喀什噶爾河流域人工-天然綠洲轉(zhuǎn)化過程分析

艾克熱木·阿布拉

（新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000）

關(guān)鍵詞：人工綠洲　天然綠洲　面積比　喀什噶爾河流域

1 引言

在干旱區(qū)山地、荒漠、綠洲三大系統(tǒng)中,綠洲處于中心位置。它是干旱區(qū)特有的景觀，是干旱區(qū)最為精華的部分，沒有綠洲就沒有干旱區(qū)的生存與發(fā)展［1-2］。在綠洲的形成和分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，按綠洲成因劃分為人工綠洲和天然綠洲［3］。大量人工綠洲是由于人類活動影響在天然綠洲的基礎(chǔ)上形成的，人工綠洲和天然綠洲相互聯(lián)系相互制約，并且綠洲系統(tǒng)良好的生存發(fā)展也是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)。隨著人口不斷增長，土地的盲目開墾及對資源的不合理利用，加劇了土地利用類型的改變，嚴(yán)重影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境健康和可持續(xù)發(fā)展［4-5］。在巨大的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動下人工綠洲所占比例大幅增加，天然綠洲大幅減少，導(dǎo)致一系列生態(tài)問題，主要表現(xiàn)為人工綠洲擴(kuò)張，天然草地、草場、野生動物棲息地、自然水域減少。為維持生態(tài)系統(tǒng)健康以此研究探討維持合適的綠洲比例，以實現(xiàn)人工綠洲和天然綠洲協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實意義［6-7］。

喀什噶爾河流域位于我國新疆西北干旱區(qū)，原是塔里木河九源流之一，由于人為和自然因素的雙重影響，喀什噶爾河已與塔里木河干流失去地表水聯(lián)系，形成相對獨立的水系。近年來，流域內(nèi)土地利用類型發(fā)生了十分復(fù)雜的變化，土地沙化、植被退化、水土流失等生態(tài)環(huán)境問題突出。目前關(guān)于喀什噶爾河流域人工綠洲與天然綠洲相互轉(zhuǎn)化過程的研究基礎(chǔ)相對薄弱，因此，本文以喀什噶爾河流域1990年、2000年、2015年的遙感影像為基礎(chǔ)，分析流域近25年人工綠洲和天然綠洲的變化規(guī)律及其比例，探討該區(qū)人工綠洲和天然綠洲的適宜配比，為該流域綠洲合理發(fā)展提供科學(xué)基礎(chǔ)，為決策者制定合理的綠洲發(fā)展規(guī)劃提供決策依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

喀什噶爾河流域地處歐亞大陸腹地、新疆維吾爾自治區(qū)的西南部、塔里木盆地西部邊緣，南屏昆侖山，北連天山西段，西為帕米爾高原，并與吉爾吉斯斯坦共和國和塔吉克斯坦共和國接壤，東部直通塔里木盆地腹地，與葉爾羌河流域毗鄰。整個流域西高東低，北部、西部、南部三面環(huán)山，東面為地勢低平的塔里木盆地底部。地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，大陸性干旱氣候特點顯著，四季分明，平原和山區(qū)水文氣候特點各異?？κ哺翣柡恿饔?qū)倥瘻貛Т箨懜珊禋夂?，其主要特點是降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、光照充足、積溫高、氣溫年際變化不大，冬短夏長［8-9］，而日溫差大，無霜期長，適宜于農(nóng)作物及果樹生長。尤其適宜于棉花、玉米、小麥等農(nóng)作物及葡萄、石榴、杏等果樹生長。近年來隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，該區(qū)域隨年份增長人工綠洲面積不斷擴(kuò)大，天然綠洲面積不斷減少［10］。

