州直屬地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州；選擇氣象站8個：阿勒泰、富蘊、和布克賽爾、克拉瑪依、精河、奇臺、伊寧、烏魯木齊。南疆包含喀什地區(qū)、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、巴音格楞蒙古自治州；選擇氣象站8個：庫車、喀什、巴楚、鐵干里克、若羌、莎車、和田、安德河。東疆包含吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)；氣象站點2個：吐魯番、哈密。）1962—2012年近50a觀測資料進行分析。由圖1—2可知，自20世紀60年代以來，氣溫呈現(xiàn)明顯上升趨勢，年平均氣溫增幅到達0.27℃／10a，其中冬季尤為顯著，呈現(xiàn)明顯暖冬現(xiàn)象［13］，在北疆溫度增幅較為明顯，氣溫平均增幅達到0.36℃／10a。全疆降水呈現(xiàn)增多趨勢。全疆年平均降水量增幅8.5 mm／10a，1987 年 為 明 顯 的 降 水 增 加 轉(zhuǎn) 折 點［11－14］。北疆年降水量平均增幅20.63%，南疆平均增幅28.77%［14］，東疆則幾乎沒有變化。最大的年降水增加量位于阿拉套山的南坡和伊犁河上游鞏乃斯林場附近，增幅達2～2.5mm／a，最少的位于吐魯番盆地，降水幾乎沒變化。北疆降水增加主要在夏、冬兩季，這為平原區(qū)的荒漠植被提供了急需的水分。春末，準格爾盆地豐富的積雪融水和降雨，使得古爾班通古特沙漠形成大量的短命植物，沙漠化狀況明顯改善［15］。南疆降水增加主要集中在夏季，形成夏季洪水，增加了河流徑流量。全疆年平均風(fēng)速呈現(xiàn)下降趨勢，平均下降幅度0.2m／（s·10a）。其中北疆和東疆年平均風(fēng)速下降明顯，北疆年平均風(fēng)速下降幅度0.23m／（s·10a），東疆下降幅度0.32m／（s·10a）；南疆年平均風(fēng)速下降幅度較小，僅為0.12m／（s·10a）。而年平均相對濕度則變化較小，50a年平均相對濕度幾乎沒有變化。就整體而言，新疆地區(qū)近50a氣候呈現(xiàn)明顯“暖濕”轉(zhuǎn)變，風(fēng)速變小，為沙漠化治理提供了良好的氣候環(huán)境。

圖1 新疆地區(qū)1962－2012年年平均氣溫和年降水量變化

圖2 新疆地區(qū)1962－2012年年平均風(fēng)速和年平均相對濕度變化

2 氣候變化下新疆地區(qū)河水流量變化

水是新疆地區(qū)沙漠化變化的主導(dǎo)因子。隨著氣溫變暖和降水量增加，新疆地區(qū)大部分河流出山口徑流量呈現(xiàn)明顯增加趨勢。水量增加一部分來自于降水增加，還有一部分來自于溫度升高導(dǎo)致高山冰川融化。李忠勤等［16］對天山烏魯木齊河源1號冰川的研究得出，20世紀80年代以來，快速升溫使冰川加速退縮，冰川融水徑流量呈加速增大趨勢，其它冰川也出現(xiàn)類似的情況。在降水增加和溫度增加共同作用下，新疆地區(qū)大部分河流出山口徑流量增加。北疆的奎屯河、瑪納斯河，南疆的塔里木河源流、開都河、車兒臣河、克里雅河等河流年徑流量均呈現(xiàn)明顯增加趨勢［11，17－18］。塔里木河源流出山口徑流量自1994年后呈現(xiàn)明顯增加趨勢，年徑流量大約增加了3.0×109m3。然而出山口年徑流量的增加并未惠及河流的下游。塔里木河阿拉爾水文站的年徑流量沒有隨出山口徑流量的增大而增大，而塔河中、下游的英巴扎站、恰拉站的年徑流量卻在不斷減小，在用水旺季時還呈現(xiàn)斷流現(xiàn)象。塔里木盆地的其它河流也有類似的現(xiàn)象。這主要是河水流出山口后被大量的引向綠洲，用于農(nóng)田灌溉和工業(yè)生產(chǎn)，綠洲面積不斷擴大，綠洲內(nèi)部環(huán)境逐步改善［1－2，6］。而河流下游的水量則逐步減小，植被衰退，進而引發(fā)局部生態(tài)環(huán)境問題?？梢?，新疆地區(qū)氣候的“暖濕”變化并不是對所有地區(qū)的沙漠化都產(chǎn)生緩解，在局部沙漠化還在加劇演化。

