李夢(mèng)怡　鄧銘江　凌紅波　鄧曉雅　閆俊杰　焦阿永

摘要：為準(zhǔn)確評(píng)估新疆綠洲格局變化與生態(tài)耗水結(jié)構(gòu)，綜合應(yīng)用遙感信息技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，從省域和水資源分區(qū)2個(gè)尺度系統(tǒng)研究20世紀(jì)90年代以來(lái)新疆綠洲的演變格局，分析綠洲生態(tài)耗水特性，揭示社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水與生態(tài)耗水之間的比例關(guān)系。結(jié)果表明，人工綠洲和天然綠洲的面積之比由0.625∶1演變?yōu)?.3∶1，其生態(tài)耗水總量分別由1990年的125.0億m³和45.8億m³增至2018年的182.2億m³和71.9億m³，呈波動(dòng)增長(zhǎng)的變化趨勢(shì);在空間上，綠洲耗水呈“北高-南低”的分布格局。新疆生態(tài)耗水總量為329.7億m³，其中天然生態(tài)系統(tǒng)的耗水量為218.0億m³，與總可利用水量之比分別為49.6%和32.8%。

關(guān)鍵詞：生態(tài)耗水;水資源三級(jí)區(qū);綠洲格局;耗水結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV213

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-6791（2023）05-0719-12

綠洲作為干旱區(qū)一種獨(dú)有的生態(tài)景觀(guān)，以3%～5%的面積承載了干旱區(qū)90%以上的人口，是干旱區(qū)的核心［1］。綠洲的形成和發(fā)展受水資源的制約，具有“唯水性”［2］。全球氣候變暖加劇了水循環(huán)過(guò)程，進(jìn)而引起水資源時(shí)空格局和總量的變化，可能打破了綠洲系統(tǒng)原有的平衡，導(dǎo)致部分綠洲的退化［3］。另外，在大規(guī)模、高強(qiáng)度的水土資源開(kāi)發(fā)利用下，綠洲系統(tǒng)的生態(tài)用水被大量擠占，區(qū)域生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾將進(jìn)一步激化。因此，深入研究綠洲的演變格局和耗水特性，實(shí)現(xiàn)綠洲適宜格局下的耗水結(jié)構(gòu)合理對(duì)統(tǒng)籌區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重大意義。

現(xiàn)階段，針對(duì)綠洲景觀(guān)格局變化、綠洲土地利用與植被覆被轉(zhuǎn)化和綠洲穩(wěn)定性等方面已開(kāi)展了大量研究［4-5］。然而，這些研究主要集中于流域、城市、灌區(qū)和綠洲-荒漠過(guò)渡帶等區(qū)域單元［6-8］，對(duì)省域和水資源三級(jí)區(qū)下綠洲格局演變和結(jié)構(gòu)變化仍缺乏系統(tǒng)性分析。綠洲的形成和發(fā)展必然會(huì)改變區(qū)域水資源供需狀況，及時(shí)準(zhǔn)確地把握綠洲生態(tài)耗水的動(dòng)態(tài)變化對(duì)于實(shí)現(xiàn)綠洲水資源高效配置至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)外關(guān)于綠洲生態(tài)耗水計(jì)算已進(jìn)行了較為深入的探討，常用的耗水計(jì)算方法包括面積定額法、潛水蒸發(fā)法、水量平衡法和遙感法等［9-11］。這些研究在揭示綠洲演變、植被和氣象要素對(duì)生態(tài)耗水的綜合影響方面仍存在不足，且缺乏對(duì)生態(tài)耗水結(jié)構(gòu)的定量分析。綜上，本研究亟需解決的科學(xué)問(wèn)題是解析綠洲格局演變下的耗水過(guò)程與機(jī)理，旨在保障綠洲適宜格局下的耗水結(jié)構(gòu)合理。

