干旱区典型绿洲耕地扩张及其人文驱动研究——以新疆且末绿洲为例<br/>

干旱区典型绿洲耕地扩张及其人文驱动研究——以新疆且末绿洲为例

2015-03-20迪力夏提阿卜杜萨拉木阿不都克依木阿布力孜周玄德许仲林瓦哈甫哈力克

地域研究与开发 2015年2期

迪力夏提·阿卜杜萨拉木，阿不都克依木·阿布力孜，2，周玄德，许仲林，瓦哈甫·哈力克

(1.新疆大学资源与环境科学学院绿洲生态教育部重点实验室，乌鲁木齐830046;2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116)

0 引言

土地作为自然环境的重要组成部分，在特定的环境中对特定的人类活动方式产生基础性决定作用［1］，耕地是土地资源中最宝贵的资源［2-3］。耕地资源数量控制不仅能够保证粮食生产安全，还能够加强生态环境保护，其数量影响到地区的可持续发展［4-11］。耕地作为干旱区绿洲土地中的精华，其动态变化无疑是影响地区可持续发展的关键问题［12］。关于耕地的时空动态变化及其驱动因素，各国学者进行了广泛而深入的研究。就耕地的时空动态变化而言，有研究发现，1961—2007年全球耕地以平均3.8×106hm2/a的速度扩张，且并无放缓迹象，并认为人口增长、收入的增加、城市化等因素将继续推动需求增长，导致耕地扩张。从全球范围来看，这种扩张态势在发达国家和发展中国家存在差异:在工业和转型经济占主导的国家略有减少，在发展中国家以平均5×106hm2/a的速度增加［13］。从区域范围来看，撒哈拉以南非洲、拉丁美洲、加勒比地区和东亚是主要扩张区域;扩张的驱动因素主要包括由人口和收入增加驱动的粮食和工业原材料需求［14］和主要能源消耗国通过政策调整农业用地配置以满足生物能源需求［15-16］。

近年来，中国耕地开发的重点向西部转移，西北干旱区耕地扩张发生在全国耕地面积持续减少的背景下，具有逆向变化特点［17-19］。干旱区绿洲作为地区性粮仓，为国家提供了大量的粮食和棉花［20］。人口增长通常导致食物需求上升，现有研究中，一般将区域人口增长导致食物需求上升视为区域耕地扩张的一个主要原因。然而，人口增长导致食物需求上升，可以通过区际贸易、提高单产、扩大耕地面积等多种途径来解决，并非一定要扩大耕地面积［21］。因此，本研究不再将人口、粮食和耕地之间日益突出的矛盾作为出发点，在利用RS技术和统计方法分析绿洲耕地扩张过程及其利用程度的同时，充分考虑人口因素，增加政策、经济利益和市场导向等因素，选取干旱区典型绿洲——且末绿洲，探讨绿洲耕地扩张的人文驱动力。

1 研究区概况

且末县位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州南部，地处昆仑山、阿尔金山北麓，塔里木盆地东南缘。处于83°25'～87°30'E，35°40'～40°10'N 之间，东西宽320 km，南北长 460 km，总面积 14.025 ×104km2，是全国土地面积第二大县，其中，山地为6.235×104km2，占全县总面积的44.42%;山前倾斜平原2.415×104km2，占 17.21%;沙漠面积为 5.28 × 104km2，占38.36%。且末县属于典型的暖温带极端干旱大陆性气候，光照充足、热量充足、降水稀少、蒸发强烈、气温日变化较大，并且常常有大风和沙尘天气。且末县境内主要有车尔臣河、喀拉米然河、莫勒切河、米特河、安迪尔河、塔什萨依河、博斯坦托格拉克河8条较大河流。年总径流量16.5 ×108m3，地下水补给 13.91 ×108m3，其中车尔臣河水量最多，多年平均径流量5.6×108m3，占全区总径流量的33.3%，是且末绿洲工农业生产中利用最多的一条河流［22］。且末绿洲作为新兴的干旱区绿洲，对资源依赖性较强，随着绿洲经济的高速发展，有限的绿洲会不断地被开发为耕地，本研究重点以全县人口集中分布的主体平原区绿洲作为研究靶区(图1)。