3 數(shù)據(jù)來源及研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用喀什噶爾河流域Landsat-TM遙感影像數(shù)據(jù)和中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，成像時間分別為1990年、2000年和2015年的7—9月，每景覆蓋度185km×185km，圖像分辨率為30m，影像主要采用2、3、4波段合成。借助ENVI5.0完成幾何校正、配準(zhǔn)，并參照新疆維吾爾自治區(qū)測繪地理信息局發(fā)布的新疆政區(qū)圖［審圖號：新S（2016）133號］，完成流域邊界裁剪。利用ArcGIS 9.3，參照中國科學(xué)院土地利用分級系統(tǒng)，同時兼顧影像分辨率，對合成遙感影像進(jìn)行目視分類解譯、建立拓?fù)潢P(guān)系，并經(jīng)精度檢驗，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，最終獲取河流域典型時期（1990年、2000年和2015年）土地利用/覆被圖（圖1）。在遙感圖像解譯過程中，將流域內(nèi)土地利用類型（共分為）耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6個一級土地利用類型。進(jìn)一步，將草地劃分為高、中及低覆蓋度草地，林地劃分為有林地、灌木林地、疏林地和其他林地，水域劃分為河渠、灘涂濕地、湖泊及水庫，建設(shè)用地分為城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點和其他建設(shè)用地，未利用地劃分為沙地、鹽堿地、裸土地、裸巖石礫地和其他未利用土地，包括耕地在內(nèi)共20個二級土地利用類型。

3.2 綠洲分類方法

按照大地貌類型，將流域分為山區(qū)、平原和荒漠三部分。在平原地區(qū)，將各土地利用類型進(jìn)行分類劃分，分為人工綠洲和天然綠洲。在土地利用類型解譯基礎(chǔ)上，結(jié)合喀什噶爾河流域土地利用特點及野外實地驗證，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)村居民點和其他建設(shè)用地）及人工水域（主要為湖泊）。

3.3 轉(zhuǎn)移矩陣計算

利用轉(zhuǎn)移矩陣來分析具體的土地轉(zhuǎn)化過程。利用ArcGIS的interscet模塊及Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊，將解譯好的喀什噶爾河流域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，2000—2015年及1990—2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

4 結(jié)果分析

4.1 喀什噶爾河流域人工-天然綠洲結(jié)構(gòu)

干旱區(qū)綠洲主要分布在河流沖積扇及沖洪積平原上，大地貌類型、水文過程及人類活動共同決定了綠洲分布格局，從而造成天然及人工綠洲分布的明顯差異。明確人工-天然綠洲結(jié)構(gòu)對于綠洲水土資源的空間開發(fā)及生態(tài)保護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義，為此，本文基于喀什噶爾河流域土地利用/覆被解譯結(jié)果，結(jié)合天然綠洲及人工綠洲的分類方法，并基于綠洲實際分布特點，得到喀什噶爾河流域綠洲分布圖及綠洲結(jié)構(gòu)概化圖（圖2）。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，人工綠洲主要分布于流域中游區(qū)，天然綠洲主要分布在流域下游、人工綠洲的外圍。隨著徑流的運(yùn)移、轉(zhuǎn)化及耗散，出現(xiàn)人工綠洲-天然綠洲-沙漠戈壁的空間變化特點，是典型的山前沖洪積扇綠洲。其中，天然綠洲起到抵擋外圍風(fēng)沙侵襲，維持一定面積的天然綠洲主要依靠人工綠洲消耗之后的剩余水量。在一定水資源量條件下，隨著綠洲開發(fā)強(qiáng)度的加大，人工綠洲的擴(kuò)張勢必會擠占維持天然綠洲生態(tài)結(jié)構(gòu)完整和功能穩(wěn)定的生態(tài)用水，從而造成天然綠洲規(guī)模的萎縮，因此，了解其人工-天然綠洲的轉(zhuǎn)化過程有利于明晰當(dāng)前綠洲的穩(wěn)定狀態(tài)，從而對區(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)。

