人类活动对土地沙漠化的影响研究——以塔里木河下游为例<br/>

人类活动对土地沙漠化的影响研究——以塔里木河下游为例

2011-02-11阿依先木司马义吐尔逊哈斯木祖木拉提伊布拉音马木提江卡日曼尼萨汗吐尔隼

水土保持研究 2011年1期

阿依先木·司马义，吐尔逊·哈斯木，祖木拉提·伊布拉音，马木提江·卡日，曼尼萨汗·吐尔隼

（1.新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐 830046；2.新疆阿图什市第四中学地理学组，新疆阿图什 845300）

塔里木河下游是指由卡拉到台特玛湖的河段，主河道长约428km，走廊面积为4240 km2。下游段东侧为库鲁克沙漠，西侧为塔克拉玛干沙漠，两大沙漠之间为塔里木河下游冲积平原，这里生长着荒漠河岸林和沙生、盐生植被，因其景观与周围环境形成鲜明对照，这一廊道性植被带因此被称为绿色走廊［1］。近50a来塔里木河源流区和干流上游区的水土开发活动，使得下游地区的来水骤然减少，中断有近30a的历史，从而引发了下游绿色走廊逐步走向衰败，土地沙漠化趋势加剧等生态环境恶化问题。

沙漠化是干旱、半干旱及部分半湿润地区由于人地关系不相协调所造成的以风沙活动为主要标志的土地退化。也可以说，沙漠化主要是发生在人类历史时期，特别是最近一个多世纪以来。强调人地关系及其相互作用，即只有人类活动对自然环境和资源的不利影响与以风为主导外营力的相互作用下造成的土地退化才是沙漠化［2］。引起沙漠化的因素很多，它是气候、土壤、地质、地貌、植被、水文等自然因素与人为因素共同作用的结果［3］。在塔里木河下游这一特定区域，近50a来，气候变化不显著［4］，而人类不合理的开发活动是造成该地区沙质荒漠化（以下简称沙漠化）程度不断加重的主要原因。塔里木河下游地区，1958年沙漠化面积仅占土地总面积的12%，到2000年沙漠化土地面积超过90%［5］，在其面积扩大的同时程度也在加剧，自然景观也发生了一系列变化。其沙漠化过程可以用一个关系式表述:人类不合理的开发活动→塔里木河下游断流→地下水位下降→土壤含水量下降→地表植被生态系统退化、多样性丧失→地表出现沙漠化景观→“绿色走廊”衰退并逐渐失去植被保护→灾害性天气频度和强度增大→胡杨林及灌木死亡→进一步加剧沙漠化进程→塔克拉玛干与库姆塔格两大沙漠合拢［1，6］。

1 数据来源与研究方法

数据源主要包括1973年的MSS影像、1990年的TM影像和2000年的ETM影像。此外，还采用了近50a间塔里木河下游气象站点年降水量、气温等数据来分析研究区的自然环境变化。运用遥感图像处理软件ENVI 4.5分别对3期不同的遥感影像进行边界裁定、几何校正等数据预处理，综合运用非监督分类和监督分类、聚类分析、过滤分析、去除分析等方法，完成对新疆塔里木河下游遥感影像解译与分析。利用TM／ETM4，3，2波段合成标准假彩色影像提取沙漠化信息，并根据干旱区土地沙漠化时间变化在遥感图像上的判图指标及影像特征，对研究区进行土地沙漠化分类强度等级的划分，得出塔里木河下游地区近50a来土地沙漠化变化结果并对其进行分析研究。

2 土地沙漠化分级指标

区域沙漠化分级的最重要指标是植被疏密度，另外，沙丘的强度、类型和流动沙丘的活动以及流动沙丘所占该区的面积等也是沙漠化分级的重要指标。按照沙漠化的状况、动态和在陆地卫星TM图像上解译的可能性将该调查区域的沙漠化分为4个等级（表1）。

