新疆地區沙漠化對氣候變化的響應與治理對策

李誠志，張 燕，劉志輝，王榮軍

生態環境是人類社會持續發展的根本基礎，是關系人民福祉、關乎民族未來的長遠大計。隨著全球氣候變暖的日益凸顯，地球生態環境的許多要素發生了改變，進而引發一系列全球性生態環境問題［1］，形成重大的生態災害。目前這種生態問題已受到各國政府和科學界的高度關注。

新疆維吾爾自治區位于我國西北干旱區，降水稀少，蒸發強烈，水資源短缺，生態環境脆弱［2］，是極易受全球氣候變化影響的區域。近年來，隨著全球氣候變暖，以及新疆地區經濟快速發展，資源需求不斷擴張，緊缺的水資源被大量生產生活所消耗，造成局地植被衰退，生態環境退化，形成荒漠景觀（沙漠、戈壁、鹽漬地），進而產生大規模性的沙塵暴，嚴重影響整個新疆地區乃至全國的空氣環境。目前，國內外學者對該區域格外關注。樊自立等［2］提出新疆地區現階段所面臨的生態環境問題主要為河流縮短，湖泊萎縮或干涸，水質鹽化，天然植被衰敗，野生動植物減少，土地沙漠化和鹽漬化不斷擴大，影響新疆地區生態環境變化的關鍵因子是水［3－4］，導致新疆地區生態環境退化的主要因素是氣候變化和人口數量增長［5－6］。新疆生態環境變化較為復雜，惡化和改善兩個方向同時并存［7－9］。新疆地區現階段的氣候向“暖濕”變化，有利于生態環境的改善［1，10］。本研究以新疆生態問題的重點問題——沙漠化為研究對象，在現階段氣候背景下，運用MODIS NDVI數據對新疆沙漠化變化進行監測，對沙漠化的氣候響應，沙漠化變化的空間位置、沙漠化原因進行調查研究，探討沙漠化治理方案，期望對新疆地區生態環境治理提供幫助，解決該區現實生態問題。

1 新疆地區近50a的氣候變化

近百年來，全球氣候正經歷著“變暖”，全球溫度升高了0.56～0.92℃，北半球降水顯著增加［11］。在全球氣候增暖的背景下，新疆地區氣候呈現明顯的“暖濕”轉變［12］。均勻選擇新疆18個國家基準、基本氣象站（北疆包含烏魯木齊、昌吉回族自治州、阿勒泰地區、塔城地區、伊犁州直屬地區、博爾塔拉蒙古自治州；選擇氣象站8個：阿勒泰、富蘊、和布克賽爾、克拉瑪依、精河、奇臺、伊寧、烏魯木齊。南疆包含喀什地區、和田地區、阿克蘇地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、巴音格楞蒙古自治州；選擇氣象站8個：庫車、喀什、巴楚、鐵干里克、若羌、莎車、和田、安德河。東疆包含吐魯番地區、哈密地區；氣象站點2個：吐魯番、哈密。）1962—2012年近50a觀測資料進行分析。由圖1—2可知，自20世紀60年代以來，氣溫呈現明顯上升趨勢，年平均氣溫增幅到達0.27℃／10a，其中冬季尤為顯著，呈現明顯暖冬現象［13］，在北疆溫度增幅較為明顯，氣溫平均增幅達到0.36℃／10a。全疆降水呈現增多趨勢。全疆年平均降水量增幅8.5 mm／10a，1987 年 為 明 顯 的 降 水 增 加 轉 折 點［11－14］。北疆年降水量平均增幅20.63%，南疆平均增幅28.77%［14］，東疆則幾乎沒有變化。最大的年降水增加量位于阿拉套山的南坡和伊犁河上游鞏乃斯林場附近，增幅達2～2.5mm／a，最少的位于吐魯番盆地，降水幾乎沒變化。北疆降水增加主要在夏、冬兩季，這為平原區的荒漠植被提供了急需的水分。春末，準格爾盆地豐富的積雪融水和降雨，使得古爾班通古特沙漠形成大量的短命植物，沙漠化狀況明顯改善［15］。南疆降水增加主要集中在夏季，形成夏季洪水，增加了河流徑流量。全疆年平均風速呈現下降趨勢，平均下降幅度0.2m／（s·10a）。其中北疆和東疆年平均風速下降明顯，北疆年平均風速下降幅度0.23m／（s·10a），東疆下降幅度0.32m／（s·10a）；南疆年平均風速下降幅度較小，僅為0.12m／（s·10a）。而年平均相對濕度則變化較小，50a年平均相對濕度幾乎沒有變化。就整體而言，新疆地區近50a氣候呈現明顯“暖濕”轉變，風速變小，為沙漠化治理提供了良好的氣候環境。

