1977-2012年烏審旗沙漠化演變景觀格局分析

張 靖

(大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧大連116605)

隨著人類活動(dòng)深度和廣度的增加，人類活動(dòng)業(yè)已成為導(dǎo)致地球表層系統(tǒng)景觀變化的主要因素［1］。特別是面積約占陸地面積40%的干旱區(qū)［2］，不僅提供了重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和功能，更重要的是為全球20%的人口提供生計(jì)所需的生活和生產(chǎn)資料［3］。由于受到人類活動(dòng)和自然因素相互作用的影響［4］，這些地區(qū)更易于受到土地退化問(wèn)題的困擾［5］，沙漠化是表現(xiàn)形式之一［6］。人類活動(dòng)和自然因素在不同時(shí)空尺度上相互影響、相互作用，使生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度的響應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致干旱區(qū)的沙漠化問(wèn)題［3］。景觀格局分析為沙漠化變化監(jiān)測(cè)和分析提供了理想的工具。景觀格局是自然因素和人類活動(dòng)相互作用的結(jié)果［7］，當(dāng)前的景觀格局反映了過(guò)去人類與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系［8］。由于景觀格局和生態(tài)過(guò)程是相互依賴、緊密相連的，通過(guò)景觀指數(shù)量化景觀結(jié)構(gòu)組成、空間配置的特征，可以更好的理解沙漠化過(guò)程［9］。

選擇內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗(行政區(qū)劃，等同于縣)為研究區(qū)，該旗處北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶——毛烏素沙地腹地，是中國(guó)中、東部平原重要的生態(tài)屏障，生態(tài)環(huán)境脆弱［10］。由于區(qū)域的特殊性，科學(xué)界對(duì)該地區(qū)沙漠化變化情況給予高度的關(guān)注。如:吳薇研究發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)50-80年代該地區(qū)沙漠化發(fā)生擴(kuò)展，80年代后期到90年代中期沙漠化得到逆轉(zhuǎn)［11］;郝成元等則認(rèn)為該地區(qū)20世紀(jì)80年代中期和90年代末沙漠化土地面積略有增加，但總體趨于穩(wěn)定［12］;王玉華等研究發(fā)現(xiàn)，2000-2006年毛烏素沙地總體上呈現(xiàn)出良性發(fā)展態(tài)勢(shì)，逆轉(zhuǎn)發(fā)生［13］;劉靜等研究發(fā)現(xiàn)，1990-2007年毛烏素沙地植被覆蓋狀況總體呈良性轉(zhuǎn)移趨勢(shì)，但局部出現(xiàn)退化［14］。雖然，上述研究在監(jiān)測(cè)該旗沙漠化變化情況有很好的結(jié)果，但研究多基于地理學(xué)的視角，采用GIS疊加分析與土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的分析方法，而采用生態(tài)學(xué)視角的研究，特別是采用景觀分析的方法鮮有報(bào)道。

本文以景觀格局的分析方法，研究該區(qū)1977-2012年近35年沙漠化變化情況，以期為該地區(qū)土地利用決策和管理提供科學(xué)的依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

烏審旗位于鄂爾多斯高原東南部，毛烏素沙地腹地，內(nèi)蒙古自治區(qū)最南端，東經(jīng)108°17＇～109°40＇，北緯 37°38＇～ 39°23＇，面積 11 600 km2。轄6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、蘇木。溫帶大陸性氣候，年均氣溫6.8℃，年均蒸發(fā)量2 200 mm，年均降水量約350 mm，無(wú)霜期135 d。海拔高度在1 300 m。地貌類型有:波狀高原、梁地、內(nèi)陸湖淖、灘地、固定沙地、半固定沙丘、流動(dòng)沙丘、黃土梁和河谷地等。土壤類型包括:沙地發(fā)育的各類風(fēng)沙土，梁地上發(fā)育的栗鈣土，灘地、丘間低地、湖濱低地和河漫灘等發(fā)育的草甸土、鹽堿土。植被以本氏針茅(Stipa capillata Linn.)建群地帶性植被和非地帶性植被為主。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

