The land use and landscape pattern in the lower reaches of the arid inland river basin is meaningful to water resource allocation. Based on the land use data in 1930, 1961, 1990, 2000, 2010, the purpose of this study was to quantitatively analyze the change of landscape pattern in the Ejin Delta in the lower reaches of the Heihe River Basin, a typical inland river basin in Northwest China. The results showed that the desert area accounted for 73.4% of the total research area in 2010, and the grassland 20.8%. During the past 80 years, the grassland, farmland and construction land increased. The transformation of land use types were characterized by switching to farmland and construction land. The fragmentation and diversity of the landscape increased, while the dominance of the landscape decreased. The landscape pattern obviously lied on the water resource and had regional diversity. Land use changes tended to make the landscape welldistributed, diverse and fragmentized. At last, the driving factors and ecological environment effects of land use change were discussed. In a word, to ensure harmonious development between human and ecohydrology, suggestions such as planning ecological resettlement, limiting farmland area, developing precision agriculture and increasing the proportion of ecological water use should be put forward.
全 文 :1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化∗
年雁云1,2∗∗ 王晓利3 陈 璐1
( 1兰州大学资源环境学院, 兰州 730000; 2中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 兰州 730000; 3北京大学城市与环境学
院, 北京 100871)
摘 要 干旱区内陆河流域下游的土地利用、景观格局对水资源调配具有重要意义.本文基
于 1930、1961、1990、2000、2010年土地利用数据,分析黑河流域下游额济纳三角洲土地利用
和景观格局的变化.结果表明: 2010年,研究区沙漠化土地面积占总面积的 73.4%,其次是草
地,占 20.8%.1930—2010年,土地利用变化最明显的特征是草地、农田和建设用地增加;各土
地类型间转化突出表现为农田和建设用地的转入;土地利用景观破碎度和多样性增加,优势
度降低,且具有明显水源依赖性和地域性差异;土地利用变化使景观趋于均匀、多样、破碎.基
于其驱动因素及生态环境效应的探讨,针对人⁃水⁃生态协调问题,提出“有计划生态移民、限制
农田面积、发展集约式精准农业、增加生态用水比例”的建议.
关键词 长时间尺度; 土地利用格局; 景观指数; 额济纳三角洲
文章编号 1001-9332(2015)03-0777-09 中图分类号 F301; P901 文献标识码 A
Land use pattern change in Ejin Delta of Northwest China during 1930-2010. NIAN Yan⁃
yun1,2, WANG Xiao⁃li3, CHEN Lu1 ( 1College of Earth and Environmental Sciences, Lanzhou Uni⁃
versity, Lanzhou 730000, China; 2Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research
Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 3College of Urban and Environ⁃
mental Science, Peking University, Beijing 100871, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(3):
777-785.
Abstract: The land use and landscape pattern in the lower reaches of the arid inland river basin is
meaningful to water resource allocation. Based on the land use data in 1930, 1961, 1990, 2000,
2010, the purpose of this study was to quantitatively analyze the change of landscape pattern in the
Ejin Delta in the lower reaches of the Heihe River Basin, a typical inland river basin in Northwest
China. The results showed that the desert area accounted for 73.4% of the total research area in
2010, and the grassland 20.8%. During the past 80 years, the grassland, farmland and construction
land increased. The transformation of land use types were characterized by switching to farmland and
construction land. The fragmentation and diversity of the landscape increased, while the dominance
of the landscape decreased. The landscape pattern obviously lied on the water resource and had re⁃
gional diversity. Land use changes tended to make the landscape well⁃distributed, diverse and frag⁃
mentized. At last, the driving factors and ecological environment effects of land use change were
discussed. In a word, to ensure harmonious development between human and eco⁃hydrology, sug⁃
gestions such as planning ecological resettlement, limiting farmland area, developing precision agri⁃
culture and increasing the proportion of ecological water use should be put forward.
Key words: long⁃scale; land use pattern; landscape index; Ejin Delta.
∗国家基础科学人才培养基金项目( J1210065)、国家自然科学基金
重点项目(91025001)和兰州大学中央高校基本科研业务费专项资
金项目(lzujbky⁃2014⁃210)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: yynian@ lzu.edu.cn
2014⁃05⁃04收稿,2014⁃11⁃26接受.
