王永嘉，郭宇宏

（新疆環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，新疆 烏魯木齊830011）

綠洲是干旱區(qū)特有的景觀，是干旱區(qū)最為精華的部分，沒有綠洲就沒有干旱區(qū)的生存與發(fā)展。綠洲是自然和人工相結(jié)合的綜合體，根據(jù)其發(fā)生機(jī)制，可以劃分為人工綠洲和天然綠洲。但是近年來，由于在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和巨大的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下人工綠洲所占比例大幅增加，導(dǎo)致一系列生態(tài)問題，主要表現(xiàn)為人工綠洲擴(kuò)張，天然草地、草場(chǎng)、野生動(dòng)物棲息地、自然水域減少。研究探討維持合適的綠洲比例，對(duì)實(shí)現(xiàn)人工綠洲和天然綠洲協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義[1，2]。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于干旱區(qū)人工綠洲與天然綠洲適宜面積比例的研究有很多[3-5]，但是不同地點(diǎn)、不同研究方法等導(dǎo)致研究結(jié)果不盡相同。關(guān)于綠洲轉(zhuǎn)化方面，謝霞和塔西甫拉提[6]利用綠洲、荒漠重心遷移模型，分析了艾比湖流域綠洲和荒漠化的時(shí)空變化；魏偉等[7]采用干擾度指數(shù)、景觀脆弱度指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和破碎度等指數(shù)等分析了石羊河武威、民勤綠洲景觀空間變化特征并評(píng)估了綠洲生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。分析與探討維持合適的綠洲比例，對(duì)實(shí)現(xiàn)人工綠洲和天然綠洲協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

塔里木盆地是西北地區(qū)乃至整個(gè)中國(guó)典型的極度干旱區(qū)[8-9]，植被退化、沙漠化擴(kuò)張，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化成為塔里木河下游的主要特征[10]；塔里木河干流分為上、中、下游三段，其中，塔里木河下游是從恰拉至臺(tái)特瑪湖，河道長(zhǎng)428 km，河道呈東南方向穿行于塔克拉瑪干沙漠與庫(kù)魯克沙漠之間狹窄的沖積平原上。1970年后英蘇以下266 km河道斷流，1974年臺(tái)特瑪湖干涸[11]。塔里木河下游日益嚴(yán)重的生態(tài)退化問題引起了中國(guó)政府和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，為此，中國(guó)政府投資107億元用于塔里木河流域的生態(tài)整治，并于2000年5月啟動(dòng)了塔里木河下游生態(tài)輸水工程，至2011年，隨著生態(tài)輸水的持續(xù)進(jìn)行，地下水位有所抬升，地表植被長(zhǎng)勢(shì)有所改善[12]。

關(guān)于塔里木河下游人工與天然綠洲相互轉(zhuǎn)化的研究較少。本文分析了塔里木河下游在生態(tài)輸水前后人工、天然綠洲的轉(zhuǎn)化過程特征，并探討了研究時(shí)段人工—天然綠洲面積比例的適宜性。

1 研究區(qū)概況

塔里木河下游在行政范圍上包括尉犁縣和若羌縣的部分區(qū)域以及兵團(tuán)二師31、33、34團(tuán)（原來的31、32、33、34、35團(tuán)）。據(jù)遙感解譯資料，塔河下游流域面積約3900 km2。區(qū)內(nèi)水、土、光、熱、生物資源和地下油氣儲(chǔ)量豐富，是中國(guó)重要的優(yōu)質(zhì)棉花和特色水產(chǎn)生產(chǎn)基地。

塔里木河下游地區(qū)降水十分稀少，屬暖溫帶極端干旱區(qū)。據(jù)鐵干里克氣象站和若羌?xì)庀笳練v史資料，年降水量?jī)H17.4耀33.5 mm，潛在年蒸發(fā)量高達(dá)2671耀2902 mm。年平均氣溫10.7耀11.5益；年日照時(shí)數(shù)3082.7耀3121.3 h，年平均風(fēng)速2.2耀2.8 m/s；年累計(jì)大風(fēng)（風(fēng)速逸17.2 m/s）日數(shù)15.7耀37.1 d。受蒙古高壓影響，全年盛行東北風(fēng)，多風(fēng)沙天氣，年沙塵暴日數(shù)8.1耀15.1 d，浮塵天氣48.3耀122.4 d。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