本文采用Landsat 5土地利用數(shù)據(jù)和全球陸表特征參數(shù)（GLASS）蒸散產(chǎn)品數(shù)據(jù)，分析1990年以來(lái)新疆綠洲及其耗水的演變格局，求解各水資源三級(jí)區(qū)綠洲生態(tài)耗水的定量結(jié)果，分析新疆各水資源三級(jí)區(qū)生態(tài)耗水機(jī)理和過(guò)程，揭示新疆社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水和生態(tài)耗水結(jié)構(gòu)特征，以期為保障新疆綠洲的生態(tài)安全和其他區(qū)域綠洲的水土資源合理開(kāi)發(fā)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆地處亞歐大陸腹地，面積約160萬(wàn)km2，位于73°40′E—96°23′E、34°25′N(xiāo)—49°10′N(xiāo)之間，是全球最典型的干旱區(qū)之一。氣候類(lèi)型屬于典型的溫帶大陸性氣候，干旱少雨，蒸散發(fā)強(qiáng)烈。北部的阿爾泰山、南部的昆侖山和橫貫中部的天山將地區(qū)分割為南北兩大部分，呈現(xiàn)出“三山夾兩盆”的地貌格局（圖1）。山區(qū)孕育的河流分布于盆地邊緣，為綠洲提供充沛水源;平原區(qū)水資源稀缺，植被稀疏，被廣袤的荒漠覆蓋，由此構(gòu)成了山區(qū)-綠洲-荒漠為主的生態(tài)系統(tǒng)。新疆河流交錯(cuò)，湖泊廣袤，河川徑流量約為893.1億m³，域內(nèi)水資源空間分布不均勻，北部高于南部，東部高于西部。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用的土地利用數(shù)據(jù)為美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)布的Landsat系列數(shù)據(jù)，分辨率為30 m，選擇1990年、2000年、2010年和2020年生長(zhǎng)季且云量小于10%的影像數(shù)據(jù)。借助Google earth的高分辨率影像，采用目視解譯的方法判讀Landsat 5的4期影像，得到研究區(qū)土地利用分布圖。為了保證數(shù)據(jù)的判讀精度，在研究區(qū)隨機(jī)選樣并對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)分類(lèi)驗(yàn)證，結(jié)果表明數(shù)據(jù)精度達(dá)到90%以上，滿(mǎn)足后續(xù)的研究要求。

水體面積的反演在GEE（Google Earth Engine）云平臺(tái)上操作，數(shù)據(jù)源為L(zhǎng)andsat 5號(hào)、7號(hào)和8號(hào)生成的JRC Global Surface Water全球地表水?dāng)?shù)據(jù)集，時(shí)間跨度為1990—2020年，空間分辨率為30 m；蒸散數(shù)據(jù)來(lái)源于1990—2018年全球陸表特征參數(shù)的潛熱通量產(chǎn)品（GLASS ET），空間分辨率為1 km，時(shí)間分辨率為8 d，該產(chǎn)品數(shù)據(jù)表征日潛熱通量均值（W/m2），經(jīng)過(guò)單位轉(zhuǎn)換，將日潛熱通量轉(zhuǎn)為日蒸散量（mm/d），再合成年均蒸散量；植被數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)分別來(lái)自1990—2018年NASA和英國(guó)國(guó)家大氣科學(xué)中心（NCAS）開(kāi)發(fā)的GIMMS NDVI3g產(chǎn)品和CRU TS地表氣象月數(shù)據(jù)集，空間分辨率分別為8 km和0.5°，本研究使用的水文數(shù)據(jù)來(lái)自《新疆水資源公報(bào)》和《全國(guó)第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)成果》。

1.3 研究方法

1.3.1 綠洲的分類(lèi)

以新疆水資源三級(jí)區(qū)（圖2）作為基本研究單元，扣除21—26號(hào)無(wú)人區(qū)。根據(jù)綠洲的發(fā)生機(jī)制和覆被特征將20個(gè)水資源三級(jí)區(qū)分為人工綠洲和天然綠洲。

1.3.2 水體蒸發(fā)耗水計(jì)算

采用自動(dòng)水體提取指數(shù)（I_AWE）提取新疆地表水體面積［12］。該指數(shù)通過(guò)抑制陰影和深色表面的分類(lèi)噪聲來(lái)提高水體提取的準(zhǔn)確性，相較于其他水體指數(shù)，I_AWE較穩(wěn)定且波段區(qū)間相對(duì)較窄，能很好地刻畫(huà)形狀復(fù)雜的地表水體信息。I_AWE的計(jì)算公式如下：

I_AWE=4（ρ_Gre-ρ_SW1）-0.25ρ_NIR+2.75ρ_SW2（1）

式中：ρ_Gre、ρ_NIR、ρ_SW1、ρ_SW2分別為綠光、近紅外波段、短波紅外1波段和短波紅外2波段的反射率。由于新疆水體面積處于長(zhǎng)期變化的狀態(tài)，利用1990—2020年平均水體面積進(jìn)行后續(xù)計(jì)算（表1）。采用水面蒸發(fā)模型計(jì)算新疆的水體耗水，計(jì)算公式為

E=αAE_Φ（2）

式中：α為水面蒸發(fā)折算系數(shù)［13］;A為研究區(qū)域的多年平均水面面積，km²;E_Φ為蒸發(fā)皿年蒸發(fā)量，mm。

1.3.3 趨勢(shì)分析和顯著性檢驗(yàn)

為了深入認(rèn)識(shí)新疆綠洲植被和水文因子的演變規(guī)律，本文采用線(xiàn)性回歸法，通過(guò)計(jì)算Slope值［14-15］研究植被和綠洲耗水量的趨勢(shì)變化；利用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，給定顯著性水平α=0.05。

