中國網/中國發展門戶網訊 中國西北乾旱區系指賀蘭山—烏鞘嶺以西，祁連山–昆侖山以北，包括新疆和河西走廊地區的廣大西北內陸乾旱區，約占中國國土面積的1/4（圖1）；該區域以山地、荒漠為主體，荒漠、戈壁面積約占全國的80%。西北乾旱區遠離海洋，氣候乾燥，降水稀少，多年平均降水量約為156.36 mm；其中，南疆塔里木盆地的多年平均降水僅為74.2 mm。西北乾旱區是我國資源型缺水最嚴重的區域，水資源總量約995.57×108 m3，僅占全國的3.46％，是世界上最乾旱的地區之一。同時，西北乾旱區還存在工程型缺水、結構型缺水和管理型缺水，水資源短缺是制約西北乾旱區社會經濟發展的最關鍵自然因素。
西北乾旱區以山、盆相間的地貌格局、山地-綠洲-荒漠複合生態系統為基本特點，水是連接山地-綠洲-荒漠三大生態系統的紐帶。山區降水較豐沛，並發育有大面積現代冰川，冰川融水約占西北乾旱區地表總徑流的25%以上，在河川徑流構成和穩定方面起著舉足輕重的作用；平原區以荒漠為主體，氣候乾旱，植被稀疏，生態環境極端脆弱，生產、生活、生態用水矛盾突出；人工綠洲面積不足10%，但承載了約98%的人口並生產了95%的國內生產總值（GDP），是西北乾旱區人類活動和經濟社會發展的主要載體。
全球變暖對西北乾旱區水資源和生態系統產生了重要影響。氣候變化引起的山區冰川/積雪變化和水迴圈過程改變，加劇了西北乾旱區關鍵水文要素變率和水資源供給的不確定性，導致西北乾旱區綠洲經濟與荒漠生態兩大系統的水資源矛盾更加突出。如何實現西北乾旱區水-經濟-生態協同發展，保障區域水、生態安全，是“絲綢之路經濟帶”建設的關鍵所在。本文基於野外實地調查及國家公開發佈的公報資料，系統分析了西北乾旱區水資源與生態環境基本特徵，揭示了氣候變化背景下西北乾旱區冰川、積雪水資源潛力，探討了水資源承載力及供需水風險，提出了水資源可持續利用和生態環境保護建議，旨在為推進綠色“絲綢之路經濟帶”建設、實現區域經濟社會高品質發展提供科技支撐。
西北乾旱區水資源與生態環境變化
氣候要素變化
氣溫、降水變化。西北乾旱區氣候水文要素對氣候變化回應十分敏感。基於西北乾旱區123個氣象觀測站資料分析，1960—2020年，西北乾旱區的氣溫整體呈上升趨勢，並且上升速率明顯高於全國（0.25℃/10年—0.29℃/10年）和全球平均水準（0.13℃/10年）。尤其在1998年，西北乾旱區出現了“躍動式”升溫，年平均氣溫由1960—1997年的7.50℃，升高至1998—2021年的8.63℃（圖2），升溫後較升溫前的平均氣溫升高了1.13℃。與此同時，西北乾旱區的降水量也以9.32 mm/10年的速率呈明顯增加趨勢，約96%的網站（118個）降水量呈增加變化，僅有5個網站的降水量呈下降變化，且降水變化速率具有明顯的空間差異性；其中，北疆地區的降水增加量明顯高於南疆和河西走廊地區（圖3）。北疆降水量以11.26 mm/10年的速率增加，南疆和河西走廊地區降水量的增加速率分別為7.47 mm/10年和7.7 mm/10年。
潛在蒸散發變化。氣溫升高導致西北乾旱區蒸發能力加大。1960—2020年，西北乾旱區潛在蒸散發量變化趨勢表現為先下降後上升的趨勢（圖4），以1993年為轉捩點，由之前的下降趨勢（﹣22.47 mm/10年）逆轉為上升趨勢（45.47 mm/10年）。在123個網站中，1993年以前約有93.5%的網站呈下降趨勢，6.50%的網站呈上升趨勢，而在1993年之後，約有14.60%的網站呈下降趨勢，85.40%的網站呈上升趨勢。就不同區域來看，南疆地區潛在蒸散發量變化速率最為顯著。1993年以前，南疆地區潛在蒸散發量下降速率最快，約以﹣41.66 mm/10年的速率下降；河西走廊地區次之，約以﹣23.06 mm/10年的速率下降；北疆地區潛在蒸散發量下降速率最慢，約為﹣5.48mm/10年。在1993年之後，仍以南疆地區變化速率最顯著，南疆地區潛在蒸散發量以56.68 mm/10年的速率逆轉為上升趨勢；河西走廊地區次之，約以45.54 mm/10年的速率上升，北疆地區潛在蒸散發量上升速率最慢，約為34.39 mm/10年。
