干旱區(qū)典型流域人工與天然綠洲相互轉(zhuǎn)化過程與適宜比例
——以開都-孔雀河流域?yàn)槔?/h1>
2018-03-21 03:03:48趙新風(fēng)王希義張廣朋
中國農(nóng)村水利水電 2018年2期
張 鵬，趙新風(fēng)，王希義，張廣朋
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊 830011)
綠洲是干旱區(qū)特有的景觀，是干旱區(qū)最為精華的部分[1]，沒有綠洲就沒有干旱區(qū)的生存與發(fā)展。綠洲是自然和人工相結(jié)合的綜合體，根據(jù)其發(fā)生機(jī)制，可以劃分為人工綠洲和天然綠洲[2]。但是近年來，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和巨大的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下人工綠洲所占比例大幅增加，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(dòng)物棲息地、自然水域減少。以此研究探討維持合適的綠洲比例，以實(shí)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(shí)意義。國內(nèi)對(duì)綠洲適宜比例的相關(guān)研究其結(jié)論也存在較大差異，國內(nèi)有研究提出天然綠洲面積比例應(yīng)至少為15%左右[3]；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[4]；有些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[5]、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[6]；李建林等[7]利用分形理論P(yáng)AO(人工綠洲占整個(gè)綠洲面積的百分比)分析了新疆人工、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。近些年來，新疆的綠洲變化呈現(xiàn)出人工綠洲代替天然綠洲的演變模式[8]，而人工綠洲面積過大必然造成天然綠洲面積減小，導(dǎo)致綠洲沙漠化[9]和鹽漬化[10]加劇，導(dǎo)致綠洲穩(wěn)定性和綠洲安全受到影響[8]。本研究以開都-孔雀河流域?yàn)檠芯堪袇^(qū)，分析1990-2010年其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。流域不同土地利用類型的面積發(fā)生了較大變化，但其中不同土地利用類型之間轉(zhuǎn)化的程度與方向并不明確，在這里利用轉(zhuǎn)移矩陣來進(jìn)一步分析具體的土地轉(zhuǎn)化過程。
1 研究區(qū)概況
開都-孔雀河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，地處塔里木盆地東北部、塔克拉瑪干沙漠東北緣，地理位置為東經(jīng)82°57′～90° 39′，北緯40° 25'～43° 21′，流域總面積占巴州總面積的16.1%[11]。流域主要由開都河、博斯騰湖和孔雀河3部分構(gòu)成，開都河由于天山支脈阿克塔格的阻隔，使流域形成焉耆盆地平原區(qū)和孔雀河沖洪積平原區(qū)2大地形地貌單元[12]。
開都-孔雀河流域有大小十余條雨雪混合型補(bǔ)給的河流，為開都河、孔雀河、黃水溝、烏拉斯臺(tái)河塔拉河、曲惠溝、木呼爾查干河、哈合仁郭勒、庫爾楚河、霍拉溝等，其中開都河為流域的主要補(bǔ)給水源，發(fā)源于新疆天山南坡中部，流經(jīng)焉耆盆地后流入博斯騰湖，是惟一能常年補(bǔ)給博斯騰湖的河流?？兹负邮情_都河匯入博斯騰湖后經(jīng)博斯騰湖調(diào)節(jié)的出流，最后向東蜿蜒曲折經(jīng)塔里木盆地東北部，目前，自阿克蘇甫鄉(xiāng)以下斷流。
流域?yàn)榈湫透珊荡箨懶詺夂?，根?jù)流域內(nèi)多個(gè)氣象站資料，從流域上游到下游多年平均降水量 75.0～47.3 mm，集中于 6-8月份，多年平均蒸發(fā)量1 887～2 777 mm。
長期以來，大規(guī)模的水土開發(fā)活動(dòng)尤其是1988年開始的墾荒植棉已經(jīng)使當(dāng)?shù)丨h(huán)境發(fā)生了極大的變化，造成河道斷流[13,14]、湖水水位和水質(zhì)下降[15]、天然植被退化和土地鹽漬化沙漠化等問題。
2 數(shù)據(jù)來源及研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來源
本研究采用開都河-孔雀河流域1990、2000和2010年7-9月份Landsat-TM遙感影像(1990年和2000年影像分辨率為30 m，2010年影像分辨率為19 m)，并利用ArcGIS 9.3，參照中國科學(xué)院土地利用分級(jí)系統(tǒng)(解譯標(biāo)準(zhǔn)見表1)，同時(shí)兼顧影像分辨率及本研究需要對(duì)合成遙感影像進(jìn)行目視分類解譯、建立拓?fù)潢P(guān)系，獲取流域典型時(shí)期(1990年、2000年和2010年)土地利用/覆被圖，并通過2次實(shí)地遙感精校驗(yàn)和耕地利用系數(shù)校驗(yàn)。
2.2 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3部分。在平原地區(qū)，分為人工綠洲和天然綠洲(見表1)。
表1 人工綠洲及天然綠洲劃分Tab.1 Classification of artificial and natural oases
對(duì)流域內(nèi)綠洲變化和荒漠化的監(jiān)測主要采用遙感動(dòng)態(tài)觀測的方法[16]，通過目視解譯，進(jìn)行流域土地利用類型劃分。人工和天然綠洲面積的提取依據(jù)樊自立等[2]對(duì)綠洲內(nèi)天然綠洲與人工綠洲的劃分方法，天然綠洲包括平原區(qū)域的天然河岸林、天然灌木林以及低地鹽化草甸等3類景觀，人工綠洲景觀包括區(qū)內(nèi)人工經(jīng)營的一切土地類型，主要為耕地、園地、人工林地、人工草地、居民與工礦用地、 交通用地以及渠道等。因此，在綠洲提取的過程中將耕地、人工林地(果園)、建設(shè)用地、水庫、湖泊、人工渠系提取為人工綠洲，將人工綠洲周邊的草地、天然林、沼澤、灘涂濕地提取為天然綠洲。
