近50年来山丹绿洲变化的驱动机制分析

陈云海 颉耀文 徐银丽 梁浩 杨柏欣

摘要：近50年来山丹绿洲变化总体上处于波动性扩张趋势，研究基于山丹绿洲时空变化数据、实地访谈资料、统计年鉴和相关历史资料对绿洲变化的驱动机制进行了探讨。结果表明，人文因素是山丹绿洲变化的主导驱动力，对绿洲面积变化的相对贡献率为64.3%。影响绿洲变化的主要人文驱动力有人口增长、农业政策、社会经济发展和农业科技进步等，其中2000年以前人口增长是绿洲扩张的主导驱动力，2000年以后农民为提高生活质量而追求经济利益最大化是绿洲扩张的根本原因。

关键词：绿洲变化；驱动机制；山丹绿洲

中图分类号：X144；F323.21 文献标识码：A 文章编号：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

綠洲是干旱地区特殊的自然景观，是干旱区人类文明的载体[1]，是干旱区的精华[2]，其发展变化直接关系到干旱区的稳定与繁荣。探讨绿洲变化的驱动机制对于揭示绿洲变化的原因、过程和发展预测具有重要意义。自然因素和人文因素的耦合是绿洲变化的基本机制。自然因素一般包括气温、降水和累计日照等，为绿洲的形成和发展提供了基本条件，对其发展变化起到促进作用。人文因素一般包括人口增长、政策法规、社会经济发展和农业科技进步等。本研究时段相对较短，自然因素变化相对较小，在自然背景相对稳定的条件下，人口数量的增加、政策法规的实施和科学技术的进步等都会引起绿洲的发展和变化。

目前，驱动机制研究多集中在土地利用与覆盖变化和荒漠化研究等方面，对于绿洲变化的驱动机制研究较少[3-6]。杨永春等[7]根据社会调查资料分析了民勤绿洲变化的人文驱动机制，认为以传统农业模式为核心的用水行为是主导因素，是民勤绿洲系统变化的根本原因。毋兆鹏[8]利用灰色系统理论方法对艾比湖流域绿洲的稳定性进行了分析，认为绿洲内外过度的人类活动是稳定性变化的主导驱动因素。马燕等[9]认为近200年来，额济纳绿洲土地荒漠化受气候变化和人类活动影响，其中水环境变化是主要驱动力。常跟应等[10]认为民乐农业绿洲变化的主导人文驱动力是阶段性的，不同时期不同历史背景下绿洲扩张的人文驱动机制不同，其中1949—1980年绿洲扩张的主导驱动力是人口增长，1981—2003年是家庭联产承包责任制和人口增长，2004至今是经济利益。

随着绿洲社会经济的发展，绿洲生态环境问题日益凸显，绿洲变化驱动机制的研究越来越受关注，而现有相关研究相对较少。山丹绿洲位于河西走廊中段，是河西绿洲的典型代表之一。因此，本研究以山丹绿洲为例，分析绿洲变化的驱动机制，以期为干旱区绿洲的形成和演化规律研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

山丹县隶属于甘肃省张掖市，全县辖5乡3镇，110个行政村，6个居民委员会，754个村民小组。气候干旱少雨，属于大陆性半干旱气候。2013年全年平均气温为8.2 ℃，累计日照2 882.4 h，全年累计降水量163.3 mm，年蒸发量1 874.8 mm。2012年，全县国民生产总值为34.45亿元，第一、第二、第三产业增加值分别为7.42亿、12.47亿、7.73亿元；全年完成固定资产投资24.61亿元；城镇居民人均可支配收入13 934.66元，人均生活消费支出9 159元，家庭恩格尔系数为35.2%；农民人均纯收入7 315.9元，人均生活消费支出5 328.2元，家庭恩格尔系数为3.11%，经济发展水平相对落后。

1.2 资料获取及处理

研究所用到的数据包括山丹县绿洲时空变化数据[11]、实地访谈资料、山丹县统计年鉴（1963—2009年）和《山丹县志》[12]等，其中绿洲时空变化数据和访谈资料是研究的第一手详细资料。根据样本年绿洲的变化情况，在绿洲变化的热点区域共选取了老军乡的潘庄村和刘庄村、清泉镇的双桥村和清泉村、陈户乡的刘富寨村和王城村、东乐乡的刘家庄7个样本村作为访谈对象。研究团队先后于2009年9月、2010年7月、2014年3月与7月深入研究区进行绿洲变化驱动机制访谈，其内容主要包括近50年来绿洲的人口变动情况、耕地开垦及弃耕现象、种植结构、生产投入、经济收入、农业政策和灌溉水利等18个指标。访谈中尽可能选择担任过村干部或村中年龄较大的并且对村子近几十年发展变化情况较清楚的村民进行访谈，以保证访谈结果的可靠性。

