趙少軍

(新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000)

生態(tài)環(huán)境承載力決定著一個(gè)流域(或區(qū)域)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的速度和規(guī)模[1-2]。如果在一定社會(huì)福利和經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平條件下，流域(或區(qū)域)的人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模超出其生態(tài)環(huán)境所能承載的范圍，將會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的惡化和資源的匱竭，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起經(jīng)濟(jì)社會(huì)不可持續(xù)發(fā)展。塔里木河流域是我國重要的棉花生產(chǎn)基地、石油化工基地和21世紀(jì)能源戰(zhàn)略接替區(qū)[3-4]。另外，歷史上形成的天然綠洲，是阻擋塔克拉瑪干沙漠的風(fēng)沙侵襲、保護(hù)人類生存環(huán)境的天然屏障，生態(tài)地位不可替代[5-7]。實(shí)現(xiàn)該區(qū)的資源開發(fā)可持續(xù)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)，不僅關(guān)系其自身的生存和發(fā)展、新疆的長治久安與社會(huì)穩(wěn)定，也關(guān)系到國家西部大開發(fā)和絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的順利實(shí)施。但是，塔里木河流域又是我國的生態(tài)極端脆弱區(qū)[8]。近60年來隨著水土資源的過度開發(fā)，導(dǎo)致生態(tài)供水不足、天然植被衰敗，下游河道斷流、地下水過量開采、地下水位持續(xù)下降等生態(tài)問題日益凸顯[9]。該區(qū)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題已成為中國西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題研究的熱點(diǎn)之一，生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)安全問題已引起社會(huì)各界和政府的高度關(guān)注[3]。尤其隨著西部大開發(fā)工作和中央新疆經(jīng)濟(jì)工作座談會(huì)精神的不斷深入，塔里木河流域重大工程建設(shè)項(xiàng)目相繼啟動(dòng)，生態(tài)用水與國民經(jīng)濟(jì)用水的博弈將呈現(xiàn)新的特點(diǎn)[10-12]。在這一背景下，定量研究塔里木河生態(tài)環(huán)境承載力的飽和程度，分析產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境問題的根本原因并提出相應(yīng)的治理措施，對(duì)實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

在塔里木河流域，以往的研究利用層次分析法和模糊綜合評(píng)判模型等方法對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)、水資源系統(tǒng)進(jìn)行單一的承載力分析[11，13]，而從水資源系統(tǒng)、土地資源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)4個(gè)方面綜合評(píng)判該區(qū)的生態(tài)環(huán)境承載能力，在以往的研究中鮮有報(bào)道。另外，本研究利用問卷調(diào)查并借助因子分析法來確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)了主觀上專家打分與客觀上數(shù)學(xué)計(jì)算的統(tǒng)一，因而能夠確切地反映各環(huán)境因子對(duì)該區(qū)生態(tài)環(huán)境承載能力的影響程度，保障了對(duì)該區(qū)綜合評(píng)判結(jié)果的可信度。鑒于以上分析，本研究根據(jù)塔里木河的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，構(gòu)建其生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；利用專家打分和模糊綜合評(píng)判模型，評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境承載力的現(xiàn)狀，提出提高其生態(tài)環(huán)境承載能力的具體措施。該研究不僅為該區(qū)未來的生態(tài)環(huán)境發(fā)展規(guī)劃奠定可靠的理論基礎(chǔ)，也可為相似區(qū)域的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)提供重要的科學(xué)借鑒。

1 研究區(qū)概況與資料收集

1.1 研究區(qū)概況

塔里木河是我國最大的內(nèi)陸河，位于新疆南部，塔里木河流域(N34.20°～N43.39°,E71.39°～E93.45°)由發(fā)源于塔里木盆地周邊天山山脈、帕米爾高原、喀喇昆侖山、昆侖山、阿爾金山等山脈的阿克蘇河、喀什噶爾河、葉爾羌河、和田河、開都-孔雀河、迪那河、渭干-庫車河、克里雅河和車爾臣河等九大水系和塔里木河干流、塔克拉瑪干沙漠及東部荒漠三大區(qū)組成[3,14]，其構(gòu)成環(huán)狀水系結(jié)構(gòu)，流域總面積102×104km2，其中山地占47%，平原區(qū)占20%，沙漠面積占33%[5,15]。行政區(qū)域轄新疆南部5個(gè)地州的45個(gè)縣市和生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)4個(gè)師的56個(gè)農(nóng)場(chǎng)，人口984.9萬人。塔里木河干流是典型的干旱區(qū)內(nèi)陸河流，自身不產(chǎn)流，干流的水量主要由阿克蘇河葉爾羌河、和田河三源流補(bǔ)給[16-17]。干流肖夾克至臺(tái)特瑪湖全長1 321 km，流域面積1.758×104km2。干流區(qū)年平均氣溫 10.5℃～11.4 ℃，多年平均降水量17.4～42.8 mm，蒸發(fā)能力為1 121～1 636 mm，屬極端干旱地區(qū)。該區(qū)野生植物主要有胡楊、紅柳、鈴鐺刺、蘆葦、羅布麻、甘草、鹽穗木、鹽節(jié)木、梭梭等[18]。

