近50年來山丹綠洲變化的驅動機制分析

陳云海 頡耀文 徐銀麗 梁浩 楊柏欣

摘要：近50年來山丹綠洲變化總體上處于波動性擴張趨勢，研究基于山丹綠洲時空變化數據、實地訪談資料、統計年鑒和相關歷史資料對綠洲變化的驅動機制進行了探討。結果表明，人文因素是山丹綠洲變化的主導驅動力，對綠洲面積變化的相對貢獻率為64.3%。影響綠洲變化的主要人文驅動力有人口增長、農業政策、社會經濟發展和農業科技進步等，其中2000年以前人口增長是綠洲擴張的主導驅動力，2000年以后農民為提高生活質量而追求經濟利益最大化是綠洲擴張的根本原因。

關鍵詞：綠洲變化；驅動機制；山丹綠洲

中圖分類號：X144；F323.21 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）05-1129-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.05.011

The Driving Mechanism Analysis on the Spatial-temporal Changes of Shandan Oasis

CHEN Yun-hai1a，2，XIE Yao-wen1a，XU Yin-li1b，LIANG Hao2，YANG Bai-xin2

（1a.College of Earth and Environmental Sciences；1b.School of Life Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China；

2.93116 Troops of PLA，Shenyang 110141，China）

Abstract： The changes of Shandan Oasis showed a general trend of fluctuation and expansion in the latest 50 years. In this paper，the driving mechanism on the spatial-temporal changes of Oasis was discussed based on the spatial-temporal changes， the field interview， statistical yearbooks and some related historical materials of Shandan Oasis. The results showed that human factors were the dominant driving forces for the changes of oasis and its relative contribution to the change of area was 64.3%. The main human driving factors were the growth of population， agricultural policy， the development of socio-economic， agricultural science and technology，et al. Before 2 000，the dominant driving force for the expansion of the Oasis was the growth of population， and after 2 000 it was that farmer pursuit the maximization economic interests so as to improve the quality of their life.

Key words： the change of oasis；driving mechanism；Shandan Oasis

綠洲是干旱地區特殊的自然景觀，是干旱區人類文明的載體[1]，是干旱區的精華[2]，其發展變化直接關系到干旱區的穩定與繁榮。探討綠洲變化的驅動機制對于揭示綠洲變化的原因、過程和發展預測具有重要意義。自然因素和人文因素的耦合是綠洲變化的基本機制。自然因素一般包括氣溫、降水和累計日照等，為綠洲的形成和發展提供了基本條件，對其發展變化起到促進作用。人文因素一般包括人口增長、政策法規、社會經濟發展和農業科技進步等。本研究時段相對較短，自然因素變化相對較小，在自然背景相對穩定的條件下，人口數量的增加、政策法規的實施和科學技術的進步等都會引起綠洲的發展和變化。

目前，驅動機制研究多集中在土地利用與覆蓋變化和荒漠化研究等方面，對于綠洲變化的驅動機制研究較少[3-6]。楊永春等[7]根據社會調查資料分析了民勤綠洲變化的人文驅動機制，認為以傳統農業模式為核心的用水行為是主導因素，是民勤綠洲系統變化的根本原因。毋兆鵬[8]利用灰色系統理論方法對艾比湖流域綠洲的穩定性進行了分析，認為綠洲內外過度的人類活動是穩定性變化的主導驅動因素。馬燕等[9]認為近200年來，額濟納綠洲土地荒漠化受氣候變化和人類活動影響，其中水環境變化是主要驅動力。常跟應等[10]認為民樂農業綠洲變化的主導人文驅動力是階段性的，不同時期不同歷史背景下綠洲擴張的人文驅動機制不同，其中1949—1980年綠洲擴張的主導驅動力是人口增長，1981—2003年是家庭聯產承包責任制和人口增長，2004至今是經濟利益。

隨著綠洲社會經濟的發展，綠洲生態環境問題日益凸顯，綠洲變化驅動機制的研究越來越受關注，而現有相關研究相對較少。山丹綠洲位于河西走廊中段，是河西綠洲的典型代表之一。因此，本研究以山丹綠洲為例，分析綠洲變化的驅動機制，以期為干旱區綠洲的形成和演化規律研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

