中國西北干旱區土地利用/覆蓋變化與區域可持續發展

摘 要：土地利用和覆蓋變化是人類改變地表環境最明顯的表現，土地利用/覆蓋變化與區域的自然要素、社會經濟因素存在密切關系，是區域可持續發展的基礎。在中國西北干旱區，由于山地-綠洲-荒漠每個系統結構簡單、生態環境脆弱、景觀差異明顯、對環境變化敏感等特點，因此區域可持續發展受到嚴重威脅。在介紹了LUCC概念和研究內容的基礎上，綜述了LUCC與區域可持續發展的關系。依據干旱區不同系統的自然環境特點，闡述了不同時期的LUCC與區域可持續發展關系，進而討論了依據干旱區LUCC特點，實施區域可持續發展措施。

關鍵詞：區域可持續發展；土地利用/覆蓋變化；干旱區

中圖分類號 X37 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）04-108-03

按照人類社會生產活動地域空間范圍的尺度，可持續發展分為全球可持續發展（global sustainable development）、國家可持續發展（state sustainable development）、區域可持續發展（比國家小一級的地域單元， 如我國的省、美國的州）（regional sustainable development）。區域可持續發展是國家乃至全球可持續發展的基礎，也是比區域更小地域生產系統可持續發展的的綜合，具有承上啟下的作用[1]。當前影響區域可持續發展的環境問題主要是含碳溫室氣體造成的氣候變化，氮、硫氧化物的大氣污染，臭氧層破壞，生物多樣性減少，有毒有害化學品的危害，滑坡、泥石流地質災害，荒漠化和水土流失，暴雨和洪澇。土地利用是人類社會生產活動的一種重要方式。隨著生產力的發展，土地利用的廣度和強度不斷發生變化，由此產生了影響區域可持續發展的以上環境問題。LUCC研究的根本出發點和基本目標是：通過對人類驅動力—土地利用/覆被變化—全球變化和環境反饋之間的動力學與相互機制的認識，建立能夠用來預測土地利用/覆被變化評價環境變化并提供決策支持的LUCC模型，從而預測土地利用/覆被變化，評估生態環境變化，并積極尋求人為干預[2]，最后實現區域可持續發展。

1 區域概況

目前，全世界共有干旱土地約64.5億hm2，約占全球土地的43%[3]。地處我國西北的干旱地區，位于歐亞大陸腹地，包括新疆全境、甘肅河西走廊、青海柴達木盆地以及內蒙古賀蘭山以西的地區。地理位置為E73°-106°、N35°-50°，總面積約占全國國土面積的24.5%。氣候干燥少雨，荒漠廣布，植被稀少，屬于典型干旱區。近50a來由于區域氣候異常和人類活動干擾，導致干旱區生態環境少有的脆弱性和變異性，反映在土地利用和覆被變化上非常顯著，直接影響了區域的可持續發展。

2 土地利用/覆被變化與可持續發展

2.1 土地利用/覆蓋變化（LUCC） 土地利用/土地覆被變化是目前全球變化研究核心主題之一。土地利用是指對土地的使用狀況，是人類根據土地的自然特點，按照一定的經濟、社會目的，采取一系列生物、技術手段對土地進行長期或周期性經營管理和治理改造活動；土地覆被與土地利用在概念上有區別也有聯系。土地覆被是隨遙感技術應用而出現的新概念，是指覆蓋地面的自然物體和人工建筑物，它反映了地球表層的自然狀況[4]。另有學者稱土地覆被為“具有一定地形起伏的覆蓋著植被、雪、冰川或水體，包括土壤層在內的陸地表層”。土地利用是土地覆蓋變化的最重要的影響因素，土地覆蓋變化反過來又作用于土地利用[5]。

2.2 LUCC與區域可持續發展 土地利用和土地覆被變化是實現區域可持續發展的基礎，區域可持續發展又協調了土地利用，改善了土地覆被變化。雖然土地是某一區域自然環境要素之一，但土地利用和覆被在時間和空間上不斷變化，從而影響了植被、河流、土壤、大氣等，使整個區域生態環境發生變化，例如生物多樣性減少、河流斷流和污染、土壤肥力下降和次生鹽漬化、大風和沙塵天數增多等，威脅區域的可持續發展。反過來，區域的可持續發展對土地利用和土地覆被變化也有深刻的影響。這種影響包括區域的整體自然環境和區域的社會經濟因素對土地利用和土地覆被變化產生影響。前者通過某一要素或整體直接或間接影響土地利用方式的改變和土地覆被的相應變化。后者因經濟投入的增加、生產技術水平提高、人地矛盾的緩解對土地利用和覆被變化的影響更加直接、顯著。正因為LUCC與區域可持續發展存在密切關系，LUCC成為區域可持續發展的基礎。

