干旱區(qū)景觀格局演變及碳收支狀況研究：以塔里木盆地為例

蔣燁林，王讓會①，彭 擎，李 焱，李 成，郭 靖（.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京 20044；2.大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 20044；.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 20044）

過去半個多世紀(jì)，全球大部分區(qū)域經(jīng)歷了氣候變化過程，全球性氣候變化帶來的森林火災(zāi)、對流風(fēng)暴、沿海洪澇和超強(qiáng)颶風(fēng)等災(zāi)害對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一系列不良影響［1］。北半球中緯度地區(qū)是氣候變化最顯著的區(qū)域，新疆是這個區(qū)域中最干旱的地區(qū)之一［2］。新疆地形復(fù)雜，山地與盆地相間，構(gòu)成了“三山夾兩盆地”的特殊地貌。特殊的自然地理環(huán)境和顯著的氣候變化增加了新疆生態(tài)環(huán)境的脆弱性與敏感性［3-4］。保證區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性是干旱區(qū)生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，是保證區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維護(hù)社會穩(wěn)定的前提，是有效推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)的有效途徑。

景觀格局演變能顯著影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，造成植被、土壤碳氮平衡的變化，并對流域水量平衡以及水文循環(huán)起決定性作用［5］。干旱半干旱地區(qū)易受氣候、地理和人類活動等的影響，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土資源稀缺，輕微的演變就會造成巨大的環(huán)境效益損失［6］。因此，研究景觀格局演變對了解氣候變化背景下干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境變化有著重要意義。張月等［7］利用4期Landsat數(shù)據(jù)研究了干旱區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)干擾度變化及其景觀響應(yīng)。師滿江等［8］利用遙感影像提取分析了綠洲農(nóng)村居民點景觀格局演變，并研究其演變機(jī)制。大量研究集中于各種因素對景觀格局的影響，鮮有研究分析景觀格局演變的生態(tài)效益。

人類活動和自然演變帶來的景觀格局演變會直接改變地表植被覆蓋，進(jìn)而影響植被和土壤碳庫的變化［9］。碳收支是生態(tài)環(huán)境效益的重要指標(biāo)之一，也是全球氣候變化研究的焦點問題和我國綠色發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容［10］。大量關(guān)于碳循環(huán)、人為碳排放的研究已經(jīng)展開，為碳收支平衡的定量研究和分析奠定了基礎(chǔ)［11］。關(guān)于干旱區(qū)碳排放研究僅局限于分析碳匯或凈初級生產(chǎn)力狀況［12-13］，對其碳收支狀況的研究鮮有報道。而干旱區(qū)作為生態(tài)敏感區(qū)，研究其碳收支狀況對更好地了解氣候變化背景下干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況變化有著重要意義，也能為當(dāng)?shù)匕l(fā)展建設(shè)提供科技支撐。

塔里木盆地位于南疆地區(qū)，是我國最大的封閉型盆地，包括山地、綠洲、水域、林地和荒漠5個生態(tài)子系統(tǒng)［14］。研究區(qū)位于亞歐大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，周圍山脈由于地殼運(yùn)動逐漸隆起，形成四周高山環(huán)繞的封閉盆地。天山和昆侖山脈阻隔了印度洋和西太平洋的水汽，使塔里木盆地具有降水稀少、氣溫變化劇烈、氣候極端干旱的特點。塔里木盆地多年降水量小于50 mm，而蒸發(fā)量大于2 000 mm，多年平均氣溫為10～11℃。塔里木盆地屬于典型暖溫帶大陸性極端干旱氣候區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)量大，日照長，晝夜溫差大，多風(fēng)沙天氣，是典型干旱區(qū)域［15］。塔里木盆地沙漠面積遼闊，分布著我國最大的流動性沙漠——塔克拉瑪干沙漠，植被稀少，水分缺失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱。近年來隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，塔里木盆地地區(qū)發(fā)展迅速，盆地邊緣綠洲區(qū)農(nóng)業(yè)用地面積不斷增加，人口壓力增大，面臨更多生態(tài)環(huán)境問題。在氣候變化背景下，研究塔里木盆地景觀格局變化及碳收支狀況對改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境，更好緩解氣候變化與人類活動所產(chǎn)生壓力具有重要意義。筆者利用3期Landsat TM數(shù)據(jù)分析塔里木盆地景觀格局演變狀況，并利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析塔里木盆地碳收支狀況，進(jìn)而分析和探索景觀格局演變對碳收支狀況的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