景观格局变化是人为和自然因素共同作用下生
态环境变化的综合反映,因此,景观格局可有效揭示
区域生态状况及空间变异特征[1-3] .其中,土地利用
景观格局具有典型的空间异质性,空间上表现为不
同土地利用类型斑块的镶嵌,反映了土地生态过程
的作用结果[4],土地利用景观格局受自然环境的限
制与人类活动的干预而发生变化[5],开展土地利用
景观格局变化与预测研究、了解其成因与机制,是理
应 用 生 态 学 报 2015年 3月 第 26卷 第 3期
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2015, 26(3): 777-785
解人类社会与自然环境相互关系的重要途径[6-7] .干
旱区内陆河由于其独特的生态环境条件,土地利用
景观格局变化研究成为近年来研究热点[8-11] .这些
研究重点分析了土地利用景观格局的动态变化及驱
动因素,认为自然条件是干旱区内陆河土地利用的
决定性驱动因子,但随着人类有目的的干扰活动对
土地利用景观格局的影响越来越大,其也成为主要
驱动因素之一[12-14] .
目前,黑河流域的土地利用格局变化研究主要
集中在中游地区[9-10,15-16] .有学者也针对黑河下游
土地利用景观的特点、动态变化及其驱动力开展了
相关研究[17-19],但这些研究所用资料跨越时段相对
较短.因此,本研究分析了 1930—2010 年额济纳三
角洲的土地利用格局动态变化,并讨论气候、水资
源、人类活动对土地利用景观空间格局的驱动作用
及土地利用景观格局变化的生态环境效应,针对人⁃
水⁃生的协调问题提出了可持续利用建议,对内陆河
下游土地利用及流域水资源分配具有重要的指导
意义.
1 研究地区与研究方法
1 1 研究区概况
额济纳三角洲 ( 40° 30′—42° 45′ N,99° 30′—
102°0′ E,面积约 26557 km2)位于中国第二大内陆
河黑河流域下游.该区域地势开阔平坦,海拔 900 ~
1100 m,地形向东北倾斜.气候极度干旱,多年平均
降水量仅 37 mm,年最大降雨量为 103 mm,最小降
雨量为 7 mm;多年平均蒸发量为 3841.5 mm,最高
达 4035 mm.三角洲分布有东、西居延海、古居延泽
及古日乃湖等一系列湖盆洼地,黑河上游来水是唯
一水源,呈现荒漠天然绿洲景观[20] .研究区由北向
南包括北部阿拉善高平原荒漠景观区、弱水三角洲
景观区和古日乃湖盆荒漠化景观区[16](图 1).
1 2 资料来源和处理
基础数据源为 1930年实地测绘的额济纳盆地
图 1 研究区位置图
Fig.1 Location of the research area.
景观专题图[24],1961 年 CORONA 影像以及 1990、
2000、2010年 Landsat TM影像(表 1).基于中国科学
院土地利用 /土地覆盖分类系统[25]及颜长珍等[26]
建立的西北地区土地资源类型 TM 影像解译标志,
结合黑河下游流域土地资源的性质与特点,将研究
区域土地利用类型划分为 6 个一级生态系统类型、
22个二级土地利用类型.针对 1990、2000、2010 年
Landsat TM影像,按照上述分类系统进行遥感影像
监督分类,建立拓扑关系,生成 3期土地利用图形数
据及相应的属性数据.1930 年土地利用数据以 1930
年额济纳盆地景观专题图为数据源,直接进行数字
化.1961 年土地利用数据以 1961 年 CORONA 影像
为数据源,采用目视解译法进行土地利用数据矢量
化提取.对得到的 5期土地利用数据进行精度评价,
评价所用参考资料及结果如表 1 所示,Kappa 系数
均大于 85%,说明土地利用解译结果较为可靠.
1 3 研究方法
选取土地利用动态度、土地利用转移矩阵定量
及标准和移动窗口景观指数 3种方法分析研究区土
地利用景观格局的时空变化特征.
基于 5 期土地利用数据,利用地理信息系统软
件ArcGIS计算各类型面积比例及土地利用动态
表 1 数据源信息及精度评价结果
Table 1 Information on the data sources and accuracy evaluation result
年份
Year
数据类型
Data type
精度评价参考资料
Accuracy evaluation reference
Kappa系数
Kappa coefficient
(%)
1930 专题图 1927—1935年中瑞西北科学考察团额济纳部分野外考察结果、《戈壁沙漠之
路》 [21] 、《亚洲腹地探险八年》 [22]有关额济纳部分的记录
86
1961 CORONA (7.8 m×7.8 m) 1960年 1 ∶ 10万地形图、《额济纳三角洲水资源和植被生态调查报告》 [23] 91
1990 TM (30 m×30 m) 黑河流域 19世纪 80年代末土地利用 /土地覆盖数据集(doi:10.3972 / heihe.021.
2013.db)
88
2000 TM (30 m×30 m) 黑河流域 2000年土地利用 /土地覆盖数据集(doi:10.3972 / heihe.020.2013.db) 87
2010 TM (30 m×30 m) Google Earth高分辨率遥感影像、2010年 6月额济纳三角洲野外考察 94
877 应 用 生 态 学 报 26卷
度[14],并制作土地利用转移矩阵.
