石羊河流域下游民勤縣沙化土地時(shí)空動(dòng)態(tài)分析

高斌斌，陳翔舜，王小軍，尚立照，張燦輝，丁乾平

(1.甘肅省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州 730020； 2.甘肅省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，甘肅 蘭州 730020)

土地沙化是指各種氣候區(qū)在生態(tài)環(huán)境脆弱性的基礎(chǔ)上，在多風(fēng)和疏松沙質(zhì)地表?xiàng)l件下，疊加不合理的人類活動(dòng)，破壞了原有的生態(tài)平衡，使原非沙漠的地區(qū)出現(xiàn)了以風(fēng)沙活動(dòng)為主要標(biāo)志的土地退化過(guò)程[1]。沙化監(jiān)測(cè)是我國(guó)定期掌握沙化現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)，為防沙治沙決策提供依據(jù)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。從1994年首次開(kāi)展沙化監(jiān)測(cè)開(kāi)始，每5年一個(gè)監(jiān)測(cè)期和研究期，至今已開(kāi)展了4次。石羊河作為絲綢之路上重要的內(nèi)陸河，千年流淌，養(yǎng)育著流域內(nèi)萬(wàn)千子民，滋潤(rùn)出了民勤綠洲，隔開(kāi)了巴丹吉林和騰格里兩大沙漠。然而，隨著民勤縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用導(dǎo)致民勤縣生態(tài)日益惡化，土地沙化非常嚴(yán)重，沙化土地面積大、程度重、難于治理，成為全國(guó)四大沙塵暴發(fā)源地之一，嚴(yán)重危及西北乃至華北地區(qū)的生態(tài)安全。因此，石羊河流域下游民勤縣是甘肅省乃至全國(guó)沙化監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行持續(xù)的沙化監(jiān)測(cè)和研究分析，對(duì)于保護(hù)民勤生態(tài)環(huán)境，防治土地沙化，治理沙化危害，保障整個(gè)石羊河流域和西北生態(tài)安全具有十分重要的意義。

1 研究?jī)?nèi)容與方法

1.1 信息源選擇

本研究選用2004年和2009年的民勤縣TM和ETM多光譜遙感數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源(地面分辨率均為30 m，成像時(shí)間為6～9月，云量小于5%)[2]。同時(shí)選用了覆蓋全縣的1 ∶5萬(wàn)的最新地形圖和提供輔助信息的土地利用詳查圖、森林分布圖、土壤分布圖、野外景觀照片、實(shí)地調(diào)查資料，以及甘肅省2004—2009年的水文、氣象及社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料。

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 沙化類型劃分

本研究根據(jù)《甘肅省第四次沙化與沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》的分類標(biāo)準(zhǔn)，將民勤縣沙化土地劃分為9個(gè)類型，具體見(jiàn)表1。

表1 沙化土地類型劃分及特征

1.2.2 沙化程度劃分

根據(jù)研究方式(遙感與地面調(diào)查)和沙化類型，采用不同的沙化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法：①多因子數(shù)量化評(píng)價(jià)方法。選取植被總蓋度、土壤質(zhì)地、覆沙厚度、地表形態(tài)、作物長(zhǎng)勢(shì)、作物產(chǎn)量下降率等6項(xiàng)因子做詳細(xì)的調(diào)查，確定各指標(biāo)的定量值或定性值，據(jù)此給各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分；用各指標(biāo)的評(píng)分值之和確定沙化程度和非沙化土地。②用定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法確定沙化程度。沙化程度分為輕度沙化、中度沙化、重度沙化和極重度沙化4級(jí)，具體劃分見(jiàn)表2。

