全 文 ：!"多年来塔南策勒绿洲动态变化研究
王兮之 葛剑平
（北京师范大学生命科学学院 生物多样性与生态工程教育部重点实验室，北京 !""#$%）
摘 要 利用策勒绿洲 !&%’、!&&"和 !&&#年 (个不同时期的遥感数据（航片、)*和 +,-)）进行配准、解译与分类处
理，比较分析绿洲 ."多年来的动态变化，并从自然和人为因素两个方面探讨绿洲变化的原因。结果表明，从 !&%’
年到 !&&#年策勒绿洲西北部的景观格局发生了显著变化，绿洲面积增加了近 /"0；林地的分布明显改变；河道发
生显著位移，据实地调查大约向北移动 ."" 1。对 !&&"年 )*与 !&&#年 +,-)分类数据，用 2345+)4)+软件计算景
观格局指数并比较分析，发现研究区的绿洲、绿洲6荒漠交错带、荒漠和沙丘 .种景观类型发生了明显的变化。绿洲
面积增加而斑块数减少了近一半；交错带面积减少而斑块数增加了 (%0；荒漠面积减少而斑块数增加了 ’"0；沙丘
面积基本没有变化但斑块数减少了 /"0。绿洲变化的总体趋势是人工绿洲的面积增大而绿洲6荒漠交错带的面积
明显减少，同时整个绿洲的破碎度增加而连通性降低，绿洲的稳定性和自我调节的功能下降。
关键词 遥感数据 策勒绿洲 景观指数 动态变化
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! 收稿日期：/""(6"#6!# 接受日期：/""(6!/6!/
基金项目：国家自然科学基金项目（/"/".’）和欧盟基金资助项目（TC!#C)"/$%）
感谢德国哥廷根大学的 \GIBG ]EMGIBG教授在航片数据处理和分析过程中提供的帮助
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植物生态学报 /"".，;<（(）(’& _ ($% !
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!"# $%&’( @%<6,% ’%"’!"2 (&,&，5!$& 6&’!’，A&"(’#&=% !"(!#%’，*-"&山地—绿洲—荒漠是干旱区典型的景观组成
结构，其中绿洲作为人类生存、活动和发展的基本场
所，是最具活力并且对环境反应最敏感的区域。绿
洲是在干旱气候条件下形成的以荒漠为基质，河流、
水渠以及道路为基本的廊道，绿洲和湖泊为主要斑
块的具有较高第一性生产力的非地带性景观类型。
绿洲的动态变化长期以来一直是人们所关注的重大
生态问题（贾宝全等，B99C），许多关于绿洲变化的量
化记录只是通过地图、照片和历史记载来描述的，缺
乏在较大的区域范围内比较客观地研究景观格局的
量化信息。随着遥感技术迅速发展及卫星数据的广
泛应用，为定量分析景观格局与景观动态变化提供
了强有力的工具（A!33%’&"( D E!%;%$，CFF8；G$61"，
CFFH；E%="%$ +, -. )，B999；王兮之等，B99B）。本文
通过对比策勒地区 CFIJ年的航片、CFF9年的 4K和
CFFH年的 LMN4卫星数据，分析 89多年以来该绿洲
景观类型及其植被空间分布状况的变化，通过比较
不同时期遥感数据以及其它相关自然环境和社会经
济的历史文字记录来揭示策勒绿洲变迁的动因。
) 研究区概况
策勒县位于塔克拉玛干沙漠南面与昆仑山北麓
之间绿洲带的中部地区，H9O9PQB8R S HBOC9QP8R 0，PIO
CTQIIR S PFOP9Q99R U，最高海拔 J HC9 <，最低海拔
C PH9 <。绿洲区气候属于暖温带荒漠气候，多年平
均气温 CC ) F V，平均年降水量小于 I9 <<，年平均
蒸发量为 B J99 <<，土壤以风沙土和棕漠土为主。
天然植被类型单调，群落结构简单，乔木群落主要有
胡杨林（/012.23 +2145-,67-）和少量灰杨林（/ 8 1529
6:03-），灌木群落主要有多枝柽柳（(-;-56< 5-;0363369
;-）和 密花柽柳（( 8 -57+:406=+3）等灌丛类型，小灌
木群落主要有塔里木沙拐枣（ %-..6>0:2; 7-12,9