1.2 資料收集

本研究收集了塔里木河干流2013年的水文數(shù)據(jù)，包括地表水、地下水、灌溉用水、生態(tài)用水的水量，地下水埋深等?；谶b感影像獲取的數(shù)據(jù)包括水網(wǎng)密度、土地退化面積、耕地面積、沙化面積、人工綠洲和天然綠洲面積、植被覆蓋度?；跇臃秸{(diào)查的數(shù)據(jù)包括植被覆蓋度、生物豐度指數(shù)?；谒锬竞恿饔蚬芾砭痔峁┑纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括人口數(shù)量、GDP、耕地面積、水質(zhì)、風(fēng)沙頻次等。塔里木河氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)來源于1990～2010年阿拉爾、鐵干里克、若羌?xì)庀笳尽?/p>

2 研究方法

本研究利用調(diào)查問卷和因子分析的方法確定塔里木河各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，借助模糊綜合評(píng)判模型[19-21]評(píng)價(jià)該區(qū)的生態(tài)環(huán)境承載能力。由于因子分析法可利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件計(jì)算，因此本文主要介紹模糊綜合評(píng)判模型。具體步驟為，設(shè)2個(gè)有限論域U={u1，u2,…,um}、V={v1,v2, …vn}，其中U代表所有評(píng)判因素組成的集合，V代表所有的評(píng)價(jià)等級(jí)組成的集合。對(duì)評(píng)價(jià)因素ui進(jìn)行單因素評(píng)判，確定對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)vj的隸屬度rij，則m個(gè)評(píng)價(jià)因素的評(píng)價(jià)集構(gòu)造出評(píng)判矩陣R：

(1)

式中：rmn為第m個(gè)評(píng)價(jià)因素在第n等級(jí)時(shí)的隸屬度值；R為U到V上的模糊隸屬度值組成的矩陣。

(2)

(3)

(4)

式中：rij為因子ui對(duì)j級(jí)生態(tài)環(huán)境的隸屬度;Ci為因子Ui的實(shí)測(cè)值;Uij為因子Ui第j級(jí)生態(tài)環(huán)境承載力標(biāo)準(zhǔn);m為m級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這里為5。計(jì)算得到評(píng)價(jià)矩陣R。

塔里木河流域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)總得分可根據(jù)不同評(píng)價(jià)等級(jí)的重要度值ti以及矩陣B中各等級(jí)的隸屬度值(bi)利用下式計(jì)算得到：

(5)

式中:a為綜合評(píng)分值。

本研究將生態(tài)環(huán)境承載力的計(jì)算指數(shù)值可分：完全可載(0.8

3 結(jié)果與分析

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重設(shè)定

塔里木河流域生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)水土資源-生態(tài)環(huán)境-社會(huì)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)相互影響的復(fù)雜系統(tǒng)。流域的生態(tài)環(huán)境承載力主要是針對(duì)與水相關(guān)的生態(tài)環(huán)境問題提出的，其生態(tài)環(huán)境承載力可稱為與水相關(guān)的生態(tài)環(huán)境承載力，它是水資源、土地資源及與水相關(guān)的環(huán)境構(gòu)成的生態(tài)環(huán)境支持系統(tǒng)對(duì)由社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)構(gòu)成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在一定約束條件下的承載能力。因此，針對(duì)塔里木河流域目前存在的生態(tài)環(huán)境問題，依據(jù)評(píng)價(jià)過程中所遵循的定性與定量、可比性、科學(xué)性、實(shí)用性和可操作性、獨(dú)立性及動(dòng)態(tài)性與穩(wěn)定性相統(tǒng)一等原則，提出以水資源為主，結(jié)合土地資源及植被資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，選取水資源指標(biāo)、土地資源指標(biāo)、生態(tài)環(huán)境指標(biāo)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平指標(biāo)4個(gè)方面建立該區(qū)的生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系；進(jìn)而根據(jù)調(diào)查問卷并利用因子分析得到各指標(biāo)的權(quán)重值(表1)。

