塔里木河干流生態廊道時空變化及保護對策

唐 建，王光焰，徐生武

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

自2001年始，國家投資107億元開展塔里木河流域綜合治理，歷經十余年的《塔里木河流域近期綜合治理》項目的實施，取得了明顯的生態與社會效益[1- 2]，減緩了干流生態廊道天然植被退化以及綠洲-荒漠過渡帶持續萎縮的速度。但是，塔里木河流域整體生態系統退化格局沒有改變，整個塔里木河干流生態廊道安全堪憂，亟需進行綜合治理保護[3]。以往基于塔里木河干流整體生態需水量研究或者是下游綠色走廊的研究較多[4- 5]，而涉及生態廊道保護所需生態水量的研究較少?；诖?，本研究結合自然因素與人為因素的變化情況確定以塔里木河干流1990、2000、2010及2017年四個時期土地利用變化情況做作為參考[6]，確定了塔里木河干流生態廊道保護的目標和范圍，并基于此研究了該區域的生態需水量，以期為保育塔里木河干流生態廊道，構建人與自然和諧共存的生命共同體。這不僅是落實國家生態文明建設方針和推進美麗新疆建設的需求，同時對塔里木河流域經濟社會穩定發展具有重要意義。

1 研究區概況

塔里木河干流是典型的干旱區內陸河流，全長1321km，其地勢為西高東低、北高南低，屬平原型河流。塔里木河干流自身產流，其水量主要來自葉爾羌河、阿克蘇河、和田河三條源流的補給。研究區地處中緯度歐亞大陸腹地，遠離海洋，四周被隆起的高山環繞，形成典型的溫帶干旱大陸性氣候，年平均氣溫10.5℃～11.4℃。此外，研究區降水稀少，主要植被類型有喬木、灌木和草本植物。

2 基本數據與研究方法

2.1 數據預處理

研究所使用的氣象數據來自塔里木河干流各氣象站1970～2018年逐日蒸發量數據。本文所使用的土地利用/覆被數據來自塔里木河干流1990、2000、2010及2017年Landsat-TM影像數據，分辨率為30m，之后我們對四個年份的影像依據解譯標準進行人機交互式判讀和數字化工作，通過野外實地驗證和修正，生成矢量化專題圖。最后根據GB/T21010—2017《土地利用現狀分類》與流域實際的土地利用情況，參考土地利用特征及Landsat-TM影像數據的空間分辨率，確定區分出土地利用類型。

2.2 生態需水量計算

塔河干流天然植被生態需水量的計算主要采用定額法以及潛水蒸發法[7]。并且為了消除單一方法估算結果產生的偏差，將兩種計算方法的計算結果進行算術平均，從而獲得不同保護范圍天然植被維持生長的最低需水量。此外，依據宋郁東、樊自立[8]等人的研究，塔里木河流域植被影響系數見表1。

表1 不同潛水埋深下的植被系數

3 結果與分析

3.1 塔里木河干流生態廊道土地利用/覆被時空變化特征

研究區天然植被主要依靠降水補給生態需水，因此生態廊道分析主要集中在依靠河水補給生態需水的綠洲區和荒漠區，即：上中游(阿拉爾-大西海子)分布于人工綠洲外圍的荒漠-綠洲過渡帶和下游(大西海子-臺特瑪湖)河道兩側的天然荒漠河岸林，其生態廊道土地利用/覆被空間分布如圖1所示。

圖1 塔里木河干流上中游生態廊道土地利用/覆被空間分布圖

由圖1以及統計結果可知，1990—2017年，塔里木河干流上中游生態廊道林地減小了18.27%，草地減少了8.31%。2000—2018年，塔里木河干流上中游生態廊道林地減小了10.64%，草地減少了4.37%。塔里木河干流下游生態廊道土地覆被空間分布如圖2所示，由圖2統計結果，塔里木河干流下游生態廊道林地、草地面積分別增加了29%和56%，荒漠面積減少了38.9%。以上結果分析表明塔里木河干流生態輸水取得了良好的效果，天然植被覆蓋呈明顯增加趨勢。

