王 娟， 張 飛， 于海洋， 任 巖， 張 月

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆大學(xué) 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046; 3.新疆智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830046)

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基于LUCC的渭干河-庫(kù)車河三角洲綠洲水文及生態(tài)特征

王 娟1,2,3， 張 飛1,2,3， 于海洋1,2,3， 任 巖1,2,3， 張 月1,2,3

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆大學(xué) 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046; 3.新疆智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830046)

高強(qiáng)度的人類活動(dòng)促使LUCC對(duì)水圈和生物圈產(chǎn)生了巨大的影響，以塔里木盆地北緣典型綠洲渭干河—庫(kù)車河三角洲綠洲為研究區(qū)，采用1989年、1998年以及2013年多期遙感影像，利用最大似然的方法對(duì)影像進(jìn)行分類并統(tǒng)計(jì)出研究區(qū)耕地、林地、鹽漬地、水體以及裸地的變化，討論LUCC對(duì)水文及生態(tài)特征的影響。結(jié)果表明：(1) 從水文特征方面來(lái)看，由于人類活動(dòng)強(qiáng)度加強(qiáng)導(dǎo)致渭干河—庫(kù)車河三角洲綠洲的LUCC大幅度的改變。自1989—2013年這25 a間，耕地面積總共增加2.408×103km2。而由于耕地面積的增加，促使用于灌溉等用水量大量增加，加上修建渠道、水庫(kù)等活動(dòng)促進(jìn)地表徑流量有所增加，導(dǎo)致研究區(qū)年徑流量呈現(xiàn)出緩緩上升趨勢(shì)。因?yàn)殡S著灌區(qū)排水系統(tǒng)的完善，疏干了低洼地的積水，降低了相應(yīng)地域的地下水位，從而造成地下水位呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢(shì)。(2) 從生態(tài)特征方面看，人類活動(dòng)作為主導(dǎo)因素所導(dǎo)致的LUCC通過(guò)與氣候變化交互作用，引起溫度、濕度以及蒸發(fā)量發(fā)生變化；耕地面積的大范圍增加，導(dǎo)致草地、林地等自然棲息地破碎化和喪失，加之25 a間由于人為飼養(yǎng)家禽種類的簡(jiǎn)化、數(shù)量的大幅度增長(zhǎng)，在綜合作用結(jié)果下，最終導(dǎo)致生物多樣性簡(jiǎn)化、單一性愈發(fā)顯著。因此，本研究為系統(tǒng)開展LUCC對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的趨勢(shì)和機(jī)制方面有較高的科學(xué)價(jià)值。

LUCC; 水文; 生態(tài); 最大似然分類

土地利用/覆蓋變化(LUCC)影響著水分循環(huán)以及能量循環(huán)等陸地主要生態(tài)過(guò)程的結(jié)構(gòu)和功能，會(huì)造成生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境的變化[1]。其對(duì)諸多自然要素和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重大影響，是全球變化的重要原因和驅(qū)動(dòng)因子之一[2]。

生態(tài)水文學(xué)所研究的對(duì)象不僅僅局限于濕地生態(tài)系統(tǒng)，還應(yīng)該包括其他生態(tài)系統(tǒng)，如干旱地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)、森林和疏林生態(tài)系統(tǒng)、江河生態(tài)系統(tǒng)、湖泊生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)等[3]。生態(tài)水文學(xué)正是在全球水資源短缺的背景下，在人類尋求合理實(shí)現(xiàn)水資源的持續(xù)利用中形成的。我國(guó)西部地區(qū)多為干旱、半干旱地區(qū)，因此水資源的合理開發(fā)利用是我國(guó)高速發(fā)展的關(guān)鍵。

