新疆地區(qū)沙漠化對(duì)氣候變化的響應(yīng)與治理對(duì)策

李誠(chéng)志，張 燕，劉志輝，王榮軍

生態(tài)環(huán)境是人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展的根本基礎(chǔ)，是關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)大計(jì)。隨著全球氣候變暖的日益凸顯，地球生態(tài)環(huán)境的許多要素發(fā)生了改變，進(jìn)而引發(fā)一系列全球性生態(tài)環(huán)境問(wèn)題［1］，形成重大的生態(tài)災(zāi)害。目前這種生態(tài)問(wèn)題已受到各國(guó)政府和科學(xué)界的高度關(guān)注。

新疆維吾爾自治區(qū)位于我國(guó)西北干旱區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，水資源短缺，生態(tài)環(huán)境脆弱［2］，是極易受全球氣候變化影響的區(qū)域。近年來(lái)，隨著全球氣候變暖，以及新疆地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，資源需求不斷擴(kuò)張，緊缺的水資源被大量生產(chǎn)生活所消耗，造成局地植被衰退，生態(tài)環(huán)境退化，形成荒漠景觀（沙漠、戈壁、鹽漬地），進(jìn)而產(chǎn)生大規(guī)模性的沙塵暴，嚴(yán)重影響整個(gè)新疆地區(qū)乃至全國(guó)的空氣環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該區(qū)域格外關(guān)注。樊自立等［2］提出新疆地區(qū)現(xiàn)階段所面臨的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題主要為河流縮短，湖泊萎縮或干涸，水質(zhì)鹽化，天然植被衰敗，野生動(dòng)植物減少，土地沙漠化和鹽漬化不斷擴(kuò)大，影響新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的關(guān)鍵因子是水［3－4］，導(dǎo)致新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境退化的主要因素是氣候變化和人口數(shù)量增長(zhǎng)［5－6］。新疆生態(tài)環(huán)境變化較為復(fù)雜，惡化和改善兩個(gè)方向同時(shí)并存［7－9］。新疆地區(qū)現(xiàn)階段的氣候向“暖濕”變化，有利于生態(tài)環(huán)境的改善［1，10］。本研究以新疆生態(tài)問(wèn)題的重點(diǎn)問(wèn)題——沙漠化為研究對(duì)象，在現(xiàn)階段氣候背景下，運(yùn)用MODIS NDVI數(shù)據(jù)對(duì)新疆沙漠化變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)沙漠化的氣候響應(yīng)，沙漠化變化的空間位置、沙漠化原因進(jìn)行調(diào)查研究，探討沙漠化治理方案，期望對(duì)新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理提供幫助，解決該區(qū)現(xiàn)實(shí)生態(tài)問(wèn)題。

