基于遙感數(shù)據(jù)的青海湖流域土地沙漠化評價研究

張明（環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所，生態(tài)保護與氣候變化研究中心，南京210042）

基于遙感數(shù)據(jù)的青海湖流域土地沙漠化評價研究

張明
（環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所，生態(tài)保護與氣候變化研究中心，南京210042）

青海湖地區(qū)是我國青藏高原的生態(tài)脆弱區(qū)。我們利用遙感技術(shù)手段配合地面調(diào)查數(shù)據(jù)，建立適合青海湖流域的沙漠化評價指標(biāo)體系，并對流域的沙漠化程度進行評價。結(jié)果顯示，青海湖流域潛在沙漠化土地面積7497.45km2，占研究區(qū)總面積的55.82％；發(fā)展中的沙漠化土地面積4569.81km2，占研究區(qū)總面積的34.03％；強烈發(fā)展中的沙漠化土地面積546.41km2，占研究區(qū)總面積的4.07％；嚴(yán)重沙漠化土地面積816.62km2，占研究區(qū)總面積的6.08％。氣候與土壤結(jié)構(gòu)是青海湖流域土地沙化的主要原因。

遙感；沙漠化；評價；指標(biāo)體系；青海湖

沙漠化是當(dāng)今世界最為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅［1，2］。全球1/4的陸地表面積、2/3的國家和近10億的人口受到沙漠化的影響［3，4］。中國是世界上受沙漠化影響最為嚴(yán)重的國家之一，全國沙漠、戈壁和沙漠化土地近170萬km2，其中沙漠化土地近40萬km2，嚴(yán)重威脅著中國北方地區(qū)生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展［4，5］。

沙漠化地區(qū)受氣候變化和人類活動的影響，其生態(tài)平衡被打破，地表出現(xiàn)風(fēng)沙活動，土地生產(chǎn)力下降等。土地沙漠化對人類生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，同時也制約著區(qū)域資源開發(fā)和經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。近年來，受青海湖流域特殊的氣候和地貌變化作用，在過度放牧、濫墾、亂挖濫采、鼠害等多重因素影響下，青海湖流域土地沙漠化面積不斷擴大。開展沙漠化的監(jiān)測與評估是科學(xué)有效防治沙漠化的重要途徑［6］。遙感以其觀測范圍廣、信息量大、數(shù)據(jù)更新快和精度高等優(yōu)勢，在土地沙漠化的監(jiān)測與評估中得到了廣泛的應(yīng)用［7-11］。本文建立了針對青海湖流域典型地區(qū)的遙感監(jiān)測體系指標(biāo)，對青海湖流域荒漠化影響因子進行探討，旨在為區(qū)域沙漠化監(jiān)測提供理論支持，為青海湖流域生態(tài)環(huán)境演變提供監(jiān)測與評價方法。

1　研究區(qū)域

1.1青海湖流域概況

青海湖位于青藏高原東北端，祁連山地的東南部，四周高山環(huán)繞。地理位置介于北緯36°32＇-37°15＇，東經(jīng)99°36＇-100°46＇之間。青海湖地區(qū)屬高原大陸性氣候，光照充足，干濕季分明，年均溫在0.3-1.1℃之間。湖區(qū)全年降水偏少，主要集中在5-9月份，雨熱同季，每年從11月中旬開始到翌年1月份氣溫為最低，此時全湖形成穩(wěn)定的冰蓋，冰封期年平均為108-116d。青海湖湖水補給來源為河水、雨水及地下水，每年獲得徑流補給主要來自布哈河、沙柳河、烏哈阿蘭河和哈爾蓋河。

環(huán)湖區(qū)四周高山環(huán)繞，湖陸風(fēng)形成的環(huán)湖小氣候使環(huán)湖區(qū)氣候相對濕潤。平均海拔3900m，地形起伏度小，坡度較緩，自然生態(tài)系統(tǒng)類型以濕地草原、河湖、沼澤濕地為主，主要的土地利用類型包括耕地、城鎮(zhèn)用地、交通用地等。

