近15年來(lái)共和盆地土地沙質(zhì)荒漠化動(dòng)態(tài)變化及原因分析

封建民,李曉華

（咸陽(yáng)師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院,陜西咸陽(yáng) 712000）

全球生態(tài)環(huán)境的惡化吞噬著人類的生存空間,對(duì)人類的生存和發(fā)展構(gòu)成了極大的威脅,而沙漠化是當(dāng)今世界最重要的環(huán)境問(wèn)題之一,已成為21世紀(jì)威脅人類生存和發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重問(wèn)題之一。“荒漠化”(desertification)是指包括氣候變異和人類活動(dòng)在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤(rùn)地區(qū)的土地退化[1]。沙質(zhì)荒漠化是荒漠化類型之一,是指干旱和半干旱(包括部分半濕潤(rùn)地區(qū))在干旱多風(fēng)和疏松沙質(zhì)地表?xiàng)l件下,由于人為強(qiáng)度的土地利用等因素,破壞了脆弱的生態(tài)平衡,使原非沙漠地區(qū)出現(xiàn)了以風(fēng)沙活動(dòng)、沙丘起伏為主要標(biāo)志的類似沙漠景觀的環(huán)境退化過(guò)程[2]。我國(guó)是世界上受沙漠化危害最嚴(yán)重的國(guó)家之一,沙漠化的發(fā)生與發(fā)展,已給我國(guó)廣大地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、自然資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及人民生活造成嚴(yán)重的危害。2000年,我國(guó)北方沙漠化土地已達(dá)38.57萬(wàn)km2,1988-2000年沙漠化年擴(kuò)大速率達(dá)到3 600 km2/a[3]。青海共和盆地是我國(guó)西部沙漠化快速吐食地區(qū)之一,由于沙漠化,土壤風(fēng)蝕加劇其自西向東的三條數(shù)百公里長(zhǎng)的沙帶前沿已經(jīng)躍入龍羊峽庫(kù)區(qū)[4],每年進(jìn)入庫(kù)區(qū)的流沙總量達(dá)3 130萬(wàn)m3,大量流沙進(jìn)入庫(kù)區(qū),已嚴(yán)重威脅到電站的正常運(yùn)營(yíng),同時(shí)土地沙漠化已成為制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。因此,探討土地沙漠化問(wèn)題具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

共和盆地深居內(nèi)陸,位于青藏高原東北部,大部分位于共和縣,一小部分屬貴南縣,故取名共和-貴南盆地,簡(jiǎn)稱為共和盆地。共和盆地地理位置為35°27′-36°56′N 和 98°46′-101°22′E,在自然地帶上屬于高原溫帶半干旱草原和干旱荒漠草原的過(guò)渡區(qū)域[7]。盆地四周環(huán)山,中間低落,東寬西窄,呈葫蘆形,南北長(zhǎng)約 210 km,東西寬約 60 km,總面積13 800 km2,實(shí)際監(jiān)測(cè)面積11 807.59 km2。盆地內(nèi)大部分地區(qū)海拔2 600～3 400 m,年平均氣溫2.10～3.13℃[5],年平均降水量 311.1～402.1 mm,年均潛在蒸發(fā)量1 558.2～1 841.2 mm,年均風(fēng)速2.1～2.7 m/s,年均大風(fēng)日數(shù)17.7～43.2 d,最多可達(dá)75 d。平均每年霜期長(zhǎng)達(dá)260 d以上,也可以說(shuō)沒(méi)有絕對(duì)的無(wú)霜期。因而農(nóng)作物、林木生長(zhǎng)受到了一定的限制,地表植被覆蓋低。區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境脆弱,易遭受自然因素和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響。