圖2 塔里木河干流下游生態廊道土地利用/覆被空間分布圖

3.2 塔里木河干流生態廊道保護范圍和目標確定

鑒于塔里木河干流天然植被的生態重要性、不可替代性、易擾動性以及脆弱性與復雜性等特性，本研究根據2017年環保部印發的《生態保護紅線劃定指南》(環辦生態[2017]48號)結合塔里木河生態實況將流域生態廊道功能區分為生態功能區、生態環境敏感區及生態脆弱區三個區域。塔里木河干流生態廊道分布情況復雜，在《塔里木河干流(含臺特瑪湖)生態流量(水量)目標制定與保障方案》中依據植被生長狀況、河道徑流影響范圍及植被種群結構等，將上中游(阿拉爾至恰拉河段)近河道0～15km內天然植被區化為重點生態功能區，而在重點生態功能區的外圍則被劃定為生態敏感區及脆弱區。塔里木河下游(恰拉至臺特瑪湖)作為塔里木河流域綜合治理重點區域因其獨特的生態作用則被全部劃定為重點生態功能區。塔里木河干流功能區劃定具體情況見表2。

表2 塔里木河干流生態廊道功能區范圍 單位：km

結合表2中功能區劃分以及各關鍵水文控制節點，進一步將塔里木河干流劃分為5個河段，包括阿拉爾-新渠滿段、新渠滿-英巴扎段、英巴扎-烏斯滿段及、烏斯滿-恰拉段及恰拉-臺特瑪湖段。在此基礎上根據各河段氣候、水文等特征劃分各河段，重點生態功能區：主要保護沿主河道分布的長勢較好、蓋度較高的有林地和高覆蓋草地；保護目標為植被蓋度>30%，地下水維持在4～5m。生態敏感區：河道正常來水下，工程措施達到的自然漫溢范圍。在重點生態功能區外側2～10km，以疏林地和低覆蓋草地為主；保護目標為植被蓋度維持在10%～30%，地下水維持在5～8m。生態脆弱區：在生態敏感區外側，距河道10～30km，最遠可達南北兩岸古河道，由于遠離水源，胡楊林植被蓋度維持在5%～10%，地下水位維持在8～10m。各河段不同分區保護面積見表3，流域生態廊道保護總面積為13310.6km2，其中重點生態功能區為11092.17km2，生態敏感區為8890.47km2。

表3 塔里木河干流天然植被保護范圍 單位：km2

3.3 基于塔里木河干流生態廊道保護的生態需水量

根據塔里木河干流各河段天然植被的保護范圍，植被生態需水量取利用潛水蒸發法和面積定額法計算所得的算術平均值。在重點生態功能區下確定的天然植被保護范圍內，塔里木河干流上游、中游和下游各河段天然植被所需生態水量見表4。合計得出在三個生態功能區的天然植被生態需水量分別為15.24、4.75和2.35億m3，塔里木河干流天然植被生態需水總量為22.43億m3。

表4 不同生態廊道功能區區天然植被生態需水量 單位：億m3

生態保護是指維系現狀下的天然植被平均覆蓋度和面積，使其能夠正常繁育更新。生態保護水量是保障天然植被不退化的最低水量，天然植被需水量是實現生態保護的基本水量，因此，本研究將天然植被需水量視為生態保護水量。結合前文塔里木河干流天然植被生態需水量計算結果，基于生態保護設定的目標和范圍，根據生態保護水量計算公式計算出塔里木河干流生態保護的需水量，其中塔里木河干流下游因有3.5億m3下泄指標要求，因此在計算干流水量時主要針對上中游河段(阿拉爾～大西海子河段)。根據表4，塔里木河干流所需生態保護水量為21.39億m3(不含大西海子以下河段的3.5億m3下泄指標要求)。