表1 土地沙漠化类型分类标志和指标

3 塔里木河下游土地沙漠化动态变化

根据1973年、1990年和2000年塔里木河下游区遥感影像进行沙漠化遥感解译调查，塔河下游土地沙漠化变化如:1973年塔里木河下游土地沙漠化面积814.6km2，占区域面积的21.084%；1973－1990年，塔里木河下游地区沙漠化面积净增长了55.2km2。1973－2000年间，沙漠化面积增加了224.1km2。由于自然因素和人为因素的叠加，特别是人口的增长，水资源利用的不合理使土地压力增大，加速了沙漠化的发展。1959－1983年的24a间，塔里木河中下游沙漠化土地由69.23%上升至80.6%，上升了11.4个百分点，沙漠化土地年增长0.45%，而1978－1983年的5a间平均每年却增加2.23%，沙漠化危害日趋严重［9］。1958－1978年间塔里木河下游除阿拉干和考干两地平缓和起伏的流沙地以3%～7%的速率增加之外，半流动和半固定沙地变化并不太大，一般只有1%左右，而林地面积还略有增加，表明50－70年代期间塔里木河下游水源条件较好，尚能维持天然胡杨和红柳林的生长条件。可是到了1978－1983年间，除自然的原因之外，人为破坏空前加剧，生态环境急剧变坏，仅5a时间林地面积就以40%的速率减小，固定和半固定沙地面积也以百分之几至百分之几十的速率减小。特别是在阿拉干地段，情况最为严重，固定和半固定沙地的面积迅速减小，流动的平沙地面积急剧增大，增长率可达94.54%［8］。1959－1996年，阿拉干地区的沙漠化总面积由1371 .22km2，增加到1494 .29km2，同期极度沙漠化面积及其所占比例逐年增加，由1959年、1983年和1992年的30.20%、31.56%和33.76%增加到1996年的35.23%，同时，强度沙漠化所占的比例也由1959年、1983年和1992年的6.08%、6.13%和9.20%增加到了1996年的11.67%。而且强度、极强度沙漠化土地面积占了47%（图1）［9］。

图1 阿拉干地区沙漠化现状

4 沙漠化的成因分析

一般认为沙漠化是人类活动和气候变化共同作用的结果，但是近代，随着科学技术水平的不断进步，

人类干预自然的能力得到了前所未有的增强，人类活动已经成为引起各类沙漠化的最主要原因。也就是说，原来非沙漠化的土地演变成沙漠，这是潜在沙漠化土地“就地起沙”的结果。所谓潜在沙漠化土地，主要是指植被生长较好，基本无风沙流动的土地，一旦失去水分的保养和植被保护，特别是受人为活动影响，导致风蚀流沙形成，因此在自然因素的基础上叠加了人类活动，加剧了沙漠化的发展。

4.1 自然因素

4.1.1 气候因素现代气候变化对荒漠化的影响是一个缓慢而渐进的过程，主要是通过气候变化对旱地土壤、植被、水文循环的影响，使沙漠化发展速度和强度发生变化，特别是气候要素（气温、降水、风等）中的降水变化起关键作用。塔里木河下游属温带极端干旱气候，降水稀少，风多风大，沙源丰富，沙尘暴频繁，这是促使沙质荒漠化（沙漠化）发生和发展的自然动力。从近50a来研究区域平均气温和降水资料来看（图2），年平均气温和降水量从60－90年代基本上呈增高趋势。就近10a的状况来看，气温与60年代相比，增加了0.5℃，但是并不显著，有波动性变化，且波动较小。一般认为，当气候变干冷时，沙漠的范围就扩展，固定沙丘就向流动沙区发展；气候变湿热时，沙漠就收缩或固定，这种变化时间尺度及幅度都较大。沙漠化的发展和逆转则表现在相同的气候条件下，且时间也较短。在干旱荒漠气候控制下有些年份降水却气温稍偏高，有些年份则偏低的现象是存在的，这是气候的正常变化。塔里木河下游年降水量平均仅为20～50mm，年蒸发量（潜势）平均却达2500 ～3000 mm。平均年降水量60－80年代呈逐年代递增的趋势，与多年平均相比，虽然平均增加了9%［4］，可是到了90年代降水量呈现减少趋势。在这种极端干旱的气候条件下，植被一旦破坏，地面便十分干燥，温差悬殊，土体易于机械崩解。研究区域近50a来降水和气温呈波动性变化，气候的波动毕竟较小，现代气候条件和变化的幅度不足以造成环境大的改变、沙漠的大幅度扩张或收缩或者大范围的活化或固定。

