封建民,李曉華

（咸陽師范學院旅游與資源環(huán)境學院,陜西咸陽 712000）

全球生態(tài)環(huán)境的惡化吞噬著人類的生存空間,對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成了極大的威脅,而沙漠化是當今世界最重要的環(huán)境問題之一,已成為21世紀威脅人類生存和發(fā)展、社會穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展的嚴重問題之一。“荒漠化”(desertification)是指包括氣候變異和人類活動在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤地區(qū)的土地退化[1]。沙質(zhì)荒漠化是荒漠化類型之一,是指干旱和半干旱(包括部分半濕潤地區(qū))在干旱多風和疏松沙質(zhì)地表條件下,由于人為強度的土地利用等因素,破壞了脆弱的生態(tài)平衡,使原非沙漠地區(qū)出現(xiàn)了以風沙活動、沙丘起伏為主要標志的類似沙漠景觀的環(huán)境退化過程[2]。我國是世界上受沙漠化危害最嚴重的國家之一,沙漠化的發(fā)生與發(fā)展,已給我國廣大地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、自然資源、社會經(jīng)濟以及人民生活造成嚴重的危害。2000年,我國北方沙漠化土地已達38.57萬km2,1988-2000年沙漠化年擴大速率達到3 600 km2/a[3]。青海共和盆地是我國西部沙漠化快速吐食地區(qū)之一,由于沙漠化,土壤風蝕加劇其自西向東的三條數(shù)百公里長的沙帶前沿已經(jīng)躍入龍羊峽庫區(qū)[4],每年進入庫區(qū)的流沙總量達3 130萬m3,大量流沙進入庫區(qū),已嚴重威脅到電站的正常運營,同時土地沙漠化已成為制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。因此,探討土地沙漠化問題具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

共和盆地深居內(nèi)陸,位于青藏高原東北部,大部分位于共和縣,一小部分屬貴南縣,故取名共和-貴南盆地,簡稱為共和盆地。共和盆地地理位置為35°27′-36°56′N 和 98°46′-101°22′E,在自然地帶上屬于高原溫帶半干旱草原和干旱荒漠草原的過渡區(qū)域[7]。盆地四周環(huán)山,中間低落,東寬西窄,呈葫蘆形,南北長約 210 km,東西寬約 60 km,總面積13 800 km2,實際監(jiān)測面積11 807.59 km2。盆地內(nèi)大部分地區(qū)海拔2 600～3 400 m,年平均氣溫2.10～3.13℃[5],年平均降水量 311.1～402.1 mm,年均潛在蒸發(fā)量1 558.2～1 841.2 mm,年均風速2.1～2.7 m/s,年均大風日數(shù)17.7～43.2 d,最多可達75 d。平均每年霜期長達260 d以上,也可以說沒有絕對的無霜期。因而農(nóng)作物、林木生長受到了一定的限制,地表植被覆蓋低。區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境脆弱,易遭受自然因素和人類社會經(jīng)濟活動的影響。

共和盆地的沙漠化土地主要分布在塔拉灘及黃河以南的木格灘地區(qū),沙漠化土地以流動沙丘、半固定沙丘為主。由于受風力、盆地地形、植被等因子影響,一般3 m高的流動沙丘年移動速度可達48 m。由于沙漠化土地不斷擴展,造成了諸多危害,除了淹沒農(nóng)田、村莊,風蝕、沙埋種子幼苗外,最嚴重的是給盆地最低處龍羊峽庫區(qū)帶來嚴重的威脅,每年從塔拉灘區(qū)吹入庫區(qū)的風沙量達141萬m3[6-7]。這些都給當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展及人民生活造成了嚴重的危害。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

主要數(shù)據(jù)源是1990年與2005年兩期TM影像(時相均為秋季)。TM影像有7個波段,每個波段反映了不同的生態(tài)學特點,其中對植被、土壤和水分反映敏感的分別為 TM2、TM3、TM4和 TM5(綠波段、紅波段、近紅外波段和中紅外波段,其光譜范圍分別在0.52～0.60,0.63～0.69,0.76～0.90,1.55～1.75μ m)。其中TM4可以反映出不同沙漠化程度的土地上植被的特點,TM3可以反映沙質(zhì)土壤的較高亮度和鹽漬化土地的白化現(xiàn)象,TM2對植被的反射敏感,能區(qū)分樹型、樹種。所以本次研究選用4,3,2(R,G,B)波段組合的TM影像,其次還結(jié)合了野外實地考察。首先對1990年和2005年 TM影像進行合成、增強處理、幾何精糾正、圖像鑲嵌,然后根據(jù)不同程度荒漠化土地影像特征進行人機交互判讀。解譯精度按照1∶10萬比例尺確定,最小圖斑15個像元。