1.3.4 土地利用轉(zhuǎn)移分析

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是定量描述土地類(lèi)型間相互轉(zhuǎn)化的重要方法，能夠具體反映土地利用的動(dòng)態(tài)變化［16］。本文運(yùn)用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析1990—2020年新疆綠洲的演變過(guò)程。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆綠洲的時(shí)空變化特征

表2表征了1990—2020年新疆綠洲面積的動(dòng)態(tài)變化。天然綠洲面積不斷縮減，2000年、2010年和2020年天然綠洲面積較1990年分別減小了6.1%、16.3%和25.5%；人工綠洲面積波動(dòng)增長(zhǎng)，在1990—2020年間增長(zhǎng)了66.1%。天然綠洲集中分布在北疆的額爾齊斯河和南疆的塔里木河干流中下游、車(chē)爾臣河諸小河、葉爾羌河與和田河的部分地區(qū);人工綠洲主要分布在中段諸河、伊犁河、阿克蘇河和喀什噶爾河等地區(qū)（圖3（a）、圖3（b））。利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析綠洲的時(shí)空演變特征（表3，圖3（c））。經(jīng)過(guò)近30 a的演變，人工綠洲總面積增加了4.0萬(wàn)km2，主要通過(guò)天然綠洲轉(zhuǎn)入與非綠洲區(qū)擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)，其中由天然綠洲凈轉(zhuǎn)出2.5萬(wàn)km2，非綠洲區(qū)轉(zhuǎn)移面積為1.5萬(wàn)km2。天然綠洲凈轉(zhuǎn)入人工綠洲的區(qū)域主要聚集在北疆的中段諸河、艾比湖水系、伊犁河和南疆的葉爾羌河、阿克蘇河，其余區(qū)域零散分布。

2.2 新疆綠洲耗水特性

分別計(jì)算1990—1999年、2000—2009年和2010—2018年新疆綠洲年均耗水量（圖4）。從圖4可知，新疆綠洲耗水量呈北高-南低的空間格局。北疆的中段諸河、伊犁河、艾比湖水系為3段時(shí)期耗水量的高值聚集區(qū)（＞500 mm）;額爾齊斯河、烏倫古河和額敏河，葉爾羌河、渭干河和開(kāi)孔河的部分區(qū)域?yàn)檩^高值的分布區(qū)（300～500 mm）;年均耗水量＜300 mm的地區(qū)主要集中在葉爾羌河下游、塔里木河干流、和田河、車(chē)爾臣河諸小河和克里亞河諸小河。這是由于新疆北部的降雨相對(duì)南部更豐沛，為植被的生長(zhǎng)提供了額外的水源，故北部耗水量較高［17-18］。

圖5計(jì)算了各格點(diǎn)耗水量的增速。3個(gè)研究時(shí)段中耗水量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)的格點(diǎn)占比分別為67.9%、50.1%和98.9%，對(duì)應(yīng)的增速分別為2.9、1.1和40.4 mm/a。增速高值區(qū)集中分布在北部的中段諸河和南部的渭干河、喀什噶爾河和葉爾羌河。2010—2018年耗水增速較前2個(gè)時(shí)段更高，車(chē)爾臣河諸小河耗水量增速最低，為21.8 mm/a;艾比湖水系耗水量增速最高，為53.6 mm/a。因此，新疆綠洲耗水量整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中2010—2018年耗水量增幅明顯。

結(jié)合水資源三級(jí)區(qū)綠洲覆被和綠洲矢量邊界，提取植被的面積，與耗水量相乘得到人工綠洲和天然綠洲的植被耗水總量（圖6）。人工綠洲和天然綠洲植被耗水總量均呈波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)。1990—2018年間，人工綠洲的植被耗水量由45.8億m³增至71.9億m³，增幅為57.0%;天然綠洲植被耗水量由125.0億m³增至182.2億m³，增幅為45.8%。在2000—2009年，人工綠洲和天然綠洲植被的年均耗水量分別為62.7億m³和163.9億m³，較1990—1999年分別增長(zhǎng)了22.3%和24.0%。在2010—2018年，人工綠洲年均耗水量為70.5億m³，較2000—2009年增長(zhǎng)了12.1%;天然綠洲年均耗水量為174.2億m³，增幅為6.9%。2010—2018年均綠洲植被總耗水量為244.7億m³，較2000—2010年和1990—2000年分別增加了8.4%和34.7%。

