阿克蘇河流域綠洲森林景觀格局變化及指標分析與評價

張志軍，頡小華，李華，方杰，盧海燕

(1.阿克蘇地區林業發展保障中心，新疆 阿克蘇 843000；2.新疆重點林業工程質量管理總站，新疆 烏魯木齊 830000)

沈玉凌(中科院新疆地理研究所)闡述了綠洲的概念，概括了綠洲四個特征[1]，明確綠洲在干旱區的重要性。在對綠洲本質特征的總結中，新疆大學周躍質等提出水是綠洲存續和變化的決定性因素，是綠洲生產力的核心[2]。新疆農業大學侯平等認為平原人工綠洲生態系統的生態在新疆整個生命支持系統生態安全保障中處于核心地位[3]，由此可見，阿克蘇河流域平原人工綠洲的森林資源對綠洲農業生產、人居環境改善和經濟發展具有重要的屏障作用，評價和分析綠洲森林資源指標顯得尤為重要。目前綠洲內以人工林為主，防護林和經濟林是組成綠洲森林的主要特征，是維護綠洲生態穩定的主要因素。綠洲的森林覆蓋率是評價承載絕大多數經濟社會活動環境的關鍵生態指標，由于阿克蘇河流域綠洲界線沒有確定，造成綠洲森林覆蓋率指標數據缺失，本次研究，量化了阿克蘇河流域綠洲森林覆蓋率。

塔里木盆地四周，伴隨河流分布了許多割裂的綠洲，阿克蘇河流域綠洲，是塔里木盆地西北部經濟活動最為活躍的綠洲之一。綠洲內養育人口近260萬人，是工農業的主要載體。東北林業大學梁萬君等應用景觀生態學理論，對吉林防護林的帶斑比、連接度、環度、林帶均衡度指標，分析了防護林庇護農區生態價值的方法[4]。中科院的東北地理與農業生態研究所史曉亮等認為上述評價防護林的方法，對農田防護林的經營和管理實際指導意義不明顯，提出了農田林網景觀結構異質性動態評價的看法[5]，更多從現狀防護林情況和庇護斑塊方面，解決了宏觀評價的不足。本次研究解決的重點是：立足現狀平原區人工綠洲林地資源，按照《綠洲防護林體系建設技術規程》[6]，評價綠洲的森林覆蓋率及構成要素，分析影響綠洲生態安全的主要林種及現狀情況，評價平原區綠洲農田防護林的實際生態防護水平和增長的潛力。

1 研究區概況

阿克蘇河流域土地總面積為547.016 4萬hm2，位于天山南麓中段西部地區，地理位置在75°35′—82°00′ E,40°17′—42°27′ N之間，屬暖溫帶大陸性干旱氣候。流域主要包括托什干河、庫瑪力克河、柯柯牙爾河和阿克蘇河干流。流域內涉及阿克蘇市、溫宿縣、阿瓦提縣、烏什縣4個縣33個鄉鎮485個行政村。4個縣域土地中人工綠洲面積61.652 3萬hm2，耕地面積28.129 0萬hm2，綠洲面積占土地總面積的11.3%，阿克蘇河流域的社會經濟活動基本在人工綠洲內進行，因此，綠洲森林資源的變化，對綠洲人居和生態環境影響較大。

阿克蘇河流域綠洲平原人工林區年降水量僅為50～80 mm，屬于灌溉林業。人工綠洲大部分在平原區，年平均氣溫9～10.2 ℃，極端最高氣溫和極端最低氣溫分別是39.2 ℃和-20.5 ℃。5—8月降水量占全年降水量的60%～80%。多年主導風向為偏西風、次多風向偏東風。年平均大風日數為7.7 d。平均風速春、夏季最大，分別為1.84、1.68 m·s-1；冬季最小，為0.56 m·s-1；秋季介于中間，為0.86 m·s-1。人工綠洲內土壤類型主要是壤沙土、灰鈣土、灌淤土、沙壤土、沙土等。人工栽植的主要林木是新疆楊、銀白楊、箭桿楊、柳樹、胡楊、白榆、沙棗、白蠟、沙棘等，還栽植有大量的核桃、紅棗、蘋果、梨樹、杏樹、桃樹等經濟落葉果樹。綠洲內還分布有鄉土荒漠灌木鈴鐺刺、黑果枸杞、野薔薇、檉柳、沙拐棗等。

