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(wèn)題是我國(guó)西北地區(qū)面臨最嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，是長(zhǎng)期制約西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素［1］。當(dāng)前，對(duì)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(wèn)題之一［2－4］。樊勝岳等人［5］研究認(rèn)為近幾十年來(lái)沙漠化的加速發(fā)展主要是由于人類過(guò)度經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的。對(duì)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(shí)間跨度相對(duì)較大的年份序列數(shù)據(jù)［8－10］，還缺少對(duì)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(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料和氣象觀測(cè)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(guò)程中驅(qū)動(dòng)因素的貢獻(xiàn)率，探討人類活動(dòng)對(duì)草地荒漠化的影響，并嘗試對(duì)草地荒漠化過(guò)程中的人類活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)作用作出定量評(píng)價(jià)，明確氣候因素和人為因素變化對(duì)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(shì)，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(wàn)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(gè)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(zhǎng)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(shì)，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(wàn)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(kù)區(qū)的兩岸階地，貴德黃河兩岸，以及半流動(dòng)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(rùn)干旱區(qū)。該區(qū)的主要問(wèn)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(lái)源

研究中的數(shù)據(jù)來(lái)源包括：①社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)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(lái)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(dòng)是土地沙漠化形成演變的兩個(gè)重要因素。近50年來(lái)共和盆地多次出現(xiàn)氣候變化及異常年份，其變化必然對(duì)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(shí)間序列的延長(zhǎng)，氣候變化對(duì)沙漠化的影響與作用會(huì)愈加明顯。同時(shí)，隨著共和盆地經(jīng)濟(jì)開發(fā)強(qiáng)度的增大，人為活動(dòng)對(duì)荒漠化的影響也不可忽視。在此，運(yùn)用主因子分析法對(duì)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(lái)在我國(guó)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(rùn)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(dòng)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(dòng)對(duì)草地荒漠化的影響方式和自然條件對(duì)草地荒漠化的可能影響，并考慮到長(zhǎng)時(shí)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(gè)驅(qū)動(dòng)因素，其中自然因素有4個(gè)，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(gè)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(guò)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(duì)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(gè)可歸為人為因素因子的貢獻(xiàn)率，λi（j＝1，2，…，q）——q個(gè)可歸為自然因素因子的貢獻(xiàn)率，λh（h＝1，2，…，p）——p個(gè)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(duì)沙漠化變化的作用及貢獻(xiàn)率。將氣候因子和人為活動(dòng)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(duì)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(duì)因子載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得主成分因子負(fù)荷矩陣。對(duì)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(duì)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(gè)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(gè)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(cè)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(gè)觀測(cè)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(duì)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(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率為91.08%（＞85%）［14］，故取前5個(gè)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(duì)主成分的貢獻(xiàn)［15－16］。從以上5個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(duì)值最大，這個(gè)方程我們稱為人為因素和自然因素的綜合方程；第五個(gè)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(gè)時(shí)間段的人為因素、自然因素以及人為與自然的綜合因素對(duì)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(dòng)對(duì)草地荒漠化的貢獻(xiàn)率為53.75%，說(shuō)明在草地荒漠化過(guò)程中，人為因素是最主要的驅(qū)動(dòng)因素，從而驗(yàn)證了近50年來(lái)人類過(guò)度經(jīng)濟(jì)活動(dòng)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(lái)看，1953－2008年的貢獻(xiàn)率為38.25%，超過(guò)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(dòng)對(duì)草地荒漠化的貢獻(xiàn)率為53.75%，表明人為活動(dòng)的增加，加大了環(huán)境系統(tǒng)的壓力，說(shuō)明人類活動(dòng)對(duì)草地荒漠化過(guò)程存在加速和抑制作用［20］；自然因素對(duì)草地荒漠化的貢獻(xiàn)率為38.25%，超過(guò)1／3，說(shuō)明長(zhǎng)期的氣候變化過(guò)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(duì)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(guò)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(lái)人為活動(dòng)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?jiǎng)恿?，人類活?dòng)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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