近35年紅堿淖動態(tài)及驅(qū)動因子分析

陳曉江 楊劼

摘要 紅堿淖是中國最大的沙漠內(nèi)陸湖泊，位于鄂爾多斯高原。通過對1978～2012年紅堿淖面積變化動態(tài)與氣候因子在時間序列上的相互作用進行分析，揭示了內(nèi)陸湖泊面積萎縮的驅(qū)動原因。研究結(jié)果顯示，1978～2012年湖泊年平均萎縮率為1.31%。1987～2012年紅堿淖面積呈遞減趨勢，1978年湖面積為61.93 km2，2012年湖面積33.08 km2。該流域降水減少是內(nèi)陸湖泊面積變化的驅(qū)動因子之一；通過分析該流域的社會經(jīng)濟發(fā)展，發(fā)現(xiàn)人類活動干擾是使湖泊面積減少的主要驅(qū)動因子。最后揭示了以降水補給為主的高原內(nèi)陸湖泊紅堿淖面積動態(tài)及生態(tài)脅迫原因。

關鍵詞 生態(tài)脅迫；湖泊動態(tài)；遙感分析；紅堿淖

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05189-04

內(nèi)陸湖泊是內(nèi)陸高原生物生存的基礎，且內(nèi)陸湖泊是氣候變化、環(huán)境變異的重要指示器[1]。湖泊的形成、發(fā)育、消亡，及其湖面的擴張與收縮引起的生態(tài)環(huán)境的演化過程，都是全球的、區(qū)域的構造和氣候事件共同作用的結(jié)果[2]。由于人類活動和全球氣候變化的影響，全球湖泊產(chǎn)生了一系列的生態(tài)問題，如濕潤區(qū)湖泊的富營養(yǎng)化及湖泊污染問題[3]、干旱區(qū)的湖泊萎縮及生態(tài)系統(tǒng)退化問題[4]。遙感技術在各領域的廣泛應用，使全面深入地在較大的時空尺度上研究湖泊環(huán)境變化動態(tài)得以實現(xiàn)[5-6]。例如利用遙感技術研究了青藏高原[7-9]、蒙新高原[10]、蘇北平原[11]、三江源[12-13]、江漢湖群[14]、中亞內(nèi)陸湖泊[15-16]等湖泊環(huán)境的變化狀況。近年來，位于鄂爾多斯高原的紅堿淖面積持續(xù)萎縮，水位下降，水質(zhì)咸化，pH上升，魚類資源枯竭，周邊地區(qū)荒漠化程度日趨嚴重[17-19]。為此，筆者通過遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術，對紅堿淖湖面積動態(tài)進行研究，以期為湖泊濕地的科學利用和區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 紅堿淖位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗與陜西交界處（圖1）。其水源補給來自7條季節(jié)性河流，入湖河流主要是4條，無出流，系內(nèi)陸封閉性湖泊[20]。在2000年，《中國濕地保護行動計劃》把紅堿淖列入我國重要濕地名錄。湖區(qū)位于我國候鳥遷徙的主要路線上，是候鳥夏

圖1 研究區(qū)位置示意季的重要繁殖地之一，是遺鷗、棕頭鷗、大天鵝等珍稀水禽的天然棲息地[21]。

1.1.1 研究區(qū)地形地貌與氣候特征。紅堿淖流域是由流動沙地、半固定沙地、固定沙地和沙蓋黃土梁峁以及大小不同的小水域、洼地、草本沼澤帶等組成的風沙地貌。湖泊底部中心低洼，四周向中心傾斜，坡度平緩。紅堿淖流域大陸性氣候顯著，氣候干燥、四季界線顯著，近35年年均氣溫6.93 ℃，年度氣溫最高38.9 ℃，最低-28.1 ℃。盛行西北風，無霜期約179 d，冰封期4個月，年均日照時間2 878 h，年均降水300 mm，降水主要集中在7～9月[22-24]。

1.1.2 研究區(qū)植被狀況。文獻資料記載紅堿淖流域植被類型較為豐富，主要以旱柳-蘆葦群落為主的森林沼澤，以沙柳-蘆葦群落為主的灌叢沼澤，以蘆葦、香蒲為優(yōu)勢種的草本沼澤，以及以堿蓬為優(yōu)勢種的鹽沼，形成了較為完整的濕地植被生態(tài)系統(tǒng)。湖泊周邊岸帶植被以白刺（Nitraria roporowskii）、油蒿（Artemisia ordosica）、沙柳（Salix cheilophila）等沙生植物為優(yōu)勢種群[25-26]。

