近40年米蘭綠洲農(nóng)用地變化及其生態(tài)承載力研究

王慧玲 吐爾遜·哈斯木

關(guān)鍵詞：土地變化;農(nóng)用地利用;生態(tài)足跡;米蘭綠洲;生態(tài)承載力;生態(tài)壓力

21世紀(jì)初以來，我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，農(nóng)業(yè)裝備水平不斷提高，對農(nóng)業(yè)資源生態(tài)建設(shè)的環(huán)境保護(hù)和支持力度不斷增加，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展取得了積極進(jìn)展[1-3]。我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)取得巨大進(jìn)步的同時(shí)，農(nóng)業(yè)資源過度開發(fā)，地下水過度開采以及農(nóng)業(yè)內(nèi)外源污染相互疊加等問題日益突出，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨重大挑戰(zhàn)[4-6]。十八大將生態(tài)文明建設(shè)納入“五位一體”的總體布局，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指明了方向。2015年發(fā)布的《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2030年）》中強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持生產(chǎn)發(fā)展與資源環(huán)境承載力相匹配的基本原則，需要妥善處理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，環(huán)境治理與生態(tài)恢復(fù)的關(guān)系，適度有序地進(jìn)行農(nóng)業(yè)資源的恢復(fù)，不斷加強(qiáng)對生態(tài)農(nóng)業(yè)的保護(hù)和建設(shè)，促進(jìn)資源可持續(xù)利用，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力和防災(zāi)減災(zāi)能力，提高資源承載能力和環(huán)境容量的匹配度[7]。

目前，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展相關(guān)研究大多以耕地為研究主體，分為對耕地可持續(xù)利用的影響因素分析、對策探討的定性研究[8-10]和耕地利用可持續(xù)性的定量測度研究[11-13]這兩大類，對于以不同農(nóng)用地類型為視角的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評價(jià)較少。生態(tài)足跡模型是以土地為度量單位定量評價(jià)生態(tài)可持續(xù)性的方法，該模型由于緊扣可持續(xù)發(fā)展理論，可操作性強(qiáng)，同時(shí)注重系統(tǒng)性、公平性和發(fā)展性，是眾多學(xué)者用于土地可持續(xù)發(fā)展測度研究的熱點(diǎn)方法[14-16]。

綠洲是新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)承載的主體[17]，綠洲農(nóng)業(yè)是干旱荒漠地區(qū)有水源灌溉地方特有的農(nóng)業(yè)景觀。新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的核心在綠洲，綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢決定著新疆農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向[18-20]。因此，綠洲農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展評價(jià)成為新疆農(nóng)業(yè)重要的研究內(nèi)容。米蘭綠洲的主體經(jīng)濟(jì)為農(nóng)業(yè)，筆者以米蘭綠洲為研究目標(biāo)，結(jié)合實(shí)測資料與野外實(shí)地考察，運(yùn)用生產(chǎn)性生態(tài)模型，并引入生態(tài)壓力指數(shù)，對米蘭綠洲40年的農(nóng)用地變化及生態(tài)承載力進(jìn)行研究分析，以期為當(dāng)?shù)卣贫ㄞr(nóng)業(yè)政策提供基礎(chǔ)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

米蘭，又稱磨朗、密阮[21]，隸屬于新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌縣，地理位置介于 88°30′～89°44′E，38°10′～39°30′N之間（圖1）。米蘭綠洲南靠阿爾金山脈，北接塔里木盆地的羅布泊洼地，西鄰若羌河，東面與庫木塔格沙漠接壤。米蘭（伊循城）是古代絲綢之路南道上的重鎮(zhèn)，對中西文化交流、經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著橋梁作用，至今仍是南疆通往青海的要道[22]。米蘭綠洲地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，周圍環(huán)繞著沙漠、戈壁和高山，具有典型的大陸性暖溫帶特征。來自印度的暖濕氣流受阿爾金山的阻擋，難以進(jìn)入該區(qū)域，來自大西洋、太平洋的水汽經(jīng)過長途跋涉，到達(dá)米蘭綠洲已經(jīng)所剩無幾，又因受到沙漠干旱的影響，難以形成降水，干旱指數(shù)>50。研究區(qū)主要?dú)夂蛱卣鞅憩F(xiàn)為冬季寒冷，夏季炎熱少雨，降水量稀少，蒸發(fā)量大，日照充沛，無霜期長，春秋大風(fēng)多。米蘭綠洲農(nóng)業(yè)現(xiàn)以紅棗種植為主，已形成紅棗種植基地?，F(xiàn)有農(nóng)業(yè)灌溉面積為0733萬hm2，林地面積為0.167萬hm2，園地面積為0.280萬hm2。主要種植香梨、蠟桃、葡萄、紅棗等。