结合山丹绿洲实际情况，按照综合性、主导性以及资料的可获得性原则共选取了12个自然和人文因子进行驱动机制分析，其中自然因子包括年平均气温（℃）、年降雨量（mm）和年日照时间（h）；人文因子包括人口增长[总人口（人）、农业人口（人）]、社会经济的发展[耕地面积（666.67 hm2）、农作物播种面积（666.67 hm2）、固定资产投资（万元）、农业总产值（万元）、农民人均纯收入（元）]、科技进步[粮食单產（kg/667 m2）]、对农业的投入[农机总动力（kW）]。由于各个指标的技术单位不尽相同，不宜直接进行分析，因此在分析之前需对其进行无量纲化处理。数据无量纲化处理的方法有中心化、极差化、极大化、极小化和均值化等[13]。研究表明，在指标数据为客观数据时，使用均值化无量纲处理效果较为理想[14]，因此采用均值化方法对原始数据进行处理。

1.3 研究方法

绿洲变化具有一定的不稳定性和不确定性。本研究主要依托绿洲时空变化数据、实地访谈资料和相关统计资料，采用相关分析，主成分分析[15]和回归分析方法[16]对绿洲面积变化和驱动因素之间的变化规律进行分析，并在此基础上对影响绿洲变化的主导驱动因素进行进一步地分析和探讨。

2 结果与分析

2.1 绿洲面积变化

近50年来山丹绿洲面积变化总体上处于波动性扩张趋势，其中1963—1986年绿洲变化以波动为主，1986年以后以扩张为主。2012年山丹绿洲面积为516.21 km2，和1963年绿洲面积相比，2012年绿洲面积增加了230.1 km2，增加幅度达80.4%。

2.2 统计分析结果

统计分析方法可对驱动因子数值之间的关系进行分析，有效确定主导驱动因子，使复杂的问题简单化。绿洲变化是一个复杂的过程，不同驱动因素对绿洲变化过程的影响和贡献不同，为此采用统计分析方法对绿洲变化驱动力进行分析。

2.2.1 相关分析 绿洲面积与各驱动因子之间的相关系数如表1所示。一般情况下，相关系数越大，说明驱动因子与绿洲变化的关系越密切，对绿洲变化的作用可能就越明显。由表1可知，绿洲面积与各驱动因子的相关性由大到小依次为农民人均纯收入、农机总动力、粮食单产、农业总产值、年平均气温、农作物播种面积、固定资产投资、总人口、年日照时间、耕地面积、农业人口、年降雨量。农民人均纯收入、农机总动力和粮食单产与绿洲面积的相关系数较大，对绿洲变化的作用也可能较大。

2.2.2 主成分分析 按照累计贡献率大于85%的要求，提取了诸因子的前3个主成分（表2）。主成分分析结果表明，特征值大于1的3个主成分的贡献率分别为64.956%、16.039%、9.111%，累计贡献率达90.107%，说明前3个主成分已提供了原始数据足够多的信息。

通过计算各主成分的特征向量得到相应的主成分方程（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分别代表第一、第二和第三主成分，X1～X12分别为驱动因子。

其中第一主成分Y1与年平均气温、总人口、农作物播种面积、农业总产值、农民人均纯收入、粮食单产和农机总动力呈现出相对较强的正相关，与年降雨量和年日照时间呈负相关，除年平均气温外，变量总人口、农作物播种面积、农业总产值、农民人均纯收入、粮食单产和农机总动力综合反映了人文因子的相对作用情况，因此可以认为第一主成分Y1是人文因子相对作用强度的代表。第二主成分Y2与年降雨量和固定资产投资呈现出相对较强的正相关，与年日照时间、总人口、农业人口和耕地面积呈现出相对较强的负相关，变量年降雨量、年日照时间、总人口、农业人口、耕地面积和固定资产投资综合反映了自然因子和人文因子的综合作用情况，因此可以认为第二主成分Y2是自然因子和人文因子综合作用强度的代表。第三主成分Y3与年降雨量呈现出较强的正相关，与年日照时间呈现出相对较强的负相关，变量年降雨量和年日照时间综合反映了自然因子的相对作用情况，因此可以认为第三主成分Y3是自然因素相对作用强度的代表。显然利用主成分变换后的前3个主成分对驱动机制进行描述，可使问题分析简化。