水文和水資源變化
西北乾旱區水資源的形成、轉化及水迴圈過程獨特，水資源形成區與消耗利用區相互分離，水資源形成於山區，消耗於綠洲及荒漠區。水資源構成多元，由高山區的冰川積雪融水、中山森林帶的降水和低山帶基岩裂隙水等多元構成。西北乾旱區水資源呈現時空分佈不均的特點：在空間上，西部多、東部少；在年內變化上，表現為春旱、夏洪。氣候變暖導致西北乾旱區山區冰雪消融加速、降水增多，河川徑流增加，但與此同時，氣候變化加大了西北乾旱區的極端水文事件強度，導致水文波動性增強、水資源不確定性增大。
冰川、積雪萎縮。西北乾旱區分佈有天山、昆侖山、喀喇昆侖山、阿爾金山和祁連山等一系列高大山系，是我國冰川擁有量最多的地區。多源衛星遙感影像和冰川編目資料分析顯示，西北乾旱區分佈有23378條冰川，總面積24221.63 km2，總儲量為2155.82 km3，分別占全國冰川總量的48.1%、46.7%和47.8%，冰川作用強烈。在過去的60多年中，冰川面積減小了18%，新疆境內的冰川面積縮小了11.7%，預計至21世紀中葉，面積為1km2以下的小冰川不斷消融殆盡，這將對以小冰川分佈為主的河流產生重要影響。塔里木河流域的阿克蘇河、和田河和葉爾羌河，冰川融水占比大，冰川融水徑流仍將呈現持續穩定的增加趨勢，對河川徑流的補給和調節作用也會進一步增強。然而，在21世紀中葉達到峰值後，隨著冰川退縮，冰川的調節功能減弱，冰川徑流可能會出現降低趨勢。
徑流量呈增加趨勢。在過去的60年間，西北乾旱區各河流區徑流量均呈顯著增加趨勢 （p＜0.05）。其中，祁連山北坡徑流量增加速度最快，為4.65×108 m3/10年，昆侖山北坡和天山南坡次之，分別為3.62×108 m3/10年和3.58×108 m3/10年，天山北坡和阿爾泰山南坡徑流量增加速度較慢，僅為0.51×108 m3/ 10年和0.66×108 m3/10年（圖5）。近20餘年，西北乾旱區進入相對豐水時期，塔里木河流域的阿克蘇河、葉爾羌河、和田河和開都河等“四源流”山區來水量合計增加了40.70×108 m3，增幅高達18%（圖6）。並且，對不同排放情景下徑流預估結果顯示，新疆塔里木河流域的開都河、阿克蘇河、葉爾羌河、和田河及車爾臣河未來來水量仍將處於高位震盪，平均增幅為3.20%—7.55%。
水資源利用效率提升
自20世紀90年代中期以來，西北乾旱區山區來水量增加了約110×108 m3，水資源可利用總量大幅增加。並且，隨著用水結構調整，水資源利用效率提升，以及水資源可利用量外延的不斷拓寬，西北乾旱區的水資源承載力處在提升和增強態勢。
用水效率不斷提高。近10年來，西北乾旱區水資源節約利用成效顯著，用水結構不斷優化，用水效率不斷提高。農業用水比例下降，由2012年的95.84%下降到2021年的90.94%，其中，新疆由96.72%下降到91.98%，河西走廊地區由包養網心得88.92%下降到82.55%；農業灌溉用水量降低，新疆農田灌溉畝均用水量由2012年的642m3下降至2021年的545 m3，河西走廊由676.28m3下降至446 m3；用水效率不斷提高，新疆萬元GDP用水量由2012年的728 m3下降至2021年的359.1 m3，萬元工業增加值用水量由39 m3下降至23.9 m3；河西走廊地區的萬元GDP用水量由441 m3下降至252 m3，萬元工業增加值用水量由57.35 m3下降至29 m3。
