近50年基于農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的新疆綠洲農(nóng)田蒸散發(fā)時(shí)空變化分析

　　摘要：基于農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確估算綠洲農(nóng)田蒸散發(fā)，對西北干旱區(qū)水土資源優(yōu)化配置和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展有重要意義。利用1960-2010年縣級農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和基于遙感提取的綠洲耕地分布數(shù)據(jù)，產(chǎn)生逐年的新疆綠洲三種農(nóng)作物（棉花 、小麥 、玉米 ）種植比例時(shí)空分布數(shù)據(jù)集 ，并在此基礎(chǔ)上利用Penman-Monteith單作物系數(shù)法估算農(nóng)作物蒸散發(fā)。結(jié)果表明：1960-2010年全疆綠洲耕地面積持續(xù)增加，糧食作物占優(yōu)勢的單一種植結(jié)構(gòu)類型已被經(jīng)濟(jì)作物替代，形成南疆棉花快速增加、北疆小麥快速減少的種植格局。近50年全疆三種農(nóng)作物總蒸散發(fā)量增加了47.85%，棉花貢獻(xiàn)率最高，其次為玉米，小麥最低。耕地面積和結(jié)構(gòu)變化對綠洲農(nóng)作物蒸散發(fā)時(shí)空分布和組成結(jié)構(gòu)變化具有重要影響。

　　關(guān)鍵詞：種植結(jié)構(gòu)；蒸散發(fā)； 綠洲農(nóng)田；新疆

　　1引言

　　農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)指一個(gè)地區(qū)或生產(chǎn)單位的農(nóng)作物組成與布局[1]，是土地利用/土地覆被（簡稱LULC）的具體表現(xiàn)形式和結(jié)果。由于不同農(nóng)作物單位面積蒸散發(fā)（Evapotrans-piration，ET）不同 ，種植結(jié)構(gòu)變化會影響農(nóng)田ET時(shí)空分布以及總蒸散發(fā)組成（Totalevapotranspiration, TET）的變化 。目前 ，灌溉面積占農(nóng)業(yè)總面積39%[2]，灌溉用水量占農(nóng)業(yè)用水總量90%[3]?；谵r(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的農(nóng)田ET時(shí)空分布變化研究可準(zhǔn)確估算農(nóng)田實(shí)際耗水量，對于農(nóng)業(yè)水資源合理利用和分配有重要意義。

　　2.研究方法與數(shù)據(jù)來源

　　2.1研究區(qū)概況

　　新疆地形呈“三山夾兩盆”的格局 ，綠洲位于盆地和山區(qū)之間。隨著灌溉技術(shù)的不斷改進(jìn) ，過去水土資源條件較差的戈壁、荒漠地區(qū)逐漸被開墾為新的耕地。綠洲范圍從以前的山前沖積平原和河谷兩岸不斷向荒漠深處擴(kuò)展，從而形成大量依靠地表水或地下水灌溉的人工綠洲農(nóng)田區(qū)[21]。受地形影響，新疆大部分地區(qū)為典型的溫帶大陸性干旱氣候。多年平均太陽總輻射量達(dá)5440~6280MJ/m2，平均日照時(shí)數(shù)達(dá)2500~3400h/yr； 平均溫度為7.9°C/yr，≥10°C平均積溫為1600~4500°C；平均降水量為150 mm/yr，蒸發(fā)量高達(dá)1750~2700mm/yr。

　　2.2數(shù)據(jù)來源

　　主要數(shù)據(jù)來源如表1所示 ：1444

　?。?）縣級農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。1988年之前全疆縣級農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括9個(gè)代表年份的總農(nóng)作物、小麥 、玉米和棉花種植面積及縣級總農(nóng)作物和糧食作物種植面積數(shù)據(jù)。1988-2013逐年的新疆縣級和兵團(tuán)的農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括總農(nóng)作物、小麥 、玉米和棉花種植面積。由于新疆部分縣（市）被撤銷或者合并造成縣級行政邊界有所變更，以2014年基礎(chǔ)地理信息中心發(fā)布的新疆縣級行政邊界為基礎(chǔ)，整理了86個(gè)（包括兵團(tuán) ）縣級農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)單元。

　?。?）耕地空間分布數(shù)據(jù)。利用新疆LULC數(shù)據(jù)產(chǎn)品，提取6期全疆耕地面積空間分布數(shù)據(jù)。

　　3結(jié)果分析

　　3.1 1960-2010年新疆主要農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)時(shí)空變化特征