山丹縣隸屬于甘肅省張掖市，全縣轄5鄉3鎮，110個行政村，6個居民委員會，754個村民小組。氣候干旱少雨，屬于大陸性半干旱氣候。2013年全年平均氣溫為8.2 ℃，累計日照2 882.4 h，全年累計降水量163.3 mm，年蒸發量1 874.8 mm。2012年，全縣國民生產總值為34.45億元，第一、第二、第三產業增加值分別為7.42億、12.47億、7.73億元；全年完成固定資產投資24.61億元；城鎮居民人均可支配收入13 934.66元，人均生活消費支出9 159元，家庭恩格爾系數為35.2%；農民人均純收入7 315.9元，人均生活消費支出5 328.2元，家庭恩格爾系數為3.11%，經濟發展水平相對落后。

1.2 資料獲取及處理

研究所用到的數據包括山丹縣綠洲時空變化數據[11]、實地訪談資料、山丹縣統計年鑒（1963—2009年）和《山丹縣志》[12]等，其中綠洲時空變化數據和訪談資料是研究的第一手詳細資料。根據樣本年綠洲的變化情況，在綠洲變化的熱點區域共選取了老軍鄉的潘莊村和劉莊村、清泉鎮的雙橋村和清泉村、陳戶鄉的劉富寨村和王城村、東樂鄉的劉家莊7個樣本村作為訪談對象。研究團隊先后于2009年9月、2010年7月、2014年3月與7月深入研究區進行綠洲變化驅動機制訪談，其內容主要包括近50年來綠洲的人口變動情況、耕地開墾及棄耕現象、種植結構、生產投入、經濟收入、農業政策和灌溉水利等18個指標。訪談中盡可能選擇擔任過村干部或村中年齡較大的并且對村子近幾十年發展變化情況較清楚的村民進行訪談，以保證訪談結果的可靠性。

結合山丹綠洲實際情況，按照綜合性、主導性以及資料的可獲得性原則共選取了12個自然和人文因子進行驅動機制分析，其中自然因子包括年平均氣溫（℃）、年降雨量（mm）和年日照時間（h）；人文因子包括人口增長[總人口（人）、農業人口（人）]、社會經濟的發展[耕地面積（666.67 hm2）、農作物播種面積（666.67 hm2）、固定資產投資（萬元）、農業總產值（萬元）、農民人均純收入（元）]、科技進步[糧食單產（kg/667 m2）]、對農業的投入[農機總動力（kW）]。由于各個指標的技術單位不盡相同，不宜直接進行分析，因此在分析之前需對其進行無量綱化處理。數據無量綱化處理的方法有中心化、極差化、極大化、極小化和均值化等[13]。研究表明，在指標數據為客觀數據時，使用均值化無量綱處理效果較為理想[14]，因此采用均值化方法對原始數據進行處理。

1.3 研究方法

綠洲變化具有一定的不穩定性和不確定性。本研究主要依托綠洲時空變化數據、實地訪談資料和相關統計資料，采用相關分析，主成分分析[15]和回歸分析方法[16]對綠洲面積變化和驅動因素之間的變化規律進行分析，并在此基礎上對影響綠洲變化的主導驅動因素進行進一步地分析和探討。

2 結果與分析

2.1 綠洲面積變化

近50年來山丹綠洲面積變化總體上處于波動性擴張趨勢，其中1963—1986年綠洲變化以波動為主，1986年以后以擴張為主。2012年山丹綠洲面積為516.21 km2，和1963年綠洲面積相比，2012年綠洲面積增加了230.1 km2，增加幅度達80.4%。

2.2 統計分析結果

統計分析方法可對驅動因子數值之間的關系進行分析，有效確定主導驅動因子，使復雜的問題簡單化。綠洲變化是一個復雜的過程，不同驅動因素對綠洲變化過程的影響和貢獻不同，為此采用統計分析方法對綠洲變化驅動力進行分析。

