唐 霞，馮 起

（1.中國科學院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，蘭州730000；2.中國科學院 蘭州文獻情報中心／中國科學院資源環(huán)境科學信息中心，蘭州730000；3.中國科學院大學，北京100049）

聯(lián)合國在“21世紀議程”中明確提出將加強LUCC研究作為21世紀工作重點［1］，而歷史時期的土地利用變化是其重要組成部分。2000年3月，LUCC和過去全球變化（PAGES）兩個國際研究計劃聯(lián)合發(fā)起B(yǎng)IOME300項目，旨在重建過去300年全球歷史土地覆蓋數(shù)據(jù)庫［2］。歷史時期的LUCC研究有助于正確認識歷史進程中人地關系的實質和人與環(huán)境和諧發(fā)展的機理［3］。世界歷史上多個古國文明起源于生態(tài)較為脆弱的干旱、半干旱區(qū)，而人類長期不合理利用土地資源，導致干旱、荒漠化、塵暴、水土流失等，成為困擾該區(qū)域經濟社會發(fā)展的嚴重問題［4］。

位于祁連山和河西走廊中段的黑河流域是我國第二大內陸河，流域生態(tài)系統(tǒng)經歷了荒漠變綠洲的輝煌，也面臨著沙漠化和沙塵暴的尷尬［5］，歷史時期開發(fā)的大片綠洲已經被沙漠吞噬。流域內土地利用的劇烈變化，已造成生態(tài)環(huán)境的惡化，因此亟待開展黑河流域歷史時期土地利用變化的研究。合理的土地利用對流域的生態(tài)環(huán)境和經濟建設都具有重要的作用，分析研究土地利用變化的驅動因素，對調整優(yōu)化流域的土地利用結構，促進區(qū)域社會經濟發(fā)展、生態(tài)安全具有重要意義。為此，本文利用歷史地理學與環(huán)境演變研究方面已有成果和歷史文獻資料，論述歷史時期土地利用變化的時空演變過程，并探索其驅動機制。

1 研究區(qū)概況

黑河發(fā)源于青海省祁連山區(qū)的冰川和積雪帶，主要位于祁連山和河西走廊中段（37°45′—42°40′N，96°42′—102°04′E），流域面積約13萬km2。黑河流域共計大小河流41條，多年平均地表水資源為37.28億m3，折合徑流深29.1mm［5］。該區(qū)域處于歐亞大陸腹地，屬于典型的大陸性季風氣候，降水集中在5—9月，占降水量的75.9%～97.2%。上游山區(qū)年降水量大于300mm，年均溫－3.1～3.6℃；中游平原區(qū)年降水量80～130mm，下游阿拉善荒漠帶降水量40～50mm，年均溫7～8.2℃［5－6］。據(jù)統(tǒng)計2010年，流域人口約為197.3萬人，耕地面積是32.09萬hm2，中游的張掖、酒泉金塔是全國商品糧、商品蔬菜基地之一。目前，維系荒漠地區(qū)生態(tài)平衡的森林、綠洲、水體3類景觀僅占土地總面積的16.2%，自然生態(tài)條件非常脆弱［7］。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

本研究主要結合《張掖市志》、《張掖地區(qū)水利志》等文獻資料和已有的研究成果，收集黑河流域近2000年的人口、耕地面積、灌渠數(shù)量、城鎮(zhèn)變化、荒漠化等相關數(shù)據(jù)，通過樹木年輪、湖泊沉積、冰芯記錄和歷史文獻等不同類型的資料分析，參考歷史地理研究的理論和方法，提取數(shù)千年來流域土地利用演化歷史過程中氣候、水文變化和人類活動信息，揭示歷史時期黑河流域土地利用變化的驅動機制。

