塔里木河干流生態(tài)廊道時空變化及保護(hù)對策

唐 建，王光焰，徐生武

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

自2001年始，國家投資107億元開展塔里木河流域綜合治理，歷經(jīng)十余年的《塔里木河流域近期綜合治理》項目的實施，取得了明顯的生態(tài)與社會效益[1- 2]，減緩了干流生態(tài)廊道天然植被退化以及綠洲-荒漠過渡帶持續(xù)萎縮的速度。但是，塔里木河流域整體生態(tài)系統(tǒng)退化格局沒有改變，整個塔里木河干流生態(tài)廊道安全堪憂，亟需進(jìn)行綜合治理保護(hù)[3]。以往基于塔里木河干流整體生態(tài)需水量研究或者是下游綠色走廊的研究較多[4- 5]，而涉及生態(tài)廊道保護(hù)所需生態(tài)水量的研究較少。基于此，本研究結(jié)合自然因素與人為因素的變化情況確定以塔里木河干流1990、2000、2010及2017年四個時期土地利用變化情況做作為參考[6]，確定了塔里木河干流生態(tài)廊道保護(hù)的目標(biāo)和范圍，并基于此研究了該區(qū)域的生態(tài)需水量，以期為保育塔里木河干流生態(tài)廊道，構(gòu)建人與自然和諧共存的生命共同體。這不僅是落實國家生態(tài)文明建設(shè)方針和推進(jìn)美麗新疆建設(shè)的需求，同時對塔里木河流域經(jīng)濟(jì)社會穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

塔里木河干流是典型的干旱區(qū)內(nèi)陸河流，全長1321km，其地勢為西高東低、北高南低，屬平原型河流。塔里木河干流自身產(chǎn)流，其水量主要來自葉爾羌河、阿克蘇河、和田河三條源流的補(bǔ)給。研究區(qū)地處中緯度歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，四周被隆起的高山環(huán)繞，形成典型的溫帶干旱大陸性氣候，年平均氣溫10.5℃～11.4℃。此外，研究區(qū)降水稀少，主要植被類型有喬木、灌木和草本植物。

2 基本數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

研究所使用的氣象數(shù)據(jù)來自塔里木河干流各氣象站1970～2018年逐日蒸發(fā)量數(shù)據(jù)。本文所使用的土地利用/覆被數(shù)據(jù)來自塔里木河干流1990、2000、2010及2017年Landsat-TM影像數(shù)據(jù)，分辨率為30m，之后我們對四個年份的影像依據(jù)解譯標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行人機(jī)交互式判讀和數(shù)字化工作，通過野外實地驗證和修正，生成矢量化專題圖。最后根據(jù)GB/T21010—2017《土地利用現(xiàn)狀分類》與流域?qū)嶋H的土地利用情況，參考土地利用特征及Landsat-TM影像數(shù)據(jù)的空間分辨率，確定區(qū)分出土地利用類型。

2.2 生態(tài)需水量計算

塔河干流天然植被生態(tài)需水量的計算主要采用定額法以及潛水蒸發(fā)法[7]。并且為了消除單一方法估算結(jié)果產(chǎn)生的偏差，將兩種計算方法的計算結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均，從而獲得不同保護(hù)范圍天然植被維持生長的最低需水量。此外，依據(jù)宋郁東、樊自立[8]等人的研究，塔里木河流域植被影響系數(shù)見表1。

表1 不同潛水埋深下的植被系數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 塔里木河干流生態(tài)廊道土地利用/覆被時空變化特征

研究區(qū)天然植被主要依靠降水補(bǔ)給生態(tài)需水，因此生態(tài)廊道分析主要集中在依靠河水補(bǔ)給生態(tài)需水的綠洲區(qū)和荒漠區(qū)，即：上中游(阿拉爾-大西海子)分布于人工綠洲外圍的荒漠-綠洲過渡帶和下游(大西海子-臺特瑪湖)河道兩側(cè)的天然荒漠河岸林，其生態(tài)廊道土地利用/覆被空間分布如圖1所示。