1 新疆地區(qū)近50a的氣候變化

近百年來(lái)，全球氣候正經(jīng)歷著“變暖”，全球溫度升高了0.56～0.92℃，北半球降水顯著增加［11］。在全球氣候增暖的背景下，新疆地區(qū)氣候呈現(xiàn)明顯的“暖濕”轉(zhuǎn)變［12］。均勻選擇新疆18個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)、基本氣象站（北疆包含烏魯木齊、昌吉回族自治州、阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)、伊犁州直屬地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州；選擇氣象站8個(gè)：阿勒泰、富蘊(yùn)、和布克賽爾、克拉瑪依、精河、奇臺(tái)、伊寧、烏魯木齊。南疆包含喀什地區(qū)、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃?、巴音格楞蒙古自治州；選擇氣象站8個(gè)：庫(kù)車、喀什、巴楚、鐵干里克、若羌、莎車、和田、安德河。東疆包含吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)；氣象站點(diǎn)2個(gè)：吐魯番、哈密。）1962—2012年近50a觀測(cè)資料進(jìn)行分析。由圖1—2可知，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，氣溫呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，年平均氣溫增幅到達(dá)0.27℃／10a，其中冬季尤為顯著，呈現(xiàn)明顯暖冬現(xiàn)象［13］，在北疆溫度增幅較為明顯，氣溫平均增幅達(dá)到0.36℃／10a。全疆降水呈現(xiàn)增多趨勢(shì)。全疆年平均降水量增幅8.5 mm／10a，1987 年 為 明 顯 的 降 水 增 加 轉(zhuǎn) 折 點(diǎn)［11－14］。北疆年降水量平均增幅20.63%，南疆平均增幅28.77%［14］，東疆則幾乎沒(méi)有變化。最大的年降水增加量位于阿拉套山的南坡和伊犁河上游鞏乃斯林場(chǎng)附近，增幅達(dá)2～2.5mm／a，最少的位于吐魯番盆地，降水幾乎沒(méi)變化。北疆降水增加主要在夏、冬兩季，這為平原區(qū)的荒漠植被提供了急需的水分。春末，準(zhǔn)格爾盆地豐富的積雪融水和降雨，使得古爾班通古特沙漠形成大量的短命植物，沙漠化狀況明顯改善［15］。南疆降水增加主要集中在夏季，形成夏季洪水，增加了河流徑流量。全疆年平均風(fēng)速呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，平均下降幅度0.2m／（s·10a）。其中北疆和東疆年平均風(fēng)速下降明顯，北疆年平均風(fēng)速下降幅度0.23m／（s·10a），東疆下降幅度0.32m／（s·10a）；南疆年平均風(fēng)速下降幅度較小，僅為0.12m／（s·10a）。而年平均相對(duì)濕度則變化較小，50a年平均相對(duì)濕度幾乎沒(méi)有變化。就整體而言，新疆地區(qū)近50a氣候呈現(xiàn)明顯“暖濕”轉(zhuǎn)變，風(fēng)速變小，為沙漠化治理提供了良好的氣候環(huán)境。

圖1 新疆地區(qū)1962－2012年年平均氣溫和年降水量變化

圖2 新疆地區(qū)1962－2012年年平均風(fēng)速和年平均相對(duì)濕度變化

2 氣候變化下新疆地區(qū)河水流量變化

水是新疆地區(qū)沙漠化變化的主導(dǎo)因子。隨著氣溫變暖和降水量增加，新疆地區(qū)大部分河流出山口徑流量呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)。水量增加一部分來(lái)自于降水增加，還有一部分來(lái)自于溫度升高導(dǎo)致高山冰川融化。李忠勤等［16］對(duì)天山烏魯木齊河源1號(hào)冰川的研究得出，20世紀(jì)80年代以來(lái)，快速升溫使冰川加速退縮，冰川融水徑流量呈加速增大趨勢(shì)，其它冰川也出現(xiàn)類似的情況。在降水增加和溫度增加共同作用下，新疆地區(qū)大部分河流出山口徑流量增加。北疆的奎屯河、瑪納斯河，南疆的塔里木河源流、開(kāi)都河、車兒臣河、克里雅河等河流年徑流量均呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)［11，17－18］。塔里木河源流出山口徑流量自1994年后呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)，年徑流量大約增加了3.0×109m3。然而出山口年徑流量的增加并未惠及河流的下游。塔里木河阿拉爾水文站的年徑流量沒(méi)有隨出山口徑流量的增大而增大，而塔河中、下游的英巴扎站、恰拉站的年徑流量卻在不斷減小，在用水旺季時(shí)還呈現(xiàn)斷流現(xiàn)象。塔里木盆地的其它河流也有類似的現(xiàn)象。這主要是河水流出山口后被大量的引向綠洲，用于農(nóng)田灌溉和工業(yè)生產(chǎn)，綠洲面積不斷擴(kuò)大，綠洲內(nèi)部環(huán)境逐步改善［1－2，6］。而河流下游的水量則逐步減小，植被衰退，進(jìn)而引發(fā)局部生態(tài)環(huán)境問(wèn)題?？梢?jiàn)，新疆地區(qū)氣候的“暖濕”變化并不是對(duì)所有地區(qū)的沙漠化都產(chǎn)生緩解，在局部沙漠化還在加劇演化。