利用景观格局分析软件 Fragstats,选取合适的
景观格局指数进行分析.参考前人研究,选用适合干
旱区内陆河流域景观分析的 4个景观指数[8-9,16],分
别为景观级别的最大斑块所占景观面积比例
(LPI)、平均邻近指数(MPI)、蔓延度指数(CONT⁃
AG)、香农多样性指数(H).指数的具体计算方法及
生态意义参考 Fragstats使用说明书[27-28] .
2 结果与分析
2 1 土地利用现状及动态变化
2010 年额济纳三角洲的土地利用绝大部分属
于荒漠,占总土地面积的 73.4%,主要是戈壁、盐碱
地和沙地,分别占荒漠地的 82.7%、8.9%和 6.9%,主
要分布在额济纳西河以西、东西河三角地带及东河
与两湖地区中间地区;其次是草地,占全区面积的
20.8%,主要是低覆盖草地,占草地面积的 90.7%,
主要分布在两湖地区;平原旱地组成的农田绝大部
分分布在东西河沿岸及达来呼布镇周边,占总农田
面积的 87.7%;林地主要分布在东西河沿岸,且以灌
木林为主,全区灌木林占总林地面积的 95.2%;水域
与湿地主要分布在东西河、东、西居延海和古日乃湖
等,占全区的 92.3%,其中以湖泊和河渠为主,各占
50.0%和 43.1%;建设用地以其他建设用地为主,占
64.1%,城镇用地占总建设用地的 31.8%,主要分布
在达来呼布镇(图 2).
由表 2 可以看出,1930—2010 年,额济纳三角
洲土地利用变化显著,主要表现为:草地、农田、建设
用地呈增加趋势:草地面积由 3859 km2增至 5525
km2,增幅达 6. 3%;农田面积的净增加量为 159
km2,面积比例由 0%增为 0.6%;建设用地的增加量
达 30 km2,净增加比例为 0. 1%;林地先增后减,
1961—2010 年呈持续减少态势,与 1930 年相比,
2010 年林地面积增加 466 km2;水体与湿地面积
2000年前持续减少,由 1930年的 724 km2减为 2000
年的 51 km2, 2000—2010 年有所恢复,年增幅达
20 0%,共增加 102 km2;荒漠面积持续减少,共减少
1748 km2,减少面积占 1930 年荒漠总面积的 8.2%.
动态度结果显示,农田和水体与湿地动态度明显,而
荒漠的土地利用动态程度最微弱.单一土地利用类
型的动态度在 20 世纪 90 年代多发生剧变.综合土
地利用动态度则呈年际波动特征,每年发生类型变
化的土地面积约为 199 km2 .
研究区土地利用变化不仅体现在各类型数量特
征变化上,还表现在各类型的相互转化中(表 3).研
究期间,黑河下游的土地利用转化主要发生在农田
与林草地、生产用地与荒漠、荒漠与林草地、水体与
湿地与周边荒漠、草地之间,以农田、建设用地转入
和荒漠转出为主要特点.
农田面积增加首先因为部分草地转化为农田:
1930—1961年转化面积为 11 km2;1961—1990年转
化面积为 36 km2,为 1961 年农田面积的 142.8%;
1990—2000年转化面积为 8 km2;2000—2010 年转
化面积为 33 km2 .1961—1990和 2000—2010年林地
转化为农田的面积分别为 217 和 53 km2,是农田增
加的另一主要来源. 1990—2000 年农田大幅减少,
105和 131 km2分别转化为草地和林地.1990—2000
和 2000—2010年由于建设用地占用而减少的农田
面积分别为 0.5和 0.4 km2 .
1930—2000年,建设用地面积不断增加,主要
来源于对草地、农田和荒漠的占用,因为草地和农田
地势相对平坦、水源较为充足,更适合人类的生存和
图 2 额济纳三角洲土地利用空间格局
Fig.2 Spatial pattern of land use in Ejin Delta.
