曾 光，高會軍，朱 剛

(中國煤炭地質(zhì)總局航測遙感局遙感應(yīng)用研究院，西安 710054)

0 引言

濕地是人類最重要的生存環(huán)境之一，是由水陸相互作用而形成的自然綜合體［1］，在調(diào)節(jié)氣候、凈化環(huán)境、維持生物多樣性和緩解旱澇等方面發(fā)揮著巨大作用［2］。新疆地處我國西北內(nèi)陸干旱區(qū)，由于水資源的嚴(yán)重短缺，濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能顯得尤為重要［3］。受自然因素和人類活動的影響，近年來新疆濕地退化形勢嚴(yán)峻［4］，艾比湖和塔里木河下游濕地面積的減少已引起地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值的減少［5－7］。近年來，我國眾多學(xué)者已從濕地的水文特征［8］、濕地生態(tài)質(zhì)量評價［9－10］和濕地景觀格局變化［3，11］等方面對新疆濕地進行了廣泛而深入的研究，但大多僅局限于單一湖泊或河流，以塔里木盆地或準(zhǔn)噶爾盆地為單元進行的濕地變化研究較少。

本文借助遙感和GIS 技術(shù)，對塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地近32 a 間的濕地演化特征進行了探討，并分析了這2 大盆地濕地演化的差異性，試圖揭示2 大盆地的濕地變化與氣候因素、人類活動之間的關(guān)系。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)源及其預(yù)處理

為了充分反映塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地濕地動態(tài)變化特征及演變趨勢，選擇20 世紀(jì)70年代中期MSS 作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，因為這一時期的遙感數(shù)據(jù)可以近似代表未受人類活動干擾或影響程度較小的自然環(huán)境條件下的濕地背景值;其次，進入21 世紀(jì)以來，隨著城市化進程的不斷加快、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人口數(shù)量的增加對淡水和土地資源的需求進一步加大，對濕地資源產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅，因此，選取的2000年ETM 遙感數(shù)據(jù)能夠代表這一時期濕地的演變特征;最后，以2007年CBERS 02 作為現(xiàn)狀年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對2個盆地單元濕地因子進行綜合解譯。

選取的MSS 數(shù)據(jù)以1975年雨季(6—10月)時相為主，約占同期遙感數(shù)據(jù)的76%;ETM 同樣以2000年的雨季數(shù)據(jù)為主，約占同期遙感數(shù)據(jù)的79%;而CBERS 02 則以2007年旱季(11月—次年5月)數(shù)據(jù)為主，約占65%。雖然時相的差異會對同一盆地單元濕地的演化規(guī)律分析產(chǎn)生一定影響，但只影響到氣候變化與濕地演變的直接關(guān)系;而濕地的綜合解譯不能僅依據(jù)水體與植被因素為唯一特征(如河流濕地中的泛洪平原濕地)，還需結(jié)合地形、地貌和水文地質(zhì)條件等因子進行綜合判定，因此，通過20 世紀(jì)70年代的1∶10 萬地形圖的輔助，可降低因時相差異而引起的精度問題，濕地動態(tài)變化分析仍具有一定的可比性。

在ERDAS 9.2 平臺下，分別對3 期遙感數(shù)據(jù)進行正射校正、幾何配準(zhǔn)及圖像鑲嵌等處理，然后利用MapGIS 6.7 進行遙感解譯及綜合圖件的編制。

1.2 濕地分類體系的建立

根據(jù)《中華人民共和國濕地分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 24708—2009)》，結(jié)合2 大盆地水文地貌條件和濕地發(fā)育特征，本研究采用二級分類系統(tǒng)。其中，一級類型包括天然濕地和人工濕地;二級類型包括湖泊濕地、河流濕地、沼澤濕地、水庫和淡水養(yǎng)殖場。

1.3 專題信息提取及動態(tài)變化

本次以人機交互目視解譯為主，根據(jù)不同濕地類型在遙感影像上的典型特征，建立遙感解譯標(biāo)志，借助MapGIS 6.7 工作平臺進行綜合解譯;通過野外實地驗證對解譯成果進行修正與完善;制作1975年、2000年和2007年塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地分布圖(圖1)。

圖1 不同時期塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地分布Fig.1 Distribution of wetlands of Tarim Basin and Junggar Basin in different years

通過3 期濕地數(shù)據(jù)的空間疊加，生成1975—2000年和2000—2007年2個盆地的濕地變化圖。

為了宏觀分析人類活動對濕地演化進程的影響，對3 期遙感數(shù)據(jù)的耕地因子進行綜合解譯，并制作1975—2000年和2000—2007年耕地變化圖。

將相應(yīng)時期的濕地變化圖和耕地變化圖進行空間疊加，提取“耕地增加”和“濕地減少”的雙重屬性圖斑，認(rèn)為該屬性的圖斑為因“圍濕造田”而直接喪失的濕地圖斑，進而分析人類活動對濕地演化的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地演化特征

塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地演化特征差異較大，具體表現(xiàn)在3個方面:

1)塔里木盆地濕地呈持續(xù)性萎縮，并有加速退化的趨勢，而準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積表現(xiàn)為先增加后減小，整體呈微弱增加的變化規(guī)律(表1)。

表1 塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地不同濕地類型面積統(tǒng)計Tab.1 Area statistics of different wetlands types in Tarim Basin and Junggar Basin (km2)

32 a 間，塔里木盆地濕地減少了2 739.88 km2，年均減少85.62 km2，其中，1975—2000年，濕地面積減少了1 266.33 km2，年均減少50.65 km2;2000—2007年，濕地面積又減少了1 473.55 km2，年均減少210.51 km2，濕地退化速率是1975—2000年的4.16 倍，具有加速退化的趨勢。準(zhǔn)噶爾盆地濕地演化進程不同于塔里木盆地，1975—2000年，濕地面積增加了489.80 km2;2000—2007年，濕地演化規(guī)律與塔里木盆地相同，也呈萎縮趨勢，共計減少234.86 km2;32 a 間，準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積增加了254.94 km2，年均增加7.97 km2。

2)天然濕地的嚴(yán)重萎縮是引起塔里木盆地濕地面積銳減的主要原因之一。32 a 間，塔里木盆地內(nèi)河流濕地、湖泊濕地和沼澤濕地面積均呈持續(xù)性減少，共計減少2 854.67 km2，以沼澤濕地減少面積最大，為2 097.64 km2，占塔里木盆地濕地減少總面積的73.48%;其次為河流濕地和湖泊濕地，減少面積分別為589.34 km2和167.69 km2，分別占濕地減少總面積的20.65%和5.87%。

3)湖泊濕地是準(zhǔn)噶爾盆地濕地變化的指示因子。新疆的湖泊濕地水源補給主要依賴相鄰山地的冰川積雪融水和自然降水，因此該區(qū)的湖泊濕地是受氣候變化和人類活動影響最為明顯的濕地類型。1975—2000年，由于降水量的普遍增多，準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積增加了489.80 km2，同時湖泊濕地面積也增加了361.37 km2，占濕地面積增加量的73.78%;2000—2007年，受持續(xù)干旱氣候條件的影響，湖泊濕地與濕地總面積分別減少了275.92 km2和234.86 km2。因此，湖泊濕地面積的消長是引起準(zhǔn)噶爾盆地濕地總面積發(fā)展與萎縮的重要指示因子。

2.2 濕地景觀格局變化差異

2.2.1 斑塊數(shù)及斑塊平均面積的變化差異

32 a 間，塔里木盆地濕地景觀斑塊數(shù)呈先增加后減少的變化趨勢(圖2(a))。1975—2000年，濕地斑塊數(shù)量增加了27個，而斑塊平均面積減少了2.21 km2，濕地整體處于破碎化發(fā)展階段;2000—2007年，濕地斑塊數(shù)量繼續(xù)減少了327個，而濕地的斑塊平均面積增加了2.35 km2，說明該時期塔里木盆地內(nèi)的小斑塊濕地消失。

圖2 濕地景觀斑塊數(shù)和平均面積變化對比Fig.2 Dynamic variations in patch number and average patch area of wetlands landscape

準(zhǔn)噶爾盆地濕地景觀變化特征不同于塔里木盆地，整體呈斑塊數(shù)增加、斑塊平均面積持續(xù)減少的變化趨勢(圖2(b))。1975—2000年，盆地內(nèi)濕地斑塊數(shù)量增加了96個，而斑塊平均面積減少了4.54 km2，這主要是由于2000年濕地景觀發(fā)生大面積的擴展，形成了許多新生濕地斑塊;2000—2007年，盆地內(nèi)濕地斑塊數(shù)量減少了10個，斑塊平均面積仍繼續(xù)減少了0.51 km2，濕地演化呈萎縮態(tài)勢。

