張東杰

（青海畜牧獸醫(yī)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 湟源812100）

荒漠化問題是我國西北地區(qū)面臨最嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題之一，是長期制約西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素［1］。當(dāng)前，對沙漠化成因的研究是土地沙漠化治理工作中最基本、最核心的問題之一［2－4］。樊勝岳等人［5］研究認(rèn)為近幾十年來沙漠化的加速發(fā)展主要是由于人類過度經(jīng)濟(jì)活動造成的。對于青海省共和盆地土地沙漠化影響因子，張登山［6］用主成分分析法進(jìn)行了定量研究，楊世琦［7］等人利用主成分和功效原理進(jìn)行了定量研究。主成分分析法雖然得到普遍采用，但在實(shí)際研究中不僅缺少時間跨度相對較大的年份序列數(shù)據(jù)［8－10］，還缺少對選取因子的相關(guān)性檢驗(yàn)和提取因子的共線性［11］。本文以共和盆地為例，在近56年來社會經(jīng)濟(jì)資料和氣象觀測數(shù)據(jù)可獲取的基礎(chǔ)上，采用因子分析法研究共和盆地草地荒漠化過程中驅(qū)動因素的貢獻(xiàn)率，探討人類活動對草地荒漠化的影響，并嘗試對草地荒漠化過程中的人類活動的驅(qū)動作用作出定量評價(jià)，明確氣候因素和人為因素變化對區(qū)域草地荒漠化發(fā)展的影響，為制定科學(xué)穩(wěn)妥的共和盆地生態(tài)治理規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)建設(shè)方略提供理論依據(jù)，以遏制區(qū)域荒漠化態(tài)勢，促進(jìn)草地資源的有效保護(hù)和優(yōu)化利用，使共和盆地的生態(tài)環(huán)境得以恢復(fù)和保持。

1 研究區(qū)概況

共和盆地位于青藏高原東北邊緣的祁連山、昆侖山和秦嶺之間，包括海南藏族自治州共和縣、貴南縣和興?？h河卡鎮(zhèn)，盆地總面積138萬hm2，占海南州土地總面積的31%。共和盆地四周群山環(huán)抱，東鄰秦嶺山系的西傾山、南部和西南部為昆侖山系的河卡山、鄂拉山及哇洪山，北隔祁連山系的青海南山與青海湖相望，東北為祁連山系余脈的瓦里貢山、拉脊山和日月山。整個盆地的平面形態(tài)呈東寬西窄的葫蘆形，與南北山地同以北北西－南南東走向延展。若以山麓線作為盆地與山地的分界線，則盆地最長210 km，最寬可達(dá)90km，最窄為30km。海拔高度自西北往東南逐漸降低，至最低處龍羊峽黃河水面，海拔高度僅2 600m。共和盆地所處經(jīng)緯度，海拔高度，以及東南部低洼閉塞和西北部高亢開口的地勢，決定了盆地主要為高寒干旱、半干旱氣候。

共和盆地沙漠化土地面積為22.46萬hm2，占全省沙漠化土地總面積的1.55%，主要分布在共和縣的塔拉灘、貴南的木格灘，即龍羊峽庫區(qū)的兩岸階地，貴德黃河兩岸，以及半流動沙丘，也存在著古沙丘活化的現(xiàn)狀。海拔2 600～3 400m。年均氣溫2.1～3.3℃，≥10℃的積溫892.6～1 412.7℃，年均降水量43.9～306.6mm，年蒸發(fā)量1 558.1～1 841.1mm，年均大風(fēng)日數(shù)31.8～42.0d。氣候類型為亞濕潤干旱區(qū)。該區(qū)的主要問題是塔拉灘草原沙化日趨嚴(yán)重，風(fēng)沙嚴(yán)重威脅著龍羊峽的安全運(yùn)行［12］。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究中的數(shù)據(jù)來源包括：①社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于1949－1995年海南州統(tǒng)計(jì)年鑒；1996－2008年各年海南州統(tǒng)計(jì)年鑒；②年平均氣溫等自然因素?cái)?shù)據(jù)來源于海南州氣象局。