4.1.2 土壤因素塔里木河全流域土壤含有第四纪松散残积物、洪积物、冲积物和风积物，这些混积物都含有沙物质且风沙土广为分布，这都成为沙质荒漠化的物质基础。

4.1.3 植被因素在植被类型上，塔里木河下游沿河分布着荒漠河岸植被，局部地段有盐生荒漠植被发育，植被稀疏、生长矮小、种类贫乏、结构单纯。植被类型主要为荒漠河岸林（胡杨Populus euphratica、柽柳Tamarix chinensis）、盐生草甸、沼泽等非地带性植被。另外还有50%以上的土地为光裸沙丘和龟裂地［15］。

图2 近50a内塔里木河干流下游区气温和降水的变化

4.2 人类活动

沙漠化的人为成因问题，指出“由于人为的原因，把不该成为沙漠化的地方破坏成为沙漠化”。在半干旱、干旱地区的土地沙漠化过程中，人类活动往往起到十分重要的作用，尤其是半干旱草原区与干旱区的天然绿洲。干旱、半干旱地区人类活动的贡献率远远大于自然因素的贡献率，主要表现在以下几个方面。

4.2.1 流域人口增长和来水量变动以及与土地沙漠化的关系分析随着人口数量的不断增加，人类干预自然过程的能力逐渐增强。人口的增长带来对食物、燃料等基本生活资料需求的增长，土地压力不断增加，一些地方出现了无序开荒、毁林开荒及大面积撂荒的现象，造成沙漠化的加速扩展和蔓延。统计表明，塔里木河干流流域的人口从20世纪50年代以来经历了一个快速的增长过程。1958年，该区域总人口为176.69万人，到2003年末，塔河流域总人口达到454.7万人，人口增长了将近2倍。年增长率为2.12%。其中，97%的人口集中在源流段，分布在上中游和下游的人口分别占到全流域的2.14%和1%［10］。干流流域的5个县市20a的人口资料，分别为阿拉尔、沙雅、库车、轮台、尉犁。自1988年以来，塔里木河干流流域人口数量总体不断增长，但增长速度逐渐趋缓。1988－2007年，总人口数从70.21万人增长到97.06万人，20a间净增人口26.85万人，总人口增长率达到38.32%，年递增率为1.72%。塔河干流流域的人口中上游人口最多，所占比值最大，1998年占干流流域的78.18%，2007年占77.25%，所占比重比较稳定。中游人口由1988年的19.42%到2007年的20.25%，增加了0.83%。下游人口从1998年以来一直保持2.25%左右，仅能占整个干流区域的很小部分（图3）。在塔里木河这样典型的内陆河流域，人口增长的驱动对土地退化的影响具有从干流上游向下游的传递性，干流人口增加直接影响下游沙漠化面积的多少，并且呈线性正相关［17］。

图3 20a来塔河干流各段流域的人口变化折线图

水资源利用不合理造成土地沙漠化问题，主要发生在干旱半干旱地区。由于河流上中游盲目引水开荒，大水漫灌，造成河流下游地区缺水、断流，致使天然绿洲产生沙漠化。塔里木河的三条源流河的径流变化和水资源利用状况，决定了塔里木河的水量变化，也深刻影响了塔里木河干流的水质和下游的生态环境［11］。塔里木河流域土地沙漠化不断扩展的直接成因，是下游水量减少以及地下水位下降。据统计，塔里木河上、中、下游来水量在过去50a里均呈现迅速下降的趋势，尤其是下游来水量减少最快。据阿拉尔断面多年监测结果显示，自20世纪50年代以来，进入塔里木河干流的水量呈现明显减少的趋势，从20世纪50年代来水量56.2亿m3迅速下降到70年代的43.2亿m3，90年代下降到最低点39.4亿m3。中游的径流量从20世纪60年代的35.14亿m3，下降到90年代的22.78亿 m3，减少了35.18%，2001－2005年平均径流量降至22.58亿m3，与60年代相比减少了35.74%，但与90年代相比并无明显减少。下游恰拉的来水量更是从20世纪50年代的13.53亿

m3迅速减少到80年代的3.93亿m3，到90年代进一步减少到2.28亿 m3［12，17］（图4）。下游的工农业生产和人民生活出现了用水的紧张局面，一些耕地和村庄被废弃，过去的一些绿洲区域正在逐步与沙漠连成一片。同时，由于下游来水量减少，塔河下游地下水位由1959年的3.1m，降至1992年的10.3m，远远超过了天然植被赖以生存的地下水位线［13］。沿河大量天然胡杨林由于缺乏生态水和地下水位的下降而枯萎退化和消失，从而加速了塔河下游的沙漠化扩展。