選取1977年Landsat MSS遙感圖像(分辨率90 m)，1987年、1997 年、2007 年的 Landsat TM 遙感圖像(分辨率30 m)，以及2012年HJ1-A/B遙感圖像(分辨率30 m)。遙感圖像以該地區(qū)地形圖為底圖，二次多項(xiàng)式幾何校正，最近鄰法重采樣，均方根誤差小于2;假彩色合成，使用ArcGIS 10.0軟件對(duì)遙感圖像進(jìn)行目視解譯，獲得1977年、1987年、1997年、2007年和2012年5期烏審旗景觀類型圖。景觀類型劃分為:森林景觀、沙地景觀、濕地景觀、人工景觀和其他類型景觀，其中沙地景觀又細(xì)分為:固定沙地景觀、半固定沙地景觀和流動(dòng)沙地景觀。經(jīng)野外調(diào)查驗(yàn)證，5期景觀類型圖解譯精度在90%以上。

1.3 景觀指數(shù)的選擇

為了反映烏審旗在研究時(shí)段1977-2012年景觀格局的變化，以及參考一些學(xué)者對(duì)景觀指數(shù)的描述［15］，文中共選擇了10個(gè)景觀指數(shù)，包括:斑塊數(shù)(NP)、斑塊密度(PD)、邊密度(ED)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、香農(nóng)多樣性(SHDI)、邊長(zhǎng)–面積分維度(PAFRAC)、蔓延度(CONTAG)、聚集度指數(shù)(AI)和斑塊結(jié)合度指數(shù)(COHESION)。景觀指數(shù)的計(jì)算在Fragstats 4.1中完成(計(jì)算公式和景觀指數(shù)說(shuō)明見(jiàn)表1)。

表1 景觀格局指數(shù)的計(jì)算公式及說(shuō)明

續(xù)表

2 結(jié)果與分析

2.1 烏審旗景觀格局變化分析

烏審旗1977-2012年各類型景觀面積見(jiàn)表2。烏審旗面積最大的景觀類型為流動(dòng)沙地景觀、固定沙地景觀、半固定沙地景觀、低濕地景觀和森林景觀等。文中以固定沙地景觀、半固定沙地景觀、流動(dòng)沙地景觀面積的變化來(lái)表征烏審旗沙漠化變化情況，如圖1。

表2 烏審旗1977-2012年各類型景觀面積

圖1 1977-2012年烏審旗沙地景觀面積變化

由圖1可看出:研究時(shí)段1977-1987年，該旗沙漠化擴(kuò)展大幅發(fā)生，表現(xiàn)為固定、半固定沙地景觀面積減少(分別減少363.83 km2和79.37 km2)和流動(dòng)沙地景觀面積增加(382.83 km2);而研究時(shí)段1987-2012年，該旗沙漠化發(fā)生逆轉(zhuǎn)，即半固定和固定沙地景觀面積呈增加趨勢(shì)，流動(dòng)沙地景觀面積呈減少趨勢(shì)。其中，固定沙地景觀面積增加527.65 km2，半固定沙地景觀面積增加489.98 km2，流動(dòng)沙地面積減少1 517.35 km2，且在研究時(shí)段2007-2012年固定沙地景觀的面積超過(guò)流動(dòng)沙地景觀的面積。

2.2 烏審旗景觀指數(shù)分析

景觀水平指數(shù)分析結(jié)果見(jiàn)表3，可以看出，從1977-2012年這35年間，烏審旗景觀發(fā)生較大的 變化。

表3景觀水平的景觀格局指數(shù)

研究時(shí)段1977-1987年，烏審旗許多半固定和固定沙地轉(zhuǎn)變成流動(dòng)和半流動(dòng)沙地(如圖1)，隨沙漠化的擴(kuò)展，最大斑塊指數(shù)升高，景觀中各類型斑塊數(shù)、斑塊密度和邊密度減少，表明一些小斑塊連成大斑塊，景觀破碎化程度降低，斑塊向流動(dòng)沙地景觀聚集(AI和COHESION增加)，各景觀類型分布趨于均一，多樣性指數(shù)指數(shù)增加。