目前，國(guó)內(nèi)外已有許多學(xué)者對(duì)于生態(tài)水文方面進(jìn)行了研究。如國(guó)外Tighe Matthew[4]等研究了通過(guò)生態(tài)演替、水文過(guò)程和碳采集在微觀層面上測(cè)量生物外殼；Daniel L.Peters[5]等研究了寒冷地區(qū)的水文指標(biāo)變化對(duì)生態(tài)流量需求評(píng)估；Peters Daniel L[6]等研究了在加拿大農(nóng)業(yè)地區(qū)建立生態(tài)需水評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的分析；國(guó)內(nèi)李崇巍[7]等通過(guò)構(gòu)建保水指數(shù)，研究其與景觀格局指數(shù)的關(guān)系；黃青[8]利用3S技術(shù)，對(duì)塔里木河中游景觀格局與生態(tài)水文過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)景觀多樣性指數(shù)與徑流的相關(guān)性最大。但是，以上研究多集中在降水豐富和大江大河等水量充沛的地區(qū)，對(duì)于生態(tài)環(huán)境脆弱、土地荒漠化十分嚴(yán)重的中國(guó)西北干旱區(qū)，這些研究與生態(tài)過(guò)程的結(jié)合較少。因此，本文以干旱地區(qū)典型綠洲渭干河—庫(kù)車河三角洲綠洲為例，分析了該地區(qū)LUCC對(duì)生態(tài)水文過(guò)程的影響，對(duì)我國(guó)干旱區(qū)水文和生態(tài)特征方面研究有著較為重大的科學(xué)意義。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

渭干河—庫(kù)車河三角洲綠洲(以下簡(jiǎn)稱渭—庫(kù)綠洲)地處天山南麓，范圍大致位于41°00′—42°24′N，80°54′—83°48′E，是完整且相對(duì)閉合的山前沖洪積平原綠洲。其地處新疆維吾爾自治區(qū)南部的塔里木盆地，范圍包括庫(kù)車、沙雅和新和3個(gè)縣，土地總面積為523.76萬(wàn)hm2。1960—2010年來(lái)多年平均降水量為120.3 mm[9]。其中，沙雅地區(qū)最低，庫(kù)車地區(qū)最高，年均蒸發(fā)量為1 992.0～2 863.4 mm，干燥度系數(shù)為44.37，屬于干旱與極端干旱地區(qū)。年平均氣溫為10.5～14.4℃，屬大陸性暖溫帶極端干旱氣候，光熱資源豐富。流域水資源維護(hù)養(yǎng)育著綠洲發(fā)展"是綠洲主要的灌溉水源，1965—2006年多年平均徑流量為29.9億m3，其中冰川徑流占出山徑流量的56.2%[10]。當(dāng)前流域綠洲的河水引水量已達(dá)渭干河年徑流量90%以上，基本無(wú)下泄水量。整體上，流域綠洲水資源利用程度高，但利用效率低下，引發(fā)的綠洲內(nèi)部次生鹽堿化現(xiàn)象嚴(yán)重[11]。

1.2數(shù)據(jù)源

該研究本底資料有(1) 采用1989年、1998年以及2013年多期遙感數(shù)據(jù)，其分辨率均為30 m，沒(méi)有云、霧和積雪等的影響，經(jīng)過(guò)大氣校正、幾何校正處理，圖像質(zhì)量好。(2) 水文特征和生態(tài)特征分析主要是根據(jù)渭干河水系中庫(kù)車河蘭干站、渭干河黑孜水庫(kù)站以及渭干河千佛洞站1957—2006年水文觀測(cè)資料。(3) 渭—庫(kù)地區(qū)統(tǒng)計(jì)資料(氣象、水文、人口、土壤、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等)。(4) 研究區(qū)統(tǒng)計(jì)資料,利用SPSS等軟件分析其變化規(guī)律。

1.3遙感圖像分類

監(jiān)督分類(supervised classification)又稱訓(xùn)練場(chǎng)地法，是以建立統(tǒng)計(jì)識(shí)別函數(shù)為理論基礎(chǔ)，依據(jù)典型樣本訓(xùn)練方法進(jìn)行分類的技術(shù)。根據(jù)分類的復(fù)雜度、精度需求等選擇一種分類器，此外還包括應(yīng)用于高光譜數(shù)據(jù)的波譜角(Spectral Angle Mapper Classification)、光譜信息散度(Spectral Information Divergence Classification)和二進(jìn)制編碼(Binar監(jiān)督分類Encoding Classification)分類方法[12]。