2.2.2 濕地景觀多樣性的變化差異

圖3 濕地景觀多樣性指數(shù)變化Fig.3 Change of landscape diversity indices of wetlands

1975年、2000年和2007年，塔里木盆地濕地景觀多樣性指數(shù)水平較高，為1.11，1.23 和1.19，均小于景觀最大可能的多樣性指數(shù)1.609 4［3］，說明塔里木盆地濕地景觀類型所占面積比例有一定差異。32 a 間，多樣性指數(shù)整體增加說明不同濕地類型面積比例差異減小，景觀多樣性增大(圖3(a))。優(yōu)勢度指數(shù)和均勻度指數(shù)一樣，也是描述景觀由少數(shù)幾個主要類型控制的程度，2個指數(shù)間可以彼此驗證［12］，塔里木盆地2個指數(shù)變化規(guī)律相同，呈先增加后減小，整體增加的變化趨勢，說明盆地內(nèi)占主導(dǎo)地位的濕地類型所占比例已經(jīng)發(fā)生了變化，景觀結(jié)構(gòu)趨于均勻化。1975—2000年，沼澤濕地面積比例由48.70%減少至33.93%，河流濕地面積比例由35.49%增加至42.20%，濕地景觀類型所占面積比例差異降低，均勻度指數(shù)增加;2000—2007年，河流濕地面積比例繼續(xù)增大至46.76%，而沼澤濕地比例下降至26.24%，濕地景觀類型比例差異開始增大，濕地主導(dǎo)類型由沼澤濕地轉(zhuǎn)化為河流濕地，均勻度指數(shù)降低，濕地多樣性減少。優(yōu)勢度指數(shù)的降低(如沼澤濕地)說明盆地內(nèi)濕地景觀類型所占面積比例差異逐漸縮小，景觀結(jié)構(gòu)趨于均勻化，濕地生態(tài)系統(tǒng)處于良性發(fā)展，反之，優(yōu)勢度指數(shù)增加，說明濕地類型比例差異增大，多樣性降低。

準(zhǔn)噶爾盆地濕地景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均小于塔里木盆地，說明不同濕地類型所占的面積比例差異大于塔里木盆地;同時，優(yōu)勢度指數(shù)大于塔里木盆地，表明準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)有處于絕對主導(dǎo)地位的濕地類型(圖3(b))。1975年、2000年和2007年湖泊濕地占盆地內(nèi)濕地總面積的比例分別為65.96%，67.32%和62.75%，均處于主導(dǎo)地位。然而縱觀32 a 間，準(zhǔn)噶爾盆地濕地景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)在持續(xù)增加，而優(yōu)勢度指數(shù)在持續(xù)減少，說明居于主導(dǎo)地位的湖泊濕地類型所占濕地總面積的比例逐漸降低，處于次要地位的濕地類型呈發(fā)展趨勢，濕地生態(tài)系統(tǒng)處于均勻化發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

3 濕地演化驅(qū)動力分析

濕地演化受到氣候變化和人類活動的影響［13－14］，本文從這2 方面來綜合分析濕地的演化特征。

3.1 氣候變化因素

氣候是控制濕地消長的根本動力因素，濕地的消長也會改變濕地系統(tǒng)，進而加快氣候變化的速度［15］。自20 世紀(jì)80年代中期以來，新疆氣候發(fā)生了由暖干向暖濕的轉(zhuǎn)型，整個新疆地區(qū)降水量存在逐漸增多的趨勢，且南疆降水量高于北疆地區(qū)［16］。1961—2008年，新疆各區(qū)域年平均氣溫呈一致的上升趨勢，北疆線性增溫率為0.38℃/10 a，南疆為0.28℃/10 a，北疆增溫幅度大于南疆地區(qū)［17］。

塔里木盆地選擇阿克蘇、輪臺、庫車、喀什、巴楚、阿拉爾、鐵干里克、若羌、莎車、皮山、和田、民豐、且末和于田等14個氣象站，準(zhǔn)噶爾盆地選擇哈巴河、吉木乃、福海、精河、烏蘇、石河子、蔡家湖和奇臺等8個氣象站收集1975—2007年連續(xù)的降水和氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)。

32 a 間，塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地降水量和氣溫均呈逐年上升趨勢。其中，塔里木盆地年降水量和氣溫分別以0.596 7 mm/a 和0.042℃/a 的速度遞增，而準(zhǔn)噶爾盆地年降水量和氣溫分別以1.694 8 mm/a和0.047℃/a 的速度增長，年均增幅高于塔里木盆地(圖4)。

降水量的增多與氣溫的上升均對濕地的擴張產(chǎn)生直接影響。1975年、2000年和2007年，塔里木盆地年降水量分別為29.24 mm，37.28 mm 和41.21 mm，年均氣溫分別為10.77℃，12.07℃和12.88℃;1975—2000年和2000—2007年期間的年降水量增幅為27.48% 和10.56%，年均氣溫增幅為12.07% 和6.69%。盆地內(nèi)年降水量增幅均明顯高于氣溫增加量，但是濕地面積仍以20.63%和30.25%的幅度銳減，尤其2000年以后濕地面積的減少量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過降水量和氣溫的綜合影響，說明除自然因素等條件外，還有其他因素影響著塔里木盆地的濕地演化。