9773期 年雁云等: 1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化
表 2 1930—2010年不同土地利用类型的变化
Table 2 Changes in different land use types between 1930 and 2010
年份
Year
项目
Item
农田
Farmland
林地
Forest
草地
Grassland
水体、湿地
Water and
wetland
建设用地
Construction
land
荒漠
Desert
1930 面积 Area (km2) 0 746.2 3859.1 723.9 0 21228.6
% 0 2.8 14.5 2.7 0 79.9
1961 面积 Area (km2) 24.56 2759.0 3077.6 101.0 7.5 20588.2
% 0.1 10.4 11.6 0.4 0 77.5
1990 面积 Area (km2) 316.4 1420.0 4969.6 130.9 29.2 19691.0
% 1.2 5.4 19.1 0.5 0.1 75.6
2000 面积 Area (km2) 80.4 1138.0 5744.8 51.0 30.1 19515.3
% 0.3 4.3 21.6 0.2 0.1 73.5
2010 面积 Area (km2) 158.6 1212.1 5524.8 152.8 30.3 19480.8
% 0.6 4.6 20.8 0.6 0.1 73.4
1930—1961 动态度 Dynamic degree (%) - 8.7 -0.7 -2.8 - -0.1
1961—1990 动态度 Dynamic degree (%) 40.6 0.3 2.1 1.0 10.0 -0.3
1990—2000 动态度 Dynamic degree (%) -7.6 -5.3 1.6 -6.1 0.3 -0.5
2000—2010 动态度 Dynamic degree (%) 25.7 5.4 -0.4 20.0 0.1 0
表 3 1930—2010年土地利用的转移矩阵
Table 3 Transition matrix of land use from 1930 to 2010 (km2)
A
面积
Area (km2)
%
B
面积
Area (km2)
%
C
面积
Area (km2)
%
D
面积
Area (km2)
%
E
面积
Area (km2)
%
F
面积
Area (km2)
%
Ⅰ A 975.87 25.3 2.1 0.1 11.1 0.3 912.4 23.6 24.1 0.6 1933.5 50.1
B - - - - - - - - - - - -
C - - - - - - - - - - - -
D 243.45 32.6 1.0 0.1 2.2 0.3 186.2 25.0 6.8 0.9 306.6 41.1
E 72.46 10.0 1.6 0.2 3.4 0.5 164.5 22.7 33.9 4.7 448.1 61.9
F 1785.77 8.4 2.9 0 7.9 0 1495.9 7.1 36.2 0.2 17900.0 84.3
Ⅱ A 1430.22 46.5 0.4 0 36.3 1.2 205.0 6.7 39.3 1.3 1366.4 44.4
B 0.32 4.3 4.4 58.0 1.3 17.6 0 0 0.1 1.8 1.4 18.2
C 1.19 4.8 0 0 11.6 47.3 6.8 27.7 0 0 5.0 20.2
D 762.98 27.7 0 0 216.5 7.9 987.3 35.8 7.5 0.3 784.7 28.4
E 12.82 12.7 0 0 9.1 9.0 11.5 11.4 48.8 48.3 18.8 18.6
F 2762.09 13.4 24.5 0.1 39.2 0.2 212.4 1.0 35.2 0.2 17514.8 85.1
Ⅲ A 3577.00 72.0 0.6 0 7.9 0.2 168.6 3.4 6.8 0.1 1208.7 24.3
B 0.78 2.7 23.6 80.7 0.2 0.6 0.1 0.4 0.1 0.4 4.4 15.1
C 104.78 33.3 0.5 0.2 57.4 18.2 130.9 41.6 2.5 0.8 18.8 6.0
D 469.39 33.0 0 0 11.3 0.8 701.7 49.3 2.1 0.2 239.4 16.8
E 30.84 23.6 0.2 0.2 0.3 0.3 5.2 4.0 26.5 21.0 67.8 51.8
F 1562.00 7.9 5.1 0 3.3 0 131.6 0.7 12.9 0.1 17976.2 91.3
Ⅳ A 3853.30 67.1 6.1 0.1 33.4 0.6 322.1 5.6 42.3 0.7 1487.6 25.9
B 0.37 1.2 18.2 60.6 0.1 0.2 0.2 0.7 0.1 0.2 11.2 37.1
C 7.64 9.5 0.4 0.5 50.1 62.4 18.2 22.6 0.7 0.9 3.3 4.1
D 255.80 22.5 1.1 0.1 52.5 4.6 730.5 64.2 7.2 0.6 91.0 8.0
E 4.41 8.7 0 0.1 0.3 0.7 6.1 12.1 28.9 56.8 11.1 21.8
F 1403.40 7.2 4.6 0 22.2 0.1 135.0 0.7 73.6 0.4 17883.6 91.8
A: 草地 Grassland; B: 建设用地 Construction land; C: 农田 Farmland; D: 林地 Forest; E: 水体与湿地Water; F: 荒漠 Desert. Ⅰ: 1930—1961;
Ⅱ: 1961—1990; Ⅲ: 1990—2000; Ⅳ: 2000—2010.