共和盆地的沙漠化土地主要分布在塔拉灘及黃河以南的木格灘地區(qū),沙漠化土地以流動(dòng)沙丘、半固定沙丘為主。由于受風(fēng)力、盆地地形、植被等因子影響,一般3 m高的流動(dòng)沙丘年移動(dòng)速度可達(dá)48 m。由于沙漠化土地不斷擴(kuò)展,造成了諸多危害,除了淹沒(méi)農(nóng)田、村莊,風(fēng)蝕、沙埋種子幼苗外,最嚴(yán)重的是給盆地最低處龍羊峽庫(kù)區(qū)帶來(lái)嚴(yán)重的威脅,每年從塔拉灘區(qū)吹入庫(kù)區(qū)的風(fēng)沙量達(dá)141萬(wàn)m3[6-7]。這些都給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活造成了嚴(yán)重的危害。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

主要數(shù)據(jù)源是1990年與2005年兩期TM影像(時(shí)相均為秋季)。TM影像有7個(gè)波段,每個(gè)波段反映了不同的生態(tài)學(xué)特點(diǎn),其中對(duì)植被、土壤和水分反映敏感的分別為 TM2、TM3、TM4和 TM5(綠波段、紅波段、近紅外波段和中紅外波段,其光譜范圍分別在0.52～0.60,0.63～0.69,0.76～0.90,1.55～1.75μ m)。其中TM4可以反映出不同沙漠化程度的土地上植被的特點(diǎn),TM3可以反映沙質(zhì)土壤的較高亮度和鹽漬化土地的白化現(xiàn)象,TM2對(duì)植被的反射敏感,能區(qū)分樹(shù)型、樹(shù)種。所以本次研究選用4,3,2(R,G,B)波段組合的TM影像,其次還結(jié)合了野外實(shí)地考察。首先對(duì)1990年和2005年 TM影像進(jìn)行合成、增強(qiáng)處理、幾何精糾正、圖像鑲嵌,然后根據(jù)不同程度荒漠化土地影像特征進(jìn)行人機(jī)交互判讀。解譯精度按照1∶10萬(wàn)比例尺確定,最小圖斑15個(gè)像元。

2.2 沙漠化土地分類和遙感影像特征

在參考了已有的沙漠化土地劃分標(biāo)準(zhǔn)與方法的基礎(chǔ)上[8-9],結(jié)合共和盆地的實(shí)際情況,以風(fēng)成地表形態(tài)為主,結(jié)合植被、土壤、景觀、微地貌過(guò)程等環(huán)境要素,將土地劃分為非沙質(zhì)荒漠化(含潛在)、輕度沙質(zhì)荒漠化、中度沙質(zhì)荒漠化、強(qiáng)烈沙質(zhì)荒漠化和嚴(yán)重沙質(zhì)荒漠化土地,參考指征和遙感影像特征見(jiàn)表1-2。

3 土地沙質(zhì)荒漠化現(xiàn)狀

根據(jù)各種沙質(zhì)荒漠化土地遙感影像特征,對(duì)2005年TM影像進(jìn)行人機(jī)交互判讀(圖1)并統(tǒng)計(jì)得到了土地沙質(zhì)荒漠化現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

解譯結(jié)果顯示,研究區(qū)土地沙質(zhì)荒漠化依然非常嚴(yán)重,以輕度和中度為主。2005年沙漠化土地總面積為7 419.62 km2,占研究區(qū)總面積的62.84%,其中嚴(yán)重沙漠化、重度沙漠化、中度土地沙漠化和輕度沙漠化土地面積分別為903.07,550.87,1 308.99,4 656.68 km2,分別占沙漠化土地總面積的12.17%,7.42%,17.65%,62.76%。

沙質(zhì)荒漠化在空間分布上差異較大,其中最嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在龍羊峽庫(kù)區(qū)周圍的木格灘、河卡灘、塔拉灘。木格灘和塔拉灘分布著大量的流動(dòng)沙丘,流動(dòng)沙丘呈三角帶狀,從沙珠玉河谷隨著主風(fēng)向由西偏北向東南移動(dòng),經(jīng)過(guò)三個(gè)塔拉灘直至黃河沿岸。而且這些地區(qū)沙質(zhì)荒漠化主要以風(fēng)積為主,遙感影像上可見(jiàn)明顯高大的沙丘形態(tài),而其它地區(qū)的沙質(zhì)荒漠化程度較輕,從成因上以風(fēng)蝕為主,沙丘矮小,分布零星,遙感影像上可見(jiàn)明顯的沿主風(fēng)向延伸的條帶狀風(fēng)蝕痕跡。

