近40年米蘭綠洲農用地變化及其生態承載力研究

王慧玲 吐爾遜·哈斯木

關鍵詞：土地變化;農用地利用;生態足跡;米蘭綠洲;生態承載力;生態壓力

21世紀初以來，我國現代農業經濟發展迅速，農業裝備水平不斷提高，對農業資源生態建設的環境保護和支持力度不斷增加，農業可持續發展取得了積極進展[1-3]。我國農業和農村經濟取得巨大進步的同時，農業資源過度開發，地下水過度開采以及農業內外源污染相互疊加等問題日益突出，農業可持續發展面臨重大挑戰[4-6]。十八大將生態文明建設納入“五位一體”的總體布局，為農業可持續發展指明了方向。2015年發布的《全國農業可持續發展規劃（2015—2030年）》中強調堅持生產發展與資源環境承載力相匹配的基本原則，需要妥善處理農業生產，環境治理與生態恢復的關系，適度有序地進行農業資源的恢復，不斷加強對生態農業的保護和建設，促進資源可持續利用，加強農業綜合生產能力和防災減災能力，提高資源承載能力和環境容量的匹配度[7]。

目前，農業可持續發展相關研究大多以耕地為研究主體，分為對耕地可持續利用的影響因素分析、對策探討的定性研究[8-10]和耕地利用可持續性的定量測度研究[11-13]這兩大類，對于以不同農用地類型為視角的農業可持續發展評價較少。生態足跡模型是以土地為度量單位定量評價生態可持續性的方法，該模型由于緊扣可持續發展理論，可操作性強，同時注重系統性、公平性和發展性，是眾多學者用于土地可持續發展測度研究的熱點方法[14-16]。

綠洲是新疆維吾爾自治區農業經濟承載的主體[17]，綠洲農業是干旱荒漠地區有水源灌溉地方特有的農業景觀。新疆農業經濟的核心在綠洲，綠洲農業發展的趨勢決定著新疆農業的發展方向[18-20]。因此，綠洲農業的可持續發展評價成為新疆農業重要的研究內容。米蘭綠洲的主體經濟為農業，筆者以米蘭綠洲為研究目標，結合實測資料與野外實地考察，運用生產性生態模型，并引入生態壓力指數，對米蘭綠洲40年的農用地變化及生態承載力進行研究分析，以期為當地政府制定農業政策提供基礎參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

米蘭，又稱磨朗、密阮[21]，隸屬于新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌縣，地理位置介于 88°30′～89°44′E，38°10′～39°30′N之間（圖1）。米蘭綠洲南靠阿爾金山脈，北接塔里木盆地的羅布泊洼地，西鄰若羌河，東面與庫木塔格沙漠接壤。米蘭（伊循城）是古代絲綢之路南道上的重鎮，對中西文化交流、經濟發展起著橋梁作用，至今仍是南疆通往青海的要道[22]。米蘭綠洲地處歐亞大陸腹地，遠離海洋，周圍環繞著沙漠、戈壁和高山，具有典型的大陸性暖溫帶特征。來自印度的暖濕氣流受阿爾金山的阻擋，難以進入該區域，來自大西洋、太平洋的水汽經過長途跋涉，到達米蘭綠洲已經所剩無幾，又因受到沙漠干旱的影響，難以形成降水，干旱指數>50。研究區主要氣候特征表現為冬季寒冷，夏季炎熱少雨，降水量稀少，蒸發量大，日照充沛，無霜期長，春秋大風多。米蘭綠洲農業現以紅棗種植為主，已形成紅棗種植基地。現有農業灌溉面積為0733萬hm2，林地面積為0.167萬hm2，園地面積為0.280萬hm2。主要種植香梨、蠟桃、葡萄、紅棗等。

1.2 數據來源與研究方法

1.2.1 數據來源 新疆第二師36團的人口數據來源于《新疆建設團統計年鑒》（1991—2018年）;耕地數據，主要作物播種面積數據其中包括玉米、小麥、棉花及其他、果園面積數據（1987—2017年）由國家統計局新疆調查大隊提供;各類作物產量來源于《新疆建設兵團統計年鑒》（1999—2018年）;作物的全球平均產量數據來源于《國際統計年鑒》（1999—2017年）;2018年作物的全球平均產量數據來源于聯合國糧農組織（http：//www.fao.org）。

1.2.2 研究方法

1.2.2.1 農用地利用動態度 區域農用地利用變化包括農用地利用類型的面積變化及其質量變化。面積的變化主要反映在各類土地的總變化中，通過分析農用地利用類型總數的變化幅度，可以了解農用地利用變化總趨勢和農用地內部利用結構變化。

