葉爾羌河流域1990—2010年生態(tài)環(huán)境變化特征

杜　清，徐海量，張廣朋，白玉鋒，張　沛，凌紅波，趙新風(fēng)

(1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所， 新疆 烏魯木齊 830011；

2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049； 3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)， 新疆 烏魯木齊 830052)

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葉爾羌河流域1990—2010年生態(tài)環(huán)境變化特征

杜清1,2，徐海量1，張廣朋3，白玉鋒3，張沛1,2，凌紅波1，趙新風(fēng)1

(1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所， 新疆 烏魯木齊 830011；

2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049； 3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)， 新疆 烏魯木齊 830052)

摘要：利用葉爾羌河流域1990、2000年和2010年Landsat-TM影像數(shù)據(jù)和中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS技術(shù)及生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)計(jì)算方法，分析流域內(nèi)1990—2010年流域生態(tài)環(huán)境變化特征。結(jié)果顯示： 1990—2010年，葉爾羌河流域生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)和土地退化指數(shù)分別減少4.53%、4.00%和3.56%，水網(wǎng)密度指數(shù)整體增高了3.71%； 1990、2000年和2010年，葉爾羌河流域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)分別為34.94、34.77和34.32，均屬于較差級(jí)別，受自然和人為因素的雙重影響流域生態(tài)環(huán)境趨于退化。

關(guān)鍵詞：葉爾羌河流域；土地利用/覆被；生態(tài)環(huán)境狀況

Features of eco-environmental changes in Yarkant River Basin

土地系統(tǒng)是地球系統(tǒng)的重要組成部分，是人類和環(huán)境關(guān)系重要樞紐，對(duì)于理解和弄清人類—環(huán)境復(fù)雜關(guān)系具有重要作用[1-4]。隨著科學(xué)技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類對(duì)自然環(huán)境的干預(yù)越來(lái)越強(qiáng)，土地利用是這種干擾作用的主要表現(xiàn)形式，其直接表征就是地表覆被狀況的改變[5-6]，而土地覆被變化嚴(yán)重影響著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響到區(qū)域生態(tài)環(huán)境[7-8]。葉爾羌河流域位于我國(guó)新疆極端干旱區(qū)，是保障塔里木河生態(tài)系統(tǒng)健康運(yùn)行的重要源流之一，其土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化，關(guān)系到流域乃至整個(gè)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)安全，因此開(kāi)展葉爾羌河流域土地利用/覆被及生態(tài)環(huán)境變化的研究對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用具有重要意義。目前，關(guān)于葉爾羌河流域的研究多集中于氣候[9-10]、水文[11-13]、水資源優(yōu)化配置[14-16]；而關(guān)于流域土地利用類型變化特征研究多集中于流域中游或中下游[17-19]，缺少對(duì)流域整體變化特征的認(rèn)識(shí)，且僅對(duì)流域土地要素變化情況進(jìn)行分析并不能明確流域整體生態(tài)環(huán)境在研究時(shí)段究竟是好轉(zhuǎn)還是惡化?；诖?，本文以葉爾羌河流域1990、2000年和2010年的遙感影像資料為基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局于2006年3月9日發(fā)布的《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[20]，分析了流域近20年生態(tài)環(huán)境變化特征，以期為流域內(nèi)土地資源的合理利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

葉爾羌河流域地處新疆維吾爾自治區(qū)的西南部，塔里木盆地的西緣，地理位置介于74°28′～80°54′E，34°50′～40°31′N[11]。葉爾羌河發(fā)源于喀喇昆侖山，全長(zhǎng)1 097 km，從其西緣向東北方向流去，在阿克蘇綠洲南部與阿克蘇河及和田河交匯，一起匯入塔里木河[21]。流域內(nèi)降水稀少、蒸發(fā)量強(qiáng)烈、空氣干燥、日照時(shí)間長(zhǎng)，光熱資源豐富，區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件良好，特別是在中下游地區(qū)尤其適合于早熟長(zhǎng)絨棉和瓜果的生產(chǎn)[18]。近年來(lái)，由于自然和人為因素的雙重影響使流域內(nèi)河道斷流[22]、土壤鹽漬化[23]、土地沙化[24]等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重。

2研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為葉爾羌河域內(nèi)的Landsat-TM影像數(shù)據(jù)和中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，成像時(shí)間分別為1990、2000年與2010年的7—9月份，圖像分辨率為30 m，每景覆蓋度范圍為185 km×185 km，影像主要采用2、3、4三個(gè)波段合成。葉爾羌河流域人口數(shù)據(jù)來(lái)源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》[25]。水資源量數(shù)據(jù)來(lái)源于塔里木河流域管理局(簡(jiǎn)稱塔管局)；河長(zhǎng)數(shù)據(jù)與土壤侵蝕面積(輕度、中度、重度)均來(lái)源于遙感數(shù)據(jù)提取。

