全 文 ： * ?新疆兵团绿洲生态农业重点实验室项目 ( 200302) 和教育部春晖计划项目 ( I2004-2-65044) 资助
** 通讯作者
收稿日期 : 2004-10-15 改回日期 : 2004-11-27
石河子绿洲农业生态系统演替规律初探 *
张凤华 陈 阜 ** 潘旭东
(中国农业大学农学与生物技术学院 北京 100094) (新疆兵团绿洲生态农业重点实验室 石河子 832003)
摘 要 研究分析玛纳斯河流域石河子绿洲农业生态系统演替规律结果表明 , 随着技术投入和市场的开放 , 绿洲
农业生产力呈正向演替 ,而与之相应的生态环境部分呈逆向演替。人类活动是绿洲演替 (正向或逆向 )的根本动
因 ,而绿洲所处的环境条件是加速其演替进程的关键 , 其中水资源时空分布及利用格局是主导因素。玛纳斯河流
域农业生态系统良性演替需建立在绿洲资源要素时空优化配置及其协调开发利用上。
关键词 绿洲 农业生态系统 演替规律
Primary analysis on the successional regulation of agro-ecosystem in Shihezi Oasis . ZHANG Feng-Hua, CHEN Fu
(College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100094, China) , PAN Xu-Dong (Xin-
jiang Bingtuan Oasis Eco-Agricultural Key Laboratory, Shihezi 832003, China) , CJEA ,2006,14(1) : 212～214
Abstract The successional regulation of agro-ecosystem in Shihezi Oasis along Manas River was analyzed . I t shows that
oasis agricultural productivity is in the process of nomal succession and the relevant ecology environment becomes
retrogressive succession with more techniqueinputing and market opening . Human’sactivity is theessential causeof oasis
succession and theenvironment is the key to acceleratingtheprocess of oasissuccession, among which thedistribution and
using pattern of water resourcearethepredominant factor . Positive succession should bebasedon the temporal and spatial
distribution and thecoordinated utilization of oasis resource factors on the agro-ecosystem along Manas River .
Key words Oasis, Agro-ecosystem, Succession regulation
(Received Oct . 15, 2004; revised Nov . 27, 2004)
1 研究区域概况与研究方法
玛纳斯河流域石河子绿洲位于新疆天山北坡中段 , 准噶尔盆地南缘 , 地处东经 80°58′～86°24′, 北纬
44°11′～45°20′, 属温带大陆性干旱气候 ,≥10℃年积温 3400～3800℃ , 年日照时数 2600～3000h, 年太阳总
辐射量 546kJ/ cm2 ,高于长江中下游及同纬度地区。土地总面积 3624.5km2 , 耕地面积 17. 6万 hm2 , 完全灌
溉 ,灌溉水主要靠天山降雨及融水汇集的玛纳斯河水径流灌溉 , 年总流量 19. 5亿 m3。主要农作物有棉花、
小麦、玉米、甜菜和瓜果等。随着科技的发展 ,该区粮棉单位面积产量迅猛提高 , 与 1950年相比 2000年粮食