图1 研究区区位示意图Fig.1 Location of Charchan Oasis

2013年底，研究靶区人口共70 965人，其中城镇人口24 128人，农村人口46 837人。经济结构以农业生产为主，国民生产总值中农业是支柱产业，第二、三产业发展缓慢，还处于较落后的传统农业经济状态，社会经济对资源依赖性很强。

2 数据来源及研究方法

社会统计数据来源于《且末县统计年鉴》(1971—2014)和《新疆统计年鉴》(1971—2014)，遥感影像来源于美国地质调查局网站(www.earthexplorer.usgs.gov)，获取覆盖且末绿洲1972年(MSS)、1990年(TM)、2001年(ETM+)和2011年(TM)理想季节(7—10月)的遥感影像，其具体参数见表1;从相关测绘单位获取2011年1∶100 000土地利用现状图，用于灌渠分布图的绘制，涉及灌溉设施的数据由且末县水利局提供。

利用统计数据，分析历年来耕地数量变化、人均耕地变化特征以及耕地利用程度变化。耕地利用程度变化可用耕地复种指数的动态变化来表示，它反映了农作物对耕地和光、热、水资源的综合利用状况。

在ENVI软件平台支持下对研究区进行配准、辐射定标、大气校正、镶嵌、裁剪等处理，采用监督分类方法中最大似然法和人机交互式分类相结合的方法对影像进行土地利用类型分类(耕地、林地、草地、水域、未利用地)，侧重于对耕地信息的遥感提取，大部分干扰可由实地考察的先验知识为依据降到最低。为了保证结论的正确性，计算1972，1990，2001和2011年影像的总分类精度(overall accuracy)和 Kappa系数，其值分别为90.140 1%，96.452 6%，93.524 9%，93.265 6% 和0.931 5，0.921 2，0.907 1，0.944 5，精度满足研究需要。

表1 研究区遥感数据详细参数Tab.1 Detailed reference of remote sensing data of study area

从人口增长、灌溉设施及方式、政策、经济利益和市场因素等角度分析耕地扩张的驱动力。其中，选取经济作物和粮食作物在总播种面积中比重的变化趋势与耕地数量变化进行Pearson相关分析，探讨政策、经济利益和市场因素导向(多样化种植结构)对耕地面积的驱动。鉴于且末县具有干旱区农业种植结构的特点，经济作物选取棉花，粮食作物选取小麦、水稻和玉米，因种植面积相对较小，其余种植类型不加入数据参考范围。

3 耕地时空变化过程

3.1 耕地面积的时间变化

1970年以来且末绿洲耕地面积时增时减，总体呈递增趋势，由1970年的7 960 hm2增加到2013年25 383 hm2。人均耕地面积变化总体呈现2003年前递减、之后递增的趋势(图2)。

且末绿洲的耕地面积时间变化过程分为阶梯型的3个阶段:1970—1980年，耕地面积缓慢增长，由7 960 hm2增加至8 633 hm2。文革期间至改革开放前期，人口在农村较集中，随着人口的增加，不断毁林开荒使得耕地面积有所增加，人均耕地剧减，由0.347 hm2减少至0.240 hm2;1981—1998年，随着改革开放的深入，农业生产技术的不断提高，使耕地得到合理的利用，农业产业结构有所调整，原有耕地在数量上满足生产需要，部分生产力不高的耕地改为植树种草，发展畜牧业，在此期间耕地面积维持在8 435 hm2左右的数量水平上。计划生育政策的推行，使得此阶段人均耕地减少速率逐渐放缓，但总体上仍呈递减趋势，由0.23 hm2减少至0.169 hm2;1999—2013年，耕地面积呈现出先缓慢增长、2003年后又剧增的趋势，2011—2013年耕地面积维持在24 000 hm2左右的数量水平上。绿洲的不断开发、人口的不断增加、灌溉水平的提高、农业生产技术的提升及以棉花为主的经济作物的大量种植使得绿洲耕地面积不断扩张，由9 440 hm2剧增至25 383 hm2。人口的增长速率远不及耕地扩张速率而导致人均耕地面积急剧增加，由0.179 hm2增加至0.358 hm2。