塔里木盆地（34°20′～43°39′N，71°39′～93°45′E）南臨昆侖山及阿爾金山，北倚天山山脈，西接帕米爾高原，中部是塔克拉瑪干沙漠。塔里木河貫穿整個塔里木盆地，因此根據(jù)塔里木河分布將研究區(qū)分為塔里木河源流區(qū)、上游區(qū)、中游區(qū)和下游區(qū)［16］。塔里木河干流始于和田河、阿克蘇河和葉爾羌河匯合處的肖夾克，自西向東流進(jìn)臺特瑪湖，全長1 321 km，因此肖夾克以西地區(qū)為塔里木河源流區(qū)。上游區(qū)從肖夾克到英巴扎，近東西向流淌，河道長495 km，河道較順直少汊流，河漫灘發(fā)育，階地不明顯。中游區(qū)從英巴扎到恰拉，河道長398 km，河道較彎曲，河水水流緩慢，此段土質(zhì)疏松，大量泥沙沉積致使河床不斷抬高，加上人為分洪導(dǎo)致中游河段形成眾多河流汊道。下游區(qū)為恰拉到臺特瑪湖，河道長428 km，河道縱坡比中游河段大，比較穩(wěn)定。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2000、2005和2010年3期新疆1：250 000土地覆被數(shù)據(jù)由中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所提供；2001—2010年土地利用數(shù)據(jù)采用MODIS土地利用分類數(shù)據(jù)，碳收支狀況分析從2001年開始；氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//cdc.cma.gov.cn/index.jsp）；能源消耗數(shù)據(jù)、農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)活動數(shù)據(jù)、牲畜產(chǎn)量、人口和一二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)等均來源于2001—2010年《新疆統(tǒng)計年鑒》，個別缺失數(shù)據(jù)使用插值法進(jìn)行補(bǔ)充完善。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

1.3.1 景觀格局變化分析方法

景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣及空間轉(zhuǎn)移采用ArcGIS 10.2軟件對不同時期土地覆被數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉分析，進(jìn)而采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)透視表處理，建立各期景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣。景觀分布重心可以反映景觀格局空間分布變化情況，各景觀類型重心計算方法為先求出該景觀類型各土地斑塊重心坐標(biāo)，然后與該斑塊面積相乘，最后將所得乘積累加起來與該景觀類型總面積相除，計算公式為

式（1）～（2）中，Xt和Yt分別為第t年某種景觀類型重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)，（°）；Cti為第t年該景觀類型第i個斑塊面積，km2；Xi和Yi分別為該景觀類型第i個斑塊重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)，（°）。

景觀利用動態(tài)度（K）指在一定時間范圍內(nèi)研究某種景觀類型數(shù)量變化情況，可預(yù)測各景觀類型的未來變化趨勢［17］，計算公式為

式（3）中，Ua和Ub分別為研究時段起始與結(jié)束時某景觀類型面積，km2；T為研究時間，a。

土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與均衡度：熵是系統(tǒng)有序程度的度量。熵值越高，系統(tǒng)有序度就越低，穩(wěn)定性也越差。土地利用結(jié)構(gòu)信息熵（H）可以反映區(qū)域土地系統(tǒng)的有序程度［18］。H值越高，土地利用系統(tǒng)有序程度就越低，反之則有序程度就越高，計算公式為

土地利用結(jié)構(gòu)均衡度（E）是在信息熵函數(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建的，是可以反映土地利用結(jié)構(gòu)均衡性的量值。E∈［0，1］，E值越大，均衡性就越強(qiáng)，計算公式為

