近32年塔里木盆地与准噶尔盆地湿地演化遥感分析

曾 光，高会军，朱 刚

(中国煤炭地质总局航测遥感局遥感应用研究院，西安 710054)

0 引言

湿地是人类最重要的生存环境之一，是由水陆相互作用而形成的自然综合体［1］，在调节气候、净化环境、维持生物多样性和缓解旱涝等方面发挥着巨大作用［2］。新疆地处我国西北内陆干旱区，由于水资源的严重短缺，湿地生态系统的服务功能显得尤为重要［3］。受自然因素和人类活动的影响，近年来新疆湿地退化形势严峻［4］，艾比湖和塔里木河下游湿地面积的减少已引起地区生态系统服务功能总价值的减少［5－7］。近年来，我国众多学者已从湿地的水文特征［8］、湿地生态质量评价［9－10］和湿地景观格局变化［3，11］等方面对新疆湿地进行了广泛而深入的研究，但大多仅局限于单一湖泊或河流，以塔里木盆地或准噶尔盆地为单元进行的湿地变化研究较少。

本文借助遥感和GIS 技术，对塔里木盆地和准噶尔盆地近32 a 间的湿地演化特征进行了探讨，并分析了这2 大盆地湿地演化的差异性，试图揭示2 大盆地的湿地变化与气候因素、人类活动之间的关系。

1 研究方法

1.1 数据源及其预处理

为了充分反映塔里木盆地和准噶尔盆地湿地动态变化特征及演变趋势，选择20 世纪70年代中期MSS 作为基准数据，因为这一时期的遥感数据可以近似代表未受人类活动干扰或影响程度较小的自然环境条件下的湿地背景值;其次，进入21 世纪以来，随着城市化进程的不断加快、工农业生产和人口数量的增加对淡水和土地资源的需求进一步加大，对湿地资源产生了严重威胁，因此，选取的2000年ETM 遥感数据能够代表这一时期湿地的演变特征;最后，以2007年CBERS 02 作为现状年基础数据，对2个盆地单元湿地因子进行综合解译。

选取的MSS 数据以1975年雨季(6—10月)时相为主，约占同期遥感数据的76%;ETM 同样以2000年的雨季数据为主，约占同期遥感数据的79%;而CBERS 02 则以2007年旱季(11月—次年5月)数据为主，约占65%。虽然时相的差异会对同一盆地单元湿地的演化规律分析产生一定影响，但只影响到气候变化与湿地演变的直接关系;而湿地的综合解译不能仅依据水体与植被因素为唯一特征(如河流湿地中的泛洪平原湿地)，还需结合地形、地貌和水文地质条件等因子进行综合判定，因此，通过20 世纪70年代的1∶10 万地形图的辅助，可降低因时相差异而引起的精度问题，湿地动态变化分析仍具有一定的可比性。

在ERDAS 9.2 平台下，分别对3 期遥感数据进行正射校正、几何配准及图像镶嵌等处理，然后利用MapGIS 6.7 进行遥感解译及综合图件的编制。

1.2 湿地分类体系的建立

根据《中华人民共和国湿地分类标准(GB/T 24708—2009)》，结合2 大盆地水文地貌条件和湿地发育特征，本研究采用二级分类系统。其中，一级类型包括天然湿地和人工湿地;二级类型包括湖泊湿地、河流湿地、沼泽湿地、水库和淡水养殖场。

1.3 专题信息提取及动态变化

本次以人机交互目视解译为主，根据不同湿地类型在遥感影像上的典型特征，建立遥感解译标志，借助MapGIS 6.7 工作平台进行综合解译;通过野外实地验证对解译成果进行修正与完善;制作1975年、2000年和2007年塔里木盆地与准噶尔盆地湿地分布图(图1)。

图1 不同时期塔里木盆地与准噶尔盆地湿地分布Fig.1 Distribution of wetlands of Tarim Basin and Junggar Basin in different years

通过3 期湿地数据的空间叠加，生成1975—2000年和2000—2007年2个盆地的湿地变化图。

为了宏观分析人类活动对湿地演化进程的影响，对3 期遥感数据的耕地因子进行综合解译，并制作1975—2000年和2000—2007年耕地变化图。

将相应时期的湿地变化图和耕地变化图进行空间叠加，提取“耕地增加”和“湿地减少”的双重属性图斑，认为该属性的图斑为因“围湿造田”而直接丧失的湿地图斑，进而分析人类活动对湿地演化的影响。

