| 中文摘要: | 干旱半干旱区生态演变的遥感监测及其影响因素研究一直以来都是全球变化研究的重点内容。疏勒河流域位于河西走廊最西端,是我国西北干旱半干旱区和青藏高寒区的交界地带,这里降水量稀少,蒸发量巨大,植被稀疏,生态环境极其脆弱,是全球气候变化响应的敏感区。然而,这里曾经又是甘肃省重要的商品粮生产基地,自上世纪80年代以来,甘肃省政府已陆续向该地输送生态移民10多万人,致使该区耕地面积迅速扩张,农业灌溉用水急剧增加,人类社会与自然生态系统之间的矛盾加剧,出现了一系列生态环境问题。然而,相对于同为河西走廊三大内陆河的石羊河和黑河而言,人们对疏勒河流域的研究却十分薄弱,因此加强对该区生态演变的研究显得十分必要。基于此,本文选择疏勒河流域为研究对象,利用Landsat、MODIS、SPOT、NOAA等遥感数据产品及相关自然和社会经济统计资料,对该区域1980年代以来的土地利用/覆盖变化和植被指数变化的时空特征进行分析,并从自然和人文两大方面对其影响因素做了定性和定量研究,得出主要结论如下:1987～2015年,疏勒河中下游耕地、建设用地和灌木林地面积净增加,高、中、低覆盖度草地、水域湿地和无植被区面积净减少。2000～2006和2006～2010时段的土地利用变化较快,其他时段变化较慢。中、高覆盖度草地的转换强度最高,其次为低覆盖度草地、灌木林地和水域湿地,再次为建设用地和耕地,无植被区的转换强度最小。区域土地利用变化格局总体平稳,除耕地的转出变化外,其他地类的转入转出始终处于活跃状态。耕地的主要转入来源是草地和灌木林地,主要转出对象是建设用地。低覆盖度草地的主要转入来源是中、高覆盖度草地和水域湿地,主要转出对象是中、高覆盖度草地、灌木林地和耕地。中覆盖度草地的主要转入转出对象都是高、低覆盖度草地和灌木林地。高覆盖度草地的主要转入转出对象都是中覆盖度草地、灌木林地和水域湿地。灌木林地和水域湿地的主要转入转出对象都是草地。无植被区的主要转入来源是低覆盖度草地和水域湿地,主要转出对象是低覆盖度草地。建设用地的主要转入来源是耕地。1987年以来,疏勒河流域38.18%的区域土地利用类型发生变化,中高度转换比例超过10%。空间分布上,绿洲内部的老耕作区变化较少,转换区域主要集中在绿洲外围、自然植被覆盖区和移民安置点周边。对比分析发现,Landsat、MODIS和NOAA数据的一致性较强,SPOT数据的可比性差,不适用于疏勒河流域研究。近30多年来,疏勒河流域植被总体呈改善趋势,自然植被NDVI在1980s～2000s中期呈波动性退化趋势,特别是1990s退化最严重,2000s中期以后呈快速改善趋势。中下游耕地NDVI在1980s～1990s中期和2000s中期～2010s中期呈快速增加趋势,1990s中期～2000s中期呈快速退化态势。疏勒河中下游植被退化区主要集中在桥子村周边地区,流域东西两侧的北石河地区、敦煌东湖、北湖和西湖湿地也有零星分布,上游植被退化区的分布相对分散。植被改善区分布广泛,中下游地区主要集中在花海灌区、昌马灌区和双塔灌区的移民安置点周边。疏勒河上游植被变化轨迹基本一致,呈间断式波动上升态势,分别在1993～1995和2000～2001年处出现间断,NDVI值急剧下降,随后快速上升。中下游植被变化轨迹相对复杂,但大多数地区都经历了研究时段早期和末期植被增加、中期植被退化的阶段,所不同的是植被退化起始时间不一致,疏勒河西部地区植被退化位于1990s中期～2000s中期,而东部地区位于1990s初～2000s中期,桥子村周边区域植被处于持续退化态势。