发展.荒漠占全部土地的 75%左右,建设用地因无法
充分避开而有所占用.2000—2010年,建设用地面积
稍有减少,主要退化为荒漠,退化面积为 18 km2,占
2000年建设用地面积的 60.6%.
研究期间,荒漠以转出为主,面积持续减少.荒
漠主要转入草地和林地,草地和林地也是荒漠的主
要转入来源.
林地主要转为草地和荒漠.1930—1961年因转
087 应 用 生 态 学 报 26卷
表 4 1930—2010年景观级别指数的变化
Table 4 Change of landscape index at landscape scales
from 1930 to 2010
年份
Year
最大斑块占
景观面积比例
LPI
平均邻近
指数
MPI
蔓延度指数
CONTAG
Shannon
多样性指数
H
1930 58.0 202.1 66.4 1.2
1961 65.4 223.6 69.3 1.2
1990 54.4 175.8 64.7 1.5
2000 29.6 90.4 67.1 1.3
2010 29.5 126.4 68.0 1.3
入草地和荒漠而减少的林地面积占 1930 年林地总
面积比例的 32.6%和 41.1%,此后,转入草地的面积
比例持续增加,荒漠则一直减少,2000—2010 年,转
入草地和荒漠的面积比例分别为 22.5%和 8 0%.
1930—1961年,草地面积减少原因包括退化为
荒漠(50.1%)、林地占用(23.6%)等,由于草地退化
而增加的荒漠面积达 1934 km2 . 1961—2000 年,部
分水体与湿地、林地和荒漠转化为草地,导致草地面
积的增加量为 1886 km2 .2000 年后,退化为荒漠和
林地占用的草地面积分别为 1488和 322 km2 .
2000年以前,研究区水体与湿地面积持续减
少,沿湖地区草地、林地、荒漠面积不断增加.1930—
2000年,水体与湿地转化为荒漠、林地、草地的面积
分别为 535、181、116 km2 .2000 年后,水体与湿地面
积净增加 102 km2,其中荒漠和草地分别贡献 74 和
42 km2 .
2 2 土地利用景观格局时空变化特征
1930—1990年,Shannon 多样性指数(H)增加,
最大斑块占景观面积比例 ( LPI)和蔓延度指数
(CONTAG)减少,景观破碎度和异质性增强,景观类
型均衡化;平均邻近指数(MPI)呈减少趋势,同类斑
块邻近度低,分布较离散. 1990—2000 年,H 稍减,
LPI和 MPI锐减,CONTAG增加,说明研究区破碎度
和多样性减弱.2000—2010 年,LPI 减少,其余指数
增加,景观破碎度降低,景观异质性增强,土地利用
类型丰富,优势度下降.研究期间,额济纳三角洲的
景观破碎度呈增加趋势,多样性和异质性增加,优势
度降低.
额济纳三角洲景观格局在时间上表现出多样
化、均匀化、破碎化特征,在空间上表现出明显的水
源依赖性和地域性差异.以 H 为例(图 3):相较于
2010年,1930年的 H 值呈现明显的自南向北的梯
度差异,表现出强烈的水源依赖性,随着年份推移,
人类活动使这种差异减小,但水源仍是影响研究景
观格局分布的重要因素.北部的阿拉善高平原荒漠
景观区的景观类型以荒漠为主,水源极度匮乏,为 H
低值区.由于此区人口数量极少,城镇化水平极低,
因此景观格局主要由海拔、降水、温度等自然条件控
制.弱水三角洲景观区以荒漠、草地、农田为主,农田
所占比例较大,沿东、西河分布两条西南⁃东北方向
的带状农田景观.人口密集的达来呼布镇出现了 H
高值区.东南部的古日乃湖盆荒漠化景观区以荒漠、
草地、林地为主,随着年份推移,景观破碎度增加,斑
块多样性和异质性增强,导致 H 值增高.此外,建设
用地及湖泊、水库坑塘斑块或河流廊道镶嵌其中,使
得景观格局呈现不同程度的圈层、带状结构特征.