图2 1970—2013年且末绿洲耕地数量变化Fig.2 The quantitative change of cultivated land in Charchan Oasis of 1970—2013

3.2 耕地面积的空间扩张

若以统计数据作为参考，可得四期遥感解译的耕地数量的相对误差分别为 3 490.00 hm2，-231.08 hm2，-1 900.21 hm2和 2 178.52 hm2(表 2)。表 2 反映出1972年遥感数据的精度不理想，这是由于影像本身分辨率给分类带来了较大难度，但依据对研究区的了解来判断，遥感解译的耕地空间分布仍具有客观性。

表2 特征年份耕地面积遥感解译与统计数据对比 hm2Tab.2 The comparison of remote sensing classified and statistic data of cultivated land

分析且末绿洲不同时期的土地利用状况，从中提取耕地类型(图3)，可得到43年来不同时期耕地的变化过程、分布范围和变化趋势。1972—1990年，耕地主要分布在车尔臣河流域上游山前平原，分布范围很小，少数乡域内拥有较多耕地，在此期间耕地逐渐向中游扩张;1990—2001年，耕地分布范围在空间上有了明显的变化，这一时期绿洲耕地面积呈现出沿车尔臣河快速扩张的趋势，除了阿热勒乡、琼库勒乡、托乎拉克乡、巴格艾日克乡、英吾斯塘等乡，还有阿克提坎墩乡、阔什萨特玛乡、塔提让等乡大量开荒，拥有的耕地面积明显增加，中游东岸原有林草地被开垦为耕地;2001—2011年，耕地在空间分布上呈现出迅速增加的趋势，流域中上游的分散式耕地基本连接起来，随着绿洲人口的急剧增长，绿洲内部的大部分荒漠被开发，沿河两岸林草地持续被耕地所取代。

3.3 耕地利用程度变化

近43年来且末绿洲耕地复种指数变化过程可以分为3个阶段:1970—1990年，此阶段耕地复种有增有减，总体变化不大，基本在87% ～103%之间波动，平均值为93.72%;1990—2009年，为耕地复种指数快速增长阶段，在这一阶段绿洲耕地复种指数波动上升，平均值120.98%，2009年出现最高值147.2%，虽然距我国耕地复种指数潜力理论值198.5%［23］仍有一段距离，但作为干旱区荒漠化基质的绿洲农业，这一数值说明耕地的利用程度已达到较高水平;2010和2011年，复种指数呈现急剧下降的趋势，随后有所上升，土地的不合理利用以及一年一产经济作物(棉花)的大量种植是呈现下降趋势的主要原因(图4)。

综合分析耕地时间变化、空间变化及复种指数变化发现，1970—1990年间，耕地在时间上稳步增加，在空间上没有明显的扩张趋势，耕地复种指数变化也不明显。这意味着且末绿洲在这时期由于人口相对较少、农业生产技术与灌溉管理方式相对落后等原因使得人们开荒、撂荒活动强度不明显，同时，为了恢复有限的地力和土壤结构，耕地复种指数的变化也不大;1990—2013年间，耕地无论在时间还是在空间上的变化都呈现出快速增长的趋势，除2010—2013年外，耕地复种指数也呈现出明显的上升趋势，这意味着该绿洲在该时期随着人口的急剧增加、社会经济的快速发展、农业生产技术的提高和灌溉管理水平的提升，大范围的耕地得以开发。同时，大量开荒活动，频繁的农田撂荒行为，经济作物的大范围种植，说明耕地开发和利用强度在以一种不合理的方式增加。