表1 塔里木河生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

在塔里木河生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)中，將結(jié)果分為完全可載、可載、飽和承載、超載、嚴(yán)重超載5級(jí)。具體地，嚴(yán)重超載是指生態(tài)環(huán)境己受到嚴(yán)重破壞或生態(tài)環(huán)境要素對(duì)干擾的調(diào)控能力很弱，自動(dòng)恢復(fù)很難甚至已無自動(dòng)恢復(fù)能力，部分生態(tài)環(huán)境功能已喪失。超載是指生態(tài)環(huán)境己受到破壞或生態(tài)環(huán)境要素對(duì)干擾的調(diào)控能力弱，自動(dòng)恢復(fù)難。飽和承載是指生態(tài)環(huán)境己處于污染與破壞的臨界點(diǎn)，生態(tài)環(huán)境生產(chǎn)力已被全部利用，生態(tài)環(huán)境要素對(duì)干擾的調(diào)控能力一般，自動(dòng)恢復(fù)能力不佳。可載是指生態(tài)環(huán)境受人為不合理影響較小，生態(tài)環(huán)境要素對(duì)干擾的調(diào)控能力較強(qiáng)，自動(dòng)恢復(fù)能力較快。完全可載是指生態(tài)環(huán)境受人為不合理影響很小，生態(tài)環(huán)境要素對(duì)干擾的調(diào)控能力強(qiáng)，自動(dòng)恢復(fù)能力快，生態(tài)環(huán)境生產(chǎn)支持力強(qiáng)。

3.2 評(píng)價(jià)等級(jí)設(shè)定及綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)專家打分并結(jié)合相關(guān)成果，本研究確定不同評(píng)價(jià)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值(表2)。

表2 不同評(píng)價(jià)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定

根據(jù)表2，塔里木河生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)各個(gè)因素的模糊矩陣(R)計(jì)算如下：

水資源承載力因素評(píng)價(jià)矩陣為：

土地資源承載力因素評(píng)價(jià)矩陣為：

生態(tài)環(huán)境承載力因素評(píng)價(jià)矩陣為：

社會(huì)經(jīng)濟(jì)承載力因素評(píng)價(jià)矩陣為：

結(jié)合表1，塔里木河生態(tài)環(huán)境承載力因素的評(píng)估等級(jí)計(jì)算如下：

水資源承載力因素綜合評(píng)價(jià)為：

=[0.4020，0.2111，0.1758，0.0000，0.2120]

同理，可計(jì)算土地資源承載力因素評(píng)價(jià)C2=U2×R2=[0.0000，0.0378，0.2123，0.0000，0.7500]；生態(tài)環(huán)境承載力因素評(píng)價(jià)C3=U3×R3=[0.0000，0.3330，0.3666，0.2994，0.0000]；社會(huì)經(jīng)濟(jì)承載力因素評(píng)價(jià)C4=U4×R4=[0.4878，0.1889，0.0313，0.0000，0.2920]?；趩我啬：C合評(píng)判結(jié)果C，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果歸一化處理，可以得到一級(jí)評(píng)估因素U中各子集的綜合評(píng)判決策矩陣R。

最后，根據(jù)一級(jí)因子的權(quán)重U和綜合評(píng)價(jià)決策矩陣R的模糊變換的合成運(yùn)算，得到生態(tài)環(huán)境承載力一級(jí)評(píng)估因素綜合評(píng)價(jià)結(jié)果A=U×R=[0.2094，0.2108，0.2259，0.0899，0.2639]。最后求取塔里木河生態(tài)環(huán)境承載力的綜合評(píng)定值a=0.5976<0.6，處于飽和承載水平，表明該區(qū)的生態(tài)環(huán)境資產(chǎn)已飽和利用，進(jìn)一步的生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)將引發(fā)嚴(yán)重的生態(tài)破壞甚至災(zāi)難。對(duì)于塔里木河的生態(tài)環(huán)境受損區(qū)，需要采取以自然修復(fù)為主、人工修復(fù)為輔的綜合措施實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的好轉(zhuǎn)。

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果的原因分析

塔里木河生態(tài)環(huán)境的承載能力主要受氣候因素和人類活動(dòng)的綜合影響，因此本文從以下兩方面進(jìn)行分析。

3.3.1 氣候因素的影響

利用塔里木河干流1990～2010年的氣溫、降雨量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到二者的變化趨勢(shì)(圖1)。