本文采用監(jiān)督分類方法中的最大似然分類法，也稱為貝葉斯分類，是基于圖像統(tǒng)計(jì)的監(jiān)督分類法，也是應(yīng)用最廣的監(jiān)督分類方法[13-15]。作者利用該方法對(duì)1989年、1998年以及2013年多期遙感影像進(jìn)行最大似然分類。根據(jù)研究區(qū)概況，將研究區(qū)分為耕地、林地、鹽漬地、水體以及其他五種土地類型。結(jié)果表明，1989年圖像分類精度為99.19%、Kappa系數(shù)為0.989 8；1998年圖像分類精度為99.68%、Kappa系數(shù)為0.996 0；2013年圖像分類精度為98.44%、Kappa系數(shù)為0.980 3。為進(jìn)一步驗(yàn)證分類結(jié)果的準(zhǔn)確性，統(tǒng)計(jì)得到各分類類型間的分離度，見(jiàn)表1。由表1可以得到各類型間的分離度較高，均達(dá)到1.9以上，說(shuō)明各類型之間區(qū)分度較大，分類結(jié)果較好，滿足該研究的要求。

表1　各地物類型間分離度

2　結(jié)果與分析

2.1基于LUCC的水文特征研究

水資源是維系干旱區(qū)綠洲生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展的決定性因素。然而,受到人類社會(huì)發(fā)展對(duì)水土資源大力開發(fā)的影響，造成對(duì)水資源需求量的急劇增加，促使干旱區(qū)綠洲水循環(huán)過(guò)程和生態(tài)格局發(fā)生了一定的變化，更造成干旱區(qū)綠洲水資源短缺與生態(tài)退化,成為實(shí)現(xiàn)流域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵障礙[16-17]。

2.1.1LUCC分析土地利用/覆被變化可引起許多自然現(xiàn)象和生態(tài)過(guò)程的變化，研究土地利用/覆被變化及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，對(duì)于了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境乃至全球環(huán)境變化具有重要的意義[18]。土地利用/覆蓋的變化對(duì)水資源分布在一定程度上造成了很大的影響，并在一定時(shí)空域上改變其原有的演變軌跡。因此，如何解決“人—水—生態(tài)”之間的關(guān)系是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，人類應(yīng)該更深刻的思考生存環(huán)境，水資源把人類與自然緊密的聯(lián)系起來(lái)，成為一個(gè)共同體。要處理好人與自然的關(guān)系，首先要處理好水問(wèn)題[19]。為研究人類活動(dòng)對(duì)水資源以及生態(tài)環(huán)境的影響，作者對(duì)1989年、1998年及2013年多期遙感影像進(jìn)行了最大似然分類，如附圖8所示。

由附圖8可以看出，從1989—2013年這25 a期間，人類活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，土地類型有了很大的變化。為滿足人口增長(zhǎng)需要，從1989—2013年林地有逐漸減少的趨勢(shì)，而耕地取而代之，面積不斷增加。同時(shí)，由于人類耕種方式的改善，多年來(lái)鹽漬地有所改善，面積有逐漸變小的趨勢(shì)。水體變化幅度較小，裸地面積也隨著耕地面積的不斷擴(kuò)張而大幅度縮減。通過(guò)統(tǒng)計(jì)可以得到這25 a中，耕地面積從1989—2013年總體上增加了2.408×103km2。從1989—1998年近10 a期間，耕地面積增加了6.29×102km2；而從1998—2013年這15 a中，耕地面積大幅度增長(zhǎng)，與1998年相比耕地面積增加了1.779×103km2(如圖1所示)。隨著社會(huì)的發(fā)展，人類的活動(dòng)，導(dǎo)致土地利用/覆蓋得到了很大的改變。由于耕地面積的大幅度增長(zhǎng)，進(jìn)一步影響了地表水與地下水資源的變化。

圖1　渭-庫(kù)綠洲土地利用/覆蓋變化

2.1.2基于LUCC的徑流量變化特性研究在我國(guó)西北干旱區(qū)，水資源是社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵制約因素，而干旱區(qū)水資源主要來(lái)源于河川徑流，河川徑流的變化將直接影響到當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[20]。近50 a來(lái)，我國(guó)西北地區(qū)逐漸向暖濕化發(fā)展，溫度持續(xù)升高，氣候因子的變化勢(shì)必會(huì)影響到河川徑流的變化[21]。近年來(lái)，很多研究已經(jīng)表明西北地區(qū)河流徑流主要表現(xiàn)為增加趨勢(shì)[22]。在全球變暖的大背景下，研究地表徑流的變化特征，對(duì)深入了解流域水循環(huán)與水平衡具有重要意義。