图4 1970—2013年耕地复种指数变化Fig.4 Changes of multiple-cropping index of 1970—2013

4 人文驱动力

耕地变化既受到自然因素影响，又受到社会、经济、技术、政策等人为因素影响，这些因素之间相互联系、相互影响、相互制约，很大程度上反映了人类活动与自然生态条件变化的综合影响［24-25］。尽管自然条件是耕地变化的基础条件，在某种程度上起主导作用［26］，但是在一定时期内土地利用变化的主要驱动因素是人为因素，而自然因素具有相对稳定性［27-28］。从人口增长、灌溉设施及方式、政策、经济利益和市场因素等多角度分析且末绿洲耕地变化的驱动力。

4.1 人口增长

且末绿洲以农业作为支柱产业，社会经济对资源依赖性很强。1970年该绿洲总人口为22 921人，到2013年为70 965人，在研究时间轴上人口增长始终作为持续的外在压力，对耕地数量的变化起着双向调控作用，具体表现为人口增加对耕地保护具有双重压力:一方面，粮食需求上升，经济增长;另一方面，人口增加导致居民点用地、公共设施、交通等各项建设用地需求增加，其中很大一部分来自对耕地的占用，造成的耕地总量减少。绿洲人口的增加，对耕地资源的可持续利用产生巨大压力，主要表现在:人口的增加不仅使人均耕地资源减少，同时，由于城乡建设用地的扩张，使耕地占用增多以及更重要的经济发展需求导致人们大量开荒，使得耕地面积不断增加。然而，1999年之后，人口仍平稳增长，耕地面积却剧烈扩张，说明人口增长在驱动耕地扩张过程中的主导地位呈逐渐减弱的趋势(图5)。

图5 1970—2013年人口与耕地面积变化Fig.5 Changes of population and cultivate land of 1970—2013

4.2 灌溉设施和灌溉方式

耕地面积的扩张与灌溉设施的建设有着密切联系。车尔臣河流域灌区现有车尔臣河巴什克其克水库，为拦河式河床水库，始建于1974年，1984年10月竣工，总库容5 ×105m3，死库容1.875 ×105m3，使革命干渠和库区沿河龙口的引水方式由无坝引水变为有坝引水，提高了且末县1.12万hm2耕地的灌溉引水保证率，解决了季节性水土不平衡问题。革命大渠引水枢纽、阿热勒引水枢纽、第一引水枢纽、第二分水枢纽、塔提让引水枢纽，分别修建于 1967，1969，1984，1996 年，平均流速为 24.2 m3/s。其中，阿热勒引水枢纽于2005年对土渠进行了混凝土防渗改造，防渗长度约8 km。灌渠的空间分布决定耕地扩张的面积，除沿河的阿热勒乡、琼库勒乡、阿克提坎墩乡、阔什萨特玛乡、塔提让等乡灌渠密集程度较大之外，且末县城西侧的托乎拉克乡、巴格艾日克乡、英吾斯塘等乡也有较广、较密集的灌渠分布，这与2011年耕地面积的空间分布状况相一致。2000年后，众多支渠加宽、加长、防渗等完善灌溉设施工作的开展，也为耕地的进一步扩张提供了物质基础。截止2011年底，灌区内共有支渠85条，总长363.24 km，防渗长度为261.2 km，防渗率为72%;田间灌渠2 213条，总长1 106.70 km，防渗长度为915.19 km，防渗率为82.7%(图6)。

图6 2011年且末绿洲灌渠分布Fig.6 Irrigation channel distribution of Charchan Oasis in 2011

灌溉方式是干旱区农用地管理的一个重要方面，影响着水的利用效率，进而影响耕地的有效灌溉面积［29］。20世纪80年代中后期，灌溉方式逐渐由大水漫灌转为畦灌和块灌，用水效率得以提高。2005年后，该绿洲积极推进水管理体制改革，推行用水户参与水管理等措施使得灌溉效率不断提高，截止2011年底，改善灌溉面积约3×104hm2，新增有效灌溉面积约3 300 hm2，农业灌溉有效利用率达到78%。灌溉方式的逐步转变和有效灌溉面积的扩大，不仅是历史时期耕地扩张的驱动因素，也为未来耕地的扩张提供了足够空间。