圖1 塔里木河干流上中游生態(tài)廊道土地利用/覆被空間分布圖

由圖1以及統(tǒng)計結(jié)果可知，1990—2017年，塔里木河干流上中游生態(tài)廊道林地減小了18.27%，草地減少了8.31%。2000—2018年，塔里木河干流上中游生態(tài)廊道林地減小了10.64%，草地減少了4.37%。塔里木河干流下游生態(tài)廊道土地覆被空間分布如圖2所示，由圖2統(tǒng)計結(jié)果，塔里木河干流下游生態(tài)廊道林地、草地面積分別增加了29%和56%，荒漠面積減少了38.9%。以上結(jié)果分析表明塔里木河干流生態(tài)輸水取得了良好的效果，天然植被覆蓋呈明顯增加趨勢。

圖2 塔里木河干流下游生態(tài)廊道土地利用/覆被空間分布圖

3.2 塔里木河干流生態(tài)廊道保護(hù)范圍和目標(biāo)確定

鑒于塔里木河干流天然植被的生態(tài)重要性、不可替代性、易擾動性以及脆弱性與復(fù)雜性等特性，本研究根據(jù)2017年環(huán)保部印發(fā)的《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》(環(huán)辦生態(tài)[2017]48號)結(jié)合塔里木河生態(tài)實況將流域生態(tài)廊道功能區(qū)分為生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)及生態(tài)脆弱區(qū)三個區(qū)域。塔里木河干流生態(tài)廊道分布情況復(fù)雜，在《塔里木河干流(含臺特瑪湖)生態(tài)流量(水量)目標(biāo)制定與保障方案》中依據(jù)植被生長狀況、河道徑流影響范圍及植被種群結(jié)構(gòu)等，將上中游(阿拉爾至恰拉河段)近河道0～15km內(nèi)天然植被區(qū)化為重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，而在重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的外圍則被劃定為生態(tài)敏感區(qū)及脆弱區(qū)。塔里木河下游(恰拉至臺特瑪湖)作為塔里木河流域綜合治理重點(diǎn)區(qū)域因其獨(dú)特的生態(tài)作用則被全部劃定為重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)。塔里木河干流功能區(qū)劃定具體情況見表2。

表2 塔里木河干流生態(tài)廊道功能區(qū)范圍 單位：km

結(jié)合表2中功能區(qū)劃分以及各關(guān)鍵水文控制節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步將塔里木河干流劃分為5個河段，包括阿拉爾-新渠滿段、新渠滿-英巴扎段、英巴扎-烏斯?jié)M段及、烏斯?jié)M-恰拉段及恰拉-臺特瑪湖段。在此基礎(chǔ)上根據(jù)各河段氣候、水文等特征劃分各河段，重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)：主要保護(hù)沿主河道分布的長勢較好、蓋度較高的有林地和高覆蓋草地；保護(hù)目標(biāo)為植被蓋度>30%，地下水維持在4～5m。生態(tài)敏感區(qū)：河道正常來水下，工程措施達(dá)到的自然漫溢范圍。在重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)外側(cè)2～10km，以疏林地和低覆蓋草地為主；保護(hù)目標(biāo)為植被蓋度維持在10%～30%，地下水維持在5～8m。生態(tài)脆弱區(qū)：在生態(tài)敏感區(qū)外側(cè)，距河道10～30km，最遠(yuǎn)可達(dá)南北兩岸古河道，由于遠(yuǎn)離水源，胡楊林植被蓋度維持在5%～10%，地下水位維持在8～10m。各河段不同分區(qū)保護(hù)面積見表3，流域生態(tài)廊道保護(hù)總面積為13310.6km2，其中重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)為11092.17km2，生態(tài)敏感區(qū)為8890.47km2。