圖7給出各水資源三級(jí)區(qū)人工綠洲和天然綠洲的植被耗水總量。中段諸河、葉爾羌河和喀什噶爾河在1990—2018年間，人工綠洲耗水總量較其他水資源分區(qū)更多;吉木乃諸小河、巴伊盆地和克里亞河諸小河人工綠洲耗水總量較其他水資源分區(qū)更少。中段諸河和喀什噶爾河的人工綠洲耗水總量增量最明顯，分別為4.3億和4.1億m³;吉木乃諸小河、巴伊盆地、吐魯番盆地、和田河、車(chē)爾臣諸小河和克里亞河諸小河的耗水總量變化不明顯，其中東段諸河增量最大，為0.39億m³，吉木乃諸小河最小，僅0.02億m³；塔里木河天然綠洲耗水總量明顯高于其他分區(qū);哈密盆地、吐魯番盆地和巴伊盆地的天然綠洲耗水總量較其他分區(qū)較低；塔里木河干流和葉爾羌河天然綠洲耗水增量較大，分別由26.5億和13.0億m³增至47.5億和23.1億m³，對(duì)應(yīng)增幅分別為79.1%和77.7%；其余水資源分區(qū)的天然綠洲耗水大多呈微弱增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

2.3 新疆耗水結(jié)構(gòu)分析

本研究的生態(tài)耗水包括天然生態(tài)系統(tǒng)耗水和人工生態(tài)系統(tǒng)耗水。

（1） 天然生態(tài)系統(tǒng)耗水。采用Slope值分析和Mann-Kendall顯著性檢驗(yàn)分別對(duì)新疆20個(gè)水資源三級(jí)分區(qū)的天然植被變化趨勢(shì)進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而將植被覆被變化劃為顯著增長(zhǎng)、非顯著變化和顯著減小3類(lèi)（圖8）。結(jié)果表明，植被覆被的變化趨勢(shì)具有一定的空間異質(zhì)性。其中，植被呈顯著增長(zhǎng)的柵格占總柵格的23.6%，在此區(qū)域內(nèi)，南疆呈顯著增長(zhǎng)的面積占比最大，為56.4%，其次為北疆，為40.8%，東疆最小，僅2.8%;植被呈顯著減小的面積占比32.3%，在此區(qū)域內(nèi)，南疆占比最大，為68.3%，其次為北疆，28.8%，東疆最小，為2.9%。44.1%的區(qū)域植被未發(fā)生顯著變化，在此區(qū)域內(nèi)，南疆、北疆和東疆面積的占比分別為57.4%、40.0%和2.6%。

對(duì)于顯著增長(zhǎng)的柵格，選擇發(fā)生突變年后的植被耗水均值作為生態(tài)耗水量;對(duì)于不顯著變化和顯著減小的柵格，統(tǒng)計(jì)近10 a天然植被耗水均值作為生態(tài)耗水量。二者之和可視為維持植被現(xiàn)狀條件的生態(tài)耗水量，為179.3億m³（圖9（a））。利用水體指數(shù)和水面蒸發(fā)模型計(jì)算新疆天然河湖生態(tài)耗水量（圖9（b）），為38.7億m³。開(kāi)孔河的湖泊生態(tài)耗水量最大，為11.9億m³;烏倫古河和艾比湖水系的湖泊生態(tài)耗水量依次減小，分別為11.3億和8.4億m³;東段諸河的湖泊耗水量最小，為0.3億m³。

（2） 人工生態(tài)系統(tǒng)耗水。統(tǒng)計(jì)2010—2018年人工綠洲植被耗水均值作為人工綠洲耗水量，為69.8億m³。利用水面蒸發(fā)模型計(jì)算得水庫(kù)、坑塘、洼地等水體生態(tài)耗水量為20.2億m³，北疆和南疆的水體耗水量分別為9.0億和11.1億m³，占總耗水量的比例分別為44.6%和55.0%。開(kāi)孔河水體耗水量最大，為4.0億m³，其次為烏倫古河、中段諸河和葉爾羌河，耗水量均為2.5億m³;東部的哈密盆地，吐魯番盆地和北部的吉木乃諸小河的水體耗水量最小，均不足0.1億m³。本研究根據(jù)新疆林業(yè)與草原局提供的數(shù)據(jù)，東疆、北疆和南疆的農(nóng)田防護(hù)林面積分別為0.03萬(wàn)、0.24萬(wàn)和0.21萬(wàn)km2。參考《新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水定額：DB65/T 3611—2014》，利用面積定額法得到新疆農(nóng)田防護(hù)林生態(tài)耗水量為21.7億m³。北疆需水量最大，為10.8億m³;其次為南疆，為9.5億m³;東疆最小，為1.4億m³。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，分析得到新疆現(xiàn)狀水資源三級(jí)區(qū)的生態(tài)耗水量。新疆生態(tài)耗水總量為329.7億m³，其中，綠洲植被總耗水量為249.1億m³，占生態(tài)耗水總量的75.6%;坑塘、水庫(kù)等水體的耗水量為20.2億m³，占比為6.1%;河湖耗水量為38.7億m³，占總耗水量的11.7%；農(nóng)田防護(hù)林生態(tài)耗水量為21.7億m³，占總耗水量的6.6%。天然生態(tài)系統(tǒng)耗水量218.0億m³，其中，天然綠洲植被生態(tài)耗水量為179.3億m³，河湖生態(tài)耗水量為38.7億m³。人工生態(tài)系統(tǒng)耗水量為111.7億m³，其中，人工植被生態(tài)耗水量為91.5億m³，坑塘水庫(kù)等水體耗水量為20.2億m³。已有的水文資料顯示，新疆人類(lèi)活動(dòng)區(qū)可耗水量為665.4億m³。因此，新疆現(xiàn)狀生態(tài)耗水總量（329.7億m³）與可耗水總量之比為49.6%;用于維護(hù)天然生態(tài)系統(tǒng)的耗水量（218.0億m³）與總可利用水量之比為32.8%。

