典型草原牧區(qū)道路時(shí)空變化特征分析

張陽(yáng) 賽西雅拉圖 其力木格

摘 要：以阿巴嘎旗那仁寶拉格蘇木為研究對(duì)象，通過(guò)查閱相關(guān)資料以及遙感圖像解譯等方法，研究典型草原牧區(qū)道路時(shí)空變化特征。結(jié)果表明：（1）2009—2017年，研究區(qū)內(nèi)一、二級(jí)公路的變化趨勢(shì)不顯著，道路的增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在三級(jí)公路的增長(zhǎng)上;（2）從2009—2017年間一級(jí)路與二級(jí)路、二級(jí)路與三級(jí)路的重心距離均呈縮小現(xiàn)象，說(shuō)明下級(jí)道路的擴(kuò)張以在上級(jí)道路附近為主;（3）研究區(qū)新增道路及人口數(shù)主要分布在東北部，并且相對(duì)集中，居民點(diǎn)的增加與擴(kuò)張，對(duì)道路的位置和數(shù)量變化也有較大關(guān)系;（4）研究區(qū)草原道路的時(shí)空變化特征與海拔、坡度等自然因素及牧戶的生產(chǎn)生活等人文因素息息相關(guān)，其中人文因素占據(jù)主要作用。

關(guān)鍵詞：牧區(qū)道路;時(shí)空變化特征;典型草原

中圖分類號(hào) S812文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）09-0082-06

Analysis of Spatiotemporal Changes of Roads in Typical Grassland Pastoral Areas

Zhang Yang et al.

（College of Geographical Scientific， Inner Mongolia Normal University， Huhehot 010022， China）

Abstract： Narenbaolage Sumu in Abaga Flag was taken as an example to study the spatio-temporal changes of typical grassland pastoral roads through the ways of consulting relevant notification materials and interprets remote sensing images. The conclusions showed that：（1）From 2009 to 2017， the change trend of the first and second grade roads in the study area was not significant， and the growth of roads was mainly reflected in the growth of third grade roads; （2）From 2009 to 2017， the first and second grade roads， and the second and third grade roads， the distance of the center of gravity of the grade roads was decreasing， indicating that the expansion of the lower roads was mainly near the superior roads; （3） The newly added roads and population in the study area were mainly distributed in the northeast， and were relatively concentrated， the increase and expansion of residential areas， the location and quantity of roads were also greatly related; （4）The spatiotemporal characteristics of grassland roads in the study area were closely related to natural factors such as altitude and slope， as well as human factors such as production and life of herders， among which human factors play a major role.

Key words： Pastoral Roads; Spatiotemporal Changes; Typital Grassland

道路作為人類活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域，道路沿線土壤及植被的退化問(wèn)題隨著時(shí)間的推移越來(lái)越多地受到學(xué)者們的關(guān)注[1-3]。然而，由于對(duì)道路引起草原直接和間接退化機(jī)理的系統(tǒng)研究不足，道路造成草原生態(tài)破壞的恢復(fù)機(jī)制尚不明確，加之道路對(duì)生態(tài)環(huán)境的各種影響在時(shí)間上具有一定的滯后性[4]，往往容易被人們所忽視，近年來(lái)牧區(qū)道路的發(fā)展引起的草原退化有加速發(fā)展之勢(shì)。中科院研究表明10%的草場(chǎng)正在不同程度地遭受道路侵蝕破壞，朱震達(dá)等的研究指出，機(jī)動(dòng)車輛任意行駛引起的草原沙漠化可達(dá)各種人為因素沙漠化總面積的10%～20%[5]。內(nèi)蒙古自治區(qū)土地面積1.183×107km2，在廣闊的草原牧區(qū)，遍地是草原道路（約4×105km）[6]，既影響了牧區(qū)交通發(fā)展建設(shè)，又破壞了草原生態(tài)環(huán)境。

