唐 建,王光焰,徐生武
(新疆塔里木河流域干流管理局,新疆 庫爾勒 841000)
自2001年始,國家投資107億元開展塔里木河流域綜合治理,歷經(jīng)十余年的《塔里木河流域近期綜合治理》項目的實施,取得了明顯的生態(tài)與社會效益[1- 2],減緩了干流生態(tài)廊道天然植被退化以及綠洲-荒漠過渡帶持續(xù)萎縮的速度。但是,塔里木河流域整體生態(tài)系統(tǒng)退化格局沒有改變,整個塔里木河干流生態(tài)廊道安全堪憂,亟需進行綜合治理保護[3]。以往基于塔里木河干流整體生態(tài)需水量研究或者是下游綠色走廊的研究較多[4- 5],而涉及生態(tài)廊道保護所需生態(tài)水量的研究較少。基于此,本研究結(jié)合自然因素與人為因素的變化情況確定以塔里木河干流1990、2000、2010及2017年四個時期土地利用變化情況做作為參考[6],確定了塔里木河干流生態(tài)廊道保護的目標(biāo)和范圍,并基于此研究了該區(qū)域的生態(tài)需水量,以期為保育塔里木河干流生態(tài)廊道,構(gòu)建人與自然和諧共存的生命共同體。這不僅是落實國家生態(tài)文明建設(shè)方針和推進美麗新疆建設(shè)的需求,同時對塔里木河流域經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。
塔里木河干流是典型的干旱區(qū)內(nèi)陸河流,全長1321km,其地勢為西高東低、北高南低,屬平原型河流。塔里木河干流自身產(chǎn)流,其水量主要來自葉爾羌河、阿克蘇河、和田河三條源流的補給。研究區(qū)地處中緯度歐亞大陸腹地,遠離海洋,四周被隆起的高山環(huán)繞,形成典型的溫帶干旱大陸性氣候,年平均氣溫10.5℃~11.4℃。此外,研究區(qū)降水稀少,主要植被類型有喬木、灌木和草本植物。
研究所使用的氣象數(shù)據(jù)來自塔里木河干流各氣象站1970~2018年逐日蒸發(fā)量數(shù)據(jù)。本文所使用的土地利用/覆被數(shù)據(jù)來自塔里木河干流1990、2000、2010及2017年Landsat-TM影像數(shù)據(jù),分辨率為30m,之后我們對四個年份的影像依據(jù)解譯標(biāo)準(zhǔn)進行人機交互式判讀和數(shù)字化工作,通過野外實地驗證和修正,生成矢量化專題圖。最后根據(jù)GB/T21010—2017《土地利用現(xiàn)狀分類》與流域?qū)嶋H的土地利用情況,參考土地利用特征及Landsat-TM影像數(shù)據(jù)的空間分辨率,確定區(qū)分出土地利用類型。
塔河干流天然植被生態(tài)需水量的計算主要采用定額法以及潛水蒸發(fā)法[7]。并且為了消除單一方法估算結(jié)果產(chǎn)生的偏差,將兩種計算方法的計算結(jié)果進行算術(shù)平均,從而獲得不同保護范圍天然植被維持生長的最低需水量。此外,依據(jù)宋郁東、樊自立[8]等人的研究,塔里木河流域植被影響系數(shù)見表1。
表1 不同潛水埋深下的植被系數(shù)
研究區(qū)天然植被主要依靠降水補給生態(tài)需水,因此生態(tài)廊道分析主要集中在依靠河水補給生態(tài)需水的綠洲區(qū)和荒漠區(qū),即: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-臺特瑪湖)河道兩側(cè)的天然荒漠河岸林,其生態(tài)廊道土地利用/覆被空間分布如圖1所示。
圖1 塔里木河干流上中游生態(tài)廊道土地利用/覆被空間分布圖
由圖1以及統(tǒng)計結(jié)果可知,1990—2017年,塔里木河干流上中游生態(tài)廊道林地減小了18.27%,草地減少了8.31%。2000—2018年,塔里木河干流上中游生態(tài)廊道林地減小了10.64%,草地減少了4.37%。塔里木河干流下游生態(tài)廊道土地覆被空間分布如圖2所示,由圖2統(tǒng)計結(jié)果,塔里木河干流下游生態(tài)廊道林地、草地面積分別增加了29%和56%,荒漠面積減少了38.9%。以上結(jié)果分析表明塔里木河干流生態(tài)輸水取得了良好的效果,天然植被覆蓋呈明顯增加趨勢。
圖2 塔里木河干流下游生態(tài)廊道土地利用/覆被空間分布圖
