叶尔羌河流域1990—2010年生态环境变化特征

杜　清，徐海量，张广朋，白玉锋，张　沛，凌红波，赵新风

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所， 新疆 乌鲁木齐 830011；

2.中国科学院大学， 北京 100049； 3.新疆农业大学， 新疆 乌鲁木齐 830052)



叶尔羌河流域1990—2010年生态环境变化特征

杜清1,2，徐海量1，张广朋3，白玉锋3，张沛1,2，凌红波1，赵新风1

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所， 新疆 乌鲁木齐 830011；

2.中国科学院大学， 北京 100049； 3.新疆农业大学， 新疆 乌鲁木齐 830052)

摘要：利用叶尔羌河流域1990、2000年和2010年Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据，结合GIS技术及生态环境状况指数计算方法，分析流域内1990—2010年流域生态环境变化特征。结果显示： 1990—2010年，叶尔羌河流域生物丰度指数、植被覆盖指数和土地退化指数分别减少4.53%、4.00%和3.56%，水网密度指数整体增高了3.71%； 1990、2000年和2010年，叶尔羌河流域生态环境状况指数分别为34.94、34.77和34.32，均属于较差级别，受自然和人为因素的双重影响流域生态环境趋于退化。

关键词：叶尔羌河流域；土地利用/覆被；生态环境状况

Features of eco-environmental changes in Yarkant River Basin

土地系统是地球系统的重要组成部分，是人类和环境关系重要枢纽，对于理解和弄清人类—环境复杂关系具有重要作用[1-4]。随着科学技术、社会经济的不断发展，人类对自然环境的干预越来越强，土地利用是这种干扰作用的主要表现形式，其直接表征就是地表覆被状况的改变[5-6]，而土地覆被变化严重影响着生态系统的结构和功能，进而影响到区域生态环境[7-8]。叶尔羌河流域位于我国新疆极端干旱区，是保障塔里木河生态系统健康运行的重要源流之一，其土地利用/覆被动态变化，关系到流域乃至整个新疆经济发展和生态安全，因此开展叶尔羌河流域土地利用/覆被及生态环境变化的研究对实现区域土地结构优化调整和生态系统的可持续利用具有重要意义。目前，关于叶尔羌河流域的研究多集中于气候[9-10]、水文[11-13]、水资源优化配置[14-16]；而关于流域土地利用类型变化特征研究多集中于流域中游或中下游[17-19]，缺少对流域整体变化特征的认识，且仅对流域土地要素变化情况进行分析并不能明确流域整体生态环境在研究时段究竟是好转还是恶化。基于此，本文以叶尔羌河流域1990、2000年和2010年的遥感影像资料为基础，结合国家环境保护总局于2006年3月9日发布的《生态环境状况评价技术规范》[20]，分析了流域近20年生态环境变化特征，以期为流域内土地资源的合理利用及生态环境保护提供理论依据。

1研究区概况

叶尔羌河流域地处新疆维吾尔自治区的西南部，塔里木盆地的西缘，地理位置介于74°28′～80°54′E，34°50′～40°31′N[11]。叶尔羌河发源于喀喇昆仑山，全长1 097 km，从其西缘向东北方向流去，在阿克苏绿洲南部与阿克苏河及和田河交汇，一起汇入塔里木河[21]。流域内降水稀少、蒸发量强烈、空气干燥、日照时间长，光热资源丰富，区域农业生产条件良好，特别是在中下游地区尤其适合于早熟长绒棉和瓜果的生产[18]。近年来，由于自然和人为因素的双重影响使流域内河道断流[22]、土壤盐渍化[23]、土地沙化[24]等生态环境问题严重。

2研究方法

2.1数据来源

基础数据为叶尔羌河域内的Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据，成像时间分别为1990、2000年与2010年的7—9月份，图像分辨率为30 m，每景覆盖度范围为185 km×185 km，影像主要采用2、3、4三个波段合成。叶尔羌河流域人口数据来源于《新疆统计年鉴》[25]。水资源量数据来源于塔里木河流域管理局(简称塔管局)；河长数据与土壤侵蚀面积(轻度、中度、重度)均来源于遥感数据提取。

2.2数据处理

2.2.1图像矢量化利用Erdas软件对三期遥感影像进行几何校正、配准，并借助Arc info对各时期遥感影像进行目视判读和数字化工作(解译时参照《中华人民共和国环境保护行业标准》[26]划分土地利用类型)，将流域内土地利用类型划分为耕地、林地(林地、灌木林地、疏林地、其它林地)、草地(高覆盖草地、中覆盖草地、低覆盖草地)、水域湿地(河流、湖库、滩涂湿地)、建设用地(城镇用地、农村居民点、其它建设用地)、未利用地(沙地、盐碱地、裸土地、裸石岩砾、其它未利用地)6大类19小类(具体如图1所示)。经精度检验，其kappa系数分别为86.2%(1990年)、89.6%(2000年)和92.1%(2010年)。