式（4）～（5）中，m為土地利用類型數(shù)；Pi為第i種土地利用類型面積比例。

土地利用程度綜合指數(shù)反映研究區(qū)特定時期土地利用程度，不同時段該指數(shù)的變化能夠反映區(qū)域土地利用程度的變化情況［19］，計算公式為

式（6）中，L為土地利用程度綜合指數(shù)，L∈［100，400］；Ai為第i級土地利用程度分級指數(shù)；Fi為第i級土地利用程度分級面積比例；n為土地利用程度分級數(shù)（表1）。

表1 土地利用程度分級指數(shù)Table 1 The classification index of land use

1.3.2 碳收支估算方法

不同土地利用類型碳吸收能力不同，林地、草地和耕地具有較強(qiáng)碳吸收能力，水域和未利用地也有一定碳吸收能力。不同土地利用類型碳吸收估算公式為

式（7）中，A+為不同土地利用碳吸收總量，t；Ui為第i種土地利用類型面積，km2；Vi為第i種土地利用類型碳吸收系數(shù)，t·hm-2·a-1，其值根據(jù)已有研究確定。林地和草地碳吸收系數(shù)選取李長青等［20］研究所使用的系數(shù)，分別為 6.440 和 0.369 t·hm-2·a-1。未利用地碳吸收能力相對較弱，但研究區(qū)未利用地面積占比大，故其碳吸收量不容忽視，根據(jù)賴力［21］研究，將未利用地碳吸收系數(shù)定為0.05 t·hm-2·a-1。水域碳吸收系數(shù)選取文獻(xiàn)［22］研究成果的均值（0.245 t·hm-2·a-1）。耕地碳吸收估算應(yīng)主要考慮農(nóng)作物光合作用所固定的CO2，而非耕地面積，計算公式為

式（8）中，AA+為農(nóng)作物碳吸收量，t；Ri為第i種作物合成有機(jī)質(zhì)的碳吸收率；Di為第 i種作物產(chǎn)量，t；Hi為第i種作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)。主要農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)（H）和碳吸收率（R）見表2［23］。

表2 主要農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)與碳吸收率Table 2 Economic coefficients and carbon absorption rates of the main crops

涉及碳排放的土地利用類型主要為建筑用地和農(nóng)業(yè)用地。建筑用地碳排放量以人類活動所消耗能源的碳排放量作為估算依據(jù)，計算公式為

式（9）中，AC-為能源碳排放總量，即建筑用地碳排放量，t；Bi為第i種能源消耗量，t；Mi為第i種能源類型碳排放系數(shù)［2］，kg·kg-1。其中原煤和洗精煤的碳排放系數(shù)為0.76 kg·kg-1；焦炭的碳排放系數(shù)為0.86 kg·kg-1；其他焦化產(chǎn)品的碳排放系數(shù)為0.64 kg·kg-1；原油和柴油的碳排放系數(shù)為0.596 kg·kg-1；汽油和煤油的碳排放系數(shù)分別為0.55和0.57 kg·kg-1；燃料油和其他石油制品的碳排放系數(shù)為0.62 kg·kg-1；焦?fàn)t煤氣和其他煤氣的碳排放系數(shù)為0.35 kg·kg-1；液化石油氣、天然氣和煉廠干氣的碳排放系數(shù)分別為0.50、0.49和0.46 kg·kg-1。

農(nóng)業(yè)用地碳排放由農(nóng)業(yè)活動碳排放、水稻生長碳排放和畜牧養(yǎng)殖碳排放組成。塔里木盆地地處干旱區(qū)，水稻種植面積占比小于5%，故不考慮水稻生長碳排放。農(nóng)業(yè)用地碳排放計算公式為

式（10）～（12）中，AA-為農(nóng)業(yè)用地碳排放總量，t；A1為農(nóng)業(yè)活動碳排放，主要包含化肥、農(nóng)藥、地膜和灌溉等碳源產(chǎn)生的碳排放量，t；A2為畜牧養(yǎng)殖碳排放，包含牲畜排泄物和腸胃發(fā)酵產(chǎn)生的碳排放量，t；Ei為第i種碳源使用量；Ki為第i種碳源的碳排放系數(shù)（表3［2，24-28］）；Gi為第i類牲畜年飼養(yǎng)量，頭；Ji和Wi分別為第i類牲畜腸胃道發(fā)酵和排泄物甲烷排放系數(shù)，kg·頭-1（表4［29］）。

