廖 娜,王月健,2**,徐海量,樊自立,張正勇,2,姚俊強(qiáng),張青青,黃 燕

(1.石河子大學(xué)理學(xué)院 石河子 832000;2.綠洲城鎮(zhèn)與山盆系統(tǒng)生態(tài)兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石河子 832000;3.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 烏魯木齊 830011;4.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所 烏魯木齊 830002;5.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 烏魯木齊 830052)

綠洲是干旱與半干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的核心,是人類及其社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的主要載體,也是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、類型最豐富、生態(tài)最敏感的區(qū)域[1-2]。綠洲經(jīng)歷了由傳統(tǒng)向現(xiàn)代的轉(zhuǎn)變。從系統(tǒng)演替驅(qū)動(dòng)力角度來看,人工力逐漸增大,由簡單到復(fù)雜,并成為系統(tǒng)的主導(dǎo)力量,與生態(tài)生產(chǎn)力共同決定了現(xiàn)代人工綠洲的發(fā)展[3]?，F(xiàn)代綠洲以“擴(kuò)張”為主要特征,但在不同的發(fā)展階段和社會經(jīng)濟(jì)體制下,其擴(kuò)張的速度、規(guī)模和狀態(tài)差異顯著[4]。近60年來,在氣候變化和人類活動(dòng)的雙重影響下,干旱區(qū)綠洲的土地利用/土地覆被變化(land-use and land-cover change,LUCC)劇烈。綠洲擴(kuò)張的規(guī)模、驅(qū)動(dòng)力和發(fā)展方向[5-7]、水土平衡與水鹽運(yùn)移規(guī)律[8]、承載力、穩(wěn)定性與生態(tài)安全隱患[9-10]、尺度和冷熱島效應(yīng)[11]等成為研究的熱點(diǎn)問題,相關(guān)學(xué)者采用了試驗(yàn)觀測、數(shù)值模擬、遙感和GIS技術(shù)等方法對不同的綠洲問題開展了具體的研究工作。目前有關(guān)綠洲擴(kuò)張的相關(guān)研究多數(shù)集中于大尺度的綠洲,且側(cè)重于綠洲向山地和荒漠外圍的擴(kuò)大化,而忽略了綠洲內(nèi)部擴(kuò)張的情形。有確切數(shù)據(jù)表明[12-13],在綠洲內(nèi)部,眾多分散的中、小綠洲,在人類活動(dòng)的作用下,通過改造大量中、輕度的鹽堿地、夾荒地等擴(kuò)大綠洲面積的數(shù)量也是相當(dāng)可觀的[14]。綠洲的LUCC是一個(gè)復(fù)雜的過程,前人有關(guān)大尺度綠洲擴(kuò)張研究的諸多結(jié)果不完全適用于中、小尺度綠洲,其結(jié)論存在較大的不確定性,甚至與實(shí)際不符,這對于全面認(rèn)識和客觀評估綠洲擴(kuò)張的尺度效應(yīng)是極為缺憾的。因此,在綠洲擴(kuò)張分析研究中,要多尺度結(jié)合進(jìn)行綜合分析。

20世紀(jì)50年代起,位于西部干旱區(qū)的新疆,其特有的山-盆相間的地形地貌使許多以流域?yàn)閱卧木G洲農(nóng)業(yè)景觀得以發(fā)展并逐步壯大,形成了大規(guī)模兵團(tuán)農(nóng)場耕作和小規(guī)模地方家庭承包兩種典型的土地經(jīng)營模式[15]。其中,兵團(tuán)土地歸國家所有,田塊進(jìn)行集中規(guī)模化經(jīng)營,以團(tuán)場為基本單元擴(kuò)大生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模;地方土地歸集體所有,田塊進(jìn)行分散化經(jīng)營,主要以村鎮(zhèn)的形式擴(kuò)展用地。經(jīng)營模式的不同導(dǎo)致地方和兵團(tuán)的綠洲擴(kuò)張過程有著明顯的差異,新疆綠洲現(xiàn)狀是兵團(tuán)農(nóng)場和建制鎮(zhèn)(簡稱團(tuán)鎮(zhèn),下同)長期擴(kuò)張、相互作用、共同推動(dòng)的結(jié)果,團(tuán)鎮(zhèn)可以視為中、小尺度綠洲。耕地是綠洲擴(kuò)張的主導(dǎo)地類,其面積的變化過程可以充分體現(xiàn)綠洲的演變過程,并對掌握綠洲的擴(kuò)張過程及特點(diǎn)具有十分重要的意義。