土地利用景观是由不同土地利用镶嵌构成的地
表综合体,土地利用的变化必然导致研究区景观格
局的变化.为了分析额济纳三角洲土地利用变化对
景观格局的影响,以土地利用类型面积最大的荒漠
和变化较大的农田为例,绘制土地利用类型面积与
景观指数散点图(图 4).结果表明,景观多样性和破
碎度基本随着荒漠减少和农田增加呈增加趋势,景
观优势度呈减少趋势,反映出额济纳三角洲景观结
构趋于多样化、均匀化、破碎化的变化特征.
图 3 景观格局指数的空间分布
Fig.3 Spatial distribution of landscape pattern index.
1873期 年雁云等: 1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化
图 4 土地利用变化对景观格局的影响
Fig.4 Influence of land use change on landscape pattern.
A: 耕地 Farmland; B: 未利用土地 Unused land.
3 讨 论
3 1 土地利用景观空间格局变化的驱动因素
1930—2010年,在自然条件及人类活动的双重
调控下,额济纳旗三角洲土地利用、景观格局发生了
较大变化.前人研究表明,在宏观上,景观格局取决
于气候、水、土等自然条件,微观上,人类活动的影响
力度与影响范围越来越大[8,14] .
由额济纳旗中心气象站提供的 1960—2010 年
气象数据(图 5)可知,1960—2010 年额济纳三角洲
年均降水量为 34.6 mm,年均气温为 8.9 ℃,平均气
温显著升高,利用线性拟合得到的变化倾向率为 0.5
℃·(10 a) -1,年降水量在波段变化中有下降趋势
(趋势不显著).气温一直呈快速上升趋势,尤其是
2000—2010年间的年均气温达到最高(9.9 ℃ ) ,
图 5 研究区年均气温(Ⅰ)和年降水量(Ⅱ)的变化
Fig.5 Changes of mean annual temperature (Ⅰ) and precipi⁃
tation (Ⅱ) in the study area.
1998—2010年间,1998、1999、2007、2009 年的年均
气温高于 10 ℃,增温明显.额济纳旗年降水量的年
代变化波动大,阶段性明显.年降水量变化大致可分
为 4个阶段:1960—1981 年,降水量上升,年均值为
36.8 mm;1982—1987 年降水量显著下降,年均值为
18.4 mm;1988—1995 年降水量大幅回升,年均值为
44.3 mm;90 年代中期至 2010 年降水量小幅回落,
年均值为 31.9 mm;进入 21 世纪,暖干化趋势明显.
气候干旱化使本身就很脆弱的生态环境日益恶化,
导致额济纳绿洲植被退化、物种减少、土地更易于荒
漠化,沙尘暴发生频次和强度增强、影响范围扩大.
这些恶劣的自然环境决定了额济纳三角洲荒漠为
主、牧农结合的土地利用方式和沙尘暴、干旱灾害频
发、土地沙漠化严重的生态特点.
水资源是干旱区内陆河土地利用景观格局的另
一个决定因素[29-32] .黑河上游来水是额济纳三角洲
的唯一水源,黑河输水量的变化(图 6)直接影响其
土地利用及景观格局.1928—1932 年中⁃瑞西北考察
队考察时,东、西居延海水体与湿地面积分别为 35
和 190 km2 .到了 1958 年(丰水年),东、西居延海水
体与湿地面积分别仍有 35.5 和 267 km2 .近半个世
纪以来,由于上中游拦蓄河流水源,工农业用水大量
增加,中游地区农业灌溉用水大量挤占了生态用水,
导致黑河中上游向额济纳旗输水量减少,使下游荒
漠化迅速发展,生态环境急剧退化.主要表现为植被
退化:1930—2010年,黑河输水量减少,部分中覆盖
草地退化为低覆盖草地,中覆盖草地面积减少而低
覆盖草地增加,不稳定的低覆盖草地逐渐成为草地
的主要结构;1930—1961 年,由于受黑河水资源的
制约及人为过渡樵采和病虫害,有林地退化为灌木
林和低覆盖草地,面积减少;1961—1990 年,灌木林
面积减少;1990—2000年,黑河输水量锐减,导致有
林地和灌木林面积分别减少 99 和 210 km2;1990—
2000年,黑河输水量锐减,农业灌溉用水不足,农田
面积由 309 km2锐减为 75 km2 .湖泊干涸、水质恶化:
1930年,额济纳三角洲除东、西居延海外,还分布大
量微型湖,1930—2000 年,湖泊面积随着黑河输水
量的下降而减小,西居延海于 1961 年干涸至今,东
居延海 1973、1980、1986 和 2000 年 4 次干涸,小湖
泊的数量也减少.同时,湖水盐化,矿化度增高,1960
年东居延海湖水矿化度为 2.3 g·L-1,1979 年升为
7.4 g·L-1,1982 年回落为 5.2 g·L-1,1985 年再次
升为 9. 7 g·L-1,一年后矿化度急剧升高为 34 5
g·L-1,1996年矿化度依然高居 34.5 g·L-1 .为遏制
287 应 用 生 态 学 报 26卷
图 6 正义峡径流量及东居延海面积的变化
Fig.6 Changes of runoff at the Zhengyixia Station and East Juyanhai area.