4.2.2 人为破坏植被，过度砍伐、垦殖、放牧、樵采是导致土地荒漠化的重要原因 60年代以来，塔河流域为发展地方经济，进行了大规模水土开发，大量砍伐植被，毁林、毁草开荒造田，使胡杨林资源遭到严重破坏。主要原因是，流域的广大农村牧区仍以砍伐天然植被为燃料来源，伐木作柴，掘草为薪，燃秸取火现象非常普遍，广泛分布于沙漠边缘的柽柳、胡杨，它们庞大的根系和枝干起着防风固沙、屏蔽绿洲作用，经挖掘和砍伐，自然条件下难以恢复，结果导致沙丘活化。20世纪50年代以来，随着人口的迅速增长，尉犁、若羌一带对燃料和木材的需要日益增多，砍伐活动不断扩大，1958年，塔里木河下游五个农垦团场相继建立，仅垦荒砍伐胡杨林就达167km2［14］。据估算，垦区5个团场每年约砍伐薪柴3万t。其中有的团场，（如35团）还以胡杨和红柳作工业燃料，加工甘草膏，造成垦区外围的流沙不断入侵。如32团东部由于红柳被砍光，破坏了较为稳定的沙面而形成一条高8 m，长100多米的流动沙梁，埋掉耕地，渠道和林带［8］。塔里木河下游的天然胡杨林20世纪50年代胡杨林的面积由540km2，到1995年减少了73.33km2；沙漠化面积迅速扩大，1996年比1959年增加了123.1km2，沙漠化土地面积由86.98%增加到94.34%，沙漠化的年增长率平均0.24%［10］。塔河两岸胡杨林、草地几乎到处可见滥挖甘草（Glycyrrhiza）留下的土坑，松土暴露地面，林木根系被挖断，林木衰败枯死，草场破坏，加剧土地荒漠化。据统计，流域各团场每年采挖量达2000 t，按每挖1kg甘草松动破坏林地或草地2～3m2，则每年一个团场破坏林地或草地27～40万hm2［15］。

图4 塔里木河各段来用水量图

4.2.3 盲目开荒和人为不合理耕作是造成土地荒漠化的直接原因滥垦主要发生在农牧交错区，塔河流域源流耕地从1958年的47.847万hm2增加到2003年的77.293万hm2，增加了29.446万hm2，平均每年增加0.64万hm2，2003年源流耕地面积是1958年的1.62倍。上中游耕地面积也由1958年的2.86万hm2增加到2003年的4.415万hm2，增加了54%。相比之下塔里木河下游耕地面积变化很小，1958年下游耕地面积仅为1.402万hm2，占整个流域耕地面积的2.7%，5a后，下游耕地面积为1.671万hm2，增加了还不到0.3万hm2［11］。在土地耕种方面，由于时弃时耕，灌溉方法不合理，缺水矛盾越来越大，许多已开垦的土地被迫弃耕撂荒，这些土地失去植被和灌溉。这不仅破坏了土地资源，加速了土地沙漠化的进程，而且还形成“愈穷愈垦，愈垦愈穷”的恶性循环局面。

5 结论

人口急剧增加造成的压力和经济活动对环境的强烈干扰，才是造成大范围生态环境恶化和沙漠化发生发展的主要原因，即沙漠化的正逆向发展主要受控于人类经济活动。下游农灌区无水可用，大片良田摞荒，河两岸植被衰败，沙漠化加剧。航空像片及卫星像片分析结果表明，近50a来研究区域沙漠化面积逐年增加，程度不断加重的土地一般呈片状交错分布于农田和草原上，即人类活动最强力的区域，而不是整个区域。过度垦荒，掠夺式挖采甘草，无情地砍伐森林，使草场和胡杨林变成了一次性使用的牺牲品，造成胡杨林面积大幅减少。特别是水资源的不合理利用，向下游的河流水量大为减少，地下水位下降，植被衰退，沙漠化发展十分严重。生态环境严重恶化，这种局面的不断发展，影响着生态系统的稳定性，制约着下游资源的开发及经济的持续发展［16］，这表明在近50a来研究区域沙漠化的迅速发展，并不是对所谓自然因素变化的响应，而主要是人为活动的结果。

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