鑒于塔里木河干流天然植被的生態(tài)重要性、不可替代性、易擾動性以及脆弱性與復(fù)雜性等特性,本研究根據(jù)2017年環(huán)保部印發(fā)的《生態(tài)保護紅線劃定指南》(環(huán)辦生態(tài)[2017]48號)結(jié)合塔里木河生態(tài)實況將流域生態(tài)廊道功能區(qū)分為生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)及生態(tài)脆弱區(qū)三個區(qū)域。塔里木河干流生態(tài)廊道分布情況復(fù)雜,在《塔里木河干流(含臺特瑪湖)生態(tài)流量(水量)目標(biāo)制定與保障方案》中依據(jù)植被生長狀況、河道徑流影響范圍及植被種群結(jié)構(gòu)等,將上中游(阿拉爾至恰拉河段)近河道0~15km內(nèi)天然植被區(qū)化為重點生態(tài)功能區(qū),而在重點生態(tài)功能區(qū)的外圍則被劃定為生態(tài)敏感區(qū)及脆弱區(qū)。塔里木河下游(恰拉至臺特瑪湖)作為塔里木河流域綜合治理重點區(qū)域因其獨特的生態(tài)作用則被全部劃定為重點生態(tài)功能區(qū)。塔里木河干流功能區(qū)劃定具體情況見表2。
表2 塔里木河干流生態(tài)廊道功能區(qū)范圍 單位:km
結(jié)合表2中功能區(qū)劃分以及各關(guān)鍵水文控制節(jié)點,進一步將塔里木河干流劃分為5個河段,包括阿拉爾-新渠滿段、新渠滿-英巴扎段、英巴扎-烏斯?jié)M段及、烏斯?jié)M-恰拉段及恰拉-臺特瑪湖段。在此基礎(chǔ)上根據(jù)各河段氣候、水文等特征劃分各河段,重點生態(tài)功能區(qū):主要保護沿主河道分布的長勢較好、蓋度較高的有林地和高覆蓋草地;保護目標(biāo)為植被蓋度>30%,地下水維持在4~5m。生態(tài)敏感區(qū):河道正常來水下,工程措施達到的自然漫溢范圍。在重點生態(tài)功能區(qū)外側(cè)2~10km,以疏林地和低覆蓋草地為主;保護目標(biāo)為植被蓋度維持在10%~30%,地下水維持在5~8m。生態(tài)脆弱區(qū):在生態(tài)敏感區(qū)外側(cè),距河道10~30km,最遠可達南北兩岸古河道,由于遠離水源,胡楊林植被蓋度維持在5%~10%,地下水位維持在8~10m。各河段不同分區(qū)保護面積見表3,流域生態(tài)廊道保護總面積為13310.6km2,其中重點生態(tài)功能區(qū)為11092.17km2,生態(tài)敏感區(qū)為8890.47km2。
表3 塔里木河干流天然植被保護范圍 單位:km2
根據(jù)塔里木河干流各河段天然植被的保護范圍,植被生態(tài)需水量取利用潛水蒸發(fā)法和面積定額法計算所得的算術(shù)平均值。在重點生態(tài)功能區(qū)下確定的天然植被保護范圍內(nèi),塔里木河干流上游、中游和下游各河段天然植被所需生態(tài)水量見表4。合計得出在三個生態(tài)功能區(qū)的天然植被生態(tài)需水量分別為15.24、4.75和2.35億m3,塔里木河干流天然植被生態(tài)需水總量為22.43億m3。
表4 不同生態(tài)廊道功能區(qū)區(qū)天然植被生態(tài)需水量 單位:億m3
生態(tài)保護是指維系現(xiàn)狀下的天然植被平均覆蓋度和面積,使其能夠正常繁育更新。生態(tài)保護水量是保障天然植被不退化的最低水量,天然植被需水量是實現(xiàn)生態(tài)保護的基本水量,因此,本研究將天然植被需水量視為生態(tài)保護水量。結(jié)合前文塔里木河干流天然植被生態(tài)需水量計算結(jié)果,基于生態(tài)保護設(shè)定的目標(biāo)和范圍,根據(jù)生態(tài)保護水量計算公式計算出塔里木河干流生態(tài)保護的需水量,其中塔里木河干流下游因有3.5億m3下泄指標(biāo)要求,因此在計算干流水量時主要針對上中游河段(阿拉爾~大西海子河段)。根據(jù)表4,塔里木河干流所需生態(tài)保護水量為21.39億m3(不含大西海子以下河段的3.5億m3下泄指標(biāo)要求)。