瑪納斯河流域是北疆最大的人工綠洲,流域內(nèi)的地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)和兵團(tuán)團(tuán)場呈插花式的交錯(cuò)分布。20世紀(jì)50年代起,隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和承包制調(diào)整等,綠洲規(guī)模迅速擴(kuò)大,其中,中游地區(qū)團(tuán)鎮(zhèn)的LUCC過程最為顯著。為此,本文首先以瑪納斯河流域中游的2個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)為研究對象,采用土地利用動(dòng)態(tài)變化度,分析了團(tuán)鎮(zhèn)綠洲耕地的擴(kuò)張過程;進(jìn)而利用多元逐步回歸等方法,分析了兵團(tuán)與地方(兵團(tuán)第八師石河子墾區(qū)和瑪納斯縣)不同時(shí)期綠洲擴(kuò)張的驅(qū)動(dòng)力;最后,從全流域綠洲擴(kuò)張的角度出發(fā),結(jié)合綠洲擴(kuò)張模型,測算了綠洲耕地的適宜規(guī)模,并提出了未來綠洲的發(fā)展方向。研究旨在為流域水土資源的合理開發(fā)利用和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

瑪納斯河流域位于亞歐大陸腹地,新疆維吾爾自治區(qū)西北部,準(zhǔn)噶爾盆地南緣,流域空間跨度84°42′～86°33′E,43°05′～45°58′N。屬于典型的溫帶荒漠氣候,降水少,蒸發(fā)強(qiáng),氣候日溫差大。地勢由西南向東北傾斜,西南部為高山峽谷區(qū),中部為綠洲平原區(qū),東北部為荒漠區(qū),是典型的山-盆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。流域包括兵團(tuán)第八師石河子墾區(qū)、瑪納斯縣和沙灣縣。本文中現(xiàn)代綠洲是干旱區(qū)具有代表性的人工綠洲。其形成、發(fā)展的演變進(jìn)程受水源、地貌格局等因素影響,同時(shí)社會經(jīng)濟(jì)因素也起著很大作用[16]。本研究根據(jù)資料的完整性,借鑒前人區(qū)劃的研究成果[17],選取流域瑪納斯河中游地區(qū)兵團(tuán)團(tuán)場(石河子墾區(qū)144團(tuán))與地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)(瑪納斯縣蘭州灣鎮(zhèn))兩個(gè)不同的團(tuán)鎮(zhèn)進(jìn)行對照比較。144團(tuán)位于85°35′～85°52′E、44°24′～44°38′N,土地總面積為3.03×104hm2;以農(nóng)業(yè)為主導(dǎo),主要作物為棉花(Gossypiumspp.)、糧食作物、蔬菜和水果。其中,鮮食葡萄(Vitis vinifera)實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)702 t。農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式為職工家庭生產(chǎn)承包管理。蘭州灣鎮(zhèn)(86°07′～86°28′E、44°26′～44°52′N)距144團(tuán)72 km,距離瑪納斯縣城西北3.5 km,支柱產(chǎn)業(yè)包括棉花、番茄(Solanum lycopersicum)、玉米(Zea mays)、奶牛養(yǎng)殖,農(nóng)村經(jīng)濟(jì)總收入達(dá)2.61億元。農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式為村民自主經(jīng)營管理。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文主要數(shù)據(jù)源包括:1)影像數(shù)據(jù):1958年航片、1976年MSS影像、1987年TM影像、1998年TM影像、2006年CBERS影像和2018年Landsat OLI影像數(shù)據(jù)。對于1976年影像采用421假彩色波段合成,1987年、1998年、2006年的影像采用432假彩色波段合成,2018年影像543假彩色波段合成;考慮到1958年、1976年影像有限,需采用研究區(qū)1∶10萬地形圖的行政邊界進(jìn)行掩膜提取及修正。根據(jù)研究需要,在ERDAS 9.1及ArcGIS 10.6的支持下,對各年份的遙感影像進(jìn)行目視解譯、數(shù)字化及建立拓?fù)潢P(guān)系,并通過野外考察及Google Earth高空間分辨率對解譯結(jié)果進(jìn)行校正,獲得土地利用圖形及屬性數(shù)據(jù)。2)流域行政邊界、圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自國家基礎(chǔ)地理信息中心。3)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自石河子市、瑪納斯縣農(nóng)業(yè)、水利、國土等部門。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化特征

