伏沙地研究綜述

張真 布仁圖雅 都樂 姜慧敏

摘要：本文介紹了伏沙地的特征、分類、伏沙地防治的重要性以及伏沙地研究的進展。伏沙地的研究目前正處于起步階段，研究主要集中在伏沙地植被特征、土壤特征和伏沙地的遙感影像解譯方面。目前還未形成一套專門針對伏沙地的判定及評估方法，實際應(yīng)用中通常借鑒荒漠化監(jiān)測的方法。伏沙地的研究仍存在諸多困難，并提出了對伏沙地研究的展望。

關(guān)鍵詞：伏沙地；遙感；荒漠化

中圖分類號：X144 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2016）05-0011-04

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2016.05.003

General review on the sinking sandy land

Zhang Zhen1，Burentuya2，Dule2，Jiang Hhuimin2

（1.Environmental and Resource Science， Inner Mongolia University， Hohhot 010010；

2. Inner Mongolia Environmental Monitoring Center Station， Hohhot 010011）

Abstract：This paper presents the characteristic and classification of the sinking sandy land， the importance of the research on the sinking sandy land， and the process of the research about the sinking sandy land. At present， the research about the sinking sandy land are still at an initial stage， the contents of research include characteristic of vegetation and soil， also include the remote-sensing imagery interpretation about the sinking sandy land. Up still the present moment， an integral system which is specifically aimed at the assessment and evaluation about the sinking sandy land is still in developing and variation. In pratical applications， researchers usually reference the method of land desertification. In addition， numerous of difficulties and expectations are proposed in this paper.

Key words：The sinking sandy land；Remote sense；Desertification

1 伏沙地介紹

1.1 伏沙地的定義

伏沙地一詞最早出現(xiàn)于1980年中科院內(nèi)蒙古寧夏考察隊編寫的《內(nèi)蒙古自治區(qū)及東北西部地區(qū)地貌》一書中，此書首次將伏沙地與“明沙”相區(qū)分，定義為“砂質(zhì)土壤層，由于水分條件較好，土壤比較發(fā)育，有植被層所覆蓋，常不易為人們所注意”的土地[1]。從此開始，伏沙地開始進入人們的視野，隨著后續(xù)研究的不斷深入，伏沙地又有了新的更為全面的定義：伏沙地是指分布于干旱—半濕潤地區(qū)，經(jīng)風力分選、搬運后沉積下來的沙物質(zhì)經(jīng)過尚未充分發(fā)育完成的成土過程而在土壤表層形成薄的腐殖質(zhì)層，下層為風積沙母質(zhì)的土地類型[2]。

1.2 伏沙地的分布

研究發(fā)現(xiàn)，草原、沙地、濕地等地帶都有發(fā)育成伏沙地的可能，因此伏沙地具有沙地、草原、濕地、等生境的多重特性[3]。分布于典型草原上的伏沙地，通常產(chǎn)生于典型草原向荒漠草原轉(zhuǎn)變的過度地帶，土壤腐殖質(zhì)層薄，植被稀疏。分布于沙地周邊的伏沙地，通常伴有風蝕坑的出現(xiàn)，因此在遙感影像上可以將風蝕坑作為伏沙地的間接解譯標志。分布于濕地周圍的伏沙地通常是由于水蝕作用產(chǎn)生的，水蝕作用沖刷土壤，使得土壤腐殖質(zhì)層變薄，下層沙質(zhì)層變厚，伏沙地因此產(chǎn)生。目前對于伏沙地的研究都集中在內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟，然而具體的分布區(qū)域卻無人進行過詳細研究[3， 4]。

1.3 伏沙地的分類

按照伏沙地景觀，可以將伏沙地分為：草原伏沙地、林地伏沙地和濕地伏沙地[5]。草原伏沙地分布于草原上，地勢平坦，水分條件較好，生產(chǎn)力相對于其它類型最高。據(jù)目前研究來看，林地伏沙地分布于稀疏的榆樹林地，水分條件與生產(chǎn)力水平相比草原伏沙地均較高。濕地伏沙地發(fā)育于地勢較為低洼水分含量大的濕地周邊，土壤粘重但有機質(zhì)含量低，礦化作用明顯，因此生產(chǎn)力水平較低。

1.4 伏沙地的特點

1.4.1 伏沙地的土壤特點

伏沙地土壤剖面特征是判定伏沙地的重要依據(jù)，從土壤剖面結(jié)構(gòu)來看，三種類型的伏沙地具有相同的主體結(jié)構(gòu)，它們的土壤剖面都分為兩層：腐殖質(zhì)層和母質(zhì)層（也被通俗稱為沙層），與地帶性草原的土壤結(jié)構(gòu)差異顯著，上層腐殖質(zhì)層與下層母質(zhì)層（沙層）的相對厚度體現(xiàn)了該區(qū)域沙化可能性的大小。由于伏沙地土壤發(fā)育過程中經(jīng)歷了淋溶、礦化與腐殖質(zhì)化等多重作用，上層腐殖質(zhì)層的土壤粒徑自上而下呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢。由于母質(zhì)層的構(gòu)成成分為松散的細沙，所以伏沙地土壤的通透性良好，土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化以礦化作用為主，腐殖質(zhì)化作用為輔，腐殖質(zhì)積累緩慢[6]，這也成為影響伏沙地植被發(fā)育的關(guān)鍵因素。