2.2 沙漠化土地分類和遙感影像特征

在參考了已有的沙漠化土地劃分標準與方法的基礎上[8-9],結(jié)合共和盆地的實際情況,以風成地表形態(tài)為主,結(jié)合植被、土壤、景觀、微地貌過程等環(huán)境要素,將土地劃分為非沙質(zhì)荒漠化(含潛在)、輕度沙質(zhì)荒漠化、中度沙質(zhì)荒漠化、強烈沙質(zhì)荒漠化和嚴重沙質(zhì)荒漠化土地,參考指征和遙感影像特征見表1-2。

3 土地沙質(zhì)荒漠化現(xiàn)狀

根據(jù)各種沙質(zhì)荒漠化土地遙感影像特征,對2005年TM影像進行人機交互判讀(圖1)并統(tǒng)計得到了土地沙質(zhì)荒漠化現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

解譯結(jié)果顯示,研究區(qū)土地沙質(zhì)荒漠化依然非常嚴重,以輕度和中度為主。2005年沙漠化土地總面積為7 419.62 km2,占研究區(qū)總面積的62.84%,其中嚴重沙漠化、重度沙漠化、中度土地沙漠化和輕度沙漠化土地面積分別為903.07,550.87,1 308.99,4 656.68 km2,分別占沙漠化土地總面積的12.17%,7.42%,17.65%,62.76%。

沙質(zhì)荒漠化在空間分布上差異較大,其中最嚴重的區(qū)域主要分布在龍羊峽庫區(qū)周圍的木格灘、河卡灘、塔拉灘。木格灘和塔拉灘分布著大量的流動沙丘,流動沙丘呈三角帶狀,從沙珠玉河谷隨著主風向由西偏北向東南移動,經(jīng)過三個塔拉灘直至黃河沿岸。而且這些地區(qū)沙質(zhì)荒漠化主要以風積為主,遙感影像上可見明顯高大的沙丘形態(tài),而其它地區(qū)的沙質(zhì)荒漠化程度較輕,從成因上以風蝕為主,沙丘矮小,分布零星,遙感影像上可見明顯的沿主風向延伸的條帶狀風蝕痕跡。

表1 沙質(zhì)荒漠化土地分類體系及主要的參考指標

表2 沙質(zhì)荒漠化土地遙感影響特征

圖1 共和盆地2005年土地沙質(zhì)荒漠化圖

4 土地沙質(zhì)荒漠化動態(tài)分析

將20世紀80年代末和2000年沙質(zhì)荒漠化現(xiàn)狀矢量圖在GIS軟件支持下疊加并統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到土地沙質(zhì)荒漠化動態(tài)圖(圖2)和面積變化情況(表3)

圖2 共和盆地1990-2005年土地沙質(zhì)荒漠化動態(tài)

4.1 土地沙質(zhì)荒漠化動態(tài)變化分析

解譯結(jié)果表明,研究區(qū)土地沙質(zhì)荒漠化動態(tài)趨勢為整體面積縮小,惡化和逆轉(zhuǎn)并存,程度略有加強。1990年青海共和盆地沙質(zhì)荒漠化土地總面積為7 565.14 km2,占監(jiān)測區(qū)總面積的64.07%,其中嚴重沙質(zhì)荒漠化、重度沙質(zhì)荒漠化、中度沙質(zhì)荒漠化和輕度沙質(zhì)荒漠化土地面積分別為858.78,701.82,1 071.28,4 933.26 km2,分別占沙漠化土地總面積的11.35%,9.28%,14.16%,65.21%。與2005年相比,近15 a沙質(zhì)荒漠化總面積減少了145.55 km2,年均減少14.56 km2,其中輕度沙質(zhì)荒漠化土地15 a間減少了276.59 km2;重度沙質(zhì)荒漠化土地減少了150.95 km2;而中度沙質(zhì)荒漠化土地面積增加最多,15 a間增加了237.71 km2;嚴重沙質(zhì)荒漠化土地15 a間增加了44.29 km2。這說明經(jīng)過數(shù)十年的治理,研究區(qū)沙漠化快速發(fā)展的勢頭已基本被遏制,但沙漠化發(fā)展有以面積擴大轉(zhuǎn)為以程度加深為主的趨勢。