;+=23-+）、木膜果麻黄（!14+=5- 15?+@-.3A66）和琵琶柴
（B+-2;256- 30:>-567-）P种类型。多年生草本群落主
要有芦苇（/45->;6,+3 -23,5-.63）、骆驼刺（ ).4->6 31-59
36C0.6-）、花花柴（ D-5+.6:6- 7-3167-）P 种类型（陈昌笃
等，CFHT）。除了胡杨、芦苇和骆驼刺有时可以形成
较郁闭的群落外，其它群落都十分稀疏，覆盖度普遍
在 P9W以下，因此自然生态系统十分脆弱。研究区
是一个典型的绿洲?荒漠生态系统，它的形成和发展
完全依赖于发源于昆仑山北麓的策勒河。
* 研究方法
* )) 数据来源
策勒绿洲景观格局分布及其动态变化研究的数
据主要来源于 CFIJ年（CFIJ X C9 X CH）的 J幅航片（E?
T?CHYIJ "6)B9，BB，B8 &"( PF，8C，8P）（C：I 999）、CFF9
年（CFF9 X C9 X 9I）的 4K数据（M&,1C8J?@6>P8）和 CFFH
年（CFFH X 9F X BJ）的一景 LMN48 多光谱卫星影像（8?
B9F?BTI L#%"%）。由于获取的一景 4K与 LMN4数据
范围较大，研究的具体区域根据航片的范围来确定，
选取了策勒绿洲变化最敏感的地区，即绿洲西北部
大约 CT Z< [ C8 Z<的范围进行研究，同样在 4K和
LMN4数据上裁剪相应的范围来进行比较分析。
* )* 数据处理
CFIJ年研究区景观特征是利用 \ X]系列的航
片来表示的，由于该数据清晰度很好，甚至能看到较
高物体的阴影，使得识别单个树木成为可能。但是
航片上不可能进行精确地理坐标的定位，因为现在
所测定的明显地面特征与航片上的不吻合，这主要
是由于 B9世纪 H9年代以来大规模的绿洲重建使得
建筑物、水渠等地表比较明显的特征发生了彻底的
改变。因此，只能利用一些主要的交通道路的弯曲
特征提供比较粗的地理位置参考。对 J幅航片进行
拼接，根据不同的灰度值勾画出研究区的植被分布、
河道及景观格局特征，同时叠加上根据 B999年实地
调查并在 CFFH年的数据上所勾画的绿洲边界（图 C）
并进行对比。
CFF9年 4K数据与 CFFH年 LMN4数据的处理过
程：首先在 0@*^L软件中利用 _ML实测的地面控制
点数据对 LMN4图像进行投影转换，同时输出的图
像文件重新采样为 P9 <与 4K数据的分辨率一致，
便于比较分析。然后在 4K数据中截取与 LMN4数
据相应范围的图像进行投影转换，使之具有相同的
投影系统（‘4K X]_LH8）。对经过投影转换的 4K和
LMN4数据进行裁剪，截取的范围与航片范围一致。
PT9 植 物 生 态 学 报 BH卷
图 ! !"#$年与 %&&&年策勒绿洲边界示意图
’()*! +,-(./ 01232)-.014 5-26 !"#$ 7(31 31, 2.4(4 82-9,- (: 71(3, .:9 (: %&&& (: 8/.;<
对截取策勒绿洲的 =>与 ?@A=数据利用 BCD+?进
行监督分类，在较大尺度上，共分为绿洲、交错带、荒
漠和沙丘 E 种类型（图 %，图 F）。最后，利用
’C+G?=+=? F*&景观格局分析软件计算相应的景观
格局指数，进行量化比较分析。
! 结果与讨论
! *" !"#$年航片与 !""H年 ?@A=比较
由表 !看出自 %&世纪 I&年代以来耕地面积减
少，而图 !却显示出绿洲用地面积从 !"#$年到 %&&&
年增加了大约 %&J，面积扩大的部分主要在绿洲北
部。主要原因是绿洲作为县城所在地，随着人口的
快速增加，数十年来行政机关、工商业、教育等公共
建筑和居民建筑用地以及人工林地与农田防护林的
表 ! !"##年以来策勒绿洲人口、耕地面积和养畜量变化
（李小明等，!""#）
=.8/, ! K1.:),4 25 020L/.3(2:，5.-6/.:9 .:9 /(M,432;< (: N(-. 2.4(4
5-26 !"##（O( !" #$ *，!""#）
年
P,.-
人口
@20L/.3(2:
（ Q !&E）
耕地面积
@/.:3.3(2: .-,.