1.2數(shù)據(jù)來源與處理

以MSS、TM、MODIS遙感數(shù)據(jù)為主，進行了土地利用、植被因素、地形因素等分析。時間為2010年Landsat衛(wèi)星遙感影像，為了保證影像高質(zhì)量，選擇夏季影像，云層覆蓋度小于10％。利用ENVI軟件對影像進行標(biāo)準(zhǔn)彩色波段組合、彩色增強，并借助1：5萬地形圖對影像進行二項式幾何精校正，空間誤差保證在正負(fù)2個象元內(nèi)，然后在ARC/INFO軟件支持下，結(jié)合青海湖流域土壤、植被、氣象等相關(guān)資料，采用人機交互解譯方法提取數(shù)據(jù)。

2　研究結(jié)果

2.1沙漠化指標(biāo)體系建立

根據(jù)沙漠化定義及其評價指標(biāo)，青海湖流域環(huán)湖區(qū)沙漠化評價指標(biāo)體系遵循以下原則：（1）科學(xué)性：指標(biāo)體系要能夠科學(xué)地反映青海湖流域環(huán)湖區(qū)自然環(huán)境和人類活動對沙漠化的共同影響，反映環(huán)湖區(qū)內(nèi)沙漠化的空間格局和分布特征；（2）系統(tǒng)性：把青海湖流域視為生物多樣性的一個整體大系統(tǒng)，從中研究流域環(huán)湖區(qū)內(nèi)各方面因素與沙漠化的關(guān)系，通過所設(shè)置的指標(biāo)，準(zhǔn)備全面地反映出流域內(nèi)各項因素對沙漠化的共同作用；（3）可測性：指標(biāo)體系要簡單明了，每個指標(biāo)的要領(lǐng)明確，各指標(biāo)間含義不重復(fù)，而且這些指標(biāo)要和流域環(huán)湖區(qū)內(nèi)已有的針對沙漠化的調(diào)查與監(jiān)測相結(jié)合，使指標(biāo)容易獲得和監(jiān)測；（4）層次性：指標(biāo)體系應(yīng)根據(jù)不同因素對流域內(nèi)沙漠化的影響方式和作用的不同分出鮮明的層次，并有明確的對應(yīng)關(guān)系，層次越往上，指標(biāo)越綜合；層次越往下，指標(biāo)越具體；（5）穩(wěn)定性：指標(biāo)體系應(yīng)在一定時期、一定范圍內(nèi)不發(fā)生重大的變動，保持時空上的穩(wěn)定。

據(jù)此，從造成土地沙漠化因素入手，結(jié)合實地調(diào)查和流域內(nèi)沙漠化具體情況，選取了7項評價指標(biāo)13個評價因子，具體包括地形因素（坡度、地形起伏度）、植被因素（植被覆蓋度、凈植被第一生產(chǎn)力）、土地利用因素、氣候因素（干燥度、年均潛熱）、沙漠化程度（距離沙地距離、距離湖泊距離）、土壤因素（土壤質(zhì)地、土壤水分）和人類活動因素（人口密度、超載率）。

2.2基于層次分析法的流域沙漠化分析

層次分析法是一種基于專家評分的評價和確定指標(biāo)權(quán)重的方法。層次的劃分及各影響因素的選擇必須根據(jù)具體的決策問題而定，包含：目標(biāo)層（提出總目標(biāo)）、準(zhǔn)則層（目標(biāo)層的主要影響因素）、指標(biāo)層（準(zhǔn)則層的影響因子）。根據(jù)層次分析法的基本步驟和沙漠化評價指標(biāo)體系，建立起了青海湖流域環(huán)湖區(qū)沙漠化評價層次模型（圖1）。

