基于植被覆蓋變化的塔里木河干流保護(hù)對(duì)策研究

馮 娟

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

塔里木河干流是典型的干旱區(qū)內(nèi)陸河流[1]，干旱惡劣的自然環(huán)境與極端脆弱的生態(tài)條件決定了這一區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、脫貧攻堅(jiān)離不開生態(tài)安全保障體系建設(shè)。為響應(yīng)國(guó)家提出的建設(shè)生態(tài)文明和諧新社會(huì)的號(hào)召，實(shí)現(xiàn)人與自然、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的和諧發(fā)展，對(duì)塔河流域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理和保護(hù)，自2001年起國(guó)家便投資大量人力物力對(duì)塔河流域進(jìn)行綜合治理。研究結(jié)果顯示塔河流域的綜合治理也不負(fù)眾望取得了良好的生態(tài)和社會(huì)效益[2-3]，但是流域整體生態(tài)系統(tǒng)退化格局沒有改變[4-5]。 基于此，文章從塔里木河干流的植被覆蓋時(shí)空變化角度出發(fā)，首先界定了流域生態(tài)廊道的范圍[6]，然后利用Mann-Kendall檢驗(yàn)方法研究植被覆蓋變化特征，進(jìn)而探討其生態(tài)環(huán)境變化，基于此提出塔里木河流域進(jìn)一步的保護(hù)措施與對(duì)策，這不僅可以為塔里木河干流進(jìn)一步的治理與保護(hù)提供科學(xué)指導(dǎo)，更是實(shí)現(xiàn)塔河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)整體穩(wěn)定發(fā)展的迫切需要。

1 研究區(qū)概況

塔里木河干流的地理位置是E81°13′-88°34′，N39°26′-41°32′，是典型的干旱區(qū)內(nèi)陸河流，自身不產(chǎn)流，干流的水量主要由阿克蘇河、葉爾羌河、和田河三源流補(bǔ)給，全長(zhǎng)1321km，其地勢(shì)為西高東低、北高南低，由西向東傾斜，至鐵干里克轉(zhuǎn)向由北向南，屬平原型河流。研究區(qū)屬暖溫帶極干旱氣候區(qū)，全年降水稀少，蒸發(fā)較大。塔里木河干流土壤類型有16種，包括草甸土、潮土、風(fēng)沙土、灌耕土等，其中以風(fēng)沙土所占比例最大，占全區(qū)的57.72%。植被類型主要由喬木、灌木和草本植物等干旱區(qū)河岸稀疏植被組成。研究區(qū)概況圖，見圖1。

圖1 研究區(qū)概況圖

2 基本數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

研究使用的土地利用數(shù)據(jù)來自塔里木河干流1990年、2000年、2010年及2018年Landsat-TM影像數(shù)據(jù)，分辨率為30m。使用的NDVI數(shù)據(jù)來自1990、2000、2010及2018年生長(zhǎng)季Terra和Aqua衛(wèi)星搭載的MODIS傳感器，250m空間、16d時(shí)間分辨率。通過研究區(qū)邊界裁剪確定1990年、2000年、2010年及2018年16天時(shí)間分辨率NDVI數(shù)據(jù)集，之后又基于NDVI數(shù)據(jù)集利用像元二分模型估算植被覆蓋度。

2.2 植被覆蓋度變化特征分析

植被覆蓋度變化趨勢(shì)我們采用單調(diào)趨勢(shì)的Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)[7]進(jìn)行研究，假設(shè)H0表示時(shí)間序列(x1 ,x2 ,…,xn)是數(shù)據(jù)樣本相獨(dú)立，不存在明顯趨勢(shì)；假設(shè)H1是雙邊檢驗(yàn)，對(duì)于所有的i,j,且i≠j,xi和xj的分布是不同的，檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)變量S計(jì)算公式如下：

(1)

其中，

(2)

S為正態(tài)分布，均值為0，方差為：

(3)

式中：t為每個(gè)單位的寬度，當(dāng)n>10時(shí)，Zc為收斂于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，并可通過下式計(jì)算：

(4)

在給定的α置信水平上，當(dāng)|Zc|>1.96時(shí)，則變化趨勢(shì)達(dá)到顯著水平，|Zc|>2.58時(shí)，則變化趨勢(shì)達(dá)到極顯著水平；|Zc|<1.96時(shí)，則變化趨勢(shì)不顯著；ZC>0，表明變化趨勢(shì)為增加，ZC<0，則為下降。