圖1 新疆地區1962－2012年年平均氣溫和年降水量變化

圖2 新疆地區1962－2012年年平均風速和年平均相對濕度變化

2 氣候變化下新疆地區河水流量變化

水是新疆地區沙漠化變化的主導因子。隨著氣溫變暖和降水量增加，新疆地區大部分河流出山口徑流量呈現明顯增加趨勢。水量增加一部分來自于降水增加，還有一部分來自于溫度升高導致高山冰川融化。李忠勤等［16］對天山烏魯木齊河源1號冰川的研究得出，20世紀80年代以來，快速升溫使冰川加速退縮，冰川融水徑流量呈加速增大趨勢，其它冰川也出現類似的情況。在降水增加和溫度增加共同作用下，新疆地區大部分河流出山口徑流量增加。北疆的奎屯河、瑪納斯河，南疆的塔里木河源流、開都河、車兒臣河、克里雅河等河流年徑流量均呈現明顯增加趨勢［11，17－18］。塔里木河源流出山口徑流量自1994年后呈現明顯增加趨勢，年徑流量大約增加了3.0×109m3。然而出山口年徑流量的增加并未惠及河流的下游。塔里木河阿拉爾水文站的年徑流量沒有隨出山口徑流量的增大而增大，而塔河中、下游的英巴扎站、恰拉站的年徑流量卻在不斷減小，在用水旺季時還呈現斷流現象。塔里木盆地的其它河流也有類似的現象。這主要是河水流出山口后被大量的引向綠洲，用于農田灌溉和工業生產，綠洲面積不斷擴大，綠洲內部環境逐步改善［1－2，6］。而河流下游的水量則逐步減小，植被衰退，進而引發局部生態環境問題。可見，新疆地區氣候的“暖濕”變化并不是對所有地區的沙漠化都產生緩解，在局部沙漠化還在加劇演化。

3 新疆地區沙漠化對氣候變化的響應

3.1 近10a來新疆地區沙漠化變化

利用新疆地區2000—2011年 MODIS 16d的NDVI數據，合成每年最大NDVI值，再利用像元二分法反演年最大植被蓋度。在年最大植被蓋度基礎上，參照文獻［19—20］的沙漠化分類方法，對新疆地區每年的沙漠化進行分類，其具體的分類過程限于篇幅在此不詳細描述。利用MODIS數據對平原區域的沙漠化進行監測，其監測的變化結果如圖3—4所示。由圖3可見，新疆地區沙漠化處于一個動態波動過程。整體而言，全疆絕大部分地區的沙漠化得到較明顯的改善，其中明顯改善的區域有8.5×104km2，輕度改善的有7.1×104km2；但沙漠化也同時存在，其中輕度退化的面積有2.7×104km2，嚴重沙漠化的面積有1.4×104km2。沙漠化變化在區域上分布不均衡，北疆隨著降雨量的增加、風速變小，沙漠化得到明顯的改善；南疆在綠洲附近沙漠化得到明顯改善，而在綠洲下游河道周邊沙漠化加劇明顯；東疆的沙漠化變化不大，但沙漠化加劇面積呈增加趨勢。

