阿克苏河流域绿洲森林景观格局变化及指标分析与评价

张志军，颉小华，李华，方杰，卢海燕

(1.阿克苏地区林业发展保障中心，新疆 阿克苏 843000；2.新疆重点林业工程质量管理总站，新疆 乌鲁木齐 830000)

沈玉凌(中科院新疆地理研究所)阐述了绿洲的概念，概括了绿洲四个特征[1]，明确绿洲在干旱区的重要性。在对绿洲本质特征的总结中，新疆大学周跃质等提出水是绿洲存续和变化的决定性因素，是绿洲生产力的核心[2]。新疆农业大学侯平等认为平原人工绿洲生态系统的生态在新疆整个生命支持系统生态安全保障中处于核心地位[3]，由此可见，阿克苏河流域平原人工绿洲的森林资源对绿洲农业生产、人居环境改善和经济发展具有重要的屏障作用，评价和分析绿洲森林资源指标显得尤为重要。目前绿洲内以人工林为主，防护林和经济林是组成绿洲森林的主要特征，是维护绿洲生态稳定的主要因素。绿洲的森林覆盖率是评价承载绝大多数经济社会活动环境的关键生态指标，由于阿克苏河流域绿洲界线没有确定，造成绿洲森林覆盖率指标数据缺失，本次研究，量化了阿克苏河流域绿洲森林覆盖率。

塔里木盆地四周，伴随河流分布了许多割裂的绿洲，阿克苏河流域绿洲，是塔里木盆地西北部经济活动最为活跃的绿洲之一。绿洲内养育人口近260万人，是工农业的主要载体。东北林业大学梁万君等应用景观生态学理论，对吉林防护林的带斑比、连接度、环度、林带均衡度指标，分析了防护林庇护农区生态价值的方法[4]。中科院的东北地理与农业生态研究所史晓亮等认为上述评价防护林的方法，对农田防护林的经营和管理实际指导意义不明显，提出了农田林网景观结构异质性动态评价的看法[5]，更多从现状防护林情况和庇护斑块方面，解决了宏观评价的不足。本次研究解决的重点是：立足现状平原区人工绿洲林地资源，按照《绿洲防护林体系建设技术规程》[6]，评价绿洲的森林覆盖率及构成要素，分析影响绿洲生态安全的主要林种及现状情况，评价平原区绿洲农田防护林的实际生态防护水平和增长的潜力。

1 研究区概况

阿克苏河流域土地总面积为547.016 4万hm2，位于天山南麓中段西部地区，地理位置在75°35′—82°00′ E,40°17′—42°27′ N之间，属暖温带大陆性干旱气候。流域主要包括托什干河、库玛力克河、柯柯牙尔河和阿克苏河干流。流域内涉及阿克苏市、温宿县、阿瓦提县、乌什县4个县33个乡镇485个行政村。4个县域土地中人工绿洲面积61.652 3万hm2，耕地面积28.129 0万hm2，绿洲面积占土地总面积的11.3%，阿克苏河流域的社会经济活动基本在人工绿洲内进行，因此，绿洲森林资源的变化，对绿洲人居和生态环境影响较大。

阿克苏河流域绿洲平原人工林区年降水量仅为50～80 mm，属于灌溉林业。人工绿洲大部分在平原区，年平均气温9～10.2 ℃，极端最高气温和极端最低气温分别是39.2 ℃和-20.5 ℃。5—8月降水量占全年降水量的60%～80%。多年主导风向为偏西风、次多风向偏东风。年平均大风日数为7.7 d。平均风速春、夏季最大，分别为1.84、1.68 m·s-1；冬季最小，为0.56 m·s-1；秋季介于中间，为0.86 m·s-1。人工绿洲内土壤类型主要是壤沙土、灰钙土、灌淤土、沙壤土、沙土等。人工栽植的主要林木是新疆杨、银白杨、箭杆杨、柳树、胡杨、白榆、沙枣、白蜡、沙棘等，还栽植有大量的核桃、红枣、苹果、梨树、杏树、桃树等经济落叶果树。绿洲内还分布有乡土荒漠灌木铃铛刺、黑果枸杞、野蔷薇、柽柳、沙拐枣等。