表2 沙化土地程度評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3 研究與計(jì)算方法

1.3.1 研究方法

民勤縣沙化土地監(jiān)測(cè)調(diào)查主要采用遙感影像判讀與地面調(diào)查核實(shí)相結(jié)合的方法。應(yīng)用經(jīng)過(guò)幾何精校正和增強(qiáng)處理后的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，在建立解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，利用ArcView軟件對(duì)沙化類型和程度進(jìn)行目視判讀、劃分圖斑并對(duì)調(diào)查因子進(jìn)行初步解譯，然后對(duì)區(qū)劃的圖斑進(jìn)行抽樣，現(xiàn)地核實(shí)圖斑界線，調(diào)查、核實(shí)各項(xiàng)解譯因子，并依據(jù)現(xiàn)地調(diào)查核實(shí)情況對(duì)解譯的所有圖斑屬性進(jìn)行修正，經(jīng)統(tǒng)計(jì)匯總獲取沙化土地的面積、程度及其變化等方面的信息[3]。沙化土地的動(dòng)態(tài)變化情況根據(jù)本次調(diào)查數(shù)據(jù)和第三期調(diào)查監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比獲得。由于兩次監(jiān)測(cè)所采用的監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)手段和技術(shù)路線都相同[4]，同時(shí)因本次動(dòng)態(tài)分析是在剔除了調(diào)查因素、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)變化和撤鄉(xiāng)并鎮(zhèn)所產(chǎn)生的不可比因素后進(jìn)行的，所以進(jìn)行兩次動(dòng)態(tài)比較能更清楚地認(rèn)識(shí)沙化動(dòng)態(tài)變化情況。

1.3.2 年變化率計(jì)算

年變化率反映了研究期內(nèi)沙漠化土地的變化情況。朱震達(dá)[5]等通過(guò)計(jì)算沙化土地的年增長(zhǎng)率來(lái)劃分沙漠化的發(fā)展?fàn)顩r，計(jì)算公式為

式中：R是沙化土地年變化率；n為測(cè)算相隔年限；D為沙化土地現(xiàn)狀面積；A為n年前沙化土地面積。

2 研究結(jié)果

2.1 沙化現(xiàn)狀

民勤縣屬于完全沙化縣，沙化總監(jiān)測(cè)面積1 601 681.8 hm2，其中沙化土地總面積為1 220 451.5 hm2，占總監(jiān)測(cè)面積的76.2%，非沙化土地總面積為381 230.3 hm2，占總監(jiān)測(cè)面積的23.8%(見(jiàn)表3)。

表3 民勤縣2009年度沙化土地面積統(tǒng)計(jì) hm2

2.2 沙化土地分布特點(diǎn)

民勤縣沙化土地類型主要以流動(dòng)沙地、半固定沙地、固定沙地和戈壁為主，其總面積占到總監(jiān)測(cè)面積的73.47%。其中：流動(dòng)沙地主要位于南部騰格里沙漠東沙窩、西沙窩和雅布賴風(fēng)沙口，集中連片，以裸沙地為主；半固定沙地、固定沙地主要位于雅布賴風(fēng)沙口東西兩側(cè)、西沙窩、東沙窩和綠洲內(nèi)部沙區(qū)，介于綠洲外圍與流動(dòng)沙丘、戈壁之間，分布較整齊，以林地和草地為主；戈壁主要位于花兒園鄉(xiāng)和東湖鎮(zhèn)北部，集中連片，主要以戈壁和林地為主；露沙地、沙化耕地和風(fēng)蝕劣地在全縣零星分布，以耕地、草地和未利用地為主。各沙化程度中，輕度以固定沙地(丘)、露沙地和沙化耕地為主，中度以固定沙地(丘)、半固定沙地(丘)、露沙地和戈壁為主，重度以半固定沙地(丘)、戈壁為主，極重度以戈壁、流動(dòng)沙地(丘)和露沙地為主。