圖3 新疆地區2001－2011年沙漠化變化

圖4 新疆地區2001－2011年年降雨量變化

3.2 沙漠化變化對氣候變化的響應

運用2001—2011年的沙漠化變化面積與年降水量、年平均溫度、年平均風速、年平均相對濕度做Pearson相關分析，其結果如表1所示。由表1可知，在北疆沙漠化變化與年降水量存在明顯的相關關系。年降水量影響著北疆的沙漠化進程，年降水多的年份北疆沙漠化好轉，年降水少的年份沙漠化加劇。在南疆年降水量對沙漠化的影響比北疆要小得多，相關系數僅為0.56，顯著水平不顯著；但南疆沙漠化加劇面積與年平均風速、年平均溫度存在顯著的負相關關系，這說明南疆風沙運動和水分蒸發對沙漠化影響顯著。隨著年平均風速減小，南疆沙漠化進程得到一定抑制，但溫度升高使這種變化同時又受土壤水分蒸發的約束，所以表現為沙漠化好轉與年平均風速、年平均溫度的相關關系不顯著。在東疆沙漠化僅與年平均風速的相關關系顯著，好轉面積與年平均風速呈現正相關關系，其原因可能是東疆的人工植樹造林對沙漠化進程產生的正向影響。

3.3 沙漠化警情空間分布

沙漠化是一個動態變化過程，受氣候變化和人類活動影響。在治理沙漠化時，應首先重點考慮持續沙漠化加劇區域。將2001—2011年每年的沙漠化動態變化圖進行累加求平均，并按照退化級別形成沙漠化預警圖（圖略），計算過程詳見文獻［20］。新疆地區沙漠化整體改善，其中北疆的沙漠化改善較為明顯，南疆和東疆改善程度稍差。新疆沙漠化警情主要分布在南疆綠洲下部河道周邊、河流尾閭。其中極重度和重度警情分別有230.9和1 268.63km2，主要分布在車兒臣河中游、下游，塔里木河中游，渭干河下游，葉爾羌河中游、下游，喀什噶爾河下游、塔里木盆地南緣的諸小河下游，吐魯番—哈密盆地諸小河下游；中度警情的有1.22×104km2，主要分布在極重度和重度警情周邊；輕度警情有2.69×104km2，主要分布在北疆的古爾班通古特沙漠腹地。

表1 新疆地區2001－2011年沙漠化變化對氣候變化響應

3.4 沙漠化原因分析

本研究于2012年5—11月對新疆地區沙漠化極重度、重度和中度沙漠化警情區域進行重點調查，共調查250個點。調查結果發現存在沙漠化區域90%以上是草甸生態系統，草甸植被類型大部分為蘆葦。草甸生態系統退化的表現為植物種類單一化，植被的高度和蓋度降低，局部呈現沙化。發現沙漠化區域距離人類活動的綠洲相對較遠，退化區域未發現嚴重的超載放牧和大量采薪，退化主要因素是水資源利用空間的改變。河道上、中游大量渠系將水引至綠洲或城鎮進行農業生產、生態綠化，形成不斷擴大的人工綠洲；而在河道下游則造成斷流、干枯，河道周邊地下水位下降，植被衰退，周邊生態系統退化。在地表水匱乏地區，除直接引用河道水外，還存在大量的機井過度抽取地下水用于農田灌溉、工業生產、城鎮生活，形成巨大的地下水漏斗，地下水位降低，進而造成植被衰退死亡，生態系統退化。沙漠化的根本原因是水資源利用空間的改變。水資源利用從原來的荒漠區域轉移到綠洲，造成荒漠生態系統退化，綠洲面積擴大。

4 新疆地區沙漠化治理對策

4.1 北疆沙漠化治理應以自然恢復為主

北疆沙漠化與年降水量具有顯著的相關關系，天然降雨量的增加足可使沙漠中的植被蓋度增加，沙漠化程度減輕，只要不破壞沙生植物，其植被足可抵御自然風蝕。因此，在現階段降水增加的情況下，建議北疆沙漠化治理主要采取自然封育為主，建立大小不等的風沙保護區，讓其在自然環境中恢復。