1.2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 新疆第二師36團(tuán)的人口數(shù)據(jù)來源于《新疆建設(shè)團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒》（1991—2018年）;耕地?cái)?shù)據(jù)，主要作物播種面積數(shù)據(jù)其中包括玉米、小麥、棉花及其他、果園面積數(shù)據(jù)（1987—2017年）由國家統(tǒng)計(jì)局新疆調(diào)查大隊(duì)提供;各類作物產(chǎn)量來源于《新疆建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒》（1999—2018年）;作物的全球平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《國際統(tǒng)計(jì)年鑒》（1999—2017年）;2018年作物的全球平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織（http：//www.fao.org）。

1.2.2 研究方法

1.2.2.1 農(nóng)用地利用動(dòng)態(tài)度 區(qū)域農(nóng)用地利用變化包括農(nóng)用地利用類型的面積變化及其質(zhì)量變化。面積的變化主要反映在各類土地的總變化中，通過分析農(nóng)用地利用類型總數(shù)的變化幅度，可以了解農(nóng)用地利用變化總趨勢和農(nóng)用地內(nèi)部利用結(jié)構(gòu)變化。

本研究通過單一土地利用動(dòng)態(tài)度[23]（指研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)，某種土地利用類型數(shù)量變化的速率）來衡量研究區(qū)農(nóng)用地利用變化，筆者注重研究農(nóng)用地利用類型變化，因耕地與農(nóng)作物播種面積有一定區(qū)別，因此將耕地與農(nóng)作物播種面積分開分析，以下將糧食用地代替農(nóng)作物播種面積，公式表示如下：

1.2.2.2 農(nóng)用地利用類型轉(zhuǎn)換的趨勢 狀態(tài)指數(shù)通過比較土地利用類型和轉(zhuǎn)換率來反映土地利用/覆蓋類型的變化趨勢和狀態(tài)[24]。本研究采用仙巍等提出的土地利用狀態(tài)指數(shù)（Di）[25]對本研究區(qū)的農(nóng)用地進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為

1.2.2.4 生產(chǎn)性生態(tài)足跡模型 生態(tài)足跡模型通過需求和供給2個(gè)方面計(jì)算生態(tài)足跡及生態(tài)承載力的大小，比較二者來衡量自然資源的可持續(xù)狀況。因生產(chǎn)性生態(tài)足跡（即一個(gè)區(qū)域每年從生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)際取得的生物產(chǎn)量所需的生態(tài)生產(chǎn)性面積）更能真實(shí)地反映人類對地區(qū)的實(shí)際生態(tài)需求，筆者采用熊德國等提出的生產(chǎn)性生態(tài)足跡[27]對本研究進(jìn)行分析;以及筆者主要對農(nóng)用地利用進(jìn)行研究，因此引入生態(tài)壓力指數(shù)來表示研究區(qū)生態(tài)承載能力，公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)用地利用變化幅度特征

從圖2可以看出：（1）21世紀(jì)之前，隨著人口增加，米蘭綠洲主要農(nóng)用地類型為耕地和糧食用地;20世紀(jì)90年代末，該地區(qū)開始出現(xiàn)棉花用地;21世紀(jì)初期，該地區(qū)開墾了水果園地;近年來，該地區(qū)的主要農(nóng)用地從耕地和糧食用地變?yōu)樗麍@地，從農(nóng)用地類型的轉(zhuǎn)變可以看出，該地區(qū)在經(jīng)濟(jì)政策支持下，開始種植經(jīng)濟(jì)型作物，從而帶動(dòng)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。（2）米蘭綠洲從20世紀(jì)80年代起，耕地面積呈現(xiàn)先增大后減少，逐漸保持穩(wěn)定的趨勢。從1978年的1 742 hm2增加至1997年的3 357 hm2，而后2007年減少至2 874 hm2，2017年保持在 2 960 hm2，40年來，耕地的動(dòng)態(tài)度為1.8%。該地區(qū)貫徹實(shí)行了2009年國土資源部提出的“保經(jīng)濟(jì)增長、保耕地紅線”的耕地保護(hù)制度。（3）該地區(qū)糧食用地面積逐年減少，1978—1997年糧食的動(dòng)態(tài)度為 -1.4%，2007年糧食面積僅為131 hm2，2017年該地區(qū)已無糧食用地;1987—2007年棉花的動(dòng)態(tài)度為12%，2017年該地區(qū)不再種植棉花;1978—2017年，40年水果園動(dòng)態(tài)度為12.6%，水果園地面積由1978年的995 hm2增長至2017年的3 001 hm2，該地區(qū)水果園地面積增長幅度最大。

