近32年塔里木盆地與準噶爾盆地濕地演化遙感分析

曾 光，高會軍，朱 剛

(中國煤炭地質總局航測遙感局遙感應用研究院，西安 710054)

0 引言

濕地是人類最重要的生存環境之一，是由水陸相互作用而形成的自然綜合體［1］，在調節氣候、凈化環境、維持生物多樣性和緩解旱澇等方面發揮著巨大作用［2］。新疆地處我國西北內陸干旱區，由于水資源的嚴重短缺，濕地生態系統的服務功能顯得尤為重要［3］。受自然因素和人類活動的影響，近年來新疆濕地退化形勢嚴峻［4］，艾比湖和塔里木河下游濕地面積的減少已引起地區生態系統服務功能總價值的減少［5－7］。近年來，我國眾多學者已從濕地的水文特征［8］、濕地生態質量評價［9－10］和濕地景觀格局變化［3，11］等方面對新疆濕地進行了廣泛而深入的研究，但大多僅局限于單一湖泊或河流，以塔里木盆地或準噶爾盆地為單元進行的濕地變化研究較少。

本文借助遙感和GIS 技術，對塔里木盆地和準噶爾盆地近32 a 間的濕地演化特征進行了探討，并分析了這2 大盆地濕地演化的差異性，試圖揭示2 大盆地的濕地變化與氣候因素、人類活動之間的關系。

1 研究方法

1.1 數據源及其預處理

為了充分反映塔里木盆地和準噶爾盆地濕地動態變化特征及演變趨勢，選擇20 世紀70年代中期MSS 作為基準數據，因為這一時期的遙感數據可以近似代表未受人類活動干擾或影響程度較小的自然環境條件下的濕地背景值;其次，進入21 世紀以來，隨著城市化進程的不斷加快、工農業生產和人口數量的增加對淡水和土地資源的需求進一步加大，對濕地資源產生了嚴重威脅，因此，選取的2000年ETM 遙感數據能夠代表這一時期濕地的演變特征;最后，以2007年CBERS 02 作為現狀年基礎數據，對2個盆地單元濕地因子進行綜合解譯。

選取的MSS 數據以1975年雨季(6—10月)時相為主，約占同期遙感數據的76%;ETM 同樣以2000年的雨季數據為主，約占同期遙感數據的79%;而CBERS 02 則以2007年旱季(11月—次年5月)數據為主，約占65%。雖然時相的差異會對同一盆地單元濕地的演化規律分析產生一定影響，但只影響到氣候變化與濕地演變的直接關系;而濕地的綜合解譯不能僅依據水體與植被因素為唯一特征(如河流濕地中的泛洪平原濕地)，還需結合地形、地貌和水文地質條件等因子進行綜合判定，因此，通過20 世紀70年代的1∶10 萬地形圖的輔助，可降低因時相差異而引起的精度問題，濕地動態變化分析仍具有一定的可比性。

在ERDAS 9.2 平臺下，分別對3 期遙感數據進行正射校正、幾何配準及圖像鑲嵌等處理，然后利用MapGIS 6.7 進行遙感解譯及綜合圖件的編制。

1.2 濕地分類體系的建立

根據《中華人民共和國濕地分類標準(GB/T 24708—2009)》，結合2 大盆地水文地貌條件和濕地發育特征，本研究采用二級分類系統。其中，一級類型包括天然濕地和人工濕地;二級類型包括湖泊濕地、河流濕地、沼澤濕地、水庫和淡水養殖場。

1.3 專題信息提取及動態變化

本次以人機交互目視解譯為主，根據不同濕地類型在遙感影像上的典型特征，建立遙感解譯標志，借助MapGIS 6.7 工作平臺進行綜合解譯;通過野外實地驗證對解譯成果進行修正與完善;制作1975年、2000年和2007年塔里木盆地與準噶爾盆地濕地分布圖(圖1)。

圖1 不同時期塔里木盆地與準噶爾盆地濕地分布Fig.1 Distribution of wetlands of Tarim Basin and Junggar Basin in different years

通過3 期濕地數據的空間疊加，生成1975—2000年和2000—2007年2個盆地的濕地變化圖。

為了宏觀分析人類活動對濕地演化進程的影響，對3 期遙感數據的耕地因子進行綜合解譯，并制作1975—2000年和2000—2007年耕地變化圖。

將相應時期的濕地變化圖和耕地變化圖進行空間疊加，提取“耕地增加”和“濕地減少”的雙重屬性圖斑，認為該屬性的圖斑為因“圍濕造田”而直接喪失的濕地圖斑，進而分析人類活動對濕地演化的影響。

