中國(guó)西北干旱區(qū)土地利用/覆蓋變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展

摘 要：土地利用和覆蓋變化是人類改變地表環(huán)境最明顯的表現(xiàn)，土地利用/覆蓋變化與區(qū)域的自然要素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素存在密切關(guān)系，是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在中國(guó)西北干旱區(qū)，由于山地-綠洲-荒漠每個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生態(tài)環(huán)境脆弱、景觀差異明顯、對(duì)環(huán)境變化敏感等特點(diǎn)，因此區(qū)域可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅。在介紹了LUCC概念和研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上，綜述了LUCC與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系。依據(jù)干旱區(qū)不同系統(tǒng)的自然環(huán)境特點(diǎn)，闡述了不同時(shí)期的LUCC與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展關(guān)系，進(jìn)而討論了依據(jù)干旱區(qū)LUCC特點(diǎn)，實(shí)施區(qū)域可持續(xù)發(fā)展措施。

關(guān)鍵詞：區(qū)域可持續(xù)發(fā)展；土地利用/覆蓋變化；干旱區(qū)

中圖分類號(hào) X37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）04-108-03

按照人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)地域空間范圍的尺度，可持續(xù)發(fā)展分為全球可持續(xù)發(fā)展（global sustainable development）、國(guó)家可持續(xù)發(fā)展（state sustainable development）、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展（比國(guó)家小一級(jí)的地域單元， 如我國(guó)的省、美國(guó)的州）（regional sustainable development）。區(qū)域可持續(xù)發(fā)展是國(guó)家乃至全球可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是比區(qū)域更小地域生產(chǎn)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的的綜合，具有承上啟下的作用[1]。當(dāng)前影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境問(wèn)題主要是含碳溫室氣體造成的氣候變化，氮、硫氧化物的大氣污染，臭氧層破壞，生物多樣性減少，有毒有害化學(xué)品的危害，滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害，荒漠化和水土流失，暴雨和洪澇。土地利用是人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的一種重要方式。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，土地利用的廣度和強(qiáng)度不斷發(fā)生變化，由此產(chǎn)生了影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的以上環(huán)境問(wèn)題。LUCC研究的根本出發(fā)點(diǎn)和基本目標(biāo)是：通過(guò)對(duì)人類驅(qū)動(dòng)力—土地利用/覆被變化—全球變化和環(huán)境反饋之間的動(dòng)力學(xué)與相互機(jī)制的認(rèn)識(shí)，建立能夠用來(lái)預(yù)測(cè)土地利用/覆被變化評(píng)價(jià)環(huán)境變化并提供決策支持的LUCC模型，從而預(yù)測(cè)土地利用/覆被變化，評(píng)估生態(tài)環(huán)境變化，并積極尋求人為干預(yù)[2]，最后實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

1 區(qū)域概況

目前，全世界共有干旱土地約64.5億hm2，約占全球土地的43%[3]。地處我國(guó)西北的干旱地區(qū)，位于歐亞大陸腹地，包括新疆全境、甘肅河西走廊、青海柴達(dá)木盆地以及內(nèi)蒙古賀蘭山以西的地區(qū)。地理位置為E73°-106°、N35°-50°，總面積約占全國(guó)國(guó)土面積的24.5%。氣候干燥少雨，荒漠廣布，植被稀少，屬于典型干旱區(qū)。近50a來(lái)由于區(qū)域氣候異常和人類活動(dòng)干擾，導(dǎo)致干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境少有的脆弱性和變異性，反映在土地利用和覆被變化上非常顯著，直接影響了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

2 土地利用/覆被變化與可持續(xù)發(fā)展

2.1 土地利用/覆蓋變化（LUCC） 土地利用/土地覆被變化是目前全球變化研究核心主題之一。土地利用是指對(duì)土地的使用狀況，是人類根據(jù)土地的自然特點(diǎn)，按照一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)目的，采取一系列生物、技術(shù)手段對(duì)土地進(jìn)行長(zhǎng)期或周期性經(jīng)營(yíng)管理和治理改造活動(dòng)；土地覆被與土地利用在概念上有區(qū)別也有聯(lián)系。土地覆被是隨遙感技術(shù)應(yīng)用而出現(xiàn)的新概念，是指覆蓋地面的自然物體和人工建筑物，它反映了地球表層的自然狀況[4]。另有學(xué)者稱土地覆被為“具有一定地形起伏的覆蓋著植被、雪、冰川或水體，包括土壤層在內(nèi)的陸地表層”。土地利用是土地覆蓋變化的最重要的影響因素，土地覆蓋變化反過(guò)來(lái)又作用于土地利用[5]。

