遙感技術(shù)在沙漠化防治中的應(yīng)用

摘要" 本文介紹了沙漠化的主要特征及對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響；分析了沙漠化監(jiān)測與防治方法的優(yōu)劣勢；在此基礎(chǔ)上分析了遙感技術(shù)在沙漠化研究中的應(yīng)用，包括遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理方法及其應(yīng)用，重點(diǎn)討論了遙感技術(shù)在土地退化監(jiān)測、植被恢復(fù)和水資源管理等方面的應(yīng)用；探討了遙感技術(shù)在沙漠化監(jiān)測和防治領(lǐng)域未來的研究方向和面臨的挑戰(zhàn)。旨在通過探討當(dāng)代遙感技術(shù)在沙漠化防治中的研究應(yīng)用，為促進(jìn)沙漠化防治工作的進(jìn)一步發(fā)展和完善提供參考。

關(guān)鍵詞" 遙感技術(shù)；沙漠化防治；土地退化監(jiān)測；植被恢復(fù)；水資源管理

中圖分類號(hào)" P931.3；P208 """"""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼" A"""""" 文章編號(hào)" 1007-7731（2024）21-0104-04

DOI號(hào)" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.21.021

基金項(xiàng)目 青海省“昆侖英才·高端創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才”領(lǐng)軍人才（1003-005024011）；青海省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“藏柳分類鑒定方法與野生種質(zhì)資源遺傳背景研究”（2023-ZJ-908M）。

作者簡介 杜少波（1998—），男，山西陽城人，博士研究生，從事高原環(huán)境研究。

通信作者 謝惠春（1982—），男，河南平頂山人，博士，教授，從事青藏高原藥用動(dòng)植物資源研究。

收稿日期 2024-06-07

Application of remote sensing technology in desertification prevention and control

DU Shaobo1，2""" E Chongyi1""" QI Shujin2，3""" ZHAO Tianyue2，3""" XIE Huichun2，3

（1College of Geographical Sciences， Qinghai Normal University， Xining 810008， China;

2Qinghai South of Qilian Mountain Forest Ecosystem Observation and Research Station， Huzhu 810500， China;

3College of Life Science， Qinghai Normal University， Xining 810008， China）

Abstract" The main characteristics of desertification and its effects on environment and society were introduced， and the advantages and disadvantages of desertification monitoring and control methods were analyzed. On this basis， the application of remote sensing technology in desertification research was provided， including the acquisition， processing and application of remote sensing data. The application of remote sensing technology in land degradation monitoring， vegetation restoration and water resources management were emphatically discussed. The future research direction and challenges of remote sensing technology in the field of desertification monitoring and control were discussed. The aim is to discuss the application of remote sensing technology in desertification prevention and control， and to provide references for the further development and improvement of desertification control.

Keywords" remote sensing technology; desertification prevention and control; land degradation monitoring; vegetation restoration; water resources management

沙漠化不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大的破壞，還給人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了不利影響[1-2]。因此，探索有效的沙漠化防治方法，成為當(dāng)前亟需解決的問題之一。遙感科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前景越來越廣闊[3]，在沙漠化防治領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。通過遙感技術(shù)可以獲取大范圍、高分辨率的沙漠化信息，為沙漠化監(jiān)測、評(píng)估和預(yù)警提供了有效的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)手段[4]。此外，遙感技術(shù)還能夠結(jié)合地理信息系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)沙漠化過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和分析，為沙漠化防治提供科學(xué)依據(jù)[5]。