圖1　青海湖流域環(huán)湖區(qū)沙漠化評價階遞層次模型

判斷矩陣是以上一層元素作準(zhǔn)則將下一層支配元素進行成對比較，同時參考專家意見，確定各因素之間的相對重要性并賦以相應(yīng)的分值，構(gòu)造出各層次中的所有判斷矩陣，計算權(quán)重向量并進行一致性檢驗。根據(jù)前人的研究并結(jié)合專家調(diào)查，構(gòu)建構(gòu)造判斷矩陣，最終得到層次分析法總排序權(quán)重表（表1）。

2.3青海湖流域沙漠化等級分布

朱震達等對我國北方沙漠化土地進行了詳細(xì)的研究后提出了一套沙漠化等級分類標(biāo)準(zhǔn)，并被廣泛采用。參照前人研究結(jié)果，以沙漠化土地地表形態(tài)變化為指征，同時考慮氣候、植被、土地利用、人類活動、土壤、地形等因素，將土地沙漠化程度分為四級，并制作出青海湖環(huán)湖區(qū)土地沙漠化危險等級圖（圖2）。

青海湖環(huán)湖區(qū)總面積13443.03km2，土地面積為9218.73km2，水體面積4224.30km2。土地沙漠化等級由低到高依次分為潛在沙漠化、發(fā)展中沙漠化、強烈發(fā)展和嚴(yán)重沙漠化四級。不同沙漠化土地類型的空間分布特征如圖2所示。

潛在沙漠化土地面積最大，為7497.45km2，占研究區(qū)總面積的55.82％，主要分布在布哈河、沙柳河、倒淌河中上游地帶以及青海南山海拔4000米左右的高寒地區(qū)，地勢相對陡峭，降水較多，相對濕潤，植被類型以溫性草原與高寒草原為主，人為活動干擾較少，此區(qū)域土地沙漠化危險程度最低。

正在發(fā)展中的沙漠化土地面積較大，為4569.81km2，占研究區(qū)總面積的34.03％，主要分布在布哈河、倒淌河、沙柳河、甘子河等下游河谷以及緩坡地帶，主要的植被類型為溫性草原，土壤質(zhì)地以粉壤土、粘壤土為主，降水較少，蒸發(fā)較大，土壤含水量相對較少，載畜量較高。

強烈發(fā)展中的沙漠化土地面積最小，為546.41km2，占研究區(qū)總面積的4.07％，主要分布在青海湖湖濱平原地帶，海拔較低，地勢平坦，特別多處于沙地周圍，起沙點較多。此區(qū)域人口密度大，人為活動較為頻繁，是農(nóng)牧業(yè)的主要聚集區(qū)，天然植被覆蓋度低，超載率高，土地利用以低覆蓋草地、河灘地、耕地、城鎮(zhèn)和居民點用地為主。主要包括了青海湖農(nóng)場、三角城種羊場、布哈河河谷周圍和江西溝附近，是沙地擴張的主要地帶。

嚴(yán)重沙漠化土地面積為816.62km2，占研究區(qū)總面積的6.08％。主要集中分布于湖區(qū)東岸和西岸，零星小面積地分布于青海湖南岸江西溝等地。青海湖西岸沙丘主要分布于海西山（鳥島）西北、布哈河三角洲的東北緣，湖東岸的沙丘主要分布在湖東種羊場、尕海和甘子河中下游一帶。主要沙地類型有新月形沙丘和新月形沙丘鏈，前者主要靠湖側(cè)、后者主要靠陸側(cè)分布。

表1　層次分析法總排序權(quán)重表

圖2　青海湖環(huán)湖區(qū)土地沙漠化危險等級圖

3　討論與結(jié)論

青海湖湖區(qū)東北岸的濱湖平原和湖西岸的沙丘在成因上屬于風(fēng)沙堆積，本區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)，強勁的風(fēng)力把湖區(qū)西岸和北岸河口三角洲地帶的沙粒吹揚起來并向東南方向輸移，在受到湖盆東部日月山等高山阻擋后沙粒便停落下來，從而造成湖岸東側(cè)廣泛的風(fēng)沙堆積。這些風(fēng)沙堆積不僅在濱湖平原造成沙丘，而且還大量降落在水下，形成水下風(fēng)沙堆積，并使湖中的沙島與沙堤不斷增高，造成不少堰塞湖脫離母體，從而形成青海湖東岸獨具一格的自然景色。