表3 塔里木河干流天然植被保護(hù)范圍 單位：km2

3.3 基于塔里木河干流生態(tài)廊道保護(hù)的生態(tài)需水量

根據(jù)塔里木河干流各河段天然植被的保護(hù)范圍，植被生態(tài)需水量取利用潛水蒸發(fā)法和面積定額法計算所得的算術(shù)平均值。在重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)下確定的天然植被保護(hù)范圍內(nèi)，塔里木河干流上游、中游和下游各河段天然植被所需生態(tài)水量見表4。合計得出在三個生態(tài)功能區(qū)的天然植被生態(tài)需水量分別為15.24、4.75和2.35億m3，塔里木河干流天然植被生態(tài)需水總量為22.43億m3。

表4 不同生態(tài)廊道功能區(qū)區(qū)天然植被生態(tài)需水量 單位：億m3

生態(tài)保護(hù)是指維系現(xiàn)狀下的天然植被平均覆蓋度和面積，使其能夠正常繁育更新。生態(tài)保護(hù)水量是保障天然植被不退化的最低水量，天然植被需水量是實現(xiàn)生態(tài)保護(hù)的基本水量，因此，本研究將天然植被需水量視為生態(tài)保護(hù)水量。結(jié)合前文塔里木河干流天然植被生態(tài)需水量計算結(jié)果，基于生態(tài)保護(hù)設(shè)定的目標(biāo)和范圍，根據(jù)生態(tài)保護(hù)水量計算公式計算出塔里木河干流生態(tài)保護(hù)的需水量，其中塔里木河干流下游因有3.5億m3下泄指標(biāo)要求，因此在計算干流水量時主要針對上中游河段(阿拉爾～大西海子河段)。根據(jù)表4，塔里木河干流所需生態(tài)保護(hù)水量為21.39億m3(不含大西海子以下河段的3.5億m3下泄指標(biāo)要求)。

塔里木河干流植被單位面積生態(tài)需水量空間分布如圖3所示，從圖3中可以看出單位面積需水量超過300m3/畝的區(qū)域集中分布在流域的上游阿拉爾到新其滿河段，主要是有林地和高覆蓋度草地組成，這些區(qū)域植被長勢好，耗水量大；需水量在200～300m3/畝的區(qū)域分布在阿拉爾到英巴扎河段的河道兩側(cè)20km以內(nèi)，主要植被是疏林地和高覆蓋草地。需水量介于100～200m3/畝之間的位于新其滿到烏斯?jié)M河段北部支流的兩側(cè)和河道南側(cè)的部分地區(qū)，疏林地和高覆蓋草地遍布這些區(qū)域。需水量小于100m3/畝的區(qū)域主要位于英巴扎至恰拉段河道兩側(cè)，植被為疏林地和低覆蓋草地。

圖3 塔里木河干流植被單位面積生態(tài)需水量

4 討論

4.1 生態(tài)廊道存在的問題及變化的原因

根據(jù)生態(tài)廊道植被的時空變化分析，實行統(tǒng)一管理后塔里木河干流植被覆蓋呈增加趨勢，然而沿河流的生態(tài)輸水，實際上治理了一條線而不是一個面，治理范圍十分有限，下游荒漠河岸林退化趨勢未根本扭轉(zhuǎn)，研究表明[5]近40年來，塔里木河干流濕地與天然胡楊林面積顯著減少，導(dǎo)致綠色走廊寬度減小，生物多樣性銳減。這一結(jié)果表明，即使進(jìn)行了大量的生態(tài)輸水，近河道地區(qū)地下水埋深較淺，植被蓋度的持續(xù)增大似乎已達(dá)到極限。產(chǎn)生這種情況的原因主要有以下兩個方面：

(1)生態(tài)輸水主要以現(xiàn)存河道為依托，這種線狀的輸水最大橫向影響范圍僅局限于河道兩側(cè)1000m以內(nèi)，因此線狀的輸水過程就決定了輸水影響的空間范圍小，很難大范圍內(nèi)提高自然植被的蓋度；