表1 沙質(zhì)荒漠化土地分類體系及主要的參考指標(biāo)

表2 沙質(zhì)荒漠化土地遙感影響特征

圖1 共和盆地2005年土地沙質(zhì)荒漠化圖

4 土地沙質(zhì)荒漠化動(dòng)態(tài)分析

將20世紀(jì)80年代末和2000年沙質(zhì)荒漠化現(xiàn)狀矢量圖在GIS軟件支持下疊加并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到土地沙質(zhì)荒漠化動(dòng)態(tài)圖(圖2)和面積變化情況(表3)

圖2 共和盆地1990-2005年土地沙質(zhì)荒漠化動(dòng)態(tài)

4.1 土地沙質(zhì)荒漠化動(dòng)態(tài)變化分析

解譯結(jié)果表明,研究區(qū)土地沙質(zhì)荒漠化動(dòng)態(tài)趨勢(shì)為整體面積縮小,惡化和逆轉(zhuǎn)并存,程度略有加強(qiáng)。1990年青海共和盆地沙質(zhì)荒漠化土地總面積為7 565.14 km2,占監(jiān)測(cè)區(qū)總面積的64.07%,其中嚴(yán)重沙質(zhì)荒漠化、重度沙質(zhì)荒漠化、中度沙質(zhì)荒漠化和輕度沙質(zhì)荒漠化土地面積分別為858.78,701.82,1 071.28,4 933.26 km2,分別占沙漠化土地總面積的11.35%,9.28%,14.16%,65.21%。與2005年相比,近15 a沙質(zhì)荒漠化總面積減少了145.55 km2,年均減少14.56 km2,其中輕度沙質(zhì)荒漠化土地15 a間減少了276.59 km2;重度沙質(zhì)荒漠化土地減少了150.95 km2;而中度沙質(zhì)荒漠化土地面積增加最多,15 a間增加了237.71 km2;嚴(yán)重沙質(zhì)荒漠化土地15 a間增加了44.29 km2。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)數(shù)十年的治理,研究區(qū)沙漠化快速發(fā)展的勢(shì)頭已基本被遏制,但沙漠化發(fā)展有以面積擴(kuò)大轉(zhuǎn)為以程度加深為主的趨勢(shì)。

4.2 沙質(zhì)荒漠化土地之間的轉(zhuǎn)換分析

表3中淺灰色背景表示沙漠化逆轉(zhuǎn)(沙漠化程度減輕或沙漠化變?yōu)榉巧衬?的面積,深灰色背景沙漠化發(fā)展(沙漠化程度加深或非沙漠化變?yōu)樯衬?的面積,除總計(jì)之外,對(duì)角線上的表示土地類型未發(fā)生變化的面積,其它為土地類型發(fā)生變化的面積。近15 a來(lái),沙漠化逆轉(zhuǎn)的面積為1 373.41 km2,逆轉(zhuǎn)的斑塊數(shù)有 2 532個(gè),最大斑塊 104.20 km2,其中860.74 km2由各類沙漠化土地轉(zhuǎn)化為非沙漠化,占逆轉(zhuǎn)總面積的62.67%,512.67 km2由沙漠化程度的降低而來(lái),占逆轉(zhuǎn)總面積的37.33%,最大的是輕度沙漠化轉(zhuǎn)化為其它土地利用類型和中度沙漠化轉(zhuǎn)化為輕度沙漠化。沙漠化發(fā)展的面積為1 339.2 km2,斑塊數(shù)有2 592個(gè),最大斑塊81.16 km2,其中715.2 km2由非沙漠化土地轉(zhuǎn)化為沙漠化,而624.0 km2是由于沙漠化程度的加深,分別占惡化面積的53.41%和46.59%,最大發(fā)生在非沙漠化草場(chǎng)轉(zhuǎn)化為輕度沙漠化和輕度沙漠化轉(zhuǎn)化為中度沙漠化?？梢钥闯?研究區(qū)沙漠化的演變以非沙漠化和程度較輕的沙漠化之間的轉(zhuǎn)變最為活躍,而程度較重的重度和嚴(yán)重沙漠化得到了有效控制,其面積變化相對(duì)較小,這說(shuō)明,在以后的沙漠化防治中,既要防治輕度和中度沙漠化進(jìn)一步惡化,更要保護(hù)天然草場(chǎng),防止非沙漠化草場(chǎng)的退化。