2.2數(shù)據(jù)處理

2.2.1圖像矢量化利用Erdas軟件對(duì)三期遙感影像進(jìn)行幾何校正、配準(zhǔn)，并借助Arc info對(duì)各時(shí)期遙感影像進(jìn)行目視判讀和數(shù)字化工作(解譯時(shí)參照《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[26]劃分土地利用類型)，將流域內(nèi)土地利用類型劃分為耕地、林地(林地、灌木林地、疏林地、其它林地)、草地(高覆蓋草地、中覆蓋草地、低覆蓋草地)、水域濕地(河流、湖庫(kù)、灘涂濕地)、建設(shè)用地(城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、其它建設(shè)用地)、未利用地(沙地、鹽堿地、裸土地、裸石巖礫、其它未利用地)6大類19小類(具體如圖1所示)。經(jīng)精度檢驗(yàn)，其kappa系數(shù)分別為86.2%(1990年)、89.6%(2000年)和92.1%(2010年)。

2.2.2生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)計(jì)算環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算參考《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[20]，根據(jù)實(shí)際狀況得到生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)計(jì)算公式：EI=0.3×生物豐度指數(shù)+0.25×植被覆蓋指數(shù)+0.4×水網(wǎng)密度指數(shù)+0.15×(100-土地退化指數(shù))。對(duì)于新疆南疆來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以農(nóng)業(yè)為主，工業(yè)發(fā)展較落后，環(huán)境污染小且缺少環(huán)境監(jiān)測(cè)站，因此本式不予以考慮；而水資源變化對(duì)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及社會(huì)穩(wěn)定極其重要，故將其權(quán)重適當(dāng)放大。生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)的分級(jí)見(jiàn)表1。

生物豐富度指數(shù)=Abio×(0.35×林地面積+0.21×草地面積+0.28×水域濕地面積+0.11×耕地面積+0.04×建設(shè)用地面積+0.01×未利用地面積)/區(qū)域面積，Abio為生物豐度指數(shù)的歸一化系數(shù)，取值為400.62。

植被覆蓋度指數(shù)=Aveg×(0.38×林地面積+0.34×草地面積+0.19×耕地面積+0.07×建設(shè)用地面積+0.02×未利用地面積)/區(qū)域面積，Aveg為植被覆蓋指數(shù)的歸一化系數(shù)，Aveg取值為355.24進(jìn)行計(jì)算。

水網(wǎng)密度指數(shù)=Ariv×河流長(zhǎng)度/區(qū)域面積+Alak×湖庫(kù)(近海)面積/區(qū)域面積+Ares水資源量/區(qū)域面積，Ariv為河流長(zhǎng)度的歸一化系數(shù)，Alak為湖庫(kù)面積的歸一化系數(shù)，Ares為水資源量的歸一化系數(shù)；Ariv取值為46.43，Alak取值為17.88，Ares取值為61.42。

表1　生態(tài)環(huán)境狀況分級(jí)

圖1葉爾羌河流域不同時(shí)期土地利用

Fig.1Land-use types in the Yarkant River Basin in 1990, 2000 and 2010

土地退化指數(shù)=Aero×(0.05×輕度侵蝕面積+0.25×中度侵蝕面積+0.7×重度侵蝕面積)/區(qū)域面積，其中Aero為土地退化指數(shù)的歸一化系數(shù)，取值為146.33。

3結(jié)果與分析

3.1葉爾羌河流域生物豐度指數(shù)變化特征

從圖2可知，1990—2010年葉爾羌河流域生物豐度指數(shù)呈不斷下降趨勢(shì)，其中1990—2000年降低了2.37%，2000—2010年下降了2.22%。從生物豐度指數(shù)計(jì)算公式可知，其值大小受林地、水域濕地、草地、耕地、建設(shè)用地和未利用面積所限，其中林地、水域濕地、草地所占權(quán)重較大；而由遙感解譯數(shù)據(jù)可知，1990—2010年葉爾羌河流域耕地、水域濕地和建設(shè)用地分別增加了35.58%、10.39%、28.21%，未利用地基本維持不變；林地和草地分別減少了11.36%和9.91%；因此，1990—2010年葉爾羌河流域生物豐度指數(shù)下降主要由林草地面積減少引起。對(duì)其變化原因進(jìn)行剖析，一方面可能是受水資源限制，天然林草得不到水分補(bǔ)給，生長(zhǎng)受到限制，造成林草面積的萎縮；另一方面可能是受人為因素的干擾，在此期間流域耕地面積共增加了35.58%，必有一部分林草地轉(zhuǎn)化成了耕地，另外放牧及濫挖活動(dòng)，加劇草地退化程度。對(duì)于干旱區(qū)而言，林草有著防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、保持水土的重要作用，流域林草面積的不斷減少預(yù)示著流域生態(tài)環(huán)境有變差的趨勢(shì)。

