近32年塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地演化遙感分析

曾 光，高會(huì)軍，朱 剛

(中國煤炭地質(zhì)總局航測遙感局遙感應(yīng)用研究院，西安 710054)

0 引言

濕地是人類最重要的生存環(huán)境之一，是由水陸相互作用而形成的自然綜合體［1］，在調(diào)節(jié)氣候、凈化環(huán)境、維持生物多樣性和緩解旱澇等方面發(fā)揮著巨大作用［2］。新疆地處我國西北內(nèi)陸干旱區(qū)，由于水資源的嚴(yán)重短缺，濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能顯得尤為重要［3］。受自然因素和人類活動(dòng)的影響，近年來新疆濕地退化形勢嚴(yán)峻［4］，艾比湖和塔里木河下游濕地面積的減少已引起地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值的減少［5－7］。近年來，我國眾多學(xué)者已從濕地的水文特征［8］、濕地生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)［9－10］和濕地景觀格局變化［3，11］等方面對(duì)新疆濕地進(jìn)行了廣泛而深入的研究，但大多僅局限于單一湖泊或河流，以塔里木盆地或準(zhǔn)噶爾盆地為單元進(jìn)行的濕地變化研究較少。

本文借助遙感和GIS 技術(shù)，對(duì)塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地近32 a 間的濕地演化特征進(jìn)行了探討，并分析了這2 大盆地濕地演化的差異性，試圖揭示2 大盆地的濕地變化與氣候因素、人類活動(dòng)之間的關(guān)系。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)源及其預(yù)處理

為了充分反映塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地濕地動(dòng)態(tài)變化特征及演變趨勢，選擇20 世紀(jì)70年代中期MSS 作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@一時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)可以近似代表未受人類活動(dòng)干擾或影響程度較小的自然環(huán)境條件下的濕地背景值;其次，進(jìn)入21 世紀(jì)以來，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人口數(shù)量的增加對(duì)淡水和土地資源的需求進(jìn)一步加大，對(duì)濕地資源產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅，因此，選取的2000年ETM 遙感數(shù)據(jù)能夠代表這一時(shí)期濕地的演變特征;最后，以2007年CBERS 02 作為現(xiàn)狀年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)2個(gè)盆地單元濕地因子進(jìn)行綜合解譯。

選取的MSS 數(shù)據(jù)以1975年雨季(6—10月)時(shí)相為主，約占同期遙感數(shù)據(jù)的76%;ETM 同樣以2000年的雨季數(shù)據(jù)為主，約占同期遙感數(shù)據(jù)的79%;而CBERS 02 則以2007年旱季(11月—次年5月)數(shù)據(jù)為主，約占65%。雖然時(shí)相的差異會(huì)對(duì)同一盆地單元濕地的演化規(guī)律分析產(chǎn)生一定影響，但只影響到氣候變化與濕地演變的直接關(guān)系;而濕地的綜合解譯不能僅依據(jù)水體與植被因素為唯一特征(如河流濕地中的泛洪平原濕地)，還需結(jié)合地形、地貌和水文地質(zhì)條件等因子進(jìn)行綜合判定，因此，通過20 世紀(jì)70年代的1∶10 萬地形圖的輔助，可降低因時(shí)相差異而引起的精度問題，濕地動(dòng)態(tài)變化分析仍具有一定的可比性。

在ERDAS 9.2 平臺(tái)下，分別對(duì)3 期遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正、幾何配準(zhǔn)及圖像鑲嵌等處理，然后利用MapGIS 6.7 進(jìn)行遙感解譯及綜合圖件的編制。

1.2 濕地分類體系的建立

根據(jù)《中華人民共和國濕地分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 24708—2009)》，結(jié)合2 大盆地水文地貌條件和濕地發(fā)育特征，本研究采用二級(jí)分類系統(tǒng)。其中，一級(jí)類型包括天然濕地和人工濕地;二級(jí)類型包括湖泊濕地、河流濕地、沼澤濕地、水庫和淡水養(yǎng)殖場。