阿巴嘎旗隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟，是我國(guó)典型的草原牧區(qū)旗，是歐亞草原區(qū)蒙古高原地帶性典型草原的組成部分，半個(gè)世紀(jì)前曾被公認(rèn)為當(dāng)時(shí)世界上少有的保持典型草原原生植被最完好的草原地帶之一。然而，近年來(lái)阿巴嘎旗草原出現(xiàn)了較為明顯的退化現(xiàn)象[7-9]。2017年6月，研究團(tuán)隊(duì)在阿巴嘎旗那仁寶拉格蘇木野外調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)在草原上除主干道外，很多地方都看到大量的小路、便道存在，而且四通八達(dá)，少的有2～3車道并行，多的6～7車道并行，甚至超過(guò)20條車道并行，寬度窄的3～5m，寬的能達(dá)到40～50m，很少有1條行車道的。車輛隨意行駛、變道，在廣大牧區(qū)形成眾多自然路，甚至引起草地資源荒漠化，景象令人觸目驚心。

為此，筆者以那仁寶拉格蘇木為研究對(duì)象，通過(guò)分析對(duì)蘇木內(nèi)道路的時(shí)空特征演變及成因機(jī)制，以期為相關(guān)研究提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

那仁寶拉格蘇木位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟阿巴嘎旗西北部，是我國(guó)典型的草原蘇木，是蒙古高原地帶性典型草原的組成部分。蘇木人民政府駐查干敖包，距新浩特117km，那仁寶拉格蘇木位于東經(jīng)113°28′～114°06′，北緯44°10′～44°47′（圖1）。蘇木人口密度為牧戶4.4戶/km2。該區(qū)域的交通道路包括各等級(jí)公路和車輛長(zhǎng)期碾軋形成的便道。由于各牧戶間相互往來(lái)，在蘇木與嘎查之間、嘎查與嘎查間，甚至是牧戶與牧戶之間逐漸地形成一條條草原自然路，這些土路除少數(shù)被利用整修為公路外，其余遍布蘇木境內(nèi)，形成四通八達(dá)的不規(guī)范土路網(wǎng)絡(luò)，極大地破壞了沿線草地資源。

為便于分析研究那仁寶拉格蘇木道路發(fā)展變化，在野外實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)道路本身特點(diǎn)，本文將研究區(qū)道路劃分為3個(gè)等級(jí)：一級(jí)路，指路面寬度達(dá)到6m，通行所有機(jī)動(dòng)車輛的柏油路;二級(jí)路，指除一級(jí)路外其他所有硬質(zhì)路，路面寬度在3.5～6.0m之間;三級(jí)路，指人、畜、車輛長(zhǎng)期碾軋、踐踏形成的自然路，包括各種土路小道、便道，牧道，路面寬度常在0.5～3.5m之間，個(gè)別路段寬度可達(dá)近10m。

研究區(qū)內(nèi)一級(jí)路主要由縣道和那仁蘇木主街構(gòu)成，縣道X920，由那仁蘇木人民政府駐地查干敖包向東南方向延伸，出蘇木轄區(qū)后在別力古臺(tái)鎮(zhèn)與省道S101匯合，匯合后借助省道S101向東可達(dá)阿巴嘎旗、錫林浩特市，向西可達(dá)蘇尼特左旗。另一條是縣道X923，由那仁蘇木人民政府駐地查干敖包向東北方向延伸到巴彥圖嘎蘇木。縣道X920、X923是那仁寶拉格蘇木與外界溝通交流的主要通道，承擔(dān)著保障那仁蘇木農(nóng)畜產(chǎn)品等生產(chǎn)生活物資運(yùn)輸暢通的責(zé)任。研究區(qū)內(nèi)二級(jí)路路面寬度在3.5～6.0m之間，路面材質(zhì)以碎石、水泥為主，是蘇木與嘎查之間、嘎查與嘎查之間連接的主要通道。二級(jí)路的形成主要是政府在原自然路基礎(chǔ)上，裁彎取直、填低削高建設(shè)而成的。研究區(qū)三級(jí)路眾多，其路面寬度多數(shù)在0.5～3.5m之間，具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的特點(diǎn)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 道路影像 2009年道路影像下載于91衛(wèi)圖（www.91weitu.com）。首先設(shè)定影像下載區(qū)域內(nèi)蒙古自治區(qū)—錫林郭勒盟—阿巴嘎旗—那仁寶拉格蘇木，其次切換地圖選擇Arc gis軟件在線—影像（無(wú)偏移），最后設(shè)定影像級(jí)別第17級(jí)。2017年道路影像取自于阿巴嘎旗政府相關(guān)部門。