綠洲內組成森林的優勢林種以3種形式存在，一種是防風固沙林，大多是生態樹種以林帶或片林形式，分布在綠洲邊緣或農田周圍。一種是農田防護林，大部分以新疆楊的林帶形勢分布在耕地、果園四周。一種是經濟落葉果樹呈現片林形式，由以前的耕地發展而來。

2 數據來源與分析方法

本次研究從綠洲內485個行政村抽取了40個樣本村，占流域范圍內行政村數量的8%。樣本村均勻分布流域范圍內，涉及綠洲的邊緣和內部的森林資源情況。分析的遙感數據時間分別是2009年度和2017年，具體抽樣的情況分析見表1。

表1 阿克蘇河流域行政區劃及土地面積情況一覽表

本研究采集的森林資源數據是，利用高分辨率的衛星遙感數據，有BRD(Band Residual Difference Algorithm)多光譜融合影像和國家資源三號衛星的多光譜融合影像。(BRD衛星影像采集于2009年8—10月間，cellsize是2.1,2.1。資源三號衛星影像采集于2017年7-8月間，cellsize是5,5)。通過對不同歷史時期的遙感數據進行輻射校正、幾何校正、假彩色合成，采用一致的西安80坐標系進行配準，將樣本村的土地利用現狀類型劃分為耕地、果園、農田防護林、片狀庭院、片狀防風固沙林5種類型，外業對遙感數據進行判讀和驗證，總體分類精度為96.2%。在GIS平臺上對以上地類信息進行提取，圖斑邊界矢量化、拓撲檢查、合并、添加字段、并附于地理空間和面積等屬性信息。利用現狀遙感影像，按照綠洲防護林建設標準，勾繪在現狀庇護農田斑塊、理想狀態林網的格局，進一步矢量理想狀態林網的面積。

3 結果與分析

3.1 森林資源總體變化情況

表2和表3顯示，2009年阿克蘇河流域綠洲森林覆蓋率是11.21%，2017年森林覆蓋率增加到22.57%。農防林森林覆蓋率則由2009年的1.47%，增加到2017年的1.93%，果樹林森林覆蓋率則由2009年的9.28%，增加到2017年的20.17%。在綠洲森林覆蓋率的貢獻上，果樹林增長較快，面積上占絕對比重。

從2009—2017年，綠洲森林覆蓋率高的村從44.23%增加76.91%，低的村從1.76%增加4.36%，甚至沒有多大增長。尤其是阿瓦提縣處于流域下游，各村綠洲森林覆蓋率普遍增長緩慢且不高。統計分析情況見表2、表3。

表2 阿克蘇河流域抽樣村 2009年度森林資源情況一覽表

表3 阿克蘇河流域抽樣村2017年度森林資源情況一覽表

3.2 防護林和經濟林在時間跨度上變化情況

在阿克蘇河流域上游水源條件好的縣市，綠洲森林覆蓋率變化較大，增長最多的是阿克蘇市、溫宿縣和烏什縣。2009—2017年期間，阿克蘇市、溫宿縣、烏什縣在調整農村種植產業結構中，果樹林發展強勁。同時地緣經濟影響比較明顯，處于城市經濟消費圈的村，森林覆蓋率增加的也比較快，尤其是果樹林面積增長較快；分析顯示，農防林覆蓋率增長緩慢，果樹林是綠洲森林覆蓋率增長最快的林種。具體分析抽樣村的情況見圖1。

圖1 2009年和2017年，阿克蘇市、溫宿縣、烏什縣、阿瓦提縣農防林和果樹增長情況

3.3 農田防護林帶斑比分析

理想狀態的林網格局在寧夏引黃灌區農田防護林建設與更新主要技術參數優化中[7]，認為“主林帶間距270～450 m，副林帶間距為600～700 m，網格面積16.67～33.33 hm2”。在綠洲防護林體系建設規程[6]中，針對新疆綠洲氣候情況，提到主林帶間距200～300 m，副林帶間距為400～600 m，網格面積8～18 hm2，該規程是符合塔里木盆地綠洲農田林網需要庇護的斑塊現實大小的，由于綠洲農田林網建設需要結合現狀路、渠、田塊進行規劃，本次通過2017高分別率遙感影像來判讀斑塊數(即種植區農用地)，按照網格面積8～18 hm2理想庇護狀態，勾繪理想狀態農田林網，計算主林帶長度和面積，副林帶長度和面積。通過計算，理想狀態下農防林覆蓋率(帶斑比)應該在5.33%～11.99%，阿克蘇河流域平原區人工綠洲農田防護林景觀格局帶斑比達到9.27%，較為理想，具體計算分析目標值見表4。