1.4.2 伏沙地的植被特點

伏沙地上發(fā)育的植被與伏沙地所處地帶的植被呈現(xiàn)相似性，在植物物種豐富度與群落蓋度上呈現(xiàn)減少的趨勢。例如草原伏沙地的植被類型以草原群落為主，群落中有指示性的沙生物種如褐沙篙、小葉錦雞兒等生長，但植物群落蓋度、密度和生物量等特征都小于典型草原[5]。林地伏沙地的植被類型以稀疏的榆樹林為代表，林下分布著灌叢和稀疏的典型草原植被。濕地伏沙地的植被類型以濕地群落為主，群落中主要生長著濕生物種。另外，伏沙地植被與土壤上層的腐殖質(zhì)厚度呈現(xiàn)相關(guān)性，通常伏沙地土壤腐殖質(zhì)層越厚，植被類型越豐富，植被覆蓋度越高，反之亦然。

1.5 伏沙地研究的重要性

沙質(zhì)荒漠化是干旱、半干旱地區(qū)土地退化的主要類型之一[6]，也是草原退化的主要類型?；哪从谌祟悓τ谕恋刭Y源的不合理開發(fā)利用，已經(jīng)成為當今世界上最嚴重的生態(tài)危機。從全球角度來看，中國的荒漠化形式不容樂觀，是世界上荒漠化最為嚴重的國家之一[7]。草原作為內(nèi)蒙古地區(qū)最為重要的生態(tài)系統(tǒng)也正遭受著荒漠化的威脅[8-11]。伏沙地是由于草原的表層土壤脆弱而使淺層沙地活化，向荒漠方向轉(zhuǎn)變的土地類型[12]。通過伏沙地與地帶性草原的對比發(fā)現(xiàn)，地帶性草原在經(jīng)歷過度放牧而使植被與土壤退化后，其生態(tài)系統(tǒng)可以經(jīng)過一段時間的圍封修養(yǎng)進行自我修復(fù)。然而對于伏沙地而言，其生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)的能力極為微弱，伏沙地表層土壤一旦被破壞，淺層沙地活化，沙化趨勢將不可逆轉(zhuǎn)。伏沙地土壤發(fā)育不完整，結(jié)構(gòu)簡單卻承受著農(nóng)業(yè)、牧業(yè)與氣候變化頻繁等多重壓力，是真正意義上的生態(tài)脆弱帶[12]，若不及時加以控制恢復(fù)，會大大加快荒漠化的進程。土地荒漠化是中國西部最嚴重的生態(tài)環(huán)境問題[13]，土地荒漠化不僅僅影響到一個區(qū)域的生態(tài)安全，也將制約經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和影響社會穩(wěn)定，伏沙地的研究可以為草原荒漠化防治提供理論依據(jù)，進而影響荒漠化決策的制定，有利于建設(shè)生態(tài)文明，維持經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展[14]。因此伏沙地的研究和防治刻不容緩。

2 伏沙地的研究進展

伏沙地一詞最早出現(xiàn)于20世紀80年代中國科學院內(nèi)蒙古寧夏綜合考察隊在1980 年出版的《內(nèi)蒙古自治區(qū)及東北西部地區(qū)地貌》一書中，是為了與專指沙地的“明沙”相區(qū)分而提出的，該書將伏沙地定義為“砂質(zhì)土壤層，由于水分條件較好，土壤比較發(fā)育，有植被層所覆蓋，常不易為人們所注意”的土地[1]。伏沙地的研究目前正處于開始階段，國外至今沒有關(guān)于伏沙地的研究，國內(nèi)研究主要集中于內(nèi)蒙古地區(qū)。

姜艷豐等人對西烏珠穆沁旗境內(nèi)不同類型的伏沙地進行了有關(guān)土壤剖面特征和土壤粒徑的調(diào)查研究，研究認為：伏沙地土壤是一種發(fā)育土，土壤剖面分為上層腐殖質(zhì)層和下層母質(zhì)層兩部分，與地帶性土壤結(jié)構(gòu)相差較大；從土壤粒徑角度看，整體上伏沙地土壤粒徑大于地帶性土壤，腐殖質(zhì)層土壤粒徑自上而下呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，這是土壤發(fā)育過程中淋溶、礦化與腐殖質(zhì)化共同作用的表現(xiàn)[4]。

侯建等人經(jīng)過野外調(diào)查認為，伏沙地的形成是沙地形成的一種特殊形式，在形成初期二者均為沙物質(zhì)的積累，并在風的作用下形成沙丘。由于伏沙地所處的地理位置較為濕潤沙丘表層形成腐殖質(zhì)，經(jīng)歷長時間的積累后便形成今天所見的伏沙地這一景觀[2]。