農業水生產效率顯著提升。西北乾旱區是我國重要的糧食、棉花和優質果蔬的主產區，農業生產發展迅速。近10年來，耕地面積由7.13×104 km2增加到8.21×104 km2；水利工程設施不斷完善，灌溉定額降低，新疆和河西走廊地區的灌溉水利用係數分別由2012年的0.480和0.520提高到了2021年的0.575和0.588；灌溉保證率顯著提高，灌溉面積由2012年的5.81×104 km2增加到2021年的7.60×104 km2。隨著國家最嚴格水資源管理制度的實施和節水灌溉技術的大面積推廣應用，新疆和河西走廊地區的節水灌溉面積分別從2012年的2.59×104 km2和0.45×104 km2增加到2021年的3.06×104 km2和0.66×104 km2；非常規水資源開發利用量逐年增加，從2013年5.1×108 m3增加到2020年15.4×108 m3。
生態環境變化
黨的十八大以來，生態文明建設融入經濟社會建設的各方面和全過包養程，生態環境保護意識大幅提升，水資源節約利用與管理水準不斷提高，經濟社會用水結構逐步優化，結構性缺水問題在逐步改善。地表水體面積擴大，生態系統總服務價值提升，水環境品質總體向好，水環境容量顯著增加，人類賴以生存的綠洲生態環境不斷改善，生態系統健康向好發展。
生態服務功能提升。西北乾旱區生態服務功能總體向好，生態系統總服務價值不斷提升，生物多樣性呈增加趨勢。近10年來，西北乾旱區耕地、建設用地、高覆蓋草地和水域面積呈增加態勢，分別增加了28.36%、69.79%、6.90%和24.30%。生態系統總服務價值從2012年的14147.72億元增加到2021年的15182.80億元，增幅為7.32%。從不同地區生態服務價值來看，北疆地區生態服務價值總量最大，占西北地方的51.74%，南疆次之（占39.57%），河西走廊地區最小（8.69%）。生物多樣性呈增加趨勢，生物豐富度指數由2012年的13.78上升到2021年的14.13，過去10年增加了2.54%，其中，北疆地區的生物多樣性增加最為明顯，生物豐富度指數由2012年的21.96上升到2021年的22.82，增加了3.92%。
林地植被面積增加。新疆林地植被面積呈增加趨勢。2006—2021年，新疆林地總面積增加2.64×104 km2，其中，天然林地和人工林地面積分別增加了2.37×104km2（增幅35.24%）和0.27×104 km2（增幅86.05%）；喬木林和灌木林面積分別增加了0.89×104 km2（增幅36.91%）和1.75×104 km2（增幅37.86%）。林草生態系統的碳匯能力明顯提升。
地表水體面積擴大。基包養行情於歸一化差異水體指數（mNDVI）、增強植被指數（EVI）及歸一化植被指數（NDVI）資料，採用GEE平臺、綜合多種統計分析方法，系統解析了西北乾旱區地表水體面積的變化特徵。發現近10年來，西北乾旱區水體面積顯著增加，每年增加約161.64 km2。其中，南疆地區的湖泊水域面積擴張迅速，平均每年擴張約23.79 km2。2020年新疆的濕地總面積達15245 km2，與2003年第一次濕地調查結果比較，近20年面積增加了約1052km2，增幅達7.41%。我國最大的內陸淡水湖博斯騰湖，作為新疆生態環境保護的一張名片，湖泊水位由2012年的1045.43 m上升至2021年的1047.63 m，礦化度從1.51 g/L下降至0.82 g/L，水質不斷向好發展，水環境容量顯著增加。
