干旱區(qū)綠洲植被動態(tài)變化研究與分析

王 宏，范英霞

（1.新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質調查大隊,新疆 烏魯木齊 830013）

綠洲是西部干旱區(qū)特有的一種自然地理狀態(tài)，其分布格局基本為山地—綠洲—荒漠。同時綠洲是維系干旱地區(qū)人民生存、活動與發(fā)展的基本場所，是干旱區(qū)人民賴以生存的基石，因此綠洲的穩(wěn)定性是維系綠洲人民生活、生產的重要前提[1-3]。而綠洲植被是反映綠洲穩(wěn)定性的重要指標之一，綠洲植被的覆蓋狀況及變化是綠洲生態(tài)環(huán)境脆弱程度的重要體現和表征[4-7]。本文選擇受大陸性干旱氣候和山盆相間地貌格局影響，發(fā)育典型干旱區(qū)綠洲的拜城盆地作為研究對象，運用RS、GPS、GIS技術，定量研究該典型綠洲生態(tài)植被的動態(tài)變化，從而分析綠洲生態(tài)植被的變化趨勢及其影響因素，對今后如何保持綠洲自然植被生產力穩(wěn)定提供一定的科學依據。

1 研究區(qū)概況

拜城盆地位于 80°44′～83°17′E、41°26′～42°20′N。該綠洲盆地地處新疆天山中段南麓地帶，卻勒塔格山北緣的山間盆地，渭干河上游，總的地勢是呈四周高、中部低，海拔1 190～2 600 m。本區(qū)長年水系發(fā)育，源于山區(qū)并依靠冰雪融化供水。較大水系有木扎爾特河、喀普斯浪河、喀拉蘇河、克孜勒河、臺勒維丘克河等水系。本區(qū)屬大陸性氣候，具有沙漠、階地及山間河谷的氣候特征。夏、秋兩季是多雨月份。冬季雪薄，僅山區(qū)常年積雪，年均氣溫7.9℃；年降水量120.6 mm，年蒸發(fā)量1 364.9 mm，年無霜期168 d。研究區(qū)地理位置見1。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖

2 數據源及方法

2.1 數據來源

根據研究需要，選取了遙感數據及相關地面資料，基本數據包括：①研究區(qū)2000-05-10月的ETM+15 m分辨率影像、2016-05-10高分一號8 m分辨率影像；②1∶10萬地形圖及其矢量化數據；③土地利用圖；④研究區(qū)歷年的氣象、水文地質、土壤、人口、社會經濟等統(tǒng)計資料；⑤野外考察資料和與GPS點相對應的實地景觀照片數據庫等。

2.2 數據處理[8]

首先對圖像作幾何精校正，在1∶10萬地形圖上選取控制點進行幾何精校正。為使圖像與地理底圖精確疊合，控制點對應分布盡量均勻，中誤差在1個像元內。利用RPC文件對高分1號多光譜影像進行正射校正之后，再與較低分辨率的多光譜圖像進行配準，實現圖像的糾正配準。利用圖像處理軟件的連接和分層交互顯示功能，目視檢查圖像配準精度，主要特征位移小于1個像素即為合格。然后對不同空間分辨率的遙感圖像進行數據融合，使處理后的遙感圖像既具有較好的空間分辨率，又具有多光譜特征，從而達到圖像增強的目的，最后進行數據鑲嵌和數據拉伸。

2.3 研究方法

2.3.1 土地利用類型動態(tài)度

土地利用類型動態(tài)度是指某研究區(qū)一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況，其表達式為[9]：

式中，Ua、Ub分別表示a時刻和b時刻土地利用的面積（km2）；T為a時刻到b時刻的研究時段長（年）；值表示增加，負值表示減少。

2.3.2 綠洲植被空間動態(tài)變化檢測

波段運算是對兩種或兩種以上的圖像波段進行算術運算或邏輯運算的方法[10]。通過波段運算的方法，對波段間對應像元以像元亮度值進行逐像元運算，可以發(fā)現兩幅圖象的差異，最終提取變化區(qū)域。