本文分析了沙漠化的主要特征及其對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響，以便更好地認(rèn)識(shí)和理解沙漠化問題的嚴(yán)重性和其防治的緊迫性；分析了沙漠化監(jiān)測與防治方法的優(yōu)劣勢；介紹了遙感技術(shù)在沙漠化監(jiān)測和評(píng)估中的應(yīng)用，包括遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理和分析方法；重點(diǎn)討論了遙感技術(shù)在土地退化監(jiān)測、植被恢復(fù)和水資源管理等方面的應(yīng)用案例；最后，總結(jié)了當(dāng)前研究中有待進(jìn)一步改進(jìn)的方面，并提出了該領(lǐng)域未來的研究方向和面臨的挑戰(zhàn)。通過對(duì)遙感技術(shù)在沙漠化防治中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行概述，為促進(jìn)沙漠化防治工作的進(jìn)一步發(fā)展和完善提供參考。

1 沙漠化及其對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響

1.1 沙漠化的主要特征

沙漠化是指原本具備植被覆蓋和生態(tài)功能的土地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬倪^程[6]。其主要特征包括以下幾個(gè)方面。（1）植被喪失。沙漠化地區(qū)的植被逐漸減少或完全消失，導(dǎo)致土壤暴露在風(fēng)蝕和水蝕之中。（2）土壤貧瘠[7]。沙漠化地區(qū)土壤的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量較缺乏，不利于大部分植物的正常生長，進(jìn)一步加劇了土地的退化。（3）風(fēng)沙活動(dòng)。沙漠化地區(qū)的風(fēng)速較大，常出現(xiàn)風(fēng)沙或飛沙走石現(xiàn)象，對(duì)周邊地區(qū)生產(chǎn)和生活造成一定的威脅。（4）水資源匱乏。沙漠化地區(qū)的降水量少，水資源稀缺，農(nóng)田灌溉困難，居民生活受到影響。（5）生態(tài)系統(tǒng)被破壞。沙漠化使部分動(dòng)植物失去棲息地和食物鏈，生物多樣性受到威脅，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)被破壞[8]。

1.2 沙漠化對(duì)土地、植被和水資源的影響

沙漠化會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，使得土地貧瘠，一定程度上影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[9]；加速土地侵蝕，使得土地變得容易崩塌，增加泥石流等自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)[10]；導(dǎo)致植被覆蓋率降低，生物多樣性被破壞，可能造成生態(tài)系統(tǒng)失衡[11]，植被的退化可能會(huì)加劇氣候變化[12-13]；使地下水位下降，導(dǎo)致水資源供應(yīng)不足等[14]。因此，采取植樹造林、合理利用水資源及科學(xué)耕作等措施，預(yù)防和治理沙漠化，對(duì)實(shí)現(xiàn)土地資源保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 沙漠化監(jiān)測與防治方法的優(yōu)劣勢

2.1 沙漠化監(jiān)測與防治常規(guī)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

在沙漠化監(jiān)測和防治中，地面監(jiān)測等常規(guī)方法經(jīng)過長時(shí)間的應(yīng)用實(shí)踐，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，通常采用簡單直觀、易于實(shí)施的方式[15]。實(shí)踐中，這些方法通常需要大量的人力資源，如人工巡查、修復(fù)等，成本較高[16]；受防治材料、使用壽命等因素影響，其能起到一定程度的緩解作用[17-18]，而評(píng)估沙漠化程度和發(fā)展趨勢的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高[19]。將地面監(jiān)測等常規(guī)方法與現(xiàn)代技術(shù)和科學(xué)方法進(jìn)行結(jié)合，開展綜合性的沙漠化監(jiān)測和防治工作，能夠更好地應(yīng)對(duì)沙漠化挑戰(zhàn)。