對(duì)1990、2000、2010年的塔里木河下游30 m分辨率的TM影像進(jìn)行解譯，其中土地利用/覆被類型的劃分是按照國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的HJ/T192-2006《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》中土地利用類型的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行土地利用要素的提取，并繪制出塔里木河下游土地利用圖。在ERDAS9.0和ArcGIS 9.0的支持下，按照上述的分類系統(tǒng)對(duì)三期遙感影像進(jìn)行目視解譯并數(shù)字化、建立拓?fù)潢P(guān)系，并用野外考察數(shù)據(jù)對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行校正，獲得三期土地利用圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

2.2 綠洲分類方法

在綠洲平原區(qū)，將各土地利用分類類型進(jìn)行分類劃分，分為人工綠洲和天然綠洲[13-14]（表1）。

2.3 轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算

利用ArcGIS的interset模塊及Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊，將解譯好的塔里木河下游1990、2000和2010年的遙感影像，在ArcGIS中進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到1990—2000年，2000—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用/覆被變化總體特征

3.1.1 人工/天然綠洲面積總體變化特征

基于塔里木河下游1990、2000和2010年的遙感影像與土地利用/覆被變化圖，結(jié)合人工與天然綠洲的分類，得到塔河下游人工與天然綠洲面積變化圖（圖1）。從1990—2010年塔里木河流域人工綠洲面積表現(xiàn)為逐漸增加的過程，由1990年的481.29 km2減少到2000年的471.6 km2，然后又增加到2010年的862.98 km2，經(jīng)計(jì)算平均增長(zhǎng)率為19.09 km2/a；天然綠洲面積從1990—2010年呈逐漸下降的趨勢(shì)，由1990年的3 302.41 km2減少到2000年的3 195.62 km2，再減少到2010年的3 038.43 km2。

表1 天然綠洲與人工綠洲的劃分

3.1.2 林地與其他土地面積變化特征

表2為塔河下游不同時(shí)期各林地面積所占比例情況。由表2可知，塔里木河下游林地總面積占流域總面積的3.12%左右，從不同類型的林地變化情況分析，有林地占流域總面積的0.11%，且有林地在研究時(shí)段基本保持不變，年均變化率為0.08%。疏林地面積占流域總面積的0.02%左右，從其變化情況分析，疏林地在1990—2010的20 a里呈不斷減少的趨勢(shì)，且在不同時(shí)段減少速率不同，疏林地的年均變化率為-1.84%，在2000—2010年年均變化率為-2.91%。

圖1 塔里木河下游1990—2010年人工、天然綠洲分布

表2 塔河下游林地占流域總面積的比例

塔河下游在整個(gè)研究時(shí)段的土地利用類型主要為未利用地、林地和草地三種類型（圖2）。在1990—2000年塔河下游變化較快的土地類型為水域濕地、耕地和建設(shè)用地，其年均變化率分別-4.30%、1.23%和0.97%；下游變化最不明顯的土地利用類型為草地，年均變化率為-0.08%。在2000—2010年間，塔河下游變化最快的土地利用類型為水域濕地、耕地和草地，其年均變化率分別為36.89%、3.04%和-0.57%，變化最不明顯的為未利用地，年均變化率為-0.22%。從整個(gè)研究時(shí)段來（1990—2010年），塔河下游變化最快的土地類型為水域濕地、耕地和建設(shè)用地，其年均變化率分別為8.36%、2.32%和0.65%，變化最不明顯的土地利用類型則為未利用地，年均變化率為-0.06%。