3 新疆地區(qū)沙漠化對氣候變化的響應(yīng)

3.1 近10a來新疆地區(qū)沙漠化變化

利用新疆地區(qū)2000—2011年 MODIS 16d的NDVI數(shù)據(jù)，合成每年最大NDVI值，再利用像元二分法反演年最大植被蓋度。在年最大植被蓋度基礎(chǔ)上，參照文獻［19—20］的沙漠化分類方法，對新疆地區(qū)每年的沙漠化進行分類，其具體的分類過程限于篇幅在此不詳細描述。利用MODIS數(shù)據(jù)對平原區(qū)域的沙漠化進行監(jiān)測，其監(jiān)測的變化結(jié)果如圖3—4所示。由圖3可見，新疆地區(qū)沙漠化處于一個動態(tài)波動過程。整體而言，全疆絕大部分地區(qū)的沙漠化得到較明顯的改善，其中明顯改善的區(qū)域有8.5×104km2，輕度改善的有7.1×104km2；但沙漠化也同時存在，其中輕度退化的面積有2.7×104km2，嚴重沙漠化的面積有1.4×104km2。沙漠化變化在區(qū)域上分布不均衡，北疆隨著降雨量的增加、風(fēng)速變小，沙漠化得到明顯的改善；南疆在綠洲附近沙漠化得到明顯改善，而在綠洲下游河道周邊沙漠化加劇明顯；東疆的沙漠化變化不大，但沙漠化加劇面積呈增加趨勢。

圖3 新疆地區(qū)2001－2011年沙漠化變化

圖4 新疆地區(qū)2001－2011年年降雨量變化

3.2 沙漠化變化對氣候變化的響應(yīng)

運用2001—2011年的沙漠化變化面積與年降水量、年平均溫度、年平均風(fēng)速、年平均相對濕度做Pearson相關(guān)分析，其結(jié)果如表1所示。由表1可知，在北疆沙漠化變化與年降水量存在明顯的相關(guān)關(guān)系。年降水量影響著北疆的沙漠化進程，年降水多的年份北疆沙漠化好轉(zhuǎn)，年降水少的年份沙漠化加劇。在南疆年降水量對沙漠化的影響比北疆要小得多，相關(guān)系數(shù)僅為0.56，顯著水平不顯著；但南疆沙漠化加劇面積與年平均風(fēng)速、年平均溫度存在顯著的負相關(guān)關(guān)系，這說明南疆風(fēng)沙運動和水分蒸發(fā)對沙漠化影響顯著。隨著年平均風(fēng)速減小，南疆沙漠化進程得到一定抑制，但溫度升高使這種變化同時又受土壤水分蒸發(fā)的約束，所以表現(xiàn)為沙漠化好轉(zhuǎn)與年平均風(fēng)速、年平均溫度的相關(guān)關(guān)系不顯著。在東疆沙漠化僅與年平均風(fēng)速的相關(guān)關(guān)系顯著，好轉(zhuǎn)面積與年平均風(fēng)速呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，其原因可能是東疆的人工植樹造林對沙漠化進程產(chǎn)生的正向影響。