4.2 綠洲面積及比例變化特征

根據(jù)解譯數(shù)據(jù)顯示，1990—2015年之間，綠洲總體規(guī)模變化并不明顯，主要表現(xiàn)為人工綠洲不斷擴(kuò)張，天然綠洲不斷縮小，呈現(xiàn)出人工綠洲替代天然綠洲的特點（圖3）。1990—2015年之間，典型的山前沖洪積扇綠洲，人工綠洲面積增幅達(dá)到42.7%，而天然綠洲減少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。而在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114.8 km2/a，相較于1990—2000年，天然綠洲向人工綠洲轉(zhuǎn)化速率明顯加快。相同地，人工綠洲與天然綠洲面積比例在近25年呈增加的趨勢，在1990年、2000年、2015年，人工綠洲與天然綠洲面積比值分別是0.42∶1、0.47∶1、0.78∶1。

4.3 綠洲土地利用類型變化過程分析

4.3.1 土地利用/覆被類型面積變化

人工-天然綠洲的快速轉(zhuǎn)化勢必會對綠洲生態(tài)環(huán)境的改變產(chǎn)生重要的影響。由表1可以看出，人工綠洲主要以耕地為主，1990年、2000年及2015年分別占人工綠洲總面積的27.11%、29.59%和39.25%；而天然綠洲主要以草地為主，3個時間節(jié)點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，而耕地面積增長最為顯著，25a內(nèi)增長幅度達(dá)到44.35%，增長速率達(dá)到81.54 km2/a，且在2000—2015年增長速率高達(dá)108.23 km2/a，明顯高于1990—2000年間增長速度；耕地增長面積占到了人工綠洲增長面積的93.93%，是造成人工綠洲規(guī)模增大的主要原因。相反，近25年內(nèi)天然綠洲各土地利用類型則分別出現(xiàn)不同程度的減少趨勢，其中草地減少趨勢最為強(qiáng)烈。1990—2015年草地面積共減少19.36%，減少速率達(dá)到了86.26km2/a，其中1990—2000年之間減少3.89%，減少速率為43.36 km2/a，而在2000—2015年減少速率明顯加快，減少速率達(dá)到了114.86 km2/a，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。

4.3.2 轉(zhuǎn)移矩陣

為詳細(xì)揭示人工-天然綠洲的具體轉(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2和表3）。根據(jù)表2，1990—2000年，耕地增加面積主要是由草地和天然林地轉(zhuǎn)化而來，其凈轉(zhuǎn)入量（即轉(zhuǎn)入面積減去轉(zhuǎn)出面積）占耕地增加面積的9%；城鎮(zhèn)用地增加了8.86%，主要由耕地和草地轉(zhuǎn)化而來。天然綠洲中天然林地減少了1.63%，主要轉(zhuǎn)化成了耕地；草地主要向耕地轉(zhuǎn)化，其凈轉(zhuǎn)儲量占草地面積的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。

而根據(jù)表3，在2000—2015年，喀什噶爾河流域耕地增加了32.39%，仍然主要由草地和天然林地轉(zhuǎn)化而來；建設(shè)用地主要由耕地和草地轉(zhuǎn)化而來，其分別占轉(zhuǎn)入量的65%和35%；人工水域未發(fā)生轉(zhuǎn)化。天然綠洲的土地利用/覆被類型中，天然林地主要向耕地和草地退化；草地面積大幅度減少，向耕地凈轉(zhuǎn)化量占草地面積的比例達(dá)到18%。由以上分析可以看出，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，是造成天然綠洲不斷縮小、人工綠洲不斷擴(kuò)大的主要原因。