2.2.2生态环境状况指数计算环境质量指数的计算参考《生态环境状况评价技术规范》[20]，根据实际状况得到生态环境状况指数计算公式：EI=0.3×生物丰度指数+0.25×植被覆盖指数+0.4×水网密度指数+0.15×(100-土地退化指数)。对于新疆南疆来说经济发展主要以农业为主，工业发展较落后，环境污染小且缺少环境监测站，因此本式不予以考虑；而水资源变化对流域经济发展及社会稳定极其重要，故将其权重适当放大。生态环境状况指数的分级见表1。

生物丰富度指数=Abio×(0.35×林地面积+0.21×草地面积+0.28×水域湿地面积+0.11×耕地面积+0.04×建设用地面积+0.01×未利用地面积)/区域面积，Abio为生物丰度指数的归一化系数，取值为400.62。

植被覆盖度指数=Aveg×(0.38×林地面积+0.34×草地面积+0.19×耕地面积+0.07×建设用地面积+0.02×未利用地面积)/区域面积，Aveg为植被覆盖指数的归一化系数，Aveg取值为355.24进行计算。

水网密度指数=Ariv×河流长度/区域面积+Alak×湖库(近海)面积/区域面积+Ares水资源量/区域面积，Ariv为河流长度的归一化系数，Alak为湖库面积的归一化系数，Ares为水资源量的归一化系数；Ariv取值为46.43，Alak取值为17.88，Ares取值为61.42。

表1　生态环境状况分级

图1叶尔羌河流域不同时期土地利用

Fig.1Land-use types in the Yarkant River Basin in 1990, 2000 and 2010

土地退化指数=Aero×(0.05×轻度侵蚀面积+0.25×中度侵蚀面积+0.7×重度侵蚀面积)/区域面积，其中Aero为土地退化指数的归一化系数，取值为146.33。

3结果与分析

3.1叶尔羌河流域生物丰度指数变化特征

从图2可知，1990—2010年叶尔羌河流域生物丰度指数呈不断下降趋势，其中1990—2000年降低了2.37%，2000—2010年下降了2.22%。从生物丰度指数计算公式可知，其值大小受林地、水域湿地、草地、耕地、建设用地和未利用面积所限，其中林地、水域湿地、草地所占权重较大；而由遥感解译数据可知，1990—2010年叶尔羌河流域耕地、水域湿地和建设用地分别增加了35.58%、10.39%、28.21%，未利用地基本维持不变；林地和草地分别减少了11.36%和9.91%；因此，1990—2010年叶尔羌河流域生物丰度指数下降主要由林草地面积减少引起。对其变化原因进行剖析，一方面可能是受水资源限制，天然林草得不到水分补给，生长受到限制，造成林草面积的萎缩；另一方面可能是受人为因素的干扰，在此期间流域耕地面积共增加了35.58%，必有一部分林草地转化成了耕地，另外放牧及滥挖活动，加剧草地退化程度。对于干旱区而言，林草有着防风固沙、涵养水源、保持水土的重要作用，流域林草面积的不断减少预示着流域生态环境有变差的趋势。

图2叶尔羌河流域生物丰度指数

Fig.2Biology abundance index of Yarkant River Basin

3.2叶尔羌河流域植被覆盖指数变化特征

从图3可知，叶尔羌河流域植被覆盖度指数在1990—2010年降低4.00%，在研究时段流域植被覆盖度程度不断下降。

植被覆盖指数主要考虑的因素为林地、草地、耕地、建设用地及未利用地。在研究时段流域林草地面积呈不断减少趋势，虽然叶尔羌河流域农业耕作活动加强及人工防护林种植的增加，但仍然不能弥补林草减少对植被覆盖指数带来的负面影响，因此总体上覆盖度降低。

图3叶尔羌河流域植被覆盖指数

Fig.3Vegetation coverage index of Yarkant River Basin

3.3叶尔羌河流域水网密度指数变化特征

从图4可以看出，叶尔羌河流域水网密度指数于1990—2000年增大了8.13%，2000—2010年降低了4.08%。1990—2000年叶尔羌河流域水域面积增加了11.33%，主要由湖库面积(增加了35.59%)及滩涂湿地面积(增加了18.44%)增加引起，据研究统计叶尔羌河是南疆平原水库最多地区，共有大中小型水库46座，总库容15.2亿m3，拦截总径流量的四分之一；在2000—2010年流域湖泊水库及河渠面积分别减少了2.19%、0.17%，同时径流量与2000年相比也减少了6.18%，因此与2000年相比2010年水网密度指数下降。

图4叶尔羌河流域水网密度指数

Fig.4Water density index of Yarkant River Basin

3.4叶尔羌河流域土地退化指数变化特征

土地退化指数，指被评价区域内风蚀、水蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和工程侵蚀的面积占被评价区域面积的比重，用于反映被评价区域内土地退化程度。参照水利部2008年颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》[27]，提取研究区轻度侵蚀、中度侵蚀及重度侵蚀面积，得到叶尔羌河流域1990—2010年土地退化指数图(见图5)。1990年土地退化程度较高，而2000年和2010年的土地退化程度相对减弱。1990—2000年流域土地退化指数下降2.23%，2000—2010年土地退化指数降低1.36%。