本研究通過單一土地利用動態度[23]（指研究區一定時間范圍內，某種土地利用類型數量變化的速率）來衡量研究區農用地利用變化，筆者注重研究農用地利用類型變化，因耕地與農作物播種面積有一定區別，因此將耕地與農作物播種面積分開分析，以下將糧食用地代替農作物播種面積，公式表示如下：

1.2.2.2 農用地利用類型轉換的趨勢 狀態指數通過比較土地利用類型和轉換率來反映土地利用/覆蓋類型的變化趨勢和狀態[24]。本研究采用仙巍等提出的土地利用狀態指數（Di）[25]對本研究區的農用地進行計算，計算公式為

1.2.2.4 生產性生態足跡模型 生態足跡模型通過需求和供給2個方面計算生態足跡及生態承載力的大小，比較二者來衡量自然資源的可持續狀況。因生產性生態足跡（即一個區域每年從生態系統中實際取得的生物產量所需的生態生產性面積）更能真實地反映人類對地區的實際生態需求，筆者采用熊德國等提出的生產性生態足跡[27]對本研究進行分析;以及筆者主要對農用地利用進行研究，因此引入生態壓力指數來表示研究區生態承載能力，公式如下：

2 結果與分析

2.1 農用地利用變化幅度特征

從圖2可以看出：（1）21世紀之前，隨著人口增加，米蘭綠洲主要農用地類型為耕地和糧食用地;20世紀90年代末，該地區開始出現棉花用地;21世紀初期，該地區開墾了水果園地;近年來，該地區的主要農用地從耕地和糧食用地變為水果園地，從農用地類型的轉變可以看出，該地區在經濟政策支持下，開始種植經濟型作物，從而帶動當地的經濟發展。（2）米蘭綠洲從20世紀80年代起，耕地面積呈現先增大后減少，逐漸保持穩定的趨勢。從1978年的1 742 hm2增加至1997年的3 357 hm2，而后2007年減少至2 874 hm2，2017年保持在 2 960 hm2，40年來，耕地的動態度為1.8%。該地區貫徹實行了2009年國土資源部提出的“保經濟增長、保耕地紅線”的耕地保護制度。（3）該地區糧食用地面積逐年減少，1978—1997年糧食的動態度為 -1.4%，2007年糧食面積僅為131 hm2，2017年該地區已無糧食用地;1987—2007年棉花的動態度為12%，2017年該地區不再種植棉花;1978—2017年，40年水果園動態度為12.6%，水果園地面積由1978年的995 hm2增長至2017年的3 001 hm2，該地區水果園地面積增長幅度最大。

2.2 農用地利用類型轉換趨勢特征

從表1可以看出：（1）1978—1987年，耕地和糧食用地的轉出速率略大于轉入速率，糧食用地的變化幅度稍大，出現縮減的趨勢，而棉花用地和水果園地則是出現相反現象，其轉入速率大于轉出速率，種植面積不斷在擴增。（2）1988—1997年，耕地、糧食用地以及棉花用地都出現了擴張趨勢，其中耕地的擴張趨勢最明顯，糧食用地也是近40年來唯一的擴張時期，這也是兵團大力開墾的時期，水果園地則相應地出現了縮減趨勢。（3）1998—2007年，耕地和糧食用地出現縮減趨勢，耕地在這一階段出現轉出速率遠大于轉入速率，出現了明顯的面積減小，而棉花用地和水果園地則出現了擴張趨勢，水果園地的種植面積出現小幅度增加。（4）2008—2017年，耕地和水果園地出現了擴張趨勢，而糧食用地和棉花用地出現縮減趨勢，棉花種植面積在這一階段逐漸減少，至2017年，該地區已不再種植棉花，而水果園地的種植面積大幅度增加，成為該地區的主要農用地類型，紅棗成為該地區的主要經濟型作物。（5）1978—2017年40年間，耕地和糧食用地呈現縮減趨勢，而棉花和水果園地則是擴張趨勢，意味著該地區的農用地內部結構發生了轉變。

2.3 農用地利用程度分析

從表2可以看出：（1）1978—2017年40年間，研究區耕地利用程度指數呈現先增大后減小的趨勢，在1997年最大，為0.54，2017年減小至 0.39，為40年來最小值，耕地的利用程度變化量也出現負值，耕地不再是該地區的主要農用地類型。（2）1997年前，糧食用地的利用程度指數趨于穩定，保持在0.35左右，2007年出現大幅減少，至2017年不再有該種農用地類型，40年間，糧食的利用程度變化量也大幅度減少。（3）棉花在該地區的利用程度普遍偏低，種植棉花需要消耗大量的水資源，而棉花的經濟效應遠低于紅棗。目前，該地區已經不再種植棉花。（4）該地區水果園地的利用程度指數從1978年的0.03增至2017年的0.50，40年來的利用程度變化量也是農用地類型中最大的，水果園地已經成為該地區的主要農用地利用類型。