2.3 轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算
土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述。通常的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(見表2)中，A1,…,An表示n種土地利用類型，行表示T1時(shí)點(diǎn)土地利用類型，列表示T2時(shí)點(diǎn)土地利用類型。Pii表示T1-T2期間i種土地利用類型保持不變的面積，Pij表示T1-T2期間土地類型i轉(zhuǎn)換為土地類型j的面積數(shù)額[17]。利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以直觀了解到地區(qū)土地利用類型的轉(zhuǎn)化情況。
表2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Tab.2 A sample of land use transition matrix
利用ArcGIS的interset模塊及Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊，將解譯好的開都-孔雀河流域1990年、2000年和2010年3期的遙感影像，在ArcGIS中進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到1990-2000年，2000-2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。
3 結(jié)果分析
3.1 開都-孔雀河流域天然綠洲和人工綠洲變化分析
通過對(duì)比1990年，2000年和2010年3期土地利用數(shù)據(jù)可知，開都-孔雀河流域的人工綠洲不斷擴(kuò)張，天然綠洲面積不斷縮小，見圖1、圖2、表3。在1990年開都-孔雀河流域人工綠洲面積為2 595.5 km2，天然綠洲面積為12 132.5 km2；在2010年人工綠洲面積為5 190.6 km2，天然綠洲面積為10 186.5 km2。1990-2010年人工綠洲面積增長2 895.1 km2，擴(kuò)張速度為144.8 km2/a，天然綠洲減少面積1 946.4 km2，減小速度為97.32 km2/a。其中，1990-2000年人工綠洲擴(kuò)張速度為153.65 km2/a，天然綠洲減少速度為63.68 km2/a，2000-2010年人工綠洲擴(kuò)張速度為135.9 km2/a，天然綠洲減少速度為130.96 km2/a。
圖1 開都-孔雀河流域人工綠洲擴(kuò)張示意圖Fig.1 Artificial oasis expansion sketch map in Kaidu-Kongque river
圖2 1990-2010年人工綠洲及天然綠洲面積變化Fig.2 Area changing of artificial and natural oases in 1990 to 2010
1990-2010年，在人工綠洲擴(kuò)張過程中，人工綠洲各土地利用要素變化也存在很大差異，在變化速度上，耕地和果園的面積增長速度較快，建設(shè)用地面積增速較為穩(wěn)定，人工水庫面積的增長速度變化時(shí)間差異性較為明顯。在時(shí)間尺度上，1990-2000年，人工水庫面積增長速度最快，年均增長速度為15.86%，建設(shè)用地最慢，增長速度為2.88%； 2000-2010年，果園面積的年均增長速度最快達(dá)37.1%，水庫的面積年均減小2.38%。
表3 1990-2010年主要人工綠洲類型面積變化Tab.3 Area changing of the main artificial oasis in 1990 to 2010
3.2 土地利用及時(shí)空變化分析
利用轉(zhuǎn)移矩陣分析具體的土地轉(zhuǎn)化過程。從表4和表5可以看出，在1990-2010年耕地面積不斷增加，2010年比1990年增加了56.6%，從轉(zhuǎn)移矩陣看1990-2000新增耕地面積主要來自于草地和林地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占耕地總轉(zhuǎn)入面積的82.35%和16.03%；2000-2010年新增耕地面積主要來自于草地和沙地，轉(zhuǎn)移而來的草地面積和沙地面積分別占其他類型轉(zhuǎn)移為耕地類型的70.57%和21.78%。
耕地面積在1990-2000年的擴(kuò)張是主要以擠占林草地面積為主，但在2000-2010年新增耕地是由草地和沙地轉(zhuǎn)化為主，且耕地占用草地的面積也小于2000年前。從總體上看，1990-2010年的20 a里耕地面積擴(kuò)張主要是來自于草地、林地和沙地，而耕地轉(zhuǎn)入林地的量大于林地轉(zhuǎn)入量，因此耕地總體增加最主要來自于草地和沙地。
林地面積在1990-2000年減少了19.39%，從轉(zhuǎn)移矩陣來看，減少的林地主要轉(zhuǎn)移成了耕地、沙地、草地和鹽堿地，其凈轉(zhuǎn)出量分別占林地面積的12.94%、2.19%、2.01%和1. 62%，因 此，林地一方面被占用為耕地，另一方面逐漸轉(zhuǎn)化為草地、沙地和鹽堿地，流域生態(tài)環(huán)境惡化。林地面積在2000-2010年增加了42.63%，新增林地面積主要來自于耕地和草地，其凈轉(zhuǎn)入量分別占林地總轉(zhuǎn)入量的61.47%和27.30%，南疆地區(qū)在2000年后開始提倡種植經(jīng)濟(jì)林，因此許多人在原來耕地基礎(chǔ)上開始種植經(jīng)濟(jì)林，因此，耕地轉(zhuǎn)移為了林地。從總體上看，表現(xiàn)為：在1990-2010的20 a里林地總體增加了14.97%，從轉(zhuǎn)移矩陣看，主要來自于7.62%的耕地和0.60%的草地。
表4 1990-2000年開都-孔雀河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2
表5 2000-2010年開都-孔雀河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2