2.2 農(nóng)用地利用類型轉(zhuǎn)換趨勢特征

從表1可以看出：（1）1978—1987年，耕地和糧食用地的轉(zhuǎn)出速率略大于轉(zhuǎn)入速率，糧食用地的變化幅度稍大，出現(xiàn)縮減的趨勢，而棉花用地和水果園地則是出現(xiàn)相反現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)入速率大于轉(zhuǎn)出速率，種植面積不斷在擴(kuò)增。（2）1988—1997年，耕地、糧食用地以及棉花用地都出現(xiàn)了擴(kuò)張趨勢，其中耕地的擴(kuò)張趨勢最明顯，糧食用地也是近40年來唯一的擴(kuò)張時(shí)期，這也是兵團(tuán)大力開墾的時(shí)期，水果園地則相應(yīng)地出現(xiàn)了縮減趨勢。（3）1998—2007年，耕地和糧食用地出現(xiàn)縮減趨勢，耕地在這一階段出現(xiàn)轉(zhuǎn)出速率遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)入速率，出現(xiàn)了明顯的面積減小，而棉花用地和水果園地則出現(xiàn)了擴(kuò)張趨勢，水果園地的種植面積出現(xiàn)小幅度增加。（4）2008—2017年，耕地和水果園地出現(xiàn)了擴(kuò)張趨勢，而糧食用地和棉花用地出現(xiàn)縮減趨勢，棉花種植面積在這一階段逐漸減少，至2017年，該地區(qū)已不再種植棉花，而水果園地的種植面積大幅度增加，成為該地區(qū)的主要農(nóng)用地類型，紅棗成為該地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)型作物。（5）1978—2017年40年間，耕地和糧食用地呈現(xiàn)縮減趨勢，而棉花和水果園地則是擴(kuò)張趨勢，意味著該地區(qū)的農(nóng)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

2.3 農(nóng)用地利用程度分析

從表2可以看出：（1）1978—2017年40年間，研究區(qū)耕地利用程度指數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在1997年最大，為0.54，2017年減小至 0.39，為40年來最小值，耕地的利用程度變化量也出現(xiàn)負(fù)值，耕地不再是該地區(qū)的主要農(nóng)用地類型。（2）1997年前，糧食用地的利用程度指數(shù)趨于穩(wěn)定，保持在0.35左右，2007年出現(xiàn)大幅減少，至2017年不再有該種農(nóng)用地類型，40年間，糧食的利用程度變化量也大幅度減少。（3）棉花在該地區(qū)的利用程度普遍偏低，種植棉花需要消耗大量的水資源，而棉花的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)遠(yuǎn)低于紅棗。目前，該地區(qū)已經(jīng)不再種植棉花。（4）該地區(qū)水果園地的利用程度指數(shù)從1978年的0.03增至2017年的0.50，40年來的利用程度變化量也是農(nóng)用地類型中最大的，水果園地已經(jīng)成為該地區(qū)的主要農(nóng)用地利用類型。

2.4 農(nóng)用地生態(tài)承載力評價(jià)

從圖3可以看出：（1）1998—2004年，米蘭綠洲人均生態(tài)足跡變化幅度不大，但在緩步上升;2005年出現(xiàn)明顯增加，2006—2007年出現(xiàn)小幅度下降，2008—2012年人均生態(tài)足跡在穩(wěn)步增長，2013—2015年則呈現(xiàn)小幅度減少趨勢，2016年增長至20年來最大值，為4.6 ghm2/cap，2017年人均生態(tài)足跡又開始下降?？傮w來看，20年來人均生態(tài)足跡的變化波動(dòng)比較大。（2）1998—2007年米蘭綠洲人均生態(tài)承載力保持平穩(wěn)狀態(tài)，基本保持在0.25 ghm2/cap左右，2008—2016年開始出現(xiàn)逐漸上升態(tài)勢，2016年達(dá)到近20年來的峰值，人均生態(tài)承載力為 1.18 ghm2/cap，2017年呈現(xiàn)減小趨勢。同時(shí)，米蘭綠洲20年來人均生態(tài)承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人均生態(tài)足跡。（3）1998—2004年，米蘭綠洲的生態(tài)壓力指數(shù)變化趨勢劇烈震蕩，在增加和減小之間反復(fù)變化，說明該地區(qū)的生態(tài)承壓能力十分不穩(wěn)定，2005—2012年呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，2013—2015年生態(tài)壓力指數(shù)增加幅度變大，逐漸接近0，表明該地區(qū)的生態(tài)狀況逐漸好轉(zhuǎn)，生態(tài)承壓能力不斷增強(qiáng)，2016—2017年生態(tài)壓力指數(shù)呈現(xiàn)減小趨勢，生態(tài)承載力出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)用地類型出現(xiàn)變化密不可分，當(dāng)農(nóng)用地類型豐富，且分配均衡時(shí)，其生態(tài)壓力指數(shù)會(huì)不斷增大，且保持良好?？傮w而言，米蘭綠洲的生態(tài)壓力指數(shù)全都是<0，說明該地區(qū)一直為生態(tài)赤字狀態(tài)，這與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件與土地條件有關(guān)，但20年來，該地區(qū)的生態(tài)壓力指數(shù)是一個(gè)增大的趨勢，說明該地區(qū)的生態(tài)承載力在不斷增強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境不斷改善。