3 結果與分析

3.1 遙感影像信息提取

研究區(qū)綠洲區(qū)分布在山前新老洪、沖積扇平原上，地形平坦，植被緊縮于主河道兩岸狹長的區(qū)域。綠洲植被主要依靠河流為水源，因此河流成為這一地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中最重要的一部分?；哪畢^(qū)分布于盆地中部及周圍地區(qū)，包括沙地、鹽堿地、戈壁、沙礫石裸地。針對研究區(qū)的具體情況，按照《土地利用現狀調查技術規(guī)程》的要求，結合遙感數據解譯的具體分析情況確定研究區(qū)遙感數據分類系統(tǒng)如表1所示，對不同地物按照精度要求和遙感圖像解譯標志進行人機交互判讀或監(jiān)督分類，得到研究區(qū)分類結果圖。

表1 研究區(qū)土地利用/覆蓋分類系統(tǒng)

3.2 綠洲植被動態(tài)變化分析

3.2.1 研究區(qū)土地利用/覆被面積統(tǒng)計及分析

表2 2000～2016年研究區(qū)土地利用/土地覆被面積統(tǒng)計表

從統(tǒng)計數據表2可以看出，研究區(qū)耕地面積從2000年的1 360.33 km2增加到1 516.27 km2，面積增加了155.94 km2，年增加率為0.72%。耕地面積的增加直接反映了人類活動對綠洲的影響。在研究區(qū)內面積減少較為明顯的是灌木林地和沼澤濕地。灌木林地面積減少了11.15 km2，沼澤濕地面積減少了14.89 km2。灌木林地和沼澤濕地在干旱區(qū)綠洲屬于天然生長的植被，是指示干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要表征植被。這兩種植被面積的減少表明拜城盆地天然生態(tài)環(huán)境質量有所下降。密林地在研究期內面積沒有明顯的變化，較為穩(wěn)定。研究區(qū)水域面積整體有所減少，16 a間面積減少了12.82 km2。水資源量的下降是干旱區(qū)綠洲普遍面臨的生態(tài)問題，因此合理利用水資源、減少水資源的污染和浪費也是干旱區(qū)綠洲亟待解決的問題。居民點及工礦用地的面積增加明顯，說明拜城盆地近16 a來綠洲人口也有明顯的增加。未利用地屬于研究區(qū)的荒漠地帶，近16 a間面積減少了153.80 km2。從統(tǒng)計表中發(fā)現，該綠洲盆地耕地和未利用地存在著此消彼長的狀態(tài)。

3.2.2 研究區(qū)綠洲植被面積統(tǒng)計及分析

通過波段運算得到拜城盆地綠洲植被2000～2016年動態(tài)變化圖，對研究區(qū)耕地、密林地、灌木林地及沼澤濕地動態(tài)變化面積進行統(tǒng)計（圖2、表3）。