黑河下游额济纳生态环境不断恶化趋势和解决突出
的水事矛盾,2000 年 8 月 21 日实现了黑河历史上
第一次跨省区调水,至今黑河尾闾东居延海已实现
连续多年不干涸,重现生机.黑河分水后,输水量增
加,低覆盖草地进化为中覆盖草地,中覆盖草地增
加、低覆盖草地减少;灌木林面积增加 104 km2;农
田面积恢复至 154 km2;湖泊面积恢复为 76 km2,受
“沿岸封闸,一路下泄,直至终端湖”输水方案的影
响,湖泊的恢复集中在大型湖泊,如东居延海.
除了气候、水资源以外,人类活动对土地利用景
观格局的影响越来越大,主要表现在随着人口及经
济的增长,大规模水土开发导致农田和建设用地迅
速增加,土地利用程度综合指数[12-13]不断提高(图
7).随着人口增加,农田和建设用地面积逐年扩大,
土地利用程度呈增高趋势.1930 年,全旗人口稀少,
多为游牧民,农田和建设用地基本为零,土地利用程
度综合指数最低.此后人口迅速增长,1961年全旗共
有 6354人,自 1956年恢复种植业以来,农田和建设
图 7 研究区人口与农田(a)、建设用地面积(b)、土地利用
程度综合指数(c)的时间分布
Fig.7 Temporal pattern of residents’ amount and area of farm⁃
land (a) and construction land (b), the complex index of land
use (CILU, c).
用地面积分别增加为 24.6 和 7.5 km2,此时土地利
用程度综合指数达到最大.随后人口逐年增加,但增
加幅度不等,增幅最大的阶段是 1961—1990 年,人
口增为 15102 人,农田和建设用地面积分别增至
316.4 和 29.2 km2 .1990—2000 年,受黑河输水量锐
减及退耕还林、还草政策的影响,农田逐年减少,东
居延海彻底干涸后,农田面积大幅减至 80.4 km2,建
设用地小幅增至 30.1 km2 .2001 年黑河生态输水计
划实施后,农田面积迅速增加.由于撤乡并镇、城乡
一体化的影响,建设用地面积仅增加 0.3 km2,面积
年增加率减小至 0.1%.
3 2 土地利用景观空间格局变化的生态环境效应
1930—2000年间,额济纳三角洲水域面积大幅
减少,草地面积虽有增加但以低覆盖草地为主体,导
致草场严重退化,农田和建设用地增加,城镇化进程
显著,林地和荒漠地呈减少趋势.2000 年后,水域面
积有所恢复,草地面积继续增加且中覆盖草地增加,
农田和建设用地继续增加,林地面积增加,荒漠面积
继续减少.主要表现为以下几方面.
3 2 1湖泊干涸、水质恶化 黑河中游日益增长的
工农业用水需求,导致流向下游的黑河水量减少,额
济纳旗年入境水量由 20 世纪 40、50 年代的 10 ×
108 m3减少至 90年代 2×108 ~3×108 m3,河道断流期
由 100 d 左右增至超过 200 d,河道断流加剧.1960
年,西居延海干涸至今,东居延海也经历了 1960—
2000年的显著萎缩期,期间于 1961—1963、1973、
1980、1986 年经历多次干涸,直至 1992 年彻底干
涸,湖底变成盐碱地和戈壁滩,开始风蚀和沙化.湖
泊水质矿化度持续升高,导致原湖区成片分布的芨
芨草草甸、芦苇沼泽消失殆尽,淡水鱼种被取代,生
物多样性减少.东、西居延海盐漠广布,湖岸沙丘逐
渐向湖心侵蚀.此外,地下水由于缺少地表径流补
3873期 年雁云等: 1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化
给,水位持续下降,水质逐渐恶化,湖区井水普遍氟、
砷超标,生活饮用水安全受到威胁.2000 年后,东居
延海重现生机,至今已连续多年不干涸,湖泊矿化度
减小.地下水位上升,水质见好.
