巴州開(kāi)都河—孔雀河生態(tài)廊道水生態(tài)空間演變分析及生態(tài)功能評(píng)價(jià)

李鄭淼 郭媛媛

1 研究區(qū)域概況

巴音郭楞蒙古自治州簡(jiǎn)稱“巴州”，“巴音郭楞”蒙古語(yǔ)意為“美麗富饒的流域”，地處歐亞大陸腹心，新疆東南部。巴州地區(qū)河流、湖泊眾多，水利資源十分豐富。開(kāi)都河—孔雀河生態(tài)廊道就位于其境內(nèi)，地處塔里木盆地東北部、塔克拉瑪干沙漠東北緣，主要由開(kāi)都河、博斯騰湖和孔雀河3 部分構(gòu)成。

開(kāi)都河—孔雀河生態(tài)廊道發(fā)源天山南麓，流經(jīng)巴音布魯克草原滋潤(rùn)著百草豐茂，是巴州地區(qū)重要的水源涵養(yǎng)區(qū)。開(kāi)都河流經(jīng)高山峽谷段（第1 分水樞紐以上），自出山口后形成三角洲沖擊平原塑造了肥沃的焉耆盆地，最終注入最大內(nèi)陸淡水湖博斯騰湖。博湖出流后輸入孔雀河，途經(jīng)庫(kù)爾勒市抵尉犁縣境內(nèi)，沿庫(kù)魯克山南麓由西向東注入若羌縣境內(nèi)的羅布泊，形成一條貫穿北部區(qū)域的綠廊。博斯騰湖是我國(guó)最大的內(nèi)陸淡水湖，位于中天山南部，焉耆盆地最低洼處，為開(kāi)都河、黃水溝等河流的歸宿地，也是孔雀河的源頭，對(duì)開(kāi)都河、孔雀河的徑流量具有調(diào)節(jié)作用[1]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)獲取與處理

水生態(tài)空間演變分析基于多時(shí)期土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，包括20 世紀(jì)70 年代末期（1980 年）、80 年代末期（1990 年）、90 年代末期（2000 年）、2010 年、2015 年和 2018 年共 6 期遙感影像數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、衛(wèi)星影像資料以及土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析水域面積及其周邊土地利用變化情況。

參照中國(guó)科學(xué)院頒布的土地利用分類體系和研究區(qū)實(shí)際情況[2]，將新疆巴州的土地利用類型劃分為林地、草地、水域、居民點(diǎn)、旱地、未利用地（沙地、戈壁、沼澤地、裸質(zhì)石質(zhì)地）等幾種類型。將6 個(gè)年度的遙感影像分類解譯結(jié)果矢量化后導(dǎo)入ArcView 軟件中，構(gòu)建空間數(shù)據(jù)拓?fù)?，將各空間數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到各個(gè)年份的土地利用類型面積。運(yùn)用ArcGIS 中的疊加分析模塊分別將相鄰兩期的土地利用圖進(jìn)行疊加，生成不同時(shí)期各土地類型之間的空間轉(zhuǎn)移矩陣[3]。

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣[4]不僅包括了一定區(qū)域某時(shí)間點(diǎn)的各地類面積數(shù)據(jù)，而且還具有期初各地類面積轉(zhuǎn)出和期末各地類面積轉(zhuǎn)入的信息，它反映了某一區(qū)域某一時(shí)段期初和期末各地類面積之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣通用形式為：

式中A——面積；

n——轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型數(shù)；i、j（i，j=1，2，…，n）分別代表轉(zhuǎn)移前與轉(zhuǎn)移后的土地利用類型；

Aij——轉(zhuǎn)移前的i地類轉(zhuǎn)換為j地類的面積。

矩陣中的每一行元素代表轉(zhuǎn)移前的i地類向轉(zhuǎn)移后的各地類的流向信息，每一列元素代表轉(zhuǎn)移后的j地類面積從轉(zhuǎn)移前的各地類的來(lái)源信息。

2.3 水生態(tài)空間評(píng)價(jià)方法

水生態(tài)空間評(píng)價(jià)采用中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ 192—2015《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》[5]中推薦的水源涵養(yǎng)功能區(qū)生態(tài)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法，結(jié)合研究區(qū)自身特點(diǎn)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)各指標(biāo)在生態(tài)環(huán)境中的重要性不同，對(duì)各指標(biāo)賦予不同的權(quán)重，最終加權(quán)得出研究區(qū)域生態(tài)功能區(qū)功能狀況FEI 值。基于FEI 值，即可進(jìn)行該區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)。

綜合考慮已有資料情況及可操作性，選取2018 年數(shù)據(jù)作為指標(biāo)層依據(jù)，對(duì)開(kāi)都河—孔雀河生態(tài)廊道發(fā)源地的水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。見(jiàn)表1。

