水资源的形成、转化和消耗规律，结合植被和地貌景观，塔里木河流域生态系统主要为径流形成区的山地生态系统、径流消耗和强烈转化区的人工绿洲生态系统、径流排泄、积累及蒸散发区的自然绿洲、水域及低湿地生态系统，严重缺水区或无水区的荒漠生态系统。由于自然环境演变和人类活动的加剧，塔里木河流域的生态系统发生了较大的变化，主要表现为“四个增加、四个减少”，即：人工渠道、人工水库、人工植被、人工绿洲生态增加，自然河流、天然湖泊、天然植被、天然绿洲生态减少。生态系统演变的趋势，可以概括为“两扩大”和“四缩小”，即人工绿洲与沙漠同时扩大，而处于两者之间的自然林地、草地、野生动物栖息地和水域缩小。
用生态脆弱性指数作为评价标准，阿克苏河流域的生态脆弱性属轻微脆弱，叶尔羌河流域为一般脆弱，和田河流域属中等脆弱；塔里木河干流区上游的生态脆弱性属一般脆弱，中游属中等脆弱，下游属严重脆弱。流域生态系统的总体评价是：局部改善，总体恶化，如不采取有效措施，恶化趋势将进一步加剧。
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