3 討論

新疆生態(tài)耗水的測(cè)算始終是優(yōu)化水資源配置研究的重點(diǎn)。為了論證生態(tài)耗水量計(jì)算結(jié)果的合理性，與已有的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（表4），除文獻(xiàn)［19，21］的耗水核算結(jié)果偏小外，本研究與其余評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。這與近年來(lái)新疆水文情勢(shì)的好轉(zhuǎn)有關(guān)，2001—2016年全疆年平均河川徑流較1980—2001年年平均河川徑流增加了11.2%，徑流總體呈偏豐狀態(tài)［24］。對(duì)1990—2018年降雨進(jìn)行空間趨勢(shì)分析和M-K顯著性檢驗(yàn)（圖10（a）），結(jié)果表明83.7%的格點(diǎn)呈不顯著增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在文獻(xiàn)［19］中，人工系統(tǒng)生態(tài)耗水與本研究差異較大，產(chǎn)生這一差異的原因是新疆人工綠洲和水體面積的擴(kuò)張，生態(tài)耗水量增長(zhǎng)。值得注意的是，近30 a來(lái)，新疆天然綠洲規(guī)?？s減了25.5%（表2），但天然系統(tǒng)生態(tài)耗水與文獻(xiàn)［20］的結(jié)果相近。另外，如圖10（b）所示，60.2%的區(qū)域氣溫呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此這一現(xiàn)象可以解釋為：在水文情勢(shì)好轉(zhuǎn)和持續(xù)增溫的共同影響下［25］，水資源耗散強(qiáng)度不斷提高，相較于1990—1999年，2010—2018年的平均耗水量增加了38.9%（圖4）。因而，天然綠洲面積減小，天然系統(tǒng)生態(tài)耗水仍呈增長(zhǎng)趨勢(shì)?？傮w而言，由于不同研究選取的計(jì)算方法、評(píng)估范圍和研究時(shí)段的不同，評(píng)估結(jié)果可能存在一定差異。

天然綠洲在綠洲生態(tài)系統(tǒng)的占比對(duì)干旱區(qū)可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。以往研究表明，新疆人工綠洲與天然綠洲的合理比例在1∶1左右，紅線(xiàn)比例為1.5∶1［22］。在1990—2020年間，人工綠洲和天然綠洲的面積比例由0.625∶1演變至1.3∶1，綠洲比例已超過(guò)合理比例，逐漸趨于紅線(xiàn)。為此，在保障天然綠洲植被現(xiàn)狀規(guī)模不再縮減的前提下，應(yīng)嚴(yán)格控制人工綠洲的開(kāi)發(fā)規(guī)模，積極修復(fù)嚴(yán)重退化的天然綠洲面積。

