喀什噶爾河流域人工-天然綠洲轉(zhuǎn)化過(guò)程分析

艾克熱木·阿布拉

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

綠洲是干旱區(qū)人類生存與發(fā)展的主要場(chǎng)所和物質(zhì)基礎(chǔ)[1- 2]，根據(jù)綠洲形成和分布規(guī)律，可分為人工綠洲和天然綠洲[3]，受地形地貌、水資源等因素限制和影響，綠洲生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱。隨著人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類干擾使得綠洲景觀格局發(fā)生轉(zhuǎn)變，而不合理的水土資源開(kāi)發(fā)更造成了沙漠化、鹽漬化、植被退化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展造成了一定影響[4- 5]。人工和天然綠洲相互聯(lián)系相互制約，維持適宜規(guī)模的天然綠洲并保障其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定成為干旱區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要前提[6- 7]?？κ哺翣柡恿饔蛭挥谖覈?guó)西北干旱區(qū)，近年來(lái)，流域內(nèi)土地沙化、植被退化、水土流失等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題突出。本文以喀什噶爾河流域1990、2000、2015年的遙感影像為基礎(chǔ)，分析人工綠洲和天然綠洲的變化規(guī)律，探討該區(qū)人工綠洲和天然綠洲的適宜配比，從而為該流域綠洲合理發(fā)展及科學(xué)規(guī)劃提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

喀什噶爾河流域地處新疆西南部，地理位置75°19′～78°03′E，38°28′～39°55′N，流域總面積6.3萬(wàn)km2。流域地勢(shì)西高東低，北、西及南部分別為天山、帕米爾高原和昆侖山。流域深居歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬典型的暖溫帶大陸干旱氣候，具有降水少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、光照時(shí)間長(zhǎng)、積溫高等顯著特點(diǎn)。氣溫年際變化小，無(wú)霜期長(zhǎng)，夏季漫長(zhǎng)，冬季短促[8- 9]，受下墊面等因素影響，日溫差較大，適宜農(nóng)作物及果樹(shù)生長(zhǎng)，是新疆重要的糧棉基地[10]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用Landsat-TM遙感影像數(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和2015年的7～9月份，每景185×185km2，圖像分辨率為30m。借助ENVI5.0完成幾何校正、配準(zhǔn)。利用ArcGIS 9.3，參照中國(guó)科學(xué)院土地利用分級(jí)系統(tǒng)，同時(shí)兼顧影像分辨率，對(duì)合成遙感影像進(jìn)行目視分類解譯、建立拓?fù)潢P(guān)系。經(jīng)精度檢驗(yàn)，其Kappa系數(shù)分別為85.2%(1990年)、88.7%(2000年)、93%(2015年)，可滿足研究需求，最終獲取河流域土地利用/覆被空間數(shù)據(jù)(圖1)，其具體分類結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2 綠洲分類方法

根據(jù)土地利用/覆被類型屬性特征，將綠洲劃分為人工綠洲和天然綠洲。本文中天然綠洲包含天然林地(有林地、疏林地及灌木林地)、草地(高、中及低覆蓋度草地)及天然水域(湖泊、河流和灘涂濕地)，人工綠洲包含耕地、建設(shè)用地(城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和其它建設(shè)用地)及人工水域(主要為湖泊)。

圖1 喀什噶爾河流域不同時(shí)期土地利用類型

一級(jí)土地利用類型二級(jí)土地利用類型一級(jí)土地利用類型二級(jí)土地利用類型草地高覆蓋度草地耕地耕地中覆蓋度草地未利用地沙地低覆蓋度草地鹽堿地林地有林地裸土地灌木林地裸巖石礫地疏林地其他未利用地其他林地水域河渠建設(shè)用地城鎮(zhèn)用地灘涂濕地農(nóng)村居民點(diǎn)湖泊其他建設(shè)用地水庫(kù)

2.3 轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算

利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)分析具體的土地轉(zhuǎn)化過(guò)程。利用ArcGIS的interscet模塊及Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊，將喀什噶爾河流域1990年、2000年和2015年三期的遙感影像，在ArcGIS中進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到1990～2000年及2000～2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