1990-2000年草地面積在近20 a時(shí)間里不斷減少，2000比1990年減少了1.30%，2010年草地比2000年減少了5.91%，從轉(zhuǎn)移矩陣看1990-2000草地主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地和沙地，其中轉(zhuǎn)移的耕地、沙地和水域濕地分別占1990年草地面積的4.81%、1.53%和2.87%。在2000-2010年，草地主要轉(zhuǎn)移成耕地、鹽堿地和林地，分別占2000年草地面積的3.95%、1.39%和0.76%。草地面積總體上減少了7.13%，從轉(zhuǎn)移矩陣分析，草地減少的面積主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地、沙地、鹽堿地、林地和建設(shè)用地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占流域1990年草地面積的8.71%、2.41%、1.46%、1.43%、0.60%和0.40%。
水域濕地面積總體增加了28.94%，從轉(zhuǎn)移矩陣看，新增水域濕地面積主要來自于草地，占水域濕地總轉(zhuǎn)入面積的99.68%。
建設(shè)用地面積在1990-2000年減少，建設(shè)用地面積主要轉(zhuǎn)移成了其他未利用地，其凈轉(zhuǎn)移量占建設(shè)用地總面積65.63%；在2000-2010年建設(shè)用地面積增加，新增建設(shè)用地面積主要來自于0.23%的草地、1.03%的其他未利用地和0.41%的耕地。
沙地面積在1990-2000年增加，新增沙地面積主要來自于1.529%的草地和2.19%的林地；在2000-2010年沙地面積減少了8.38%，減少的沙地則主要轉(zhuǎn)移成了耕地。而從整體上看，沙地面積增加，且主要來自于草地。
從以上分析可知，在1990-2000年開都-孔雀河流域林地、草地面積不斷減少，林草主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域和沙地。
當(dāng)天然綠洲在逐漸向人工綠洲轉(zhuǎn)化的同時(shí)，天然綠洲間也存在相互轉(zhuǎn)化。鹽堿地、沙地、裸土地和裸石巖礫面積都有不同程度的增加，其變化幅度較小且主要由草地轉(zhuǎn)移而來。
在2000-2010年流域草地和水域面積減少，草地主要轉(zhuǎn)移成了耕地和鹽堿地，而水域則主要轉(zhuǎn)移成了草地和耕地?？傮w而言，流域林草水總面積在近20 a內(nèi)是減少的，主要是由草地面積減少引起的，減少的草地面積主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地、沙地、鹽堿地、林地和建設(shè)用地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占流域1990年草地面積的8.71%、2.41%、1.46%、1.43%、0.60%和0.40%。由此可得，開都-孔雀河流域的環(huán)境問題主要為耕地?cái)U(kuò)張迅速，沙漠化和鹽漬化逐漸加重。
3.3 開都-孔雀河流域人工天然綠洲面積比例分析
1990-2010年開都-孔雀河流域人工綠洲面積表現(xiàn)為逐漸增加的過程，由圖3和表6可知，由1990年的2 595.94 km2增加到2000年的4 142 km2，再增加到2010年的5 490.6 km2，平均增長率為144.8 km2/a；天然綠洲面積1990-2010年呈逐漸下降趨勢，由1990年的12 132.5 km2減少到2010年的10 186.1 km2，平均減少率為97.32 km2/a。開都-孔雀河流域綠洲總面積在近20 a沒有太大變化，說明綠洲面積的變化主要表現(xiàn)在人工綠洲與天然綠洲面積的相互轉(zhuǎn)化。
人工與天然綠洲面積比例在近20 a呈增加的趨勢，在1990、2000、2010年，人工與天然綠洲面積比值分別是2∶8、3∶7、4∶6。
圖3 1990-2010年開都-孔雀河流域人工與天然綠洲面積變化Fig.3 Area changing of artificial and natural oases of Kaidu-Kongque river basin in 1990-2010
年份綠洲面積/km2天然`人工人工綠洲與天然綠洲面積比例19902595.9412132.492∶820004141.9711495.723∶720105490.6310186.094∶6
3.4 開都-孔雀河流域來水量及博斯騰湖水位變化
開都-孔雀河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)中部，是我國典型的寒區(qū)旱區(qū)水文系統(tǒng)。流域中最大補(bǔ)給來源為開都河，占入湖徑流量的87.4%左右，多年平均徑流量35.05 億m3，開都河的來水量變化是流域人工綠洲和天然綠洲變化的重要驅(qū)動(dòng)因素。
由圖4可知，1990-2000年開都河來水量呈明顯上升趨勢，由1990年的29.4 億m3增加到2000年的49.7 億m3，其中年來水量峰值2002年達(dá)57.1 億m3， 2002年后，來水量持續(xù)下降，至2005年最低后緩慢回升。1988-2002年博斯騰湖水位持續(xù)上升，15 a間水位共上升3.70 m，達(dá)到1958年來的最高水位，湖泊積水面積也相應(yīng)擴(kuò)大。2002-2010年湖泊水位持續(xù)降低，降低到1 045.75 m。
圖4 大山口年徑流量及博斯騰湖水位變化 Fig.4 Annual runoff of Dashankou and annual runoff of Bosten Lake
4 討 論
(1)1990-2000年開都-孔雀河流域人工綠洲擴(kuò)張速度為153.65 km2/a，天然綠洲減少速度為63.68 km2/a；2000-2010年人工綠洲擴(kuò)張速度為135.9 km2/a，天然綠洲減少速度為130.96 km2/a。