单产由 1481kg/ hm2 提高至 5796kg/ hm2 , 棉花单产大幅提高 , 成为全国 19 个综合经济技术开发区之一 , 为
新疆经济带中心。但随着水土资源开发利用规模的不断扩展 ,也引发一系列不良后果。近 8年石河子绿洲
新增开垦土地 1. 73万 hm2 ,由于盐渍化、沙化等原因而总耕地却减少 2.44万 hm2。受比较效益驱使 , 该区
作物结构单一 ,且普遍使用地膜 , 滥用化肥和农药 ,导致该区病虫害加重 , 土壤瘠薄 , 化学污染严重等。本研
究调查与收集石河子绿洲区 (包括所属 19个农场 ) 农业资源及生产的详查资料 ,建立农业生产历史资料数据
库 ,并从中提取出若干子数据库 , 结合实地调查分析石河子绿洲农业结构及资源开发利用的演变过程。
2 结果与分析
石河子绿洲农业结构及组成演替。生态系统演替是指系统朝一定方向的运动发展过程 , 绿洲农业演替
在遵循自然规律、社会规律时 , 将朝高产、优质、高效、持续农业的方向发展 ; 反之 ,农业则将萎缩、崩溃 , 朝沙
漠化、盐碱化方向逆行演替 [ 1] 。绿洲农业产业结构演替。石河子绿洲农业产业结构演替大致经历了 3 个时
第 14 ?卷第 1期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .1
2 0 0 6 ?年 1 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture Jan ., 2006
期 ,一是清朝以前以游牧为主 , 但已有小规模的农垦活动 , 当时该区域主要是交通驿站。二是清朝年间至建
国以前 ,生产活动由以牧为主转变为半农半牧。三是建国后开始的军垦生产使该区耕地达 18. 4万 hm2 , 农
业开始大规模发展 ,农业生产结构及其变化见表 1。自 20世纪 50 年代至目前该区种植业在农业总产值比
重一直保持为 85%以上 , 牧业比值为 13% 左右 , 林业、渔业比例较少。种植业是该区域农业发展的支柱产
业 , 而绿洲所依托的山区有大面积丰富草场 , 加之民族饮食习惯 , 畜牧业发展很有潜力 , 应大力发展奶业及
表 1 石河子绿洲农业产业结构变化
Tab.1 Change of the agricultural production structure in Shihezi Oasis
年 份 种植业/ % 种植业结构/ % Plant construction 养殖业/ % 林业/ % 渔业/ %
Years Plant industry 粮食 棉花 油料 甜菜 其他 Farming Forestry Fishery
Food Cotton Oilanticipates Sugar beet Other industry
1950 ?～1965 88 . 81 58 .18 14 . 29 3. 31 1 .87 22 . 35 9 d. 91 1 ?. 20 0 . 08
1965 ?～1980 85 . 10 52 .34 11 . 37 2. 69 5 .42 28 . 18 14 d. 11 0 ?. 71 0 . 08
1980 ?～1990 87 . 87 41 .77 24 . 01 5. 21 5 .58 23 . 43 10 d. 18 1 ?. 13 0 . 82
1990 ?～2000 87 . 49 28 .85 48 . 42 2. 06 5 .87 14 . 80 11 d. 32 0 ?. 63 0 . 56
2001 ?～2002 87 . 50 15 .37 69 . 10 1. 00 0 .33 14 . 20 10 d. 55 1 ?. 05 0 . 90
羊肉畜产品。多年来石河子绿洲种植业中作物种类变化较小 , 但作物种植比例及其产量变化较大。1950～
1985年该区种植业主要以粮食作物为主 , 其中粮食面积占 53.5% , 棉花仅占 12.76% , 其他作物比例较小 ,
基本保持粮-棉-油为主的种植方式。1990年后该区种植业结构发生明显变化 , 1994年棉花面积占 47. 93% ,
粮食面积占 28.9% , 呈以棉粮油为主的种植业结构。2000 年该区棉花面积达 68% , 而粮食面积仅占