2.2 LUCC與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展 土地利用和土地覆被變化是實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，區(qū)域可持續(xù)發(fā)展又協(xié)調(diào)了土地利用，改善了土地覆被變化。雖然土地是某一區(qū)域自然環(huán)境要素之一，但土地利用和覆被在時(shí)間和空間上不斷變化，從而影響了植被、河流、土壤、大氣等，使整個(gè)區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，例如生物多樣性減少、河流斷流和污染、土壤肥力下降和次生鹽漬化、大風(fēng)和沙塵天數(shù)增多等，威脅區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。反過(guò)來(lái)，區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展對(duì)土地利用和土地覆被變化也有深刻的影響。這種影響包括區(qū)域的整體自然環(huán)境和區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)土地利用和土地覆被變化產(chǎn)生影響。前者通過(guò)某一要素或整體直接或間接影響土地利用方式的改變和土地覆被的相應(yīng)變化。后者因經(jīng)濟(jì)投入的增加、生產(chǎn)技術(shù)水平提高、人地矛盾的緩解對(duì)土地利用和覆被變化的影響更加直接、顯著。正因?yàn)長(zhǎng)UCC與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展存在密切關(guān)系，LUCC成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

2.3 當(dāng)今LUCC研究?jī)?nèi)容 目前土地科學(xué)的焦點(diǎn)問(wèn)題是：（1）觀測(cè)和監(jiān)測(cè)全球不同的時(shí)空尺度下發(fā)生的土地利用和覆被變化；（2）綜合理解這種人類—環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的變化原因、結(jié)果和效應(yīng)；（3）空間顯性模擬土地利用/覆被變化；（4）全面評(píng)價(jià)土地系統(tǒng)功能和價(jià)值，如脆弱性、彈性、可持續(xù)性[7]。

2.3.1 地理信息技術(shù)成功使用 “3S”技術(shù)的使用對(duì)土地利用和覆被變化研究起到推動(dòng)作用。經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代的通過(guò)遙感數(shù)字影像—人機(jī)交互判讀—計(jì)算機(jī)量測(cè)匯總—數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)土地利用信息提取，提高了土地利用數(shù)據(jù)獲取的速度和精度[8]。到20世紀(jì)90年代的利用地理信息系統(tǒng)中的分析功能可以獲得土地利用的變化矩陣，將原來(lái)土地利用變化的精度由“面積大小”提高到“位置與大小”，解決了土地利用變化“來(lái)龍去脈”分析，使土地利用變化向“過(guò)程研究”深入[9]。近年又探索利用地學(xué)信息圖譜構(gòu)建土地利用和覆被變化時(shí)空復(fù)合體模型研究[10]。

2.3.2 LUCC模型研究 早期的LUCC模型多為非空間模型。近10多年來(lái)，LUCC模型發(fā)展以空間模型為主，這些空間模型被視為一種靜態(tài)模型，其假設(shè)土地利用變化和其驅(qū)動(dòng)因子之間因果關(guān)系不隨時(shí)間發(fā)生變化。目前，多數(shù)LUCC模型都是基于壓力—狀態(tài)—反應(yīng)（Pressure-State-Response）的框架體系，但沒(méi)有把LUCC影響也作為一種反饋因子。由于人類和所處的周圍環(huán)境相互作用、相互影響、相互制約，形成了一個(gè)開(kāi)放的、綜合的復(fù)合系統(tǒng)[12]。我們借用“局部均衡分析（Partial equilibrium analysis）”這一經(jīng)濟(jì)學(xué)名詞來(lái)描述LUCC模型。該方法在小區(qū)域研究具有可行性，對(duì)于大區(qū)域研究由于主體和土地的隸屬關(guān)系等信息獲取不容易，所以存在一定困難。從長(zhǎng)遠(yuǎn)趨勢(shì)來(lái)看，我們借用“一般均衡分析（General equilibrium analysis）這一經(jīng)濟(jì)學(xué)名詞來(lái)描述LUCC模型，這樣就能從系統(tǒng)觀和整體觀的角度來(lái)綜合考慮“人類—環(huán)境”復(fù)合關(guān)系，能很好地解釋和預(yù)測(cè)土地利用變化系統(tǒng)。未來(lái)多尺度、多層次的綜合研究是LUCC模型研究新要求，模型驗(yàn)證是LUCC模型的挑戰(zhàn)[13]。