（ Q !&E16%）
养畜量
O(M,432;<
（ Q !&E）
!"## % *E! & *#$ $ *$I
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!"$# % *%" & *$E I *FH
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!"I# % *H# & *## $ *!#
!"H& F *&I & *#! $ *E%
!"H# F *"$ & *E% $ *"!
!""& E *E" & *EI H *E$
成倍扩大，耕地面积虽有所减少但绿洲总面积仍有
较大幅度的增加。绿洲的西面和东北部的砾质平原
上显示有沙丘的入侵，据实地调查西南部由于策勒
河的水侵蚀作用造成部分耕地面积减少。
由于卫星遥感数据的分辨率不高、植被变化的
历史记录不全，所以，对研究区 EE年来胡杨林面积
的增减不能精确地定量，但我们还是能看出绿洲边
缘胡杨林分布格局的明显变化（图 E）。现存的大量
胡杨林分布的区域集中在绿洲北部（东经 H&REES至
H&RE#S之间），主要原因是该地区自 %& 世纪 H& 年代
以来，林业管理部门把胡杨林作为保护区而得以保
存，用树木年轮方法测定这里的胡杨林，可确定这些
胡杨是 !"II年出现的（CL:), !" #$ *，%&&!）。在对绿
洲北部次生林地和重建林地的比较发现，里面散布
的许多斑块 !"#$年尚有树木而现已消失，但这些斑
块中至今还存在过去胡杨树的枯立木。根据胡杨残
留的情况判断，这些地点至少有两处 !"#$年仍然是
林地。残留枯立木的发现说明树木可能是被砍伐
的，当然也有可能是由于地下水位下降、水分亏缺而
使树木枯死。
图 #显示了策勒河的主河道位置也发生了明显
的变化。现在主河道分叉位于 FIR&&SF&T U、H&RE%S
!&T B的位置，据调查是于 !"H$ 年形成的。在河水
分叉处附近的实地考察发现河水对岸边的侵蚀十分
严重。水侵岸移以及河道的淤积使老河床向北移动
F期 王兮之等：E&多年来塔南策勒绿洲动态变化研究 FI!