2 结果与分析

2.1 湿地演化特征

塔里木盆地与准噶尔盆地湿地演化特征差异较大，具体表现在3个方面:

1)塔里木盆地湿地呈持续性萎缩，并有加速退化的趋势，而准噶尔盆地湿地面积表现为先增加后减小，整体呈微弱增加的变化规律(表1)。

表1 塔里木盆地与准噶尔盆地不同湿地类型面积统计Tab.1 Area statistics of different wetlands types in Tarim Basin and Junggar Basin (km2)

32 a 间，塔里木盆地湿地减少了2 739.88 km2，年均减少85.62 km2，其中，1975—2000年，湿地面积减少了1 266.33 km2，年均减少50.65 km2;2000—2007年，湿地面积又减少了1 473.55 km2，年均减少210.51 km2，湿地退化速率是1975—2000年的4.16 倍，具有加速退化的趋势。准噶尔盆地湿地演化进程不同于塔里木盆地，1975—2000年，湿地面积增加了489.80 km2;2000—2007年，湿地演化规律与塔里木盆地相同，也呈萎缩趋势，共计减少234.86 km2;32 a 间，准噶尔盆地湿地面积增加了254.94 km2，年均增加7.97 km2。

2)天然湿地的严重萎缩是引起塔里木盆地湿地面积锐减的主要原因之一。32 a 间，塔里木盆地内河流湿地、湖泊湿地和沼泽湿地面积均呈持续性减少，共计减少2 854.67 km2，以沼泽湿地减少面积最大，为2 097.64 km2，占塔里木盆地湿地减少总面积的73.48%;其次为河流湿地和湖泊湿地，减少面积分别为589.34 km2和167.69 km2，分别占湿地减少总面积的20.65%和5.87%。

3)湖泊湿地是准噶尔盆地湿地变化的指示因子。新疆的湖泊湿地水源补给主要依赖相邻山地的冰川积雪融水和自然降水，因此该区的湖泊湿地是受气候变化和人类活动影响最为明显的湿地类型。1975—2000年，由于降水量的普遍增多，准噶尔盆地湿地面积增加了489.80 km2，同时湖泊湿地面积也增加了361.37 km2，占湿地面积增加量的73.78%;2000—2007年，受持续干旱气候条件的影响，湖泊湿地与湿地总面积分别减少了275.92 km2和234.86 km2。因此，湖泊湿地面积的消长是引起准噶尔盆地湿地总面积发展与萎缩的重要指示因子。

2.2 湿地景观格局变化差异

2.2.1 斑块数及斑块平均面积的变化差异

32 a 间，塔里木盆地湿地景观斑块数呈先增加后减少的变化趋势(图2(a))。1975—2000年，湿地斑块数量增加了27个，而斑块平均面积减少了2.21 km2，湿地整体处于破碎化发展阶段;2000—2007年，湿地斑块数量继续减少了327个，而湿地的斑块平均面积增加了2.35 km2，说明该时期塔里木盆地内的小斑块湿地消失。

图2 湿地景观斑块数和平均面积变化对比Fig.2 Dynamic variations in patch number and average patch area of wetlands landscape

准噶尔盆地湿地景观变化特征不同于塔里木盆地，整体呈斑块数增加、斑块平均面积持续减少的变化趋势(图2(b))。1975—2000年，盆地内湿地斑块数量增加了96个，而斑块平均面积减少了4.54 km2，这主要是由于2000年湿地景观发生大面积的扩展，形成了许多新生湿地斑块;2000—2007年，盆地内湿地斑块数量减少了10个，斑块平均面积仍继续减少了0.51 km2，湿地演化呈萎缩态势。