塔里木河干流植被單位面積生態需水量空間分布如圖3所示，從圖3中可以看出單位面積需水量超過300m3/畝的區域集中分布在流域的上游阿拉爾到新其滿河段，主要是有林地和高覆蓋度草地組成，這些區域植被長勢好，耗水量大；需水量在200～300m3/畝的區域分布在阿拉爾到英巴扎河段的河道兩側20km以內，主要植被是疏林地和高覆蓋草地。需水量介于100～200m3/畝之間的位于新其滿到烏斯滿河段北部支流的兩側和河道南側的部分地區，疏林地和高覆蓋草地遍布這些區域。需水量小于100m3/畝的區域主要位于英巴扎至恰拉段河道兩側，植被為疏林地和低覆蓋草地。

圖3 塔里木河干流植被單位面積生態需水量

4 討論

4.1 生態廊道存在的問題及變化的原因

根據生態廊道植被的時空變化分析，實行統一管理后塔里木河干流植被覆蓋呈增加趨勢，然而沿河流的生態輸水，實際上治理了一條線而不是一個面，治理范圍十分有限，下游荒漠河岸林退化趨勢未根本扭轉，研究表明[5]近40年來，塔里木河干流濕地與天然胡楊林面積顯著減少，導致綠色走廊寬度減小，生物多樣性銳減。這一結果表明，即使進行了大量的生態輸水，近河道地區地下水埋深較淺，植被蓋度的持續增大似乎已達到極限。產生這種情況的原因主要有以下兩個方面：

(1)生態輸水主要以現存河道為依托，這種線狀的輸水最大橫向影響范圍僅局限于河道兩側1000m以內，因此線狀的輸水過程就決定了輸水影響的空間范圍小，很難大范圍內提高自然植被的蓋度；

(2)河道人工輸水改變了原有的河道自然水流過程，尤其是不再出現洪水期的河水漫溢過程，導致了植物種子繁殖的基礎條件與節律被完全打破，荒漠河岸植物很難進行自我更新。生態輸水僅能最大限度維持現有植被的生長，而不能促進植物種群進行有效的更新，故即使大量的進行了輸水，下游地區植被NDVI指數或蓋度仍增加有限。

4.2 措施與建議

十九大報告為新時期塔河流域的水生態文明建設指明了方向，為進一步加強塔里木河干流生態廊保護，提出以下相關保護措施與建議。

(1)健全流域生態工程布局。為高效和優化配置塔里木河干流生態水量，以生態廊道天然植被退化區為靶點，結合各流域存在的生態輸水通道不暢、生態閘及引水工程布局不足等問題，圍繞生態廊道生態保護的范圍和目標，集成應用河道疏浚工程、護岸防護與生態閘引水工程、河-湖-庫水系連通建設及水資源聯合調度工程、退化胡楊林封育保護工程、湖泊與濕地生態保護工程、生態封育與綜合修復工程等工程措施[9]。

(2)落實流域生態廊道保護政策。根據塔里木河干流兩岸荒漠河岸林林地的分布特征[10]，設定不同對策下的林地保育范圍和面積，對于塔里木河干流上中游四個河段，分別確定以封育保護、生態恢復和修復重建為目標的保護對策。塔里木河干流下游段(恰拉-臺特瑪湖)荒漠河岸林是塔里木河干流退化最為嚴重的區段，針對該區段在塔里木河干流下游一期綜合治理的基礎上，提出確保塔里木河干流下游荒漠河岸林生態需水的同時，繼續保持嚴格封育及綜合的人工修復重建生態工程措施，以實現對干流下游河岸林天然植被的恢復與重建。

(3)建立完善的流域生態廊道綜合治理的保障機制。建議實行最嚴格的水資源管理制度，健全塔里木河流域生態水保障法規體系，并實施流域水量的科學與統一調度，加快推進“智慧塔河”建設，實施生態廊道信息化監測與平臺建設工程，提升生態廊道保護效率。

5 結語

盡管塔河流域實行統一管理后，塔里木河干流植被恢復效果顯著，然而其生態保護問題依然不容忽視，塔里木河干流綠色生態廊道萎縮以及植被退化問題依然嚴峻，亟需解決?；诖颂岢隽送晟圃摿饔虻纳鷳B工程布局，健全生態廊道綜合治理保障機制，加快推進“智慧塔河”建設，實施生態廊道信息化監測與平臺建設工程等對策。此外，還需進一步展開針對塔里木河干流植被恢復所需生態水量的研究。