4.3 政策、经济利益、市场因素

改革开放是经济和市场因素影响耕地扩张的初始点，包产到户使农民逐渐有了扩大生产规模的积极性。随着1985—2000年变革农产品流通体制及调整农村产业结构、改革粮食购销体制、培育农产品市场、深化农村市场经济改革等一系列改革政策的深入，农民逐渐根据市场需求和经济利益组织生产，种植结构由单一向多样化发展［29］。新疆是国内最大的棉花种植基地，1980年至今，在全疆范围内推行多种棉花种植科技推广政策;在购销和价格政策方面，1985—1998年处在合同定购和计划销售阶段，1999年至今，全疆对棉花的种植和销售推行放开市场政策。政策推动和经济利益、市场因素的刺激扩大了新疆大部分地区的棉花种植规模。

1970—2013年，粮食作物种植比例由98.17%降至38.94%，经济作物种植比例由5.5%升至48.73%，2007年和2011年出现2个较大值，分别为65.4%和62.4%。其中，粮食作物比例在1970—1980年间虽有降低，但总体较平稳;1980年之后，由于开放政策刺激，比例呈持续降低趋势;1990年后，经济作物种植比例持续上升(图7)。

图7 1970—2013年经济作物和粮食作物播种面积比例Fig.7 The proportion of cash crops and food crops of 1970—2013

分别选取整体研究时段1970—2013年和1999—2013年(耕地时空扩张最为剧烈，人口因素驱动力开始减弱)，对经济作物和粮食作物分别与耕地面积作Pearson相关分析得出:两个时间段内，经济作物均与耕地面积呈极显著相关，相关系数分别为0.86和0.90，而粮食作物与耕地面积相关性不高。耕地面积的增加更多来自于以棉花为主的经济作物种植规模扩大，这说明政策激励和市场调控推动了耕地面积的持续扩张(表3)。

表3 不同时段经济作物和粮食作物播种面积与耕地面积相关性Tab.3 The correlation between the area of cash crops，food crops and cultivated land in deffrent time period

5 结论与讨论

1970—2013年，且末绿洲耕地时间、空间及利用程度(复种指数)的变化分为3个阶段:1970—1990年间，在时间上耕地稳步增加，空间上缓慢扩张，耕地复种指数变化不明显。1990—2000年间，耕地的时空变化呈现出大幅度增长趋势，耕地复种指数也有明显上升。2000年之后，耕地在时间和空间分布上呈现出迅速增加和扩张的趋势，耕地复种指数也呈现出明显的上升趋势，而2010和2011年复种指数的大幅降低与大量开荒活动、频繁的农田撂荒行为以及一年一产的经济作物的大范围种植有关，这说明耕地开发和利用的强度在以一种不合理的方式增加。2012和2013年复种指数有所回升，这与经济作物种植比重的降低是同步的。

从人口增长、灌溉设施及方式、政策、经济利益和市场等因素分析且末绿洲耕地变化的驱动力发现，多种因素交织影响耕地面积的扩张:人口增长始终作为持续的外在压力刺激耕地不断开发;灌溉设施和灌溉方式的逐步完善和转变使得有效灌溉面积扩大，这不仅是历史时期耕地扩张的驱动因素，也为未来耕地的扩张提供了空间;政策因素自始至终对耕地面积起着调控作用，改革开放前较封闭的土地政策使耕地未得到扩张，资源未得到合理利用，改革开放后，开放的耕地政策激发了农民的生产积极性，绿洲不断被开发为耕地;政策、经济利益和市场因素共同作用，促使且末绿洲发挥区域优势，1980年之后经济作物(棉花)种植面积呈阶梯型增长，从而导致耕地面积的急剧扩张，是农业经营主体追求经济效益的结果。

且末绿洲在新疆属于水资源较丰富地区，理应发挥区域优势，种植优良棉花品种，促进区域经济增长。但因该绿洲本质具有干旱区的气候、水文特点，能否为常规亩产耗水在400 m3左右的棉花提供灌溉保障，具有较高比较效益的棉花种植面积是否应控制在适度规模范围内以实现耕地乃至区域经济的可持续发展，这都是值得进一步探讨的问题。

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