2.2.1 相關分析 綠洲面積與各驅動因子之間的相關系數如表1所示。一般情況下，相關系數越大，說明驅動因子與綠洲變化的關系越密切，對綠洲變化的作用可能就越明顯。由表1可知，綠洲面積與各驅動因子的相關性由大到小依次為農民人均純收入、農機總動力、糧食單產、農業總產值、年平均氣溫、農作物播種面積、固定資產投資、總人口、年日照時間、耕地面積、農業人口、年降雨量。農民人均純收入、農機總動力和糧食單產與綠洲面積的相關系數較大，對綠洲變化的作用也可能較大。

2.2.2 主成分分析 按照累計貢獻率大于85%的要求，提取了諸因子的前3個主成分（表2）。主成分分析結果表明，特征值大于1的3個主成分的貢獻率分別為64.956%、16.039%、9.111%，累計貢獻率達90.107%，說明前3個主成分已提供了原始數據足夠多的信息。

通過計算各主成分的特征向量得到相應的主成分方程（式1-3）。

Y1=0.315 0X1-0.043 7X2-0.245 0X3+0.307 6X4+0.180 7X5+0.232 3X6+0.328 4X7+0.290 2X8+0.326 9X9 +0.341 0X10+0.346 4X11+0.350 0X12 （1）

Y2=-0.174 8X1+0.327 6X2-0.303 1X3-0.317 7X4-0.550 2X5-0.343 4X6+0.076 4X7+0.378 9X8+0.221 5X9+0.165 3X10-0.094 9X11+0.117 4X12 （2）

Y3=-0.155 9X1+0.809 1X2-0.309 7X3+0.172 1X4+0.293 6X5+0.205 9X6+0.205 6X7+0.121 0X8-0.190 3X9-0.112 0X10-0.053 9X11+0.001 6X12 （3）

式中Y1、Y2、Y3分別代表第一、第二和第三主成分，X1～X12分別為驅動因子。

其中第一主成分Y1與年平均氣溫、總人口、農作物播種面積、農業總產值、農民人均純收入、糧食單產和農機總動力呈現出相對較強的正相關，與年降雨量和年日照時間呈負相關，除年平均氣溫外，變量總人口、農作物播種面積、農業總產值、農民人均純收入、糧食單產和農機總動力綜合反映了人文因子的相對作用情況，因此可以認為第一主成分Y1是人文因子相對作用強度的代表。第二主成分Y2與年降雨量和固定資產投資呈現出相對較強的正相關，與年日照時間、總人口、農業人口和耕地面積呈現出相對較強的負相關，變量年降雨量、年日照時間、總人口、農業人口、耕地面積和固定資產投資綜合反映了自然因子和人文因子的綜合作用情況，因此可以認為第二主成分Y2是自然因子和人文因子綜合作用強度的代表。第三主成分Y3與年降雨量呈現出較強的正相關，與年日照時間呈現出相對較強的負相關，變量年降雨量和年日照時間綜合反映了自然因子的相對作用情況，因此可以認為第三主成分Y3是自然因素相對作用強度的代表。顯然利用主成分變換后的前3個主成分對驅動機制進行描述，可使問題分析簡化。

2.2.3 回歸分析 為了更好地描述驅動因子對山丹綠洲面積變化的影響程度，在主成分分析的基礎上，利用主成分方程對原始數據進行處理以得到驅動因素的相對作用強度，然后利用多元回歸分析方法，以綠洲面積為因變量，驅動因子作用強度為自變量，構建綠洲面積變化與各驅動因素作用強度之間的數量關系（式4）。

Y=0.627+0.139Y1-0.085Y2-0.038Y3 （4）

式中，Y為綠洲面積，Y1為人文因子相對作用強度，Y2為自然與人文因子綜合作用強度，Y3為自然因子相對作用強度。

回歸方程（4）中，自然因子相對作用強度Y3的參數估計量所對應的P為0.648，大于0.05，說明在短時期內自然因子的變化相對較小，對綠洲面積變化的影響不顯著。因此剔除自然因子的相對作用強度，利用剩余變量和綠洲面積重新建立回歸模型（5）。