3.2 生態(tài)輸水前后人工與天然綠洲轉(zhuǎn)化過程分析

3.2.1 輸水前人工與天然綠洲轉(zhuǎn)化過程

圖2 塔里木河下游不同時(shí)期土地/覆被圖

1990—2000年，塔里木河下游流域人工綠洲中耕地增加了12.31%，主要由高、中、低覆蓋草地轉(zhuǎn)化而來（表3）。河渠面積增加了1.73%，主要由耕地轉(zhuǎn)化而來；城鎮(zhèn)建設(shè)用地?zé)o變化，農(nóng)村居民點(diǎn)面積增加了15.07%，主要由耕地與低覆蓋、高覆蓋草地轉(zhuǎn)化而來。天然綠洲中有林地面積無變化；灌木林地、疏林地面積分別減少了18.46%、6.10%，灌木林地主要轉(zhuǎn)化成了低覆蓋草地、耕地、高覆蓋草地、沙地；疏林地主要轉(zhuǎn)化成了沙地與低覆蓋草地。高覆蓋草地面積減少了43.91%，主要轉(zhuǎn)化成了中覆蓋草地、低覆蓋草地、耕地、沙地、疏林地；中覆蓋草地面積增長(zhǎng)了10.26%，主要由高覆蓋草地轉(zhuǎn)化而來；低覆蓋草地增加了8.3%，主要由高、中覆蓋草地、疏林地轉(zhuǎn)化而來。水域中，河渠面積增加了1.73%，主要由耕地轉(zhuǎn)化而來。湖泊面積100%消失，說明原來湖泊完全消失，同時(shí)水庫(kù)面積減少了45.28%。

表3 塔里木河下游1990—2000年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 km2

3.2.2 輸水后人工與天然綠洲轉(zhuǎn)化過程

2000—2010年，塔里木河下游人工綠洲中，耕地增加了30.37%，主要由高、中、低覆蓋草地轉(zhuǎn)化而來（表4）；果園（其他林地）面積增加了0.13 km2；城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)面積分別增加了4.95%、1.82%，主要由耕地轉(zhuǎn)化而來。天然綠洲中，各種天然林面積均有減少，有林地、灌木林地、疏林地面積分別減少了0.08%、29.05%、3.87%，有林地主要轉(zhuǎn)化成了耕地，灌木林地主要轉(zhuǎn)化成了疏林地、沙地、低覆蓋草地，疏林地主要轉(zhuǎn)化成了沙地、耕地。天然草地中，高覆蓋草地面積減少了6.79%，主要轉(zhuǎn)化成了中覆蓋草地、耕地、低覆蓋草地；中覆蓋草地面積增加了10.48%，主要由高覆蓋草地、低覆蓋草地、沙地轉(zhuǎn)化而來；低覆蓋草地面積減少了10.55%，主要轉(zhuǎn)化成了耕地、沙地、水庫(kù)。在2000—2010年，人工綠洲中河渠面積無變化，而水庫(kù)面積增加了392.44%，主要由低覆蓋草地轉(zhuǎn)化而來。

表4 塔里木河下游2000—2010年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 km2

3.3 人工與天然綠洲面積比例分析

由前面分析可知，從1990—2010年塔里木河流域人工綠洲面積表現(xiàn)為逐漸增加的過程。通過計(jì)算人工與天然綠洲面積比例在近20 a呈增加的趨勢(shì)，在1990、2000、2010年，人工與天然綠洲面積比值分別是1頤9、1頤9、2頤8（表5）。

表5 塔里木河下游人工與天然綠洲面積比例

4 討論

1990—2010年，塔里木河下游新增耕地主要來源于林地和草地，建筑用地面積增速較為穩(wěn)定，且有提高的趨勢(shì)，這是由于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)上升、城市化進(jìn)程加快所致。人工水庫(kù)面積的增長(zhǎng)速度在時(shí)間尺度上表現(xiàn)為持續(xù)增長(zhǎng)。湖泊面積從1990—2000年呈下降趨勢(shì)，這與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的退化有著同樣的過程，但2000—2010年期間，在對(duì)塔河下游生態(tài)輸水過程中，生態(tài)退化又呈現(xiàn)反轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，水域面積大幅增加。人工果園面積在2000—2010年面積大幅增加（增加了0.13 km2），這與當(dāng)?shù)啬壳凹t棗和香梨等栽培實(shí)際情況一致。