3 結(jié)果分析

3.1 喀什噶爾河流域天然-人工綠洲結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖2，喀什噶爾河流域綠洲主要分布在山前沖洪積平原上，整體呈扇形分布，人工綠洲分布在流域中游，天然綠洲分布流域下游人工綠洲的外圍，表現(xiàn)為人工綠洲-天然綠洲-沙漠戈壁的空間分布特點(diǎn)，是典型的山前沖洪積扇綠洲。天然綠洲起到抵擋外圍風(fēng)沙侵襲，人工綠洲的擴(kuò)張勢(shì)必會(huì)擠占維持天然生態(tài)用水，從而造成天然綠洲規(guī)模的萎縮。因此，了解其天然-人工綠洲的轉(zhuǎn)化過(guò)程有利于明晰當(dāng)前綠洲狀態(tài)，可為區(qū)域發(fā)展規(guī)劃及生態(tài)保護(hù)等提供重要的科學(xué)依據(jù)。

圖2 喀什噶爾河流域天然-人工綠洲結(jié)構(gòu)示意圖

綠洲/土地利用類型面積比例/%變化幅度/%變化速率/(km2·a-1)1990200020151990～20002000～20151990～20151990～20002000～20151990～2015人工綠洲耕地27.1129.5939.259.0332.4044.3541.51108.2381.54人工水域0.510.460.73-9.6958.5143.15-0.843.051.50建設(shè)用地1.391.511.958.8628.6440.032.094.903.77天然綠洲天然林地5.265.184.92-1.63-5.18-6.73-1.45-3.03-2.40草地65.6963.2053.13-3.89-16.10-19.36-43.36-114.86-86.26天然水域0.030.050.0146.70-81.17-72.370.26-0.45-0.16

3.2 綠洲面積及比例變化特征

1990～2015年之間，綠洲總體規(guī)模變化并不明顯，主要呈現(xiàn)出天然綠洲向人工綠洲轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)(圖3)，人工綠洲面積增幅達(dá)到42.7%，天然綠洲減少18.2%，轉(zhuǎn)化速率達(dá)到85.6km2/a。其中，1990～2000年人工綠洲增加8.4%，天然綠洲減少3.7%，轉(zhuǎn)化速率為42.1km2/a；在2000～2015年，人工綠洲增加31.7%，天然綠洲減少15.1%，轉(zhuǎn)化速率達(dá)到114.8km2/a，轉(zhuǎn)化速率出現(xiàn)加快趨勢(shì)。而在1990、2000、2015年，人工與天然綠洲面積比值分別約是0.42∶1、0.47∶1、0.78∶1。

圖3 1990、2000及2015年喀什噶爾河天然及人工綠洲面積比例

3.3 綠洲土地利用類型變化過(guò)程分析

3.3.1 土地利用/覆被類型面積變化

天然-人工綠洲的轉(zhuǎn)化勢(shì)必會(huì)對(duì)綠洲生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響。根據(jù)表2，人工綠洲主要以耕地為主，而天然綠洲主要以草地為主，1990、2000及2015年草地面積均占天然綠洲總面積的50%以上。1990～2015年，人工綠洲各土地利用類型均呈擴(kuò)張趨勢(shì)，而耕地面積增長(zhǎng)最為顯著，25a內(nèi)增長(zhǎng)幅度達(dá)到44.35%，增長(zhǎng)速率達(dá)到81.54km2·a-1，且在2000～2015年高達(dá)108.23km2·a-1。耕地增長(zhǎng)面積占到了人工綠洲增長(zhǎng)面積的93.9%，是造成人工綠洲擴(kuò)張的主要原因。相反，近25a內(nèi)天然綠洲各土地利用類型均呈減少趨勢(shì)，草地減少趨勢(shì)最為強(qiáng)烈，共減少19.36%，減少速率達(dá)到了86.26km2·a-1；1990～2000年減少速率為43.36km2·a-1，而在2000～2015年減少速率明顯加快，達(dá)到了114.86km2·a-1。草地減少的面積占天然綠洲減少面積的97%以上，是造成天然綠洲面積減少的主要原因。

3.3.2 轉(zhuǎn)移矩陣

為詳細(xì)揭示天然-人工綠洲的具體轉(zhuǎn)化規(guī)律，利用ArcGIS的interscet模塊得到綠洲各土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣(表3和表4)。根據(jù)表3，1990～2000年之間，耕地增加面積主要由草地和天然林地轉(zhuǎn)化而來(lái)，其凈轉(zhuǎn)入量(即轉(zhuǎn)入面積減去轉(zhuǎn)出面積)占耕地面積的9%；城鎮(zhèn)用地增加了8.86%，主要由耕地和草地轉(zhuǎn)化而來(lái)。天然綠洲中天然林地減少了1.63%，主要轉(zhuǎn)化成了耕地；草地主要轉(zhuǎn)化為耕地，其凈轉(zhuǎn)出量占草地面積的4.3%；天然水域主要轉(zhuǎn)化為草地，而耕地與草地向天然水域的變化使得天然水域并未出現(xiàn)明顯變化。