(2)河道人工輸水改變了原有的河道自然水流過程，尤其是不再出現(xiàn)洪水期的河水漫溢過程，導(dǎo)致了植物種子繁殖的基礎(chǔ)條件與節(jié)律被完全打破，荒漠河岸植物很難進(jìn)行自我更新。生態(tài)輸水僅能最大限度維持現(xiàn)有植被的生長，而不能促進(jìn)植物種群進(jìn)行有效的更新，故即使大量的進(jìn)行了輸水，下游地區(qū)植被NDVI指數(shù)或蓋度仍增加有限。

4.2 措施與建議

十九大報告為新時期塔河流域的水生態(tài)文明建設(shè)指明了方向，為進(jìn)一步加強(qiáng)塔里木河干流生態(tài)廊保護(hù)，提出以下相關(guān)保護(hù)措施與建議。

(1)健全流域生態(tài)工程布局。為高效和優(yōu)化配置塔里木河干流生態(tài)水量，以生態(tài)廊道天然植被退化區(qū)為靶點(diǎn)，結(jié)合各流域存在的生態(tài)輸水通道不暢、生態(tài)閘及引水工程布局不足等問題，圍繞生態(tài)廊道生態(tài)保護(hù)的范圍和目標(biāo)，集成應(yīng)用河道疏浚工程、護(hù)岸防護(hù)與生態(tài)閘引水工程、河-湖-庫水系連通建設(shè)及水資源聯(lián)合調(diào)度工程、退化胡楊林封育保護(hù)工程、湖泊與濕地生態(tài)保護(hù)工程、生態(tài)封育與綜合修復(fù)工程等工程措施[9]。

(2)落實流域生態(tài)廊道保護(hù)政策。根據(jù)塔里木河干流兩岸荒漠河岸林林地的分布特征[10]，設(shè)定不同對策下的林地保育范圍和面積，對于塔里木河干流上中游四個河段，分別確定以封育保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)和修復(fù)重建為目標(biāo)的保護(hù)對策。塔里木河干流下游段(恰拉-臺特瑪湖)荒漠河岸林是塔里木河干流退化最為嚴(yán)重的區(qū)段，針對該區(qū)段在塔里木河干流下游一期綜合治理的基礎(chǔ)上，提出確保塔里木河干流下游荒漠河岸林生態(tài)需水的同時，繼續(xù)保持嚴(yán)格封育及綜合的人工修復(fù)重建生態(tài)工程措施，以實現(xiàn)對干流下游河岸林天然植被的恢復(fù)與重建。

(3)建立完善的流域生態(tài)廊道綜合治理的保障機(jī)制。建議實行最嚴(yán)格的水資源管理制度，健全塔里木河流域生態(tài)水保障法規(guī)體系，并實施流域水量的科學(xué)與統(tǒng)一調(diào)度，加快推進(jìn)“智慧塔河”建設(shè)，實施生態(tài)廊道信息化監(jiān)測與平臺建設(shè)工程，提升生態(tài)廊道保護(hù)效率。

5 結(jié)語

盡管塔河流域?qū)嵭薪y(tǒng)一管理后，塔里木河干流植被恢復(fù)效果顯著，然而其生態(tài)保護(hù)問題依然不容忽視，塔里木河干流綠色生態(tài)廊道萎縮以及植被退化問題依然嚴(yán)峻，亟需解決。基于此提出了完善該流域的生態(tài)工程布局，健全生態(tài)廊道綜合治理保障機(jī)制，加快推進(jìn)“智慧塔河”建設(shè)，實施生態(tài)廊道信息化監(jiān)測與平臺建設(shè)工程等對策。此外，還需進(jìn)一步展開針對塔里木河干流植被恢復(fù)所需生態(tài)水量的研究。