2.3 沙化動(dòng)態(tài)變化分析

2.3.1 沙化土地類型動(dòng)態(tài)變化情況

通過(guò)與第三期數(shù)據(jù)對(duì)比，民勤縣沙化土地總面積減少4 293.5 hm2，其中：流動(dòng)沙地減少43 149.8 hm2，半固定沙地增加36 188.5 hm2，固定沙地增加3 898.3 hm2，露沙地減少1 514.3 hm2，沙化耕地增加407.3 hm2，風(fēng)蝕劣地減少69.9 hm2，戈壁減少53.6 hm2。沙化類型的動(dòng)態(tài)變化和轉(zhuǎn)移情況詳見(jiàn)表4。

表4 民勤縣沙化土地類型動(dòng)態(tài)變化情況

與上期相比沙化土地類型動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移情況為：流動(dòng)沙地(丘)變化為半固定沙地(丘)41 394.8 hm2、固定沙地(丘)1 638.8 hm2、沙化耕地74.9 hm2、非沙化土地41.3 hm2，半固定沙地(丘)變化為固定沙地(丘)7 199.3 hm2、露沙地27.2 hm2、沙化耕地181.6 hm2、非沙化土地598.8 hm2，固定沙地變化為半固定沙地(丘)2 800.6 hm2、沙化耕地1 018.5 hm2、有明顯沙化趨勢(shì)土地400.5 hm2、非沙化土地1 545.1 hm2，露沙地變化為固定沙地(丘)32 hm2、沙化耕地347.1 hm2、有明顯沙化趨勢(shì)土地17.4 hm2、非沙化土地1 253.7 hm2，沙化耕地變化為固定沙地(丘)787 hm2、露沙地89.8 hm2、非沙化土地341.7 hm2，風(fēng)蝕劣地變化為露沙地18.9 hm2、沙化耕地3.6 hm2、非沙化土地47.4 hm2，戈壁變化為非沙化土地53.6 hm2。

沙化類型發(fā)生變化的主要區(qū)域在雅布賴風(fēng)沙口兩側(cè)、北部灘、南湖鄉(xiāng)、東湖鎮(zhèn)、東沙窩和西沙窩。其中：流動(dòng)沙地發(fā)生變化的區(qū)域主要在雅布賴風(fēng)沙口和南湖鄉(xiāng)綠洲與騰格里沙漠接壤處；半固定沙地發(fā)生變化的區(qū)域主要在民勤綠洲邊緣和內(nèi)部沙區(qū)、西沙窩；固定沙地發(fā)生變化的區(qū)域主要在雅布賴風(fēng)沙口兩側(cè)、北部灘、東沙窩和綠洲邊緣；其他類型發(fā)生變化面積小，區(qū)域性不強(qiáng)。

2.3.2 沙化土地程度動(dòng)態(tài)變化情況

沙化程度：輕度減少565.3 hm2，中度增加11 827.7 hm2，重度增加55 679.4 hm2，極重度減少71 235.3 hm2(見(jiàn)表5)。

沙化程度轉(zhuǎn)移：極重度變化為重度65 929.8 hm2，變化為中度4 478.3 hm2，變化為輕度650.1 hm2；重度變化為中度10 231.4 hm2，變化為輕度291.8 hm2；中度變化為重度863.9 hm2，變化為輕度1 653.0 hm2；輕度變化為重度60.6 hm2，變化為中度995.9 hm2。

沙化程度發(fā)生變化具有較強(qiáng)的區(qū)域性，其中極重度發(fā)生變化的區(qū)域主要在雅布賴風(fēng)沙口、東湖鎮(zhèn)北部和南湖鄉(xiāng)，重度發(fā)生變化的區(qū)域主要在北部灘和西沙窩，中度和輕度由于發(fā)生變化面積小因而區(qū)域性不強(qiáng)。

表5 民勤縣沙化土地程度動(dòng)態(tài)變化情況

2.3.3 沙化土地年變化率

經(jīng)過(guò)計(jì)算，民勤縣第三期至第四期沙化土地年變化率R為-0.065%。年變化率R趨于0值，說(shuō)明民勤縣第三期至第四期之間沙化土地雖略微減少，但整體變化很小，兩期沙化土地面積基本持平，民勤縣土地沙化趨勢(shì)得到了初步遏制，防沙治沙工作進(jìn)入到了治理與破壞相持的關(guān)鍵階段。

