哈麗旦·司地克, 玉素甫江·如素力,,*,海米提·依米提

1 新疆師范大學同, 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054 2 新疆干旱區(qū)環(huán)境與資源重點實驗室, 烏魯木齊 830054

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新疆焉耆盆地人類活動與氣候變化的效應機制

哈麗旦·司地克1, 玉素甫江·如素力1,2,*,海米提·依米提2

1 新疆師范大學同, 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054 2 新疆干旱區(qū)環(huán)境與資源重點實驗室, 烏魯木齊 830054

通過對新疆焉耆盆地及其周邊近40a(1973—2014)的氣候變化趨勢檢測、LUCC和生物量估算,探討氣候變化和人類活動的生態(tài)效應機制,研究區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)演變及其歸因。分析結(jié)果表明：(1)焉耆盆地山區(qū)和平原區(qū)降水變化都有明顯的突變點,并呈現(xiàn)增加趨勢,蒸發(fā)量在山區(qū)減少,在平原區(qū)波動性減少趨勢；(2)LUCC分析表明,山區(qū)裸地面積減少5.40%,冰川面積減少 3.36%,高地植被面積增加8.76%；同時平原區(qū)天然綠洲面積增加1.96%,沙漠面積減少1.62%,水域面積減少1.30%,人工綠洲面積增加15.41%,濕地面積增加1.27%；(3)山區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域氣候變化非常敏感,其中降水變化是決定山區(qū)地表植被生存狀態(tài)和分布的重要因素；(4)人類活動的推動作用和有益氣候變化的支撐是綠洲平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)好轉(zhuǎn)的原因,其中人口急劇增加和社會經(jīng)濟快速發(fā)展,導致綠洲平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其時空分布的主要因素。焉耆盆地及其周圍區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)的演變對氣候變化和人類活動有明顯的時空尺度效應,其反應程度各不相同。

焉耆盆地；土地利用與土地覆蓋變化(LUCC)；氣候變化；人類活動；生態(tài)效應

由氣候、水分和土壤等主要自然條件不同尺度上的時空分布所決定的陸地生態(tài)系統(tǒng)是地球生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分[1]。它是提供人類必要的動植物資源,在維持生態(tài)平衡和水平衡、調(diào)節(jié)氣候、降解污染、珍稀動植物等。氣候變化和土地利用/土地覆蓋變化(Land use and land cover change, LUCC)是環(huán)境演變的主要兩個方面,同時它們之間也存在互相影響和制約的復雜錯綜關系。2000年的政府間氣候變化專門委員會報告表明,近百年來,全球氣候與環(huán)境發(fā)生了重大變化,其中過去50 a的變化更為明顯[2],20世紀50年代以來氣候變暖的一半以上是人類活動造成的[3]。隨著人口的不斷增加及社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,加緊人類大規(guī)模水土開發(fā)活動的步伐,自然植被區(qū)轉(zhuǎn)為農(nóng)作區(qū),長年覆蓋的土地變?yōu)榧竟?jié)覆蓋的耕地[4]。在這種環(huán)境演變的大局下研究氣候變化和人類活動的生態(tài)效應是目前相關領域?qū)W者研究的焦點問題之一[5]。在不同地理環(huán)境下陸地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化和人類活動的響應不同。除此之外,不同區(qū)域降水、蒸發(fā)和輻射能量等氣候因素對不同植被的驅(qū)動作用也不相同[6]。在我國西北干旱與半干旱地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的變化往往受多種要素的綜合作用和影響[7],其中陸地生態(tài)系統(tǒng)對降水和蒸發(fā)及其收支平衡決定的水分條件非常敏感[8]。由于在不同空間尺度上進行植被變化的動態(tài)檢測較難,相應研究成果也較少。特別是我國西北干旱區(qū)不同時空尺度生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化和人類活動響應的敏感性等亟待進一步研究的重點問題之一。我國西北干旱區(qū)氣候變化明顯、地貌條件較復雜、人類生產(chǎn)活動對LUCC的影響顯著[9],探索人類活動和氣候變化的生態(tài)效應具有重要的理論意義及實用價值。