從空間位置來(lái)看,雖然沙漠化逆轉(zhuǎn)和發(fā)展的分布較為均勻,但仍然可以看出一些規(guī)律。沙漠化逆轉(zhuǎn)的區(qū)域主要發(fā)生在近10 a治理強(qiáng)度較大的沙珠玉和貴南縣的森多,特別是塔拉灘和龍羊峽周邊地區(qū),經(jīng)過(guò)多年綜合治理,沙漠化以逆轉(zhuǎn)為主,而沙漠化發(fā)展的區(qū)域則主要發(fā)生在哇玉香卡農(nóng)場(chǎng)、新哲農(nóng)場(chǎng)和木格灘等人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度較大且防治力度較小的地區(qū)。

5 土地沙質(zhì)荒漠化的主要驅(qū)動(dòng)因子分析

土地荒漠化是由氣候變化和人類不合理的土地開(kāi)發(fā)活動(dòng)等多種因素造成的土地退化過(guò)程。為了分析研究區(qū)自然和人為因素對(duì)沙漠化的影響,選取了共和盆地1953-2005年牲畜數(shù)量、農(nóng)牧業(yè)人口和耕地面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),同時(shí)還選取了研究區(qū)貴南、恰卜恰和茶卡三個(gè)氣象站53 a的氣溫、降水資料進(jìn)行氣候趨勢(shì)分析,并利用高橋浩一郎公式[10]求取蒸發(fā)量:

式中:E——月蒸發(fā)量;R——月降水量;T——月平均氣溫。

5.1 氣候變化及對(duì)沙質(zhì)荒漠化的影響

從圖3可以看出,近53 a來(lái)共和盆地年平均氣溫總體呈明顯的上升趨勢(shì),增長(zhǎng)率在南部為0.37℃/10 a,中 部 為 0.44℃/10 a,北 部 為0.24℃/10 a。自20世紀(jì)80年代中后期氣溫急劇升高。這種變化與全國(guó)和北半球氣溫變化相一致。2001年貴南年平均氣溫上升到4.82℃,1998年恰卜恰年平均氣溫上升到5.6℃,同年茶卡年平均氣溫上升到3.13℃,分別為1953-2005年以來(lái)年平均氣溫的最高值。各年平均氣溫相對(duì)于53 a的平均值來(lái)說(shuō)變化較大,貴南站大于平均值的年份有21 a,1987年以后的年份有13 a;恰卜恰站大于平均值的年份有27 a,1987年以后的年份有18 a;茶卡站大于平均值的年份有26 a,1987年以后的年份有17 a。

近52 a來(lái)研究區(qū)降水量總體上南部貴南站呈微弱減少趨勢(shì),而中部和北部的恰卜恰和茶卡站呈微弱增加趨勢(shì)(圖4),南部貴南站減少率為4.8 mm/10 a,中部和北部的恰卜恰和茶卡站增長(zhǎng)率分別為0.9 mm/10 a和1.15 mm/10 a。由圖5看出近40 a來(lái),共和盆地蒸發(fā)量呈現(xiàn)出微弱的上升趨勢(shì),其上升率為6.9 mm/10 a。60年代中后期到70年代中后期呈下降趨勢(shì),70年代中后期到90年代初期呈上升趨勢(shì),而90年代初期到2005年蒸發(fā)量又呈急劇上升趨勢(shì),2004年達(dá)到40 a來(lái)的最高值397.78 mm。其中蒸發(fā)量大于40 a平均值的年份有18 a,1987年以后的年份有11 a。