(2)在人工綠洲擴(kuò)張過程中，各土地利用要素間變化差異很大。在變化速度上，耕地面積增長速度較快但呈現(xiàn)下降趨勢，人工水域面積呈先大幅增加后減少的特點(diǎn)，人工果園面積在2000-2010年面積大幅增加，增漲幅度達(dá)37.1%。造成這些現(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，這與先前相關(guān)研究進(jìn)展保持一致。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。人工水庫面積的增長速度在時(shí)間尺度上表現(xiàn)為：1990-2000年，人工水域面積增長很快，但是2000-2010年，人工水域面積大幅減少，這與博斯騰湖的入湖水量有密切關(guān)系。從20 世紀(jì)70年代中后期至2002年博斯騰湖入湖水量呈波動(dòng)式上升趨勢，2000年度入湖水量最多，該年入湖流量為35.46 億m3，是多年平均流量的2.22倍，為歷史最大值[18]，導(dǎo)致2000年博斯騰湖地下水位大幅上升，湖區(qū)周邊的人工水庫蓄水增加，人工魚塘水量大幅增加。2002年以后，博斯騰湖入湖水量開始呈現(xiàn)下降趨勢，是因?yàn)檫M(jìn)行了塔里木河下游綠色走廊的生態(tài)恢復(fù)，并解決當(dāng)時(shí)博斯騰湖地區(qū)地下水位過高的問題；2002年開展塔里木河下游應(yīng)急輸水工程，由博斯騰湖通過孔雀河向塔里木河下游進(jìn)行輸水；另外，由于2000-2010年，打井開荒現(xiàn)象十分普遍，耕地面積大幅增長，地下水位下降明顯，人工水域面積大幅下降。2000-2010年，人工果園面積大幅增長，增長幅度達(dá)37.1%，這與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型密切相關(guān)，當(dāng)?shù)氐母刂饕悦藁ǚN植為主，受棉花價(jià)格大幅波動(dòng)、紅棗和香梨等水果價(jià)格持續(xù)走高的影響，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民大量種植香梨和紅棗等經(jīng)濟(jì)作物，致使果園面積增長。
(3)1998-2002年為開都河流域豐水年，隨著開都河來水量的增加，博斯騰湖水位也逐步上升，2002年達(dá)到歷史最高水位1 049.39 m，隨著來水量的增加人工綠洲面積快速增長,博斯騰湖湖面等天然綠洲面積隨之增加[19,20]； 2002年后，開都河進(jìn)入平水年，來水量減少，但是人工綠洲面積的持續(xù)增加導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉水量的增加，加之地下水超采[21]，博斯騰湖水位持續(xù)降低，降低至歷史和最低水位1 045.06 m，湖面等天然綠洲面積降低。開都河來水量的變化是流域人工綠洲和天然綠洲的面積比例變化的重要驅(qū)動(dòng)力。
(4)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(gè)綠洲面積的百分比不宜超過85%[3]；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[4]；有些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[5]、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[6]；李建林[7]利用分形理論P(yáng)AO(人工綠洲占整個(gè)綠洲面積的百分比)分析了新疆人工、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。本研究得出近20 a開都-孔雀河流域人工綠洲面積呈增漲趨勢，而天然綠洲面積呈下降趨勢；人工與天然綠洲面積比例在近20 a呈增加的趨勢，在1990、2000、2010年，人工與天然綠洲面積比值分別是2∶8、3∶7、4∶6。這表現(xiàn)出開都-孔雀河流域人工綠洲與天然綠洲比例超過1∶2范圍，人工綠洲面積過大。
眾所周知在新疆南疆地區(qū)荒漠草地占很大范圍，因此在遙感解譯過程中，對(duì)低覆蓋草地的定義是：只要1 m2中有4顆草，就算是低覆蓋草地。通過以上3個(gè)時(shí)期的面積比例數(shù)據(jù)(2∶8, 3∶7, 4∶6)可知，1990年、2000年人工綠洲與天然綠洲面積比例是合理的，2010年也近似等于錢正英等所研究的2∶3，因此，根據(jù)數(shù)據(jù)初步認(rèn)為3個(gè)時(shí)期，只有2010年面積比例不合理，人工綠洲規(guī)模過大。但是，筆者認(rèn)為有一些數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的誤差可能引起結(jié)果有所不同。
首先，天然綠洲面積主要是由3大類組成，按其面積及比例由大到小排列為：草地面積最大，其次林地，再次水域面積。草地面積占很大比例，見圖5。
圖5 開-孔河流域不同土地利用類型面積Fig.5 Land use of Kaidu-kongque river basin
其次，我們?cè)谟?jì)算天然綠洲面積中的草地面積時(shí)，將高、中、低覆蓋面積的草地面積相加獲得。因此，在計(jì)算天然綠洲面積的過程中人為地?cái)U(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?，F(xiàn)將低覆蓋草地面積不算入天然綠洲范圍，再次計(jì)算人工與天然綠洲規(guī)模之比(見表7)。
表7 扣除低覆蓋度草地后人工與天然綠洲面積比例Tab.7 Area ratio of artificial and natural oases when deletingthe low-cover grassland
5 結(jié) 論
(1)1990-2010年，開都-孔雀河流域的人工綠洲不斷擴(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。1990-2000年人工綠洲擴(kuò)張速度為153.65 km2/a，天然綠洲減少速度為63.68 km2/a，2000-2010年人工綠洲擴(kuò)張速度為135.9 km2/a，天然綠洲減少速度為130.96 km2/a。
(2)1990-2010年，在人工綠洲擴(kuò)張過程中，人工綠洲各土地利用要素變化也存在很大差異，在變化速度上，耕地面積增長速度較快但呈現(xiàn)下降趨勢，人工水域面積呈現(xiàn)大幅增加后減少的特點(diǎn)，建設(shè)用地面積增速呈穩(wěn)步提升的趨勢，人工果園面積在2000-2010年面積大幅增加，增漲幅度達(dá)37.1%。當(dāng)天然綠洲在逐漸向人工綠洲轉(zhuǎn)化的同時(shí)，天然綠洲間也存在相互轉(zhuǎn)化，鹽堿地、沙地、裸土地和裸石巖地面積都有不同程度的增加，且主要由草地轉(zhuǎn)移而來。
(3)近20 a開都-孔雀河流域人工與天然綠洲面積比例在近20 a呈增加的趨勢，在1990、2000、2010年，若不將低覆蓋草地面積算入天然綠洲范圍，人工與天然綠洲面積比值分別是6∶4、7∶3、8∶2，若按錢正英等提出的干旱區(qū)人工與天然綠洲面積比例不應(yīng)超過了2∶3，那么，開都-孔雀河流域在1990-2010年人工與天然綠洲面積比例均為不合理，應(yīng)控制人工綠洲的擴(kuò)張速度。