2.2 沙漠化監(jiān)測與防治中遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

在沙漠化監(jiān)測與防治中，利用遙感技術(shù)獲取大范圍、高分辨率的地表信息，有助于了解沙漠化的發(fā)展趨勢和影響因素，對(duì)科學(xué)評(píng)估沙漠化程度、制定有效的防治措施具有重要意義[20]。遙感技術(shù)主要有以下優(yōu)勢。（1）高時(shí)空分辨率[21]。該技術(shù)可以獲取大范圍、多時(shí)相的遙感影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)沙漠化過程的全面監(jiān)測，有助于更好地了解沙漠化特征和發(fā)展趨勢。（2）多源數(shù)據(jù)融合[22]。該技術(shù)整合了多種不同類型的遙感數(shù)據(jù)源，如光學(xué)、雷達(dá)和紅外等數(shù)據(jù)，提供了更全面的地表信息，有助于準(zhǔn)確識(shí)別不同類型和程度的沙漠化現(xiàn)象，為其科學(xué)研究和防治工作提供更精細(xì)的數(shù)據(jù)支持。（3）自動(dòng)化與快速性[23]。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大量遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理和分析，大大提高了工作效率和準(zhǔn)確性。通過遙感技術(shù)，可以快速獲取大范圍的沙漠化信息，為其防治決策提供科學(xué)依據(jù)。（4）長期監(jiān)測與動(dòng)態(tài)更新[24]。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)沙漠化過程的長期監(jiān)測和動(dòng)態(tài)更新，通過定期獲取和分析遙感數(shù)據(jù)，跟蹤沙漠化發(fā)展趨勢，評(píng)估防治工作的效果并及時(shí)調(diào)整防治策略，有助于實(shí)現(xiàn)沙漠化監(jiān)測與防治的可持續(xù)性。（5）跨區(qū)域比較與經(jīng)驗(yàn)借鑒[25]。該技術(shù)可以獲取多個(gè)地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)，并對(duì)不同地區(qū)的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較和分析，以揭示沙漠化的共性和差異，為各地區(qū)的沙漠化防治提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

3 遙感技術(shù)在沙漠化監(jiān)測與防治研究中的應(yīng)用

3.1 遙感數(shù)據(jù)的獲取和處理方法

遙感數(shù)據(jù)的獲取主要通過衛(wèi)星、航空器等載荷攜帶的傳感器來實(shí)現(xiàn)，這些傳感器能夠捕捉不同波段的電磁輻射，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像[26]。常用的遙感數(shù)據(jù)包括多光譜影像、高光譜影像和合成孔徑雷達(dá)圖像等[27]。

王欣[28]研究提出，在處理遙感數(shù)據(jù)時(shí)，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括大氣校正、幾何校正和輻射定標(biāo)等，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。其次，使用分類、變化檢測和時(shí)序分析等方法來提取沙漠化的有關(guān)信息。其中，分類是將遙感影像像素劃分為不同類別的過程，使用監(jiān)督或無監(jiān)督分類方法，如最大似然法、支持向量機(jī)和聚類等算法識(shí)別沙漠化區(qū)域[29]。變化檢測是通過比較不同時(shí)期的遙感影像來檢測沙漠化的變化情況，常用的方法包括差異圖像和基于指數(shù)的變化檢測等[30]。時(shí)序分析是通過分析連續(xù)多期的遙感數(shù)據(jù)，以揭示沙漠化的演變趨勢和速率。最后，將處理后的遙感數(shù)據(jù)與其他環(huán)境數(shù)據(jù)（如地形、氣候和土地利用等）進(jìn)行綜合分析，以全面理解沙漠化的成因和影響機(jī)制。

3.2 遙感技術(shù)在沙漠化監(jiān)測與評(píng)估中的應(yīng)用

3.2.1 在土地監(jiān)測和評(píng)估中的應(yīng)用 對(duì)沙漠化地區(qū)進(jìn)行長期監(jiān)測，掌握其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，了解其發(fā)展趨勢，對(duì)其防治具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[31]。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，特別是與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合，為沙漠化研究提供了有效的途徑。王濤等[32]以北方沙質(zhì)荒漠化為研究對(duì)象，開展了遙感監(jiān)測和評(píng)估及其方法論的研究，確立了沙質(zhì)荒漠化土地程度分級(jí)和遙感監(jiān)測判別指標(biāo)體系，使土地沙質(zhì)荒漠化的定量評(píng)價(jià)成為可能。吳健生等[33]利用遙感技術(shù)研究了土地鹽漬化動(dòng)態(tài)演化過程及其空間分布特征，這對(duì)干旱區(qū)的糧食安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義?；哪b感監(jiān)測是一種快速了解區(qū)域荒漠化演化的手段，其監(jiān)測過程受多種因素的影響，如遙感影像的分辨率、影像處理分析過程、荒漠化成因的復(fù)雜性和表現(xiàn)形式的多樣性等。因此，荒漠化遙感監(jiān)測指標(biāo)有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)，以建立能夠廣泛應(yīng)用的沙漠化遙感監(jiān)測指標(biāo)和體系。