研究時(shí)段1987-1997年，景觀變化較復(fù)雜，表現(xiàn)為:最大斑塊指數(shù)增加，景觀中各類型斑塊數(shù)、斑塊密度和邊密度增加;各景觀類型分布不均勻，多樣性指數(shù)減少，斑塊形狀變得復(fù)雜(PAFRAC增加)，景觀破碎化程度增加，斑塊趨于分散(AI和COHESION減少)，固定、半固定，流動(dòng)沙地景觀三者之間轉(zhuǎn)換復(fù)雜，但沙漠化擴(kuò)展的趨勢(shì)得到了緩解。

研究時(shí)段1997-2012年，流動(dòng)沙地景觀大量轉(zhuǎn)變成半固定和固定沙地景觀(如圖1)，最大斑塊指數(shù)大幅度減少，流動(dòng)沙地斑塊破碎化程度增加，導(dǎo)致景觀破碎化程度增加，斑塊趨于分散(AI和COHESION減少)，景觀中各類型斑塊數(shù)、斑塊密度和邊密度增加，景觀中各類型斑塊分布的多樣性和均勻度增加(SHDI增加)，斑塊形狀變得復(fù)雜。

3 結(jié)論

通過(guò)分析5期烏審旗景觀格局，本文得出如下結(jié)論:1977-2012年烏審旗的景觀格局發(fā)生了較大的變化，沙漠化擴(kuò)展的趨勢(shì)得到抑制并發(fā)生逆轉(zhuǎn)，變化時(shí)期可以分為兩個(gè)階段，1977-1987年沙漠化擴(kuò)展期和1987-2012沙漠化逆轉(zhuǎn)期。階段一(1977-1987年)，該地區(qū)主要表現(xiàn)為沙漠化擴(kuò)展:固定沙地和半固定沙地面積減少，流動(dòng)沙地面積增加，景觀破碎化程度減輕。階段二(1987-2012年)，該地區(qū)沙漠化擴(kuò)展的趨勢(shì)得到了緩解并發(fā)生逆轉(zhuǎn)，但景觀趨于破碎化，其變化又可以細(xì)分為兩個(gè)階段:1987-1997年，沙漠化擴(kuò)展的趨勢(shì)得到了抑制，雖然部分地區(qū)的沙漠化面積略有增加，但總體趨于穩(wěn)定，部分地區(qū)沙漠化開始逆轉(zhuǎn);而1997-2012年，烏審旗大部分地區(qū)沙漠化逆轉(zhuǎn)，表現(xiàn)在流動(dòng)沙地面積的大幅度減小，植被開始恢復(fù)。

人類活動(dòng)是造成該地區(qū)沙漠化變化的主要因素之一［12，16］。從20世紀(jì)70年代末到80年代中期，由于大規(guī)模開荒和草場(chǎng)嚴(yán)重超載、過(guò)牧等不合理的土地利用方式，烏審旗沙漠化擴(kuò)展速度較快［17］。到20世紀(jì)80年代中后期，由于“雙權(quán)一制”(落實(shí)草原所有權(quán)、使用權(quán)和承包經(jīng)營(yíng)責(zé)任制)的土地政策的推行，草場(chǎng)逐步分給牧民管理，過(guò)度放牧現(xiàn)象逐漸得到緩解［18］。同期，該地區(qū)的牲畜飼養(yǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，表現(xiàn)為山羊和綿羊比例大幅度下降［18-19］。此外，在20世紀(jì)80年代，該地區(qū)開始飛播造林［20］和“三北工程”［11］，也是20世紀(jì)80年代至90年代的沙漠化擴(kuò)展趨勢(shì)得到減緩的原因之一。自1998年以來(lái)的生態(tài)環(huán)境綜合治理、水土保持、“禁牧”等生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)建設(shè)工程實(shí)施效果明顯，對(duì)該地區(qū)沙漠化的逆轉(zhuǎn)產(chǎn)生了一定的影響［13］。正是因?yàn)樵谶@些人類活動(dòng)綜合作用下，烏審旗沙漠化狀況得到緩解并發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

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