通過(guò)實(shí)地考察、數(shù)據(jù)的收集，制作了渭—庫(kù)綠洲水系圖，見(jiàn)附圖9。圖中可以清晰的看到渭—庫(kù)綠洲地表水資源的分布狀況。在此基礎(chǔ)上，作者根據(jù)渭干河水系中庫(kù)車河蘭干站、渭干河黑孜水庫(kù)站以及渭干河千佛洞站1957—2006年水文觀測(cè)資料繪制了近60 a渭—庫(kù)綠洲的徑流量變化圖(見(jiàn)圖2)。其中從1957—1960年的平均徑流量為31.48億m3，從1961—1970年的平均徑流量為30.56億m3，從1971—1980年的平均徑流量為30.66億m3，從1981—1990年的平均徑流量為32.06億m3，從1991—2000年的平均徑流量為35.85億m3，從2001—2006年的平均徑流量為37.98億m3?？梢钥闯龆嗄陙?lái)渭干河—庫(kù)車河三角洲流域的多年平均徑流量呈上升的趨勢(shì)，結(jié)果與研究西北地區(qū)河流徑流主要表現(xiàn)為增加趨勢(shì)相符合，說(shuō)明多年來(lái)研究區(qū)地表水資源有所增加且較為豐富。耕地面積的擴(kuò)張，促使用于灌溉等用水量大量增加，加上修建渠道、水庫(kù)等活動(dòng)更進(jìn)一步促進(jìn)地表徑流量有所增加。而地表水資源的增加有利于滿足人們耕種的需要，但也要合理利用地表水資源，以免造成土地沙化和鹽漬化，加劇了土地退化，增加土地壓力。

圖2　渭-庫(kù)綠洲年徑流量變化

2.1.3基于LUCC的地下水位變化研究 地下水動(dòng)態(tài)特征可以反映出本區(qū)域地下水補(bǔ)給條件的好壞和地下水開發(fā)利用的程度高低。土地利用方式對(duì)地下水資源有著顯著的效應(yīng)，改變了地下水系統(tǒng)的天然循環(huán)路徑和方式。土地利用變化的各種過(guò)程不僅決定地下水的補(bǔ)給部分，而且也決定著地下水的水質(zhì)狀況[23-24]。

由于地形的影響，研究區(qū)的地下水在灌溉區(qū)大體上呈沿扇形分布。其地下水來(lái)源于降水、田間灌水、渠系引水、河道放水等地表水源的滲透，且主要以降雪融水為主要補(bǔ)給方式。從渭干河各支流及庫(kù)車河山區(qū)徑流補(bǔ)給情況來(lái)看，地下水每年總補(bǔ)給量為19.94億m3，其中渭干河補(bǔ)給2.18億m3/a，庫(kù)車河補(bǔ)給0.242 2億m3/a，渠系入滲15.01億m3/a，平原庫(kù)滲漏0.246億m3/a，田間滲漏1.87億m3/a，天然補(bǔ)給量為0.39億m3/a[25]。

在渭干河灌溉區(qū)內(nèi)，收集了按照綠洲外圍及綠洲內(nèi)部布置方式布設(shè)的38眼觀測(cè)井的1996—2012年的地下水位資料，地下水位為每月5號(hào)、15號(hào)、25號(hào)由人工觀測(cè)得到的(研究的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于渭干河流域管理局提供)。利用研究區(qū)38眼觀測(cè)井的16 a的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算不同年份38眼觀測(cè)井的平均地下水位。

分析了1996—2012年的平均地下水位的動(dòng)態(tài)變化，如圖3?？梢钥闯觯?996—2001年期間研究區(qū)平均地下水位具有下降趨勢(shì)，這主要是因?yàn)殡S著灌區(qū)排水系統(tǒng)的完善，特別是骨干排水溝渠的開通運(yùn)行，疏干了低洼地的積水，同時(shí)也降低了相應(yīng)地域的地下水位。2002年和2003年有上升趨勢(shì)，主要是由2002年7月22—23日的特大洪水引起的。2003年的地下水位也一定程度上受2002年的洪水的影響。自2003年后明顯下降趨勢(shì)。多年來(lái)地下水位整體呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)。其中人口的大量增加所導(dǎo)致的用水增加、耕地面積的大量增加所導(dǎo)致的灌溉需水量增加，使得人類對(duì)地下水的開采力度大大加強(qiáng)，從而也是促使地下水位一直呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)的重要原因。