2.3.3 LUCC研究的生態(tài)學(xué)理念和環(huán)境效應(yīng)研究 景觀生態(tài)學(xué)用于研究LUCC，主要在于研究基質(zhì)、綴塊、廊道等不同景觀要素的相互作用和尺度轉(zhuǎn)換特征。以空間鑲嵌穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，產(chǎn)生了“空間解決法”（Spatial solution），為土地的持續(xù)利用評(píng)價(jià)提供一條新途徑。理論上可以假設(shè)，任何景觀都存在一個(gè)土地利用系統(tǒng)的最佳空間配置，可以滿足人類世代的基本需求，并維持土地質(zhì)量，即達(dá)到土地利用的發(fā)展目標(biāo)[14]。LUCC環(huán)境效應(yīng)因研究尺度不同有較大差異。全球尺度的環(huán)境效應(yīng)研究側(cè)重于LUCC對(duì)全氣候變化的影響，集中表現(xiàn)在大氣成分變化引起的氣候變化。區(qū)域尺度的土地利用變化環(huán)境效應(yīng)研究則側(cè)重于土地退化、水文過(guò)程、土壤環(huán)境、生物多樣性等效應(yīng)方面。局域尺度的土地利用環(huán)境效應(yīng)側(cè)重于地方的生態(tài)環(huán)境變化[14]。

3 干旱區(qū)土地利用和土地覆蓋變化的基本特點(diǎn)

干旱區(qū)是一個(gè)山地、綠洲、荒漠三者具有一定耦合關(guān)系的系統(tǒng)。在中國(guó)西部干旱區(qū)山盆體系中，山地向盆地中輸送了大量的地表水和地下水，決定了天然綠洲的規(guī)模和范圍，也影響了人工綠洲的發(fā)展?jié)摿15]。因此，在這樣的條件下，干旱區(qū)的土地利用和覆被變化表現(xiàn)出與濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)區(qū)截然不同的特點(diǎn)。

3.1 干旱區(qū)土地利用和土地覆蓋空間差異明顯 在山地區(qū)，稍濕潤(rùn)、溫度變化緩和，水熱變化和垂直變化明顯，穩(wěn)定性隨因素組合而不同。該區(qū)域?yàn)閺搅餍纬蓞^(qū)，冰雪與降水資源豐富，年降水量150～1 000mm，一些山地作為放牧、旅游等季節(jié)開(kāi)放或礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)。在盆地邊緣、河流沖積平原、山間谷地的綠洲，小氣候效應(yīng)明顯，區(qū)域的穩(wěn)定性受多種因素的制約，生產(chǎn)力高，該區(qū)域?yàn)閺搅飨膮^(qū)，降水量多在150mm以下，以天然草甸、林灌植被、人工耕地和水域?yàn)橹?，為人類活?dòng)中心，受自然和人為活動(dòng)的制約，隨綠洲的類型變化，生態(tài)環(huán)境脆弱程度而不同。在荒漠區(qū)，干旱、多風(fēng)、極端溫度明顯，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，生產(chǎn)力很低。無(wú)地表徑流或?yàn)榈乇韽搅魃⑹^(qū)，年降水僅為20～80mm，戈壁、荒漠、裸土、石礫地和荒漠化土地構(gòu)成荒漠景觀。受人類活動(dòng)干預(yù)增多，有考察、探險(xiǎn)、放牧等活動(dòng)，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。