綠洲適宜規(guī)模中，人工綠洲面積不宜過大，根據(jù)已有研究，國(guó)內(nèi)有研究提出天然綠洲面積比例應(yīng)至少為15%左右，即人工綠洲占整個(gè)綠洲面積的百分比不宜超過85%[15]；塔里木河下游主要是以灌溉農(nóng)業(yè)為主導(dǎo)的人工綠洲，剩余的水流向荒漠區(qū)，形成天然綠洲；當(dāng)?shù)靥烊痪G洲四周受風(fēng)沙侵襲較大，沙地范圍所占比例較大，因此，人工綠洲面積不宜過大，人工綠洲與天然綠洲的適宜比例可以為2頤3[16]；而本文中研究區(qū)人工與天然綠洲面積比例在1990、2000、2010年分別是1頤9、2頤8、3頤7。同時(shí)，眾所周知在新疆南疆地區(qū)荒漠草地占很大范圍，因此在遙感解譯過程中，對(duì)低覆蓋草地的定義是：只要1 m2中有4顆草，就算是低覆蓋草地。首先，天然綠洲面積主要是由三大類組成，按其面積及比例由大到小排列為：草地面積最大，其次林地，再次水域面積。由于草地面積占很大比例（圖3），因此，本研究認(rèn)為將低覆蓋草地全部算入天然綠洲范疇可能會(huì)產(chǎn)生誤差。

現(xiàn)將低覆蓋草地面積不算入天然綠洲范圍，再次計(jì)算人工與天然綠洲規(guī)模之比，此時(shí)，1990、2000、2010年的面積比例分別是2頤8、2頤8、3頤7（表 5）。

圖3 低覆蓋草地面積與其他類型面積比較

5 結(jié)論

（1）1990—2010年，塔里木河下游人工與天然綠洲總面積變化不大，綠洲的面積變化主要表現(xiàn)在人工綠洲與天然綠洲面積的相互轉(zhuǎn)化中，表現(xiàn)為人工綠洲替代天然綠洲的趨勢(shì)。人工綠洲平均以每年19.09 km2的速率增加，而天然綠洲平均以每年13.20 km2的速率減少。

（2）1990—2010年間，在塔河下游表現(xiàn)為：天然草地、林地等向人工綠洲中的耕地、建筑用地轉(zhuǎn)化；同時(shí)植被長(zhǎng)勢(shì)衰退：高覆蓋草地向中、低覆蓋草地轉(zhuǎn)化，中覆蓋草地向低覆蓋草地轉(zhuǎn)化，灌木林地逐漸退化為草地，低覆蓋草地向沙漠轉(zhuǎn)化。

（3）生態(tài)輸水前（1990—2000年），灌木林地、疏林地面積分別減少了18.46%、6.10%，高覆蓋草地面積減少了43.91%；生態(tài)輸水后（2000—2010年），灌木林地、疏林地面積分別減少了29.05%、3.87%，高覆蓋草地面積減少了6.79%；輸水前，湖泊面積100%消失，同時(shí)水庫(kù)面積減少了45.28%，輸水后，水庫(kù)面積增加了392.44%，可見生態(tài)輸水后疏林、草地退化速度有所緩解，同時(shí)水域面積有所提高。

（4）塔里木河下游流域在生態(tài)輸水前，耕地增加了12.31%，生態(tài)輸水后，耕地增加了30.37%，說明整個(gè)研究時(shí)段耕地?cái)U(kuò)張持續(xù)進(jìn)行。

（5）在1990、2000、2010年塔里木河下游人工/天然綠洲面積比例分別為2頤8、2頤8、3頤7，若按前人認(rèn)為干旱區(qū)人工、天然綠洲面積不應(yīng)少于2：3，塔里木河下游在研究時(shí)段人工—天然綠洲結(jié)構(gòu)還處于較適宜狀態(tài)。

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