图 ! "#!$年与 %&&&年策勒绿洲河道分布示意图
’()*! +(,-. /-0 12 3(.4 (5 "#!$ 1678(5-0 (5 9:(7- 450 (5 %&&& (5 /84;<
部分浅绿色为居民地和收割后的农田；浅绿色为交
错带主要是荒漠的天然植被和少量人工林地分布
区；金黄色是绿洲西部的可移动沙丘；黄色是固定沙
丘和植被分布稀少的荒漠地区。策勒绿洲从 "##&
年到 "##=年总体变化情况是，绿洲面积扩大而绿洲
>荒漠交错带的宽度明显缩小，荒漠与沙丘的面积变
化不大，绿洲及其交错带有向河流上游移动的趋势。
另外，对图 %、图 ? 进行比较发现，绿洲南部县城人
口聚集地的面积增加非常明显。
对策勒绿洲 =年来的景观格局变化进行定量化
分析，绿洲 @种景观类型的格局变化情况如表 ?所
示。
绿洲的面积增加了 $ %!$块，面积增加主要在绿洲北部，而同时小斑块明
显连成片；绿洲>荒漠交错带的面积减少 % * ! 斑块数增加了 " &!! 块，也就是说，交错带植被退
化、破碎化程度大大增加。研究区北部的交错带宽
度明显缩小而西部的面积却略有增加，斑块数的增
加主要是在西北部；荒漠面积减少 ? * @ 数增加了 $&=块，主要是绿洲西部的面积有所减少；
沙丘的面积基本上没有变化但斑块数减少了 $B"
块。
景观指数是能够高度浓缩景观格局信息、反映
研究区内结构组成和空间分布特征的定量指标。
’+CDEFCFE景观格局分析软件从斑块、类型和景观
?种水平上计算了景观格局指数，我们选取了几种
指数说明策勒绿洲的格局变化，具体的指数计算方
法和内容详见 G;D4.()48和 G4.策勒绿洲类型水平上的部分景观指数如表 ?所
示，斑块密度、边缘密度、聚集度、混布与并列指数和
聚合指数，定量地反映了研究区 @种景观类型变化
的特征和程度。如交错带的面积减少了约 % *! 斑块数增加了 " &&!块，斑块密度由 = * %B$ @增加到
"% *$=@ "，边缘密度由 $@ * B&% $增加到 =" * ?"# =，而
聚集度由& *BB= B减少到 & *B"$ "，混布与并列指数由
B= *%?& @减少到 $@ * =$& B，聚合指数由 =@ * #%# ! 减
少到=& *?B& B。交错带的变化特征是随着面积的减
少和斑块数的增加其破碎度增加而连通性降低，即
不稳定性增强。绿洲、荒漠和沙丘 ?种类型也可作
类似的定量分析。
策勒绿洲景观水平上的部分景观指数如表 @所
示，定量地反映了整个研究区的总体景观格局与变
化特征。从 "##&年到 "##=年策勒绿洲的斑块数增
加了 B?$块，斑块密度和边缘密度增加，连通性、聚
合指数和混布与并列指数降低，说明整个区域的破
碎度增加，连通性降低。另外，由于研究的时间跨度
较短，因而多样性指数与均匀度所反映的变化特征
不显著。
! *! 绿洲景观动态变化
策勒绿洲景观格局的动态变化主要表现在!个
?期 王兮之等：@&多年来塔南策勒绿洲动态变化研究 ?B?
表 ! "##$年与 "##%年类型水平的景观指数
&’()* ! +’,-./’0* 1,-*2 34 /)’.. )*5*) 1, "##$ ’,- "##%
绿洲 6’.1.
"##$ "##%
交错带 7/383,*
"##$ "##%
荒漠 9*.*:8
"##$ "##%
沙丘 9;,*
"##$ "##%
面积 <:*’（=>?） @AB$C A! B"! A@ B!@ A! B%D %C BD% %" B"% "" B!% "" B"#
斑块数 E;>(*: 34 0’8/F（!"） @!$ !AC " #%" ! $!@ #$A " D"D ? AC% ? $AA
斑块密度 G’8/F -*,.18H（"#） ? B@!? " " BD@? D % B?A@ C "? B@%C " ! BA%# C @ B!?# D ""BC%$ # % B@AA D
边缘密度 7-I* -*,.18H（$#） ?# B"?C D ??B#DA # @C BA$? @ %" B!"# % @?B!D! % %"BA#? ! !? B#D? ! ?A B@@# C
聚集度 J);>01,*.. 1,-*2（%&’(")） $ B%#D ! $ B#?? D $ BAA% A $ BA"@ " $ BA#D ! $ BA?@ $ $ BCD! ! $ BD!! D
混布与并列指数
K,8*:.0*:.13, ’,- L;28’03.1813, 1,-*2（ *+*） "? B??D A C B#@? A A% B?!$ C @C B%@$ A @DB!C% ! DABA%% D !@ BC"C @ ?@ BD#% D
聚合指数 表 C "##$年与 "##%年景观水平的景观指数
&’()* C +’,-./’0* 1,-*2 34 )’,-./’0* )*5*) 1, "##$ ’,- "##%
"##$’ "##%’
斑块数（!"） @ ?@@ A $$?