1975年、2000年和2007年，噶爾盆地年降水量分別為120.30 mm，177.03 mm 和221.63 mm，年均氣溫為5.49℃，6.46℃和7.48℃;1975—2000年和2000—2007年期間降水分別以47.15%和25.19%的幅度遞增;年均氣溫增加幅度為17.77% 和15.67%。1975—2000年，準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積增幅為21.90%，而2000—2007年，濕地開始出現(xiàn)萎縮現(xiàn)象，面積減少幅度為8.35%。因此，準(zhǔn)噶爾盆地濕地的演化與降水量和氣溫的變化存在著密切關(guān)系，氣候?qū)竦氐目刂谱饔妹黠@強于塔里木盆地。

3.2 人類活動因素

為了分析濕地演化與人類活動的耦合關(guān)系，將1975—2000年和2000—2007年濕地動態(tài)變化圖分別與相應(yīng)時間段內(nèi)耕地變化圖進行空間疊加，提取“耕地擴展和濕地減少”的雙重屬性圖斑，認(rèn)為這是人類“圍濕造田”活動對濕地的直接占用的表現(xiàn)。

1975—2000年，塔里木盆地濕地總面積減少1 266.33 km2，因“圍濕造田”而直接占用的濕地面積達(dá)1 035.06 km2，占濕地面積減少量的81.74%;2000—2007年，濕地總面積減少了1 473.55 km2，“圍濕造田”面積達(dá)1 030.30 km2，占濕地總面積減少量的69.92%。32 a 間，“圍濕造田”強度居高不下，是引起塔里木盆地濕地面積銳減的主要原因。

1975—2000年，準(zhǔn)噶爾盆地濕地增加了489.80 km2，而由于“圍濕造田”直接喪失230.80 km2的濕地;2000—2007年，盆地內(nèi)濕地減少了234.86 km2，因“圍濕造田”而減少的濕地面積為103.46 km2，占濕地面積減少總量的44.05%，表明人類活動對準(zhǔn)噶爾盆地濕地演化進程的影響也較大。

4 結(jié)論

1)2000年以后塔里木盆地與準(zhǔn)噶爾盆地濕地資源均呈現(xiàn)不同程度的退化趨勢。32 a 間，塔里木盆地濕地減少2 739.88 km2，年均減少85.62 km2，其中，2000—2007年，濕地年均減少速率是1975—2000年的4.16 倍，濕地具有加速退化的趨勢;準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積變化表現(xiàn)為先增加后減小，整體呈微弱增加的變化趨勢，32 a 間濕地總面積增加了254.94 km2，湖泊的消長對準(zhǔn)噶爾盆地濕地面積的變化影響較大。

2)1975—2000年，塔里木盆地濕地處于破碎化發(fā)展階段，濕地景觀斑塊數(shù)量增加、斑塊平均面積減小，沼澤濕地所占比例下降，濕地景觀結(jié)構(gòu)趨于均勻化;2000—2007年，小斑塊濕地出現(xiàn)大量消亡的現(xiàn)象，斑塊數(shù)量減少327個，斑塊平均面積減少2.35 km2，河流濕地成為主導(dǎo)類型，多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)降低，濕地多樣性減少。準(zhǔn)噶爾盆地濕地景觀演化特征與塔里木盆地有較大差異，1975—2000年，濕地斑塊數(shù)量增加了96個，斑塊平均面積減少了4.54 km2，濕地以新增方式為主;2000—2007年，濕地斑塊數(shù)量減少了10個，而斑塊平均面積仍繼續(xù)減少了0.51 km2，濕地呈萎縮發(fā)展態(tài)勢，湖泊濕地是準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)占絕對優(yōu)勢的濕地類型;32 a 間，準(zhǔn)噶爾盆地濕地多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)持續(xù)增加，而優(yōu)勢度指數(shù)持續(xù)減少，景觀結(jié)構(gòu)趨于均勻化。

3)32 a 間，塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地年降水量和年均氣溫均呈逐年上升的趨勢，增加量分別為0.59 mm/a和0.042℃/a，1.69 mm/a 和0.047℃/a，對濕地的擴張有著直接的影響。

4)2000年以后，準(zhǔn)噶爾盆地濕地呈退化趨勢，因“圍濕造田”直接喪失的濕地面積達(dá)103.46 km2，占2000—2007年濕地面積減少量的44.05%。塔里木盆地濕地面積的持續(xù)減少與人類活動密切相關(guān)，1975—2000年和2000—2007年，因“圍濕造田”而占用的濕地面積為1 035.06 km2和1 030.30 km2，分別占2個時段內(nèi)濕地面積減少總量的81.74%和69.92%。因此，在積極有效地保護濕地資源的基礎(chǔ)上，應(yīng)合理布置農(nóng)業(yè)空間格局及發(fā)展規(guī)模。

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