1.3 專題信息提取及動(dòng)態(tài)變化

本次以人機(jī)交互目視解譯為主，根據(jù)不同濕地類型在遙感影像上的典型特征，建立遙感解譯標(biāo)志，借助MapGIS 6.7 工作平臺(tái)進(jìn)行綜合解譯;通過野外實(shí)地驗(yàn)證對(duì)解譯成果進(jìn)行修正與完善;制作1975年、2000年和2007年塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地分布圖(圖1)。

圖1 不同時(shí)期塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地分布Fig.1 Distribution of wetlands of Tarim Basin and Junggar Basin in different years

通過3 期濕地?cái)?shù)據(jù)的空間疊加，生成1975—2000年和2000—2007年2個(gè)盆地的濕地變化圖。

為了宏觀分析人類活動(dòng)對(duì)濕地演化進(jìn)程的影響，對(duì)3 期遙感數(shù)據(jù)的耕地因子進(jìn)行綜合解譯，并制作1975—2000年和2000—2007年耕地變化圖。

將相應(yīng)時(shí)期的濕地變化圖和耕地變化圖進(jìn)行空間疊加，提取“耕地增加”和“濕地減少”的雙重屬性圖斑，認(rèn)為該屬性的圖斑為因“圍濕造田”而直接喪失的濕地圖斑，進(jìn)而分析人類活動(dòng)對(duì)濕地演化的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地演化特征

塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地演化特征差異較大，具體表現(xiàn)在3個(gè)方面:

1)塔里木盆地濕地呈持續(xù)性萎縮，并有加速退化的趨勢，而準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積表現(xiàn)為先增加后減小，整體呈微弱增加的變化規(guī)律(表1)。

表1 塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地不同濕地類型面積統(tǒng)計(jì)Tab.1 Area statistics of different wetlands types in Tarim Basin and Junggar Basin (km2)

32 a 間，塔里木盆地濕地減少了2 739.88 km2，年均減少85.62 km2，其中，1975—2000年，濕地面積減少了1 266.33 km2，年均減少50.65 km2;2000—2007年，濕地面積又減少了1 473.55 km2，年均減少210.51 km2，濕地退化速率是1975—2000年的4.16 倍，具有加速退化的趨勢。準(zhǔn)噶爾盆地濕地演化進(jìn)程不同于塔里木盆地，1975—2000年，濕地面積增加了489.80 km2;2000—2007年，濕地演化規(guī)律與塔里木盆地相同，也呈萎縮趨勢，共計(jì)減少234.86 km2;32 a 間，準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積增加了254.94 km2，年均增加7.97 km2。

2)天然濕地的嚴(yán)重萎縮是引起塔里木盆地濕地面積銳減的主要原因之一。32 a 間，塔里木盆地內(nèi)河流濕地、湖泊濕地和沼澤濕地面積均呈持續(xù)性減少，共計(jì)減少2 854.67 km2，以沼澤濕地減少面積最大，為2 097.64 km2，占塔里木盆地濕地減少總面積的73.48%;其次為河流濕地和湖泊濕地，減少面積分別為589.34 km2和167.69 km2，分別占濕地減少總面積的20.65%和5.87%。

3)湖泊濕地是準(zhǔn)噶爾盆地濕地變化的指示因子。新疆的湖泊濕地水源補(bǔ)給主要依賴相鄰山地的冰川積雪融水和自然降水，因此該區(qū)的湖泊濕地是受氣候變化和人類活動(dòng)影響最為明顯的濕地類型。1975—2000年，由于降水量的普遍增多，準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積增加了489.80 km2，同時(shí)湖泊濕地面積也增加了361.37 km2，占濕地面積增加量的73.78%;2000—2007年，受持續(xù)干旱氣候條件的影響，湖泊濕地與濕地總面積分別減少了275.92 km2和234.86 km2。因此，湖泊濕地面積的消長是引起準(zhǔn)噶爾盆地濕地總面積發(fā)展與萎縮的重要指示因子。