3.4 農田林網連接度情況分析

農田林網連接度指標，是評價林網完整性的主要指標，可以直觀表達出林網庇護農田的等級。按照現狀土地斑塊數量和理想狀態的林網，東北林業大學梁萬君等提出理想狀態林網的連接度合理的指標是0.966 6[8]。分析阿克蘇河流域現狀林網和理想狀態林網長度，用現狀林網長度與理想狀態下，耕地斑塊面積分別在8和18 hm2的林網長度的比值，計算出兩種理想狀態的連接度，平均兩種狀態下連接度作為農田林網的現狀連接度，計算現狀連接度是0.21，具體分析指標值見表5。通過主林帶和副林帶的理想狀態寬度，進一步計算出需要建設林網的面積指標，并確定理想狀態后綠洲森林覆蓋率。分析數據得出，目前林網連接度較低，庇護農田的功能較差，距離理想狀態的林網格局還有很大差距。

表4 阿克蘇河流域農防林帶斑比建設目標測算表

表5 阿克蘇河流域按照不同庇護標準情況林網連接度分析結果一覽表

通過現狀指標和理想指標，綠洲內在穩定林果種植基地的情況下，增加農田林網面積是提高綠洲森林覆蓋率的主要方向，并計算出需要建設農田防護林的目標值和預期綠洲的森林覆蓋率，具體目標值見表6。

表6 阿克蘇河流域理想狀態綠洲森林覆蓋率目標值分析表

4 結論與討論

4.1 結論

通過以上分析，進一步明確了阿克蘇河流域綠洲的森林覆蓋率現狀，現狀綠洲森林覆蓋率為22.57%，可以作為新農村建設村莊綠化的基礎指標。綠洲森林覆蓋率提高的主導因素是果樹林。從綠洲防護林建設規范的技術角度，決定綠洲生態安全的農防林景觀因子是帶斑比和連接度，從目前的分析顯示，農防林帶斑比為1.93%，按照耕地斑塊現狀，測算出綠洲農田防護林景觀帶斑比要達到9.27%，才能達到很好的庇護效果，目前，帶斑比現狀與理想狀態的差距很大。農田林網的現狀連接度是0.21，合理的指標是0.966 6，從分析數據看，現狀與理想相差也很大。以上農防林兩個景觀因子指標顯示，阿克蘇河流域的農田防護林建設現狀不理想，防護林建設還有較大差距，尤其是綠洲邊緣的農防林建設。另一方面，綠洲農田防護林建設，是干旱區綠洲森林資源培育的主要方向。

4.2 討論

4.2.1 社會經濟發展對綠洲林地資源變化的影響較大，尤其是果樹林占比森林資源的比例偏大，盡管經過30多年農防林建設和平原綠化達標活動，綠洲農防林建設還是比較薄弱，并影響到平原區綠洲生態安全。另一方面，農防林具有公益性質，增長緩慢嚴重影響綠洲的生態穩定，果樹林由于市場屬性，雖然可以統計到綠洲森林覆蓋率中，但是，不能作為綠洲生態建設的指標進行評價綠洲生態建設現狀。

4.2.2 目前農田防護林建設距離理想狀態，無論是建設農防林占地面積還是庇護農田的生態能力，都有很大差距，仍有較大的建設空間。尤其是綠洲邊緣的農防林存量少，缺帶斷帶等情況，在春季的倒春寒和7—9月的大風天氣中，削弱了庇護綠洲的效益。

4.2.3 綠洲農防林建設是綠洲生態建設的主要方向，是綠洲可持續發展的決定性因素，長期以來，水是生態建設的主導因素，合理配置水資源的同時，農防林在發展中，應以耐旱、抗逆性強的良種喬木為主，減少對生態用水的需求。