3 變化成因分析

(1)生態(tài)建設(shè)是民勤縣沙化土地整體好轉(zhuǎn)和程度減輕的主要原因。截至目前，民勤縣人工造林達(dá)到11萬(wàn)hm2，封禁保護(hù)和封育天然沙生植被16萬(wàn)hm2，在408 km的風(fēng)沙線上建成了長(zhǎng)達(dá)300多km的防護(hù)林帶[6]，生態(tài)工程建設(shè)推動(dòng)了民勤縣林業(yè)建設(shè)的大發(fā)展，相應(yīng)地增加了林地和草地的面積，提高了沙生植被的覆蓋度[7]，使沙化土地面積減少，程度減輕。

(2)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和頻繁的人為活動(dòng)是導(dǎo)致土地沙化趨重的主要原因。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)各種資源的大量占有和使用對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大的壓力，這是民勤縣土地沙化趨勢(shì)惡化的主因[8]。而頻繁的人為活動(dòng)，如亂采濫挖、打井開(kāi)荒、肆意破壞戈壁沙漠等，也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了很大的破壞，是土地沙化的重要驅(qū)動(dòng)因素。

(3)人口壓力相對(duì)減輕是生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn)的重要原因[9]。近年來(lái)，民勤縣外出務(wù)工人員大量增加，常住人口減少，減輕了資源環(huán)境的壓力，促進(jìn)了生態(tài)環(huán)境的好轉(zhuǎn)。

(4)資源管理的強(qiáng)化減輕了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。石羊河流域?qū)嵤┧Y源管理[10]和國(guó)家加強(qiáng)對(duì)礦產(chǎn)等自然資源管理措施的落實(shí)，有效控制了資源浪費(fèi)和亂采濫挖等破壞生態(tài)環(huán)境的行為，從而保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

(5)氣候變化也是近年來(lái)沙化發(fā)展趨勢(shì)逆轉(zhuǎn)的重要因素。由于近年來(lái)民勤地區(qū)氣溫有所上升[11]，降雨量增加，因而民勤沙地植被生長(zhǎng)季節(jié)延長(zhǎng)，植物生長(zhǎng)加速，植被覆蓋度增加，沙化程度趨于減輕，沙化發(fā)展趨勢(shì)得到遏制。

綜上所述，由于生態(tài)建設(shè)、人口壓力相對(duì)減輕、資源的有效管理、氣候變化等對(duì)生態(tài)環(huán)境和防沙治沙事業(yè)有益的正方向因素增加，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展占用的資源和頻繁的人為活動(dòng)等負(fù)方向因素減少，使民勤縣土地沙化危害趨勢(shì)得到了有效遏制，但同時(shí)也顯現(xiàn)出目前正方向因素和負(fù)方向因素基本相當(dāng)，處于一個(gè)極不穩(wěn)定的時(shí)期和關(guān)鍵階段，因此必須加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)和資源管理，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)，提高資源的利用率。

4 結(jié) 語(yǔ)

2009年民勤縣沙化土地總面積為1 220 451.5 hm2，剔除不可比因素，與第三期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較，沙化土地的總面積減少了4 293.5 hm2，年變化率R為-0.065%。沙化土地動(dòng)態(tài)變化總體呈遞減趨勢(shì)，沙化土地有所逆轉(zhuǎn)，沙化程度整體減輕，面積減少，其中：輕度減少，中度和重度呈較快增長(zhǎng)，極重度大幅減少；流動(dòng)沙地出現(xiàn)較大面積減少，露沙地、風(fēng)蝕劣地、戈壁略微減少，半固定沙地較大面積增加，固定沙地、沙化耕地略微增加。民勤縣沙化土地處于一種極不穩(wěn)定的時(shí)期，生態(tài)建設(shè)正處在治理與破壞相持的關(guān)鍵階段。

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