土地利用變化特征主要通過變化動(dòng)態(tài)度、趨勢和狀態(tài)、變化幅度等來表征,這可以直觀地反映出各研究時(shí)段內(nèi)各種土地利用類型變化狀況[18–20],各參數(shù)的計(jì)算公式如下:

式中:ΔUin指其他類型的土地轉(zhuǎn)換為該類型土地的面積總和,ΔUout指該類型的土地轉(zhuǎn)換為其他類型的土地面積之和,Ua指該類型土地的起始面積。

1.3.2 驅(qū)動(dòng)力分析

通過對驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行典型相關(guān)性分析,構(gòu)建指標(biāo)體系,采用因子分析法和多元逐步回歸分析探討兵團(tuán)與地方綠洲擴(kuò)張的核心驅(qū)動(dòng)因子[21]。

式中:rij是i、j的簡單相關(guān)系數(shù),pij是i、j的偏相關(guān)系數(shù)。

1.3.3 綠洲適宜擴(kuò)張規(guī)模

考慮到綠洲的實(shí)際情況,并在水熱平衡指數(shù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了適合干旱和半干旱地區(qū)尺度的綠洲規(guī)模計(jì)算模型及綠洲適宜耕地面積模型[22]:

式中:A*是綠洲的適宜面積,Ws是地表水,Wg是地下水,Wi是非植被用水量,W1是城鄉(xiāng)生活用水量,We是生態(tài)耗水量,是水熱平衡指數(shù),ET0是根據(jù)Penman公式確定的參考作物蒸發(fā)散,r是年降水量,Kpi是流域內(nèi)植物的綜合影響系數(shù),是適宜耕地面積,Kc是耕地利用系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 兵團(tuán)團(tuán)場和地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲耕地?cái)U(kuò)張過程

2.1.1 兵團(tuán)團(tuán)場綠洲耕地?cái)U(kuò)張過程

1958—2018年,144團(tuán)的耕地面積經(jīng)歷了顯著變化,面積增加26 000 hm2,由邊角區(qū)域不斷外延擴(kuò)張(圖1,表1)。其中,1958—1976年,耕地由原本集中分布在西南角與西北角區(qū)域,不斷向中部呈條帶狀擴(kuò)張,年增加速率為100.92%,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為0.9,主要以草地單向轉(zhuǎn)入為主,面積為7557 hm2;1976—1987年,耕地在原有的基礎(chǔ)上,繼續(xù)向東北方向擴(kuò)張,其年變化率為1.91%,趨勢與狀態(tài)指數(shù)達(dá)到1.00,表明耕地仍以草地單向轉(zhuǎn)入為主,處于極端不平衡狀態(tài);1987—1998年,耕地在原有的基礎(chǔ)上向外部擴(kuò)張變得越來越規(guī)則,年變化率為179.94%,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為0.63,表明耕地面積處于增加狀態(tài),主要以建設(shè)用地(597 hm2)與草地(689 hm2)的轉(zhuǎn)入為主;1998—2006年,耕地呈現(xiàn)東北-西南向擴(kuò)張,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為0.29,年變化率為4.34%,耕地處于準(zhǔn)平衡狀態(tài),以水域(892 hm2)的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)為草地(424 hm2)的雙向轉(zhuǎn)換為主;2006—2018年,耕地的分布越來越集中,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為0.27,年變化率為6.02%,呈現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)換,并處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)。

2.1.2 地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)綠洲耕地?cái)U(kuò)張過程

1958—2018年,蘭州灣鎮(zhèn)耕地迅速擴(kuò)張,面積由2394 hm2增加到13 292 hm2(圖1,表1)。其中,1958—1976年,耕地由鎮(zhèn)北部、中部、南部的部分區(qū)域不斷向中部延伸,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為1.00,主要以單向草地轉(zhuǎn)入為主,轉(zhuǎn)入面積為8508 hm2;1976—1987年,耕地向北擴(kuò)張,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為0.29,處于準(zhǔn)平衡狀態(tài),表明耕地以內(nèi)部地類轉(zhuǎn)換為主;1987—1998年,鎮(zhèn)中部的大片草地轉(zhuǎn)化為耕地,面積為2880 hm2,并向南部擴(kuò)張,其變化幅度為530.88%,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為0.97,表明耕地以單向轉(zhuǎn)化為主;1998—2006年,耕地面積仍以草地轉(zhuǎn)入為主,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為1.00,年變化率為0.06%,耕地處于極度不平衡狀態(tài);2006—2018年,北部呈條帶狀的耕地整合成了連片的耕地,趨勢與狀態(tài)指數(shù)為0.08,年變化率為0.15%,處于平衡狀態(tài)。

