喀什噶尔河流域人工-天然绿洲转化过程分析

艾克热木·阿布拉

（新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000）

关键词：人工绿洲　天然绿洲　面积比　喀什噶尔河流域

1 引言

在干旱区山地、荒漠、绿洲三大系统中,绿洲处于中心位置。它是干旱区特有的景观，是干旱区最为精华的部分，没有绿洲就没有干旱区的生存与发展［1-2］。在绿洲的形成和分布规律的基础上，按绿洲成因划分为人工绿洲和天然绿洲［3］。大量人工绿洲是由于人类活动影响在天然绿洲的基础上形成的，人工绿洲和天然绿洲相互联系相互制约，并且绿洲系统良好的生存发展也是维持生态系统稳定的重要基础。随着人口不断增长，土地的盲目开垦及对资源的不合理利用，加剧了土地利用类型的改变，严重影响区域生态环境健康和可持续发展［4-5］。在巨大的经济利益驱动下人工绿洲所占比例大幅增加，天然绿洲大幅减少，导致一系列生态问题，主要表现为人工绿洲扩张，天然草地、草场、野生动物栖息地、自然水域减少。为维持生态系统健康以此研究探讨维持合适的绿洲比例，以实现人工绿洲和天然绿洲协调、可持续发展，具有重要的科学和现实意义［6-7］。

喀什噶尔河流域位于我国新疆西北干旱区，原是塔里木河九源流之一，由于人为和自然因素的双重影响，喀什噶尔河已与塔里木河干流失去地表水联系，形成相对独立的水系。近年来，流域内土地利用类型发生了十分复杂的变化，土地沙化、植被退化、水土流失等生态环境问题突出。目前关于喀什噶尔河流域人工绿洲与天然绿洲相互转化过程的研究基础相对薄弱，因此，本文以喀什噶尔河流域1990年、2000年、2015年的遥感影像为基础，分析流域近25年人工绿洲和天然绿洲的变化规律及其比例，探讨该区人工绿洲和天然绿洲的适宜配比，为该流域绿洲合理发展提供科学基础，为决策者制定合理的绿洲发展规划提供决策依据。

2 研究区概况

喀什噶尔河流域地处欧亚大陆腹地、新疆维吾尔自治区的西南部、塔里木盆地西部边缘，南屏昆仑山，北连天山西段，西为帕米尔高原，并与吉尔吉斯斯坦共和国和塔吉克斯坦共和国接壤，东部直通塔里木盆地腹地，与叶尔羌河流域毗邻。整个流域西高东低，北部、西部、南部三面环山，东面为地势低平的塔里木盆地底部。地处欧亚大陆腹地，远离海洋，大陆性干旱气候特点显著，四季分明，平原和山区水文气候特点各异。喀什噶尔河流域属暖温带大陆干旱气候，其主要特点是降水稀少、蒸发强烈、光照充足、积温高、气温年际变化不大，冬短夏长［8-9］，而日温差大，无霜期长，适宜于农作物及果树生长。尤其适宜于棉花、玉米、小麦等农作物及葡萄、石榴、杏等果树生长。近年来随着社会经济的发展，该区域随年份增长人工绿洲面积不断扩大，天然绿洲面积不断减少［10］。

3 数据来源及研究方法

3.1 数据来源

基础数据采用喀什噶尔河流域Landsat-TM遥感影像数据和中巴资源卫星数据，成像时间分别为1990年、2000年和2015年的7—9月，每景覆盖度185km×185km，图像分辨率为30m，影像主要采用2、3、4波段合成。借助ENVI5.0完成几何校正、配准，并参照新疆维吾尔自治区测绘地理信息局发布的新疆政区图［审图号：新S（2016）133号］，完成流域边界裁剪。利用ArcGIS 9.3，参照中国科学院土地利用分级系统，同时兼顾影像分辨率，对合成遥感影像进行目视分类解译、建立拓扑关系，并经精度检验，其Kappa系数分别为85.2%（1990年）、88.7%（2000年）、93%（2015年），可满足研究需求，最终获取河流域典型时期（1990年、2000年和2015年）土地利用/覆被图（图1）。在遥感图像解译过程中，将流域内土地利用类型（共分为）耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6个一级土地利用类型。进一步，将草地划分为高、中及低覆盖度草地，林地划分为有林地、灌木林地、疏林地和其他林地，水域划分为河渠、滩涂湿地、湖泊及水库，建设用地分为城镇用地、农村居民点和其他建设用地，未利用地划分为沙地、盐碱地、裸土地、裸岩石砾地和其他未利用土地，包括耕地在内共20个二级土地利用类型。