2.2 濕地景觀格局變化差異

2.2.1 斑塊數(shù)及斑塊平均面積的變化差異

32 a 間，塔里木盆地濕地景觀斑塊數(shù)呈先增加后減少的變化趨勢(圖2(a))。1975—2000年，濕地斑塊數(shù)量增加了27個(gè)，而斑塊平均面積減少了2.21 km2，濕地整體處于破碎化發(fā)展階段;2000—2007年，濕地斑塊數(shù)量繼續(xù)減少了327個(gè)，而濕地的斑塊平均面積增加了2.35 km2，說明該時(shí)期塔里木盆地內(nèi)的小斑塊濕地消失。

圖2 濕地景觀斑塊數(shù)和平均面積變化對(duì)比Fig.2 Dynamic variations in patch number and average patch area of wetlands landscape

準(zhǔn)噶爾盆地濕地景觀變化特征不同于塔里木盆地，整體呈斑塊數(shù)增加、斑塊平均面積持續(xù)減少的變化趨勢(圖2(b))。1975—2000年，盆地內(nèi)濕地斑塊數(shù)量增加了96個(gè)，而斑塊平均面積減少了4.54 km2，這主要是由于2000年濕地景觀發(fā)生大面積的擴(kuò)展，形成了許多新生濕地斑塊;2000—2007年，盆地內(nèi)濕地斑塊數(shù)量減少了10個(gè)，斑塊平均面積仍繼續(xù)減少了0.51 km2，濕地演化呈萎縮態(tài)勢。

2.2.2 濕地景觀多樣性的變化差異

圖3 濕地景觀多樣性指數(shù)變化Fig.3 Change of landscape diversity indices of wetlands

1975年、2000年和2007年，塔里木盆地濕地景觀多樣性指數(shù)水平較高，為1.11，1.23 和1.19，均小于景觀最大可能的多樣性指數(shù)1.609 4［3］，說明塔里木盆地濕地景觀類型所占面積比例有一定差異。32 a 間，多樣性指數(shù)整體增加說明不同濕地類型面積比例差異減小，景觀多樣性增大(圖3(a))。優(yōu)勢度指數(shù)和均勻度指數(shù)一樣，也是描述景觀由少數(shù)幾個(gè)主要類型控制的程度，2個(gè)指數(shù)間可以彼此驗(yàn)證［12］，塔里木盆地2個(gè)指數(shù)變化規(guī)律相同，呈先增加后減小，整體增加的變化趨勢，說明盆地內(nèi)占主導(dǎo)地位的濕地類型所占比例已經(jīng)發(fā)生了變化，景觀結(jié)構(gòu)趨于均勻化。1975—2000年，沼澤濕地面積比例由48.70%減少至33.93%，河流濕地面積比例由35.49%增加至42.20%，濕地景觀類型所占面積比例差異降低，均勻度指數(shù)增加;2000—2007年，河流濕地面積比例繼續(xù)增大至46.76%，而沼澤濕地比例下降至26.24%，濕地景觀類型比例差異開始增大，濕地主導(dǎo)類型由沼澤濕地轉(zhuǎn)化為河流濕地，均勻度指數(shù)降低，濕地多樣性減少。優(yōu)勢度指數(shù)的降低(如沼澤濕地)說明盆地內(nèi)濕地景觀類型所占面積比例差異逐漸縮小，景觀結(jié)構(gòu)趨于均勻化，濕地生態(tài)系統(tǒng)處于良性發(fā)展，反之，優(yōu)勢度指數(shù)增加，說明濕地類型比例差異增大，多樣性降低。