斑块密度（"#） ?@B"A% A ?# B?D! @
边缘密度（$#） #CBD@@ @ "$@B%@# A
连通度（%-!.,/） !%BCAD % !A B!C! %
混布与并列指数（ *+*） @#B#CD # @" B@?! @
聚合指数（,*） %DB#?A A %C B$AA #
MF’,,3,多样性指数（01#*） "B?!! C " B?!D $
M1>0.3,多样性指数（0*#*） $B@#? A $ B@#C ?
修正 M1>0.3,多样性指数（(0*#*） "B"A# % " B"%C #
MF’,,3,均匀度指数（01$*） $B%%# A $ B%#$ #
M1>0.3,均匀度指数（0*$*） $B#?! @ $ B#?D @
修正 M1>0.3,均匀度指数（(0*$*） $B%D" " $ B%DC A
!"，"#，$#，*+*，,*：同表 ! M** &’()* ! %-!.,/：J3,8’I13,
1,-*2 01#*：MF’,,3, -15*:.18H 1,-*2 0*#*：M1>0.3, -15*:.18H 1,-*2
(0*#*：N3-141*- M1>0.3, -15*:.18H 1,-*2 01$*：MF’,,3, *5*,,*.. 1,-*2
0*$*：M1>0.3, *5*,,*.. 1,-*2 (0*$*：N3-141*- M1>0.3, *5*,,*.. 1,-*2
方面："）绿洲面积扩大、居民点连片，连通性增加。
对过去近 C$多年的有关资料的研究结果表明，绿洲
总面积的扩大显然是人口增加（表 "）、经济发展促
成的。根据田长彦等（"###）研究，新疆过去 C$多年
的绿洲化过程使绿洲总面积扩大了 ? BA倍。与新疆
的整个绿洲扩大的变化状况比较，策勒绿洲面积的
增加仅处于中等水平。?）天然林地面积缩减，许多
原有的分布区（点）消失。胡杨林面积缩减的原因较
为明显：其一是因居民对燃料、民房建材和家畜饲料
的需要而进行的伐木砍枝；其二是河流上游农田灌
水量增加，河水到达不了下游而使胡杨幼苗更新受
阻以及绿洲边缘地区总体地下水位下降、树木生长
衰退以至消亡。前述航片与卫片的比较结果表明，
策勒绿洲广阔的植被带与 C$多年前比较发生了重
大改变，至少是现存的自然植被面积比 C$多年前减
少了很多。北部曾生长着胡杨林无性株系的判断由
胡杨枯木残留物的存在而得到验证，这意味着在
"#D@年之后曾经发生较大规模的毁林采伐。在南
疆，绿洲天然森林面积的减少过程一直存在，整个塔
里木盆地胡杨林的面积从 "#D$ 年以来到现在缩小
了大约 D$O（田长彦等，"###）。!）策勒河下游改道，
向北移动 C$$余米。无论从自然地理史还是从人类
史的角度来看，绿洲P荒漠中河流改道是频繁发生
的。究其原因，有自然的也有人为的因素。策勒绿
洲的年均降水量很低，其地表径流来源于昆仑山的
夏秋季降水和冰川消融水。夏季消融的冰雪往往形
成流量很大的山洪，有时夏季的洪水过后会形成宽
达几公里的冲积平原。多次山洪后泥沙的堆积会填
塞河道，洪水也会侵蚀切割河岸，久之使河道移位，
而流沙的堆积填充河道也会使河水改道。河流改道
又反过来影响人类在绿洲的生存和发展；如楼兰古
城的消失与南丝绸之路二十几个城镇被沙掩埋，其
原因主要是河道移位、河水流量变小到达不了下游，