4.2 沙質(zhì)荒漠化土地之間的轉(zhuǎn)換分析

表3中淺灰色背景表示沙漠化逆轉(zhuǎn)(沙漠化程度減輕或沙漠化變?yōu)榉巧衬?的面積,深灰色背景沙漠化發(fā)展(沙漠化程度加深或非沙漠化變?yōu)樯衬?的面積,除總計之外,對角線上的表示土地類型未發(fā)生變化的面積,其它為土地類型發(fā)生變化的面積。近15 a來,沙漠化逆轉(zhuǎn)的面積為1 373.41 km2,逆轉(zhuǎn)的斑塊數(shù)有 2 532個,最大斑塊 104.20 km2,其中860.74 km2由各類沙漠化土地轉(zhuǎn)化為非沙漠化,占逆轉(zhuǎn)總面積的62.67%,512.67 km2由沙漠化程度的降低而來,占逆轉(zhuǎn)總面積的37.33%,最大的是輕度沙漠化轉(zhuǎn)化為其它土地利用類型和中度沙漠化轉(zhuǎn)化為輕度沙漠化。沙漠化發(fā)展的面積為1 339.2 km2,斑塊數(shù)有2 592個,最大斑塊81.16 km2,其中715.2 km2由非沙漠化土地轉(zhuǎn)化為沙漠化,而624.0 km2是由于沙漠化程度的加深,分別占惡化面積的53.41%和46.59%,最大發(fā)生在非沙漠化草場轉(zhuǎn)化為輕度沙漠化和輕度沙漠化轉(zhuǎn)化為中度沙漠化?？梢钥闯?研究區(qū)沙漠化的演變以非沙漠化和程度較輕的沙漠化之間的轉(zhuǎn)變最為活躍,而程度較重的重度和嚴重沙漠化得到了有效控制,其面積變化相對較小,這說明,在以后的沙漠化防治中,既要防治輕度和中度沙漠化進一步惡化,更要保護天然草場,防止非沙漠化草場的退化。

從空間位置來看,雖然沙漠化逆轉(zhuǎn)和發(fā)展的分布較為均勻,但仍然可以看出一些規(guī)律。沙漠化逆轉(zhuǎn)的區(qū)域主要發(fā)生在近10 a治理強度較大的沙珠玉和貴南縣的森多,特別是塔拉灘和龍羊峽周邊地區(qū),經(jīng)過多年綜合治理,沙漠化以逆轉(zhuǎn)為主,而沙漠化發(fā)展的區(qū)域則主要發(fā)生在哇玉香卡農(nóng)場、新哲農(nóng)場和木格灘等人類經(jīng)濟活動強度較大且防治力度較小的地區(qū)。

5 土地沙質(zhì)荒漠化的主要驅(qū)動因子分析

土地荒漠化是由氣候變化和人類不合理的土地開發(fā)活動等多種因素造成的土地退化過程。為了分析研究區(qū)自然和人為因素對沙漠化的影響,選取了共和盆地1953-2005年牲畜數(shù)量、農(nóng)牧業(yè)人口和耕地面積統(tǒng)計數(shù)據(jù),同時還選取了研究區(qū)貴南、恰卜恰和茶卡三個氣象站53 a的氣溫、降水資料進行氣候趨勢分析,并利用高橋浩一郎公式[10]求取蒸發(fā)量:

式中:E——月蒸發(fā)量;R——月降水量;T——月平均氣溫。

5.1 氣候變化及對沙質(zhì)荒漠化的影響

從圖3可以看出,近53 a來共和盆地年平均氣溫總體呈明顯的上升趨勢,增長率在南部為0.37℃/10 a,中 部 為 0.44℃/10 a,北 部 為0.24℃/10 a。自20世紀80年代中后期氣溫急劇升高。這種變化與全國和北半球氣溫變化相一致。2001年貴南年平均氣溫上升到4.82℃,1998年恰卜恰年平均氣溫上升到5.6℃,同年茶卡年平均氣溫上升到3.13℃,分別為1953-2005年以來年平均氣溫的最高值。各年平均氣溫相對于53 a的平均值來說變化較大,貴南站大于平均值的年份有21 a,1987年以后的年份有13 a;恰卜恰站大于平均值的年份有27 a,1987年以后的年份有18 a;茶卡站大于平均值的年份有26 a,1987年以后的年份有17 a。