3 黑河流域土地利用變化的歷史軌跡

黑河流域開發(fā)歷史悠久，由于游牧民族和農耕民族在生活和生產方式的差異，導致土地利用歷經多次農牧轉換［6］。歷史時期土地利用方式的轉變具體表現(xiàn)在城池聚落變遷、綠洲興廢、水系變遷等方面。歷代王朝為了鞏固邊防，土地的開發(fā)利用多以屯墾（田）方式進行，但是對于流域內草地、林地等天然植被的變化情況記載很少。所以只能從耕地、城鎮(zhèn)居民地為代表的人工綠洲及土地荒漠化的時空演變入手，以便開展歷史時期土地利用變化的研究。

3.1 綠洲格局演變

綠洲是干旱、半干旱區(qū)人類繁衍生息的場所，充足穩(wěn)定的水資源供給是綠洲存在的基本條件。黑河流域綠洲系統(tǒng)在地質歷史時期和現(xiàn)代發(fā)生了明顯的變化，古綠洲除張掖“黑水國”分布于黑河中游綠洲腹地外，均分布在河流尾閭干三角洲上［8］；古綠洲面積呈現(xiàn)由北向南遞減［9］。從黑河流域古綠洲和現(xiàn)代綠洲分布格局看，流域綠洲的演變形式為：在河流下游尾閭三角洲形成古綠洲，然后溯源上遷穩(wěn)定于中上游的沖積洪積扇，并不斷向四周擴展［10］。

3.1.1 歷史時期耕地面積的變化 西漢之前，居住在黑河流域的少數(shù)民族處于“逐水草而居”的游牧狀態(tài)。自漢武帝起開始了大規(guī)模的興置屯田，采取徙民實邊、屯田管理組織、大興水利等措施，耕地面積迅速擴大；據(jù)衛(wèi)星照片和實地踏勘測算，當時居延屯田面積達4萬hm2以上［11］。進入隋唐時期，農業(yè)開發(fā)在前代的基礎上獲得較大的發(fā)展。明清時期是河西綠洲歷史上第三次大規(guī)模開發(fā)時期［5］。

對耕地面積進行重建，不同學者的研究結果存在較大差異（表1），主要因為黑河流域作為西北邊陲，相關文獻記載極其有限且多為定性描述，而各時期整個流域的人口數(shù)量、人均占有原糧、糧食單產等數(shù)據(jù)的估算存在一定誤差。其中，程弘毅［12］估算了河西整個地區(qū)的耕地規(guī)模并用“以人定地”的方法獲得流域內的耕地面積，但結果因小于沙漠化耕地面積而不合理；頡耀文［13］通過人均耕地面積和糧食產量兩種途徑重建了明代以前耕地面積，進行對比認為以人口為基礎的重建結果具有一定可靠性。但仍需深入考證各時期軍屯規(guī)模與人口變化，在今后的研究中有待進一步提高耕地面積的重建工作。

表1 黑河流域重建耕地面積的不同研究結果［12－13］

3.1.2 城鎮(zhèn)聚落演變規(guī)律 黑河流域現(xiàn)有60多座城鎮(zhèn)，絕大多數(shù)城鎮(zhèn)集中分布在綠洲上，城鎮(zhèn)—綠洲在流域各單元中高度耦合。通過歷代行政沿革的梳理［6，14］，對各時期設置的郡縣數(shù)量進行對比分析，可以看出城鎮(zhèn)演變呈波浪型曲線向前發(fā)展：兩漢時期的奠基期、魏晉時期的發(fā)展期、南北朝時期的衰落期、隋唐時期的逐漸恢復期、中唐—元朝的再次衰落期、明清以后的復蘇期、建國后的快速發(fā)展期（圖1）。該變化過程也反映出在特定地理環(huán)境和民族分布格局下，對優(yōu)勢生存空間的爭奪［14］。