人工生態系統面積增加。西北乾旱區土地利用變化中，面積占比最高的土地利用類型是未利用土地，2000年未利用土地面積為1323900km2，約占西北乾旱區面積的66.97%，2020年未利用土地面積持續減少，占比降低到65.12%，2000—2020年未利用土地的面積減少了36727 km2，減少速率為1836.35 km2/年，未利用土地主要向耕地和草地轉移。同時，低覆蓋草地主要向耕地、中覆蓋草地和未利用土地轉移。建設用地是西北乾旱區面積最小的土地利用類型，2000年為5332 km2，2020年建設用地面積劇增到10060 km2，占比增加到0.51%。雖然建設用地是所有土地利用類型中面積最小的類型，卻是過去20年西北乾旱區土地利用類型中增長最快的，2000—2020年建設用地面積增加了4728 km2，增長率為88.67%，主要原因是城鎮化速度加快。耕地作為西北乾旱區現代人工綠洲區最重要的土地類型，面積一直呈增加的趨勢，2000—2020年耕地面積增加了31817 km2，增長速率為1590.85 km2/年，增幅為46.55%。近10年來，西北乾旱區耕地面積增幅為15.19%，為守住國家18億畝耕地紅線作出了貢獻。
西北乾旱區水資源利用與生態環境保護建議
進一步挖掘西北乾旱區的水資源潛力。針對全球變化帶來的水安全風險以及西北乾旱區面臨的資源型缺水、工程型缺水等問題，打好蓄水基礎，用好調水補充，探索增水途徑，優化水安全格局。建議：①在蓄水方面，加快山區重大控制性水利工程建設，提升水資源調蓄和保障能力，切實解決區域性、季節性和工程性缺水問題；②在節水方面，不斷推進技術革新，進一步提升水資源生產效率，優化產業用水結構，大力包養推廣農業高效節水技術；③在調水方面，基於“空間均衡”治水理念，加快流域間和區域外調水研究，破解資源型缺水瓶頸；④在增水方面，積極開展人工影響天氣研究，實施山區人工增水，增強山區流域的蓄水養源能力。從節水、蓄水、增水和調水等方面，全面加強和提升水資源管控和調配能力，為經濟社會高品質發展和生態安全提供水資源保障。
進一步提升水資源管理水準。針對西北乾旱區水資源管理問題，建議：①加快推進水治理體系和治理能力現代化，大力提升水資源精細化、數位化、智慧化、規範化和法治化管理水準，加強水資源集約利用，實現農業用水安全和“水-生態-農業”協調發展；②積極探索和構建水資源與能源之間的替代性經濟發展模式，以能補水，抽水蓄能，加強清潔、綠色水能開發，實現水-能-糧協同發展；③加快重大引調水和骨幹水源工程建設，加強水網工程建設，以應對未來氣候變化引發的不斷增強的極端水文事件，大力提升水資源管控能力，提高水資源利用效率，以水定地、以水定綠、以水定城、以水定發展。
進一步加大生態保護修復力度。針對新疆乾旱區資源型缺水嚴重、生態環境脆弱的自然環境條件，建議：①加快構建和完善“政府主導與民眾參與、自然修復與人工治理、法律約束與政策激勵，治理生態與產業發展、改善民生相結合”的生態修復治理體系與生態–水利工程管理模式。②加快河–湖–庫及幹–支流水系連通，加大對荒漠–綠洲過渡帶的封禁保護力度，提升荒漠區天然植被的生態屏障功能，全面提升西北乾旱區林草品質和林草系統的碳匯能力，為“雙碳”目標的實現和“美麗新疆”的建設提供助力與支撐。③加快對微咸水、雲水的開發和洪水資源化利用，通過人工增雨活動，提升山區水源涵養功能；加強對季節性洪水的資源化利用，引導洪水對平原區荒漠河岸林實施人工漫溢和洪泛，促進荒漠林草的自然更新、自我修復和自然擴綠，構建人與自然和諧的山水林田湖草沙生命共同體。
（作者：陳亞甯，中國科學院新疆生態與地理研究所；李忠勤， 中國科學院西北生態環境資源研究院；徐建華，華東師範大學 地理科學學院；沈彥俊，中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心；邢曉旭，中國科學院 科技促進發展局；謝天，中國科學院生態環境研究中心；李稚，中國科學院新疆生態與地理研究所；楊林山、席海洋，中國科學院西北生態環境資源研究院；朱成剛、方功煥，中國科學院新疆生態與地理研究所；司建華，中國科學院西北生態環境資源研究院；張元明，中國科學院新疆生態與地理研究所；《中國科學院院刊》供稿）