近50年基于农作物种植结构的新疆绿洲农田蒸散发时空变化分析

　　摘要：基于农作物种植结构准确估算绿洲农田蒸散发，对西北干旱区水土资源优化配置和生态环境可持续发展有重要意义。利用1960-2010年县级农业统计数据和基于遥感提取的绿洲耕地分布数据，产生逐年的新疆绿洲三种农作物（棉花 、小麦 、玉米 ）种植比例时空分布数据集 ，并在此基础上利用Penman-Monteith单作物系数法估算农作物蒸散发。结果表明：1960-2010年全疆绿洲耕地面积持续增加，粮食作物占优势的单一种植结构类型已被经济作物替代，形成南疆棉花快速增加、北疆小麦快速减少的种植格局。近50年全疆三种农作物总蒸散发量增加了47.85%，棉花贡献率最高，其次为玉米，小麦最低。耕地面积和结构变化对绿洲农作物蒸散发时空分布和组成结构变化具有重要影响。

　　关键词：种植结构；蒸散发； 绿洲农田；新疆

　　1引言

　　农作物种植结构指一个地区或生产单位的农作物组成与布局[1]，是土地利用/土地覆被（简称LULC）的具体表现形式和结果。由于不同农作物单位面积蒸散发（Evapotrans-piration，ET）不同 ，种植结构变化会影响农田ET时空分布以及总蒸散发组成（Totalevapotranspiration, TET）的变化 。目前 ，灌溉面积占农业总面积39%[2]，灌溉用水量占农业用水总量90%[3]。基于农作物种植结构的农田ET时空分布变化研究可准确估算农田实际耗水量，对于农业水资源合理利用和分配有重要意义。

　　2.研究方法与数据来源

　　2.1研究区概况

　　新疆地形呈“三山夹两盆”的格局 ，绿洲位于盆地和山区之间。随着灌溉技术的不断改进 ，过去水土资源条件较差的戈壁、荒漠地区逐渐被开垦为新的耕地。绿洲范围从以前的山前冲积平原和河谷两岸不断向荒漠深处扩展，从而形成大量依靠地表水或地下水灌溉的人工绿洲农田区[21]。受地形影响，新疆大部分地区为典型的温带大陆性干旱气候。多年平均太阳总辐射量达5440~6280MJ/m2，平均日照时数达2500~3400h/yr； 平均温度为7.9°C/yr，≥10°C平均积温为1600~4500°C；平均降水量为150 mm/yr，蒸发量高达1750~2700mm/yr。

　　2.2数据来源

　　主要数据来源如表1所示 ：1444

　　（1）县级农业统计数据。1988年之前全疆县级农业统计数据，包括9个代表年份的总农作物、小麦 、玉米和棉花种植面积及县级总农作物和粮食作物种植面积数据。1988-2013逐年的新疆县级和兵团的农业统计数据，包括总农作物、小麦 、玉米和棉花种植面积。由于新疆部分县（市）被撤销或者合并造成县级行政边界有所变更，以2014年基础地理信息中心发布的新疆县级行政边界为基础，整理了86个（包括兵团 ）县级农业数据统计单元。

　　（2）耕地空间分布数据。利用新疆LULC数据产品，提取6期全疆耕地面积空间分布数据。

　　3结果分析

　　3.1 1960-2010年新疆主要农作物种植结构时空变化特征

　　如图2所示 ，全疆三种主要农作物占总农作物面积比例从20世纪60年代的53.18%增加到21世纪初10年的62.07%，增幅为8.81%，目前 ，全疆已从由粮食生产为主的单一种植结构转变为以经济作物（棉花 ）为主的种植结构格局。20世纪60- 80年代 ，全疆三种主要农作物种植比例较为稳定，其中小麦占主要的组成部分（36.17%~36.87%）； 其次为玉米 （13.69%~14.16%）； 棉花种植比例最低（3.16%~6.07%）。20世纪90年代以后，全疆小麦和棉花的种植比例分别呈显著降低和升高趋势，而玉米种植比例略有减少。21世纪初10年棉花替代小麦，成为最主要的农作种植类型（28.65%）， 其次为 小 麦（22.16%）， 玉 米 最 低（11.26%）。