1 研究區(qū)

焉耆盆地位于中天山的依連哈比爾尕山、科克鐵克山、蒙爾賓山和南天山的庫魯克塔格山之間的山間盆地。在行政上包括新疆巴音郭楞蒙古自治州的焉耆縣、和靜縣、和碩縣、博湖縣、庫爾勒市的塔什店區(qū)、巴州直屬的烏拉斯臺農(nóng)場、清水河農(nóng)場、巴州種畜場以及新疆生產(chǎn)建設兵團農(nóng)二師的21團、22團、24團、25團、27團、223團等。本研究以焉耆盆地及其周圍山脈分布的Landsat 遙感影像WRS2-Path143/Row31條帶區(qū)為主,適當考慮盆地分水嶺界線,由于遙感數(shù)據(jù)的時空局限性剪掉研究區(qū)東南的小部分劃分了研究區(qū)的空間范圍(圖1)。整個研究區(qū)地處85°6′—87°36′E,41°33′— 42°42′N,總面積為14504.53 km2,地勢西高東低、北高南低,總體表現(xiàn)為四周向盆地傾斜的地貌形態(tài),具有明顯環(huán)繞盆地的“立體氣候”特征。根據(jù)人類活動的強度及自然地理條件,焉耆盆地可分為人類活動對自然環(huán)境擾動最強的綠洲平原區(qū)(海拔高度低于1400 m等高線的區(qū)域,總面積為9018.46 km2)和氣候變化對環(huán)境演變的影響為主的山區(qū)(海拔高度高于1400 m等高線的區(qū)域,總面積為5486.07 km2)[10]。研究區(qū)氣候?qū)儆谂瘻貛Т箨懶愿珊禋夂?熱量與光照豐富,山區(qū)和綠洲平原區(qū)多年的平均氣溫分別為-4.84 ℃和8.60 ℃,降水量分別為200.25,76.27 mm,蒸發(fā)能力分別為1408.23 mm和1973.65 mm。由于盆地平原區(qū)自然地理條件適宜于農(nóng)業(yè)發(fā)展,20世紀50年以來,尤其是70年代后綠洲區(qū)農(nóng)業(yè)耕地面積處于增長趨勢,焉耆盆地已成為在我國受人類活動影響明顯的區(qū)域[11]。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Map showing the study region

2 數(shù)據(jù)及其處理

2.1 氣象要素數(shù)據(jù)

已有研究表明,降水、蒸發(fā)和輻射能量等是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要氣象要素,其中植被覆蓋度變化對降水和蒸發(fā)極為敏感[1]。因此,本研究選用的氣象要素數(shù)據(jù)包括位于焉耆盆地山區(qū)的大山口、巴音布魯克和巴侖臺氣象站和盆地平原區(qū)內(nèi)的和靜縣、焉耆縣、塔什店氣象站的逐年(1970—2014)降水和(1980—2014)蒸發(fā)數(shù)據(jù)。其中,因1980年之前的山區(qū)蒸發(fā)量觀測不連續(xù),蒸發(fā)量數(shù)據(jù)從1980年開始。

2.2 遙感數(shù)據(jù)及其處理

本文采用美國地質(zhì)調(diào)查局USGS(http://earthexplorer.usgs.gov/)提供的1973—2014年間的Landsat MSS、TM、OLI遙感影像數(shù)據(jù)(表1)和美國國家航空航天局與日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省合作完成的先進星載熱發(fā)射和反射輻射儀全球數(shù)字高程模型ASTER GDEM V2.0(分辨率為30 m)數(shù)據(jù)。此外,還有2014年10月在研究區(qū)通過野外考察采集的大量控制點數(shù)據(jù)、各種地物的定位采樣數(shù)據(jù)和研究區(qū)人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表2)等。對Landsat 遙感影像進行幾何校正、格式轉(zhuǎn)換、大氣糾正、直方圖式圖像鑲嵌、圖像裁剪等預處理。DEM和控制點相結(jié)合提取海拔高度為1400 m的山區(qū)及平原邊界線。