3 新疆地區(qū)沙漠化對(duì)氣候變化的響應(yīng)

3.1 近10a來(lái)新疆地區(qū)沙漠化變化

利用新疆地區(qū)2000—2011年 MODIS 16d的NDVI數(shù)據(jù)，合成每年最大NDVI值，再利用像元二分法反演年最大植被蓋度。在年最大植被蓋度基礎(chǔ)上，參照文獻(xiàn)［19—20］的沙漠化分類方法，對(duì)新疆地區(qū)每年的沙漠化進(jìn)行分類，其具體的分類過(guò)程限于篇幅在此不詳細(xì)描述。利用MODIS數(shù)據(jù)對(duì)平原區(qū)域的沙漠化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)的變化結(jié)果如圖3—4所示。由圖3可見(jiàn)，新疆地區(qū)沙漠化處于一個(gè)動(dòng)態(tài)波動(dòng)過(guò)程。整體而言，全疆絕大部分地區(qū)的沙漠化得到較明顯的改善，其中明顯改善的區(qū)域有8.5×104km2，輕度改善的有7.1×104km2；但沙漠化也同時(shí)存在，其中輕度退化的面積有2.7×104km2，嚴(yán)重沙漠化的面積有1.4×104km2。沙漠化變化在區(qū)域上分布不均衡，北疆隨著降雨量的增加、風(fēng)速變小，沙漠化得到明顯的改善；南疆在綠洲附近沙漠化得到明顯改善，而在綠洲下游河道周邊沙漠化加劇明顯；東疆的沙漠化變化不大，但沙漠化加劇面積呈增加趨勢(shì)。

圖3 新疆地區(qū)2001－2011年沙漠化變化

圖4 新疆地區(qū)2001－2011年年降雨量變化

3.2 沙漠化變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)

運(yùn)用2001—2011年的沙漠化變化面積與年降水量、年平均溫度、年平均風(fēng)速、年平均相對(duì)濕度做Pearson相關(guān)分析，其結(jié)果如表1所示。由表1可知，在北疆沙漠化變化與年降水量存在明顯的相關(guān)關(guān)系。年降水量影響著北疆的沙漠化進(jìn)程，年降水多的年份北疆沙漠化好轉(zhuǎn)，年降水少的年份沙漠化加劇。在南疆年降水量對(duì)沙漠化的影響比北疆要小得多，相關(guān)系數(shù)僅為0.56，顯著水平不顯著；但南疆沙漠化加劇面積與年平均風(fēng)速、年平均溫度存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明南疆風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)和水分蒸發(fā)對(duì)沙漠化影響顯著。隨著年平均風(fēng)速減小，南疆沙漠化進(jìn)程得到一定抑制，但溫度升高使這種變化同時(shí)又受土壤水分蒸發(fā)的約束，所以表現(xiàn)為沙漠化好轉(zhuǎn)與年平均風(fēng)速、年平均溫度的相關(guān)關(guān)系不顯著。在東疆沙漠化僅與年平均風(fēng)速的相關(guān)關(guān)系顯著，好轉(zhuǎn)面積與年平均風(fēng)速呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，其原因可能是東疆的人工植樹(shù)造林對(duì)沙漠化進(jìn)程產(chǎn)生的正向影響。