研究生態(tài)耗水與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水的比例關(guān)系，可以為統(tǒng)籌區(qū)域生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。根據(jù)2022年新疆水資源公報(bào)的數(shù)據(jù)，從社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水角度推算，新疆可用水資源量為617.1億m³，其中用于人類(lèi)活動(dòng)的水量為444.8億m³，占比為72.1%，推算得生態(tài)耗水量為293.2億m³，占用水總量的47.5%。這與2.3節(jié)的計(jì)算結(jié)果相符。因此，新疆現(xiàn)狀耗水結(jié)構(gòu)基本滿(mǎn)足“在西北干旱區(qū)，流域耗水量的總和應(yīng)不超過(guò)可用水資源量的70%;其中，生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耗水占比以各50%為宜”的內(nèi)陸河水資源調(diào)控要求［26］。然而，這一計(jì)算結(jié)果是新疆水文情勢(shì)好轉(zhuǎn)的前提下推算出的。此外，本研究未考慮新疆地下水超采量。在此背景下，計(jì)算得新疆天然植被耗水量在2010—2018年的年均值為244.7億m³，較2000—2010年和1990—2000年分別增加了8.4%和34.7%，此時(shí)生態(tài)耗水總量占人類(lèi)活動(dòng)區(qū)可耗水量的49.0%，天然生態(tài)系統(tǒng)耗水量占人類(lèi)活動(dòng)區(qū)可耗水量的32.4%（圖5）。然而，在枯水年和平水年條件下，新疆生態(tài)耗水總量分別為264.1億和293.1億m³，分別占人類(lèi)活動(dòng)區(qū)可耗水量的39.7%和44.0%，顯然難以滿(mǎn)足“生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耗水占比以各50%為宜”的調(diào)控要求。由此可見(jiàn)，未來(lái)隨著豐水周期的結(jié)束，加之持續(xù)增溫引起的耗水強(qiáng)度增加，維系這一合理耗水結(jié)構(gòu)將面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。綜上，應(yīng)控制地下水超采，實(shí)施流域水資源管理制度，保障水量分配落實(shí)到位，權(quán)衡生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)耗水。此外，新疆生態(tài)耗水總量顯著增長(zhǎng)，但仍有32.3%的植被面積覆被顯著減小，應(yīng)優(yōu)化流域工程布局和生態(tài)灌溉模式，提高水分利用效率［27］。

4 結(jié)論

本文應(yīng)用遙感信息技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，利用土地利用數(shù)據(jù)和全球陸表特征參數(shù)蒸散數(shù)據(jù)，從省域和水資源分區(qū)2個(gè)尺度分析了1990年以來(lái)新疆綠洲格局及生態(tài)耗水的演變規(guī)律，揭示了新疆生態(tài)耗水的結(jié)構(gòu)特征。主要結(jié)論如下：

（1） 1990—2020年間，人工綠洲面積不斷侵占天然綠洲，綠洲配比逐步趨于1.5∶1。

（2） 新疆綠洲耗水量整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中2010—2018年較1990—1999年和2000—2010年增幅更明顯;綠洲耗水呈“北高-南低”的空間分布;人工綠洲和天然綠洲的植被耗水總量波動(dòng)增長(zhǎng)，增幅分別為57.0%和45.8%。

（3） 新疆的植被覆被23.6%顯著增長(zhǎng)，32.3%顯著減小，44.1%未發(fā)生顯著變化。新疆綠洲生態(tài)耗水量為249.1億m³，天然湖泊生態(tài)耗水量為38.7億m³，人工水庫(kù)、坑塘等水體耗水量為20.2億m³，農(nóng)田防護(hù)林耗水量為21.7億m³。新疆生態(tài)耗水總量為329.7億m³，占總可利用水量的49.6%，耗水結(jié)構(gòu)基本符合“生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耗水占比以各50%為宜”的調(diào)控原則。

參考文獻(xiàn)：

［1］凌紅波，徐海量，劉新華，等.新疆克里雅河流域綠洲適宜規(guī)模［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2012，23（4）：563-568.（LING H B，XU H L，LIU X H，et al.Suitable scale of oasis in Keriya River basin，Xinjiang［J］.Advances in Water Science，2012，23（4）：563-568.（in Chinese））

［2］劉金鵬，費(fèi)良軍，南忠仁，等.基于生態(tài)安全的干旱區(qū)綠洲生態(tài)需水研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2010，41（2）：226-232.（LIU J P，F(xiàn)EI L J，NAN Z R，et al.Study on ecological water requirement of the arid area oasis based on the theory of ecological security［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2010，41（2）：226-232.（in Chinese））

［3］陳亞寧，楊青，羅毅，等.西北干旱區(qū)水資源問(wèn)題研究思考［J］.干旱區(qū)地理，2012，35（1）：1-9.（CHEN Y N，YANG Q，LUO Y，et al.Ponder on the issues of water resources in the arid region of Northwest China［J］.Arid Land Geography，2012，35（1）：1-9.（in Chinese））

［4］何珍珍，王宏衛(wèi)，楊勝天，等.渭干河-庫(kù)車(chē)河綠洲景觀(guān)生態(tài)安全時(shí)空分異及格局優(yōu)化［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（15）：5473-5482.（HE Z Z，WANG H W，YANG S T，et al.Spatial-temporal differentiation and pattern optimization of landscape ecological security in the Ugan-Kuqa River oasis［J］.Acta Ecologica Sinica，2019，39（15）：5473-5482.（in Chinese））

［5］YANG G，LI F D，CHEN D，et al.Assessment of changes in oasis scale and water management in the arid Manas River basin，North Western China［J］.Science of the Total Environment，2019，691：506-515.