圖2葉爾羌河流域生物豐度指數(shù)

Fig.2Biology abundance index of Yarkant River Basin

3.2葉爾羌河流域植被覆蓋指數(shù)變化特征

從圖3可知，葉爾羌河流域植被覆蓋度指數(shù)在1990—2010年降低4.00%，在研究時(shí)段流域植被覆蓋度程度不斷下降。

植被覆蓋指數(shù)主要考慮的因素為林地、草地、耕地、建設(shè)用地及未利用地。在研究時(shí)段流域林草地面積呈不斷減少趨勢(shì)，雖然葉爾羌河流域農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)加強(qiáng)及人工防護(hù)林種植的增加，但仍然不能彌補(bǔ)林草減少對(duì)植被覆蓋指數(shù)帶來(lái)的負(fù)面影響，因此總體上覆蓋度降低。

圖3葉爾羌河流域植被覆蓋指數(shù)

Fig.3Vegetation coverage index of Yarkant River Basin

3.3葉爾羌河流域水網(wǎng)密度指數(shù)變化特征

從圖4可以看出，葉爾羌河流域水網(wǎng)密度指數(shù)于1990—2000年增大了8.13%，2000—2010年降低了4.08%。1990—2000年葉爾羌河流域水域面積增加了11.33%，主要由湖庫(kù)面積(增加了35.59%)及灘涂濕地面積(增加了18.44%)增加引起，據(jù)研究統(tǒng)計(jì)葉爾羌河是南疆平原水庫(kù)最多地區(qū)，共有大中小型水庫(kù)46座，總庫(kù)容15.2億m3，攔截總徑流量的四分之一；在2000—2010年流域湖泊水庫(kù)及河渠面積分別減少了2.19%、0.17%，同時(shí)徑流量與2000年相比也減少了6.18%，因此與2000年相比2010年水網(wǎng)密度指數(shù)下降。

圖4葉爾羌河流域水網(wǎng)密度指數(shù)

Fig.4Water density index of Yarkant River Basin

3.4葉爾羌河流域土地退化指數(shù)變化特征

土地退化指數(shù)，指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)風(fēng)蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占被評(píng)價(jià)區(qū)域面積的比重，用于反映被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)土地退化程度。參照水利部2008年頒布的《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[27]，提取研究區(qū)輕度侵蝕、中度侵蝕及重度侵蝕面積，得到葉爾羌河流域1990—2010年土地退化指數(shù)圖(見(jiàn)圖5)。1990年土地退化程度較高，而2000年和2010年的土地退化程度相對(duì)減弱。1990—2000年流域土地退化指數(shù)下降2.23%，2000—2010年土地退化指數(shù)降低1.36%。

3.5葉爾羌河流域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)變化特征

根據(jù)計(jì)算公式得到葉爾羌河流域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)見(jiàn)圖6。由圖6可知，葉爾羌河流域1990、2000、2010年生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI)分別為34.94、34.77和34.32，表明葉爾羌河流域在近20年的時(shí)間里生態(tài)環(huán)境質(zhì)量屬于較差級(jí)別。葉爾羌河流域氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，平原降水少，常受春旱、夏洪、鹽堿及風(fēng)沙危害[28]；據(jù)統(tǒng)計(jì)葉爾羌河流域土壤鹽漬化面積占耕地面積的38%，年平均大風(fēng)及沙塵暴日數(shù)30.6 d[29]，并且由山前沖積扇頂部往下河網(wǎng)水系發(fā)育，呈樹(shù)枝狀散開(kāi)，水渠縱橫，扇面受河流侵蝕切割而遭受破壞，形成侵蝕階地；中下游的巴楚等地，受西北風(fēng)影響，沙漠化發(fā)展快，灌區(qū)周邊存在沙漠入侵現(xiàn)象[19]。由此可知，葉爾羌河流域由于其特殊的地理位置限制，再加之流域內(nèi)鹽漬化及沙漠化問(wèn)題影響，生態(tài)環(huán)境并不樂(lè)觀，屬于較差級(jí)別。