3.3 沙漠化警情空間分布

沙漠化是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，受氣候變化和人類活動(dòng)影響。在治理沙漠化時(shí)，應(yīng)首先重點(diǎn)考慮持續(xù)沙漠化加劇區(qū)域。將2001—2011年每年的沙漠化動(dòng)態(tài)變化圖進(jìn)行累加求平均，并按照退化級(jí)別形成沙漠化預(yù)警圖（圖略），計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)文獻(xiàn)［20］。新疆地區(qū)沙漠化整體改善，其中北疆的沙漠化改善較為明顯，南疆和東疆改善程度稍差。新疆沙漠化警情主要分布在南疆綠洲下部河道周邊、河流尾閭。其中極重度和重度警情分別有230.9和1 268.63km2，主要分布在車兒臣河中游、下游，塔里木河中游，渭干河下游，葉爾羌河中游、下游，喀什噶爾河下游、塔里木盆地南緣的諸小河下游，吐魯番—哈密盆地諸小河下游；中度警情的有1.22×104km2，主要分布在極重度和重度警情周邊；輕度警情有2.69×104km2，主要分布在北疆的古爾班通古特沙漠腹地。

表1 新疆地區(qū)2001－2011年沙漠化變化對(duì)氣候變化響應(yīng)

3.4 沙漠化原因分析

本研究于2012年5—11月對(duì)新疆地區(qū)沙漠化極重度、重度和中度沙漠化警情區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查，共調(diào)查250個(gè)點(diǎn)。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在沙漠化區(qū)域90%以上是草甸生態(tài)系統(tǒng)，草甸植被類型大部分為蘆葦。草甸生態(tài)系統(tǒng)退化的表現(xiàn)為植物種類單一化，植被的高度和蓋度降低，局部呈現(xiàn)沙化。發(fā)現(xiàn)沙漠化區(qū)域距離人類活動(dòng)的綠洲相對(duì)較遠(yuǎn)，退化區(qū)域未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的超載放牧和大量采薪，退化主要因素是水資源利用空間的改變。河道上、中游大量渠系將水引至綠洲或城鎮(zhèn)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)綠化，形成不斷擴(kuò)大的人工綠洲；而在河道下游則造成斷流、干枯，河道周邊地下水位下降，植被衰退，周邊生態(tài)系統(tǒng)退化。在地表水匱乏地區(qū)，除直接引用河道水外，還存在大量的機(jī)井過(guò)度抽取地下水用于農(nóng)田灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)生活，形成巨大的地下水漏斗，地下水位降低，進(jìn)而造成植被衰退死亡，生態(tài)系統(tǒng)退化。沙漠化的根本原因是水資源利用空間的改變。水資源利用從原來(lái)的荒漠區(qū)域轉(zhuǎn)移到綠洲，造成荒漠生態(tài)系統(tǒng)退化，綠洲面積擴(kuò)大。

4 新疆地區(qū)沙漠化治理對(duì)策

4.1 北疆沙漠化治理應(yīng)以自然恢復(fù)為主

北疆沙漠化與年降水量具有顯著的相關(guān)關(guān)系，天然降雨量的增加足可使沙漠中的植被蓋度增加，沙漠化程度減輕，只要不破壞沙生植物，其植被足可抵御自然風(fēng)蝕。因此，在現(xiàn)階段降水增加的情況下，建議北疆沙漠化治理主要采取自然封育為主，建立大小不等的風(fēng)沙保護(hù)區(qū)，讓其在自然環(huán)境中恢復(fù)。

4.2 南疆和東疆以流域?yàn)閱挝缓侠矸峙渌Y源，留足生態(tài)用水

在當(dāng)前氣候背景下，南疆和東疆大部河流的出山口徑流量增加，然而因行政邊界以及行政體制的制約，各地區(qū)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展時(shí)僅考慮本地區(qū)的最大利益而忽視與之相關(guān)聯(lián)的其它地區(qū)的“公共利益”。河流中、上游大量的引水、用水，下游來(lái)水量持續(xù)減少，河道斷流、干枯，生態(tài)環(huán)境惡化、沙漠化。因此，建議南疆和東疆在現(xiàn)階段編制生態(tài)功能區(qū)劃時(shí)，以流域?yàn)榛A(chǔ)，推進(jìn)流域生態(tài)功能整體區(qū)劃。以流域?yàn)閱挝淮_定各區(qū)域的水資源合理分配，調(diào)整區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，規(guī)劃資源開(kāi)發(fā)，有效控制資源開(kāi)采的強(qiáng)度、節(jié)奏、進(jìn)度、規(guī)模，規(guī)范開(kāi)發(fā)秩序；留足生態(tài)環(huán)境用水，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境整體協(xié)調(diào)發(fā)展。