表1 Landsat 遙感影像及其信息

3 研究方法

陸地生態(tài)系統(tǒng)、氣候變化和人類活動的關系是相互作用、相互影響和相互制約等非線性關系的總合[12]。其中,氣候變化和人類活動對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響是主要的,它們之間也存在息息相關的關系,但氣候變化和人類活動相互作用研究迄今還未形成一套成熟的理論與方法體系[13]。因此,本研究主要運用以下方法,以氣候變化和人類活動作為相互獨立的兩個方面,研究其生態(tài)效應。

3.1 氣候變化突變點檢測與趨勢分析方法

采用非參數(shù)Mann-Kendall(MK)趨勢檢驗分析法[14-15],分析了焉耆盆地山區(qū)和平原區(qū)降水、蒸發(fā)年平均數(shù)據(jù)的變化趨勢。對存在突變點的時間序列數(shù)據(jù)采用非參數(shù)MK Sneyers突變檢驗[16],對突變點進行信度檢驗,從而驗證突變點的真?zhèn)?確定本研究需要的遙感數(shù)據(jù)時期；根據(jù)不同時期的遙感數(shù)據(jù)得出不同時期植被綜合指數(shù)的變化,判斷焉耆盆地及周圍山區(qū)的土地利用/土地覆蓋變化。

3.2 土地利用與土地覆蓋動態(tài)監(jiān)測

根據(jù)中國國家標準化管理委員會于2007年8月發(fā)布的《土地利用現(xiàn)狀分類》[17]和FAO/UNEP土地分類系統(tǒng),考慮研究區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)特征,在實地考察和驗證的基礎上,研究區(qū)的土地利用/土地覆蓋劃分為：(1)高地植被(海拔高度1400 m以上的植被),(2)人工綠洲(包括灌溉區(qū)、人工林地、果園等),(3)天然綠洲(在自然條件下形成和成長的植被,其作用主要體現(xiàn)在生態(tài)方面),(4)裸地(包括裸地、建設用地、鹽堿地等),(5)沙漠,(6)水域(湖泊、河流、池塘、水庫等),(7)冰川積雪,(8)濕地等8種類型。從反映植被狀況考慮,整個研究區(qū)分為植被覆蓋和非植被(包括水域、沙漠、裸地、冰川)兩大類。在以上土地利用/土地覆蓋類型體系的基礎上,結(jié)合實地考察獲取的采樣點數(shù)據(jù)對預處理的Landsat影像數(shù)據(jù)進行解譯分類和精度評價。精度評價表明整個分類結(jié)果的總精度大于89.60% (kappa 系數(shù)大于0.84),其中部分年份的分類結(jié)果如圖3所示。并利用1973—2014年的5期分類的遙感影像結(jié)果圖進行LUCC分析。

3.3 生物量及其變化的估算

科學家已經(jīng)創(chuàng)建了40多種植被指數(shù)(Vegetation index，縮寫為VI)[18]。由于 VI與植被的覆蓋度、生物量、葉面積指數(shù)等有較好的相關性,VI是從遙感影像獲取大范圍植被信息的有效辦法[19]。干旱區(qū)的植被稀疏、破碎化程度高,選擇適宜的VI是陸地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)遙感監(jiān)測的關鍵。已有研究表明[20],土壤調(diào)整植被指數(shù)(soil adjusted vegetation index, SAVI)最適合干旱地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的變化研究,其計算方法為:

(1)

式中,近紅外(線)(near infrared or red band, NIR)為Landsat影像近紅外波段的反射率,R為紅光波段的反射率,L為土壤調(diào)節(jié)參數(shù)。由于L為 0.5 時,消除土壤背景影響的效果為最佳,本文同樣取的L值為0.5。然后,以便將SAVI的灰度值范圍拉伸為0—255[21]。為了更好反映及進行評價植被覆被類型、植被覆蓋率和生物量的變化,采用了區(qū)域遙感植被綜合指數(shù)L及其變化ΔL,其計算公式為：