表1 水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)估數(shù)據(jù)表

3 結(jié)果與分析

3.1 新疆巴州水域面積演變分析

通過(guò)對(duì)比1980—2018 年土地利用數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)巴州水域面積總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，其中2018 年水域面積最小約9 160 km2，2010 年水域面積最大約13 584 km2。其原因主要是由于2000 年以來(lái)節(jié)水灌溉的推廣、生態(tài)補(bǔ)水、防護(hù)林帶等多種生態(tài)措施的實(shí)施使該地區(qū)的河流、湖泊水體面積呈上升趨勢(shì)。但是，近年來(lái)受氣候變化影響，該地區(qū)的年平均溫度也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。增溫造成了冰川消融退縮的加速，使得巴州冰川、積雪量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，造成總體水域面積呈現(xiàn)了一定的萎縮趨勢(shì)。

高山冰川積雪作為巴州的“水之源”，是保障巴州經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民安居樂(lè)業(yè)的生命線，冰雪消融、冰川萎縮、雪線上移對(duì)巴州地區(qū)來(lái)說(shuō)可以稱得上是一個(gè)“致命”的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。隨著積雪和冰川的加速消融，塔里木河等以冰川融雪徑流為主要水源的河流未來(lái)可能將面臨徑流量減少甚至干枯的風(fēng)險(xiǎn)[6]。此外，隨著該地區(qū)人口的迅速增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是農(nóng)業(yè)灌溉面積的急劇擴(kuò)大，導(dǎo)致用水量大增，也極易造成部分河道斷流及湖泊面積的萎縮。如圖1 所示。

圖1 新疆巴音郭楞蒙古自治州水域面積歷史演變柱狀圖

3.2 開(kāi)都河水生態(tài)空間演變分析

本次研究針對(duì)開(kāi)都河干流河道兩側(cè)1 km 范圍內(nèi)土地利用變化情況進(jìn)行了重點(diǎn)分析。在1980—2018 年之間，該區(qū)域林地、旱地、沼澤地、未利用土地均呈一定程度的下降趨勢(shì)，較于1980 年數(shù)據(jù)沼澤地的面積減少23%以上；草地、水域面積呈上升趨勢(shì)，各增長(zhǎng)7%和134%以上。水域面積大幅度劇烈增加，表明該地區(qū)受氣候變化及人類活動(dòng)影響，上游冰川消融退縮加速，極易造成流域內(nèi)水資源分配不均，導(dǎo)致區(qū)域水資源供需矛盾。見(jiàn)表2。

表2 開(kāi)都河土地利用類型分類面積

土地轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算結(jié)果顯示該地區(qū)主要土地利用變化出現(xiàn)在沼澤地、草地向水域的變化，有將近32 km2及40 km2面積的草地與沼澤地轉(zhuǎn)換成了水域，說(shuō)明相比于人類活動(dòng)的變化，氣候變化的影響在該地區(qū)占主導(dǎo)因素。因此，應(yīng)該警惕不合理的開(kāi)發(fā)利用對(duì)該地區(qū)水資源分配的影響。

3.3 孔雀河水生態(tài)空間演變分析

在針對(duì)孔雀河生態(tài)脆弱河段（阿恰樞紐至厄肯大壩）的分析中，通過(guò)對(duì)比1980—2018 年之間該段干流河道兩側(cè)1 km 范圍內(nèi)土地利用變化，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)主要土地利用變化發(fā)生在林地、草地向旱地及其他土地利用的轉(zhuǎn)變。說(shuō)明該區(qū)域存在嚴(yán)重的生態(tài)惡化問(wèn)題。增加的其他土地類型，如鹽堿地等主要發(fā)生在靠近厄肯大壩段，且多為低覆蓋度草地轉(zhuǎn)變而來(lái)，也有少部分來(lái)自于林地，表明一定的人類活動(dòng)正在加劇該地區(qū)的生態(tài)惡化，使林地破碎度明顯增大。在該地區(qū)中下部，成片林地逐漸退化為草地或耕地。河道兩側(cè)建設(shè)用地面積也存在增長(zhǎng)情況，隨著開(kāi)發(fā)持續(xù)進(jìn)行，耕地及建設(shè)用地面積擴(kuò)張情況會(huì)逐漸加劇，水資源開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度會(huì)越來(lái)越大。尤其孔雀河處于新疆干旱區(qū)，水資源緊張問(wèn)題一直存在，不合理的開(kāi)發(fā)利用極易引發(fā)生態(tài)危機(jī)。見(jiàn)表3。

表3 孔雀河土地利用類型分類面積

3.4 巴音布魯克草原水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)功能評(píng)價(jià)