［6］孫旭偉，李森，王亞暉，等.1975—2020年疏勒河流域綠洲時(shí)空變化研究［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2022，42（22）：9111-9120.（SUN X W，LI S，WANG Y H，et al.Spatiotemporal change of oasis in Shule River basin during 1975—2020［J］.Acta Ecologica Sinica，2022，42（22）：9111-9120.（in Chinese））

［7］雷越，張學(xué)斌，羅君，等.基于不同樣帶的干旱區(qū)城市景觀(guān)格局時(shí)空演變特征：以張掖市為例［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2023，43（5）：2034-2048.（LEI Y，ZHANG X B，LUO J，et al.Spatio-temporal evolution of urban landscape pattern in arid areas based on different zones：a case study of Zhangye City［J］.Acta Ecologica Sinica，2023，43（5）：2034-2048.（in Chinese））

［8］王錄倉(cāng)，高靜.基于灌區(qū)尺度的聚落與水土資源空間耦合關(guān)系研究：以張掖綠洲為例［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2014，29（11）：1888-1901.（WANG L C，GAO J.Spatial coupling relationship between settlement and land and water resources based on irrigation scale—a case study of Zhangye City［J］.Journal of Natural Resources，2014，29（11）：1888-1901.（in Chinese））

［9］MA W J，MENG L H，WEI F L，et al.Sensitive factors identification and scenario simulation of water demand in the arid agricultural area based on the socio-economic-environment nexus［J］.Sustainability，2020，12（10）：3996.

［10］黃曉榮，姜健俊，裴源生，等.基于生態(tài)保護(hù)的寧夏天然綠洲生態(tài)需水研究［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2006，17（3）：312-316.（HUANG X R，JIANG J J，PEI Y S，et al.Ecological water demand of Ningxia oasis based on ecological conservancy［J］.Advances in Water Science，2006，17（3）：312-316.（in Chinese））

［11］付翔永，楊漢波，謝艷玲，等.葉爾羌河下游河岸林草耗水分析［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2023，42（2）：45-55.（FU X Y，YANG H B，XIE Y L，et al.Analysis on water consumption by forest and grass in lower reach of Yarkand River［J］.Journal of Hydroelectric Engineering，2023，42（2）：45-55.（in Chinese））

［12］FEYISA G L，MEILBY H，F(xiàn)ENSHOLT R，et al.Automated water extraction index：a new technique for surface water mapping using Landsat imagery［J］.Remote Sensing of Environment，2014，140：23-35.

［13］董新光，鄧銘江.新疆地下水資源［M］.烏魯木齊：新疆科學(xué)技術(shù)出版社，2005.（DONG X G，DENG M J.Groundwater Resources in Xinjiang［M］.Urumqi：Xinjiang Science and Technology Publishing House，2005.（in Chinese）））

［14］徐宗學(xué)，班春廣，張瑞.雅魯藏布江流域徑流演變規(guī)律與歸因分析［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2022，33（4）：519-530.（XU Z X，BAN C G，ZHANG R.Evolution laws and attribution analysis in the Yarlung Zangbo River basin［J］.Advances in Water Science，2022，33（4）：519-530.（in Chinese））

［15］徐宗學(xué)，周祖昊，姜瑤，等.西南河流源區(qū)徑流量變化規(guī)律及其未來(lái)演變趨勢(shì)［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2022，33（3）：360-374.（XU Z X，ZHOU Z H，JIANG Y，et al.Variation laws and future evolution trends of runoff in the headwaters region of Southwestern rivers［J］.Advances in Water Science，2022，33（3）：360-374.（in Chinese））

［16］唱彤，酈建強(qiáng)，郭旭寧，等.江漢平原水域空間格局時(shí)空演變特征及其驅(qū)動(dòng)因素分析［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2023，34（1）：21-32.（CHANG T，LI J Q，GUO X N，et al.The spatial-temporal characteristics and driving forces analysis of water area landscape pattern changes on the Jianghan Plain［J］.Advances in Water Science，2023，34（1）：21-32.（in Chinese））

［17］黃靜，張運(yùn)，汪明秀，等.近17年新疆干旱時(shí)空分布特征及影響因素［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2020，40（3）：1077-1088.（HUANG J，ZHANG Y，WANG M X，et al.Spatial and temporal distribution characteristics of drought and its relationship with meteorological factors in Xinjiang in last 17 years［J］.Acta Ecologica Sinica，2020，40（3）：1077-1088.（in Chinese））

［18］ZHANG J X，WANG S S，HE Y L，et al.Contribution of the precipitation-recycling process to the wetting trend in Xinjiang，China［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2022，127（11）：e2021JD036407.