圖2 研究區(qū)綠洲植被2000～2016年動態(tài)變化圖

表3 研究區(qū)2000～2016年綠洲植被類型面積動態(tài)變化表

從表3和圖2發(fā)現，調查區(qū)內耕地面積未發(fā)生變化的是1 100.29 km2，增加的面積是206.51 km2，減少的面積是50.23 km2，增加的面積大部分為新開墾的農田，主要分布在綠洲邊緣及綠洲內的未利用地內，部分新增耕地分布在河流兩邊，主要在木扎爾特河中下游，原有的濕地變成耕地。減少的耕地主要分布在拜城縣西北角，將縣城邊原有的耕地變成了工業(yè)園區(qū)。密林地面積未發(fā)生變化的面積為2.72 km2，增加的面積為3.99 km2，減少的面積為2.65 km2。密林地主要分布在耕地與濕地的交界處，多以楊樹、榆樹為主。灌木林多為紅柳、梭梭、駱駝刺等，在遙感影像上呈棕褐色、淺綠色色彩。其面積未發(fā)生變化的為18.10 km2，增加的面積為5.36 km2，減少的面積為10.52 km2，減少的面積多于增加的面積。主要原因是受經濟利益的驅使，在木扎爾特河中下游開墾耕地、亂開魚塘，亂砍河灘灌木林致使灌木林地面積減少。在干旱、半干旱地區(qū)，由于水資源的短缺，濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務功能尤為重要，它不但為鳥類和魚類提供棲息地和食物、固定土壤有機質等，還能夠調節(jié)區(qū)域氣候、蓄水防洪、降解陸源污染物等。而且干旱區(qū)濕地在分布上呈明顯的不連續(xù)性，面積相對不大，與荒漠機制有著密切的生態(tài)過程聯(lián)系。濕地作為綠洲生態(tài)環(huán)境演變的重要標志之一，利用遙感技術及時準確地掌握和研究濕地資源的現狀及動態(tài)變化過程，對于綠洲濕地的合理開發(fā)、保護和可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義[11,12]。調查區(qū)內的濕地主要分布在木扎爾特河濕地保護區(qū)內和黑英山鄉(xiāng)附近。黑英山鄉(xiāng)所處的小片綠洲流經克其克果勒河、瓊果勒河、博孜克日格河，這3條小河最后匯集流入克孜勒河。該鄉(xiāng)地勢較低，海拔在1 800 m以下，水資源豐富，該區(qū)地下水埋深大部分小于1 m，沼澤濕地發(fā)育，大小不等的濕地近20余處。近16 a來，整個調查區(qū)濕地面積有34.12 km2沒有發(fā)生變化，面積增加了20.07 km2，減少了34.85 km2，濕地內多為蘆葦、芨芨草等植被。從統(tǒng)計數據可以看出濕地面積呈下降的趨勢，主要原因是近幾年圍濕造田，將濕地改造成魚塘，使原有濕地萎縮，造成濕地面積以年1.34%的速率逐年下降，且減少面積主要分布在木扎爾特河中下游及喀普斯浪河下游與木扎爾特河交匯的地區(qū)。同時濕地植被破壞也較為嚴重，植物的多樣性也在銳減。

4 結 語

1）耕地面積的增加直接反映了人類活動對綠洲的影響。2000～2016年拜城盆地耕地面積從1 360.33 km2增加到1 516.27 km2，面積增加了1 55.94 km2，年增加率為0.72%。增加的面積大部分為新開墾的農田，主要分布在綠洲邊緣及綠洲內的未利用地內，部分新增耕地分布在河流兩邊，主要在木扎爾特河中下游，原有的濕地變成耕地。而減少的耕地主要分布在拜城縣西北角，將縣城邊原有的耕地變成了工業(yè)園區(qū)。灌木林地和沼澤濕地在干旱區(qū)綠洲屬于天然生長的植被，是指示干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要表征植被。這兩種天然植被在研究的16 a間面積分布減少了11.15 km2和14.89 km2。密林地主要分布在耕地與濕地的交界處，多以楊樹、榆樹為主，在研究期內面積沒有明顯的變化，較為穩(wěn)定。

2）研究區(qū)天然植被減少的主要原因是受經濟利益的驅使，在木扎爾特河中下游開墾耕地、亂開魚塘，亂砍河灘灌木林致使灌木林地面積減少。濕地面積的減少主要原因是近幾年圍濕造田，將濕地改造成魚塘，使原有濕地萎縮，造成濕地面積以1.34%的速率逐年下降，且減少面積主要分布在木扎爾特河中下游及喀普斯浪河下游。建議應結合木扎爾特河流域不同區(qū)段的實際情況，因地制宜地采取不同的保護和恢復措施，保護和恢復木扎爾特河流域的天然植被資源，保持綠洲自然植被生產力的穩(wěn)定性。