(2)

ΔL=Lb-La

(3)

式中,L為區(qū)域植被綜合指數(shù)；Ci為該區(qū)域內(nèi)植被覆被類型i的面積百分比,SAVIi為該區(qū)域內(nèi)植被覆被類型i的植被指數(shù)SAVI,ΔL 為從時間a到時間b區(qū)域植被綜合指數(shù)L的變化量。若ΔL為正值,則該區(qū)域地表植被覆蓋率提高、生物量總體增加,植被覆蓋區(qū)的生態(tài)環(huán)境趨好；否則趨于惡化。

在干旱地區(qū)對于非植被覆被類型,主要通過面積變化反映其對生態(tài)環(huán)境變化的影響[22],即水域、冰川等與水相關土地覆被類型面積百分比增加,這說明有利于干旱區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展,反之則相反；對于沙地、裸地等而言,其對生態(tài)的作用相反：若其面積比例增加,不利于干旱區(qū)陸地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高；比例減少,有利于干旱區(qū)陸地生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。非植被覆被類型的面積變化的幅度ΔC、植被類型/非植被覆被類型的變化率R表征其對陸地生態(tài)系統(tǒng)變化的作用表達式為:

ΔC=(Cw2-Cw1)-(Cd2-Cd1)

(4)

(5)

式中,(Cw2-Cw1)為河流、湖泊、冰川等土地覆被類型面積百分比在某個時段內(nèi)的變化；(Cd2-Cd1)為植被類型/非植被覆被類型百分比在某個時段內(nèi)的變化。當ΔC>0和 R>0時,則非植被覆被類型的變化有利于陸地生態(tài)環(huán)境的發(fā)展,生態(tài)趨于好轉(zhuǎn)；當ΔC<0和 R<0時,則不利于生態(tài)環(huán)境的發(fā)展,表明生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降。

表2 焉耆盆地山區(qū)和平原區(qū)的降水、蒸發(fā)量,平原區(qū)人口統(tǒng)計表

4 結(jié)果與分析

4.1 氣候變化特征分析

4.1.1 降水量變化特征

MK趨勢檢驗結(jié)果顯示(圖2),焉耆盆地降水量在過去40a(1970—2014年)里呈現(xiàn)增加趨勢(圖2),山區(qū)和平原區(qū)降水量上升趨勢達到顯著性水平,Z值分別為3.0和3.2(P<0.01)。MK Sneyers 突變檢驗結(jié)果顯示,焉耆盆地的山區(qū)和平原區(qū)分別經(jīng)歷了1976年、1977年、1978年,2009年和1998年、2000年、2007年的突變點。根據(jù)突變點可以將焉耆盆地平原區(qū)降水量變化過程分為4個階段：1970—1998年降水量呈減少趨勢,平均值為76.8 mm,1985年降水量達到了歷史最低值18.3 mm,1999—2000年降水量急劇增加,平均值為72.9 mm,增加速率為-3.9 mm/a；2001—2007年降水量呈波動增加,增加速率為0.1 mm/a,2008—2014年降水量明顯增加,平均值為77.9 mm,增加速率為0.7 mm/a,達到了顯著水平。山區(qū)降水量變化過程分為4個階段：1970—1976年降水量波動增加,平均值為193.2 mm,1977—1978年降水量急劇下降,下降速率為34.8 mm/a,1979—2000年呈明顯增加,達到顯著水平,增加速率為1.33 mm/a,1998年降水量達到歷史最大值269.2 mm,2010—2014年呈增加趨勢,平均值為235.6 mm,處于較穩(wěn)定水平。MK趨勢檢驗結(jié)果表明,近40a來焉耆盆地山區(qū)和平原區(qū)年均降水變化呈增加趨勢,并且達到了顯著水平；MK Sneyers突變檢驗結(jié)果也顯示,焉耆盆地1970年以來降水有了明顯突變點。