2.3 當今LUCC研究內容 目前土地科學的焦點問題是：（1）觀測和監測全球不同的時空尺度下發生的土地利用和覆被變化；（2）綜合理解這種人類—環境復合系統的變化原因、結果和效應；（3）空間顯性模擬土地利用/覆被變化；（4）全面評價土地系統功能和價值，如脆弱性、彈性、可持續性[7]。

2.3.1 地理信息技術成功使用 “3S”技術的使用對土地利用和覆被變化研究起到推動作用。經歷了20世紀80年代的通過遙感數字影像—人機交互判讀—計算機量測匯總—數據庫來實現土地利用信息提取，提高了土地利用數據獲取的速度和精度[8]。到20世紀90年代的利用地理信息系統中的分析功能可以獲得土地利用的變化矩陣，將原來土地利用變化的精度由“面積大小”提高到“位置與大小”，解決了土地利用變化“來龍去脈”分析，使土地利用變化向“過程研究”深入[9]。近年又探索利用地學信息圖譜構建土地利用和覆被變化時空復合體模型研究[10]。

2.3.2 LUCC模型研究 早期的LUCC模型多為非空間模型。近10多年來，LUCC模型發展以空間模型為主，這些空間模型被視為一種靜態模型，其假設土地利用變化和其驅動因子之間因果關系不隨時間發生變化。目前，多數LUCC模型都是基于壓力—狀態—反應（Pressure-State-Response）的框架體系，但沒有把LUCC影響也作為一種反饋因子。由于人類和所處的周圍環境相互作用、相互影響、相互制約，形成了一個開放的、綜合的復合系統[12]。我們借用“局部均衡分析（Partial equilibrium analysis）”這一經濟學名詞來描述LUCC模型。該方法在小區域研究具有可行性，對于大區域研究由于主體和土地的隸屬關系等信息獲取不容易，所以存在一定困難。從長遠趨勢來看，我們借用“一般均衡分析（General equilibrium analysis）這一經濟學名詞來描述LUCC模型，這樣就能從系統觀和整體觀的角度來綜合考慮“人類—環境”復合關系，能很好地解釋和預測土地利用變化系統。未來多尺度、多層次的綜合研究是LUCC模型研究新要求，模型驗證是LUCC模型的挑戰[13]。

2.3.3 LUCC研究的生態學理念和環境效應研究 景觀生態學用于研究LUCC，主要在于研究基質、綴塊、廊道等不同景觀要素的相互作用和尺度轉換特征。以空間鑲嵌穩定性為基礎，產生了“空間解決法”（Spatial solution），為土地的持續利用評價提供一條新途徑。理論上可以假設，任何景觀都存在一個土地利用系統的最佳空間配置，可以滿足人類世代的基本需求，并維持土地質量，即達到土地利用的發展目標[14]。LUCC環境效應因研究尺度不同有較大差異。全球尺度的環境效應研究側重于LUCC對全氣候變化的影響，集中表現在大氣成分變化引起的氣候變化。區域尺度的土地利用變化環境效應研究則側重于土地退化、水文過程、土壤環境、生物多樣性等效應方面。局域尺度的土地利用環境效應側重于地方的生態環境變化[14]。

3 干旱區土地利用和土地覆蓋變化的基本特點

干旱區是一個山地、綠洲、荒漠三者具有一定耦合關系的系統。在中國西部干旱區山盆體系中，山地向盆地中輸送了大量的地表水和地下水，決定了天然綠洲的規模和范圍，也影響了人工綠洲的發展潛力[15]。因此，在這樣的條件下，干旱區的土地利用和覆被變化表現出與濕潤、半濕潤區截然不同的特點。

3.1 干旱區土地利用和土地覆蓋空間差異明顯 在山地區，稍濕潤、溫度變化緩和，水熱變化和垂直變化明顯，穩定性隨因素組合而不同。該區域為徑流形成區，冰雪與降水資源豐富，年降水量150～1 000mm，一些山地作為放牧、旅游等季節開放或礦產開發區。在盆地邊緣、河流沖積平原、山間谷地的綠洲，小氣候效應明顯，區域的穩定性受多種因素的制約，生產力高，該區域為徑流消耗區，降水量多在150mm以下，以天然草甸、林灌植被、人工耕地和水域為主，為人類活動中心，受自然和人為活動的制約，隨綠洲的類型變化，生態環境脆弱程度而不同。在荒漠區，干旱、多風、極端溫度明顯，系統穩定性差，生產力很低。無地表徑流或為地表徑流散失區，年降水僅為20～80mm，戈壁、荒漠、裸土、石礫地和荒漠化土地構成荒漠景觀。受人類活動干預增多，有考察、探險、放牧等活動，生態環境十分脆弱。