Y=0.574+0.142Y1-0.079Y2 （5）

檢驗結果F=83.832>F0.05（2，10）=4.10，R2=0.944，說明方程線性關系顯著，模型擬合效果較好，即近50年來綠洲面積變化主要受人文因子作用強度和自然及人文因子綜合作用強度影響。從模型可以看出，各強度的回歸系數不等，人文因子相對作用強度的回歸系數較大，自然和人文因子綜合作用強度的系數相對較小。說明人文因子相對作用強度對綠洲面積變化的影響程度高于自然和人文因子綜合作用強度，是綠洲面積變化的主導驅動因素。回歸系數的正負反映了指標變化對總體是起促進或抑制作用，綠洲面積與人文因子作用強度為正相關，而與自然和人文因子綜合作用強度為負相關。即人文因子相對作用強度對綠洲面積的增加具有促進作用，自然和人文因子綜合作用強度起抑制作用。在綠洲的發展演化過程中，人與自然之間的矛盾是客觀存在的，不合理的開發只會造成環境問題，限制綠洲的可持續發展。從主成分方程中變量的系數可以看出，通過增加對農業的投入，合理調整種植結構，提高糧食單產，增加農民人均純收入，不斷改善農民生活條件可促使綠洲良性發展。

2.2.4 相對貢獻率計算 相對貢獻率可描述個體對總體的相對貢獻大小，貢獻率越高指標對總體就越重要。在回歸分析的基礎上，通過計算各因子的相對貢獻率可得各強度因子對綠洲面積變化的相對作用大小，其計算公式如下[17]：

Y=a1Y1+a2Y2+…+anYn （6）

？籽1=■ （7）

式中，Y為綠洲面積；Y1，Y2，…，Yn為作用強度， a1，a2，…，an為回歸系數；？籽1為 變量Y1對綠洲面積變化的相對貢獻率。

利用公式（6）、（7）對回歸方程（5）進行處理，可得人文因子相對作用強度對綠洲面積變化的相對貢獻率為64.3%，自然和人文因子綜合作用強度對綠洲面積的相對貢獻率為35.7%。從相對貢獻率大小可以看出，綠洲面積變化以人文因子為主導，通過合理調整人文因子之間的關系，可以保障綠洲持續健康發展。

2.3 人文驅動力分析

結合統計分析的結果、實地訪談資料和山丹縣實際情況，選擇具有代表意義的人文因子進行綠洲驅動力探討。

2.3.1 人口增長 根據統計年鑒資料，山丹縣人口總體上呈自然增長趨勢（圖2），1977年以前增長較快，之后增長相對平緩。人口數量的增加，勢必需要更多的土地資源來滿足新增人口的土地需求，從而使綠洲的擴張有了外在需求。人們為了滿足不斷增長的物質需求，不斷地對綠洲外圍進行開墾，使得綠洲在持續擴張。從人口增長與綠洲面積變化的趨勢來看，人口增長對綠洲面積的增加總體上起促進作用，個別時段起抑制作用。20世紀60年代末期到70年代中期，人口數量在持續增長，但綠洲面積卻在減少。較快的人口增長一定程度上會加重社會的負擔，加之當時生產力水平相對低下，導致綠洲面積不但沒有增加，反呈下降趨勢。80年代，隨著計劃生育政策的實施，人口增長速度有所減緩，人地矛盾得到一定的緩解，綠洲面積開始逐步回升。2000年以后，人口變化趨于穩定，人口增長對綠洲面積的增加影響相對較小。

2.3.2 農業政策 農業政策對綠洲的變化具有方向性作用，一段時期內可能始終是影響綠洲變化的主要因子。結合訪談資料，被訪談者普遍認為“家庭聯產承包責任制”和“退耕還林”政策對綠洲變化的影響較大。1981年以前，耕地基本上是集體所有，集體勞動，集體分配勞動成果，但由于過分“平均主義”等諸多不合理性因素存在，導致生產積極性疲弱，綠洲擴張以波動狀態為主，面積增加緩慢。1982年春，山丹縣實行“農業家庭聯產承包責任制”，當年就有2.431 4萬戶承包集體土地36 505.866 hm2（來源于1982年《山丹統計年鑒》）。包產到戶提高了農民的生產積極性，土地得到了小規模的開墾，撂荒土地也得到了復耕，綠洲面積穩步增加。2000年左右政府開始實施退耕還林還草政策，但是該政策對綠洲面積變化的作用效果并不明顯，部分原因是因為政府給的補貼不高，農民為了維持生計，不得不繼續使用被規劃為退耕還林的土地。