表3 農(nóng)業(yè)用地各種碳源的碳排放系數(shù)Table 3 Carbon emission coefficients of various carbon sources of farmland use

表4 牲畜年甲烷排放系數(shù)Table 4 Methane emission coefficients of domestic animals

2 結(jié)果與分析

2.1 塔里木盆地景觀類型時空變化

表5顯示，2000—2010年草地、耕地、水域和建設(shè)用地面積增加，林地和未利用地面積逐漸減少。與2000年相比，2010年草地面積增長2.10%；耕地面積增長較大，達(dá)24.23%，其中旱地面積占新增耕地面積的99.05%；水域面積增長達(dá)14.34%，濕地面積增長最大，占新增水體總面積的40.07%，湖泊和河流增長面積分別占新增水體總面積的23.40%和22.43%，水庫及運(yùn)河面積變化相對較小，增長比例分別僅為12.23%和1.86%；除耕地和水域面積變化較大外，建設(shè)用地面積增長也達(dá)22.63%，其中居住地面積擴(kuò)張最大，占建設(shè)用地新增面積的67.68%，其次為工業(yè)用地面積，占29.83%，交通用地面積變化較小，僅增加2.49%。在各土地利用類型中，雖然有林地面積有所增加，但灌叢面積減少較多，使林地面積減少3.37%；與2000年相比，2010年未利用地總面積減少0.36%，其中裸地開發(fā)利用最廣泛，裸地開發(fā)面積占未利用地減少面積的71.15%，而沙地面積減少0.18%，表明2010—2010年塔里木盆地荒漠化有所改善。

2010—2010年塔里木河流域源流區(qū)林地和未利用地面積有所減少，林地中有林地面積有所增加，但灌叢面積減少較多，未利用地中鹽堿地面積擴(kuò)大，而裸地和沙地面積減少；草地、耕地和建設(shè)用地面積都擴(kuò)張，且除水庫面積減少外，濕地、湖泊和河流等水體面積都增加（表5）。上游區(qū)灌叢和有林地面積都減少，而耕地、草地和水域面積等增加，同時，未利用地中沙地和鹽堿地面積呈擴(kuò)張趨勢，表明上游區(qū)沙化狀況加劇。中游區(qū)各景觀類型面積變化較大，林地、草地和未利用地面積都不同程度減少，而耕地和建設(shè)用地面積擴(kuò)張較大。下游區(qū)林地和草地面積都稍有減少，而耕地和建設(shè)用地面積增長較大，未利用地各類型面積均有不同程度減少，說明下游區(qū)人類活動對土地利用面積變化影響較大。

2000—2010年研究區(qū)耕地和建設(shè)用地景觀利用動態(tài)度大多是最大值或次大值（圖1），表明耕地和建設(shè)用地均呈明顯擴(kuò)張趨勢。源流區(qū)和上游區(qū)林地動態(tài)度出現(xiàn)較大負(fù)值，這與林地面積迅速減少的現(xiàn)象一致。盡管研究區(qū)草地面積變化不大，動態(tài)度僅為0.70%，但上游區(qū)草地動態(tài)度較大，為3.67%，而下游區(qū)草地動態(tài)度出現(xiàn)較大負(fù)值，這表明雖然研究區(qū)草地面積變化不大，但上游區(qū)草地面積擴(kuò)張，而下游區(qū)草地退化嚴(yán)重。