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張 鵬，趙新風(fēng)，王希義，張廣朋
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊 830011)
綠洲是干旱區(qū)特有的景觀，是干旱區(qū)最為精華的部分[1]，沒有綠洲就沒有干旱區(qū)的生存與發(fā)展。綠洲是自然和人工相結(jié)合的綜合體，根據(jù)其發(fā)生機(jī)制，可以劃分為人工綠洲和天然綠洲[2]。但是近年來，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和巨大的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下人工綠洲所占比例大幅增加，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(dòng)物棲息地、自然水域減少。以此研究探討維持合適的綠洲比例，以實(shí)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(shí)意義。國內(nèi)對(duì)綠洲適宜比例的相關(guān)研究其結(jié)論也存在較大差異，國內(nèi)有研究提出天然綠洲面積比例應(yīng)至少為15%左右[3]；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[4]；有些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[5]、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[6]；李建林等[7]利用分形理論P(yáng)AO(人工綠洲占整個(gè)綠洲面積的百分比)分析了新疆人工、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。近些年來，新疆的綠洲變化呈現(xiàn)出人工綠洲代替天然綠洲的演變模式[8]，而人工綠洲面積過大必然造成天然綠洲面積減小，導(dǎo)致綠洲沙漠化[9]和鹽漬化[10]加劇，導(dǎo)致綠洲穩(wěn)定性和綠洲安全受到影響[8]。本研究以開都-孔雀河流域?yàn)檠芯堪袇^(qū)，分析1990-2010年其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。流域不同土地利用類型的面積發(fā)生了較大變化，但其中不同土地利用類型之間轉(zhuǎn)化的程度與方向并不明確，在這里利用轉(zhuǎn)移矩陣來進(jìn)一步分析具體的土地轉(zhuǎn)化過程。
1 研究區(qū)概況
開都-孔雀河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，地處塔里木盆地東北部、塔克拉瑪干沙漠東北緣，地理位置為東經(jīng)82°57′～90° 39′，北緯40° 25'～43° 21′，流域總面積占巴州總面積的16.1%[11]。流域主要由開都河、博斯騰湖和孔雀河3部分構(gòu)成，開都河由于天山支脈阿克塔格的阻隔，使流域形成焉耆盆地平原區(qū)和孔雀河沖洪積平原區(qū)2大地形地貌單元[12]。
開都-孔雀河流域有大小十余條雨雪混合型補(bǔ)給的河流，為開都河、孔雀河、黃水溝、烏拉斯臺(tái)河塔拉河、曲惠溝、木呼爾查干河、哈合仁郭勒、庫爾楚河、霍拉溝等，其中開都河為流域的主要補(bǔ)給水源，發(fā)源于新疆天山南坡中部，流經(jīng)焉耆盆地后流入博斯騰湖，是惟一能常年補(bǔ)給博斯騰湖的河流?？兹负邮情_都河匯入博斯騰湖后經(jīng)博斯騰湖調(diào)節(jié)的出流，最后向東蜿蜒曲折經(jīng)塔里木盆地東北部，目前，自阿克蘇甫鄉(xiāng)以下斷流。
流域?yàn)榈湫透珊荡箨懶詺夂?，根?jù)流域內(nèi)多個(gè)氣象站資料，從流域上游到下游多年平均降水量 75.0～47.3 mm，集中于 6-8月份，多年平均蒸發(fā)量1 887～2 777 mm。
長期以來，大規(guī)模的水土開發(fā)活動(dòng)尤其是1988年開始的墾荒植棉已經(jīng)使當(dāng)?shù)丨h(huán)境發(fā)生了極大的變化，造成河道斷流[13,14]、湖水水位和水質(zhì)下降[15]、天然植被退化和土地鹽漬化沙漠化等問題。
2 數(shù)據(jù)來源及研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來源
本研究采用開都河-孔雀河流域1990、2000和2010年7-9月份Landsat-TM遙感影像(1990年和2000年影像分辨率為30 m，2010年影像分辨率為19 m)，并利用ArcGIS 9.3，參照中國科學(xué)院土地利用分級(jí)系統(tǒng)(解譯標(biāo)準(zhǔn)見表1)，同時(shí)兼顧影像分辨率及本研究需要對(duì)合成遙感影像進(jìn)行目視分類解譯、建立拓?fù)潢P(guān)系，獲取流域典型時(shí)期(1990年、2000年和2010年)土地利用/覆被圖，并通過2次實(shí)地遙感精校驗(yàn)和耕地利用系數(shù)校驗(yàn)。
2.2 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3部分。在平原地區(qū)，分為人工綠洲和天然綠洲(見表1)。
表1 人工綠洲及天然綠洲劃分Tab.1 Classification of artificial and natural oases
對(duì)流域內(nèi)綠洲變化和荒漠化的監(jiān)測主要采用遙感動(dòng)態(tài)觀測的方法[16]，通過目視解譯，進(jìn)行流域土地利用類型劃分。人工和天然綠洲面積的提取依據(jù)樊自立等[2]對(duì)綠洲內(nèi)天然綠洲與人工綠洲的劃分方法，天然綠洲包括平原區(qū)域的天然河岸林、天然灌木林以及低地鹽化草甸等3類景觀，人工綠洲景觀包括區(qū)內(nèi)人工經(jīng)營的一切土地類型，主要為耕地、園地、人工林地、人工草地、居民與工礦用地、 交通用地以及渠道等。因此，在綠洲提取的過程中將耕地、人工林地(果園)、建設(shè)用地、水庫、湖泊、人工渠系提取為人工綠洲，將人工綠洲周邊的草地、天然林、沼澤、灘涂濕地提取為天然綠洲。
2.3 轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算