圖2 焉耆盆地山區(qū)和平原區(qū)的降水、蒸發(fā)突變點曲線圖Fig.2 Graphic of trend test and change point detection of precipitation, evaporation for mountain and plain area of Yenqi basinUF: 正序列統(tǒng)計量the statistics of forward sequence，UB: 反序列統(tǒng)計量the statistics of backword sequence

4.1.2 蒸發(fā)量的變化特征

蒸發(fā)量MK趨勢檢驗結(jié)果顯示,焉耆盆地蒸發(fā)在過去30年(1980—2014年)里在山區(qū)呈減少趨勢(圖2),Z值為-4.20,在平原區(qū)呈減少趨勢(圖2),Z值為-3.60,顯著性水平都達到99%。MK Sneyers突變檢驗結(jié)果顯示,焉耆盆地山區(qū)和平原區(qū)經(jīng)歷的突變點分別為1999年和2006年(圖2)；根據(jù)突變點焉耆盆地平原區(qū)蒸發(fā)量變化過程分為2個階段：1980—2006年蒸發(fā)量明顯下降,平均值為1912.60 mm,達到顯著水平,1998年平原蒸發(fā)量下降到歷史最低值為1667.20 mm,2007—2014年蒸發(fā)量急劇上升,平均值為2197.50 mm,增加速率為33.36 mm/a；山區(qū)蒸發(fā)量變化過程分為2個階段：1980—1999年蒸發(fā)量呈增加趨勢,平均值為1526.90 mm,2000—2014年呈下降趨勢,平均值為1250 mm,下降速率為18.50 mm/a,達到顯著水平。MK趨勢檢驗結(jié)果表明,近30年來焉耆盆地年均山區(qū)蒸發(fā)變化呈有減少趨勢,但在平原區(qū)1998年之前處于減少趨勢,1998年之后略有增加趨勢,平原區(qū)蒸發(fā)量的總體變化顯示波動性降低趨勢。

4.2 LUCC分析

根據(jù)以上的MK突變點分析獲得的時間段,選用了1973年、1977年、1994年、2004年和2014年的Landsat遙感影像(表1)進行解譯和LUCC分析,其結(jié)果如表3和圖3所示。

圖3 焉耆盆地LUCC (Land use and land cover change) 分類結(jié)果圖Fig.3 LUCC (Land use and land cover change) Results of Yanqi Basin

從表3可以看出,焉耆盆地山區(qū)1973—2014年之間的高地植被面積一直處于增加趨勢,而冰川面積處于減少趨勢,研究區(qū)冰川面積變化與天山冰川面積變化趨勢[23]基本吻合。在此期間,平原區(qū)天然綠洲和濕地1994年前呈現(xiàn)減少趨勢,1994年后呈現(xiàn)增加趨勢,人工綠洲面積呈直線型增加；平原區(qū)裸地面積1973—1977期間增加,之后處于減少趨勢；沙漠面積1973—2004年期間減少,此后增加；研究區(qū)水域面積在整個研究期間呈波動性減少趨勢,其中除1994—2004年期間增加外,其它時段均呈現(xiàn)減少趨勢。

綜上所述,在1973—2014年期間,山區(qū)裸地面積減少為5.40%,冰川面積減少為3.36%,高地植被面積增加為8.76%；平原區(qū)天然綠洲面積增加為1.96%,沙漠面積減少為1.62%,水域面積減少為1.30%,人工綠洲面積增加為15.41%,濕地面積增加為1.27%。人工綠洲作為人類對自然干擾強度的一個指標,反映了近40a來人類在焉耆盆地平原區(qū)的活動加劇,年際變化同降水、蒸發(fā)不同步?？梢钥闯?焉耆盆地陸地生態(tài)系統(tǒng)的變化是氣候變化和人類活動雙重影響引起的,但在山區(qū)和平原區(qū)各因素的影響存在差異。