2 結果與分析

2.1 濕地演化特征

塔里木盆地與準噶爾盆地濕地演化特征差異較大，具體表現在3個方面:

1)塔里木盆地濕地呈持續性萎縮，并有加速退化的趨勢，而準噶爾盆地濕地面積表現為先增加后減小，整體呈微弱增加的變化規律(表1)。

表1 塔里木盆地與準噶爾盆地不同濕地類型面積統計Tab.1 Area statistics of different wetlands types in Tarim Basin and Junggar Basin (km2)

32 a 間，塔里木盆地濕地減少了2 739.88 km2，年均減少85.62 km2，其中，1975—2000年，濕地面積減少了1 266.33 km2，年均減少50.65 km2;2000—2007年，濕地面積又減少了1 473.55 km2，年均減少210.51 km2，濕地退化速率是1975—2000年的4.16 倍，具有加速退化的趨勢。準噶爾盆地濕地演化進程不同于塔里木盆地，1975—2000年，濕地面積增加了489.80 km2;2000—2007年，濕地演化規律與塔里木盆地相同，也呈萎縮趨勢，共計減少234.86 km2;32 a 間，準噶爾盆地濕地面積增加了254.94 km2，年均增加7.97 km2。

2)天然濕地的嚴重萎縮是引起塔里木盆地濕地面積銳減的主要原因之一。32 a 間，塔里木盆地內河流濕地、湖泊濕地和沼澤濕地面積均呈持續性減少，共計減少2 854.67 km2，以沼澤濕地減少面積最大，為2 097.64 km2，占塔里木盆地濕地減少總面積的73.48%;其次為河流濕地和湖泊濕地，減少面積分別為589.34 km2和167.69 km2，分別占濕地減少總面積的20.65%和5.87%。

3)湖泊濕地是準噶爾盆地濕地變化的指示因子。新疆的湖泊濕地水源補給主要依賴相鄰山地的冰川積雪融水和自然降水，因此該區的湖泊濕地是受氣候變化和人類活動影響最為明顯的濕地類型。1975—2000年，由于降水量的普遍增多，準噶爾盆地濕地面積增加了489.80 km2，同時湖泊濕地面積也增加了361.37 km2，占濕地面積增加量的73.78%;2000—2007年，受持續干旱氣候條件的影響，湖泊濕地與濕地總面積分別減少了275.92 km2和234.86 km2。因此，湖泊濕地面積的消長是引起準噶爾盆地濕地總面積發展與萎縮的重要指示因子。

2.2 濕地景觀格局變化差異

2.2.1 斑塊數及斑塊平均面積的變化差異

32 a 間，塔里木盆地濕地景觀斑塊數呈先增加后減少的變化趨勢(圖2(a))。1975—2000年，濕地斑塊數量增加了27個，而斑塊平均面積減少了2.21 km2，濕地整體處于破碎化發展階段;2000—2007年，濕地斑塊數量繼續減少了327個，而濕地的斑塊平均面積增加了2.35 km2，說明該時期塔里木盆地內的小斑塊濕地消失。

圖2 濕地景觀斑塊數和平均面積變化對比Fig.2 Dynamic variations in patch number and average patch area of wetlands landscape

準噶爾盆地濕地景觀變化特征不同于塔里木盆地，整體呈斑塊數增加、斑塊平均面積持續減少的變化趨勢(圖2(b))。1975—2000年，盆地內濕地斑塊數量增加了96個，而斑塊平均面積減少了4.54 km2，這主要是由于2000年濕地景觀發生大面積的擴展，形成了許多新生濕地斑塊;2000—2007年，盆地內濕地斑塊數量減少了10個，斑塊平均面積仍繼續減少了0.51 km2，濕地演化呈萎縮態勢。