3.2 干旱區(qū)山地、綠洲、荒漠每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部景觀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生態(tài)環(huán)境脆弱 在干旱區(qū)，山地基本格局就是荒漠—山地草原-山地森林-高山草甸-亞冰雪-冰雪帶構(gòu)成的垂直帶譜[16]。森林發(fā)育的規(guī)律是：在阿爾泰山1 500～2 500m、天山北坡1 600～2 700m、祁連山2 600～3 300m、西昆侖山2 700～3 600m[17]，這些森林處于干旱的氣候條件包圍中，生態(tài)環(huán)境脆弱。在山地垂直帶譜中缺少森林帶地方，山地草原及高山草甸發(fā)育為主要特征，環(huán)境比較惡劣，農(nóng)業(yè)發(fā)展受一定的限制。在山地草原和山地荒漠帶為主的垂直帶地方，表現(xiàn)極端的干旱天氣，草場(chǎng)質(zhì)量較差，牧業(yè)發(fā)展受嚴(yán)重限制。在以濕地為主要特征的山地內(nèi)部格局，多是生物多樣性集中地[16]。

綠洲是干旱區(qū)人類活動(dòng)集中而活躍的地方。由于人類活動(dòng)的影響，中國(guó)內(nèi)陸干旱區(qū)綠洲大多以人工綠洲為主[17]，其主要特點(diǎn)是通過(guò)人工渠道將地表水（開(kāi)采地下水）引入到地勢(shì)平坦土質(zhì)較好的地方，這樣使綠洲在整體上呈現(xiàn)綠洲分布在荒漠基地的背景上，而在綠洲內(nèi)部又有小范圍的荒漠（未利用的土地）斑塊分布。所以，綠洲范圍的確定是以農(nóng)田、林地和濕地斑塊的分布來(lái)確定綠洲邊界。近幾十年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，綠洲普遍存在過(guò)度開(kāi)發(fā)問(wèn)題，直接導(dǎo)致了干旱區(qū)綠洲景觀發(fā)生顯著變化。首先，在老綠洲和新增綠洲中，農(nóng)田、未利用土地和草地所占面積最大。其次，在老綠洲中，建筑用地斑塊的密度最高，水域和林地最低。在新增綠洲區(qū)中，未利用土地、草地和農(nóng)田的斑塊的密度最高。第三，在老綠洲中，農(nóng)田的最大斑塊指數(shù)最高，在新增綠洲中，未利用土地和農(nóng)田最高。

荒漠區(qū)氣候干燥、降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、植被貧乏，同時(shí)，地面溫度變化很大，物理風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)力作用活躍，地表水極端缺乏，多鹽堿土；植被生長(zhǎng)極差，只有在河道兩側(cè)或尾閭區(qū)生長(zhǎng)一些胡楊等。

3.3 綠洲-荒漠帶不穩(wěn)定 綠洲-荒漠交錯(cuò)帶介于綠洲與荒漠之間，因其高機(jī)率的被替代性、弱的抗干擾能力、低概率的原狀恢復(fù)性而成為最脆弱、最不穩(wěn)定的生態(tài)區(qū)域類型之一。隨著綠洲農(nóng)業(yè)的發(fā)展，大面積原來(lái)屬于交錯(cuò)帶的荒漠帶被開(kāi)墾為農(nóng)業(yè)用地，使人工綠洲面積迅速增大，從而使交錯(cuò)帶內(nèi)部邊界向外擴(kuò)展，加上外部邊界向內(nèi)退縮，使交錯(cuò)帶變窄。但如果開(kāi)荒土地水源無(wú)法保證，大面積棄耕變成鹽堿化，植被覆蓋度大幅度下降，天然綠洲一部分轉(zhuǎn)為交錯(cuò)帶，其邊界又向綠洲擴(kuò)大[20]。

4 干旱區(qū)LUCC與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系

原始的綠洲居民在選擇棲息地時(shí)，往往依水而居，首選在山前洪積扇中下部，潛水溢出帶附近，這里土壤肥沃，地下徑流通暢，水源穩(wěn)定、充裕。其次，亦或選在沿河的三角洲上，這里地勢(shì)平坦，土層深厚，地下水位高，引水方便，渠道縱橫。隨著氣候干旱加劇、人口數(shù)量增加，灌溉面積和用水增加，植被破壞，水源缺乏，流沙緊逼，一些聚落被湮沒(méi)。今天留給我們的只是一片廢墟。土地沙漠化是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，還有一些是重大破壞事件如戰(zhàn)亂發(fā)生、政權(quán)更替、宗教戰(zhàn)爭(zhēng)后突然放棄的。

