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西北干旱区生态用地能有效防治和减缓土地荒漠化的发生、发展,对维护绿洲稳定和生态安全具有重要作用。明确生态用地的分类及功能,揭示不同时空尺度和空间位置生态用地与土地荒漠化的关系,进而确定生态用地的适宜规模,对生态用地的保护以及发挥其对人工绿洲系统的支撑和保育功能具有重要意义。 本研究以塔里木盆地为例,构建西北干旱区生态用地分类系统,研发基于多源数据、适合大尺度的生态用地提取技术,获得1980s末、2000年和2010年三期生态用地空间分布图,分析了不同类型生态用地的规模、空间分布及时空动态特征。在土地荒漠化遥感监测的基础上,分两个时段(1980s末-2000、2000-2010),从大流域(9个)、县域(38个)和小流域(241个)三个尺度探讨了生态用地与土地荒漠化的关系及其尺度效应。选取四个典型流域及其上中下游,研究了生态用地与土地荒漠化关系的空间差异性。最后,从防控土地荒漠化的角度,采用统计学方法确定了塔里木盆地生态用地、人工绿洲和耕地的适宜规模。结果表明: (1)2010年塔里木盆地生态用地面积为10.77×104 km2,其中人工绿洲型、荒漠植被型、天然绿洲型、盐碱型和湿地型生态用地面积分别占到生态用地总面积的11.25%、59.59%、14.65%、9.63%和4.88%,且具有明显的流域分布特征:生态环境相对脆弱的塔里木河干流、克里雅河诸小河、车尔臣河诸小河、和田河流域和开都-孔雀河流域(开-孔河流域)的荒漠植被型生态用地和天然绿洲型生态用地占主体,而灌溉农业发达的阿克苏河流域、渭干河流域、喀什噶尔河流域和叶尔羌河流域的人工绿洲型生态用地和盐碱型生态用地面积比例较高。1980s末-2010年期间生态用地净减少9769.05km2,以荒漠植被型生态用地和天然绿洲型生态用地减少为主,其中生态环境相对脆弱的流域以生态用地转为荒漠为主,而绿洲农业发达的流域以人工绿洲型生态用地转为耕地为主。人类活动是区域生态用地变化的主要驱动力,人工绿洲的扩张和生态用地的退化是生态用地萎缩的主要原因。 (2)在三个空间尺度上,土地荒漠化程度与生态用地的面积变化、比例和类型关系密切。随着生态用地面积的减少,土地荒漠化面积呈显著增加趋势;随着生态用地比例的增加,土地荒漠化比例显著减少。就生态用地类型而言,土地荒漠化更容易发生在以土地荒漠化敏感度较高的荒漠植被型生态用地和盐碱型生态用地为主的区域;而在以人工绿洲型生态用地和湿地型生态用地为主的区域,土地荒漠化的面积比例较低。生态用地与土地荒漠化关系的空间尺度效应表现为:在三个尺度上具有一致的规律,并且随着空间尺度的不断缩小,生态用地与土地荒漠化关系的显著性不断增强。在时间尺度上,2000-2010年生态用地与土地荒漠化关系的显著性不及1980s末-2000年,而且大流域尺度上生态用地比例与土地荒漠化比例的关系与其它尺度规律相反,归因于径流量的增加和人为干预生态修复削弱了生态用地与土地荒漠化的关系。 (3)中游和下游的生态用地与土地荒漠化的关系一致。随着生态用地比例的增加,土地荒漠化比例减少;生态用地面积减少量与土地荒漠化面积增加量呈显著正相关;荒漠植被型生态用地面积的减少对土地荒漠化面积增加的贡献较大。两个时段阿克苏河流域、叶尔羌河流域和塔里木河干流规律一致,即生态用地比例大的区段,土地荒漠化比例较小。2000-2010年受径流量增加的影响,和田河流域生态用地比例小的区段,土地荒漠化比例较小,与第一个时段规律相反。 (4)基于241个小流域生态用地比例与土地荒漠化比例的定量关系,将土地荒漠化不发生或土地荒漠化程度极低时对应的生态用地比例作为最适宜比例。塔里木盆地生态用地的适宜面积比例为41.76%~58.73%,平均值为50.25%。土地荒漠化类型会影响生态用地与土地荒漠化关系的显著性及生态用地的适宜面积比例。以沙化或植被覆盖度降低为主要荒漠化类型的流域,生态用地与土地荒漠化的关系较为显著,生态用地的适宜比例大于50%;而以盐碱化为主要荒漠化类型的流域,其生态用地与土地荒漠化的关系不显著,生态用地适宜比例一般低于50%。 (5)近20年间塔里木盆地绿洲和荒漠面积增加,绿洲荒漠过渡带面积缩减。绿洲中天然绿洲面积减少1552km2。人工绿洲扩展迅速,尤其是绿洲农业发达的流域,如喀什噶尔河流域、叶尔羌河流域和阿克苏河流域人工绿洲与天然绿洲面积之比分别达到4.37∶1、3.31∶1和2.47∶1。以土地荒漠化不发生或程度极低为标准,基于241个小流域的统计分析确定人工绿洲占绿洲面积的适宜比例为50%左右,耕地适宜面积比例为38.95%~42.09%。在水资源保障的前提下,小流域范围内人工绿洲和耕地的规模的增加,可改善其邻接的植被生长状况。但从空间位置上来说,中上游人工绿洲和耕地规模的扩大会加剧区域水土资源的不平衡,促进下游土地荒漠化的发生和发展。