5 討論

5.1 喀什噶爾河流域人工-天然綠洲轉(zhuǎn)化原因分析

1990—2015年，喀什噶爾河流域的人工綠洲呈不斷擴(kuò)張，天然綠洲面積不斷縮小，表現(xiàn)為人工綠洲替代天然綠洲的趨勢。這些現(xiàn)象主要由以下原因造成：耕地面積持續(xù)以較快速度增長，該地區(qū)開荒較為嚴(yán)重，從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析，新增耕地主要來源于林地和草地；建筑用地面積增速較為穩(wěn)定，且有提高的趨勢，這是由于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)上升，城市化進(jìn)程加快導(dǎo)致。耕地面積大幅增長，與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)特點密切關(guān)系，當(dāng)?shù)氐母刂饕悦藁ǚN植為主，受棉花價格持續(xù)走高的影響，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民大量種植棉花等經(jīng)濟(jì)作物，致使耕地面積增長。

5.2 喀什噶爾河流域人工-天然綠洲比例合理性探討

國內(nèi)有研究提出天然綠洲面積比例應(yīng)至少為15%左右，即人工綠洲占整個綠洲面積的百分比不宜超過85%［11］；相關(guān)研究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［12］；有些研究認(rèn)為人工綠洲與天然綠洲規(guī)模比應(yīng)為2∶3［13］；新疆渭干河平原綠洲內(nèi)耕地面積與（林地+草地）面積比例為3∶2［14］；李建林等［15］利用分形理論P(yáng)AO（人工綠洲占整個綠洲面積的分比）分析了新疆人工綠洲、天然綠洲分布的適宜比例，并認(rèn)為新疆耕地面積還有一定的開發(fā)潛力。上述分析得出近25年喀什噶爾河流域人工綠洲面積呈增長趨勢，而天然綠洲面積呈下降趨勢；人工綠洲與天然綠洲面積比例在近25年呈增加的趨勢，在1990年、2000年、2015年，人工綠洲與天然綠洲面積比值分別是0.42∶1、0.47∶1、0.78∶1。這表現(xiàn)出2015年喀什噶爾河流域人工綠洲與天然綠洲比例超過2∶3（即0.667∶1）的適宜范圍［13］。但本文在計算天然綠洲面積中的草地面積時，是將高、中及低覆蓋面積的草地面積相加獲得。因此，在計算天然綠洲面積的過程中人為地擴(kuò)大了天然草地面積，從而導(dǎo)致人工綠洲面積偏大，最終導(dǎo)致面積比例結(jié)果（人工/天然）偏小。如果不計低覆蓋草地，再次計算人工與天然綠洲規(guī)模之比，將低覆蓋草地不計入天然草地面積內(nèi)，1990年、2000年、2015年三年的人工綠洲和天然綠洲的面積比都是不合理的。

6 結(jié)論

（1）喀什噶爾河流域?qū)俚湫偷纳角皼_洪積扇綠洲，1990—2015年，流域人工綠洲呈不斷擴(kuò)張，天然綠洲面積不斷縮小，表現(xiàn)為人工綠洲替代天然綠洲的趨勢，轉(zhuǎn)化速率達(dá)到85.6km2/a。

（2）1990—2015年間，人工-天然綠洲轉(zhuǎn)化過程中，耕地面積增長趨勢最為明顯，25年增長幅度達(dá)到44.35%；草地和天然林地向耕地的轉(zhuǎn)化是造成天然綠洲不斷縮小，人工綠洲不斷擴(kuò)大的主要原因。

（3）喀什噶爾河流域人工綠洲與天然綠洲面積比例在近20年呈增加的趨勢，在1990年、2000年、2015年，人工綠洲與天然綠洲面積比值分別是0.42∶1、0.47∶1、0.78∶1，表明2015年人工綠洲已發(fā)展過大。若不計天然綠洲中的低覆蓋草地，三個時段人工綠洲與天然綠洲的配比皆大于適宜值。因此，加強(qiáng)天然綠洲（尤其是低覆蓋草地）的生態(tài)保護(hù)，控制或壓縮人工綠洲發(fā)展面積將是今后該區(qū)綠洲發(fā)展規(guī)劃的重點。

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