3.2 绿洲分类方法

按照大地貌类型，将流域分为山区、平原和荒漠三部分。在平原地区，将各土地利用类型进行分类划分，分为人工绿洲和天然绿洲。在土地利用类型解译基础上，结合喀什噶尔河流域土地利用特点及野外实地验证，天然绿洲包含天然林地（有林地、疏林地及灌木林地）、草地（高、中及低覆盖度草地）及天然水域（湖泊、河流和滩涂湿地），人工绿洲包含耕地、建设用地（城镇用地、农村居民点和其他建设用地）及人工水域（主要为湖泊）。

3.3 转移矩阵计算

利用转移矩阵来分析具体的土地转化过程。利用ArcGIS的interscet模块及Excel数据统计分析模块，将解译好的喀什噶尔河流域1990年、2000年和2015年三期的遥感影像，在ArcGIS中进行叠加运算，得到1990—2000年，2000—2015年及1990—2015年土地利用转移矩阵。

4 结果分析

4.1 喀什噶尔河流域人工-天然绿洲结构

干旱区绿洲主要分布在河流冲积扇及冲洪积平原上，大地貌类型、水文过程及人类活动共同决定了绿洲分布格局，从而造成天然及人工绿洲分布的明显差异。明确人工-天然绿洲结构对于绿洲水土资源的空间开发及生态保护具有重要的指导意义，为此，本文基于喀什噶尔河流域土地利用/覆被解译结果，结合天然绿洲及人工绿洲的分类方法，并基于绿洲实际分布特点，得到喀什噶尔河流域绿洲分布图及绿洲结构概化图（图2）。根据图2，喀什噶尔河流域绿洲主要分布在山前冲洪积平原上，整体呈扇形分布，人工绿洲主要分布于流域中游区，天然绿洲主要分布在流域下游、人工绿洲的外围。随着径流的运移、转化及耗散，出现人工绿洲-天然绿洲-沙漠戈壁的空间变化特点，是典型的山前冲洪积扇绿洲。其中，天然绿洲起到抵挡外围风沙侵袭，维持一定面积的天然绿洲主要依靠人工绿洲消耗之后的剩余水量。在一定水资源量条件下，随着绿洲开发强度的加大，人工绿洲的扩张势必会挤占维持天然绿洲生态结构完整和功能稳定的生态用水，从而造成天然绿洲规模的萎缩，因此，了解其人工-天然绿洲的转化过程有利于明晰当前绿洲的稳定状态，从而对区域发展规划及生态保护等提供重要的科学依据。

4.2 绿洲面积及比例变化特征

根据解译数据显示，1990—2015年之间，绿洲总体规模变化并不明显，主要表现为人工绿洲不断扩张，天然绿洲不断缩小，呈现出人工绿洲替代天然绿洲的特点（图3）。1990—2015年之间，典型的山前冲洪积扇绿洲，人工绿洲面积增幅达到42.7%，而天然绿洲减少18.2%，转化速率达到85.6km2/a。其中，1990—2000年人工绿洲增加8.4%，天然绿洲减少3.7%，转化速率为42.1km2/a。而在2000—2015年，人工绿洲增加31.7%，天然绿洲减少15.1%，转化速率达到114.8 km2/a，相较于1990—2000年，天然绿洲向人工绿洲转化速率明显加快。相同地，人工绿洲与天然绿洲面积比例在近25年呈增加的趋势，在1990年、2000年、2015年，人工绿洲与天然绿洲面积比值分别是0.42∶1、0.47∶1、0.78∶1。

4.3 绿洲土地利用类型变化过程分析

4.3.1 土地利用/覆被类型面积变化

人工-天然绿洲的快速转化势必会对绿洲生态环境的改变产生重要的影响。由表1可以看出，人工绿洲主要以耕地为主，1990年、2000年及2015年分别占人工绿洲总面积的27.11%、29.59%和39.25%；而天然绿洲主要以草地为主，3个时间节点草地面积均占天然绿洲总面积的50%以上。1990—2015年，人工绿洲各土地利用类型均呈扩张趋势，而耕地面积增长最为显著，25a内增长幅度达到44.35%，增长速率达到81.54 km2/a，且在2000—2015年增长速率高达108.23 km2/a，明显高于1990—2000年间增长速度；耕地增长面积占到了人工绿洲增长面积的93.93%，是造成人工绿洲规模增大的主要原因。相反，近25年内天然绿洲各土地利用类型则分别出现不同程度的减少趋势，其中草地减少趋势最为强烈。1990—2015年草地面积共减少19.36%，减少速率达到了86.26km2/a，其中1990—2000年之间减少3.89%，减少速率为43.36 km2/a，而在2000—2015年减少速率明显加快，减少速率达到了114.86 km2/a，草地减少的面积占天然绿洲减少面积的97%以上，是造成天然绿洲面积减少的主要原因。