2.2.3 回归分析 为了更好地描述驱动因子对山丹绿洲面积变化的影响程度，在主成分分析的基础上，利用主成分方程对原始数据进行处理以得到驱动因素的相对作用强度，然后利用多元回归分析方法，以绿洲面积为因变量，驱动因子作用强度为自变量，构建绿洲面积变化与各驱动因素作用强度之间的数量关系（式4）。

Y=0.627+0.139Y1-0.085Y2-0.038Y3 （4）

式中，Y为绿洲面积，Y1为人文因子相对作用强度，Y2为自然与人文因子综合作用强度，Y3为自然因子相对作用强度。

回归方程（4）中，自然因子相对作用强度Y3的参数估计量所对应的P为0.648，大于0.05，说明在短时期内自然因子的变化相对较小，对绿洲面积变化的影响不显著。因此剔除自然因子的相对作用强度，利用剩余变量和绿洲面积重新建立回归模型（5）。

Y=0.574+0.142Y1-0.079Y2 （5）

检验结果F=83.832>F0.05（2，10）=4.10，R2=0.944，说明方程线性关系显著，模型拟合效果较好，即近50年来绿洲面积变化主要受人文因子作用强度和自然及人文因子综合作用强度影响。从模型可以看出，各强度的回归系数不等，人文因子相对作用强度的回归系数较大，自然和人文因子综合作用强度的系数相对较小。说明人文因子相对作用强度对绿洲面积变化的影响程度高于自然和人文因子综合作用强度，是绿洲面积变化的主导驱动因素。回归系数的正负反映了指标变化对总体是起促进或抑制作用，绿洲面积与人文因子作用强度为正相关，而与自然和人文因子综合作用强度为负相关。即人文因子相对作用强度对绿洲面积的增加具有促进作用，自然和人文因子综合作用强度起抑制作用。在绿洲的发展演化过程中，人与自然之间的矛盾是客观存在的，不合理的开发只会造成环境问题，限制绿洲的可持续发展。从主成分方程中变量的系数可以看出，通过增加对农业的投入，合理调整种植结构，提高粮食单产，增加农民人均纯收入，不断改善农民生活条件可促使绿洲良性发展。

2.2.4 相对贡献率计算 相对贡献率可描述个体对总体的相对贡献大小，贡献率越高指标对总体就越重要。在回归分析的基础上，通过计算各因子的相对贡献率可得各强度因子对绿洲面积变化的相对作用大小，其计算公式如下[17]：

Y=a1Y1+a2Y2+…+anYn （6）

？籽1=■ （7）

式中，Y为绿洲面积；Y1，Y2，…，Yn为作用强度， a1，a2，…，an为回归系数；？籽1为 变量Y1对绿洲面积变化的相对贡献率。

利用公式（6）、（7）对回归方程（5）进行处理，可得人文因子相对作用强度对绿洲面积变化的相对贡献率为64.3%，自然和人文因子综合作用强度对绿洲面积的相对贡献率为35.7%。从相对贡献率大小可以看出，绿洲面积变化以人文因子为主导，通过合理调整人文因子之间的关系，可以保障绿洲持续健康发展。

2.3 人文驱动力分析

结合统计分析的结果、实地访谈资料和山丹县实际情况，选择具有代表意义的人文因子进行绿洲驱动力探讨。

2.3.1 人口增长 根据统计年鉴资料，山丹县人口总体上呈自然增长趋势（图2），1977年以前增长较快，之后增长相对平缓。人口数量的增加，势必需要更多的土地资源来满足新增人口的土地需求，从而使绿洲的扩张有了外在需求。人们为了满足不断增长的物质需求，不断地对绿洲外围进行开垦，使得绿洲在持续扩张。从人口增长与绿洲面积变化的趋势来看，人口增长对绿洲面积的增加总体上起促进作用，个别时段起抑制作用。20世纪60年代末期到70年代中期，人口数量在持续增长，但绿洲面积却在减少。较快的人口增长一定程度上会加重社会的负担，加之当时生产力水平相对低下，导致绿洲面积不但没有增加，反呈下降趋势。80年代，随着计划生育政策的实施，人口增长速度有所减缓，人地矛盾得到一定的缓解，绿洲面积开始逐步回升。2000年以后，人口变化趋于稳定，人口增长对绿洲面积的增加影响相对较小。