2.2 景觀格局空間演替

由圖2可知，2010年研究區(qū)林地面積的6.50%、2.88%、1.14%和1.05%分別由未利用地、草地、水體和耕地轉(zhuǎn)化而來，草地面積的12.05%、5.03%和1.12%分別來自于林地、未利用地和水體，耕地面積的21.99%、5.95%和4.10%分別來源于林地、草地和建設(shè)用地。建設(shè)用地面積主要有43.64%來自于耕地，13.94%來自于林地，9.87%來自于未利用地，4.98%來自于草地。近10 a轉(zhuǎn)入林地的面積較少，而林地面積轉(zhuǎn)化為草地、耕地和建設(shè)用地的較多，這使研究區(qū)林地面積減少。

表5 塔里木盆地分區(qū)景觀類型面積變化Table 5 Area changes of different landscapes in sub-regions of Tarim Basin km2

圖1 2000—2010年塔里木盆地景觀利用動態(tài)度Fig.1 Landscape use dynamic in Tarim Basin from 2000 to 2010

圖2 2000—2010年塔里木盆地景觀類型相互轉(zhuǎn)換Fig.2 Landscape types inter-convert in Tarim Basin from 2000 to 2010

由圖3可知，就分區(qū)層面而言，源流區(qū)耕地面積的21.47%、5.87%和4.13%分別由林地、草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化而來，上游區(qū)耕地面積的24.62%、6.36%和5.64%分別由林地、草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化而來。中游區(qū)林地面積的24.77%轉(zhuǎn)化為耕地，草地面積的8.65%轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，下游區(qū)林地面積的28.76%轉(zhuǎn)化為耕地，草地面積的8.96%轉(zhuǎn)化為耕地，而耕地面積的14.97%轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。由此可見，源流區(qū)和上游區(qū)耕地對林地、草地和建設(shè)用地的侵占與中、下游林地和草地的退化呈現(xiàn)塔里木河流域上下游間土地利用的空間耦合。

由圖4可知，2000—2010年研究區(qū)草地重心向西南偏移17.11 km，耕地和建設(shè)用地重心向東北分別偏移12.78和21.63 km；林地重心向東偏移6.57 km，水體重心向西北偏移2.31 km；因塔里木河流域沙漠面積較大，未利用地面積較大，故未利用地重心偏移不是很顯著，向東偏移0.25 km。由圖5可知，同期，源流區(qū)林地、耕地、建設(shè)用地重心均向東北分別偏移6.57、12.78和21.63 km，未利用地重心也向東偏移1.74 km；上游區(qū)林地重心向東偏移13.51 km，耕地和建設(shè)用地重心均向東偏北分別偏移10.78和10.00 km，沙地和裸巖等未利用地重心也向東偏移3.33 km。塔里木河流域源流區(qū)和上游區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠西部，表明源流區(qū)和上游區(qū)耕地、建設(shè)用地重心向沙漠方向偏移，呈現(xiàn)西部耕地、建設(shè)用地向東推進(jìn)與沙地、裸地等未利用地向東后退的空間耦合。

圖3 2000—2010年塔里木盆地各分區(qū)景觀類型相互轉(zhuǎn)換Fig.3 Landscape types inter-convert in sub-regions of Tarim Basin from 2000 to 2010

圖4 2000—2010年塔里木盆地各景觀類型重心轉(zhuǎn)移Fig.4 Centroid transition of different landscapes of Tarim Basin from 2000 to 2010

由圖5可知，塔里木河流域中游區(qū)除林地重心向東南偏移10.98 km，草地、耕地、水體和建設(shè)用地重心均向西南分別偏移1.67、11.09、68.66和5.06 km，同時沙地和裸地等未利用地重心也向西南后退1.09 km；下游區(qū)林地重心向東南偏南偏移3.18 km，耕地重心向西南偏移16.03 km，草地重心向北偏移4.24 km，而未利用地重心并沒有明顯偏移。因為占據(jù)大部分未利用地面積的塔克拉瑪干沙漠位于塔里木河流域中下游偏西、偏南，所以中、下游區(qū)草地、耕地重心向西、向南的偏移推進(jìn)與沙漠向西、向南后退呈現(xiàn)出空間耦合。

圖5 2000—2010年塔里木盆地各分區(qū)景觀類型重心轉(zhuǎn)移Fig.5 Landscape centroid transition in sub-regions of Tarim Basin from 2000 to 2010