從空間分布來看，城鎮(zhèn)聚落圍繞著綠洲農業(yè)區(qū)依次分布。因為水資源是干旱區(qū)內陸河流域的生命線，農業(yè)開發(fā)最早主要分布在下游三角洲地區(qū)、中游沖積平原和洪積扇緣地帶。通過綠洲的溯源遷移和下游綠洲古城的興衰關系分析證明，由于中游綠洲面積的擴大和人類活動的加劇，打破了天然水資源條件下的荒漠—綠洲動態(tài)平衡關系和空間格局［15］，城鎮(zhèn)由于失去了最基本的生態(tài)屏障和經濟基礎而逐漸衰退，伴隨著綠洲的溯源遷移，城鎮(zhèn)分布的重心也從下位綠洲向上位綠洲遷移［14］。黑河流域古城分布情況見表2。

圖1 黑河流域歷代城鎮(zhèn)發(fā)展演變

表2 黑河流域古城分布情況［16］

3.1.3 下游水域面積的變化 在黑河綠洲的長期土地開發(fā)中，人類活動強烈地干預了自然綠洲的水文循環(huán)過程，造成許多湖泊的逐漸萎縮干涸和河流的改道遷徙［8］。其中，黑河下游水系和尾閭湖泊變遷有以下過程：唐代以前，水系以東河、哨馬營—古日乃古河道為主，古居延澤為主要終端湖；西夏時期水系分為東、西兩支，蘇古、嘎順淖爾兩湖連為一體，古居延澤萎縮；元朝河水重新注入古居延澤，蘇古、嘎順淖爾兩湖分離并縮小；元末明初以后，西河成為主要過水河道，東河下游注入古居延澤的河道干涸，以向北流入蘇古淖爾的河道為主，古居延澤逐漸萎縮干涸，蘇古、嘎順淖爾成為主要終端湖［17］。

額濟納地區(qū)歷史時期的水系存在從東向西的遷移和萎縮過程［18］。據(jù)記載，額濟納旗的古居延海是西北最大的湖泊之一。秦漢時期，居延澤湖面積達到726km2［19］，1927—1934年和1944—1949年間西居延海（嘎順淖爾）湖面積分別為350，276km2，1951—1960年降至180km2，1961年干涸；東居延海（蘇古淖爾）湖面積分別從1927—1934年的150km2縮減至1961—1970年的35.5km2，在1963—1983年曾干涸過5次，最后1983年也完全干涸［20－21］。從2000年7月開始，實施了黑河下游應急生態(tài)輸水工程，水流于2002年7月17日流進黑河尾閭端的東、西居延海［22］。

3.2 土地荒漠化過程

黑河下游北部的漢代墾區(qū)沙漠化早于位于南部的唐代、西夏、元代墾區(qū)，沙漠化發(fā)展的程度更深［23］，自三角洲下部向中上部推進，黑城地區(qū)的沙漠化發(fā)生在明中葉以后［24］；沙漠化的主要作用方式有就地起沙、風蝕綠洲、流沙入侵、洪積物掩埋綠洲4種［16，25］。從空間來看，歷史時期沙漠化土地大多位于河流的下游。程弘毅［12］通過沙漠古城的廢棄時代推測出河西地區(qū)3次沙漠化過程主要集中在魏晉南北朝、唐末五代、明清兩朝，沙化面積分別是：南北朝1 030km2，唐末五代1 000km2，明清4 075km2，共計6 105km2，主要沙漠化區(qū)域見表3。這幾次明顯的沙漠化過程恰好與本地區(qū)歷史時期大規(guī)模的土地開發(fā)活動相吻合，說明土地利用的開發(fā)強度越大，在沒有充足的人力物力以及水資源量維系農業(yè)生產時，綠洲廢棄的可能性也就越高。

縱觀黑河流域土地利用變化的歷史軌跡，可以看出，由于各民族之間對綠洲生存空間的爭奪和大規(guī)模的屯墾，原始地帶性森林或森林灌叢草地遭到了徹底破壞，即原始植被的動態(tài)消長直至逐步被人工的灌溉農業(yè)所取代是歷史時期土地利用變化的總體特征。