本次水生態(tài)空間評(píng)價(jià)區(qū)域?yàn)殚_(kāi)都河上游的巴音布魯克草原水源涵養(yǎng)區(qū)。該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)意義重大，為世界自然遺產(chǎn)名錄地和國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。自然保護(hù)區(qū)包括小尤爾都斯盆地、大尤爾都斯盆地和連接兩個(gè)盆地的開(kāi)都河河段。

生物功能區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果：基于巴音布魯克草原土地利用及生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，通過(guò)指標(biāo)計(jì)算可得生態(tài)狀況指標(biāo)為34.37，環(huán)境狀況指標(biāo)為39.06，生態(tài)功能調(diào)節(jié)指標(biāo)為0.2。綜合可得生態(tài)功能區(qū)生態(tài)功能指數(shù)FEI=73.63，指數(shù)數(shù)值較高，自然生態(tài)優(yōu)越，生態(tài)系統(tǒng)承載力高，生態(tài)功能穩(wěn)定，自我調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。

總體來(lái)看，小尤爾都斯盆地河段（開(kāi)都河源流區(qū)干流起點(diǎn)—巴音布魯克鎮(zhèn)）岸線大部分處于自然狀態(tài)，保護(hù)區(qū)內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以牧業(yè)為主。但近些年，隨著旅游業(yè)的發(fā)展，在本河段末端的巴音布魯克鎮(zhèn)人口逐年上升，建設(shè)用地逐漸增大，造成生態(tài)狀況指標(biāo)數(shù)值下降，對(duì)該區(qū)自然生態(tài)環(huán)境狀況造成一定影響。

大尤爾都斯盆地河段（巴音布魯克鎮(zhèn)—“駱駝脖子”），保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，動(dòng)植物多樣性資源豐富。該河段人口主耍為居住在周邊的零星的牧民，濕地周邊建有環(huán)天鵝湖濕地公路，主要為開(kāi)發(fā)生態(tài)旅游，存在人類擾動(dòng)現(xiàn)象，造成生態(tài)功能調(diào)節(jié)指標(biāo)數(shù)值下降。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新疆巴州水域面積演變分析、開(kāi)都河水生態(tài)空間演變分析、孔雀河水生態(tài)空間演變分析、開(kāi)都河上游水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)功能評(píng)價(jià)，結(jié)論如下。

（1）受氣候變化影響，新疆巴州上游發(fā)生一定程度的冰雪消融、冰川萎縮，給下游以冰雪為主要來(lái)源的河流帶來(lái)一定程度的干枯的風(fēng)險(xiǎn)。并且，隨著該地區(qū)人類活動(dòng)的加劇及對(duì)灌溉取水量的提升，未來(lái)河道斷流，湖泊面積萎縮問(wèn)題可能會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

（2）通過(guò)“土地利用轉(zhuǎn)移矩陣”分析，新疆開(kāi)都干流河道兩側(cè)1 km 范圍內(nèi)的水生態(tài)狀況主要受氣候變化的影響，草地、水域面積均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，該地區(qū)現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好。但仍需警惕由人類活動(dòng)加劇引發(fā)的區(qū)域水資源供需矛盾問(wèn)題。

（3） 通過(guò)分析1980—2018 年孔雀河生態(tài)脆弱段河道兩側(cè)1 km 范圍內(nèi)土地利用類型變化，受人類活動(dòng)的影響，該地區(qū)鹽堿地、旱地增幅較大。隨著河道兩側(cè)耕地、建設(shè)用地面積的增長(zhǎng)，水資源開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度會(huì)越來(lái)越大，極易造成水資源緊張，引發(fā)生態(tài)危機(jī)。

（4）巴音布魯克草原為世界自然遺產(chǎn)名錄地和國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，區(qū)域內(nèi)人口主要為居住在河段末端的巴音布魯克鎮(zhèn)居民及周邊的零星牧民，主業(yè)為開(kāi)發(fā)生態(tài)旅游。通過(guò)計(jì)算巴音布魯克草原水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)功能指數(shù)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)自然生態(tài)優(yōu)越，生態(tài)系統(tǒng)承載力高，生態(tài)功能穩(wěn)定，自我調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，但存在人類擾動(dòng)情況。

綜上所述，本文選用的“土地利用轉(zhuǎn)移矩陣”分析法及“生態(tài)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)”計(jì)算方法可以基于土地利用數(shù)據(jù)，分析變化趨勢(shì)，對(duì)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估、預(yù)測(cè)，為后期該區(qū)域后期水生態(tài)環(huán)境綜合治理，協(xié)調(diào)區(qū)域生態(tài)、農(nóng)業(yè)及水文水資源合理分配，相關(guān)發(fā)展規(guī)劃、政策法規(guī)的制定提供科學(xué)理論支撐。