準(zhǔn)噶爾盆地濕地景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均小于塔里木盆地，說明不同濕地類型所占的面積比例差異大于塔里木盆地;同時(shí)，優(yōu)勢度指數(shù)大于塔里木盆地，表明準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)有處于絕對(duì)主導(dǎo)地位的濕地類型(圖3(b))。1975年、2000年和2007年湖泊濕地占盆地內(nèi)濕地總面積的比例分別為65.96%，67.32%和62.75%，均處于主導(dǎo)地位。然而縱觀32 a 間，準(zhǔn)噶爾盆地濕地景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)在持續(xù)增加，而優(yōu)勢度指數(shù)在持續(xù)減少，說明居于主導(dǎo)地位的湖泊濕地類型所占濕地總面積的比例逐漸降低，處于次要地位的濕地類型呈發(fā)展趨勢，濕地生態(tài)系統(tǒng)處于均勻化發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

3 濕地演化驅(qū)動(dòng)力分析

濕地演化受到氣候變化和人類活動(dòng)的影響［13－14］，本文從這2 方面來綜合分析濕地的演化特征。

3.1 氣候變化因素

氣候是控制濕地消長的根本動(dòng)力因素，濕地的消長也會(huì)改變濕地系統(tǒng)，進(jìn)而加快氣候變化的速度［15］。自20 世紀(jì)80年代中期以來，新疆氣候發(fā)生了由暖干向暖濕的轉(zhuǎn)型，整個(gè)新疆地區(qū)降水量存在逐漸增多的趨勢，且南疆降水量高于北疆地區(qū)［16］。1961—2008年，新疆各區(qū)域年平均氣溫呈一致的上升趨勢，北疆線性增溫率為0.38℃/10 a，南疆為0.28℃/10 a，北疆增溫幅度大于南疆地區(qū)［17］。

塔里木盆地選擇阿克蘇、輪臺(tái)、庫車、喀什、巴楚、阿拉爾、鐵干里克、若羌、莎車、皮山、和田、民豐、且末和于田等14個(gè)氣象站，準(zhǔn)噶爾盆地選擇哈巴河、吉木乃、福海、精河、烏蘇、石河子、蔡家湖和奇臺(tái)等8個(gè)氣象站收集1975—2007年連續(xù)的降水和氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)。

32 a 間，塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地降水量和氣溫均呈逐年上升趨勢。其中，塔里木盆地年降水量和氣溫分別以0.596 7 mm/a 和0.042℃/a 的速度遞增，而準(zhǔn)噶爾盆地年降水量和氣溫分別以1.694 8 mm/a和0.047℃/a 的速度增長，年均增幅高于塔里木盆地(圖4)。

降水量的增多與氣溫的上升均對(duì)濕地的擴(kuò)張產(chǎn)生直接影響。1975年、2000年和2007年，塔里木盆地年降水量分別為29.24 mm，37.28 mm 和41.21 mm，年均氣溫分別為10.77℃，12.07℃和12.88℃;1975—2000年和2000—2007年期間的年降水量增幅為27.48% 和10.56%，年均氣溫增幅為12.07% 和6.69%。盆地內(nèi)年降水量增幅均明顯高于氣溫增加量，但是濕地面積仍以20.63%和30.25%的幅度銳減，尤其2000年以后濕地面積的減少量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過降水量和氣溫的綜合影響，說明除自然因素等條件外，還有其他因素影響著塔里木盆地的濕地演化。

1975年、2000年和2007年，噶爾盆地年降水量分別為120.30 mm，177.03 mm 和221.63 mm，年均氣溫為5.49℃，6.46℃和7.48℃;1975—2000年和2000—2007年期間降水分別以47.15%和25.19%的幅度遞增;年均氣溫增加幅度為17.77% 和15.67%。1975—2000年，準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積增幅為21.90%，而2000—2007年，濕地開始出現(xiàn)萎縮現(xiàn)象，面積減少幅度為8.35%。因此，準(zhǔn)噶爾盆地濕地的演化與降水量和氣溫的變化存在著密切關(guān)系，氣候?qū)竦氐目刂谱饔妹黠@強(qiáng)于塔里木盆地。