2.3.2 农业政策 农业政策对绿洲的变化具有方向性作用，一段时期内可能始终是影响绿洲变化的主要因子。结合访谈资料，被访谈者普遍认为“家庭联产承包责任制”和“退耕还林”政策对绿洲变化的影响较大。1981年以前，耕地基本上是集体所有，集体劳动，集体分配劳动成果，但由于过分“平均主义”等诸多不合理性因素存在，导致生产积极性疲弱，绿洲扩张以波动状态为主，面积增加缓慢。1982年春，山丹县实行“农业家庭联产承包责任制”，当年就有2.431 4万户承包集体土地36 505.866 hm2（来源于1982年《山丹统计年鉴》）。包产到户提高了农民的生产积极性，土地得到了小规模的开垦，撂荒土地也得到了复耕，绿洲面积稳步增加。2000年左右政府开始实施退耕还林还草政策，但是该政策对绿洲面积变化的作用效果并不明显，部分原因是因为政府给的补贴不高，农民为了维持生计，不得不继续使用被規划为退耕还林的土地。

2.3.3 社会经济发展 绿洲作为干旱区人民生存与发展的载体，其变化与绿洲社会经济的发展有着密切的联系。1963—2009年，山丹县的社会经济一直在持续发展，绿洲也在不断扩张，特别是改革开放以来绿洲经济急速飙升，绿洲扩张也在不断升温。国内生产总值从1963年的787万元增长到2009年的252 061万元。经济的发展在提高农民开垦荒地积极性的同时，也为绿洲的扩张提供了经济基础。山丹县固定资产投资在逐年增加，对农业的投入也在不断加大，投入的增加势必会带来收益的增加，促进绿洲的扩张与繁荣，其中1963、1977、2009年固定资产投资分别为29.83万、273万、111 934万元。农民的生活条件也从量变到质变，生活水平在不断提升，农民人均纯收入也在不断增加，其中1963、1977、2009年农民人均纯收入分别为66.31、168、4 819元。社会经济在不断发展，农民生活条件在不断改善，绿洲也在不断扩张。结合访谈资料，在20世纪60和70年代，农村家庭主要的经济收入来源为种植业和畜牧业，结构较为单一，通过增加农民人均纯收入以扩大再生产的现象不多，绿洲面积增加缓慢。改革开放以后，社会经济快速发展，再加上土地包产到户，农民开垦积极性得到提高，增收渠道开始拓宽，农户养羊的数量在大幅度增加，且一些人员开始外出务工，畜牧业与务工收入占总收入的比例在逐步增加，绿洲处于稳步扩张阶段。2000年以后，外出务工的人数较往年有所增多，务工收入成为家庭收入的主要经济来源，绿洲扩张的速度有所减缓。

2.3.4 农业科技进步 农业科技进步对绿洲变化起到直接或间接的作用。粮食单产的提高是育种技术改进、化肥使用量增加、节水技术转变和地膜使用等诸多科技因子综合作用的结果，因此可将其作为农业科技进步的代表。从图2可以看出，山丹县粮食单产变化总体上呈增加趋势，个别年份出现减产现象，和绿洲面积变化趋势基本上相对应。说明通过加快农业科技进步，提高粮食单产，增加农民收入，可在一定程度上促进绿洲的扩张。

3 结论

近50年来山丹绿洲面积变化总体上呈波动性扩张趋势，其变化过程主要受人文因子和自然及人文因子综合作用共同影响，其中以人文因子作用为主导，二者对绿洲面积变化的相对贡献率分别为64.3%和35.7%。

影响绿洲变化的主要人文驱动力有人口增长、农业政策、社会经济发展和农业科技进步等，其中人口增长导致人们对土地资源需求量的增加，耕地供不应求，从而使绿洲扩张有了外在需求，2000年以前始终是绿洲扩张的一个重要原因；农业政策对绿洲的扩张具有方向性作用，为农业快速发展提供一个好的环境，总体上对绿洲的扩张起到积极作用，也有一些政策例如“退耕还林”和“三禁”政策等有阻碍作用，但是效果并不明显。社会经济的发展为绿洲的扩张奠定了经济基础，经济利益的最大化是每个农民追求的目标，同时也是绿洲扩张的又一个重要原因，特别是2000年以后作用较为明显。通过农业科技进步对种植结构进行合理调整，加大对农业的投入（包括农药化肥施用量、农机总动力和地膜使用量等），提高粮食单产，增加农民收益，加快社会经济的发展，对绿洲的扩张具有促进作用。

总的来说，农业政策和农业科技进步对绿洲的扩张具有促进作用，2000年以前人口增长是绿洲扩张的主导驱动力，2000年以后农民为提升生活质量而追求经济利益最大化，通过增加农业投入，合理调整种植结构，提高粮食单产，扩大收益，逐步改善生活条件是绿洲扩张的根本原因。

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