2.2.2 濕地景觀多樣性的變化差異

圖3 濕地景觀多樣性指數變化Fig.3 Change of landscape diversity indices of wetlands

1975年、2000年和2007年，塔里木盆地濕地景觀多樣性指數水平較高，為1.11，1.23 和1.19，均小于景觀最大可能的多樣性指數1.609 4［3］，說明塔里木盆地濕地景觀類型所占面積比例有一定差異。32 a 間，多樣性指數整體增加說明不同濕地類型面積比例差異減小，景觀多樣性增大(圖3(a))。優勢度指數和均勻度指數一樣，也是描述景觀由少數幾個主要類型控制的程度，2個指數間可以彼此驗證［12］，塔里木盆地2個指數變化規律相同，呈先增加后減小，整體增加的變化趨勢，說明盆地內占主導地位的濕地類型所占比例已經發生了變化，景觀結構趨于均勻化。1975—2000年，沼澤濕地面積比例由48.70%減少至33.93%，河流濕地面積比例由35.49%增加至42.20%，濕地景觀類型所占面積比例差異降低，均勻度指數增加;2000—2007年，河流濕地面積比例繼續增大至46.76%，而沼澤濕地比例下降至26.24%，濕地景觀類型比例差異開始增大，濕地主導類型由沼澤濕地轉化為河流濕地，均勻度指數降低，濕地多樣性減少。優勢度指數的降低(如沼澤濕地)說明盆地內濕地景觀類型所占面積比例差異逐漸縮小，景觀結構趨于均勻化，濕地生態系統處于良性發展，反之，優勢度指數增加，說明濕地類型比例差異增大，多樣性降低。

準噶爾盆地濕地景觀多樣性指數和均勻度指數均小于塔里木盆地，說明不同濕地類型所占的面積比例差異大于塔里木盆地;同時，優勢度指數大于塔里木盆地，表明準噶爾盆地內有處于絕對主導地位的濕地類型(圖3(b))。1975年、2000年和2007年湖泊濕地占盆地內濕地總面積的比例分別為65.96%，67.32%和62.75%，均處于主導地位。然而縱觀32 a 間，準噶爾盆地濕地景觀多樣性指數和均勻度指數在持續增加，而優勢度指數在持續減少，說明居于主導地位的湖泊濕地類型所占濕地總面積的比例逐漸降低，處于次要地位的濕地類型呈發展趨勢，濕地生態系統處于均勻化發展狀態。

3 濕地演化驅動力分析

濕地演化受到氣候變化和人類活動的影響［13－14］，本文從這2 方面來綜合分析濕地的演化特征。

3.1 氣候變化因素

氣候是控制濕地消長的根本動力因素，濕地的消長也會改變濕地系統，進而加快氣候變化的速度［15］。自20 世紀80年代中期以來，新疆氣候發生了由暖干向暖濕的轉型，整個新疆地區降水量存在逐漸增多的趨勢，且南疆降水量高于北疆地區［16］。1961—2008年，新疆各區域年平均氣溫呈一致的上升趨勢，北疆線性增溫率為0.38℃/10 a，南疆為0.28℃/10 a，北疆增溫幅度大于南疆地區［17］。

塔里木盆地選擇阿克蘇、輪臺、庫車、喀什、巴楚、阿拉爾、鐵干里克、若羌、莎車、皮山、和田、民豐、且末和于田等14個氣象站，準噶爾盆地選擇哈巴河、吉木乃、福海、精河、烏蘇、石河子、蔡家湖和奇臺等8個氣象站收集1975—2007年連續的降水和氣溫監測數據。

32 a 間，塔里木盆地與準噶爾盆地降水量和氣溫均呈逐年上升趨勢。其中，塔里木盆地年降水量和氣溫分別以0.596 7 mm/a 和0.042℃/a 的速度遞增，而準噶爾盆地年降水量和氣溫分別以1.694 8 mm/a和0.047℃/a 的速度增長，年均增幅高于塔里木盆地(圖4)。

降水量的增多與氣溫的上升均對濕地的擴張產生直接影響。1975年、2000年和2007年，塔里木盆地年降水量分別為29.24 mm，37.28 mm 和41.21 mm，年均氣溫分別為10.77℃，12.07℃和12.88℃;1975—2000年和2000—2007年期間的年降水量增幅為27.48% 和10.56%，年均氣溫增幅為12.07% 和6.69%。盆地內年降水量增幅均明顯高于氣溫增加量，但是濕地面積仍以20.63%和30.25%的幅度銳減，尤其2000年以后濕地面積的減少量遠遠超過降水量和氣溫的綜合影響，說明除自然因素等條件外，還有其他因素影響著塔里木盆地的濕地演化。