2.4 農用地生態承載力評價

從圖3可以看出：（1）1998—2004年，米蘭綠洲人均生態足跡變化幅度不大，但在緩步上升;2005年出現明顯增加，2006—2007年出現小幅度下降，2008—2012年人均生態足跡在穩步增長，2013—2015年則呈現小幅度減少趨勢，2016年增長至20年來最大值，為4.6 ghm2/cap，2017年人均生態足跡又開始下降。總體來看，20年來人均生態足跡的變化波動比較大。（2）1998—2007年米蘭綠洲人均生態承載力保持平穩狀態，基本保持在0.25 ghm2/cap左右，2008—2016年開始出現逐漸上升態勢，2016年達到近20年來的峰值，人均生態承載力為 1.18 ghm2/cap，2017年呈現減小趨勢。同時，米蘭綠洲20年來人均生態承載力遠遠小于人均生態足跡。（3）1998—2004年，米蘭綠洲的生態壓力指數變化趨勢劇烈震蕩，在增加和減小之間反復變化，說明該地區的生態承壓能力十分不穩定，2005—2012年呈現逐漸增加的趨勢，2013—2015年生態壓力指數增加幅度變大，逐漸接近0，表明該地區的生態狀況逐漸好轉，生態承壓能力不斷增強，2016—2017年生態壓力指數呈現減小趨勢，生態承載力出現不穩定狀態，與當地農用地類型出現變化密不可分，當農用地類型豐富，且分配均衡時，其生態壓力指數會不斷增大，且保持良好。總體而言，米蘭綠洲的生態壓力指數全都是<0，說明該地區一直為生態赤字狀態，這與當地的氣候條件與土地條件有關，但20年來，該地區的生態壓力指數是一個增大的趨勢，說明該地區的生態承載力在不斷增強，生態環境不斷改善。

3 討論

3.1 米蘭綠洲農用地類型轉變原因

40年間，米蘭綠洲的農用地類型不斷發生變化，從以耕地和糧食用地為主轉變為以水果園地為主的農用地類型。主要原因：（1）米蘭河流域氣溫升溫快，且不穩定，春寒嚴重。年內最大月平均氣溫出現在7月，為27.4 ℃，最小月平均氣溫出現在1月，為-8.5 ℃（圖4）。歷年極端最高氣溫為 43.6 ℃，歷年極端最低氣溫為-27.2 ℃。歷年最大風速為33 m/s，相應風力為11級。8級以上大風天數多年平均為37 d，多發生在4—6月，且常挾帶沙塵，遮天蔽日，形成沙暴危害。由于極端的氣溫以及沙塵暴的影響，該地區不適宜大范圍種植香梨等瓜果，棉花的種植則需要大量的水資源，紅棗十分適應于當地的氣候，且因為光照資源充足，果實甜美且種類繁多。（2）2001年，若羌縣為大幅度提高農牧民收人，進一步加快農村產業結構戰略性調整，實施退耕還林政策，并依據若羌縣得天獨厚的光熱資源條件，確立實施了若羌縣紅棗產業發展戰略。2010年11月23日，原國家質檢總局批準對“若羌紅棗”實施地理標志產品保護。紅棗已經逐步成為該地區的代表產品。

3.2 米蘭綠洲合理的農用地利用結構

米蘭綠洲處于塔克拉瑪干沙漠東南緣，屬于典型的內陸干旱區，降水量少，蒸發量大，氣候干燥，水資源相對匱乏，生態環境較為惡劣，沙漠化始終威脅著綠洲生存，這也是本研究分析中出現生態壓力指數始終<0的原因。從1998—2017年農用地生態承載力分析可以看出，當地農用地類型豐富，且分配均衡，其農用地生態承載力高、可持續性強。因此，對農用地類型轉換及其可持續發展地深入研究，有利于解決農用地利用與社會經濟以及生態環境之間的矛盾。建議合理分配區域內水資源、優化區域內部農用地類型，不要過于單一發展農用地類型，提高農業培育技術以及農用地利用程度。

4 結論

1978—2017年，40年間米蘭綠洲農用地利用變化較大，通過對農用地數量特征、農用地利用類型變化特征以及農用地生態承載力進行分析，得出以下結論：（1）1978—2017年，米蘭綠洲耕地面積出現先增后減的總趨勢，糧食用地逐漸減小。40年間，從以耕地、糧食用地為主轉變為以水果園地為主的農用地類型，經濟型作物逐漸代替傳統作物，2017年水果園面積占了總農用地面積的41.9%。（2）1978—2017年，米蘭綠洲的棉花用地利用程度較低，水果園地利用程度逐漸上升，且增長迅速。該地區糧食用地和水果園地的利用程度變化量最大，糧食用地逐漸縮減，而水果園地逐漸增多，這是在該地區政策導向下產生的。（3）1998—2017年，米蘭綠洲人均農用地生態足跡不斷上下浮動，人均農用地生態承載力呈現穩步上升趨勢，生態壓力指數不斷增大，生態環境逐漸改善，但人均生態足跡遠大于人均生態承載力，該地區的農用地可持續性較弱。

參考文獻：

[1]姜玉佃，劉計明. 提高農業機械化水平，推動農業可持續發展[J]. 農業開發與裝備，2017（5）：55.