圖5　葉爾羌河流域土地退化指數(shù)

圖6葉爾羌河流域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)

Fig.6The eco-environmental status of Yarkant River Basin

從其變化情況可知，1990—2010年葉爾羌河流域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)不斷下降，表明其環(huán)境狀況呈不斷退化趨勢(shì)。近年來(lái)葉爾羌河流域人口數(shù)目不斷上升，據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)可知[25]，葉爾羌河流域人口在近20年里增加了62%，人口數(shù)目的增加使人口與資源、環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾越來(lái)越突出，導(dǎo)致流域生態(tài)環(huán)境日益惡化，主要表現(xiàn)為流域天然林草面積減少、土壤鹽漬化及流域沙漠化。因此，葉爾羌河水資源的合理利用和調(diào)配將會(huì)是葉爾羌河流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)，各級(jí)政府和人民群眾應(yīng)加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，做好統(tǒng)籌兼顧，顧全大局。

4討論

本研究采用的國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[20]，具有一定的適用性。許多學(xué)者如韓梅清[30]、孟巖[31]、姚堯[32]等均基于此方法對(duì)我國(guó)不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況特征進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析；王宏偉等[33]對(duì)伊犁河流域各縣市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)認(rèn)為伊犁河流域2004年生態(tài)環(huán)境狀況一般，并且認(rèn)為該評(píng)價(jià)體系在干旱區(qū)具有較好的科學(xué)性和實(shí)踐性。

葉爾羌河是塔里木河源流之一，流域生態(tài)環(huán)境狀況對(duì)該區(qū)及整個(gè)南疆的社會(huì)穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)發(fā)展尤為重要，但目前關(guān)于流域生態(tài)環(huán)境變化的具體方向并不清楚?；诖?，本文利用《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[20]并結(jié)合新疆干旱區(qū)的實(shí)際情況得到流域生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)計(jì)算公式，對(duì)葉爾羌河流域1990—2010年生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)及變化特征進(jìn)行分析可得，葉爾羌河流域在研究時(shí)段生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)和土地退化指數(shù)分別減少4.53%、4.00%和3.56%；水網(wǎng)密度指數(shù)整體增高了3.71%；流域生態(tài)環(huán)境狀況屬于較差級(jí)別，且受自然和人為的影響流域生態(tài)環(huán)境呈不斷退化趨勢(shì)。

最后，本文選取的生態(tài)環(huán)境指數(shù)評(píng)價(jià)方法在一定程度反映了流域環(huán)境變化的具體方向，但仍存在一定局限性，因?yàn)樵摲椒](méi)有考慮到如流域地下水位、沙塵暴、浮塵天氣、氣溫、降水、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，因此論文中對(duì)流域近20年生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)方法還有待深入研究。

參 考 文 獻(xiàn)：

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from 1990 to 2010

DU Qing1,2, XU Hai-liang1, ZHANG Guang-peng3, BAI Yu-feng3,

ZHANG Pei1,2, LING Hong-bo1, ZHAO Xin-feng1

(1.XinjiangInstituteofEcologyandGeography,ChineseAcademyofSciences,Urumqi,Xinjiang830011,China;

2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;

3.XingjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China)

Abstract：This paper analyzed the land use change in Yarkant River Basin during recent 20 years using Landsat-TM and CBERS images from 1990, 2000, and 2010 combined with GIS and the ecological environment index calculation methods. The results showed that during the years from 1990—2010, the species richness index, vegetation coverage index and land degradation index were decreased by 4.53%, 4.00% and 3.56%, respectively, while the water density index was increased by 3.71%. Additionally, the eco-environment condition indexes of Yarkant River Basin were 34.94, 34.77 and 34.32 in 1990,2000 and 2010, reaching a dissatisfactory level. The ecological environment became degraded by influences from both the natural and human activities.

Keywords:Yarkant River Basin; land use/cover; eco-environmental condition index

中圖分類號(hào)：X37

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

通信作者：徐海量(1971—)，博士，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究。 E-mail: xuhl@ms.xjb.ac.cn。

作者簡(jiǎn)介：杜清(1989—)，女，四川西充人，碩士研究生，研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)生態(tài)環(huán)境變化與恢復(fù)生態(tài)學(xué)。 E-mail：1054722013@qq.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41171427)、(31370551)、(41471099)，中國(guó)科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃(XBBS-2014-13)

收稿日期：2014-12-10

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.39

文章編號(hào)：1000-7601(2016)01-0252-05