3.2 人類活動(dòng)因素

為了分析濕地演化與人類活動(dòng)的耦合關(guān)系，將1975—2000年和2000—2007年濕地動(dòng)態(tài)變化圖分別與相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)耕地變化圖進(jìn)行空間疊加，提取“耕地?cái)U(kuò)展和濕地減少”的雙重屬性圖斑，認(rèn)為這是人類“圍濕造田”活動(dòng)對(duì)濕地的直接占用的表現(xiàn)。

1975—2000年，塔里木盆地濕地總面積減少1 266.33 km2，因“圍濕造田”而直接占用的濕地面積達(dá)1 035.06 km2，占濕地面積減少量的81.74%;2000—2007年，濕地總面積減少了1 473.55 km2，“圍濕造田”面積達(dá)1 030.30 km2，占濕地總面積減少量的69.92%。32 a 間，“圍濕造田”強(qiáng)度居高不下，是引起塔里木盆地濕地面積銳減的主要原因。

1975—2000年，準(zhǔn)噶爾盆地濕地增加了489.80 km2，而由于“圍濕造田”直接喪失230.80 km2的濕地;2000—2007年，盆地內(nèi)濕地減少了234.86 km2，因“圍濕造田”而減少的濕地面積為103.46 km2，占濕地面積減少總量的44.05%，表明人類活動(dòng)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地濕地演化進(jìn)程的影響也較大。

4 結(jié)論

1)2000年以后塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地資源均呈現(xiàn)不同程度的退化趨勢。32 a 間，塔里木盆地濕地減少2 739.88 km2，年均減少85.62 km2，其中，2000—2007年，濕地年均減少速率是1975—2000年的4.16 倍，濕地具有加速退化的趨勢;準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積變化表現(xiàn)為先增加后減小，整體呈微弱增加的變化趨勢，32 a 間濕地總面積增加了254.94 km2，湖泊的消長對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積的變化影響較大。

2)1975—2000年，塔里木盆地濕地處于破碎化發(fā)展階段，濕地景觀斑塊數(shù)量增加、斑塊平均面積減小，沼澤濕地所占比例下降，濕地景觀結(jié)構(gòu)趨于均勻化;2000—2007年，小斑塊濕地出現(xiàn)大量消亡的現(xiàn)象，斑塊數(shù)量減少327個(gè)，斑塊平均面積減少2.35 km2，河流濕地成為主導(dǎo)類型，多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)降低，濕地多樣性減少。準(zhǔn)噶爾盆地濕地景觀演化特征與塔里木盆地有較大差異，1975—2000年，濕地斑塊數(shù)量增加了96個(gè)，斑塊平均面積減少了4.54 km2，濕地以新增方式為主;2000—2007年，濕地斑塊數(shù)量減少了10個(gè)，而斑塊平均面積仍繼續(xù)減少了0.51 km2，濕地呈萎縮發(fā)展態(tài)勢，湖泊濕地是準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)占絕對(duì)優(yōu)勢的濕地類型;32 a 間，準(zhǔn)噶爾盆地濕地多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)持續(xù)增加，而優(yōu)勢度指數(shù)持續(xù)減少，景觀結(jié)構(gòu)趨于均勻化。

3)32 a 間，塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地年降水量和年均氣溫均呈逐年上升的趨勢，增加量分別為0.59 mm/a和0.042℃/a，1.69 mm/a 和0.047℃/a，對(duì)濕地的擴(kuò)張有著直接的影響。

4)2000年以后，準(zhǔn)噶爾盆地濕地呈退化趨勢，因“圍濕造田”直接喪失的濕地面積達(dá)103.46 km2，占2000—2007年濕地面積減少量的44.05%。塔里木盆地濕地面積的持續(xù)減少與人類活動(dòng)密切相關(guān)，1975—2000年和2000—2007年，因“圍濕造田”而占用的濕地面積為1 035.06 km2和1 030.30 km2，分別占2個(gè)時(shí)段內(nèi)濕地面積減少總量的81.74%和69.92%。因此，在積極有效地保護(hù)濕地資源的基礎(chǔ)上，應(yīng)合理布置農(nóng)業(yè)空間格局及發(fā)展規(guī)模。

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