　　如圖2所示 ，全疆三種主要農(nóng)作物占總農(nóng)作物面積比例從20世紀(jì)60年代的53.18%增加到21世紀(jì)初10年的62.07%，增幅為8.81%，目前 ，全疆已從由糧食生產(chǎn)為主的單一種植結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐越?jīng)濟(jì)作物（棉花 ）為主的種植結(jié)構(gòu)格局。20世紀(jì)60- 80年代 ，全疆三種主要農(nóng)作物種植比例較為穩(wěn)定，其中小麥占主要的組成部分（36.17%~36.87%）； 其次為玉米 （13.69%~14.16%）； 棉花種植比例最低（3.16%~6.07%）。20世紀(jì)90年代以后，全疆小麥和棉花的種植比例分別呈顯著降低和升高趨勢，而玉米種植比例略有減少。21世紀(jì)初10年棉花替代小麥，成為最主要的農(nóng)作種植類型（28.65%）， 其次為 小 麥（22.16%）， 玉 米 最 低（11.26%）。

　　3.2 1960-2010年主要農(nóng)作物TET的時(shí)空變化特征分析

　　如圖4所示 ，全疆三種主要農(nóng)作物TET之和從20世紀(jì)60年代 的321.83×108m3增加到21世紀(jì)初10年的475.81×108m3。近50年來 ，全疆三種農(nóng)作物TET中最主要的組成部分由小麥 （59.12%）轉(zhuǎn)變?yōu)?棉花（52.55%）。 全疆小麥TET呈先增加后減小的趨勢 ，20世紀(jì)70年代達(dá)到最高（236.31×108m3）， 隨后減少至2000年以后為最低（137.59×108m3）。相比 小麥TET快速減少，玉米TET減少平緩，從20世紀(jì)70年代的高峰111.29×108m3，減少到2000年以后 的88.16×108m3。與此同時(shí)，棉花TET呈持續(xù)增加趨勢，從20世紀(jì)60年代的29.01×108m3，增加到250.02×108m3。

　　4.討論

　　水資源一直是新疆綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展的最主要限制條件。全疆綠洲農(nóng)業(yè)用水量占可利用水資源總量90%，且農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)和分布規(guī)律與耕地面積和種植結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。一般研究認(rèn)為，耕地面積和種植結(jié)構(gòu)演變是政策、市場供求、經(jīng)濟(jì)效益、人口增長、氣候變化等多重因素綜合作用的結(jié)果，目前較難進(jìn)行驅(qū)動因素的定量化分析。本文從氣候變化、灌溉技術(shù)改進(jìn)、以及市場經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面開展定性分析。

　　5.結(jié)論

　?。?）1960-2010年新疆綠洲農(nóng)田持續(xù)擴(kuò)張，且主要農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。以棉花為代表的經(jīng)濟(jì)作物代替以小麥和玉米為代表的糧食作物，成為全疆綠洲區(qū)的優(yōu)勢農(nóng)作物種植類型。全疆有72.2%的流域棉花種植比例表現(xiàn)為上升趨勢；相反分別有77.8%和55.6%的流域小麥和玉米種植比例呈下降趨勢。1960-2010年，北疆地區(qū)小麥平均種植比例減少速率高于南疆地區(qū)，而南疆地區(qū)棉花平均種植比例增加速率高于北疆地區(qū)，南北疆地區(qū)玉米平均種植比例變化率均保持穩(wěn)定。棉花種植比例顯著增加的流域主要分布在塔里木盆地的干游流域（TLM）、 阿克蘇流域（AKS）， 以及天山北坡的艾比湖流（ABH）和瑪納斯流域（MNS）。 小麥種植比例明顯減少的流域主要分布在艾丁湖流域（AD）、哈密流域（HM）以及額敏河流域（EM）。（2）1960-2010年全疆綠洲農(nóng)田區(qū)三種主要農(nóng)作物TET之和呈增加趨勢，增加了47.85%。其中 ，全疆棉花TET增幅最大（124.3%）， 其次為玉米TET（46.9%）， 小麥TET增幅最低（15.1%）。 在全疆農(nóng)作物種植面積增加的情況下，棉花種植比例增加使棉花TET對全疆主要農(nóng)作物總耗水量增加的貢獻(xiàn)最大，而小麥種植比例減少使得小麥TET對總耗水量增加的貢獻(xiàn)最低。進(jìn)入21世紀(jì) ，棉花代替小麥成為最重要的農(nóng)田耗水組成部分，也代表新疆農(nóng)業(yè)耗水結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從糧食作物轉(zhuǎn)移到經(jīng)濟(jì)作物。可見 ，全疆綠洲農(nóng)田區(qū)種植面積和結(jié)構(gòu)變化對農(nóng)作物耗水時(shí)空分布和總耗水量組成變化具有重要影響。

　　參考文獻(xiàn)(References)

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　　呂娜娜1,2，白 潔1，常 存1，李均力1，羅格平1，吳世新1，丁建麗2

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