绿洲内组成森林的优势林种以3种形式存在，一种是防风固沙林，大多是生态树种以林带或片林形式，分布在绿洲边缘或农田周围。一种是农田防护林，大部分以新疆杨的林带形势分布在耕地、果园四周。一种是经济落叶果树呈现片林形式，由以前的耕地发展而来。

2 数据来源与分析方法

本次研究从绿洲内485个行政村抽取了40个样本村，占流域范围内行政村数量的8%。样本村均匀分布流域范围内，涉及绿洲的边缘和内部的森林资源情况。分析的遥感数据时间分别是2009年度和2017年，具体抽样的情况分析见表1。

表1 阿克苏河流域行政区划及土地面积情况一览表

本研究采集的森林资源数据是，利用高分辨率的卫星遥感数据，有BRD(Band Residual Difference Algorithm)多光谱融合影像和国家资源三号卫星的多光谱融合影像。(BRD卫星影像采集于2009年8—10月间，cellsize是2.1,2.1。资源三号卫星影像采集于2017年7-8月间，cellsize是5,5)。通过对不同历史时期的遥感数据进行辐射校正、几何校正、假彩色合成，采用一致的西安80坐标系进行配准，将样本村的土地利用现状类型划分为耕地、果园、农田防护林、片状庭院、片状防风固沙林5种类型，外业对遥感数据进行判读和验证，总体分类精度为96.2%。在GIS平台上对以上地类信息进行提取，图斑边界矢量化、拓扑检查、合并、添加字段、并附于地理空间和面积等属性信息。利用现状遥感影像，按照绿洲防护林建设标准，勾绘在现状庇护农田斑块、理想状态林网的格局，进一步矢量理想状态林网的面积。

3 结果与分析

3.1 森林资源总体变化情况

表2和表3显示，2009年阿克苏河流域绿洲森林覆盖率是11.21%，2017年森林覆盖率增加到22.57%。农防林森林覆盖率则由2009年的1.47%，增加到2017年的1.93%，果树林森林覆盖率则由2009年的9.28%，增加到2017年的20.17%。在绿洲森林覆盖率的贡献上，果树林增长较快，面积上占绝对比重。

从2009—2017年，绿洲森林覆盖率高的村从44.23%增加76.91%，低的村从1.76%增加4.36%，甚至没有多大增长。尤其是阿瓦提县处于流域下游，各村绿洲森林覆盖率普遍增长缓慢且不高。统计分析情况见表2、表3。

表2 阿克苏河流域抽样村 2009年度森林资源情况一览表

表3 阿克苏河流域抽样村2017年度森林资源情况一览表

3.2 防护林和经济林在时间跨度上变化情况

在阿克苏河流域上游水源条件好的县市，绿洲森林覆盖率变化较大，增长最多的是阿克苏市、温宿县和乌什县。2009—2017年期间，阿克苏市、温宿县、乌什县在调整农村种植产业结构中，果树林发展强劲。同时地缘经济影响比较明显，处于城市经济消费圈的村，森林覆盖率增加的也比较快，尤其是果树林面积增长较快；分析显示，农防林覆盖率增长缓慢，果树林是绿洲森林覆盖率增长最快的林种。具体分析抽样村的情况见图1。

图1 2009年和2017年，阿克苏市、温宿县、乌什县、阿瓦提县农防林和果树增长情况

3.3 农田防护林带斑比分析

理想状态的林网格局在宁夏引黄灌区农田防护林建设与更新主要技术参数优化中[7]，认为“主林带间距270～450 m，副林带间距为600～700 m，网格面积16.67～33.33 hm2”。在绿洲防护林体系建设规程[6]中，针对新疆绿洲气候情况，提到主林带间距200～300 m，副林带间距为400～600 m，网格面积8～18 hm2，该规程是符合塔里木盆地绿洲农田林网需要庇护的斑块现实大小的，由于绿洲农田林网建设需要结合现状路、渠、田块进行规划，本次通过2017高分别率遥感影像来判读斑块数(即种植区农用地)，按照网格面积8～18 hm2理想庇护状态，勾绘理想状态农田林网，计算主林带长度和面积，副林带长度和面积。通过计算，理想状态下农防林覆盖率(带斑比)应该在5.33%～11.99%，阿克苏河流域平原区人工绿洲农田防护林景观格局带斑比达到9.27%，较为理想，具体计算分析目标值见表4。