地下水位下降導(dǎo)致潛水蒸發(fā)減少使得給土壤水補(bǔ)給量減少，從而導(dǎo)致土壤水分匱缺以及生態(tài)環(huán)境退化。為此，地下水一旦遭到破壞，很難修復(fù)。因此應(yīng)該科學(xué)的認(rèn)識(shí)研究區(qū)地下水特征，對(duì)地下水進(jìn)行合理的開發(fā)、保護(hù)以及治理，從而保障流域的供水安全、生態(tài)環(huán)境安全和地下水資源的可持續(xù)發(fā)展。

圖3　渭-庫(kù)綠洲地下水位變化

2.2基于LUCC的生態(tài)特征研究

土地利用通過(guò)改變地表覆被而影響環(huán)境變化，如氣候變化、陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)、土地質(zhì)量、生物多樣性等[26]。土地利用變化被認(rèn)為是生態(tài)系統(tǒng)多樣性下降的主要驅(qū)動(dòng)因子[27]，受到廣大生態(tài)學(xué)家的高度關(guān)注。

2.2.1LUCC對(duì)氣候變化影響隨著全球變暖研究的深入，人類活動(dòng)作為主導(dǎo)因素所導(dǎo)致的LUCC通過(guò)與氣候變化交互作用，在局地、區(qū)域與全球尺度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。由于土地利用變化引起下墊面物理性質(zhì)的改變，即地表反射率、粗糙度、植被葉面積以及植被覆蓋比例的變化引起溫度、濕度、風(fēng)速以及降水發(fā)生變化，由此引起局地與區(qū)域氣候變化。為此，作者收集了渭—庫(kù)綠洲近25 a來(lái)的年均溫度、年均相對(duì)濕度以及年均蒸發(fā)量的數(shù)據(jù)，分析了渭—庫(kù)綠洲氣候的變化情況(圖4)。

由圖4可得，渭—庫(kù)綠洲近25 a來(lái)年均溫度雖有所波動(dòng)，但整體呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。隨著溫度的逐年升高導(dǎo)致年均相對(duì)濕度則呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢(shì)。而由于LUCC導(dǎo)致植被類型的改變，尤其是人類社會(huì)發(fā)展促使的耕地面積大量增加，加之受年均溫度逐年上升的影響導(dǎo)致年均蒸發(fā)量也整體呈現(xiàn)出上漲的趨勢(shì)。在全球變暖和水分循環(huán)加快的背景下，特別是在生態(tài)環(huán)境極其脆弱的渭干河—庫(kù)車河三角洲綠洲，強(qiáng)烈的LUCC增加了氣候發(fā)生變化的可能性。近些年新疆氣候發(fā)生了明顯的變化，發(fā)生了由暖干向暖濕方向的轉(zhuǎn)型，因此掌握渭—庫(kù)綠洲氣候因子的動(dòng)態(tài)變化對(duì)新疆的生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、洪旱災(zāi)害和人民生活等均具有重要影響。

2.2.2LUCC及牲畜變化對(duì)渭—庫(kù)綠洲生態(tài)環(huán)境的影響物種在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，彼此之間及其與環(huán)境之間形成了相對(duì)穩(wěn)定的適應(yīng)關(guān)系，而LUCC改變了這些關(guān)系。LUCC是導(dǎo)致自然棲息地破碎化和喪失的主要因素，而有效棲息地面積是決定生物多樣性的主要因子[28]。天然林破壞、城市化、農(nóng)田開墾過(guò)程或農(nóng)田棄耕等都引起生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化。因此，渭—庫(kù)綠洲土地利用的變化，意味著研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)物種組成結(jié)構(gòu)與功能的顯著變動(dòng)，從而使區(qū)域生物多樣性發(fā)生變化。本研究基于LUCC，初步分析牲畜數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)，探討渭—庫(kù)綠洲生態(tài)環(huán)境的變化情況。