4.3.2 转移矩阵

为详细揭示人工-天然绿洲的具体转化规律，利用ArcGIS的interscet模块得到绿洲各土地利用类型的转移矩阵（表2和表3）。根据表2，1990—2000年，耕地增加面积主要是由草地和天然林地转化而来，其净转入量（即转入面积减去转出面积）占耕地增加面积的9%；城镇用地增加了8.86%，主要由耕地和草地转化而来。天然绿洲中天然林地减少了1.63%，主要转化成了耕地；草地主要向耕地转化，其净转储量占草地面积的4.3%；天然水域主要转化为草地，而耕地与草地向天然水域的变化使得天然水域并未出现明显变化。

而根据表3，在2000—2015年，喀什噶尔河流域耕地增加了32.39%，仍然主要由草地和天然林地转化而来；建设用地主要由耕地和草地转化而来，其分别占转入量的65%和35%；人工水域未发生转化。天然绿洲的土地利用/覆被类型中，天然林地主要向耕地和草地退化；草地面积大幅度减少，向耕地净转化量占草地面积的比例达到18%。由以上分析可以看出，1990—2015年之间，喀什噶尔河流域草地和天然林地向耕地的转化最为突出，是造成天然绿洲不断缩小、人工绿洲不断扩大的主要原因。

5 讨论

5.1 喀什噶尔河流域人工-天然绿洲转化原因分析

1990—2015年，喀什噶尔河流域的人工绿洲呈不断扩张，天然绿洲面积不断缩小，表现为人工绿洲替代天然绿洲的趋势。这些现象主要由以下原因造成：耕地面积持续以较快速度增长，该地区开荒较为严重，从土地利用转移矩阵分析，新增耕地主要来源于林地和草地；建筑用地面积增速较为稳定，且有提高的趋势，这是由于当地的经济发展水平持续上升，城市化进程加快导致。耕地面积大幅增长，与当地的经济特点密切关系，当地的耕地主要以棉花种植为主，受棉花价格持续走高的影响，当地农民大量种植棉花等经济作物，致使耕地面积增长。

5.2 喀什噶尔河流域人工-天然绿洲比例合理性探讨

国内有研究提出天然绿洲面积比例应至少为15%左右，即人工绿洲占整个绿洲面积的百分比不宜超过85%［11］；相关研究得出民勤绿洲耕地与天然绿洲规模的适宜比例约为1∶2［12］；有些研究认为人工绿洲与天然绿洲规模比应为2∶3［13］；新疆渭干河平原绿洲内耕地面积与（林地+草地）面积比例为3∶2［14］；李建林等［15］利用分形理论PAO（人工绿洲占整个绿洲面积的分比）分析了新疆人工绿洲、天然绿洲分布的适宜比例，并认为新疆耕地面积还有一定的开发潜力。上述分析得出近25年喀什噶尔河流域人工绿洲面积呈增长趋势，而天然绿洲面积呈下降趋势；人工绿洲与天然绿洲面积比例在近25年呈增加的趋势，在1990年、2000年、2015年，人工绿洲与天然绿洲面积比值分别是0.42∶1、0.47∶1、0.78∶1。这表现出2015年喀什噶尔河流域人工绿洲与天然绿洲比例超过2∶3（即0.667∶1）的适宜范围［13］。但本文在计算天然绿洲面积中的草地面积时，是将高、中及低覆盖面积的草地面积相加获得。因此，在计算天然绿洲面积的过程中人为地扩大了天然草地面积，从而导致人工绿洲面积偏大，最终导致面积比例结果（人工/天然）偏小。如果不计低覆盖草地，再次计算人工与天然绿洲规模之比，将低覆盖草地不计入天然草地面积内，1990年、2000年、2015年三年的人工绿洲和天然绿洲的面积比都是不合理的。

6 结论

（1）喀什噶尔河流域属典型的山前冲洪积扇绿洲，1990—2015年，流域人工绿洲呈不断扩张，天然绿洲面积不断缩小，表现为人工绿洲替代天然绿洲的趋势，转化速率达到85.6km2/a。

（2）1990—2015年间，人工-天然绿洲转化过程中，耕地面积增长趋势最为明显，25年增长幅度达到44.35%；草地和天然林地向耕地的转化是造成天然绿洲不断缩小，人工绿洲不断扩大的主要原因。

（3）喀什噶尔河流域人工绿洲与天然绿洲面积比例在近20年呈增加的趋势，在1990年、2000年、2015年，人工绿洲与天然绿洲面积比值分别是0.42∶1、0.47∶1、0.78∶1，表明2015年人工绿洲已发展过大。若不计天然绿洲中的低覆盖草地，三个时段人工绿洲与天然绿洲的配比皆大于适宜值。因此，加强天然绿洲（尤其是低覆盖草地）的生态保护，控制或压缩人工绿洲发展面积将是今后该区绿洲发展规划的重点。

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