經(jīng)過(guò)解放后幾十年的開(kāi)發(fā)建設(shè)，我國(guó)西北綠洲的面積大幅度擴(kuò)大。如新疆的綠洲面積是解放前的3倍多。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期建設(shè)，不僅擴(kuò)大了綠洲面積，而且在綠洲內(nèi)部形成了良好的生態(tài)環(huán)境。但綠洲外部的生態(tài)環(huán)境不斷惡化，主要表現(xiàn)在：湖泊的干涸和萎縮，土地沙化面積擴(kuò)大，河流下游和尾閭植被衰敗，土地次生鹽漬化擴(kuò)大等。這些問(wèn)題，有些是自然因素形成的，而更多的是人類對(duì)土地和水資源的不合理利用，改變?cè)械耐恋馗脖唬璧K了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)果和討論

山地是干旱區(qū)水資源的形成區(qū)和涵養(yǎng)區(qū)，冰雪融化及降水集中，易于造成水土流失的發(fā)生。植被是維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素，各種天然植被的水土保持作用和水資源涵養(yǎng)作用是其他要素不可替代的。因此在山地LUCC研究中，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)的發(fā)展，應(yīng)該運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，諸如復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)原理、物質(zhì)和能量循環(huán)原理、生態(tài)平衡和忍耐極限原理、系統(tǒng)開(kāi)放原理、生態(tài)位原理和限制因子原理等[21]。

以天山北坡為例，在天山北坡中山帶，實(shí)施以生態(tài)建設(shè)為核心、生態(tài)產(chǎn)業(yè)為支柱的發(fā)展戰(zhàn)略。具體包括：（1）建設(shè)中山帶生態(tài)環(huán)境：研究和恢復(fù)傳統(tǒng)山地森林帶下限高度的可能性，擴(kuò)大森林分布范圍，為綠洲可持續(xù)發(fā)展提供安全的生態(tài)保障；（2）發(fā)展山地旅游業(yè)：山地蘊(yùn)含極為豐富的旅游資源，研究和開(kāi)發(fā)這些資源是干旱區(qū)今后發(fā)展的重要思路；（3）建設(shè)山區(qū)水庫(kù)：平原水庫(kù)由于強(qiáng)烈的水資源蒸發(fā)損失嚴(yán)重，干旱區(qū)水資源的合理調(diào)配必須依賴山區(qū)的水庫(kù)建設(shè)。中山帶下部正是山區(qū)降水帶的下部，因而是選擇和建設(shè)山區(qū)水庫(kù)的合適位置[22]；（4）利用遙感、GIS等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成就，建立山地系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)信息決策系統(tǒng)。

綠洲可持續(xù)發(fā)展必須尊重自然規(guī)律，以流域?yàn)閱卧?，綜合規(guī)劃治理，使整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化。首先，水土組合是干旱區(qū)LUCC的決定因素，建設(shè)水利設(shè)施，水利工程從平原向山區(qū)轉(zhuǎn)移，建立山區(qū)水利樞紐，達(dá)到水資源時(shí)空分配相對(duì)平衡；合理利用水資源，實(shí)現(xiàn)從低效和粗放向合理利用轉(zhuǎn)變，適度開(kāi)發(fā)地下水。其次，改土配肥，克服綠洲土壤的次生鹽漬化。建設(shè)防護(hù)林，防止風(fēng)沙對(duì)綠洲土壤的侵蝕。最后，適度擴(kuò)大新綠洲，提高現(xiàn)有土地生產(chǎn)力。在水源有保證的地方，提高現(xiàn)有水源灌溉潛力，合理配置水資源。西北地區(qū)中、低產(chǎn)田面積大，可以通過(guò)合理灌溉、排水降低地下水位、提高肥力、營(yíng)造防護(hù)林等綜合措施提高單產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高效、特色農(nóng)業(yè)。

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（責(zé)編：徐世紅）