16.29% ,究其原因一方面是棉价上涨调动农民积极性 , 另外适合当地自然条件的早熟高产棉花品种的培
育、推广与应用也是重要因素。短短几年棉花产业成为新疆农业的支柱产业 , 但长期连作带来的土地质量
退化及病虫害蔓延等问题日益严重。
绿洲农业生态环境演替。一是气候条件演替 ,近年在全球气候变暖背景下新疆气候存在明显变暖增湿
趋势 ,据资料分析石河子绿洲气候同样存在变暖趋势 , 20世纪 50年代该区平均气温为 5.4℃ , 60～70 年代
升高 1. 1℃ , 80～90年代升高 1. 7℃ ( 见表 2)。尤其以冬季变暖为主 , 夏秋季变化不显著 ,同时降雨也略呈增
表 2 石河子绿洲气温与降水量的变化
Tab.2 Change of air temperature and precipitation of Shihezi Oasis
年 份 冬季 Winter 春季 Spring 夏季 Summer 秋季 Autumn 年均温度/ ℃ 年均降水量/ mm
Y ears 气温/ ℃ 降水量/ mm 气温/ ℃ 降水量/ mm 气温/ ℃ 降水量/ mm 气温/ ℃ 降水量/ mm Average Average
Temperature Precipitation Temperature Precipitation Temperature Precipitation Temperature Precipitation temperature precipitation
1950 g～1960 - 11 ?. 8 9 ?. 2 13 .4 20 d.0 23. 4 19 . 1 12 [. 9 10 .5 5. 4 167 .4
1961 g～1970 - 9 ?. 6 8 ?. 7 15 .1 19 d.0 23. 9 17 . 4 11 [. 8 8 .6 6. 5 151 .2
1971 g～1980 - 10 ?. 0 8 ?. 2 15 .4 18 d.7 24. 5 12 . 4 12 [. 6 13 .8 6. 7 152 .4
1981 g～1990 - 9 ?. 0 8 ?. 4 15 .4 21 d.4 24. 6 17 . 0 12 [. 8 15 .5 7. 1 166 .8
1991 g～2002 - 8 ?. 5 9 ?. 3 16 .2 19 d.6 24. 9 20 . 2 13 [. 2 14 .9 7. 6 175 .9
多趋势 ,春秋不明显 , 春季干旱频繁发生。二是水资源开发利用演替 , 干旱区绿洲水资源开发利用可划分为
3个阶段 ,即地表水开发利用阶段、地表水与地下水联合开发利用阶段、可用水资源经济开发利用阶段。地
表水开发利用是石河子绿洲水资源开发利用的主要方面。位于玛纳斯河中下游的下野地、莫索湾垦区原为
梭梭和红柳荒漠 ,经开垦建设变为稳产高产农田 , 成为利用地表水资源开垦荒漠变绿洲的典范。多年来玛
纳斯河年径流量基本保持平稳 , 灌溉面积却由 20世纪 50年代的 0.403万 hm2 扩大至目前的 21. 6万 hm2 ,
垦区内建大小水库 21座 ,储水 5.2亿 m3 ,使水资源利用率提高到 95%。地下水是构成石河子绿洲水资源主
要方面之一 ,绿洲洪积扇地段均含有丰富的地下水。如农试场位于水源地带 , 该区域早期地下水深 0 .5～
3. 0m,有近 80多眼泉水溢出 ,过高的地下水位便出现了非地带性的土壤与植被。20世纪 50年代开垦时采
用大水压盐技术 (引玛纳斯河水 ) ,以后继续大水漫灌 , 60年代初地下水上升 , 土壤次生盐渍化严重 , 70 年代
大面积弃耕地出现。80年代初该区开采地下水实行井灌 , 地下水位持续下降 , 90 年代已下降 2～4m, 众多
泉眼已干涸。随地下水位的下降 ,土壤条件也发生了相应变化 , 土壤盐渍化逐渐消除 , 最初的非地带性盐化
草甸土逐渐向地带性轻盐化灌耕灰漠土方向演化 ,而草甸土、沼泽土逐渐朝灌耕草甸土、潮土方向演化。20
第 1 ?期 张凤华等 : 石河子绿洲农业生态系统演替规律初探 213
世纪 50年代该区土壤含盐量高达 20g/ kg,经过多年开发种植土壤含盐量已降至 3g/ kg以下 , 1998年新开垦
土地 ,2002年则盐分降至 7. 71g/ kg。水是绿洲农业存在与发展的首要制约因素 , 节水一直在绿洲农业中占
