气候变化与人类活动影响下的塔里木河流域水土资源利用研究

【摘要】：水土资源作为人类赖以生存和发展的基础自然资源,是支撑国民经济、社会可持续发展的重要条件。在水土资源的规划和利用过程中,人类更多偏重于经济增长,而忽视了水土资源自身的生态平衡,造成了一系列的生态环境问题。在陆地生态系统中,全球碳库的时空分布与下垫面的土地利用类型密切相关,其中土壤有机碳的固存对于维持生态系统的碳平衡至关重要。作为我国最大的内陆河流域,塔里木河地区可利用的水土资源有限,水源主要依靠高山冰雪融水和大气降水,盐碱土和砂性土分布较为广泛。由于气候变化和人类活动的作用,流域内宝贵且脆弱的水土资源受到了极大的影响,如何合理利用水土资源实现人-水土-生态的协调发展,已成为流域可持续发展的核心。因此,本研究利用遥感技术和统计方法,结合水文、气象、土壤和社会经济等数据,探究在社会快速发展和全球变暖的背景下,塔里木河内陆生态系统的土地利用变化对土壤有机碳源汇的影响,评估潜在退化土壤类型,得出流域水土利用现状和存在的问题,并就可持续发展的水土利用对策进行了讨论。本文的主要结论是:1.近二十年流域年均温和年降水逐渐增加,分别增加0.86℃和30 mm。由于塔里木河流域内人口、经济的发展,上游和中游的年平均耗水量占主河道输入径流的87%。随着上游地区农业节水灌溉,径流消耗量呈下降趋势;2009–2017年中游地区径流消耗量迅速增加,产业结构正在从第一产业向第二和第三产业转变。2.随着草地面积的减少,流域的耕地和林地面积增加。耕地面积的增加主要来自草地(54%)、林地(32%)和未利用用地(14%),其中主要土壤类型是黑土、盐土和冲积土(84%);转为林地的主要土壤类型是冲积土、黑土、砂性土和盐土(98%);从草地转到其他土地利用类型主要土壤类型是砂性土、冲积土和黑土(85%)。3.塔里木河流域作为一个碳源,土壤有机碳损失了9.83 Tg(耕地增加8.04 Tg,林地增加0.06 Tg,草地减少17.93 Tg)。耕地土壤有机碳的增加,5.04 Tg来自草地(其土壤有机碳储量变化效率SOCE为3.76 kg C m~(-2)),2.9 Tg来自林地(SOCE 3.68 kg C m~(-2));从草地向林地转换,土壤有机碳减少8.66 Tg(SOCE 3.35 kg C m~(-2)),而林地自身只固存了0.06 Tg。因此为提高土壤有机碳储量,应减少草地向耕地和林地转化。4.土地利用变化影响了当地的生态环境。沿河耕地增加298 km~2,沙漠化向绿洲推进,过渡带草地减少950 km~2。由于流域的自然植被(601 km~2)增加,从2014年至2018年上游(62–27μg m~(-3))和中游(48–17μg m~(-3))的空气质量(PM_(2.5),即空气中能反映环境质量的细颗粒物)有所改善。自2000年塔里木河实施生态水输水工程,下游的水域面积增加了5%。但由于扩大了耕地面积和盐土的洗盐种植作物,2012–2017年上游地区(-3.12到-2.33 m)和中游地区(-1.84到-1.71 m)的月平均地下水位上升;2009-2017年,下游地区(-7到-2.84 m)的年平均地下水位上升。综上所述,实施节水策略和生态输水有助于恢复塔里木河地区的生态环境,优化产业结构(第一产业向第二、三产业转换),退耕还草还林(尤其在沿岸和荒漠过渡带生态脆弱区)和减少从草地到林地和耕地的土地利用转换(主要土壤类型:冲积土、黑土和盐土),可以增加土壤有机碳储量,保持塔里木河流域水土的可持续性。以上发展策略对全球具有同类水土问题的内陆河流域水土管理具有参考和借鉴意义。