3 結(jié)果與分析

3.1 塔里木河干流生態(tài)廊道的構(gòu)建

生態(tài)廊道是指在生態(tài)環(huán)境中呈線性或帶狀布局、能夠溝通連接空間分布上較為孤立和分散的生態(tài)景觀單元的景觀生態(tài)系統(tǒng)空間類型，是構(gòu)建區(qū)域山水林田湖草完整生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[6]。生態(tài)廊道主要由植被、水體等生態(tài)性結(jié)構(gòu)要素構(gòu)成，和"綠色廊道"表示的是同一個(gè)概念。根據(jù)研究區(qū)生態(tài)需水量的補(bǔ)給方式，本研究在確定生態(tài)廊道邊界時(shí)主要集中在依靠河水補(bǔ)給的綠洲區(qū)和荒漠區(qū)，包括上中游(阿拉爾-大西海子)分布于人工綠洲外圍的荒漠-綠洲過渡帶和下游(大西海子-臺(tái)特瑪湖)河道兩側(cè)的天然荒漠河岸林。

3.2 塔里木河干流生態(tài)廊道植被覆蓋度時(shí)空變化

研究將塔里木河干流上中游分為6個(gè)河段[8]分別研究其2000-2010年和2011-2018年植被覆蓋度的變化趨勢(shì)，6個(gè)河段分別為阿拉爾—新渠滿、新渠滿—英巴扎、英巴扎—烏斯?jié)M、烏斯?jié)M—阿其克、阿其克—恰拉和恰拉—大西海子。基于2000-2018年塔里木河干流生態(tài)廊道植被覆蓋度空間分布數(shù)據(jù)，繪制6個(gè)河段2000-2010年和2011-2018年植被覆蓋度的變化趨勢(shì)曲線，見圖2；塔里木河干流上中游生態(tài)廊道植被覆蓋變化趨勢(shì)空間分布圖，見圖3。

(a)阿拉爾-新渠滿

(c)英巴扎-烏斯?jié)M

(e)阿其克-恰拉和

通過圖2和圖3結(jié)合統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出：阿拉爾-新渠滿河段2000-2010平均植被覆蓋度和2011-2018年相比增加了41.36 %，并且2000-2010年和2011-2018年分別有49.17%和54.17%的區(qū)域呈非顯著增加趨勢(shì)，2000-2018年有54.56%的區(qū)域呈顯著增加。新渠滿-英巴扎河段2000-2010年和2011-2018年增加趨勢(shì)均不顯著，而2000-2018年有35.05%的區(qū)域呈顯著增加。英巴扎-烏斯?jié)M河段2000-2010年和2011-2018年分別有27.67%和28.27%的區(qū)域植被覆蓋度變化呈非顯著增加趨勢(shì)，2000-2018年有38.89%的區(qū)域呈顯著增加。烏斯?jié)M-阿其克河段2000-2010年平均植被覆蓋度和2011-2018年相比增加了16.76 %，并且2000-2010年和2011-2018年分別有32.94%和61.14%的區(qū)域呈顯著降低趨勢(shì)，2000-2018年有21.94%的區(qū)域呈顯著增加趨勢(shì)。阿其克-恰拉河段2000-2010年平均植被覆蓋度和2011-2018年相比增加了36.78 %。2000-2018年分別有有26.66%和25.33%的區(qū)域呈顯著增加和顯著降低趨勢(shì)。恰拉-大西海子河段2000-2010年平均植被覆蓋度和2011-2018年相比增加了36.36 %，2000-2018年有20.53%的區(qū)域呈非顯著增加和44.51%的區(qū)域呈顯著增加趨勢(shì)。整體來看，塔里木河干流生態(tài)廊道天然植被在上中游增幅較小。

圖3 塔里木河干流上中游生態(tài)廊道植被覆蓋變化趨勢(shì)空間分布圖

基于2000-2018年塔里木河下游植被覆蓋度空間分布數(shù)據(jù)，分別繪制2000-2010年和2011-2018年植被覆蓋度的變化趨勢(shì)曲線以及對(duì)應(yīng)的植被覆蓋變化趨勢(shì)空間分布圖。塔里木河干流下游生態(tài)廊道植被覆蓋度變化趨勢(shì)和塔里木河下游生態(tài)廊道植被覆蓋變化趨勢(shì)空間分布圖，見圖4-5。由圖4和圖5可知：2000-2010年塔里木河下游生態(tài)廊道植被覆蓋度呈非顯著增加趨勢(shì)，2011-2018年呈顯著增加趨勢(shì)，并且2000-2010年和2011-2018年大部分區(qū)域呈非顯著增加趨勢(shì)，所占比例分別為74.09%和47.02%。此外，2010-2018年塔里木河下游生態(tài)廊道分別有23.13%和71.10%的區(qū)域植被覆蓋度呈非顯著增加和顯著增加變化趨勢(shì)，塔里木河下游生態(tài)廊道植被覆蓋變化趨勢(shì)類型面積和比例，見表1。