3.5叶尔羌河流域生态环境状况指数变化特征

根据计算公式得到叶尔羌河流域生态环境状况指数见图6。由图6可知，叶尔羌河流域1990、2000、2010年生态环境状况指数(EI)分别为34.94、34.77和34.32，表明叶尔羌河流域在近20年的时间里生态环境质量属于较差级别。叶尔羌河流域气候干燥，蒸发强烈，平原降水少，常受春旱、夏洪、盐碱及风沙危害[28]；据统计叶尔羌河流域土壤盐渍化面积占耕地面积的38%，年平均大风及沙尘暴日数30.6 d[29]，并且由山前冲积扇顶部往下河网水系发育，呈树枝状散开，水渠纵横，扇面受河流侵蚀切割而遭受破坏，形成侵蚀阶地；中下游的巴楚等地，受西北风影响，沙漠化发展快，灌区周边存在沙漠入侵现象[19]。由此可知，叶尔羌河流域由于其特殊的地理位置限制，再加之流域内盐渍化及沙漠化问题影响，生态环境并不乐观，属于较差级别。

图5　叶尔羌河流域土地退化指数

图6叶尔羌河流域生态环境状况指数

Fig.6The eco-environmental status of Yarkant River Basin

从其变化情况可知，1990—2010年叶尔羌河流域生态环境状况指数不断下降，表明其环境状况呈不断退化趋势。近年来叶尔羌河流域人口数目不断上升，据统计年鉴数据可知[25]，叶尔羌河流域人口在近20年里增加了62%，人口数目的增加使人口与资源、环境和社会经济发展之间的矛盾越来越突出，导致流域生态环境日益恶化，主要表现为流域天然林草面积减少、土壤盐渍化及流域沙漠化。因此，叶尔羌河水资源的合理利用和调配将会是叶尔羌河流域生态环境建设的一项重要任务，各级政府和人民群众应加强环保意识，做好统筹兼顾，顾全大局。

4讨论

本研究采用的国家环境保护总局发布的《生态环境状况评价技术规范》[20]，具有一定的适用性。许多学者如韩梅清[30]、孟岩[31]、姚尧[32]等均基于此方法对我国不同地区的生态环境状况特征进行评价和分析；王宏伟等[33]对伊犁河流域各县市的生态环境质量进行评价认为伊犁河流域2004年生态环境状况一般，并且认为该评价体系在干旱区具有较好的科学性和实践性。

叶尔羌河是塔里木河源流之一，流域生态环境状况对该区及整个南疆的社会稳定及经济发展尤为重要，但目前关于流域生态环境变化的具体方向并不清楚。基于此，本文利用《生态环境状况评价技术规范》[20]并结合新疆干旱区的实际情况得到流域生态环境状况指数计算公式，对叶尔羌河流域1990—2010年生态环境状况评价及变化特征进行分析可得，叶尔羌河流域在研究时段生物丰度指数、植被覆盖指数和土地退化指数分别减少4.53%、4.00%和3.56%；水网密度指数整体增高了3.71%；流域生态环境状况属于较差级别，且受自然和人为的影响流域生态环境呈不断退化趋势。

最后，本文选取的生态环境指数评价方法在一定程度反映了流域环境变化的具体方向，但仍存在一定局限性，因为该方法没有考虑到如流域地下水位、沙尘暴、浮尘天气、气温、降水、经济等指标对生态环境的影响，因此论文中对流域近20年生态环境状况评价方法还有待深入研究。

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from 1990 to 2010

DU Qing1,2, XU Hai-liang1, ZHANG Guang-peng3, BAI Yu-feng3,

ZHANG Pei1,2, LING Hong-bo1, ZHAO Xin-feng1

(1.XinjiangInstituteofEcologyandGeography,ChineseAcademyofSciences,Urumqi,Xinjiang830011,China;

2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;

3.XingjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China)

Abstract：This paper analyzed the land use change in Yarkant River Basin during recent 20 years using Landsat-TM and CBERS images from 1990, 2000, and 2010 combined with GIS and the ecological environment index calculation methods. The results showed that during the years from 1990—2010, the species richness index, vegetation coverage index and land degradation index were decreased by 4.53%, 4.00% and 3.56%, respectively, while the water density index was increased by 3.71%. Additionally, the eco-environment condition indexes of Yarkant River Basin were 34.94, 34.77 and 34.32 in 1990,2000 and 2010, reaching a dissatisfactory level. The ecological environment became degraded by influences from both the natural and human activities.

Keywords:Yarkant River Basin; land use/cover; eco-environmental condition index

中图分类号：X37

文献标志码：A

通信作者：徐海量(1971—)，博士，研究员，硕士生导师，主要从事恢复生态学研究。 E-mail: xuhl@ms.xjb.ac.cn。

作者简介：杜清(1989—)，女，四川西充人，硕士研究生，研究方向为干旱区生态环境变化与恢复生态学。 E-mail：1054722013@qq.com。

基金项目：国家自然科学基金(41171427)、(31370551)、(41471099)，中国科学院“西部之光”人才培养计划(XBBS-2014-13)

收稿日期：2014-12-10

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.39

文章编号：1000-7601(2016)01-0252-05