3.4 农田林网连接度情况分析

农田林网连接度指标，是评价林网完整性的主要指标，可以直观表达出林网庇护农田的等级。按照现状土地斑块数量和理想状态的林网，东北林业大学梁万君等提出理想状态林网的连接度合理的指标是0.966 6[8]。分析阿克苏河流域现状林网和理想状态林网长度，用现状林网长度与理想状态下，耕地斑块面积分别在8和18 hm2的林网长度的比值，计算出两种理想状态的连接度，平均两种状态下连接度作为农田林网的现状连接度，计算现状连接度是0.21，具体分析指标值见表5。通过主林带和副林带的理想状态宽度，进一步计算出需要建设林网的面积指标，并确定理想状态后绿洲森林覆盖率。分析数据得出，目前林网连接度较低，庇护农田的功能较差，距离理想状态的林网格局还有很大差距。

表4 阿克苏河流域农防林带斑比建设目标测算表

表5 阿克苏河流域按照不同庇护标准情况林网连接度分析结果一览表

通过现状指标和理想指标，绿洲内在稳定林果种植基地的情况下，增加农田林网面积是提高绿洲森林覆盖率的主要方向，并计算出需要建设农田防护林的目标值和预期绿洲的森林覆盖率，具体目标值见表6。

表6 阿克苏河流域理想状态绿洲森林覆盖率目标值分析表

4 结论与讨论

4.1 结论

通过以上分析，进一步明确了阿克苏河流域绿洲的森林覆盖率现状，现状绿洲森林覆盖率为22.57%，可以作为新农村建设村庄绿化的基础指标。绿洲森林覆盖率提高的主导因素是果树林。从绿洲防护林建设规范的技术角度，决定绿洲生态安全的农防林景观因子是带斑比和连接度，从目前的分析显示，农防林带斑比为1.93%，按照耕地斑块现状，测算出绿洲农田防护林景观带斑比要达到9.27%，才能达到很好的庇护效果，目前，带斑比现状与理想状态的差距很大。农田林网的现状连接度是0.21，合理的指标是0.966 6，从分析数据看，现状与理想相差也很大。以上农防林两个景观因子指标显示，阿克苏河流域的农田防护林建设现状不理想，防护林建设还有较大差距，尤其是绿洲边缘的农防林建设。另一方面，绿洲农田防护林建设，是干旱区绿洲森林资源培育的主要方向。

4.2 讨论

4.2.1 社会经济发展对绿洲林地资源变化的影响较大，尤其是果树林占比森林资源的比例偏大，尽管经过30多年农防林建设和平原绿化达标活动，绿洲农防林建设还是比较薄弱，并影响到平原区绿洲生态安全。另一方面，农防林具有公益性质，增长缓慢严重影响绿洲的生态稳定，果树林由于市场属性，虽然可以统计到绿洲森林覆盖率中，但是，不能作为绿洲生态建设的指标进行评价绿洲生态建设现状。

4.2.2 目前农田防护林建设距离理想状态，无论是建设农防林占地面积还是庇护农田的生态能力，都有很大差距，仍有较大的建设空间。尤其是绿洲边缘的农防林存量少，缺带断带等情况，在春季的倒春寒和7—9月的大风天气中，削弱了庇护绿洲的效益。

4.2.3 绿洲农防林建设是绿洲生态建设的主要方向，是绿洲可持续发展的决定性因素，长期以来，水是生态建设的主导因素，合理配置水资源的同时，农防林在发展中，应以耐旱、抗逆性强的良种乔木为主，减少对生态用水的需求。