4 黑河流域土地利用變化驅動機制研究

土地利用／覆被變化是各種驅動因素的綜合結果，包括氣候、土壤、水文等自然系統(tǒng)驅動因素和人口變化、貧富狀況、技術進步、經濟增長等社會系統(tǒng)中驅動力［26－27］。在農耕時代，氣候、水、土和生物等自然環(huán)境條件是人們開發(fā)利用土地資源時所考慮的主要因素。

表3 黑河流域主要的沙漠化區(qū)域［12］

4.1 自然環(huán)境的變化是土地利用演變的客觀因素

自然環(huán)境的變化主要表現(xiàn)在氣候變化和出山口徑流量。姚檀棟等［28］通過對比分析古里雅冰芯和祁連山樹輪高分辨率氣候變化記錄，結果表明樹輪和冰芯均明顯地記錄了小冰期的3次冷期，其出現(xiàn)的時間基本上一致。張振克等［29］根據(jù)黑河尾閭額濟納旗東居延海2 700a來的湖泊沉積記錄的環(huán)境變化，分析發(fā)現(xiàn)冷濕→暖濕、冷干→暖干→冷濕的規(guī)律。在對比古城廢棄的年代與氣候波動的變化時，發(fā)現(xiàn)流域古城廢棄的時期都是氣候明顯偏干冷的時期［14］。

近2 000a以來，該地區(qū)耕地總體呈現(xiàn)不斷增加趨勢，歷史時期黑河流域3次大規(guī)模的農業(yè)開發(fā)（兩漢時期、隋至盛唐、明清時期）都發(fā)生在出山口徑流量較大的時期［30］。根據(jù)樹輪重建的自公元680年以來黑河出山口年徑流量不同水平年統(tǒng)計表明，唐代（統(tǒng)計自680—907年）的豐水年份為98a，占整個統(tǒng)計時段的43.2%；明、清兩代分別為66a，23.9%和82a，30.7%［31］。所以說，水資源的豐枯是黑河流域農業(yè)開發(fā)的基礎和保障。

4.2 政策演變與人口變化是土地利用演變的主導因素

歷代中央王朝及若干地方割據(jù)政權都十分重視河西走廊的開發(fā)和經營，采取了各種恢復農業(yè)生產的措施，鼓勵內地移民不斷涌入內陸河流域開荒種地。從屯田制—占田制—均田制，以及府兵制與均田制的結合，都說明了政策的優(yōu)化組合極大地提高了人們墾荒種植的積極性。歷史時期人口的周期性動蕩（圖2），反映出戰(zhàn)亂、自然災害的侵襲，也導致土地利用強度和廣度在各時段上的明顯差異，但更重要的是突出了該地區(qū)嚴峻的土地生態(tài)承載能力問題。據(jù)《甘肅新通志》記載，清光緒三十二年（1906年）耕地面積為16.9萬hm2。隨著1978年農村經濟體制改革以來，人口急劇增加，到1995年中游的人口達到163.7萬［5］，掀起了新的一輪擴大耕地面積的熱潮，1995年土地變更調查耕地達37.1萬hm2［32］。目前，天然綠洲已基本演變?yōu)楣喔惹W、防護林網和農田廣布的人工綠洲，綠洲內道路網密布、建筑物林立，人口密度高達60人／km2左右［7］。