圖4　年均溫度、相對(duì)濕度及蒸發(fā)量變化

渭干河—庫(kù)車河三角洲綠洲，由于缺少煤礦資源，各族農(nóng)民能源主要依靠天然林的紅柳、胡楊、棱棱。初步計(jì)算，如每戶每月若要按250 kg計(jì)算，整個(gè)綠洲10.9萬(wàn)戶(50 a平均)就需要32.7萬(wàn)t，每1 km按2.25 t出柴量計(jì)算，每年砍伐14.53 km2，50 a砍伐破壞7.27×102km2[29]。所以群眾取柴是林地減少的主要原因。與此同時(shí)，人類對(duì)天然草地的開墾，加上草地的荒漠化，也造成草地面積銳減。且渭—庫(kù)綠洲草地普遍存在嚴(yán)重超載過(guò)牧現(xiàn)象，平均超載率達(dá)23.89%，導(dǎo)致本來(lái)就十分脆弱的植被生態(tài)系統(tǒng)更加劇衰退。通過(guò)董淼等[30]的研究，繪制了自1989—2008年耕地、草地、林地以及水體的面積變化，如圖5所示。結(jié)果表明渭—庫(kù)綠洲多年來(lái)因人口增長(zhǎng)需要，耕地面積有所增長(zhǎng)，草地、林地以及水體都有一定程度上的減少。自然棲息地面積的銳減，加之人為飼養(yǎng)牲畜所導(dǎo)致的不論是在數(shù)量上大幅度增加還是種類上的高度簡(jiǎn)化，都致使生物多樣性受到一定程度上的影響。故作者收集了研究區(qū)1989—2013年人類飼養(yǎng)牲畜的變化情況，如圖6所示?？梢缘玫剑?5 a間由于人為飼養(yǎng)家禽，牲畜種類主要為牛、豬、羊，且數(shù)量大幅度增長(zhǎng)，同時(shí)在LUCC所導(dǎo)致自然棲息地破碎化的綜合作用的結(jié)果下，進(jìn)一步導(dǎo)致物種結(jié)構(gòu)高度簡(jiǎn)化、單一性愈加明顯。森林、草地、濕地等自然棲息地的減少和破碎化一方面導(dǎo)致某些物種滅絕，一方面又容易引發(fā)外來(lái)物種入侵，導(dǎo)致生物多樣性的變化。故研究研究區(qū)的土地利用/覆蓋的動(dòng)態(tài)變化、牲畜種類及增長(zhǎng)狀況，為保護(hù)渭—庫(kù)綠洲的生物多樣性提供依據(jù)，對(duì)維持典型綠洲的生態(tài)環(huán)境平衡具有重要的影響。

圖5　1989-2008年土地面積變化

圖6　渭-庫(kù)綠洲牲畜變化

3　結(jié) 論

(1) 采用最大似然的方法，對(duì)1989年，1998年，以及2013年多期遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。分類結(jié)果表明，1989年、1998年及2013年圖像分類精度分別為99.19%，99.68%及98.44%，且各地物類型間分離度均達(dá)到1.9以上，說(shuō)明分類精度較高，滿足該研究的要求。通過(guò)監(jiān)督分類并統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得到從1989—2013年這25 a中，耕地面積總體上增加了2.408×103km2。從1989—1998年近10 a期間，耕地面積增加了6.29×102km2；而從1998—2013年這15 a中，耕地面積大幅度增長(zhǎng)，與1998年相比耕地面積增加了1.779×103km2。

(2) 從水文特征方面來(lái)看，作者收集了近60 a渭—庫(kù)綠洲的徑流量數(shù)據(jù)，其中從1957—1960年的平均徑流量為31.48億m3，從1961—1970年的平均徑流量為30.56億m3，從1971—1980年的平均徑流量為30.66億m3，從1981—1990年的平均徑流量為32.06億m3，從1991—2000年的平均徑流量為35.85億m3，從2001—2006年的平均徑流量為37.98億m3?？梢钥闯龆嗄陙?lái)渭—庫(kù)流域的多年平均徑流量呈上升的趨勢(shì)，說(shuō)明多年來(lái)地表水資源有所增加且較為豐富。同時(shí)作者分析了1996—2012年的地下水位的動(dòng)態(tài)變化，可以看出，多年來(lái)地下水位呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)。其中人口的大量增長(zhǎng)所導(dǎo)致的需水需求加大、耕地面積的大量增加所導(dǎo)致的灌溉需水量也隨之增加，最終導(dǎo)致人類對(duì)地下水的開采力度大大加強(qiáng)，從而促使地下水位一直呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。