圖1和表1綜合分析表明,兩種不同經(jīng)營模式下不同時(shí)期土地利用過程表現(xiàn)出明顯的差異性。近60年144團(tuán)與蘭州灣鎮(zhèn)耕地變化的趨勢與狀態(tài)指數(shù)幾乎在0.5～1.0間,表明耕地多處于不平衡與極度不平衡狀態(tài),大多由草地單向轉(zhuǎn)換而來。其中,144團(tuán)1958—1998年以外部擴(kuò)張為主,而1998—2018年以內(nèi)部轉(zhuǎn)化為主,而蘭州灣鎮(zhèn)1976—1987年以內(nèi)部轉(zhuǎn)換為主,1998—2006年以單向轉(zhuǎn)換為主,其余與兵團(tuán)變化保持一致。上述中外部擴(kuò)張主要是在原有耕地的外圍進(jìn)行開荒造田,而內(nèi)部擴(kuò)張則是對原有耕地進(jìn)行整治,土壤進(jìn)行改良,撂荒地進(jìn)行收復(fù)。

表1 1958—2018年兵團(tuán)團(tuán)場(144團(tuán))和地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)(蘭州灣鎮(zhèn))土地利用變化特征Table 1 Characteristics of land use change in corps farm(Regiment 144)and local township(Lanzhouwan Town)from 1958 to 2018

2.2 綠洲耕地?cái)U(kuò)張的驅(qū)動(dòng)力分析

人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水利設(shè)施、政策是影響瑪納斯河流域耕地?cái)U(kuò)張的主要因素,而政策因素難以量化。因此本文在借鑒前人研究基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,從人口、經(jīng)濟(jì)、自然、科技水平等方面選取12個(gè)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析[23-25](表2)。

表2 兵團(tuán)團(tuán)場(144團(tuán))和地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)(蘭州灣鎮(zhèn))綠洲擴(kuò)張變化驅(qū)動(dòng)因素的典型相關(guān)系數(shù)Table 2 Canonical correlation coefficients of driving factors for the oasis expansion in corps farm(Regiment 144)and local township(Lanzhouwan Town)

1)人口增長與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。1976—2018年,石河子墾區(qū)人口由53.06萬增至67.68萬人,瑪納斯人口由8.90萬增至24.71萬人;石河子與瑪納斯人口與耕地面積之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.816、0.854,呈高度正相關(guān)關(guān)系。經(jīng)濟(jì)增長是導(dǎo)致耕地?cái)U(kuò)張的另一重要因素,1976年以來,石河子人均GDP由0.14萬元增長到7.61萬元,瑪納斯縣2000年開始人均GDP由1.06萬元增長到6.95萬元,兩地人均GDP也呈現(xiàn)增長趨勢,與耕地?cái)U(kuò)張的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.815、0.965。由此可見耕地?cái)U(kuò)張與人口、經(jīng)濟(jì)有著密切關(guān)系,這是因?yàn)槿丝诘目焖僭鲩L會帶來更大的糧食需求,流域以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主,經(jīng)濟(jì)增長得益于耕地不斷向周邊草地、林地、未利用地等地類擴(kuò)張。