2.2 TM影像 本文在研究分析那仁寶拉格蘇木草原道路變化的過(guò)程中，所用NDVI數(shù)據(jù)為2009年9月23日和2017年9月7日2期Landsat TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品（帶號(hào)125/29和126/29）。每年兩景影像，為最大程度地排除影響因素，文中主要選取7—9月的植被。數(shù)據(jù)下載于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http：//www.gscloud.cn）。

2.3 研究方法 通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古阿巴嘎旗那仁寶拉格蘇木2009年、2017年2期衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先獲取到研究區(qū)那仁寶拉格蘇木2009年和2017年的遙感影像數(shù)據(jù);其次通過(guò)Arc gis軟件對(duì)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，得到研究區(qū)道路分布圖、居民點(diǎn)分布圖、水系分布圖、NDVI圖等相關(guān)數(shù)據(jù)信息;最后將影像疊加那仁寶拉格蘇木高程圖，得到那仁寶拉格蘇木2期綜合影像。

研究區(qū)那仁寶拉格蘇木是我國(guó)典型的草原區(qū)，較東部平原地區(qū)相比，具有人口稀少、居民點(diǎn)分散的特點(diǎn)，且草原地區(qū)建筑物較少干擾因素少，交通道路、居民點(diǎn)、河流、湖泊在影像上清晰易于識(shí)別。因此，本研究直接采用在遙感影像上目視解譯的方法，賦予道路線的特征，運(yùn)用GIS軟件統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)道路數(shù)據(jù)信息并標(biāo)注那仁寶拉格蘇木交通道路、居民點(diǎn)、河流、湖泊的空間位置。

3 牧區(qū)道路時(shí)空變化特征

3.1 2009—2017年草原道路長(zhǎng)度及密度變化特征 道路的形成與發(fā)展受眾多要素的綜合影響，為此，在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)中道路會(huì)呈現(xiàn)不同的形態(tài)。對(duì)牧區(qū)道路時(shí)間的縱向研究有利于道路變化趨勢(shì)的掌握。

3.1.1 長(zhǎng)度 通過(guò)相關(guān)權(quán)威統(tǒng)計(jì)資料，了解到研究區(qū)（那仁寶拉格蘇木）2009年內(nèi)共有交通道路4449.16km，其中一級(jí)路79.62km，占道路總長(zhǎng)度1.79%;二級(jí)路315.53km，占道路總長(zhǎng)度7.09%;三級(jí)路4054.01km，占道路總長(zhǎng)度91.12%。2017年研究區(qū)共有道路4694.53km，其中一級(jí)路79.62km，占道路總長(zhǎng)1.7%;二級(jí)路349.12km，占道路總長(zhǎng)7.44%;三級(jí)路4265.79km，占道路總長(zhǎng)90.87%。2017年較2009年相比，道路總長(zhǎng)增加245.37km，增長(zhǎng)5.51%，其中一級(jí)路長(zhǎng)度未發(fā)生變化，增長(zhǎng)為0，表明2009—2017年，研究區(qū)域內(nèi)一級(jí)路沒(méi)有發(fā)生變化，保持穩(wěn)定狀態(tài);二級(jí)路長(zhǎng)度增加33.59km，增長(zhǎng)10.64%，變化主要表現(xiàn)在那仁寶拉格至都新高畢嘎查段公路，該段道路于2012年經(jīng)錫林郭勒盟交通運(yùn)輸局批準(zhǔn)立項(xiàng)，同年7月開(kāi)工并于當(dāng)年完成，該段道路主要是在原自然路基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)裁彎取直、填低削高修建而成，路面采用水泥混凝土材質(zhì)，路面寬度為3.5m;三級(jí)路長(zhǎng)度增加211.78km，增長(zhǎng)5.22%，三級(jí)路的變化主要是指自然路、牧道變化，且三級(jí)路廣散分布于研究區(qū)內(nèi)，道路短小、零散（圖2）。