3.3 沙漠化警情空間分布

沙漠化是一個動態(tài)變化過程，受氣候變化和人類活動影響。在治理沙漠化時，應(yīng)首先重點考慮持續(xù)沙漠化加劇區(qū)域。將2001—2011年每年的沙漠化動態(tài)變化圖進行累加求平均，并按照退化級別形成沙漠化預(yù)警圖（圖略），計算過程詳見文獻［20］。新疆地區(qū)沙漠化整體改善，其中北疆的沙漠化改善較為明顯，南疆和東疆改善程度稍差。新疆沙漠化警情主要分布在南疆綠洲下部河道周邊、河流尾閭。其中極重度和重度警情分別有230.9和1 268.63km2，主要分布在車兒臣河中游、下游，塔里木河中游，渭干河下游，葉爾羌河中游、下游，喀什噶爾河下游、塔里木盆地南緣的諸小河下游，吐魯番—哈密盆地諸小河下游；中度警情的有1.22×104km2，主要分布在極重度和重度警情周邊；輕度警情有2.69×104km2，主要分布在北疆的古爾班通古特沙漠腹地。

表1 新疆地區(qū)2001－2011年沙漠化變化對氣候變化響應(yīng)

3.4 沙漠化原因分析

本研究于2012年5—11月對新疆地區(qū)沙漠化極重度、重度和中度沙漠化警情區(qū)域進行重點調(diào)查，共調(diào)查250個點。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在沙漠化區(qū)域90%以上是草甸生態(tài)系統(tǒng)，草甸植被類型大部分為蘆葦。草甸生態(tài)系統(tǒng)退化的表現(xiàn)為植物種類單一化，植被的高度和蓋度降低，局部呈現(xiàn)沙化。發(fā)現(xiàn)沙漠化區(qū)域距離人類活動的綠洲相對較遠，退化區(qū)域未發(fā)現(xiàn)嚴重的超載放牧和大量采薪，退化主要因素是水資源利用空間的改變。河道上、中游大量渠系將水引至綠洲或城鎮(zhèn)進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)綠化，形成不斷擴大的人工綠洲；而在河道下游則造成斷流、干枯，河道周邊地下水位下降，植被衰退，周邊生態(tài)系統(tǒng)退化。在地表水匱乏地區(qū)，除直接引用河道水外，還存在大量的機井過度抽取地下水用于農(nóng)田灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)生活，形成巨大的地下水漏斗，地下水位降低，進而造成植被衰退死亡，生態(tài)系統(tǒng)退化。沙漠化的根本原因是水資源利用空間的改變。水資源利用從原來的荒漠區(qū)域轉(zhuǎn)移到綠洲，造成荒漠生態(tài)系統(tǒng)退化，綠洲面積擴大。

4 新疆地區(qū)沙漠化治理對策

4.1 北疆沙漠化治理應(yīng)以自然恢復(fù)為主

北疆沙漠化與年降水量具有顯著的相關(guān)關(guān)系，天然降雨量的增加足可使沙漠中的植被蓋度增加，沙漠化程度減輕，只要不破壞沙生植物，其植被足可抵御自然風(fēng)蝕。因此，在現(xiàn)階段降水增加的情況下，建議北疆沙漠化治理主要采取自然封育為主，建立大小不等的風(fēng)沙保護區(qū)，讓其在自然環(huán)境中恢復(fù)。

4.2 南疆和東疆以流域為單位合理分配水資源，留足生態(tài)用水

在當前氣候背景下，南疆和東疆大部河流的出山口徑流量增加，然而因行政邊界以及行政體制的制約，各地區(qū)在經(jīng)濟社會發(fā)展時僅考慮本地區(qū)的最大利益而忽視與之相關(guān)聯(lián)的其它地區(qū)的“公共利益”。河流中、上游大量的引水、用水，下游來水量持續(xù)減少，河道斷流、干枯，生態(tài)環(huán)境惡化、沙漠化。因此，建議南疆和東疆在現(xiàn)階段編制生態(tài)功能區(qū)劃時，以流域為基礎(chǔ)，推進流域生態(tài)功能整體區(qū)劃。以流域為單位確定各區(qū)域的水資源合理分配，調(diào)整區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展方式和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，規(guī)劃資源開發(fā)，有效控制資源開采的強度、節(jié)奏、進度、規(guī)模，規(guī)范開發(fā)秩序；留足生態(tài)環(huán)境用水，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境整體協(xié)調(diào)發(fā)展。