圖4 塔里木河干流下游生態(tài)廊道植被覆蓋度變化趨勢(shì)

圖5 塔里木河下游生態(tài)廊道植被覆蓋變化趨勢(shì)空間分布圖

表1 塔里木河下游生態(tài)廊道植被覆蓋變化趨勢(shì)類型面積和比例

4 結(jié) 論

文章分析了塔里木河干流生態(tài)廊道土地利用/覆被時(shí)空變化特征，結(jié)果顯示在塔里木河流域?qū)嵭薪y(tǒng)一管理后，塔里木河干流生態(tài)輸水取得了良好的效果，天然植被覆蓋呈明顯增加趨勢(shì)(圖3和圖4)。然而流域資源性缺水嚴(yán)重且水資源時(shí)空分布不均勻，生態(tài)廊道的治理仍存在一定的問題。研究表明[9-10]塔里木河干流綠色帶萎縮嚴(yán)重，現(xiàn)狀塔里木河干流劃分的6個(gè)河段的綠色走廊寬分別僅為38-100km，46-120km，45-80km和30-60km；近40a以來，塔里木河干流濕地與天然胡楊林面積顯著減少，生物多樣性銳減。1973—2005年間，干流區(qū)濕地面積由2050km2減少到1467km2，減少了28.44%?；诖耍俳Y(jié)合文章研究結(jié)果，針對(duì)塔里木河干流生態(tài)廊道，提出以下治理措施與建議[11-12]：

1)執(zhí)行最嚴(yán)格水資源管理制度。流域沿岸地區(qū)各地州、兵團(tuán)師在協(xié)調(diào)好用水之間矛盾的前提下要堅(jiān)持以水定地、以水定發(fā)展的原則。相關(guān)流域管理部門以及行政區(qū)域管理部門要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)章制度進(jìn)行水資源的合理配置以及水權(quán)管理。

2)積極推進(jìn)生態(tài)水利工程和流域監(jiān)測(cè)體系建設(shè)步伐。以生態(tài)廊道天然植被退化區(qū)為靶點(diǎn)，結(jié)合各流域存在的生態(tài)輸水通道不暢、生態(tài)閘及引水工程布局不足等問題，開展一系列的生態(tài)及水利工程，在此基礎(chǔ)上推進(jìn)生態(tài)廊道信息化監(jiān)測(cè)與平臺(tái)建設(shè)工程，提升生態(tài)廊道保護(hù)與修復(fù)效率。

3)進(jìn)一步構(gòu)建完善的流域科學(xué)保障機(jī)制。全面推行河(湖)長(zhǎng)制，堅(jiān)持政府引導(dǎo)、法律監(jiān)督、公眾參與相結(jié)合，調(diào)動(dòng)各方面積極性參與到流域生態(tài)環(huán)境綜合治理中。

5 結(jié) 論

文章利用Mann-Kendall檢驗(yàn)等研究方法，系統(tǒng)分析了塔里木河流域上中游和下游生態(tài)廊道植被覆蓋時(shí)空變化特征，此外還分析了流域土地利用變化。結(jié)果顯示：2000-2018年，塔里木河干流上中游劃分的6個(gè)河段分別有54.56%、35.05%、38.89%、21.94%、26.66%和44.51%的區(qū)域植被覆蓋度呈顯著增加趨勢(shì)，而下游生態(tài)廊道則分別有23.13%和71.10%的區(qū)域呈非顯著增加和顯著增加變化趨勢(shì)。這一結(jié)果表明研究區(qū)輸水之后植被覆蓋度整體增加趨勢(shì)明顯，獲得了良好的生態(tài)效益?？墒请S著人類干擾活動(dòng)的增強(qiáng)，塔里木河干流綠色帶萎縮嚴(yán)重，塔里木河干流生態(tài)環(huán)境治理依然不容懈怠。