3.1.2 密度 2009—2017年蘇木轄區(qū)面積未發(fā)生變化，均為5032.65km2。通過(guò)計(jì)算得知2009年蘇木內(nèi)道路綜合密度為0.88km/km2，其中一級(jí)路密度為0.016km/km2、二級(jí)路密度為0.063km/km2、三級(jí)路密度為0.806km/km2。2017年蘇木道路綜合密度為0.93km/km2，具體占比：一級(jí)路密度為0.016km/km2、二級(jí)路密度為0.069km/km2、三級(jí)路密度為0.848km/km2。近年來(lái)一、二級(jí)公路的變化較為穩(wěn)定，增加趨勢(shì)不顯著（增長(zhǎng)率趨近于0），道路密度的增加主要集中在三級(jí)公路的數(shù)量上，其中三級(jí)公路道路增長(zhǎng)了0.042km/km2，增長(zhǎng)比率為5.21%（圖3）。

3.1.3 道路總體狀況 研究區(qū)域是典型草原地區(qū)，地勢(shì)平緩，行車障礙少，無(wú)論是嘎查還是牧戶居民點(diǎn)都具有分布廣、居住散的特點(diǎn)。同時(shí)嘎查內(nèi)牧戶草場(chǎng)面積較大，戶均人口數(shù)量較少，在管理利用草場(chǎng)時(shí)，為節(jié)約時(shí)間，提升效率，因拉水照看羊群等因素導(dǎo)致牧戶對(duì)車輛的使用需求逐步上升。而車輛長(zhǎng)時(shí)間在草原上行駛碾壓形成了大量的自然路（即三級(jí)路），此外，那仁寶拉格蘇木大部分的嘎查間、牧戶點(diǎn)之間道路連接由三級(jí)路承擔(dān)。部分自然路經(jīng)過(guò)車輛長(zhǎng)期碾壓后，形成10～15cm的車轍，影響車輛通過(guò)被廢棄使用，此時(shí)意味著新的自然路即將形成，過(guò)往車輛在廢棄路旁邊繼續(xù)行駛通過(guò)，碾壓形成新的自然路，這也是造成三級(jí)路眾多、廣泛分散的一大因素。同時(shí)三級(jí)道路還受到相關(guān)政策的影響，2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)“十個(gè)全覆蓋”項(xiàng)目對(duì)道路要“村村通”、“戶戶通”的要求，也是研究區(qū)內(nèi)三級(jí)道路增加的一個(gè)影響因素。而一、二級(jí)公路的變化多數(shù)受政府的相關(guān)政策影響，蘇木內(nèi)的主要公路都已經(jīng)硬化到位，交通網(wǎng)絡(luò)體系也較為成熟，為此一、二級(jí)道路的增加趨勢(shì)不太明顯。

3.2 那仁蘇木道路空間變化特征 道路的空間變化受到地形、地勢(shì)、人為改造利用等多因素影響。對(duì)道路的空間變化研究有利于其空間演變特征及驅(qū)動(dòng)因素的了解。

3.2.1 道路分布方位變化 利用ArcGIS 10.2下的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓工具，分別測(cè)定研究區(qū)兩期道路分布的方向性，根據(jù)橢圓長(zhǎng)短軸指向性分析道路、居民點(diǎn)密集區(qū)，并依此進(jìn)一步分析。2009—2017年間，道路方位中心向東移動(dòng)0.14km，向北移動(dòng)1.08km，并且橢圓的長(zhǎng)軸和短軸均有縮小，旋轉(zhuǎn)角度放大1.71°，說(shuō)明研究區(qū)新增道路主要分布在東北部，并且相對(duì)集中（表1）。