由圖6可知，2000—2005年研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)呈上升趨勢，而2005—2010年呈微弱下降趨勢。2000—2010年整體呈現(xiàn)上升趨勢。2000—2010年分時段源流區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)變化趨勢與研究區(qū)相反，呈先降后升的趨勢，整體呈現(xiàn)略微下降；上游區(qū)呈現(xiàn)先降后升的趨勢，整體呈現(xiàn)輕微下降；而中游區(qū)和下區(qū)各時段土地利用程度綜合指數(shù)均呈現(xiàn)上升趨勢，且整體呈上升趨勢。

圖6 2000—2010年塔里木盆地土地利用程度綜合指數(shù)Fig.6 Land use degree comprehensive index of Tarim Basin from 2000 to 2010

塔里木盆地和各分區(qū)信息熵上升，表明研究區(qū)土地利用綜合水平提高，系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定狀態(tài)（圖7）。均衡度趨于1，表明系統(tǒng)土地利用結(jié)構(gòu)處于很理想的平衡狀態(tài)；而趨于0，則表明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處于最不均衡狀態(tài)。研究區(qū)和各分區(qū)均衡度均呈上升趨勢，表明其為均質(zhì)性上升，但源流區(qū)均衡度最大，上游區(qū)和下游區(qū)均衡度最小，整個流域處于較不均衡的狀態(tài)（圖7）。上游區(qū)有林地和灌叢面積均減少，林地逐漸衰退，水域面積逐漸增加；而下游區(qū)草地、河流和未利用地面積均有所減少，而耕地和建設(shè)用地大面積擴(kuò)張。因此耕地和建設(shè)用地的擴(kuò)張是下游區(qū)水域面積減少、形成空間耦合的根源。

2.3 碳收支狀況及其與景觀格局耦合

2001—2010年研究區(qū)碳收支能力分析結(jié)果表明，碳排放和碳吸收總量都有所增加（圖8）。建筑用地碳排放量增加較為明顯，而農(nóng)用地碳排放量呈輕微上升趨勢。碳排放量增加與人為活動密切相關(guān)，2001—2010年城市擴(kuò)張步伐加快，建筑用地面積增加較為明顯，人類活動愈加頻繁，因此2001—2010年塔里木盆地碳排放能力增加明顯。對碳吸收能力而言，2001—2010年不同土地利用類型變化較大。水域、草地和未利用地碳吸收能力基本保持不變，而林地和農(nóng)用地上升較為明顯。水域和未利用地碳吸收能力較弱，且面積變化相對總體面積較小，因此碳吸收能力基本保持不變。人類活動頻繁，人為造林和農(nóng)用地面積增加，為塔里木盆地碳吸收能力增加做出巨大貢獻(xiàn)。2001—2010年塔里木盆地碳收支呈碳匯狀態(tài)，且碳匯能力呈增長趨勢，碳匯能力（y）與年份（x）的擬合曲線為y=39.45x+2 526.50。碳匯能力增長主要歸因于林地和農(nóng)用地碳吸收能力增長。