　　3.2 1960-2010年主要农作物TET的时空变化特征分析

　　如图4所示 ，全疆三种主要农作物TET之和从20世纪60年代 的321.83×108m3增加到21世纪初10年的475.81×108m3。近50年来 ，全疆三种农作物TET中最主要的组成部分由小麦 （59.12%）转变为 棉花（52.55%）。 全疆小麦TET呈先增加后减小的趋势 ，20世纪70年代达到最高（236.31×108m3）， 随后减少至2000年以后为最低（137.59×108m3）。相比 小麦TET快速减少，玉米TET减少平缓，从20世纪70年代的高峰111.29×108m3，减少到2000年以后 的88.16×108m3。与此同时，棉花TET呈持续增加趋势，从20世纪60年代的29.01×108m3，增加到250.02×108m3。

　　4.讨论

　　水资源一直是新疆绿洲农业发展的最主要限制条件。全疆绿洲农业用水量占可利用水资源总量90%，且农业用水结构和分布规律与耕地面积和种植结构有密切关系。一般研究认为，耕地面积和种植结构演变是政策、市场供求、经济效益、人口增长、气候变化等多重因素综合作用的结果，目前较难进行驱动因素的定量化分析。本文从气候变化、灌溉技术改进、以及市场经济三个方面开展定性分析。

　　5.结论

　　（1）1960-2010年新疆绿洲农田持续扩张，且主要农作物种植结构发生显著变化。以棉花为代表的经济作物代替以小麦和玉米为代表的粮食作物，成为全疆绿洲区的优势农作物种植类型。全疆有72.2%的流域棉花种植比例表现为上升趋势；相反分别有77.8%和55.6%的流域小麦和玉米种植比例呈下降趋势。1960-2010年，北疆地区小麦平均种植比例减少速率高于南疆地区，而南疆地区棉花平均种植比例增加速率高于北疆地区，南北疆地区玉米平均种植比例变化率均保持稳定。棉花种植比例显著增加的流域主要分布在塔里木盆地的干游流域（TLM）、 阿克苏流域（AKS）， 以及天山北坡的艾比湖流（ABH）和玛纳斯流域（MNS）。 小麦种植比例明显减少的流域主要分布在艾丁湖流域（AD）、哈密流域（HM）以及额敏河流域（EM）。（2）1960-2010年全疆绿洲农田区三种主要农作物TET之和呈增加趋势，增加了47.85%。其中 ，全疆棉花TET增幅最大（124.3%）， 其次为玉米TET（46.9%）， 小麦TET增幅最低（15.1%）。 在全疆农作物种植面积增加的情况下，棉花种植比例增加使棉花TET对全疆主要农作物总耗水量增加的贡献最大，而小麦种植比例减少使得小麦TET对总耗水量增加的贡献最低。进入21世纪 ，棉花代替小麦成为最重要的农田耗水组成部分，也代表新疆农业耗水结构发生改变，从粮食作物转移到经济作物。可见 ，全疆绿洲农田区种植面积和结构变化对农作物耗水时空分布和总耗水量组成变化具有重要影响。

　　参考文献(References)

　　[ 1 ]唐华俊,吴文斌,杨鹏,等.农作物空间格局遥感监测研究进展.农业科学,2010,43(14):2879-2888. [Tang Hua-jun, Wu Wenbin, Yang Peng, et al. Recent progresses in monitoring crop spatial patterns by using remote sensing tech-nologies. Scientia Agricultural Sinica,2010,43(14):2879-2888.]

　　[ 2 ]统计局.统计年鉴.北京:统计出版社,2014. [National Bureau of Statistics of the Peo-ple's Republic of China. China Statistical Yearbook. Beijing: China Statistics Press,2014.]

　　[ 3 ]高明杰,罗其友.水资源约束地区种植结构优化研究:以华北地区为例.自然资源学报,2008,23(2):204- 210. [GaoMingjie, Luo Qiyou. Study on cropping structure optimization in region short of water: A case study of North China.Journal of Natural Resources,2008,23(2):204-210.

　　吕娜娜1,2，白 洁1，常 存1，李均力1，罗格平1，吴世新1，丁建丽2

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