土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述。通常的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(見表2)中，A1,…,An表示n種土地利用類型，行表示T1時(shí)點(diǎn)土地利用類型，列表示T2時(shí)點(diǎn)土地利用類型。Pii表示T1-T2期間i種土地利用類型保持不變的面積，Pij表示T1-T2期間土地類型i轉(zhuǎn)換為土地類型j的面積數(shù)額[17]。利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以直觀了解到地區(qū)土地利用類型的轉(zhuǎn)化情況。
表2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Tab.2 A sample of land use transition matrix
利用ArcGIS的interset模塊及Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊，將解譯好的開都-孔雀河流域1990年、2000年和2010年3期的遙感影像，在ArcGIS中進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到1990-2000年，2000-2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。
3 結(jié)果分析
3.1 開都-孔雀河流域天然綠洲和人工綠洲變化分析
通過對(duì)比1990年，2000年和2010年3期土地利用數(shù)據(jù)可知，開都-孔雀河流域的人工綠洲不斷擴(kuò)張，天然綠洲面積不斷縮小，見圖1、圖2、表3。在1990年開都-孔雀河流域人工綠洲面積為2 595.5 km2，天然綠洲面積為12 132.5 km2；在2010年人工綠洲面積為5 190.6 km2，天然綠洲面積為10 186.5 km2。1990-2010年人工綠洲面積增長2 895.1 km2，擴(kuò)張速度為144.8 km2/a，天然綠洲減少面積1 946.4 km2，減小速度為97.32 km2/a。其中，1990-2000年人工綠洲擴(kuò)張速度為153.65 km2/a，天然綠洲減少速度為63.68 km2/a，2000-2010年人工綠洲擴(kuò)張速度為135.9 km2/a，天然綠洲減少速度為130.96 km2/a。
圖1 開都-孔雀河流域人工綠洲擴(kuò)張示意圖Fig.1 Artificial oasis expansion sketch map in Kaidu-Kongque river
圖2 1990-2010年人工綠洲及天然綠洲面積變化Fig.2 Area changing of artificial and natural oases in 1990 to 2010
1990-2010年，在人工綠洲擴(kuò)張過程中，人工綠洲各土地利用要素變化也存在很大差異，在變化速度上，耕地和果園的面積增長速度較快，建設(shè)用地面積增速較為穩(wěn)定，人工水庫面積的增長速度變化時(shí)間差異性較為明顯。在時(shí)間尺度上，1990-2000年，人工水庫面積增長速度最快，年均增長速度為15.86%，建設(shè)用地最慢，增長速度為2.88%； 2000-2010年，果園面積的年均增長速度最快達(dá)37.1%，水庫的面積年均減小2.38%。
表3 1990-2010年主要人工綠洲類型面積變化Tab.3 Area changing of the main artificial oasis in 1990 to 2010
3.2 土地利用及時(shí)空變化分析
利用轉(zhuǎn)移矩陣分析具體的土地轉(zhuǎn)化過程。從表4和表5可以看出，在1990-2010年耕地面積不斷增加，2010年比1990年增加了56.6%，從轉(zhuǎn)移矩陣看1990-2000新增耕地面積主要來自于草地和林地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占耕地總轉(zhuǎn)入面積的82.35%和16.03%；2000-2010年新增耕地面積主要來自于草地和沙地，轉(zhuǎn)移而來的草地面積和沙地面積分別占其他類型轉(zhuǎn)移為耕地類型的70.57%和21.78%。
耕地面積在1990-2000年的擴(kuò)張是主要以擠占林草地面積為主，但在2000-2010年新增耕地是由草地和沙地轉(zhuǎn)化為主，且耕地占用草地的面積也小于2000年前。從總體上看，1990-2010年的20 a里耕地面積擴(kuò)張主要是來自于草地、林地和沙地，而耕地轉(zhuǎn)入林地的量大于林地轉(zhuǎn)入量，因此耕地總體增加最主要來自于草地和沙地。
林地面積在1990-2000年減少了19.39%，從轉(zhuǎn)移矩陣來看，減少的林地主要轉(zhuǎn)移成了耕地、沙地、草地和鹽堿地，其凈轉(zhuǎn)出量分別占林地面積的12.94%、2.19%、2.01%和1. 62%，因 此，林地一方面被占用為耕地，另一方面逐漸轉(zhuǎn)化為草地、沙地和鹽堿地，流域生態(tài)環(huán)境惡化。林地面積在2000-2010年增加了42.63%，新增林地面積主要來自于耕地和草地，其凈轉(zhuǎn)入量分別占林地總轉(zhuǎn)入量的61.47%和27.30%，南疆地區(qū)在2000年后開始提倡種植經(jīng)濟(jì)林，因此許多人在原來耕地基礎(chǔ)上開始種植經(jīng)濟(jì)林，因此，耕地轉(zhuǎn)移為了林地。從總體上看，表現(xiàn)為：在1990-2010的20 a里林地總體增加了14.97%，從轉(zhuǎn)移矩陣看，主要來自于7.62%的耕地和0.60%的草地。
表4 1990-2000年開都-孔雀河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2
表5 2000-2010年開都-孔雀河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2