2.2 指標(biāo)選取與研究方法

氣候變異和人類活動是土地沙漠化形成演變的兩個重要因素。近50年來共和盆地多次出現(xiàn)氣候變化及異常年份，其變化必然對土地荒漠化的發(fā)展或逆轉(zhuǎn)產(chǎn)生重要作用與影響。隨著氣候變異程度的加重和時間序列的延長，氣候變化對沙漠化的影響與作用會愈加明顯。同時，隨著共和盆地經(jīng)濟(jì)開發(fā)強(qiáng)度的增大，人為活動對荒漠化的影響也不可忽視。在此，運(yùn)用主因子分析法對荒漠化與氣候變化的關(guān)系進(jìn)行初步的定量分析。

近30年來在我國北方土地退化領(lǐng)域的研究表明，沙漠化是干旱、半干旱及部分濕潤地區(qū)由于人地關(guān)系不相協(xié)調(diào)所造成的以風(fēng)沙活動為主要標(biāo)志的土地退化［13］。因此，影響土地沙漠化因子的選取既要考慮到人為因素，又要考慮到自然因素，也要考慮到人為因素與自然因素的綜合影響。根據(jù)共和盆地人類活動對草地荒漠化的影響方式和自然條件對草地荒漠化的可能影響，并考慮到長時段數(shù)據(jù)的可獲取性和數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，選擇了影響草地荒漠化的8個驅(qū)動因素，其中自然因素有4個，即年平均氣溫、年降水量、年大風(fēng)日數(shù)、年蒸發(fā)量；人為因素包括農(nóng)牧業(yè)人口數(shù)量、牲畜數(shù)量、耕地面積、糧食總產(chǎn)量等4個因子。

2.3 研究方法

基于SPSS13.0軟件，采用因子分析法量化共和盆地草地荒漠化過程中人為因素、自然因素以及人為與自然綜合影響因素的貢獻(xiàn)率。首先，根據(jù)巴特利特球度檢驗(yàn)和KMO檢驗(yàn)判斷原有變量是否適合進(jìn)行因子分析；其次，根據(jù)碎石圖和因子分析的初始解提取因子，以及因子協(xié)方差矩陣檢驗(yàn)提取因子的相關(guān)性，驗(yàn)證因子分析的設(shè)計(jì)目標(biāo)；最后，根據(jù)因子的載荷矩陣和因子解釋原有變量的總體方差情況，把人為因素歸結(jié)為H，自然因素歸結(jié)為N，綜合因素歸結(jié)為C，如果用DH，DN和DC分別表示人為因素、自然因素和綜合因素的貢獻(xiàn)率，那么人為因素、自然因素、人為與自然的綜合因素對草地荒漠化的影響可表示如式（1）。

式中：n——提取的成分?jǐn)?shù)；m——因素的成分?jǐn)?shù)（m＜n）；q——自然因素的成分?jǐn)?shù)（q＜n）；p——綜合影響因素的成分?jǐn)?shù)（p＜n，m＋q＋p＝n），λi（i＝1，2，…，q）為m個可歸為人為因素因子的貢獻(xiàn)率，λi（j＝1，2，…，q）——q個可歸為自然因素因子的貢獻(xiàn)率，λh（h＝1，2，…，p）——p個可歸為綜合因素的貢獻(xiàn)率。

3 結(jié)果與分析

用這些因子進(jìn)行主成分分析（表1），確定二者對沙漠化變化的作用及貢獻(xiàn)率。將氣候因子和人為活動因子的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算出因子載荷矩陣，為了使因子載荷相對集中，各變量之間關(guān)系緊密的因子的負(fù)荷得到加強(qiáng)，采用方差最大正交旋轉(zhuǎn)法（Varimax）對因子載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得主成分因子負(fù)荷矩陣。對以上因子進(jìn)行主成分分析，KMO檢驗(yàn)值為0.740；Bartlett球形檢驗(yàn)值為0.000，因此對以上因子進(jìn)行主成分分析是適合的。由表1可知，分析結(jié)果共篩選了5個主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率91.08%，符合分析要求，可以得出提取5個主因子可以解釋大部分的變異，由此進(jìn)一步得出主成分載荷矩陣見表2。

表1 特征值及主成分貢獻(xiàn)率

表2 主成分載荷矩陣

主成分載荷是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)。從表2可以看出，第一主成分與觀測變量X1、X4、X2、X5、X3有非常顯著的正相關(guān)，相關(guān)性高達(dá)0.73以上，尤其是與X1、X4、X2三個觀測變量之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.82以上；第2主成分與X7、X8、X5有較大的正相關(guān)，相關(guān)性達(dá)0.49，0.52，0.71，而與X6呈負(fù)的相關(guān)性，其絕對值相關(guān)系數(shù)為0.58；第3主成分與X8、X6有正相關(guān)，相關(guān)性分別達(dá)0.42和0.65；第4主成分與各變量之間的相關(guān)系數(shù)較小，只有X4、X7兩變量的相關(guān)系數(shù)較大，其相關(guān)系數(shù)為0.36；第5主成分與X6、X7兩變量之間的相關(guān)系數(shù)最大，其值為0.43和0.35。