1975年、2000年和2007年，噶爾盆地年降水量分別為120.30 mm，177.03 mm 和221.63 mm，年均氣溫為5.49℃，6.46℃和7.48℃;1975—2000年和2000—2007年期間降水分別以47.15%和25.19%的幅度遞增;年均氣溫增加幅度為17.77% 和15.67%。1975—2000年，準噶爾盆地濕地面積增幅為21.90%，而2000—2007年，濕地開始出現萎縮現象，面積減少幅度為8.35%。因此，準噶爾盆地濕地的演化與降水量和氣溫的變化存在著密切關系，氣候對濕地的控制作用明顯強于塔里木盆地。

3.2 人類活動因素

為了分析濕地演化與人類活動的耦合關系，將1975—2000年和2000—2007年濕地動態變化圖分別與相應時間段內耕地變化圖進行空間疊加，提取“耕地擴展和濕地減少”的雙重屬性圖斑，認為這是人類“圍濕造田”活動對濕地的直接占用的表現。

1975—2000年，塔里木盆地濕地總面積減少1 266.33 km2，因“圍濕造田”而直接占用的濕地面積達1 035.06 km2，占濕地面積減少量的81.74%;2000—2007年，濕地總面積減少了1 473.55 km2，“圍濕造田”面積達1 030.30 km2，占濕地總面積減少量的69.92%。32 a 間，“圍濕造田”強度居高不下，是引起塔里木盆地濕地面積銳減的主要原因。

1975—2000年，準噶爾盆地濕地增加了489.80 km2，而由于“圍濕造田”直接喪失230.80 km2的濕地;2000—2007年，盆地內濕地減少了234.86 km2，因“圍濕造田”而減少的濕地面積為103.46 km2，占濕地面積減少總量的44.05%，表明人類活動對準噶爾盆地濕地演化進程的影響也較大。

4 結論

1)2000年以后塔里木盆地與準噶爾盆地濕地資源均呈現不同程度的退化趨勢。32 a 間，塔里木盆地濕地減少2 739.88 km2，年均減少85.62 km2，其中，2000—2007年，濕地年均減少速率是1975—2000年的4.16 倍，濕地具有加速退化的趨勢;準噶爾盆地濕地面積變化表現為先增加后減小，整體呈微弱增加的變化趨勢，32 a 間濕地總面積增加了254.94 km2，湖泊的消長對準噶爾盆地濕地面積的變化影響較大。

2)1975—2000年，塔里木盆地濕地處于破碎化發展階段，濕地景觀斑塊數量增加、斑塊平均面積減小，沼澤濕地所占比例下降，濕地景觀結構趨于均勻化;2000—2007年，小斑塊濕地出現大量消亡的現象，斑塊數量減少327個，斑塊平均面積減少2.35 km2，河流濕地成為主導類型，多樣性指數與均勻度指數降低，濕地多樣性減少。準噶爾盆地濕地景觀演化特征與塔里木盆地有較大差異，1975—2000年，濕地斑塊數量增加了96個，斑塊平均面積減少了4.54 km2，濕地以新增方式為主;2000—2007年，濕地斑塊數量減少了10個，而斑塊平均面積仍繼續減少了0.51 km2，濕地呈萎縮發展態勢，湖泊濕地是準噶爾盆地內占絕對優勢的濕地類型;32 a 間，準噶爾盆地濕地多樣性指數和均勻度指數持續增加，而優勢度指數持續減少，景觀結構趨于均勻化。

3)32 a 間，塔里木盆地和準噶爾盆地年降水量和年均氣溫均呈逐年上升的趨勢，增加量分別為0.59 mm/a和0.042℃/a，1.69 mm/a 和0.047℃/a，對濕地的擴張有著直接的影響。

4)2000年以后，準噶爾盆地濕地呈退化趨勢，因“圍濕造田”直接喪失的濕地面積達103.46 km2，占2000—2007年濕地面積減少量的44.05%。塔里木盆地濕地面積的持續減少與人類活動密切相關，1975—2000年和2000—2007年，因“圍濕造田”而占用的濕地面積為1 035.06 km2和1 030.30 km2，分別占2個時段內濕地面積減少總量的81.74%和69.92%。因此，在積極有效地保護濕地資源的基礎上，應合理布置農業空間格局及發展規模。

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