4.3 全疆實(shí)行嚴(yán)格水資源管理，加強(qiáng)地下水監(jiān)測(cè)

水資源是制約新疆地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)主要因素，也是影響新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵要素。從該區(qū)沙漠化原因調(diào)查可知，其主要原因是水資源利用空間的改變，特別是地下水空間的改變。因此，建議以流域?yàn)閱挝?，按照各生態(tài)區(qū)域規(guī)劃的主體功能區(qū)需水要求和基本生態(tài)用水需求制定流域水量分配方案，建立覆蓋流域的各級(jí)行政區(qū)的取用水總量控制指標(biāo)體系，實(shí)施流域取用水總量控制；依法對(duì)各行政區(qū)域內(nèi)的年度用水實(shí)行總量管理。同時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)地下水的監(jiān)管，建議在生態(tài)敏感區(qū)域建設(shè)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)地下水位、水質(zhì)，合理調(diào)控地下水水位，保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

4.4 劃定草甸生態(tài)敏感保護(hù)區(qū)，考核整體生態(tài)環(huán)境

根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)草甸生態(tài)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境變化比較敏感，草甸生態(tài)系統(tǒng)的變化可以反映整個(gè)沙漠化的微小變化。因此建議在做天然林保護(hù)和草原禁牧、休牧區(qū)域時(shí)劃定草甸生態(tài)敏感保護(hù)區(qū)，對(duì)敏感的草甸生態(tài)區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，避免人為直接的干擾，讓其直接反映沙漠化變化。根據(jù)生態(tài)敏感區(qū)的綜合變化來(lái)評(píng)價(jià)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的變化，考核區(qū)域的整體生態(tài)環(huán)境建設(shè)情況。

5 結(jié)論

新疆地區(qū)在全球氣候變暖的大背景下，氣候由“冷干”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤芭瘽瘛?，河流出山口徑流量逐步增加，生態(tài)環(huán)境整體好轉(zhuǎn)，有利于沙漠化治理。然而，在這樣良好的氣候環(huán)境背景下，該區(qū)局部地區(qū)仍持續(xù)沙漠化。其主要原因是水資源利用空間的改變。人類將水從河道引入綠洲，綠洲面積逐步擴(kuò)大，內(nèi)部環(huán)境不斷改善，而河流中下游水量持續(xù)減少，地下水位下降，植被衰亡，沙漠化嚴(yán)重。其中沙漠化最嚴(yán)重的區(qū)域主要位于南疆盆地的河流中下游。

沙漠化加劇區(qū)域大部分深入沙漠深處，其周邊是流動(dòng)沙丘，起著分割沙漠，阻礙大規(guī)模沙塵暴發(fā)生的作用。沙漠化區(qū)域的土壤類型大部分是沙土或沙壤土，在地表植被衰退和強(qiáng)力風(fēng)蝕作用下，沙漠化區(qū)域?qū)⒅鸩阶兂闪鲃?dòng)沙地，兩邊的流動(dòng)沙丘逐步合攏，形成大規(guī)模的流動(dòng)沙丘，進(jìn)而可能引發(fā)更大規(guī)模的沙塵暴，威逼沙漠周邊人民的生產(chǎn)生活，影響整個(gè)空氣環(huán)境。再加上全球氣候變暖，氣候波動(dòng)幅度變大，以及冰川資源耗竭，新疆地區(qū)的沙漠化問(wèn)題在未來(lái)將會(huì)面臨更加嚴(yán)峻的形勢(shì)。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所宋郁東研究員、雷加強(qiáng)研究員、徐海量研究員，新疆環(huán)境研究所袁國(guó)映研究員，以及新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)潘存徳教授在論文撰寫(xiě)過(guò)程中提出的寶貴意見(jiàn)。

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