(3) 從生態(tài)特征方面看，研究區(qū)近25 a來(lái)年均溫度雖有所波動(dòng)，但整體呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。隨著溫度的逐年升高導(dǎo)致年均相對(duì)濕度則呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢(shì)。而由于LUCC導(dǎo)致植被類型的改變，尤其是人類社會(huì)發(fā)展促使的耕地面積大量增加，加之受年均溫度逐年上升的影響導(dǎo)致年均蒸發(fā)量也整體呈現(xiàn)出上漲的趨勢(shì)。對(duì)于LUCC對(duì)牲畜的影響來(lái)說(shuō)，渭—庫(kù)綠洲多年來(lái)因人口增長(zhǎng)需要，耕地面積有所增長(zhǎng)，使林地、草地等有效棲息地面積大范圍減少。加之25 a間由于人為飼養(yǎng)家禽種類的簡(jiǎn)化、數(shù)量的大幅度增長(zhǎng)，以及在LUCC所導(dǎo)致自然棲息地破碎化的綜合作用的結(jié)果下，促使原生物種大量消失，土地覆被類型由繁變簡(jiǎn)，物種結(jié)構(gòu)高度簡(jiǎn)化。故研究土地利用/覆蓋的動(dòng)態(tài)變化、牲畜種類及增長(zhǎng)狀況，為保護(hù)渭—庫(kù)綠洲的生物多樣性提供依據(jù)，為未來(lái)綜合考慮基因多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性方面，系統(tǒng)開展土地利用變化對(duì)生物多樣性影響的趨勢(shì)和機(jī)制方面的研究以及定量預(yù)測(cè)土地利用變化對(duì)生物多樣性的影響方面奠定一定的基礎(chǔ)?？傊琇UCC對(duì)水文和生態(tài)特征均具有重大影響，如何合理處理土地利用/覆蓋的有效方式對(duì)土地保護(hù)至關(guān)重要。因此，干旱區(qū)渭—庫(kù)綠洲脆弱生態(tài)區(qū)LUCC對(duì)水文和生態(tài)特征的影響研究，在今后一段時(shí)期仍然是生態(tài)水文學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

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Analysis on the Hydrological and Ecological Characteristics Based on the LUCC in Weigan and Kuqa River

WANG Juan1,2,3， ZHANG Fei1,2,3， YU Haiyang1,2,3， REN Yan1,2,3， ZHANG Yue1,2,3

(1.College of Resources and Environment Science, Xinjiang University, Urumqi 830046, China;2.KeyLaboratoryofoasisEcology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;3.KeyLaboratoryofXinjiangwisdomcityandenvironmentmodelingUrumqi,Urumqi830046,China)

Land use/land cover change (LUCC) is one of the core issues in global change research. Because of human behaviors, especially the aggravated land utilization by wasteland cultivation, more fertilizer and land utilization change resulting from cosmically disafforestation and disintegrating habit, the nature landscape was seriously destroyed and the survival environment of animals and plants was inflected, which degrade the eco-system function. As a result, high intensity of human activity let LUCC has the great influence on the hydrosphere and biosphere. We used the typical oasis Weigan-kuqa River as the study area. We used the method of maximum likelihood for image classification and statistics of cultivated land, forest land, saline land, water, and the bare land in the years of 1989， 1998， 2013. The results show that：(1) from the aspects of hydrological, LUCC changed significantly because of the human activities in the oasis Weigan-kuqa Rive, from 1989 to 2013, in total, cultivated area increased by 2.408×103km2that led to irrigation and other water consumption, at the same time, combination of construction of irrigation channels and reservoirs and other activities promoted increased surface runoff and caused the decline of underground water level year by year; (2) from the aspects of ecological, LUCC caused climate change with the main factors of human activity in the study area, it was caused by changes in temperature, humidity and evaporation, with the widespread increase of arable land, grassland and woodland area decreased to some extent, making the biodiversity simple and simplex significantly. Therefore, study on the characteristics of hydrological and ecological as well as environmental impacts and mechanisms based on the LUCC has the significant scientific value.

LUCC; hydrological; ecological; maximum likelihood classification

2015-03-17

2015-04-10

新疆自然科學(xué)基金“塔里木河流域典型綠洲土地利用/覆蓋變化的生態(tài)水文效應(yīng)研究”(2012211B04)

王娟(1992—),女,河南沈丘人,碩士生,主要從事干旱區(qū)資源與環(huán)境遙感方面的應(yīng)用研究。E-mail:wangjuan6231@163.com

張飛(1980—),男,陜西省鳳翔縣人,博士,主要從事干旱區(qū)資源與環(huán)境遙感應(yīng)用研究。E-mail: zhangfei3S@163.com

X87

A

1005-3409(2016)02-0236-07