主导地位。石河子绿洲土地、光、热资源丰富 ,绿洲规划耕地面积 30万 hm2 ,而灌溉面积始终徘徊在 17. 6万
hm2 左右 ,有近 50%的土地闲置 ,水土资源极不平衡。1996年始该区进行大田节水技术试验 , 1999年开始
推广适合新疆自然条件的膜下滴灌技术 ,2001年推广面积达 3.1 万 hm2 并取得良好的社会、经济及生态效
益。膜下滴灌用水 3000～3750m3/ hm2 , 较常规灌节水 50% , 发展以滴灌为主的节水农业将成为该区农业发
展的重要方向。三是土地资源开发利用演替 ,绿洲土地利用是 1 个由粗放向集约、由低级向高级、由单一向
综合方向转化的过程。玛纳斯河流域土地利用以大农业为主 ,其中耕地是主要利用形式。土地开垦前该区
主要是在干旱荒漠条件下发育而成的棕漠土及灰钙土等地带性土壤 ,质地粗 , 有机质含量少 , 养分含量低而
盐分含量高。另外还有因受地下水影响而发育成的盐化草甸土、盐土潮土等隐域性、非地带性土壤 , 有机
质、养分及盐分含量均高 , 地下水位高 , 洗盐压盐较困难[ 2] 。土地开垦后由于灌溉、耕作、施肥等作用 , 前者
演变为灌漠土 (灌耕土 ) ,后者演变为灌溉草甸土或潮土 ,因长期引用含泥沙的河水灌溉 , 灌淤层超过 1m, 土
图 1 绿洲农业土地开垦后演替模式
Fig.1 The successional pattern of reclaimed
land on oasis agriculture
壤性质完全改变为灌淤土 (见图 1) 。土壤盐渍化是绿
洲农业土地始终面临的威胁。石河子绿洲地形平
坦 ,气候干旱 , 蒸发量大 , 有利于盐碱物质积累 , 加之
渠系渗漏及多灌少排 , 导致地下水位上升 , 接近地表
水 ,盐分长期积累 , 土壤次生盐渍化面积不断扩大。
20世纪 60～70年代玛纳斯河流域因土壤次生盐渍
化的危害而弃耕土地达 4～4.5 万 hm2 , 其中下野地
灌区比较典型。灌区内 121 农场开垦初期地下水位
在 10m以下 , 盐渍化较轻。至 20 世纪 60 年代前期
该区地下水位上升带来的次生盐渍化危害逐渐加
重 ,被迫弃耕 , 60年代中后期至 70 年代该区完全弃
耕土地约 0. 33万 hm2 , 生产水平下降 ,皮棉平均单产仅有 300～400kg/ hm2。80 年代初该区开挖排水渠 , 遏
止了地下水位急剧上升 ,80年代中期完全实施井灌井排 , 地下水位降至 2～3m, 土壤含盐量由 2～3 g/ kg降
至 1～2g/ kg, 通过井灌井排及渠道防渗 ,玛河南岸地下水位明显下降 , 次生盐渍化危害减轻 , 开始收复弃耕
地。至 1990年共收复弃耕地 0. 17万 hm2 , 也开始新垦夹荒地。2002年全农场耕地增至 1. 7 万 hm2 左右 ,
实行渠灌、井灌配合 , 实现由弃耕地 v复垦、新垦夹荒地的生态重建模式。
3 小结与讨论
从宏观角度看石河子绿洲始终存在绿洲化与荒漠化两个截然相反方向的演替变化 , 而绿洲农业生态系
统演替也呈两面性。随着科技水平投入 , 农业生产力呈现正向趋势演替 , 而与其相关的部分生态环境呈逆
行演替。这种人为因素与自然要素的叠加效应 ,绿洲始终处于不稳定状态的平衡。绿洲完全靠山区径流提
供水源而形成并维持其生存发展 , 绿洲的演变总是伴随水资源的时空分布及利用格局而变化 , 并最终体现
在系统演替趋向、相应资源分布格局及动态变化 , 尤其与土壤资源的利用最为密切。绿洲农业发展变化很
大程度受技术的控制和牵引 ,而利用先进技术 , 合理利用各种资源 , 保护生态环境是农业可持续发展的唯一
途径。人为干预方向和强度决定于整个流域生态演变过程。人类经营调控是决定演替趋向的根本动力 , 绿
洲所处的环境背景则是加速其演替速率的关键。把握演替尺度的关键需从结构优化入手 , 搞好资源要素的
优化配置及协调开发利用 ,从而促进农业发展的良性演替。
参 考 文 献 h
1 袁国映 , 屈喜乐 .中国新疆玛纳斯河流域农业生态环境资源保护与合理利用研究 .乌鲁木齐 : 新疆科技卫生出版社 , 1995
2 贾宝全 , 闫 顺 .绿洲-荒漠生态系统交错带环境演变过程初步研究 .干旱区资源与环境 , 1995 , 9( 3) : 58～63
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