2.2.2 湿地景观多样性的变化差异

图3 湿地景观多样性指数变化Fig.3 Change of landscape diversity indices of wetlands

1975年、2000年和2007年，塔里木盆地湿地景观多样性指数水平较高，为1.11，1.23 和1.19，均小于景观最大可能的多样性指数1.609 4［3］，说明塔里木盆地湿地景观类型所占面积比例有一定差异。32 a 间，多样性指数整体增加说明不同湿地类型面积比例差异减小，景观多样性增大(图3(a))。优势度指数和均匀度指数一样，也是描述景观由少数几个主要类型控制的程度，2个指数间可以彼此验证［12］，塔里木盆地2个指数变化规律相同，呈先增加后减小，整体增加的变化趋势，说明盆地内占主导地位的湿地类型所占比例已经发生了变化，景观结构趋于均匀化。1975—2000年，沼泽湿地面积比例由48.70%减少至33.93%，河流湿地面积比例由35.49%增加至42.20%，湿地景观类型所占面积比例差异降低，均匀度指数增加;2000—2007年，河流湿地面积比例继续增大至46.76%，而沼泽湿地比例下降至26.24%，湿地景观类型比例差异开始增大，湿地主导类型由沼泽湿地转化为河流湿地，均匀度指数降低，湿地多样性减少。优势度指数的降低(如沼泽湿地)说明盆地内湿地景观类型所占面积比例差异逐渐缩小，景观结构趋于均匀化，湿地生态系统处于良性发展，反之，优势度指数增加，说明湿地类型比例差异增大，多样性降低。

准噶尔盆地湿地景观多样性指数和均匀度指数均小于塔里木盆地，说明不同湿地类型所占的面积比例差异大于塔里木盆地;同时，优势度指数大于塔里木盆地，表明准噶尔盆地内有处于绝对主导地位的湿地类型(图3(b))。1975年、2000年和2007年湖泊湿地占盆地内湿地总面积的比例分别为65.96%，67.32%和62.75%，均处于主导地位。然而纵观32 a 间，准噶尔盆地湿地景观多样性指数和均匀度指数在持续增加，而优势度指数在持续减少，说明居于主导地位的湖泊湿地类型所占湿地总面积的比例逐渐降低，处于次要地位的湿地类型呈发展趋势，湿地生态系统处于均匀化发展状态。

3 湿地演化驱动力分析

湿地演化受到气候变化和人类活动的影响［13－14］，本文从这2 方面来综合分析湿地的演化特征。

3.1 气候变化因素

气候是控制湿地消长的根本动力因素，湿地的消长也会改变湿地系统，进而加快气候变化的速度［15］。自20 世纪80年代中期以来，新疆气候发生了由暖干向暖湿的转型，整个新疆地区降水量存在逐渐增多的趋势，且南疆降水量高于北疆地区［16］。1961—2008年，新疆各区域年平均气温呈一致的上升趋势，北疆线性增温率为0.38℃/10 a，南疆为0.28℃/10 a，北疆增温幅度大于南疆地区［17］。

塔里木盆地选择阿克苏、轮台、库车、喀什、巴楚、阿拉尔、铁干里克、若羌、莎车、皮山、和田、民丰、且末和于田等14个气象站，准噶尔盆地选择哈巴河、吉木乃、福海、精河、乌苏、石河子、蔡家湖和奇台等8个气象站收集1975—2007年连续的降水和气温监测数据。

32 a 间，塔里木盆地与准噶尔盆地降水量和气温均呈逐年上升趋势。其中，塔里木盆地年降水量和气温分别以0.596 7 mm/a 和0.042℃/a 的速度递增，而准噶尔盆地年降水量和气温分别以1.694 8 mm/a和0.047℃/a 的速度增长，年均增幅高于塔里木盆地(图4)。

降水量的增多与气温的上升均对湿地的扩张产生直接影响。1975年、2000年和2007年，塔里木盆地年降水量分别为29.24 mm，37.28 mm 和41.21 mm，年均气温分别为10.77℃，12.07℃和12.88℃;1975—2000年和2000—2007年期间的年降水量增幅为27.48% 和10.56%，年均气温增幅为12.07% 和6.69%。盆地内年降水量增幅均明显高于气温增加量，但是湿地面积仍以20.63%和30.25%的幅度锐减，尤其2000年以后湿地面积的减少量远远超过降水量和气温的综合影响，说明除自然因素等条件外，还有其他因素影响着塔里木盆地的湿地演化。