表3 土地利用/覆蓋不同植被類型面積百分比統(tǒng)計表

4.3 生物量變化趨勢及其歸因分析

LUCC對陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響,是改變陸地植被生物量的主要原因[22],而氣候條件、水分條件和土壤養(yǎng)分是決定生態(tài)系統(tǒng)類型的主要驅(qū)動因素。遙感植被指數(shù)VI是這些因素在不同尺度的區(qū)域中在不同程度上組合而成的定性表征,并與地面生物量成正相關。為了更明確地反映研究區(qū)氣候變化、人類活動分別對山區(qū)、平原區(qū)植被和非植被覆蓋的影響及其程度,根據(jù)公式1—5計算1973—2014年之間山區(qū)和平原區(qū)的植被綜合指數(shù)L及其變化量ΔL和變化率RL,非植被覆蓋類型面積百分比ΔC及其變化率Rc,其結(jié)果如表4所示。

表4 焉耆盆地不同區(qū)域不同時間的植被和非植被區(qū)覆被類型及其變化信息統(tǒng)計表

從表4可以看出,70年代以來焉耆盆地山區(qū)、平原區(qū)的植被覆被類型和非植被類型綜合指數(shù)發(fā)生了明顯的變化。在山區(qū),1973—1994年期間L一直處于增加趨勢,ΔC和Rc都大于0,特別是1977—1994年期間的增長明顯,對應的ΔL為17.253；可以看出,在此期間的增加量與山區(qū)的降水量成正相關；1994年之后山區(qū)降水量呈現(xiàn)波動性增加趨勢,但增加幅度越來越變少(圖2),1994年之后山區(qū)生物量顯示微弱減少趨勢,與山區(qū)降水量的變化趨勢基本保持一致； 1980—1994年期間山區(qū)蒸發(fā)量呈現(xiàn)波動性增加,增加幅度不明顯。因此,20世紀90年代中旬前后山區(qū)生物量的變化主要與山區(qū)降水量成正相關關系。從總體上看,1973—2014年之間山區(qū)生物量處于好轉(zhuǎn)趨勢。

在平原區(qū)1973—2014年期間L一直處于增加趨勢,特別是1994年之后的ΔL和RL上升趨勢更明顯,分別10%和27% 以上(表4)；這種激增的時空變化趨勢與研究區(qū)人口(表2)、社會經(jīng)濟發(fā)展趨勢同步。除此之外,在此期間綠洲平原區(qū)的降水量增加而蒸發(fā)量減少,這種變化會引起土壤中盈余水分的累積,并有利于陸地生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展?？梢钥闯?近40a焉耆盆地綠洲平原區(qū)生物量的增加主要是人類活動與區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展等內(nèi)部因素引起的,降水量增加、同期蒸發(fā)量減少等氣候變化的外部因素促進綠洲平原區(qū)生物量的不斷增加和陸地生態(tài)系統(tǒng)的好轉(zhuǎn)。

5 結(jié)論

本研究利用新疆焉耆盆地及其周圍區(qū)域遙感影像、氣象觀測數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù),運用氣候突變和趨勢檢測法、LUCC分析、陸地植被生物量及其估算等方法,研究近40a來氣候變化和人類活動的生態(tài)效應。研究結(jié)果表明：(1)焉耆盆地陸地生態(tài)系統(tǒng)在不同時空尺度上的演變是氣候變化及人類活動長期綜合作用引起的結(jié)果；(2)山區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域氣候變化非常敏感,其中降水變化是決定山區(qū)地表植被生存狀態(tài)和分布的重要因素；(3)近40a來人類活動的推動作用和有益氣候變化的支撐明顯地改善了焉耆盆地綠洲平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。其中,改革開放以來,人口急劇增加、開荒耕地、植樹造林和社會經(jīng)濟快速發(fā)展,是焉耆盆地綠洲平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其時空分布的主要因素。