3.2 干旱區山地、綠洲、荒漠每個系統內部景觀結構簡單，生態環境脆弱 在干旱區，山地基本格局就是荒漠—山地草原-山地森林-高山草甸-亞冰雪-冰雪帶構成的垂直帶譜[16]。森林發育的規律是：在阿爾泰山1 500～2 500m、天山北坡1 600～2 700m、祁連山2 600～3 300m、西昆侖山2 700～3 600m[17]，這些森林處于干旱的氣候條件包圍中，生態環境脆弱。在山地垂直帶譜中缺少森林帶地方，山地草原及高山草甸發育為主要特征，環境比較惡劣，農業發展受一定的限制。在山地草原和山地荒漠帶為主的垂直帶地方，表現極端的干旱天氣，草場質量較差，牧業發展受嚴重限制。在以濕地為主要特征的山地內部格局，多是生物多樣性集中地[16]。

綠洲是干旱區人類活動集中而活躍的地方。由于人類活動的影響，中國內陸干旱區綠洲大多以人工綠洲為主[17]，其主要特點是通過人工渠道將地表水（開采地下水）引入到地勢平坦土質較好的地方，這樣使綠洲在整體上呈現綠洲分布在荒漠基地的背景上，而在綠洲內部又有小范圍的荒漠（未利用的土地）斑塊分布。所以，綠洲范圍的確定是以農田、林地和濕地斑塊的分布來確定綠洲邊界。近幾十年來，隨著經濟的發展和人口的增加，綠洲普遍存在過度開發問題，直接導致了干旱區綠洲景觀發生顯著變化。首先，在老綠洲和新增綠洲中，農田、未利用土地和草地所占面積最大。其次，在老綠洲中，建筑用地斑塊的密度最高，水域和林地最低。在新增綠洲區中，未利用土地、草地和農田的斑塊的密度最高。第三，在老綠洲中，農田的最大斑塊指數最高，在新增綠洲中，未利用土地和農田最高。

荒漠區氣候干燥、降水稀少、蒸發強烈、植被貧乏，同時，地面溫度變化很大，物理風化強烈，風力作用活躍，地表水極端缺乏，多鹽堿土；植被生長極差，只有在河道兩側或尾閭區生長一些胡楊等。

3.3 綠洲-荒漠帶不穩定 綠洲-荒漠交錯帶介于綠洲與荒漠之間，因其高機率的被替代性、弱的抗干擾能力、低概率的原狀恢復性而成為最脆弱、最不穩定的生態區域類型之一。隨著綠洲農業的發展，大面積原來屬于交錯帶的荒漠帶被開墾為農業用地，使人工綠洲面積迅速增大，從而使交錯帶內部邊界向外擴展，加上外部邊界向內退縮，使交錯帶變窄。但如果開荒土地水源無法保證，大面積棄耕變成鹽堿化，植被覆蓋度大幅度下降，天然綠洲一部分轉為交錯帶，其邊界又向綠洲擴大[20]。

4 干旱區LUCC與區域可持續發展的關系

原始的綠洲居民在選擇棲息地時，往往依水而居，首選在山前洪積扇中下部，潛水溢出帶附近，這里土壤肥沃，地下徑流通暢，水源穩定、充裕。其次，亦或選在沿河的三角洲上，這里地勢平坦，土層深厚，地下水位高，引水方便，渠道縱橫。隨著氣候干旱加劇、人口數量增加，灌溉面積和用水增加，植被破壞，水源缺乏，流沙緊逼，一些聚落被湮沒。今天留給我們的只是一片廢墟。土地沙漠化是一個漸進的過程，還有一些是重大破壞事件如戰亂發生、政權更替、宗教戰爭后突然放棄的。

經過解放后幾十年的開發建設，我國西北綠洲的面積大幅度擴大。如新疆的綠洲面積是解放前的3倍多。經過長期建設，不僅擴大了綠洲面積，而且在綠洲內部形成了良好的生態環境。但綠洲外部的生態環境不斷惡化，主要表現在：湖泊的干涸和萎縮，土地沙化面積擴大，河流下游和尾閭植被衰敗，土地次生鹽漬化擴大等。這些問題，有些是自然因素形成的，而更多的是人類對土地和水資源的不合理利用，改變原有的土地覆被，阻礙了區域的可持續發展。

5 結果和討論

山地是干旱區水資源的形成區和涵養區，冰雪融化及降水集中，易于造成水土流失的發生。植被是維持系統穩定性的重要因素，各種天然植被的水土保持作用和水資源涵養作用是其他要素不可替代的。因此在山地LUCC研究中，實現區域可持續的發展，應該運用生態學原理，諸如復合生態系統原理、物質和能量循環原理、生態平衡和忍耐極限原理、系統開放原理、生態位原理和限制因子原理等[21]。