[2]羅德福. 提高農業機械化水平促進農業可持續發展[J]. 南方農機，2017，48（14）：156.

[3]李 俠，張春平. 我國農業可持續發展的現狀與思考[J]. 農業裝備技術，2017，43（2）：8-10.

[4]羅其友，唐 曲，劉 洋，等. 中國農業可持續發展評價指標體系構建及研究[J]. 中國農學通報，2017，33（27）：158-164.

[5]郭 凱，郭 越. 新常態下農業可持續發展路徑探究[J]. 農業經濟，2017（3）：23-24.

[6]尹 芳，張無敵，趙興玲，等. 農業面源污染對農業可持續發展影響分析[J]. 災害學，2018，33（2）：151-153.

[7]中華人民共和國農業農村部. 全國農業可持續發展規劃（2015—2030年）[J]. 農村實用技術，2016（4）：5-15.

[8]肖思思，吳春篤，儲金宇. 1980—2005年太湖地區土地利用變化及驅動因素分析[J]. 農業工程學報，2012，28（23）：1-11.

[9]馬 聰，劉黎明，袁承程，等. 快速城鎮化地區不同生計類型農戶耕地利用集約度評價——以上海市青浦區為例[J]. 中國土地科學，2017，31（10）：69-78.

[10]謝庭生. 寧夏回族自治區耕地資源高效利用途徑[J]. 干旱區資源與環境，2017，31（2）：178-184.

[11]邱麗娟，楊 倩，林愛文，等. 基于ESDA-GIS的湖北省耕地生態承壓能力時空演變分析[J]. 生態經濟，2015，31（7）：85-90.

[12]王雅敬，謝炳庚，李曉青，等. 喀斯特地區耕地生態承載力供需平衡[J]. 生態學報，2017，37（21）：7030-7038.

[13]葉 菁，謝巧巧，譚寧焱. 基于生態承載力的國土空間開發布局方法研究[J]. 農業工程學報，2017，33（11）：262-271.

[14]郭榮中，申海建. 基于生態足跡的澧水流域生態補償研究[J]. 水土保持研究，2017，24（2）：353-358.

[15]張佩佩，董鎖成，李澤紅，等. 甘南藏族自治州生態足跡與生態承載力分析[J]. 生態科學，2017，36（2）：171-178.

[16]靳相木，柳乾坤. 基于三維生態足跡模型擴展的土地承載力指數研究——以溫州市為例[J]. 生態學報，2017，37（9）：2982-2993.

[17]徐 敏，羅劍朝，崔彩賢. 新疆綠洲農業可持續發展狀況及協調性分析[J]. 干旱區資源與環境，2011，25（2）：20-23.

[18]胡紅波，杜宏茹，倪天麒. 傳統綠洲農業區農戶土地流轉意愿影響因素分析——以新疆和田為例[J]. 干旱區研究，2017，34（3）：677-684.

[19]雷 軍，張小雷，闞耀平. 新疆綠洲農業結構調整戰略研究[J]. 干旱區資源與環境，2004，18（1）：1-6.

[20]徐文修. 新疆綠洲農業耕作制度演變驅動因子分析[J]. 新疆農業科學，2010，47（9）：1837-1841.

[21]李亞萍. 漢唐時期米蘭遺存與歷史角色研究[D]. 上海：上海師范大學，2018.

[22]李炳泉. 西漢西域伊循屯田考論[J]. 西域研究，2003（2）：1-9.

[23]王宏志，李仁東，毋河海. 土地利用動態度雙向模型及其在武漢郊縣的應用[J]. 國土資源遙感，2002，14（2）：20-22.

[24]余新曉，張曉明，牛麗麗，等. 黃土高原流域土地利用/覆被動態演變及驅動力分析[J]. 農業工程學報，2009，25（7）：219-225.

[25]仙 巍，邵懷勇，周萬村. 嘉陵江中下游地區近30年土地利用與覆被變化過程研究[J]. 地理科學進展，2005，24（2）：114-121.

[26]王愛民，劉加林，繆磊磊，等. 人地關系研究中的土地利用特征指標分析——以蘭州市為例[J]. 經濟地理，1999，27（1）：63-67.

[27]熊德國，鮮學福，姜永東. 生態足跡理論在區域可持續發展評價中的應用及改進[J]. 地理科學進展，2003，22（6）：618-626.白旭皓，楊 洋，董永華，等. 糖酸類化合物的解磷機理研究[J].