近年來氣候變化，氣溫升高導(dǎo)致土壤、沙粒干燥度增加，干燥的沙粒起沙運動的可能性增大，輸沙量也增大。因此，氣溫升高對沙丘移動速度和高度變化呈正效應(yīng)，而降水量的大小對植被的恢復(fù)和生長具有積極的促進作用，增加沙粒的黏滯性，有效地抑制沙丘的移動及變化，所以氣候變化是影響土地沙漠化的重要原因。另外該區(qū)域土壤質(zhì)地以砂土、砂壤土為主，土壤含沙量約在80％以上，植被稀疏，覆蓋度低，地表裸露，這些因素共同作用使得導(dǎo)致青海湖環(huán)湖區(qū)部分地區(qū)土地沙漠化程度嚴(yán)重。

青海湖南岸江西溝地區(qū)的零星沙地面積較小，呈現(xiàn)條帶狀沿湖分布，該地區(qū)的沙地在成因上與湖東岸、西岸的沙地略有不同，主要是因為湖泊水位的變化導(dǎo)致湖濱沙地的變化，湖泊水位升高，淹沒湖濱沙地，沙地就會變少，湖泊水位下降，湖泊淺水區(qū)的沙地將會裸露，從而沙地變多，這樣的沙地變化并非氣候因素直接所致，而是一種地貌變化。

［1］Reynolds J F，Grainger A，Smith D M S，et al.Scientific concepts for an integrated analysis of desertification［J］.Land Degradation＆amp; Development，2011，22（2）：166-183.

［2］王濤，朱震達.我國沙漠化研究的若干問題—沙漠化的概念及其內(nèi)涵［J］.中國沙漠，2002，22（3）：209-214.

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［5］王濤.中國沙漠與沙漠化［M］.石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［6］Millennium Ecosystem Assessment.Ecosystems and Human Well-being：Desertification Synthesis［R］.Washington，USA：World Resources Institute，2005.

［7］馬玉軍，沙占江，陳學(xué)儉，等.青海省共和盆地20年來沙漠化土地變化.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2016，30（2）：176-181.

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［10］康文平，劉樹林.沙漠化遙感監(jiān)測與定量評價研究綜述.中國沙漠，2014，34（5）：1222-1229.

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（2016-05-08收稿袁海峰編輯）

Indicator System and Assessment of Land Desertification in Qinghai-Lake Area Based on Remote Sensing

ZHANG Ming
（Research Center for Ecological Protection and Climate Change Response，Nanjing Institute of Environmental Sciences，Ministry of Environmental Protection，Nanjing 210042，China）

Qinghai-Lake Area is one of ecologically vulnerable areas in Qinghai-Tibetan Plateau.Therefore，we use remote sensing technology and ground investigation data to build indicator system for desertification assessment，fit for Qinghai-Lake Area，andcarriesoutassessment.Theresultshows，landareaof potential desertification is 7497.45km2，which is 55.82％of total researcharea.Landareaofdevelopmentdesertificationis 4569.81km2，which is 34.03％of total research area.Land area of strong development desertification is 546.41km2，which is 4.07％ of total research area.Land area of serious desertification is 816.62km2，which is 6.08％of total research area.Climate and soil structure are the main reason of desertification in Qinghai-Lake Area.

Remote sensing；Desertification；Assessment；Indicator system；Qinghai-Lake Area

TP79；X144

A

1003-7853（2016）03-0035-03

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項

張明（1982-），男，福建順昌人，碩士，助理研究員，主要從事生態(tài)保護與修復(fù)研究。