3 討論

3.1 米蘭綠洲農(nóng)用地類型轉(zhuǎn)變原因

40年間，米蘭綠洲的農(nóng)用地類型不斷發(fā)生變化，從以耕地和糧食用地為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐运麍@地為主的農(nóng)用地類型。主要原因：（1）米蘭河流域氣溫升溫快，且不穩(wěn)定，春寒嚴(yán)重。年內(nèi)最大月平均氣溫出現(xiàn)在7月，為27.4 ℃，最小月平均氣溫出現(xiàn)在1月，為-8.5 ℃（圖4）。歷年極端最高氣溫為 43.6 ℃，歷年極端最低氣溫為-27.2 ℃。歷年最大風(fēng)速為33 m/s，相應(yīng)風(fēng)力為11級。8級以上大風(fēng)天數(shù)多年平均為37 d，多發(fā)生在4—6月，且常挾帶沙塵，遮天蔽日，形成沙暴危害。由于極端的氣溫以及沙塵暴的影響，該地區(qū)不適宜大范圍種植香梨等瓜果，棉花的種植則需要大量的水資源，紅棗十分適應(yīng)于當(dāng)?shù)氐臍夂颍乙驗(yàn)楣庹召Y源充足，果實(shí)甜美且種類繁多。（2）2001年，若羌縣為大幅度提高農(nóng)牧民收人，進(jìn)一步加快農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整，實(shí)施退耕還林政策，并依據(jù)若羌縣得天獨(dú)厚的光熱資源條件，確立實(shí)施了若羌縣紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。2010年11月23日，原國家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)對“若羌紅棗”實(shí)施地理標(biāo)志產(chǎn)品保護(hù)。紅棗已經(jīng)逐步成為該地區(qū)的代表產(chǎn)品。

3.2 米蘭綠洲合理的農(nóng)用地利用結(jié)構(gòu)

米蘭綠洲處于塔克拉瑪干沙漠東南緣，屬于典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，降水量少，蒸發(fā)量大，氣候干燥，水資源相對匱乏，生態(tài)環(huán)境較為惡劣，沙漠化始終威脅著綠洲生存，這也是本研究分析中出現(xiàn)生態(tài)壓力指數(shù)始終<0的原因。從1998—2017年農(nóng)用地生態(tài)承載力分析可以看出，當(dāng)?shù)剞r(nóng)用地類型豐富，且分配均衡，其農(nóng)用地生態(tài)承載力高、可持續(xù)性強(qiáng)。因此，對農(nóng)用地類型轉(zhuǎn)換及其可持續(xù)發(fā)展地深入研究，有利于解決農(nóng)用地利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境之間的矛盾。建議合理分配區(qū)域內(nèi)水資源、優(yōu)化區(qū)域內(nèi)部農(nóng)用地類型，不要過于單一發(fā)展農(nóng)用地類型，提高農(nóng)業(yè)培育技術(shù)以及農(nóng)用地利用程度。

4 結(jié)論

1978—2017年，40年間米蘭綠洲農(nóng)用地利用變化較大，通過對農(nóng)用地?cái)?shù)量特征、農(nóng)用地利用類型變化特征以及農(nóng)用地生態(tài)承載力進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：（1）1978—2017年，米蘭綠洲耕地面積出現(xiàn)先增后減的總趨勢，糧食用地逐漸減小。40年間，從以耕地、糧食用地為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐运麍@地為主的農(nóng)用地類型，經(jīng)濟(jì)型作物逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)作物，2017年水果園面積占了總農(nóng)用地面積的41.9%。（2）1978—2017年，米蘭綠洲的棉花用地利用程度較低，水果園地利用程度逐漸上升，且增長迅速。該地區(qū)糧食用地和水果園地的利用程度變化量最大，糧食用地逐漸縮減，而水果園地逐漸增多，這是在該地區(qū)政策導(dǎo)向下產(chǎn)生的。（3）1998—2017年，米蘭綠洲人均農(nóng)用地生態(tài)足跡不斷上下浮動(dòng)，人均農(nóng)用地生態(tài)承載力呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，生態(tài)壓力指數(shù)不斷增大，生態(tài)環(huán)境逐漸改善，但人均生態(tài)足跡遠(yuǎn)大于人均生態(tài)承載力，該地區(qū)的農(nóng)用地可持續(xù)性較弱。

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