圖1 塔里木河干流氣候變化趨勢(shì)圖

從圖2來看，塔里木河降水量在近20年處于波動(dòng)變化中，但總體呈不顯著的增加趨勢(shì)(P>0.05)。與降水增加同步，氣溫總體呈顯著的上升趨勢(shì)(P<0.05), 在20年中平均氣溫升高了0.41℃。因此，塔里木河干流在近20年時(shí)間內(nèi)氣候總體上沒有惡化，反而表現(xiàn)為氣候轉(zhuǎn)暖、降水量略微上升的好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。

3.3.2 人類活動(dòng)的影響

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料可知，從20世紀(jì)50年代至90年代，塔里木河各斷面的來水在逐年減少，其趨勢(shì)是下游的減少量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上游，特別是90年代以來，三源流的來水比50年代多19.0×108m3，增加了10.9%，但干流的阿拉爾、新其滿、英巴扎和恰拉斷面的來水分別比50年代少15.9%、24.7%、38.3%和80.3%。因此，源流區(qū)耗水增加導(dǎo)致匯入干流的水量減少，這是導(dǎo)致塔里木河生態(tài)環(huán)境承載能力趨于飽和的一個(gè)重要原因。

此外，對(duì)于塔里木河自身來講，該區(qū)人口增加和耕地面積擴(kuò)大也是危及其生態(tài)環(huán)境安全的又一重要因素。以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主的塔里木河，在1990～2013年人口增加了49%，導(dǎo)致耕地面積增加了182%。此外，根據(jù)2013年的統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算，塔里木河水資源可承載的最大灌溉面積為6.08×104hm2，比現(xiàn)狀超出64.6%。耕地?cái)U(kuò)張一方面以占用林草為基礎(chǔ)，該時(shí)段 15%的草地和9%的林地被耕地占用，區(qū)域生物豐度指數(shù)和植被覆蓋度指數(shù)不斷下降。

另一方面大量耕地開墾后，由于農(nóng)業(yè)用水量顯著增加，要攔截河水，修建水庫，致使塔里木河部分區(qū)域的地下水埋深降到8 m以下，引發(fā)天然植被因得不到水分充分補(bǔ)給而逐漸退化。此外，當(dāng)胡楊的種子落在地表后，也因水分不足，造成種子萌發(fā)不能實(shí)現(xiàn)。因此，影響塔里木河生態(tài)環(huán)境承載力降低的根本原因?yàn)槿丝诘脑黾雍透孛娣e的不斷擴(kuò)大，由此造成流域水資源大量被占用，中下游來水量日益減少，地下水位不斷下降，天然植被生長受到抑制、繁殖更新能力受到破壞，土地逐漸沙化。見表3。

表3 塔里木河耕地面積超載百分比

4 結(jié) 語

根據(jù)計(jì)算，塔里木河生態(tài)環(huán)境承載力的綜合評(píng)定值為0.597 6，處于飽和承載水平，表明該區(qū)的生態(tài)環(huán)境資產(chǎn)已飽和利用，進(jìn)一步的生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)將引發(fā)嚴(yán)重的生態(tài)破壞甚至災(zāi)難。而導(dǎo)致其生態(tài)環(huán)境承載力降低的主要因素是該區(qū)耕地面積的快速擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)用水大量擠占生態(tài)水量。因此，為提高塔里木河的生態(tài)環(huán)境承載力，本文從流域整體的角度提出3條建議。首先，強(qiáng)化塔里木河流域統(tǒng)一管理職能，深化體制改革，落實(shí)三條紅線。將流域內(nèi)諸水系納入統(tǒng)一管理；加強(qiáng)塔里木河流域管理局的監(jiān)管、執(zhí)法能力，加大對(duì)非法開荒、擅自引水等違法行為的打擊力度；嚴(yán)格落實(shí)用水總量和用水效率控制紅線，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，全面節(jié)約和合理配置水資源，防污治污，防患于未然。其次，嚴(yán)格控制灌溉面積，循序漸進(jìn)地推行流域的退地減水。積極穩(wěn)妥地進(jìn)行流域的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變過去主要依靠耕地面積擴(kuò)張帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長的發(fā)展模式，嚴(yán)厲打擊非法開荒。最后，盡快啟動(dòng)塔里木河流域綜合治理二期工程，努力推進(jìn)流域綜合治理持續(xù)發(fā)展。通過實(shí)施堤防建設(shè)、河河聯(lián)通、河道治理等工程及相關(guān)生態(tài)治理的項(xiàng)目，提高水資源的利用效率和管理效能，逐步壓縮對(duì)生態(tài)用水的擠占空間，緩解國民經(jīng)濟(jì)用水與生態(tài)用水之間的矛盾。