總之,共和盆地年平均氣溫和降水量的時(shí)空變化表明,隨著氣溫的明顯上升和降水量的微弱增加,共和盆地的氣候逐漸變干燥,而沙質(zhì)荒漠化土地主要處于中部和南部氣溫的高值區(qū),因此氣溫升高所導(dǎo)致的蒸發(fā)量增加可能是共和盆地土地荒漠化的間接誘發(fā)因素之一,但這種變化幅度比較小,所以短期內(nèi)氣溫和降水量變化對(duì)共和盆地荒漠化雖有促進(jìn)作用,但影響比較小。這與孫建光和郭連云等人的結(jié)論一致[11-13]。

圖3 共和盆地年平均氣溫的時(shí)間序列

圖4 共和盆地年降水量的時(shí)間序列

圖5 共和盆地年蒸發(fā)量的變化

5.2 人文驅(qū)動(dòng)因子對(duì)沙質(zhì)荒漠化的影響

從圖6看出近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),研究區(qū)人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境總體影響是加強(qiáng)的,但又可以分為三個(gè)時(shí)期,其中50-60年代初期牲畜數(shù)量、農(nóng)牧業(yè)人口和耕地面積急劇增加,60年代初到90年代中期牲畜數(shù)量和農(nóng)牧業(yè)人口明顯增加,而耕地面積基本保持穩(wěn)定,90年代后期以來(lái)耕地面積和農(nóng)牧業(yè)人口急劇減少,牲畜數(shù)量略有增加。人為因素的這種變化趨勢(shì)也許能解釋研究區(qū)荒漠化面積在50-80年代中期迅速擴(kuò)展[7],而90年代以來(lái)荒漠化面積略有減少的原因。但即便如此,根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y料,共和盆地超載過(guò)牧現(xiàn)象依然非常嚴(yán)重,貴南縣牧場(chǎng)超載為65.7%,共和縣牧場(chǎng)超載為54%,這也使得研究區(qū)的荒漠化不可能從根本上得到根治。結(jié)合沙漠化的空間轉(zhuǎn)換特征和氣候變化因素,可以看出相對(duì)于自然因素,人類活動(dòng)是影響沙漠化發(fā)生、發(fā)展的決定因素。

圖6 共和盆地主要的人文因子變化

6 結(jié)論

2005研究區(qū)共有沙質(zhì)荒漠化土地 7 419.62 km2,占研究區(qū)總面積的62.84%,以輕度和中度為主,主要發(fā)生于南部和中部氣溫較高的區(qū)域。從近15 a動(dòng)態(tài)變化上,總趨勢(shì)為整體面積縮小,惡化和逆轉(zhuǎn)并存,程度略有加強(qiáng)。沙漠化逆轉(zhuǎn)的區(qū)域主要發(fā)生在近10 a治理強(qiáng)度較大的沙珠玉和貴南縣的森多,特別是塔拉灘和龍羊峽周邊地區(qū),而沙漠化發(fā)展的區(qū)域則主要發(fā)生在哇玉香卡農(nóng)場(chǎng)、新哲農(nóng)場(chǎng)和木格灘等人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度較大且防治力度較小的地區(qū)。氣溫升高導(dǎo)致的蒸發(fā)量增加對(duì)研究區(qū)土地沙質(zhì)荒漠化有一定的促進(jìn)作用,而20世紀(jì)90年代后期以來(lái)耕地面積和農(nóng)牧業(yè)人口急劇減少是研究區(qū)土地沙質(zhì)荒漠化面積略有減少的主要原因,同時(shí)嚴(yán)重的超載過(guò)牧現(xiàn)象使得研究區(qū)的荒漠化不可能從根本上得到根治。由此可知,我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶西段土地沙化態(tài)勢(shì)仍很嚴(yán)重,控制人口密度,調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),控制超載過(guò)牧,加強(qiáng)土地管理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)勢(shì)在必行。

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