以天山北坡為例，在天山北坡中山帶，實施以生態建設為核心、生態產業為支柱的發展戰略。具體包括：（1）建設中山帶生態環境：研究和恢復傳統山地森林帶下限高度的可能性，擴大森林分布范圍，為綠洲可持續發展提供安全的生態保障；（2）發展山地旅游業：山地蘊含極為豐富的旅游資源，研究和開發這些資源是干旱區今后發展的重要思路；（3）建設山區水庫：平原水庫由于強烈的水資源蒸發損失嚴重，干旱區水資源的合理調配必須依賴山區的水庫建設。中山帶下部正是山區降水帶的下部，因而是選擇和建設山區水庫的合適位置[22]；（4）利用遙感、GIS等現代科學技術成就，建立山地系統生態環境建設信息決策系統。

綠洲可持續發展必須尊重自然規律，以流域為單元，綜合規劃治理，使整個系統優化。首先，水土組合是干旱區LUCC的決定因素，建設水利設施，水利工程從平原向山區轉移，建立山區水利樞紐，達到水資源時空分配相對平衡；合理利用水資源，實現從低效和粗放向合理利用轉變，適度開發地下水。其次，改土配肥，克服綠洲土壤的次生鹽漬化。建設防護林，防止風沙對綠洲土壤的侵蝕。最后，適度擴大新綠洲，提高現有土地生產力。在水源有保證的地方，提高現有水源灌溉潛力，合理配置水資源。西北地區中、低產田面積大，可以通過合理灌溉、排水降低地下水位、提高肥力、營造防護林等綜合措施提高單產，從而實現高效、特色農業。

參考文獻

[1]王濤. 我國綠洲化及其研究的若干問題初探[J]. 中國沙漠，2010，30（5）：995-998.

[2]張豫芳，楊德剛，張小雷，等. 天山北坡城市群地域空間結構時空特征研究[J]. 中國沙漠，2008，28（4）：795-801.

[3]王讓會，馬映軍，彭茹燕.西北干旱區山地-綠洲-荒漠系統信息傳遞耦合關系[J]. 干旱地區農業研究，2001，14（1）：33-38.

[4]丁建麗，張瑩，塔西甫拉提·特依拜.綠洲-荒漠交錯帶土地利用/覆蓋時空變化研究[J]. 環境科學研究，2006，19（6）：100-105.

[5]蒙吉軍，龍花樓，劉松.綠洲農業生態經濟系統的結構與功能分析[J]. 應用生態學報，1999，10（2）：213-217.

[6]羅格平，張百平.干旱區可持續土地利用模式分析-以天山北坡為例[J]. 地理學報，2006，61（11）：1 160-1 170.

[7]張新時.東天山森林的地理分布[C]. 新疆維吾爾自治區的自然條件（論文集），北京：科學出版社，1959.

[8]張百平，羅格平.干旱區山地生態格局與可持續發展[J]. 干旱區研究，2005，4（22）：419-423.

[9]王讓會，張慧芝，黃青.全球變化背景下干旱區山地-綠洲-荒漠系統耦合關系的特征及規律[J]. 科學通報，2006，51（5）：61-65.

[10]宋乃平，張鳳榮，王磊，等. 我國土地利用/覆被研究熱點與應用發展問題[J]. 地球信息科學，2008，1（10）：60-65.

[11]史陪軍，王靜愛，陳婧，等. 當代地理學之人地關系相互作用研究的趨向：全球變化人類行為計劃（IHDP）第六屆開放會議透視[J]. 地理學報，2006，61（2）：115-126. [12]唐華俊，吳文斌，楊鵬，等. 土地利用/土地覆蓋變化（LUCC）模型研究進展[J]. 地理學報，2009，64（4）：457-468.

[13]馮雪力，吳世新，陳紅. 新疆地區近15年來土地利用時空變化及驅動力分析[J]. 干旱區農業研究，2010，28（3）：224-230.

[14]左其亭，陳曦. 西部干旱區生態環境調空對策定量研究方法[J]. 干旱區地理，2001，24（2）：146-153.

[15]呂鳴倫，劉衛國. 區域可持續發展的理論探討[J]. 地理研究，1998，17（2）：132-137.

[16]后立勝，蔡運龍. 土地利用/覆被變化研究的實質分析與進展評述[J].地理科學進展，2004，23（6）：96-104.

[17]毛文永，文劍平.全球環境問題與對策[M].北京：中國科學技術出版社，1993.

（責編：徐世紅）