2)農(nóng)地制度變革。1958—1976年兵團(tuán)推行包、定、獎(jiǎng)經(jīng)濟(jì)責(zé)任制,地方處于人民公社所有制階段,實(shí)行“一大二公”,屬于高度集中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式與平均分配制度(表3)。1976—1987年兵團(tuán)制度發(fā)生變革,職工自負(fù)盈虧,阻礙了職工生產(chǎn)積極性;地方農(nóng)戶可通過承包得到土地使用權(quán)與經(jīng)營權(quán),且1978年后流域處于零星開荒期,第一輪土地承包確權(quán)后,人均承包面積為0.4 hm2。1987—1998年土地的經(jīng)營權(quán)歸團(tuán)場與職工家庭,承包人收入,實(shí)行工資加效益工資,職工人均承包面積為1.33 hm2,此時(shí)政府也鼓勵(lì)個(gè)人和集體開墾荒地,兵團(tuán)出現(xiàn)了開荒熱,職工積極性大大提高[26];地方農(nóng)戶的土地承包期延長至30年不變,人均承包面積上升至0.53 hm2。1998—2006年兵團(tuán)土地使用權(quán)可以有償轉(zhuǎn)讓和調(diào)整,職工人均承包面積達(dá)1.67 hm2[27];地方農(nóng)地流轉(zhuǎn)規(guī)模加大,人均承包面積由1995年的0.67 hm2增長為0.8 hm2。2006—2018年兵團(tuán)與地方耕地均為主導(dǎo)地類,政府更加重視土地內(nèi)部整治,兵團(tuán)職工人均承包面積由2010年的2.33 hm2增至10 hm2,而地方承包權(quán)歸鑒定承包合同的農(nóng)民,經(jīng)營權(quán)歸土地流轉(zhuǎn)后負(fù)責(zé)經(jīng)營的人,石河子與瑪納斯人均承包地面積與耕地?cái)U(kuò)張的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.876、0.854,表明兵團(tuán)與地方不同時(shí)期農(nóng)地制度的變遷,會影響著土地的利用[28]。

表3 兵團(tuán)與地方農(nóng)地制度演變表Table 3 Evolution of corps and local farmland systems

3)水利設(shè)施變化的分析。水庫和灌渠一定程度上會改變水資源的空間利用格局(表4)[28]。結(jié)合耕地的空間變化規(guī)律發(fā)現(xiàn),1958—1976年,石河子庫容達(dá)22 510×104m3,瑪納斯庫容達(dá)11 630×104m3;水系長度增加595.68 km,灌溉方式為庫渠相結(jié)合,流域兵團(tuán)的水資源變得充足,因此該時(shí)期進(jìn)行大規(guī)模的開墾耕地[29]。1976—1987年,石河子與瑪納斯庫容量均有所增加,水系增長162.31 km,灌溉機(jī)井的大規(guī)模建設(shè)使用,水資源的使用不再局限于地表水,而是地表水與地下水相結(jié)合,灌溉方式轉(zhuǎn)化為溝渠、水庫與機(jī)井相結(jié)合,使得兵團(tuán)與地方中游耕地向水庫方向擴(kuò)張。1987—1998年,安集海二庫、夾河子等水庫建成,水資源的灌溉管理也得到加強(qiáng)。1998—2018年,灌溉方式由噴灌演化為滴灌,水資源利用效率得到進(jìn)一步優(yōu)化,耕地面積有所擴(kuò)張。水資源徑流量與耕地?cái)U(kuò)張的Pearson相關(guān)性系數(shù)分別為0.771與0.818,呈現(xiàn)顯著相關(guān),因此耕地在空間上的擴(kuò)張,一定程度上促進(jìn)了水庫、溝渠與機(jī)井的建立和灌溉方式的轉(zhuǎn)變,因此不同時(shí)期耕地?cái)U(kuò)張與水利設(shè)施有很高的相關(guān)性。

表4 兵團(tuán)與地方水利設(shè)施建成時(shí)間表Table 4 Construction schedule of water conservancy facilities in corp farm(Shihezi)and local county(Manas County)