4.3 全疆實行嚴格水資源管理，加強地下水監(jiān)測

水資源是制約新疆地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的一個主要因素，也是影響新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵要素。從該區(qū)沙漠化原因調(diào)查可知，其主要原因是水資源利用空間的改變，特別是地下水空間的改變。因此，建議以流域為單位，按照各生態(tài)區(qū)域規(guī)劃的主體功能區(qū)需水要求和基本生態(tài)用水需求制定流域水量分配方案，建立覆蓋流域的各級行政區(qū)的取用水總量控制指標體系，實施流域取用水總量控制；依法對各行政區(qū)域內(nèi)的年度用水實行總量管理。同時，應(yīng)重點加強地下水的監(jiān)管，建議在生態(tài)敏感區(qū)域建設(shè)地下水自動監(jiān)測裝置，監(jiān)測地下水位、水質(zhì)，合理調(diào)控地下水水位，保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

4.4 劃定草甸生態(tài)敏感保護區(qū)，考核整體生態(tài)環(huán)境

根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)草甸生態(tài)系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境變化比較敏感，草甸生態(tài)系統(tǒng)的變化可以反映整個沙漠化的微小變化。因此建議在做天然林保護和草原禁牧、休牧區(qū)域時劃定草甸生態(tài)敏感保護區(qū)，對敏感的草甸生態(tài)區(qū)域進行保護，避免人為直接的干擾，讓其直接反映沙漠化變化。根據(jù)生態(tài)敏感區(qū)的綜合變化來評價當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的變化，考核區(qū)域的整體生態(tài)環(huán)境建設(shè)情況。

5 結(jié)論

新疆地區(qū)在全球氣候變暖的大背景下，氣候由“冷干”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤芭瘽瘛?，河流出山口徑流量逐步增加，生態(tài)環(huán)境整體好轉(zhuǎn)，有利于沙漠化治理。然而，在這樣良好的氣候環(huán)境背景下，該區(qū)局部地區(qū)仍持續(xù)沙漠化。其主要原因是水資源利用空間的改變。人類將水從河道引入綠洲，綠洲面積逐步擴大，內(nèi)部環(huán)境不斷改善，而河流中下游水量持續(xù)減少，地下水位下降，植被衰亡，沙漠化嚴重。其中沙漠化最嚴重的區(qū)域主要位于南疆盆地的河流中下游。

沙漠化加劇區(qū)域大部分深入沙漠深處，其周邊是流動沙丘，起著分割沙漠，阻礙大規(guī)模沙塵暴發(fā)生的作用。沙漠化區(qū)域的土壤類型大部分是沙土或沙壤土，在地表植被衰退和強力風(fēng)蝕作用下，沙漠化區(qū)域?qū)⒅鸩阶兂闪鲃由车兀瑑蛇叺牧鲃由城鹬鸩胶蠑n，形成大規(guī)模的流動沙丘，進而可能引發(fā)更大規(guī)模的沙塵暴，威逼沙漠周邊人民的生產(chǎn)生活，影響整個空氣環(huán)境。再加上全球氣候變暖，氣候波動幅度變大，以及冰川資源耗竭，新疆地區(qū)的沙漠化問題在未來將會面臨更加嚴峻的形勢。

致謝：感謝中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所宋郁東研究員、雷加強研究員、徐海量研究員，新疆環(huán)境研究所袁國映研究員，以及新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)潘存徳教授在論文撰寫過程中提出的寶貴意見。

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