表3 主成分特征向量

由于前5個主成分累積貢獻(xiàn)率為91.08%（＞85%）［14］，故取前5個成分，主成分方程為：

主成分方程中各因子系數(shù)的大小，可以反映因子對主成分的貢獻(xiàn)［15－16］。從以上5個主成分方程可以看出，第一主成分方程Y（1），主要綜合了X1（農(nóng)牧業(yè)人口數(shù)）、X4（糧食總產(chǎn)量）、X2（牲畜總頭數(shù)）、X3（耕地面積）和X5（氣溫）5個因子的變異信息，它們的系數(shù)分別為 0.452 9，0.421 8，0.414 0，0.367 9 和0.374 1，人為因素的貢獻(xiàn)率大于自然因素，也可稱為人為因素方程；第2個主成分方程Y（2）主要是X7（大風(fēng)日數(shù)）、X8（蒸發(fā)量）、X5（氣溫）和 X6（降水量）的信息，各因子系數(shù)分別為0.578 6，0.424 4，0.399 1和－0.479 2，均為氣候因素，可稱為自然因素方程；第3個主成分方程Y（3）中，主要是X8（蒸發(fā)量）、X6（降水量）的系數(shù)最大，其值分別為0.746 2，0.487 6，其他因素的系數(shù)小，也是自然因素的方程。第4個主成分方程Y（4）中則綜合了X7（大風(fēng)日數(shù)）、X4（糧食總產(chǎn)量）、X3（耕地面積）和X6（降水量）的信息，各因子系數(shù)較大，依次為0.475 8，0.465 4，－0.649 6，0.274 0，其中X3（耕地面積）的系數(shù)絕對值最大，這個方程我們稱為人為因素和自然因素的綜合方程；第五個主成分方程Y（2）主要是X6（降水量）和X7（大風(fēng)日數(shù)）的信息，仍然稱為是自然因素的方程。

依據(jù)表1中各主成分的方差貢獻(xiàn)率，按照公式（1）計(jì)算出共和盆地1953－2008年這個時間段的人為因素、自然因素以及人為與自然的綜合因素對草地荒漠化的貢獻(xiàn)率分別為53.75%、38.25%、7.99%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，共和盆地1953－2008年人類活動對草地荒漠化的貢獻(xiàn)率為53.75%，說明在草地荒漠化過程中，人為因素是最主要的驅(qū)動因素，從而驗(yàn)證了近50年來人類過度經(jīng)濟(jì)活動是土地沙漠化發(fā)生和發(fā)展的觀點(diǎn)［17－19］。從自然因素來看，1953－2008年的貢獻(xiàn)率為38.25%，超過1／3，而綜合因素的貢獻(xiàn)率較小，僅占7.99%。

4 結(jié)論

從影響因子的定量分析可以看出，人類活動對草地荒漠化的貢獻(xiàn)率為53.75%，表明人為活動的增加，加大了環(huán)境系統(tǒng)的壓力，說明人類活動對草地荒漠化過程存在加速和抑制作用［20］；自然因素對草地荒漠化的貢獻(xiàn)率為38.25%，超過1／3，說明長期的氣候變化過程中氣溫的升高、年大風(fēng)日數(shù)較多、蒸發(fā)量的增大、降水量的增加緩慢也對荒漠化的發(fā)展起了一定的作用，草地退化有全球氣候變暖的影響，但更主要的是強(qiáng)大人口壓力下的盲目墾殖、超載過牧、樵采、濫摟濫挖及不合理的管理方式造成的［21］。人為因子和自然因素的綜合影響，其貢獻(xiàn)率僅為7.99%?？梢姡?0年來人為活動強(qiáng)度變化和自然因素的變化是影響共和盆地土地荒漠化逆轉(zhuǎn)的兩類重要動力，人類活動和氣候變化的雙重影響，共同促進(jìn)了共和盆地草地荒漠化的擴(kuò)展進(jìn)程，加速了現(xiàn)代沙漠化進(jìn)程［22］。

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