3 2 2天然乔灌木林死亡、草场严重退化 额济纳
三角洲乔灌木林因干旱及虫害而大片死亡,面积减
少.其中,胡杨林面积由 1944年的 5×104 hm2退化为
1990年的 2×104 hm2 .残存的 2×104 hm2胡杨林也存
在空地多、林草少,疏林多、密林少,老树多、幼树少,
病腐多、健壮少等问题.由于胡杨林退化,引起林下
植被急剧减少,草本植物由过去的 200 余种减为
1990年的 30余种,草场面积也相对减少超过 4×104
hm2 .除胡杨林,怪柳、梭梭、沙枣也发生了严重的退
化现象.
3 2 3城镇化进程明显 随着人口的增加,农田和
建设用地明显增加,城镇化发展显著.人口增加造成
了毁林草为农田⁃撂荒和滥垦⁃撂荒的恶性循环,导
致土地破碎化;对有限的草场超载过牧,导致草场退
化、环境恶化;同时,导致建设用地增加,人口居住分
散,扩大人类活动范围,滥挖、滥建、滥伐等现象严
重,对环境造成不利的影响.这些不合理的土地利用
方式导致土地荒漠化不断发展.
3 2 4土地沙化和盐碱化、灾害性天气频增 沙地
和盐碱地均为荒漠景观.1930—2000年间,水域周边
及绿洲⁃荒漠交错带内的林地和草地部分向沙地转
化,沙地面积增加,沙化趋势明显.2000年后,部分沙
地转化为草地和林地,面积减少 0.01%.1930—1990
年间,湖泊干涸,逐渐被盐碱地侵蚀,盐碱地面积增
加,盐碱化趋势明显.1990—2010 年间,盐碱地面积
持续减少,盐碱化趋势有所缓解.由于植被退化,生
态环境恶化,导致降水减少、气温升高.干旱是额济
纳三角洲的主要灾害天气.由于连年干旱,草原森林
发生大面积虫灾,草原、森林受损.干旱导致土壤干
燥,再加上频繁的大风天气,土地沙漠化严重.额济
纳旗是我国主要沙尘暴的沙源地之一,沙尘暴频发,
1950—1990年以前平均 1~2年发生一次强沙尘暴,
1990年后年均大风天数 44 d,年均发生 14 次强沙
尘暴,给我国北方地区带来严重的经济及生态损失.
3 3 可持续利用建议
不合理的人口布局及土地利用方式将对生态环
境造成负面影响.为阻止生态环境的进一步恶化,应
对人口进行合理布局,实施生态移民,使人口集中,
空出生态无人区,从而实现生态恢复.2001年人为实
施的黑河生态输水计划调控水资源空间分布的格
局,为额济纳三角洲生态恢复提供了必要条件.但是
这种输水是间断性的.为了缓解恶化的生态环境,应
从额济纳自身出发,加强节水灌溉设施的配套建设,
兴建水库和输水渠道,提高水资源的利用率.为了进
一步阻止草场退化、带动区域经济发展,应发展高
效、高产的精准农业,减少农田面积和草场的载畜
量,严禁超载放牧和垦荒.可通过增加生态用水比
例,保护天然林,加强人工绿洲建设等措施,应对天
然乔灌木林死亡和绿洲萎缩问题.
本研究利用长时间尺度数据资料,以土地利用
动态度、转移矩阵及景观指数为工具,分析了研究区
土地利用景观空间格局变化,并对驱动因素、生态环
境效应进行简要讨论,提出管理建议.未来研究重点
是深入分析干旱区内陆河流域土地利用、景观格局
变化的驱动力机制,并对其进行生态环境效应评价.
致谢 感谢中国西部环境与生态科学数据中心网站(http:
/ / westdc.westgis.ac.cn / )提供的 19世纪 80年代末和 2000年
黑河流域土地利用 /土地覆盖数据集.
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作者简介 年雁云,男,1979年生,博士,讲师.主要从事遥感
和 GIS在土地利用 /覆被及水文水资源应用研究. E⁃mail:
yynian@ lzu.edu.cn
责任编辑 杨 弘
5873期 年雁云等: 1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化