1990-2000年草地面積在近20 a時(shí)間里不斷減少，2000比1990年減少了1.30%，2010年草地比2000年減少了5.91%，從轉(zhuǎn)移矩陣看1990-2000草地主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地和沙地，其中轉(zhuǎn)移的耕地、沙地和水域濕地分別占1990年草地面積的4.81%、1.53%和2.87%。在2000-2010年，草地主要轉(zhuǎn)移成耕地、鹽堿地和林地，分別占2000年草地面積的3.95%、1.39%和0.76%。草地面積總體上減少了7.13%，從轉(zhuǎn)移矩陣分析，草地減少的面積主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地、沙地、鹽堿地、林地和建設(shè)用地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占流域1990年草地面積的8.71%、2.41%、1.46%、1.43%、0.60%和0.40%。
水域濕地面積總體增加了28.94%，從轉(zhuǎn)移矩陣看，新增水域濕地面積主要來自于草地，占水域濕地總轉(zhuǎn)入面積的99.68%。
建設(shè)用地面積在1990-2000年減少，建設(shè)用地面積主要轉(zhuǎn)移成了其他未利用地，其凈轉(zhuǎn)移量占建設(shè)用地總面積65.63%；在2000-2010年建設(shè)用地面積增加，新增建設(shè)用地面積主要來自于0.23%的草地、1.03%的其他未利用地和0.41%的耕地。
沙地面積在1990-2000年增加，新增沙地面積主要來自于1.529%的草地和2.19%的林地；在2000-2010年沙地面積減少了8.38%，減少的沙地則主要轉(zhuǎn)移成了耕地。而從整體上看，沙地面積增加，且主要來自于草地。
從以上分析可知，在1990-2000年開都-孔雀河流域林地、草地面積不斷減少，林草主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域和沙地。
當(dāng)天然綠洲在逐漸向人工綠洲轉(zhuǎn)化的同時(shí)，天然綠洲間也存在相互轉(zhuǎn)化。鹽堿地、沙地、裸土地和裸石巖礫面積都有不同程度的增加，其變化幅度較小且主要由草地轉(zhuǎn)移而來。
在2000-2010年流域草地和水域面積減少，草地主要轉(zhuǎn)移成了耕地和鹽堿地，而水域則主要轉(zhuǎn)移成了草地和耕地?？傮w而言，流域林草水總面積在近20 a內(nèi)是減少的，主要是由草地面積減少引起的，減少的草地面積主要轉(zhuǎn)移成了耕地、水域濕地、沙地、鹽堿地、林地和建設(shè)用地，其凈轉(zhuǎn)移量分別占流域1990年草地面積的8.71%、2.41%、1.46%、1.43%、0.60%和0.40%。由此可得，開都-孔雀河流域的環(huán)境問題主要為耕地?cái)U(kuò)張迅速，沙漠化和鹽漬化逐漸加重。
3.3 開都-孔雀河流域人工天然綠洲面積比例分析
1990-2010年開都-孔雀河流域人工綠洲面積表現(xiàn)為逐漸增加的過程，由圖3和表6可知，由1990年的2 595.94 km2增加到2000年的4 142 km2，再增加到2010年的5 490.6 km2，平均增長率為144.8 km2/a；天然綠洲面積1990-2010年呈逐漸下降趨勢，由1990年的12 132.5 km2減少到2010年的10 186.1 km2，平均減少率為97.32 km2/a。開都-孔雀河流域綠洲總面積在近20 a沒有太大變化，說明綠洲面積的變化主要表現(xiàn)在人工綠洲與天然綠洲面積的相互轉(zhuǎn)化。
人工與天然綠洲面積比例在近20 a呈增加的趨勢，在1990、2000、2010年，人工與天然綠洲面積比值分別是2∶8、3∶7、4∶6。
圖3 1990-2010年開都-孔雀河流域人工與天然綠洲面積變化Fig.3 Area changing of artificial and natural oases of Kaidu-Kongque river basin in 1990-2010
年份綠洲面積/km2天然`人工人工綠洲與天然綠洲面積比例19902595.9412132.492∶820004141.9711495.723∶720105490.6310186.094∶6
3.4 開都-孔雀河流域來水量及博斯騰湖水位變化
開都-孔雀河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)中部，是我國典型的寒區(qū)旱區(qū)水文系統(tǒng)。流域中最大補(bǔ)給來源為開都河，占入湖徑流量的87.4%左右，多年平均徑流量35.05 億m3，開都河的來水量變化是流域人工綠洲和天然綠洲變化的重要驅(qū)動(dòng)因素。
由圖4可知，1990-2000年開都河來水量呈明顯上升趨勢，由1990年的29.4 億m3增加到2000年的49.7 億m3，其中年來水量峰值2002年達(dá)57.1 億m3， 2002年后，來水量持續(xù)下降，至2005年最低后緩慢回升。1988-2002年博斯騰湖水位持續(xù)上升，15 a間水位共上升3.70 m，達(dá)到1958年來的最高水位，湖泊積水面積也相應(yīng)擴(kuò)大。2002-2010年湖泊水位持續(xù)降低，降低到1 045.75 m。
圖4 大山口年徑流量及博斯騰湖水位變化 Fig.4 Annual runoff of Dashankou and annual runoff of Bosten Lake
4 討 論
(1)1990-2000年開都-孔雀河流域人工綠洲擴(kuò)張速度為153.65 km2/a，天然綠洲減少速度為63.68 km2/a；2000-2010年人工綠洲擴(kuò)張速度為135.9 km2/a，天然綠洲減少速度為130.96 km2/a。
(2)在人工綠洲擴(kuò)張過程中，各土地利用要素間變化差異很大。在變化速度上，耕地面積增長速度較快但呈現(xiàn)下降趨勢，人工水域面積呈先大幅增加后減少的特點(diǎn)，人工果園面積在2000-2010年面積大幅增加，增漲幅度達(dá)37.1%。造成這些現(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，這與先前相關(guān)研究進(jìn)展保持一致。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。人工水庫面積的增長速度在時(shí)間尺度上表現(xiàn)為：1990-2000年，人工水域面積增長很快，但是2000-2010年，人工水域面積大幅減少，這與博斯騰湖的入湖水量有密切關(guān)系。從20 世紀(jì)70年代中后期至2002年博斯騰湖入湖水量呈波動(dòng)式上升趨勢，2000年度入湖水量最多，該年入湖流量為35.46 億m3，是多年平均流量的2.22倍，為歷史最大值[18]，導(dǎo)致2000年博斯騰湖地下水位大幅上升，湖區(qū)周邊的人工水庫蓄水增加，人工魚塘水量大幅增加。