根據(jù)表4，在2000～2015年，耕地仍主要由草地和天然林地轉(zhuǎn)化而來(lái)；建設(shè)用地主要由耕地和草地轉(zhuǎn)化而來(lái)，其分別占轉(zhuǎn)入量的65%和35%。各天然綠洲土地利用/覆被類型中，天然林地轉(zhuǎn)化為耕地和草地；草地面積在這一時(shí)期減少幅度較大，向耕地凈轉(zhuǎn)化量占草地面積比例達(dá)到18%。根據(jù)以上分析，1990～2015年之間，喀什噶爾河流域草地和天然林地向耕地的轉(zhuǎn)化最為突出，是天然綠洲向人工綠洲轉(zhuǎn)化的主要過(guò)程。

表3 喀什噶爾河流域1990～2000年人工綠洲與天然綠洲轉(zhuǎn)移矩陣

表4 喀什噶爾河流域2000～2015年人工綠洲與天然綠洲轉(zhuǎn)移矩陣

4 討論

4.1 喀什噶爾河流域天然-人工綠洲轉(zhuǎn)化原因分析

1990～2015年，喀什噶爾流域人工綠洲替代天然綠洲的趨勢(shì)，耕地面積持續(xù)快速擴(kuò)張是造成這一現(xiàn)象的主要原因。近年來(lái)，雖然該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，但農(nóng)業(yè)在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出中仍占較大比例，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)主要依靠開(kāi)荒種田而來(lái)。當(dāng)?shù)刂饕悦藁ǖ冉?jīng)濟(jì)作物為主，受利益驅(qū)使和技術(shù)發(fā)展，耕地面積增長(zhǎng)迅速。根據(jù)前文分析，新增耕地主要來(lái)源于林地和草地，而林地和草地具有不可替代的生態(tài)地位，其規(guī)模的萎縮勢(shì)必會(huì)影響綠洲整體生態(tài)功能的穩(wěn)定。

4.2 喀什噶爾河流域天然-人工綠洲比例合理性探討

不同學(xué)者對(duì)天然-人工綠洲的適宜比例看法并不一致，侯玉婷等[11]研究得出天然綠洲面積占綠洲總面積比例至少應(yīng)為15%；劉金鵬等[12]通過(guò)研究綠洲生態(tài)用水，得出民勤綠洲耕地與天然綠洲規(guī)模的適宜比例約為1∶2；錢(qián)正英[13]認(rèn)為干旱區(qū)綠洲人工與天然綠洲規(guī)模比應(yīng)維持2∶3；胡順軍等分析新疆渭干河平原綠洲適宜規(guī)模，得出耕地與天然植被的適宜比例約為3∶2[14]；李建林等[15]對(duì)當(dāng)前新疆綠洲開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，認(rèn)為新疆耕地還有一定的開(kāi)發(fā)潛力?？κ哺翣柡訉儆诘湫偷纳角皼_洪積扇形綠洲，參考錢(qián)正英[13]及胡順軍等[14]研究結(jié)果，其均認(rèn)為這一類型人工及天然綠洲應(yīng)維持2∶3的比例。但2015年流域人工與天然綠洲面積比值分別是0.42∶1、0.47∶1、0.78∶1，流域人工綠洲與天然綠洲比例超過(guò)2∶3(即0.667∶1)的適宜范圍[13]。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)喀什噶爾河流域表現(xiàn)為人工綠洲-天然綠洲-沙漠戈壁的空間分布特點(diǎn)，屬典型的山前沖洪積扇綠洲。

(2)1990～2015年，喀什噶爾河流域的天然綠洲以85.6km2/a的速率向人工綠洲轉(zhuǎn)化。耕地面積增長(zhǎng)幅度達(dá)到44.35%的最大值，而草地減少幅度最大(19.36%)；草地和天然林地向耕地的凈轉(zhuǎn)出量占耕地面積的9%。

(3)2015年人工-天然綠洲面積比例0.78∶1，已超出人工-天然綠洲適宜比例范圍。因此，加強(qiáng)天然綠洲的生態(tài)保護(hù)，開(kāi)展天然綠洲修復(fù)工作，控制人工綠洲規(guī)模過(guò)度擴(kuò)張應(yīng)是今后流域綠洲發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)。

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