1.2 研究方法 研究所用數(shù)據(jù)來源于中國科學院數(shù)據(jù)應用環(huán)境網(wǎng)站（http：//rsr.csdb.cn）、內(nèi)蒙古大學遙感與地理信息系統(tǒng)實驗室和美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）網(wǎng)站（http：//glovis.usgs.gov/）的資料下載。通過對遙感影像校正處理后，運用目視解譯和監(jiān)督分類法，結(jié)合實地考察研究紅堿淖湖面積變化動態(tài)。研究選取了年均溫度、年均降水量和蒸發(fā)量3種氣候要素，數(shù)據(jù)來源于中國國家氣象局和伊金霍洛旗氣象站。湖泊面積和氣候因子的相關分析使用Pearson相關系數(shù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖泊動態(tài)變化與氣候因子分析 1978～2012年紅堿淖面積動態(tài)變化呈遞減趨勢（圖2），從1978年的61.93 km2萎縮到2012年的33.08 km2，湖面積減少了44.9%。而在該時間序列上，紅堿淖流域氣溫年均值為6.93 ℃，距平值變化范圍是-1.27～1.35 ℃，總的變化趨勢是變暖的。在距平圖上顯示（圖3），1978～1994年基本上是負距平，其時間序列上的累積負距平-7.52 ℃，所以該區(qū)域在1978～1994年的時間序列上是氣候相對較寒冷；1995～2011基本上都是正距平，累積正距平7.56 ℃，所以該區(qū)域在1995～2011年的時間序列上是氣候相對較溫暖?？傮w上，該區(qū)域氣候在1995年后變暖，峰值在2000年，2000年后氣候變化波動較大，但正距平值在減小。

紅堿淖流域在1978～2011年時間序列上年均降水為284.88 mm，根據(jù)距平圖顯示（圖4），該流域降水波動較大，距平值范圍-121.75～158.67 mm，總體上的年均降水量較少，從1999年以來，除2002年和2003年降水量較高外，其他年份降水量都較少，特別是1999年、2000年和2011年降水量低于200 mm。而同一時期該流域的蒸發(fā)量總的趨勢變化波動較小，1978～2008年的蒸發(fā)量年均值為2 354.2 mm，距平值變化范圍是-270.87～329.13 mm，從2002年以來，該流域蒸發(fā)量呈減少趨勢（圖5）。

通過Pearson相關分析（表1），湖泊面積變化與該流域氣溫、降水、蒸發(fā)量有一定相關性，但相關性不顯著，其中湖泊面積與降水的相關度要高于與氣溫和蒸發(fā)量的相關度，相關性分析說明影響湖泊面積變化的不只是氣候因子。

2.2 人類活動干擾因子分析 應用ENVI4.8軟件對紅堿淖流域2006年6月和2011年6月兩期TM遙感影像進行土地利用分類（圖6），并利用該軟件通過疊加分析數(shù)據(jù)，得到

紅堿淖流域土地利用類型間的轉(zhuǎn)移矩陣，如表2所示。矩陣元素為一種土地利用類型轉(zhuǎn)移到另一種土地利用類型的面積，可以直觀地得到該流域土地變化情況。2006年到2011年間，流域的水體面積減少10.77 km2，其中，變化幅度較大、面積增加的是農(nóng)田和居民地，分別是705.6 km2和538.19 km2，主要由面積減少的草地、沙地、裸地轉(zhuǎn)移來的，雖然由水體直接轉(zhuǎn)移的量很少，但是，居民地和農(nóng)田的增加，必然會增加用水量，所以，紅堿淖水面積減少與人類活動干擾的因素相關。

紅堿淖流域的經(jīng)濟發(fā)展與人口壓力也是紅堿淖湖面萎縮的原因之一，以該流域中的一個行政區(qū)——伊金霍洛旗為例，定量分析該旗從2006年以來的地區(qū)生產(chǎn)總值與人口數(shù)量（圖7），可以部分地揭示出紅堿淖所面臨的脅迫。

3 結(jié)論

隨著全球氣候變暖，內(nèi)陸氣候趨向干旱是紅堿淖湖面萎縮和生態(tài)系統(tǒng)脆弱的自然原因。但是土地的利用加劇了紅堿淖流域生態(tài)系統(tǒng)景觀的破碎化程度，降低了紅堿淖生態(tài)系統(tǒng)的復雜性，使該湖泊生態(tài)系統(tǒng)對氣候波動的響應更加敏感，增加了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。社會經(jīng)濟發(fā)展增加了湖泊環(huán)境的壓力，紅堿淖的兩條主要補給水源河流營盤河和蟒蓋兔河上修建了兩座水庫，直接減少了紅堿淖地表匯水量；資源的掠奪性開采導致了水資源損失。湖泊水域面積變化是氣候變化和人類活動影響的結(jié)果，利用與保護的矛盾日益加劇。重視生態(tài)環(huán)境的保護，科學合理地利用湖泊流域資源，加強生態(tài)監(jiān)測與保護措施，才能有效地減緩湖泊生態(tài)系統(tǒng)的退化。

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責任編輯 黃小燕 責任校對 李巖