圖2 歷史時期黑河流域人口變化［5］

4.3 農牧業(yè)交替發(fā)展與水資源開發(fā)利用是土地利用演變的動力

黑河流域作為西北地區(qū)重要產糧基地以及大規(guī)模綠洲農業(yè)開發(fā)最早地區(qū)之一，由于戰(zhàn)亂、國家政策、民族矛盾等因素驅動的人類活動強度各異，耕地規(guī)模自古至今變化十分頻繁［13，33］。漢武帝以前、西晉至唐初、唐安史之亂后至元朝為畜牧業(yè)生產占優(yōu)勢的時期，西漢武帝至西晉、唐初至安史之亂、明清以來為農業(yè)生產為主的時期［34］。但是沿續(xù)了兩千多年的“屯田制”，農業(yè)栽培作物大量取代了原始植被。自西漢、唐、明清3次大移民，祁連、合黎二山千里綠蔭變?yōu)榛囊?，祁連山森林面積縮減到約50萬hm2，覆蓋率僅為16.7%［35］。人類活動集中的流域中下游墾區(qū)與人工綠洲的土地沙漠化基本吻合，天然綠洲的土地沙化、退化主要與下游的河湖灘地相一致［36］。

河西地區(qū)的水、土資源決定了“有水即有地”的格局［5］。由于綠洲灌溉農業(yè)的特點，水資源開發(fā)與利用程度是耕地面積增加的主要動力。西漢時期流域屯墾業(yè)非常發(fā)達，“千金渠”過郡二，行二千二百里；唐朝中期修建的水渠可灌田約3.1萬hm2；明清時期大規(guī)模開墾荒地，相繼開鑿了大量灌溉渠道，逐步形成內陸河流灌區(qū)［37－38］。解放后，黑河流域建立了完整的農田水利體系，并形成了黑河中游人工水文循環(huán)過程。據(jù)1944年甘肅省建設廳統(tǒng)計，黑河中游地區(qū)已有耕地16.5萬hm2，其中水澆地13.6萬hm2；20世紀90年代灌耕地面積達到了17.13萬hm2［39］。

5 結論與討論

5.1 結 論

（1）黑河流域歷史時期的人口和土地墾殖數(shù)據(jù)存在諸多問題：①為了躲避納稅，在冊人口數(shù)據(jù)、土地墾殖數(shù)據(jù)和實際情況尚有差距；②明代之前耕地面積相對匱乏，人口數(shù)量和土地墾殖面積很難找到相重合的時段進行比較；③流域內草地、林地和城鎮(zhèn)用地的文獻記載稀少且為定性描述，對于這些類型的土地利用變化很難估算。

（2）隨著西漢、唐、明清、建國后4次大規(guī)模的移民拓荒高潮，城鎮(zhèn)規(guī)模和耕地面積急速擴展而草場、林地面積日益退縮，過墾、濫墾、戰(zhàn)爭等也加劇了土地退化、沙漠化的進程。從時間上來說，黑河流域土地利用表現(xiàn)為不同尺度上自然因素與流域人類活動耦合作用的驅動機制，明清之前，自然因素占主導地位；現(xiàn)代流域的土地利用變化幾乎完全受到人為控制。

（3）經過歷代農田水利建設，灌溉農田的面積不斷擴大導致上、中、下游天然水資源的空間分布格局改變。從而自然力起主導作用的天然綠洲格局在很大程度上被以灌溉農業(yè)為中心并與草原畜牧相結合的人工綠洲所代替。在空間上，人工綠洲逐步向中上游遷移，使得流域下游水資源量迅速減少，荒漠化土地逐漸增加。

5.2 討 論

（1）土地利用變化受到自然、社會經濟多因子綜合作用的復雜過程，利用歷史數(shù)據(jù)了解過去的土地變化很重要。如何將現(xiàn)代的遙感數(shù)據(jù)與其他信息源有機融合，開展多尺度下土地利用變化的時空過程及其自然與人文因素的驅動機制辨析。通過遙感技術識別特定歷史時期的人類活動古遺跡和地理環(huán)境狀況，對比分析歷史時期土地動態(tài)變化研究是未來的發(fā)展方向之一。

（2）上游地區(qū)的LUCC研究局限于行政區(qū)劃范圍并主要集中在近十幾年，其影響因子和驅動機制分析多處于定性描述階段，還缺乏定量甄別氣候變化和人類活動影響的研究成果。

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