1980～2015年,疏勒河流域地表温度呈上升趋势,上游增温略小于中下游,上游增温主要在秋冬季,中下游增温主要在春夏季。年高温日数呈增加趋势,春季低温日数呈下降趋势。年降水量总体呈波动增加态势,1980s～1990s降水较少,2000年以来降水逐渐增多,同时变幅也在加大。上游降水增幅大于中下游,上游降水增加主要在夏秋季,中下游主要在秋季。上游日照时数呈减少趋势,中下游呈波动增加趋势。平均风速、大风日数和年均空气相对湿度都呈下降趋势。年蒸发量总体呈增加态势,其中1980～1993年呈下降趋势,1994～2015年呈增加趋势。上游年出山径流量总体呈增加趋势,其中1980～1994年,昌马堡呈减少趋势,党城湾呈增加趋势,1994～2015年,昌马堡呈增加趋势,而党城湾呈减少态势。1986年以来,疏勒河中下游农业人口增长迅速,净增7.89万人,瓜州和玉门增长最多。非农人口增长缓慢,净增1.41万人,玉门市非农人口自1995年后持续减少,净减6.66万人。耕地面积在2005～2014年间急剧扩张,净增47.44万亩,主要集中在瓜州和玉门。农业种植结构向节水方向发展,粮食作物种植比例不断降低,经济作物种植比例不断提高。牛羊等牲畜的舍饲养殖逐步取代了传统放牧,基本解除了畜牧业发展对自然植被的破坏作用。农业发展政策、生态政策、移民政策、流域管理和城乡发展政策等都对研究区的土地利用变化和生态演变产生重要影响。1996～2006年,双塔、昌马及花海三大灌区的灌溉用水累计增加58.22×108m3,昌马堡水文站的年径流量累计增加72.15×108m3,因此相对于1990年代,疏勒河农业开发项目并没有对当地生态环境造成新的灌溉压力。1987～2015年,疏勒河中下游土壤湿度主要呈降低趋势,降低区域主要集中在远离耕作区的自然植被区,其中以桥子村周边地区和敦煌东湖湿地最为明显。近30年来,疏勒河上游植被变化主要受年均地温、年降水量、高温日数、强降水日数和大风日数影响,前三者起正向作用,后两者起负向作用,其中年均地温和年降水量的作用程度最高且相差无几。中下游自然植被变化的驱动要素在各县市不尽相同,其中耕地面积、年降水量和强降水日数为共同作用要素,其中耕地面积的作用程度最大且为正向作用,说明人类活动对当地植被影响大于自然因素。年降水量和强降水日数对当地植被生长也具有促进作用,且强降水日数的作用在局部地区超过年降水量。年均地温和年积温虽然也具有较大贡献值,但只是在局部地区起作用。桥子村周边地区所出现的严重湿地萎缩、地下水位下降和植被退化等现象,主要是由于昌马水库建成后的截流蓄水所造成的。由本文分析可知,疏勒河上游植被变化主要受温度和降水等自然因素控制,中下游自然植被变化主要受人类活动和降水共同作用,且人类活动的影响更大。受惠于近十多年来疏勒河流域降水量和上游来水量的持续增加,中下游新开垦的40多万亩耕地并未对当地自然植被生长造成全局件的不利影响,植被退化只是出现在局部地区。但是应当看到,一旦气候变化红利消失,疏勒河出山径流量将回归常态,届时疏勒河中下游庞大的灌溉规模将难以维系,自然植被将不可以避免面临退化风险。为此,疏勒河流域管理当局要仅仅抓住疏勒河处于丰水期的时间窗口,积极引导农业人口转移,严格控制耕地总量,加快推进产业转型,优化水资源配置,提高水资源利用效率,加强流域水资源管理,大力实施生态工程建设,实现人与自然的和谐相处,推动区域社会经济的可持续发展。 |