3.2.2 在植被恢復(fù)和水資源管理中的應(yīng)用 李琦等[34]研究表明，遙感技術(shù)在植被恢復(fù)上應(yīng)用較廣泛，可以提供大范圍的植被信息，包括植被類型、覆蓋度和生長狀況等，通過監(jiān)測植被覆蓋度的變化，可以評(píng)估植被恢復(fù)和退化情況，并制定相應(yīng)的保護(hù)和恢復(fù)策略；還可以獲取植被指數(shù)、葉面積指數(shù)等參數(shù)，評(píng)估生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和健康狀況。有助于制訂有效的植被管理和保護(hù)措施。

在水資源管理方面，通過遙感技術(shù)獲取水體分布、濕地面積和河流流量等關(guān)鍵水資源信息，通過進(jìn)行水資源調(diào)查和監(jiān)測，有助于制訂合理的水資源利用計(jì)劃和管理策略[35]。鄭炎輝等[36]研究表明，該技術(shù)還可以提供水體的光學(xué)特性和水質(zhì)參數(shù)，如水體顏色、透明度和葉綠素含量等，用于水質(zhì)監(jiān)測和污染源識(shí)別，幫助改善水質(zhì)和保護(hù)水資源。

4 遙感技術(shù)在沙漠化監(jiān)測與防治中的應(yīng)用建議

遙感技術(shù)作為一種高效、遠(yuǎn)程獲取地表信息的方法，在沙漠化監(jiān)測與防治方面取得了一定的研究進(jìn)展，未來還可從以下方面進(jìn)行進(jìn)一步研究和探索，以推動(dòng)該技術(shù)在沙漠化監(jiān)測與防治中的應(yīng)用。（1）進(jìn)一步提高遙感技術(shù)的精度和分辨率。引入更高分辨率的遙感傳感器，并結(jié)合其他多源數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，提高沙漠化監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。（2）加強(qiáng)遙感技術(shù)在沙漠化監(jiān)測中的時(shí)空分析能力。沙漠化是一個(gè)復(fù)雜過程，受到多種環(huán)境因素影響，進(jìn)一步發(fā)展和完善時(shí)空分析算法，以更好地應(yīng)對(duì)沙漠化。（3）加強(qiáng)遙感技術(shù)與其他學(xué)科的交叉應(yīng)用。沙漠化是一個(gè)綜合性問題，通過將遙感技術(shù)與地理信息、生態(tài)學(xué)和水文學(xué)等學(xué)科相結(jié)合，可以全面評(píng)估沙漠化風(fēng)險(xiǎn)，并制訂針對(duì)性的治理策略。（4）將遙感技術(shù)在沙漠化防治方面的研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。進(jìn)一步加強(qiáng)科研與市場需求的結(jié)合，推動(dòng)遙感技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

綜上，本文對(duì)遙感技術(shù)在沙漠化監(jiān)測與防治中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行概述。目前，該技術(shù)在沙漠化監(jiān)測與防治中的應(yīng)用已取得重要進(jìn)展，同時(shí)也面臨一定的挑戰(zhàn)。通過不斷探索和創(chuàng)新，未來遙感技術(shù)將在沙漠化監(jiān)測與防治中發(fā)揮更加重要的作用。

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（責(zé)任編輯：何" 艷）