根據(jù)實(shí)際考察，研究區(qū)道路增加主要分布在那仁寶拉格蘇木至原青格勒寶拉格蘇木政府駐地（2006年該蘇木并入那仁寶拉格蘇木）、原青格勒寶拉格蘇木政府駐地至阿日寶拉格嘎查、買仁圖音呼都嘎、哈布其勒郭等區(qū)域，增加的道路主要以三級(jí)路為主即自然路、土路居多（圖4）。

3.2.2 上下級(jí)間道路空間分布變化 通過(guò)獲取3種不同級(jí)別道路的重心，分析2009—2017年上下級(jí)道路重心的距離變化。2009年一級(jí)路與二級(jí)路重心距離為140880m，二級(jí)路與三級(jí)路重心距離為12622m;2017年一級(jí)路與二級(jí)路重心距離為105440m，二級(jí)路與三級(jí)路重心距離為10596m（圖5）。研究表明從2009—2017年間一級(jí)路與二級(jí)路、二級(jí)路與三級(jí)路的重心距離均呈縮小現(xiàn)象，說(shuō)明下級(jí)道路的擴(kuò)張以在上級(jí)道路附近為主，這一點(diǎn)與野外實(shí)地考察結(jié)果一致，當(dāng)高等級(jí)道路在修建或因其他因素?zé)o法通行使用時(shí)，附近往往會(huì)形成與主路平行的數(shù)條低等級(jí)道路。

3.2.3 道路與居民點(diǎn)位置變化 通過(guò)對(duì)2009年和2017年2年的居民點(diǎn)密度與道路密度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)居民點(diǎn)核密度變化較明顯的區(qū)域位于研究區(qū)圖6中的I和II 2個(gè)區(qū)域。從圖6可以看出，I和II 2個(gè)區(qū)域的居民點(diǎn)核密度從2009—2017年有明顯增加現(xiàn)象，與此同時(shí)，道路密度在這2個(gè)區(qū)域也同樣有增加現(xiàn)象。牧戶點(diǎn)數(shù)量的增加、牧戶間的交流聯(lián)系、牧戶外出至嘎查或蘇木（牧戶至主路間的新路形成）、牧戶家至草場(chǎng)的道路（均為三級(jí)）均有需求，這些因素綜合影響下導(dǎo)致三級(jí)道路的數(shù)量會(huì)有大幅度上升趨勢(shì)。這與之前的牧戶2009—2017年間三級(jí)道路增加明顯的研究結(jié)論相一致。綜上可見(jiàn)，居民點(diǎn)的增加與擴(kuò)張，對(duì)道路的位置和數(shù)量變化也有較大關(guān)系。

4 影響道路的因素

4.1 海拔 對(duì)各海拔帶內(nèi)2009年和2017年交通道路密度均值進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，分析結(jié)果如下。2009年交通道路密度與海拔不存在顯著的相關(guān)性和線性關(guān)系（圖7），其線性回歸方程為：[Y=0.0000009X-0.0103（R2=0.2827）]，式中，Y為交通道路密度參數(shù)，X為海拔高度參數(shù)。而2017年交通道路密度與海拔有很好的相關(guān)性和線性關(guān)系（圖8），其線性回歸方程為：[Y=0.00001X-0.0129（R2=0.6669）]，并通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)（P<0.05），式中，Y為交通道路密度，X為海拔高度。

經(jīng)過(guò)對(duì)交通道路密度變化與海拔的相關(guān)分析，不難看出，此種變化趨勢(shì)與居民點(diǎn)密度變化很相似，同樣都是向高海拔地區(qū)發(fā)展（圖9）。隨著海拔升高，道路密度增長(zhǎng)比重加大，海拔越高的區(qū)域道路密度增長(zhǎng)越快。于是，可以推斷交通道路的發(fā)展方向也是由低海拔地區(qū)向高海拔地區(qū)擴(kuò)展，且增長(zhǎng)迅速，同樣具有打破海拔因子限制的趨勢(shì)。