總之,干旱區(qū)不同時空尺度陸地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化和人類活動的響應不同,是多種自然和人文因素在不同方式、不同程度上組合作用的結(jié)果。對于新疆焉耆盆地近40a來的變化而言,其陸地生態(tài)系統(tǒng)狀況的好轉(zhuǎn)是氣候變化和人類活動的共同結(jié)果,其中氣候變化是決定山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生存狀態(tài)和分布的重要因素,人類活動則通過快速地大范圍地擴展綠洲平原區(qū)影響其生態(tài)系統(tǒng)。

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Ecological effects of human activities and climate change in Yanqi Basin, Xinjiang, China

HALIDA Sidik1, YUSUFUJIANG Rusuli1,2,*, HAMIT Yimit2

1 Institute of Geographical Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054,China 2XinjiangKeyLaboratoryofLakeEnvironmentandResourcesinAridZone,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China

The relationships among terrestrial ecosystems, climate change, and human activities are important aspects to consider in the field of global change. Recently, it has become a hot research topic to study the effect of global change and the response of biologically distinct climate regions to the changes on different time and spatial scales. It has become especially important to study, on various spatiotemporal scales, the sensitivity of ecosystems to climate change and anthropogenic pressure in arid areas. However, it is difficult to monitor the temporal change of vegetation on different spatial scales, and as expected, the research achievements on this topic are few. In this study, the mechanisms of ecological effects on climate change and human activities in terrestrial ecosystems were investigated by combining the climate change point detection and trend test methodology; Land use and land cover change (LUCC), and biomass estimation after selecting a typical inland terrestrial ecosystem area: the Yanqi basin in Xinjiang, China. According to the degree of the effect of climate change and human activities, the research area was divided into two parts: a mountain (which was mainly affected by climate change) and plain oasis (which was mainly affected by human activities) at a contour of 1400 m above sea level. In respect to the vegetation, land cover types reflect the change in the ecological environment, and they were divided into the vegetation and non-vegetation cover types. According to type and affect, the land cover was classified as highland vegetation, artificial oasis, natural oasis, bare land, desert, water, glacier, and wetland. The main conclusions drawn from this study encompassed the recent 40 year period between 1973 and 2014 are: (1) distinct change points of precipitation and evaporation in mountain and plain areas of the Yanqi basin were detected by the Mann-Kendall-Sneyers test, the results of the nonparametric Mann-Kendall tests reveal that: the precipitation increased and the evaporation declined in mountain and plain areas in the same fashion; (2) in mountainous areas, the areas considered to be bare land and glacier decreased 5.4% and 3.36%, respectively, whereas the highland vegetation increased by 8.76%. In the plain area, the areas of the natural oasis, artificial oasis and wetland increased 1.96%, 15.41% and 1.27% respectively. The areas of desert and water decreased 1.62% and 1.30%, respectively; (3) biomass in mountain and plain areas distinctly variable, and the main cause attested as coupled effect of climate change and human activities in different scale with different spatiotemporal patterns. Terrestrial ecosystems in mountainous areas are sensitive to climate change, and precipitation is estimated to be the most important factor affecting vegetation growth and distribution; (4) the main reasons for oasis improvement in plain areas include enlarging an artificial oasis by intensified human activities and supporting favorable climate change. Among these reasons, enlargement of agricultural areas to accommodate an increased population and socio-economic development are the driving forces of structural change and the distribution of ecosystems plains. In summary, climate change and human activities are expected to affect terrestrial ecosystems according to different degrees and spatiotemporal patterns in the coming 40 years in Yanqi basin.

Yanqi basin; Land use and land cover change (LUCC); climate change; human activities; ecological effect

國家自然科學基金項目(41161007, 41461006, 41361002)；新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室專項資金資助項目(2014KL016); 新疆師范大學地理科學與旅游學院博士點支撐學科開放課題基金項目(XJNU-DL-201503)；新疆師范大學研究生科技創(chuàng)新項目(XSY201502003)

2015-04-08;

日期:2016-01-05

10.5846/stxb201504080711

*通訊作者Corresponding author.E-mail: Yusupjan@xjnu.edu.cn