4)管理水平的提升與科技應(yīng)用。管理水平的提高和科技的進(jìn)步能帶動(dòng)兵團(tuán)與地方資源高效開發(fā)利用。管理水平方面,1989年至今瑪納斯縣科研技術(shù)服務(wù)人員增加27 825名,石河子增加45 488名。團(tuán)鎮(zhèn)領(lǐng)導(dǎo)班子、機(jī)構(gòu)不斷健全,農(nóng)田科技人員數(shù)量的增加、學(xué)歷的提升,對耕地?cái)U(kuò)大、規(guī)?；?jīng)營有直接效應(yīng)。科技方面,主要表現(xiàn)為農(nóng)田地膜、節(jié)水技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械化的應(yīng)用水平的提高。20世紀(jì)70年代我國引進(jìn)塑料膜覆蓋技術(shù),并逐步向新疆推廣,地膜的使用彌補(bǔ)了水熱不足的缺陷,擴(kuò)大耕作范圍,提高作物產(chǎn)量[30]。1998年流域開始實(shí)行滴灌技術(shù),并不斷優(yōu)化,如軟管微灌技術(shù)、棉花滲灌技術(shù),使得農(nóng)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。1998—2018年,瑪納斯縣與石河子墾區(qū)的節(jié)水灌溉面積逐年增多,瑪納斯縣增加了580.00 km2,石河子墾區(qū)則增加了2353.33 km2。通過兵團(tuán)與地方節(jié)水灌溉面積與耕地?cái)U(kuò)張的Pearson相關(guān)性分析,系數(shù)分別0.959、0.958,具有顯著相關(guān)性。大農(nóng)機(jī)是新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特色。1987—2018年瑪納斯機(jī)械總動(dòng)力增加了39.38×104kW,石河子2001—2017年機(jī)械總動(dòng)力增加了39.80×104kW。石河子與瑪納斯機(jī)械總動(dòng)力與耕地?cái)U(kuò)張的Pearson相關(guān)系數(shù)具有較高相關(guān)性,這為兵團(tuán)與地方耕地?cái)U(kuò)張?zhí)峁┏渥愕膭?dòng)力支持。

綜上所述,綠洲耕地的擴(kuò)張與人口、經(jīng)濟(jì)有著必然聯(lián)系;兵團(tuán)與地方制度的變革一方面是為了適應(yīng)不同階段農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展的需要,另一方面是為了保持綠洲的穩(wěn)定性及合理有序發(fā)展[31];水資源利用方式變化在一定程度上影響著綠洲擴(kuò)張方向,一定規(guī)模的水資源只能孕育出一定規(guī)模的綠洲[32-33];先進(jìn)的科技與管理水平對綠洲擴(kuò)張具有根本的推動(dòng)作用。

2.3 兵團(tuán)與地方耕地?cái)U(kuò)張模型構(gòu)建

綠洲耕地的擴(kuò)張與人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水利設(shè)施有著必然聯(lián)系,利用石河子與瑪納斯縣的統(tǒng)計(jì)年鑒等資料,通過SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件,對標(biāo)準(zhǔn)化后的各驅(qū)動(dòng)因子和綠洲耕地?cái)U(kuò)張的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元逐步回歸分析,提取出核心驅(qū)動(dòng)因子[34-35]。石河子的核心驅(qū)動(dòng)因子為節(jié)水灌溉面積(X7)、水資源徑流量(X6)、農(nóng)牧業(yè)平均收入(X5)3個(gè)指標(biāo);瑪納斯縣的核心驅(qū)動(dòng)因子為人均GDP(X2)、農(nóng)牧業(yè)平均收入(X5)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值(X4)3個(gè)指標(biāo)。

兵團(tuán)綠洲擴(kuò)張與其核心驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)系可以表達(dá)為:

地方綠洲擴(kuò)張與其核心驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)系可以表達(dá)為:

兵團(tuán)地區(qū)節(jié)水灌溉面積和水資源徑流量主要體現(xiàn)在農(nóng)村水利基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,農(nóng)牧業(yè)平均收入也體現(xiàn)出兵團(tuán)地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,居民生活水平有較大改善。人均GDP、農(nóng)牧業(yè)平均收入、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值均能體現(xiàn)出地方的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,由此可見政府重視地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,有助于促進(jìn)地方綠洲擴(kuò)張。

2.4 綠洲耕地?cái)U(kuò)張的閾值和方向

綠洲規(guī)模過小,不能充分利用土地資源,會限制人們生活與生產(chǎn)發(fā)展的需要,而規(guī)模過大,則會導(dǎo)致水土資源的過度利用,影響流域生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性[36]。黃領(lǐng)梅等[37]指出人工綠洲不宜超過整個(gè)綠洲的85%;劉金鵬等[38]認(rèn)為人工與天然綠洲的適宜比例為1∶2;Yang等[22]提出瑪納斯河流域適宜的耕地規(guī)模占比應(yīng)為30%～40%,即2018年流域適宜耕地規(guī)模不超過2970.54 km2,而實(shí)際的耕地規(guī)模已達(dá)7665.24 km2,已經(jīng)遠(yuǎn)超適宜規(guī)模。如圖2所示,1958—2018年,瑪納斯河流域團(tuán)場與地方的耕地面積均呈增長態(tài)勢,其中,兵團(tuán)由352.67 km2增加到2532.42 km2;地方則由1219.68 km2增加到5132.82 km2,地方的耕地面積增加值遠(yuǎn)高于兵團(tuán)。綠洲由于“無限無序”式外部擴(kuò)張引發(fā)的生態(tài)安全隱患已經(jīng)凸顯,未來應(yīng)積極發(fā)展綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè),綠洲的擴(kuò)張模式應(yīng)以農(nóng)地內(nèi)部整合為主。