1975年、2000年和2007年，噶尔盆地年降水量分别为120.30 mm，177.03 mm 和221.63 mm，年均气温为5.49℃，6.46℃和7.48℃;1975—2000年和2000—2007年期间降水分别以47.15%和25.19%的幅度递增;年均气温增加幅度为17.77% 和15.67%。1975—2000年，准噶尔盆地湿地面积增幅为21.90%，而2000—2007年，湿地开始出现萎缩现象，面积减少幅度为8.35%。因此，准噶尔盆地湿地的演化与降水量和气温的变化存在着密切关系，气候对湿地的控制作用明显强于塔里木盆地。

3.2 人类活动因素

为了分析湿地演化与人类活动的耦合关系，将1975—2000年和2000—2007年湿地动态变化图分别与相应时间段内耕地变化图进行空间叠加，提取“耕地扩展和湿地减少”的双重属性图斑，认为这是人类“围湿造田”活动对湿地的直接占用的表现。

1975—2000年，塔里木盆地湿地总面积减少1 266.33 km2，因“围湿造田”而直接占用的湿地面积达1 035.06 km2，占湿地面积减少量的81.74%;2000—2007年，湿地总面积减少了1 473.55 km2，“围湿造田”面积达1 030.30 km2，占湿地总面积减少量的69.92%。32 a 间，“围湿造田”强度居高不下，是引起塔里木盆地湿地面积锐减的主要原因。

1975—2000年，准噶尔盆地湿地增加了489.80 km2，而由于“围湿造田”直接丧失230.80 km2的湿地;2000—2007年，盆地内湿地减少了234.86 km2，因“围湿造田”而减少的湿地面积为103.46 km2，占湿地面积减少总量的44.05%，表明人类活动对准噶尔盆地湿地演化进程的影响也较大。

4 结论

1)2000年以后塔里木盆地与准噶尔盆地湿地资源均呈现不同程度的退化趋势。32 a 间，塔里木盆地湿地减少2 739.88 km2，年均减少85.62 km2，其中，2000—2007年，湿地年均减少速率是1975—2000年的4.16 倍，湿地具有加速退化的趋势;准噶尔盆地湿地面积变化表现为先增加后减小，整体呈微弱增加的变化趋势，32 a 间湿地总面积增加了254.94 km2，湖泊的消长对准噶尔盆地湿地面积的变化影响较大。

2)1975—2000年，塔里木盆地湿地处于破碎化发展阶段，湿地景观斑块数量增加、斑块平均面积减小，沼泽湿地所占比例下降，湿地景观结构趋于均匀化;2000—2007年，小斑块湿地出现大量消亡的现象，斑块数量减少327个，斑块平均面积减少2.35 km2，河流湿地成为主导类型，多样性指数与均匀度指数降低，湿地多样性减少。准噶尔盆地湿地景观演化特征与塔里木盆地有较大差异，1975—2000年，湿地斑块数量增加了96个，斑块平均面积减少了4.54 km2，湿地以新增方式为主;2000—2007年，湿地斑块数量减少了10个，而斑块平均面积仍继续减少了0.51 km2，湿地呈萎缩发展态势，湖泊湿地是准噶尔盆地内占绝对优势的湿地类型;32 a 间，准噶尔盆地湿地多样性指数和均匀度指数持续增加，而优势度指数持续减少，景观结构趋于均匀化。

3)32 a 间，塔里木盆地和准噶尔盆地年降水量和年均气温均呈逐年上升的趋势，增加量分别为0.59 mm/a和0.042℃/a，1.69 mm/a 和0.047℃/a，对湿地的扩张有着直接的影响。

4)2000年以后，准噶尔盆地湿地呈退化趋势，因“围湿造田”直接丧失的湿地面积达103.46 km2，占2000—2007年湿地面积减少量的44.05%。塔里木盆地湿地面积的持续减少与人类活动密切相关，1975—2000年和2000—2007年，因“围湿造田”而占用的湿地面积为1 035.06 km2和1 030.30 km2，分别占2个时段内湿地面积减少总量的81.74%和69.92%。因此，在积极有效地保护湿地资源的基础上，应合理布置农业空间格局及发展规模。

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