此種結(jié)果之所以會(huì)出現(xiàn)，是因?yàn)樵摰貐^(qū)以畜牧業(yè)為主要生產(chǎn)方式，由于該區(qū)域低海拔地區(qū)便于放牧且地表水資源豐富利于定居，所以低海拔平坦地區(qū)屬于干擾強(qiáng)烈的地區(qū)，由此造成的生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化和草場(chǎng)退化導(dǎo)致產(chǎn)草量降低而不適宜畜牧業(yè)發(fā)展，人為活動(dòng)的區(qū)域向生態(tài)環(huán)境和草地質(zhì)量較好的高海拔地區(qū)轉(zhuǎn)移以利于牲畜采食。但是此種轉(zhuǎn)移必然會(huì)將干擾延伸，從而導(dǎo)致高海拔地區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞。

4.2 坡度 在對(duì)坡度因子與交通道路分布的相關(guān)分析中，2個(gè)年度的數(shù)據(jù)分析結(jié)果均顯示交通道路密度在各坡度水平上分布均具有隨坡度增加道路密度遞增的特點(diǎn)，主要是因?yàn)槿?jí)道路較多地分布在坡度較大地區(qū)，但坡度范圍很小，主要分布在7°～8°之間，說(shuō)明該地區(qū)地勢(shì)相對(duì)平坦，坡度對(duì)道路影響相對(duì)較小。但二者的相關(guān)性較弱（R2=0.1324），且在顯著性檢驗(yàn)上未通過(guò)（圖10、11）。

此外，通過(guò)相關(guān)性分析，2009—2017年間交通道路密度的變化與坡度因子基本呈現(xiàn)出不相關(guān)關(guān)系（R2=0.0002），回歸方程為：[Y=0.00001X+0.0003（R2=0.0002）]，式中，Y為交通道路密度，X為坡度（圖12）。

4.3 人文影響因素 通過(guò)對(duì)蘇木內(nèi)阿拉坦陶高圖嘎查的牧戶訪談得知，嘎查內(nèi)道路硬化主要從2015年開(kāi)始，之前的道路都是以零星分散，各戶之間的來(lái)往交通極為不便。在道路硬化后，牧戶前往主道路間的常年規(guī)范小道開(kāi)始形成，這在無(wú)形中增加了三級(jí)公路的長(zhǎng)度。同時(shí)在道路路況變好的條件下，嘎查內(nèi)牧戶同年開(kāi)始買入小轎車等先進(jìn)現(xiàn)代化交通工具用于牧戶間的溝通交流及往返旗縣。再加上家里用于放牧的摩托車、托草料及拉水的小卡車，甚至部分牧戶購(gòu)置了打草機(jī)等大型農(nóng)用車，家中機(jī)械在草地上行走的頻度和強(qiáng)度也在與日增加。同時(shí)政府的相關(guān)決策建議也會(huì)促進(jìn)草原路的修建。綜上可見(jiàn)，人文因素是草原道路形成及發(fā)展的主要推動(dòng)因素。

5 結(jié)論

通過(guò)分析，研究最終得出如下結(jié)論：（1）2009—2017年，研究區(qū)內(nèi)一、二級(jí)公路的變化趨勢(shì)不顯著，道路的增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在三級(jí)公路的增長(zhǎng)上;（2）2009—2017年間，一級(jí)路與二級(jí)路、二級(jí)路與三級(jí)路的重心距離均呈縮小現(xiàn)象，說(shuō)明下級(jí)道路的擴(kuò)張以在上級(jí)道路附近為主;（3）研究區(qū)新增道路及人口數(shù)主要分布在東北部，并且相對(duì)集中，居民點(diǎn)的增加與擴(kuò)張，對(duì)道路的位置和數(shù)量變化也有較大關(guān)系;（4）研究區(qū)草原道路的時(shí)空變化特征與海拔、坡度等自然因素及牧戶的生產(chǎn)生活等人文因素息息相關(guān)，其中人文因素占據(jù)主要作用。

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（責(zé)編：王慧晴）