［19］王浩，陳敏建，何希吾，等.西北地區(qū)水資源合理配置與承載能力研究［J］.中國(guó)水利，2004（22）：43-45.（WANG H，CHEN M J，HE X W，et al.Study on rational allocation and carrying capacity of water resources in Northwest China［J］.China Water Resources，2004（22）：43-45.（in Chinese））

［20］賈寶全，慈龍駿.新疆生態(tài)用水量的初步估算［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20（2）：243-250.（JIA B Q，CI L J.The primary estimation of water demand by the eco environment in Xinjiang［J］.Acta Ecologica Sinica，2000，20（2）：243-250.（in Chinese））

［21］中國(guó)工程院“西北水資源”項(xiàng)目組.西北地區(qū)水資源配置生態(tài)環(huán)境建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2003，5（4）：1-26.（Water Resources in Northwest Region Task Group of Chinese Academy of Engineering.Strategic study on allocation of water resources，conservation and upgrading of eco-environment and sustainable development in North-West China［J］.Strategic Study of CAE，2003，5（4）：1-26.（in Chinese））

［22］中國(guó)工程院.新疆可持續(xù)發(fā)展中有關(guān)水資源的戰(zhàn)略研究（綜合卷）［R］.北京：中國(guó)工程院，2012.（Chinese Academy of Engineering.Strategic research on water resources in sustainable development of Xinjiang （Comprehensive Volume）［R］.Beijing：Chinese Academy of Engineering，2012.（in Chinese））

［23］龍愛(ài)華，魏瀟娜，張繼，等.近16年來(lái)新疆內(nèi)陸河區(qū)生態(tài)耗水及其變化分析［J］.水利水電技術(shù)，2019，50（12）：170-177.（LONG A H，WEI X N，ZHANG J，et al.Analysis of ecological water consumption and its variation in inland river regions in Xinjiang in recent 16 years［J］.Water Resources and Hydropower Engineering，2019，50（12）：170-177.（in Chinese））

［24］吳彬，杜明亮，穆振俠，等.1956—2016年新疆平原區(qū)地下水資源量變化及其影響因素分析［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2021，32（5）：659-669.（WU B，DU M L，MU Z X，et al.Analysis on the variation of groundwater resources and influencing factors in Xinjiang plain area from 1956 to 2016［J］.Advances in Water Science，2021，32（5）：659-669.（in Chinese））

［25］YAO J Q，CHEN Y N，ZHAO Y，et al.Climatic and associated atmospheric water cycle changes over the Xinjiang，China［J］.Journal of Hydrology，2020，585：124823.

［26］鄧銘江，石泉.內(nèi)陸干旱區(qū)水資源管理調(diào)控模式［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2014，29（9）：1046-1054.（DENG M J，SHI Q.Management and regulation pattern of water resource in inland arid regions［J］.Advances in Earth Science，2014，29（9）：1046-1054.（in Chinese））

［27］LI M Y，DENG M J，LING H B，et al.Constructing a new irrigation model for desert riparian forests based on response of canopy EVI loss and tree rings growth to groundwater fluctuation［J］.Ecological Indicators，2023，148：110060.

Analysis on the change of oasis pattern and ecological water

consumption structure in Xinjiang

The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China （No.52179028） and the Xinjiang Water Conservancy Science and Technology Special Fund Project，China （No.XSKJ-2023-08）.

LI Mengyi DENG Mingjiang LING Hongbo DENG Xiaoya YAN Junjie JIAO Ayong

（1. State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300350，China;

2. School of

Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300350，China;

3. Xinjiang Irtysh River Basin Development and Construction

Management Bureau，Urumqi 830011，China;

4. Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of

Sciences，Urumqi 830011，China;

5. China Institute of Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China;

6. Yili Normal University，Yining 835000，China;

7. College of Water Resources and Hydropower，

Sichuan University，Chengdu 610065，China）

Abstract：This study aimed to assess the changes in oasis patterns and the ecological structure of water consumption in Xinjiang，China.Remote sensing information and statistical analysis were applied to study the evolution patterns of Xinjiang′s oases and water consumption in the province from the 1990s onward.In doing so，we aimed to reveal the proportional relationship between the socioeconomics and ecology of water consumption.The results showed that the ratio of artificial to natural oases increased from 0.625∶1 to 1.3∶1.Overall，the consumption of artificial and natural oases showed a fluctuating growth trend：the consumption of artificial and natural oases was 125.0 and 45.8 billion m³，respectively，in 1990，increasing to 18.22 and 7.19 billion m³，respectively，by 2018.Spatially，the consumption of Xinjiang′s oasis water was higher in the north and lower in the south.The total ecological water consumption in Xinjiang was 32.97 billion m³.Furthermore，the water consumption of natural ecosystems is was 21.80 billion m³，and the ratios to the total available amount of water amount are were 49.6% and 32.8%，respectively.

Key words：ecological water consumption;third-class water resource regions;oasis pattern;water consumption structure