3 結(jié)論與政策建議

通過綠洲變化過程可以看出,瑪納斯河流域2個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)耕地面積均有大幅增加,其中144團(tuán)在1958—1976年快速增長,耕地逐步向中部擴(kuò)張;蘭州灣鎮(zhèn)在1987—1998年為快速增長時(shí)期,耕地在研究區(qū)廣泛分布。近60年兵團(tuán)與地方擴(kuò)張趨勢與狀態(tài)指數(shù)幾乎在0.5～1.0,表明兵團(tuán)與地方多處于不平衡與極度不平衡狀態(tài),以單向轉(zhuǎn)換為主,耕地的擴(kuò)張主要是由草地、林地轉(zhuǎn)化而來,這是流域兵團(tuán)地區(qū)與地方綠洲擴(kuò)張共有的特點(diǎn)。

通過綠洲變化原因可以看出,人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水利設(shè)施、政策的改善和提升是影響綠洲擴(kuò)張的重要原因。人類是影響土地利用結(jié)構(gòu)及其空間演變規(guī)律的動(dòng)力;綠洲以灌溉農(nóng)業(yè)的外向式經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主,GDP產(chǎn)值的增長和農(nóng)戶的增收客觀上需要耕地規(guī)模的擴(kuò)大化;兵團(tuán)與地方農(nóng)地制度的變革,維系著綠洲的穩(wěn)定性及合理有序發(fā)展;水資源利用方式變化在很大程度上影響著綠洲擴(kuò)張方向和規(guī)模;先進(jìn)的科技與管理水平對綠洲擴(kuò)張具有較強(qiáng)的推動(dòng)作用。各驅(qū)動(dòng)因素作用程度的強(qiáng)弱,導(dǎo)致兵團(tuán)和地方在綠洲不同時(shí)期擴(kuò)張的差異性和復(fù)雜性。通過多元逐步回歸分析得出,兵團(tuán)的核心驅(qū)動(dòng)因子作用大小為節(jié)水灌溉面積＞水資源徑流量＞農(nóng)牧業(yè)平均收入,地方的核心驅(qū)動(dòng)因子作用大小為人均GDP＞農(nóng)牧業(yè)平均收入＞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值。

隨著瑪納斯河流域耕地逐漸演化成為主要地類,林、草等地類不斷減少,景觀呈現(xiàn)單一化方向發(fā)展趨勢,綠洲耕地由于“無限無序”式外部擴(kuò)張引發(fā)的生態(tài)安全隱患已經(jīng)凸顯。所以該流域的兵團(tuán)與地方政府應(yīng)當(dāng)處理好現(xiàn)存耕地利用效率低和隨意擴(kuò)張引發(fā)的生態(tài)環(huán)境脆弱問題,將破碎化的土地利用模式逐漸轉(zhuǎn)化為集約、高效利用的模式,這也是促進(jìn)流域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。首先,流域的各級政府,要遵循“山水林田湖草生命共同體”的理念和建設(shè)要求,統(tǒng)籌推進(jìn)流域的綜合開發(fā);其次,加快構(gòu)建現(xiàn)代土地資源管理制度體系,嚴(yán)格審核各類土地開發(fā)項(xiàng)目,根據(jù)國土空間規(guī)劃的用地布局要求,科學(xué)劃定生態(tài)紅線,嚴(yán)格限定綠洲的擴(kuò)張規(guī)模,樹立“兵地一盤棋”的思想,促進(jìn)兵團(tuán)與地方的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化;再次,堅(jiān)持最嚴(yán)格水資源管理制度,“以水定地”,實(shí)現(xiàn)水資源高效利用,強(qiáng)化綠洲植被保護(hù),防控沙漠化對綠洲的威脅;最后,應(yīng)推行土壤退化治理與土地整治相結(jié)合,推進(jìn)土地鹽漠化綜合治理,提高土地利用效率和潛力,從而實(shí)現(xiàn)綠洲耕地的數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)三位一體保護(hù)。