陳秀蘭等人主要從伏沙地植被類型的角度進行了分析，分別指出了典型草原伏沙地、濕地伏沙地、林地伏沙地的指示植物，同時對于不同土地類型的光譜特征也進行了研究，研究綜合了植被與土壤特征，認為伏沙地是典型草原向沙質(zhì)草原過渡的一種土地類型[15]。

除了研究伏沙地的植被和土壤特征外，近幾年來越來越多的研究者開始利用3S技術(shù)來對特定區(qū)域的伏沙地分布格局進行研究。

趙宇飛等人通過對西烏旗ETM+遙感影像進行波段信息統(tǒng)計、主成分分析等，認為波段（紅）4（綠）5（藍）3為伏沙地信息提取的最佳波段組合，在此基礎(chǔ)上針對典型草原、典型草原伏沙地、濕地伏沙地、沙地、農(nóng)田等不同地物類型分別建立了遙感影像解譯標志[16]。

伏沙地的遙感解譯方法還是借鑒荒漠化的解譯方法。20世紀90年代開始，目視解譯的方法開始大規(guī)模出現(xiàn)在荒漠化監(jiān)測中[17-20]。2000年以后，荒漠化遙感監(jiān)測開始進人工自動提取階段?；哪b感監(jiān)測由原來的借鑒相關(guān)技術(shù)發(fā)展到荒漠化遙感專題研究的精確化階段，監(jiān)測指標[21]逐漸地得到了擴展，監(jiān)測方法例如決策樹分類法、監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類等方法也逐漸成熟[22]。但由于伏沙地的分布與沙地呈現(xiàn)相關(guān)性又不盡然相同，荒漠化的監(jiān)測方法不完全適用于伏沙地的監(jiān)測。伏沙地解譯過程中常常需要依靠間接解譯標志例如沙帶、風蝕坑、古河道等[12]，因此目前還是依靠目視解譯的方法進行伏沙地解譯。

總體來看，專門針對伏沙地的特征研究和解譯是從2007年以后開始的，國外尚未有“伏沙地”這一學術(shù)名詞的出現(xiàn)，目前國內(nèi)研究成果較少，研究者通常利用遙感解譯的方法對伏沙地概況進行宏觀認識，再利用地面實驗調(diào)查植被、土壤等特征，從而對伏沙地進行更深層次的分析。

3 伏沙地研究的難點與展望

3.1 伏沙地研究的難點

由于同物異譜和同譜異物現(xiàn)象的存在，導致遙感衛(wèi)星影像解譯存在不確定性。伏沙地和典型草原光譜具有相似性，易混淆，原因是伏沙地與典型草原的根本區(qū)別是在地下土層部分而地上植被在遙感影像中通過光譜很難區(qū)分需進一步在目視解譯下通過影像的紋理特點位置關(guān)系等間接條件準確區(qū)分[23]；伏沙地通常存在于沙丘、古河道附近，砂礫的高反射也會影響到伏沙地光譜的準確性；在目視解譯過程中，鹽堿地與伏沙地具有相似性，二者的區(qū)分成為解譯難點，需要結(jié)合實地核查通過地貌條件間接分析判斷。

3.2 伏沙地研究展望

一直以來，草原沙化是備受各界關(guān)注的草原生態(tài)問題，然而媒體與公眾對于草原沙化的認識陷入了一個誤區(qū)：草原在過度利用或者不合理開發(fā)利用的情況下會發(fā)生沙化。這種認識是錯誤的。事實上并非所有的草原都會沙化，地帶性草原在過度利用的情況下會使土壤發(fā)生一定程度板結(jié)，地表植被出現(xiàn)“小型化”[24]，但這并不是沙化現(xiàn)象；伏沙地土壤結(jié)構(gòu)特殊，其上層覆蓋有一層較薄的腐殖質(zhì)，下層為沙質(zhì)層，在遭到破壞的情況下很容易發(fā)生沙化，是沙化的潛在區(qū)域，因此草原沙化與草原土壤退化是不可混淆的兩個概念，容易沙化的草原是真正的草原生態(tài)脆弱地帶。由此可見，伏沙地的研究意義重大，為了更科學合理地利用草場，有必要把伏沙地與真正意義上的草原區(qū)分開來，嚴加保護謹慎利用；在后續(xù)的草原生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系建立過程及草原荒漠化研究過程中，有必要將伏沙地作為指示草原沙化的指標進行深入研究。

灌叢化是一些區(qū)域草原退化的普遍現(xiàn)象[25]，灌叢化草原通常分布于沙地周邊，有著與伏沙地相似的地理條件，然而相比于沙地和伏沙地，其地表腐殖質(zhì)層更厚。灌叢化草原是否為伏沙地，其腐殖質(zhì)層下是否也分布著沙層需要進一步開展研究，從而完善伏沙地植被分類體系，進而可以實現(xiàn)通過植被特征準確認定伏沙地。

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