近52 a來研究區(qū)降水量總體上南部貴南站呈微弱減少趨勢,而中部和北部的恰卜恰和茶卡站呈微弱增加趨勢(圖4),南部貴南站減少率為4.8 mm/10 a,中部和北部的恰卜恰和茶卡站增長率分別為0.9 mm/10 a和1.15 mm/10 a。由圖5看出近40 a來,共和盆地蒸發(fā)量呈現(xiàn)出微弱的上升趨勢,其上升率為6.9 mm/10 a。60年代中后期到70年代中后期呈下降趨勢,70年代中后期到90年代初期呈上升趨勢,而90年代初期到2005年蒸發(fā)量又呈急劇上升趨勢,2004年達到40 a來的最高值397.78 mm。其中蒸發(fā)量大于40 a平均值的年份有18 a,1987年以后的年份有11 a。

總之,共和盆地年平均氣溫和降水量的時空變化表明,隨著氣溫的明顯上升和降水量的微弱增加,共和盆地的氣候逐漸變干燥,而沙質(zhì)荒漠化土地主要處于中部和南部氣溫的高值區(qū),因此氣溫升高所導致的蒸發(fā)量增加可能是共和盆地土地荒漠化的間接誘發(fā)因素之一,但這種變化幅度比較小,所以短期內(nèi)氣溫和降水量變化對共和盆地荒漠化雖有促進作用,但影響比較小。這與孫建光和郭連云等人的結(jié)論一致[11-13]。

圖3 共和盆地年平均氣溫的時間序列

圖4 共和盆地年降水量的時間序列

圖5 共和盆地年蒸發(fā)量的變化

5.2 人文驅(qū)動因子對沙質(zhì)荒漠化的影響

從圖6看出近半個世紀以來,研究區(qū)人類活動對環(huán)境總體影響是加強的,但又可以分為三個時期,其中50-60年代初期牲畜數(shù)量、農(nóng)牧業(yè)人口和耕地面積急劇增加,60年代初到90年代中期牲畜數(shù)量和農(nóng)牧業(yè)人口明顯增加,而耕地面積基本保持穩(wěn)定,90年代后期以來耕地面積和農(nóng)牧業(yè)人口急劇減少,牲畜數(shù)量略有增加。人為因素的這種變化趨勢也許能解釋研究區(qū)荒漠化面積在50-80年代中期迅速擴展[7],而90年代以來荒漠化面積略有減少的原因。但即便如此,根據(jù)當?shù)刭Y料,共和盆地超載過牧現(xiàn)象依然非常嚴重,貴南縣牧場超載為65.7%,共和縣牧場超載為54%,這也使得研究區(qū)的荒漠化不可能從根本上得到根治。結(jié)合沙漠化的空間轉(zhuǎn)換特征和氣候變化因素,可以看出相對于自然因素,人類活動是影響沙漠化發(fā)生、發(fā)展的決定因素。

圖6 共和盆地主要的人文因子變化

6 結(jié)論

2005研究區(qū)共有沙質(zhì)荒漠化土地 7 419.62 km2,占研究區(qū)總面積的62.84%,以輕度和中度為主,主要發(fā)生于南部和中部氣溫較高的區(qū)域。從近15 a動態(tài)變化上,總趨勢為整體面積縮小,惡化和逆轉(zhuǎn)并存,程度略有加強。沙漠化逆轉(zhuǎn)的區(qū)域主要發(fā)生在近10 a治理強度較大的沙珠玉和貴南縣的森多,特別是塔拉灘和龍羊峽周邊地區(qū),而沙漠化發(fā)展的區(qū)域則主要發(fā)生在哇玉香卡農(nóng)場、新哲農(nóng)場和木格灘等人類經(jīng)濟活動強度較大且防治力度較小的地區(qū)。氣溫升高導致的蒸發(fā)量增加對研究區(qū)土地沙質(zhì)荒漠化有一定的促進作用,而20世紀90年代后期以來耕地面積和農(nóng)牧業(yè)人口急劇減少是研究區(qū)土地沙質(zhì)荒漠化面積略有減少的主要原因,同時嚴重的超載過牧現(xiàn)象使得研究區(qū)的荒漠化不可能從根本上得到根治。由此可知,我國北方農(nóng)牧交錯帶西段土地沙化態(tài)勢仍很嚴重,控制人口密度,調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),控制超載過牧,加強土地管理和生態(tài)環(huán)境建設勢在必行。

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