4.2 南疆和東疆以流域為單位合理分配水資源，留足生態用水

在當前氣候背景下，南疆和東疆大部河流的出山口徑流量增加，然而因行政邊界以及行政體制的制約，各地區在經濟社會發展時僅考慮本地區的最大利益而忽視與之相關聯的其它地區的“公共利益”。河流中、上游大量的引水、用水，下游來水量持續減少，河道斷流、干枯，生態環境惡化、沙漠化。因此，建議南疆和東疆在現階段編制生態功能區劃時，以流域為基礎，推進流域生態功能整體區劃。以流域為單位確定各區域的水資源合理分配，調整區域經濟發展方式和經濟結構，規劃資源開發，有效控制資源開采的強度、節奏、進度、規模，規范開發秩序；留足生態環境用水，實現經濟、社會、生態環境整體協調發展。

4.3 全疆實行嚴格水資源管理，加強地下水監測

水資源是制約新疆地區社會經濟發展的一個主要因素，也是影響新疆地區生態環境的關鍵要素。從該區沙漠化原因調查可知，其主要原因是水資源利用空間的改變，特別是地下水空間的改變。因此，建議以流域為單位，按照各生態區域規劃的主體功能區需水要求和基本生態用水需求制定流域水量分配方案，建立覆蓋流域的各級行政區的取用水總量控制指標體系，實施流域取用水總量控制；依法對各行政區域內的年度用水實行總量管理。同時，應重點加強地下水的監管，建議在生態敏感區域建設地下水自動監測裝置，監測地下水位、水質，合理調控地下水水位，保護當地生態環境。

4.4 劃定草甸生態敏感保護區，考核整體生態環境

根據野外調查結果發現草甸生態系統對生態環境變化比較敏感，草甸生態系統的變化可以反映整個沙漠化的微小變化。因此建議在做天然林保護和草原禁牧、休牧區域時劃定草甸生態敏感保護區，對敏感的草甸生態區域進行保護，避免人為直接的干擾，讓其直接反映沙漠化變化。根據生態敏感區的綜合變化來評價當地生態環境的變化，考核區域的整體生態環境建設情況。

5 結論

新疆地區在全球氣候變暖的大背景下，氣候由“冷干”逐步轉變為“暖濕”，河流出山口徑流量逐步增加，生態環境整體好轉，有利于沙漠化治理。然而，在這樣良好的氣候環境背景下，該區局部地區仍持續沙漠化。其主要原因是水資源利用空間的改變。人類將水從河道引入綠洲，綠洲面積逐步擴大，內部環境不斷改善，而河流中下游水量持續減少，地下水位下降，植被衰亡，沙漠化嚴重。其中沙漠化最嚴重的區域主要位于南疆盆地的河流中下游。

沙漠化加劇區域大部分深入沙漠深處，其周邊是流動沙丘，起著分割沙漠，阻礙大規模沙塵暴發生的作用。沙漠化區域的土壤類型大部分是沙土或沙壤土，在地表植被衰退和強力風蝕作用下，沙漠化區域將逐步變成流動沙地，兩邊的流動沙丘逐步合攏，形成大規模的流動沙丘，進而可能引發更大規模的沙塵暴，威逼沙漠周邊人民的生產生活，影響整個空氣環境。再加上全球氣候變暖，氣候波動幅度變大，以及冰川資源耗竭，新疆地區的沙漠化問題在未來將會面臨更加嚴峻的形勢。

致謝：感謝中國科學院新疆生態與地理研究所宋郁東研究員、雷加強研究員、徐海量研究員，新疆環境研究所袁國映研究員，以及新疆農業大學潘存徳教授在論文撰寫過程中提出的寶貴意見。

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