致使居民被迫放弃他们的居住地而向河流的上游迁
移。C）绿洲北部交错带宽度明显缩小。在年降雨量
小于 D$ >>的塔南绿洲，其前沿防护植被的主要组
分种并非是耐旱植物，而是以强大的根系汲取地下
水的胡杨、骆驼刺等中生植物。此类植被一旦因人
类樵采地下水位下降而衰亡，要使其恢复重建是相
当困难的。这些植物的更新有两个必要条件：一是
A Q #月冲漫过河床的适量洪水保证种子的萌发；二
是幼苗定居后每年仍有一定量的洪水浇灌，使根系
生长到可接触地下水以持续供给成龄植株生长的需
要。比较研究区数十年的景观动态，发现下游河流
的水量越来越少，这主要是因为绿洲面积扩大、需水
量增加，致使流入沙漠的水量减少。因此，下游植被
的恢复更新得不到保证。且下游水量的减少使地下
水补充量不足，水位下降，从而依靠地下水生长的胡
杨、骆驼刺等植物衰退、消亡。目前，整个新疆自治
区共建有 C@@个水库，库容量为 D B #! R "$# >!，这几
乎是塔里木河的年均流量。绿洲占新疆总面积的
C B!O，却消耗地表径流总量的 DD B DO（田长彦等，
!AC 植 物 生 态 学 报 ?%卷
!"""）。现在策勒河上游准备建造新的水库，这虽可
以部分有效地减少水资源的浪费，但将来流到沙漠
中的水会进一步减少，最终会影响绿洲#荒漠界面以
胡杨、柽柳、骆驼刺等为代表的自然植被乃至整个绿
洲的存在。$）荒漠与沙丘的动态变化十分显著。历
史上，策勒县城就曾因为风沙湮没而 %次被迫迁移。
在最近的几十年中，沙漠会不断地逼近绿洲，尤其是
绿洲#荒漠交错带面积的减少，使沙丘最终到达绿洲
边缘。沙丘的移动和荒漠化过程在大的时间尺度上
是一个自然地理过程，而有史以来人为活动造成的
沙漠化也是一个重要的原因。
! 结 论
!）策勒绿洲 &’多年来景观格局的变化非常显
著：绿洲面积明显扩展，绿洲#荒漠交错带与荒漠面
积减少而相应的斑块数急剧增加。另外，沙丘的面
积虽然变化不大但斑块数减少了近 ! ( $，说明流动
沙丘已连成片。这些变化都严重地削弱整个绿洲的
稳定性和自我调控能力。)）绿洲#荒漠交错带植被
作为绿洲#荒漠生态系统的前沿屏障，是最敏感易变
化的部分，其中天然植被的消长状态是反映整个绿
洲景观变化的重要指示因子。而绿洲#荒漠交错带
面积的减少、生境破碎化程度的加剧预示着绿洲屏
障的消失，进而危及整个绿洲生态系统的存在。%）
绿洲总体面积的扩大并不意味着生态环境的改善；
相反，由于农业用水和生活用水使水资源耗量增加、
地下水位下降，会使绿洲生态系统稳定性降低乃至
衰亡。&）&’多年来绿洲的变化受自然条件的影响
很小，主要是受到人为活动的干扰，尤其是人口和家
畜数量的增加、社会经济活动规模的倍增，对绿洲变
化产生了剧烈影响。
参 考 文 献
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1杨立庄 2 . 3/ 85- 1颜铭 2 9 4/ */ 8: 1于子成 2 / !";=,>5?@A-B+@C AD E,6,?5?@A- 5-F GA-?HA> F,B,H?@D@G5?@A- @- >AI +@>>
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责任编委：马克平 责任编辑：周玉荣
%期 王兮之等：&’多年来塔南策勒绿洲动态变化研究 %<$