2002年以后，博斯騰湖入湖水量開始呈現(xiàn)下降趨勢，是因?yàn)檫M(jìn)行了塔里木河下游綠色走廊的生態(tài)恢復(fù)，并解決當(dāng)時(shí)博斯騰湖地區(qū)地下水位過高的問題；2002年開展塔里木河下游應(yīng)急輸水工程，由博斯騰湖通過孔雀河向塔里木河下游進(jìn)行輸水；另外，由于2000-2010年，打井開荒現(xiàn)象十分普遍，耕地面積大幅增長，地下水位下降明顯，人工水域面積大幅下降。2000-2010年，人工果園面積大幅增長，增長幅度達(dá)37.1%，這與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型密切相關(guān)，當(dāng)?shù)氐母刂饕悦藁ǚN植為主，受棉花價(jià)格大幅波動(dòng)、紅棗和香梨等水果價(jià)格持續(xù)走高的影響，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民大量種植香梨和紅棗等經(jīng)濟(jì)作物，致使果園面積增長。
(3)1998-2002年為開都河流域豐水年，隨著開都河來水量的增加，博斯騰湖水位也逐步上升，2002年達(dá)到歷史最高水位1 049.39 m，隨著來水量的增加人工綠洲面積快速增長,博斯騰湖湖面等天然綠洲面積隨之增加[19,20]； 2002年后，開都河進(jìn)入平水年，來水量減少，但是人工綠洲面積的持續(xù)增加導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉水量的增加，加之地下水超采[21]，博斯騰湖水位持續(xù)降低，降低至歷史和最低水位1 045.06 m，湖面等天然綠洲面積降低。開都河來水量的變化是流域人工綠洲和天然綠洲的面積比例變化的重要驅(qū)動(dòng)力。
(4)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(gè)綠洲面積的百分比不宜超過85%[3]；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[4]；有些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[5]、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[6]；李建林[7]利用分形理論P(yáng)AO(人工綠洲占整個(gè)綠洲面積的百分比)分析了新疆人工、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。本研究得出近20 a開都-孔雀河流域人工綠洲面積呈增漲趨勢，而天然綠洲面積呈下降趨勢；人工與天然綠洲面積比例在近20 a呈增加的趨勢，在1990、2000、2010年，人工與天然綠洲面積比值分別是2∶8、3∶7、4∶6。這表現(xiàn)出開都-孔雀河流域人工綠洲與天然綠洲比例超過1∶2范圍，人工綠洲面積過大。
眾所周知在新疆南疆地區(qū)荒漠草地占很大范圍，因此在遙感解譯過程中，對(duì)低覆蓋草地的定義是：只要1 m2中有4顆草，就算是低覆蓋草地。通過以上3個(gè)時(shí)期的面積比例數(shù)據(jù)(2∶8, 3∶7, 4∶6)可知，1990年、2000年人工綠洲與天然綠洲面積比例是合理的，2010年也近似等于錢正英等所研究的2∶3，因此，根據(jù)數(shù)據(jù)初步認(rèn)為3個(gè)時(shí)期，只有2010年面積比例不合理，人工綠洲規(guī)模過大。但是，筆者認(rèn)為有一些數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的誤差可能引起結(jié)果有所不同。
首先，天然綠洲面積主要是由3大類組成，按其面積及比例由大到小排列為：草地面積最大，其次林地，再次水域面積。草地面積占很大比例，見圖5。
圖5 開-孔河流域不同土地利用類型面積Fig.5 Land use of Kaidu-kongque river basin
其次，我們?cè)谟?jì)算天然綠洲面積中的草地面積時(shí)，將高、中、低覆蓋面積的草地面積相加獲得。因此，在計(jì)算天然綠洲面積的過程中人為地?cái)U(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?，F(xiàn)將低覆蓋草地面積不算入天然綠洲范圍，再次計(jì)算人工與天然綠洲規(guī)模之比(見表7)。
表7 扣除低覆蓋度草地后人工與天然綠洲面積比例Tab.7 Area ratio of artificial and natural oases when deletingthe low-cover grassland
5 結(jié) 論
(1)1990-2010年，開都-孔雀河流域的人工綠洲不斷擴(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。1990-2000年人工綠洲擴(kuò)張速度為153.65 km2/a，天然綠洲減少速度為63.68 km2/a，2000-2010年人工綠洲擴(kuò)張速度為135.9 km2/a，天然綠洲減少速度為130.96 km2/a。
(2)1990-2010年，在人工綠洲擴(kuò)張過程中，人工綠洲各土地利用要素變化也存在很大差異，在變化速度上，耕地面積增長速度較快但呈現(xiàn)下降趨勢，人工水域面積呈現(xiàn)大幅增加后減少的特點(diǎn)，建設(shè)用地面積增速呈穩(wěn)步提升的趨勢，人工果園面積在2000-2010年面積大幅增加，增漲幅度達(dá)37.1%。當(dāng)天然綠洲在逐漸向人工綠洲轉(zhuǎn)化的同時(shí)，天然綠洲間也存在相互轉(zhuǎn)化，鹽堿地、沙地、裸土地和裸石巖地面積都有不同程度的增加，且主要由草地轉(zhuǎn)移而來。
(3)近20 a開都-孔雀河流域人工與天然綠洲面積比例在近20 a呈增加的趨勢，在1990、2000、2010年，若不將低覆蓋草地面積算入天然綠洲范圍，人工與天然綠洲面積比值分別是6∶4、7∶3、8∶2，若按錢正英等提出的干旱區(qū)人工與天然綠洲面積比例不應(yīng)超過了2∶3，那么，開都-孔雀河流域在1990-2010年人工與天然綠洲面積比例均為不合理，應(yīng)控制人工綠洲的擴(kuò)張速度。
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