圖7 塔里木盆地信息熵與均衡度Fig.7 Information entropy and equilibrium of Tarim Basin

圖8 塔里木盆地碳排放與碳吸收能力Fig.8 Carbon emission and carbon sequestration in Tarim Basin

塔里木盆地地處新疆南部，是我國氣候變化最敏感、生態(tài)環(huán)境最脆弱的區(qū)域之一。在全球氣候變化背景下，西北地區(qū)呈現(xiàn)暖濕化趨勢［18］。研究區(qū)地域遼闊，不同地區(qū)現(xiàn)象有所差異，水熱狀況的改善有利于植被生長。盡管林地面積有減少趨勢，但有林地面積增加，因此林地碳吸收能力有所增加。同時，人為活動促進(jìn)防護(hù)林面積增加，這也直接導(dǎo)致有林地面積增加。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展，特別是土壤修復(fù)和改良技術(shù)提高，耕地面積有所擴(kuò)張，因此農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來的碳吸收和碳排放也有所增加。草地面積略微增加，因而草地碳吸收能力也隨之增加。未利用地面積有所波動，但相較于整體未利用地面積而言可忽略不計，同時未利用地碳吸收能力較弱，所以未利用地碳吸收能力基本保持穩(wěn)定。人口增加和城鎮(zhèn)化建設(shè)使城鎮(zhèn)建筑用地面積進(jìn)一步擴(kuò)張，頻繁的人類活動也需要燃燒大量化石燃料，這進(jìn)一步增加建筑用地碳排放能力。但增加的碳排放量低于顯著增長的碳吸收量，因此塔里木盆地呈現(xiàn)碳匯狀態(tài)，并且碳匯能力逐步增強(qiáng)，塔里木盆地生態(tài)環(huán)境有轉(zhuǎn)良趨勢。

3 討論與結(jié)論

基于多源遙感影像，從景觀格局、空間耦合角度對塔里木盆地景觀格局演變進(jìn)行分析，并研究塔里木盆地碳收支狀況及其與景觀格局的耦合。得出以下結(jié)論：

（1）塔里木盆地林地面積減少，灌木叢面積減少，但有林地面積增加。人類活動加劇，耕地和建筑用地面積增加顯著。草地面積略微增加，未利用地面積保持穩(wěn)定。盡管全球氣候變暖，導(dǎo)致水熱狀況不均勻的現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，但西北地區(qū)的暖濕化趨勢使塔里木盆地植被狀況好轉(zhuǎn)，草地和有林地面積都有所增加。另一方面，人類活動的增加使耕地和建筑用地擴(kuò)張，大規(guī)模水利工程和先進(jìn)的灌溉技術(shù)使植被狀況優(yōu)化趨勢得以保持。關(guān)于塔里木盆地景觀格局的研究很多，研究角度各有差異，如劉芳等［30］基于多元數(shù)據(jù)對塔里木盆地生態(tài)用地分類和時空變化進(jìn)行研究，分析1980年代末、2000年和2010年生態(tài)用地變化，結(jié)果表明當(dāng)?shù)厝斯ぞG洲擴(kuò)張，這也從側(cè)面印證了研究區(qū)耕地面積顯著增加。不少研究亦從塔里木河流域角度分析其景觀格局變化，但大多單獨分析塔里木河中上游［31］、干流區(qū)［32］、中游［33］土地利用變化或單類土地利用類型變化趨勢，很少對整個流域的景觀格局變化進(jìn)行分析，筆者研究對整個流域進(jìn)行分析能夠提升對整體區(qū)域的總體認(rèn)識，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

（2）從全區(qū)域來看，塔里木盆地碳收支狀況良好，呈現(xiàn)碳匯狀態(tài)。2001—2010年塔里木盆地碳匯能力呈增長趨勢。林地和耕地是碳匯能力主要增長點，草地碳匯能力略微增強(qiáng)。這說明塔里木盆地生態(tài)環(huán)境狀況在氣候變化和人為影響的雙重作用下有變好趨勢。但塔里木盆地面積廣闊，該研究僅通過經(jīng)驗參數(shù)估算塔里木盆地碳吸收與排放，存在一定不確定性，在今后研究中可考慮根據(jù)各分區(qū)實際情況選取參數(shù)進(jìn)行研究，能夠進(jìn)一步提升研究準(zhǔn)確性，也能更好地反映氣候變化與人類活動對當(dāng)?shù)赜绊憽?/p>

（3）防沙固碳的林業(yè)工程和輸水導(dǎo)水的水利工程切實影響塔里木盆地生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)其水土資源承載力。以2001年《塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃報告》為例，該工程堅持邊治理邊輸水，為塔里木河流域生態(tài)環(huán)境改善做出巨大貢獻(xiàn)。建議今后應(yīng)加大對塔里木河流域治理力度，通過立法保障相關(guān)管理條例實施，為進(jìn)一步優(yōu)化塔里木盆地生態(tài)環(huán)境提供保障。