西北内陆干旱区指我国西北内陆年降水量低于400 mm的地区, 包括新疆全境, 青海、甘肃和宁夏的大部分及陕西西北部, 总面积为1.945× 10⁶ km², 占全国干旱半干旱区总面积的38.3%。该区河流除长江、黄河水系与额尔齐斯河等河流属于外流河外, 其他河流均为内陆河。内陆河流具有径流量小、流程短的特征, 其补给方式主要为积雪、冰川融化、雨水与地下水补给^[1]。其中, 多数内陆河流流经沙漠、戈壁等荒漠地区, 最终消失于沙漠或在山间盆地潴水成湖^[2], 如塔里木河、黑河等, 这些流经沙漠的内陆河沿岸地区由于水分条件优于周边荒漠, 形成了景观上显著区别于周边荒漠的景观。这种沿河流两岸狭长的带状分布区域称为河流绿色走廊。河流绿色走廊是西部内陆干旱区的生命线之一, 对于维护西部干旱区脆弱生态系统的稳定具有重要意义。湿地作为西北内陆干旱区河流绿色走廊内重要的景观类型, 在涵养水源、调节气候、维持生物多样性等方面具有重要作用^[3]。流经塔克拉玛干沙漠的车尔臣河的绿色走廊与叶尔羌河、和田河、若羌河及塔里木河有着相似的景观格局, 开展对车尔臣河下游绿色走廊湿地景观格局变化及生态效应的研究, 可为其他干旱区内陆河流绿色走廊湿地景观格局的研究提供借鉴, 对查明该区湿地景观格局变化产生的生态效应具有重要意义。

车尔臣河发源于昆仑山北坡的木孜塔格峰至尾闾台特玛湖, 全长846 km。作为塔里木盆地东南缘年径流量最大的河流, 年均来水量8.03亿m³, 主要为且末和若羌两县的农作物、生态林及草场提供水源, 与塔里木河共同维系着塔克拉玛干沙漠东部的绿色长廊, 在维护区域生态平衡、生态环境安全和生物多样性等方面发挥着巨大作用。车尔臣河与塔里木河有着共同的尾闾台特玛湖, 但现在车尔臣河在正常年份水量难以汇至台特玛湖, 在距台特玛湖西部30 km处的沙丘间潴水成湖, 面积约200 km²。经2009年9月现场实地考察, 台特玛湖现在已经干涸, 湖底裸露, 零星分布有少量以骆驼刺、红柳和芦苇为主的荒漠植被。近年来, 国内外已经开展了很多关于湿地景观格局变化的研究, 但对干旱区河流湿地的研究开展较少^[4], 而且当前湿地景观格局变化研究也主要侧重于受人类活动影响较为严重的平原地区和海岸带, 而对干旱、半干旱地区河流绿色走廊范围内的湿地变化研究尚处在初始阶段 ^{[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]}。在地表景观变化与生态响应机制方面, 主要集中在森林、草地及农田等生态系统与全球环境变化的关系上, 而在涉及湿地景观变化对区域和全球环境变化的影响等方面的研究, 尤其对河流绿色走廊内湿地景观变化引起的生态效应, 未见报道^[15]。

本文通过“ 3S” 技术, 对车尔臣河下游河流绿色走廊近30多年来的景观格局变化及其生态效应进行分析, 查明该区景观格局的具体变化特征及其产生的生态效应, 进而为我国西北内陆干旱区河流绿色走廊湿地的保护与恢复提供理论支持。

选取且末县城南至台特玛湖段的车尔臣河绿色走廊为主体。走廊边界以绿色区域与沙丘的过渡区为界, 面积为5 047.87 km², 为冲积平原地貌, 土壤类型主要为风沙土、胡杨林土和沼泽土。调查区属极端干旱的大陆性气候区, 年均降水量25 mm, 蒸发量2 500 mm; 平均气温10.1℃, 极端最低温度-26.4℃, 极端最高气温41.3℃, 年平均无霜期为165 d, 日较差最大可达24℃; 全年太阳总辐射量为119.2 kcal/cm³; 常年主风向为东北风, 7级以上大风天气日10 d左右。自然植被类型主要为胡杨林、红柳、梭梭、芦苇及骆驼刺等。

在近32 a间, 车尔臣河下游湿地总体呈减小趋势。其中, 湖泊湿地与河流湿地由于与上游来水量密切相关, 而车尔臣河水量较为稳定, 因此, 河流湿地变化幅度较小, 湖泊湿地呈增大趋势。但沼泽湿地退化程度较为严重, 在32 a间持续萎缩。景观格局的这种变化对当地生态环境的演化产生了重要影响。主要表现在以下几个方面:

(1)湿地退化加剧了走廊内的荒漠化问题。车尔臣河绿色走廊被塔克拉玛干沙漠包围, 风沙活动剧烈, 生态环境极为脆弱, 而湿地具有涵养水源、防止沙化的重要功能。湿地面积的锐减, 使该区的沙质荒漠化与盐渍化问题变得更加严重。该区湿地的一般退化模式为湿地— 草原— 荒漠, 而沼泽湿地主要演化方式为湿地— 耕地— 荒漠, 湿地退化成草原后面临沙质荒漠化的威胁, 而退化成耕地后同时还面临着次生盐渍化的威胁。尾闾台特玛湖周边荒漠化问题最为严重, 湖泊干涸后, 湖盆裸露, 表层土壤板结、盐渍化程度极高; 同时, 粘土质湖积物又为沙质荒漠化的发生提供了丰富的沙源物质。现在在湖盆上已经形成了规模较大、流动性较强的沙丘。

(2)湿地退化导致走廊内生物多样性降低。走廊内湿地植被群落的建群种为芦苇, 个体高度一般2.5~3 m, 伴生种有苔草、莎草等。植被覆盖度大于80%, 主要分布于车尔臣河古河道及其周边的河漫滩和湿地外围分布有胡杨林、红柳及梭梭等荒漠植被。湿地退化导致湿地植被群落结构发生变化, 在湿地与荒漠过渡地区, 以芦苇为优势植被种群的植被群落向芦苇、红柳、骆驼刺混生的荒漠植被群落转变, 并且这种转变方式逐步向湿地内部发展。湿地退化区域芦苇长势由原来的2.5~3 m退化成小于1 m, 植被覆盖度降至30%以下, 湿地下垫面沙化严重, 周边大量胡杨林由于水分缺乏, 导致干枯死亡。原来在湿地中生存的野猪、狼、麝鼠、天鹅与野鸭等野生动物现在已经消失。

(3)车尔臣河在一定程度上保证了流域内农业与生态需水需求。其水量主要来源于冰川融水与稳定泉水补给, 随着全球气候变暖, 每年夏秋季节水量较大, 在距台特玛湖30 km处形成新的尾闾湖。近30余年间, 河流湿地减小幅度很小, 而湖泊湿地增大幅度较大, 这种趋势不仅保证了沿线灌溉用水的需求, 同时使沿岸地下水得到补充, 在一定程度上保证了河道沿线沼泽湿地的水分需求, 有利于湿地植被的恢复, 对于改善走廊内的生态环境、改良局部小气候具有重要意义。

(1)1975~2000年, 湿地面积从543.89 km²增加至558.01 km², 斑块数从52块增加至163块, 斑块平均面积减小了3倍; 从2000~2007年, 湿地面积从558.01 km²减小到349.99 km², 斑块数从163块减少至137块。近30余年间, 湿地总体呈减小趋势。

(2)车尔臣河下游湿地景观空间结构以大斑块为主体, 主要呈聚集型分散状分布。湿地景观构成中主要以河流、湖泊与沼泽湿地为主。1975~2000年间走廊内湿地居支配地位的主要为沼泽湿地, 而在2000~2007年间, 湖泊湿地居支配地位。

(3)近30余年间, 车尔臣河下游湿地景观的多样性减小、优势度增大、破碎化程度增大。表明各种湿地景观类型的差异增大、存在居支配地位的景观类型, 湿地景观的破碎化程度持续增大。

(4)在湿地景观斑块动态分析中, 除湖泊湿地面积呈增大趋势外, 河流湿地与沼泽湿地面积均减小, 其中, 沼泽湿地减小幅度最大, 斑块形状趋于复杂, 景观的稳定性降低。

(5)景观格局的变化对走廊内的生态环境产生了重要影响。沼泽湿地的退化在绿洲内部与边缘地区加速了当地荒漠化问题的发生, 产生了一系列生物种群数量下降、环境恶化的生态环境问题, 而河流湿地的相对稳定与湖泊湿地持续增大, 在一定程度上保证了河流沿线农业与生态需水要求, 对维持河流走廊生态系统的相对稳定具有重要意义。

实践表明, 西北干旱内陆河流绿色走廊湿地处于水陆交错带, 发挥着巨大的生态服务功能, 与人类的生存发展息息相关, 且受人类活动和气候变化的影响显著。湿地景观格局是各种生态过程综合作用的结果, 对景观结构和功能有着重要影响, 其格局的变化必定会带来显著的区域生态效应。从湿地景观格局的变化的角度来研究西部内陆干旱区河流绿色走廊的生态问题, 将定性分析与定量理解结合起来, 有利于快速查明区域景观格局变化产生的生态问题, 为开展湿地保护等相关工作提供理论支持。