2.3.3 社會經濟發展 綠洲作為干旱區人民生存與發展的載體，其變化與綠洲社會經濟的發展有著密切的聯系。1963—2009年，山丹縣的社會經濟一直在持續發展，綠洲也在不斷擴張，特別是改革開放以來綠洲經濟急速飆升，綠洲擴張也在不斷升溫。國內生產總值從1963年的787萬元增長到2009年的252 061萬元。經濟的發展在提高農民開墾荒地積極性的同時，也為綠洲的擴張提供了經濟基礎。山丹縣固定資產投資在逐年增加，對農業的投入也在不斷加大，投入的增加勢必會帶來收益的增加，促進綠洲的擴張與繁榮，其中1963、1977、2009年固定資產投資分別為29.83萬、273萬、111 934萬元。農民的生活條件也從量變到質變，生活水平在不斷提升，農民人均純收入也在不斷增加，其中1963、1977、2009年農民人均純收入分別為66.31、168、4 819元。社會經濟在不斷發展，農民生活條件在不斷改善，綠洲也在不斷擴張。結合訪談資料，在20世紀60和70年代，農村家庭主要的經濟收入來源為種植業和畜牧業，結構較為單一，通過增加農民人均純收入以擴大再生產的現象不多，綠洲面積增加緩慢。改革開放以后，社會經濟快速發展，再加上土地包產到戶，農民開墾積極性得到提高，增收渠道開始拓寬，農戶養羊的數量在大幅度增加，且一些人員開始外出務工，畜牧業與務工收入占總收入的比例在逐步增加，綠洲處于穩步擴張階段。2000年以后，外出務工的人數較往年有所增多，務工收入成為家庭收入的主要經濟來源，綠洲擴張的速度有所減緩。

2.3.4 農業科技進步 農業科技進步對綠洲變化起到直接或間接的作用。糧食單產的提高是育種技術改進、化肥使用量增加、節水技術轉變和地膜使用等諸多科技因子綜合作用的結果，因此可將其作為農業科技進步的代表。從圖2可以看出，山丹縣糧食單產變化總體上呈增加趨勢，個別年份出現減產現象，和綠洲面積變化趨勢基本上相對應。說明通過加快農業科技進步，提高糧食單產，增加農民收入，可在一定程度上促進綠洲的擴張。

3 結論

近50年來山丹綠洲面積變化總體上呈波動性擴張趨勢，其變化過程主要受人文因子和自然及人文因子綜合作用共同影響，其中以人文因子作用為主導，二者對綠洲面積變化的相對貢獻率分別為64.3%和35.7%。

影響綠洲變化的主要人文驅動力有人口增長、農業政策、社會經濟發展和農業科技進步等，其中人口增長導致人們對土地資源需求量的增加，耕地供不應求，從而使綠洲擴張有了外在需求，2000年以前始終是綠洲擴張的一個重要原因；農業政策對綠洲的擴張具有方向性作用，為農業快速發展提供一個好的環境，總體上對綠洲的擴張起到積極作用，也有一些政策例如“退耕還林”和“三禁”政策等有阻礙作用，但是效果并不明顯。社會經濟的發展為綠洲的擴張奠定了經濟基礎，經濟利益的最大化是每個農民追求的目標，同時也是綠洲擴張的又一個重要原因，特別是2000年以后作用較為明顯。通過農業科技進步對種植結構進行合理調整，加大對農業的投入（包括農藥化肥施用量、農機總動力和地膜使用量等），提高糧食單產，增加農民收益，加快社會經濟的發展，對綠洲的擴張具有促進作用。

總的來說，農業政策和農業科技進步對綠洲的擴張具有促進作用，2000年以前人口增長是綠洲擴張的主導驅動力，2000年以后農民為提升生活質量而追求經濟利益最大化，通過增加農業投入，合理調整種植結構，提高糧食單產，擴大收益，逐步改善生活條件是綠洲擴張的根本原因。

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