塔里木河干流植被單位面積生態(tài)需水量空間分布如圖3所示,從圖3中可以看出單位面積需水量超過300m3/畝的區(qū)域集中分布在流域的上游阿拉爾到新其滿河段,主要是有林地和高覆蓋度草地組成,這些區(qū)域植被長勢好,耗水量大;需水量在200~300m3/畝的區(qū)域分布在阿拉爾到英巴扎河段的河道兩側(cè)20km以內(nèi),主要植被是疏林地和高覆蓋草地。需水量介于100~200m3/畝之間的位于新其滿到烏斯?jié)M河段北部支流的兩側(cè)和河道南側(cè)的部分地區(qū),疏林地和高覆蓋草地遍布這些區(qū)域。需水量小于100m3/畝的區(qū)域主要位于英巴扎至恰拉段河道兩側(cè),植被為疏林地和低覆蓋草地。
圖3 塔里木河干流植被單位面積生態(tài)需水量
根據(jù)生態(tài)廊道植被的時空變化分析,實行統(tǒng)一管理后塔里木河干流植被覆蓋呈增加趨勢,然而沿河流的生態(tài)輸水,實際上治理了一條線而不是一個面,治理范圍十分有限,下游荒漠河岸林退化趨勢未根本扭轉(zhuǎn),研究表明[5]近40年來,塔里木河干流濕地與天然胡楊林面積顯著減少,導(dǎo)致綠色走廊寬度減小,生物多樣性銳減。這一結(jié)果表明,即使進行了大量的生態(tài)輸水,近河道地區(qū)地下水埋深較淺,植被蓋度的持續(xù)增大似乎已達到極限。產(chǎn)生這種情況的原因主要有以下兩個方面:
(1)生態(tài)輸水主要以現(xiàn)存河道為依托,這種線狀的輸水最大橫向影響范圍僅局限于河道兩側(cè)1000m以內(nèi),因此線狀的輸水過程就決定了輸水影響的空間范圍小,很難大范圍內(nèi)提高自然植被的蓋度;
(2)河道人工輸水改變了原有的河道自然水流過程,尤其是不再出現(xiàn)洪水期的河水漫溢過程,導(dǎo)致了植物種子繁殖的基礎(chǔ)條件與節(jié)律被完全打破,荒漠河岸植物很難進行自我更新。生態(tài)輸水僅能最大限度維持現(xiàn)有植被的生長,而不能促進植物種群進行有效的更新,故即使大量的進行了輸水,下游地區(qū)植被NDVI指數(shù)或蓋度仍增加有限。
十九大報告為新時期塔河流域的水生態(tài)文明建設(shè)指明了方向,為進一步加強塔里木河干流生態(tài)廊保護,提出以下相關(guān)保護措施與建議。
(1)健全流域生態(tài)工程布局。為高效和優(yōu)化配置塔里木河干流生態(tài)水量,以生態(tài)廊道天然植被退化區(qū)為靶點,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,圍繞生態(tài)廊道生態(tài)保護的范圍和目標(biāo),集成應(yīng)用河道疏浚工程、護岸防護與生態(tài)閘引水工程、河-湖-庫水系連通建設(shè)及水資源聯(lián)合調(diào)度工程、退化胡楊林封育保護工程、湖泊與濕地生態(tài)保護工程、生態(tài)封育與綜合修復(fù)工程等工程措施[9]。
(2)落實流域生態(tài)廊道保護政策。根據(jù)塔里木河干流兩岸荒漠河岸林林地的分布特征[10],設(shè)定不同對策下的林地保育范圍和面積,對于塔里木河干流上中游四個河段,分別確定以封育保護、生態(tài)恢復(fù)和修復(fù)重建為目標(biāo)的保護對策。塔里木河干流下游段(恰拉-臺特瑪湖)荒漠河岸林是塔里木河干流退化最為嚴重的區(qū)段,針對該區(qū)段在塔里木河干流下游一期綜合治理的基礎(chǔ)上,提出確保塔里木河干流下游荒漠河岸林生態(tài)需水的同時,繼續(xù)保持嚴格封育及綜合的人工修復(fù)重建生態(tài)工程措施,以實現(xiàn)對干流下游河岸林天然植被的恢復(fù)與重建。
(3)建立完善的流域生態(tài)廊道綜合治理的保障機制。建議實行最嚴格的水資源管理制度,健全塔里木河流域生態(tài)水保障法規(guī)體系,并實施流域水量的科學(xué)與統(tǒng)一調(diào)度,加快推進“智慧塔河”建設(shè),實施生態(tài)廊道信息化監(jiān)測與平臺建設(shè)工程,提升生態(tài)廊道保護效率。
盡管塔河流域?qū)嵭薪y(tǒng)一管理后,塔里木河干流植被恢復(fù)效果顯著,然而其生態(tài)保護問題依然不容忽視,塔里木河干流綠色生態(tài)廊道萎縮以及植被退化問題依然嚴峻,亟需解決?;诖颂岢隽送晟圃摿饔虻纳鷳B(tài)工程布局,健全生態(tài)廊道綜合治理保障機制,加快推進“智慧塔河”建設(shè),實施生態(tài)廊道信息化監(jiān)測與平臺建設(shè)工程等對策。此外,還需進一步展開針對塔里木河干流植被恢復(fù)所需生態(tài)水量的研究。