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        黃河首曲-瑪曲縣高寒草甸沙化動(dòng)態(tài)演變趨勢及其驅(qū)動(dòng)因子定量分析

        2013-08-20 04:07:20陳文業(yè)張瑾戚登臣趙明張繼強(qiáng)李廣宇魏強(qiáng)王芳朱麗劉振恒孫飛達(dá)康建軍羅文莉
        草業(yè)學(xué)報(bào) 2013年2期
        關(guān)鍵詞:沙化沙地草地

        陳文業(yè),張瑾,戚登臣*,趙明,張繼強(qiáng),李廣宇,魏強(qiáng),王芳,朱麗,劉振恒,孫飛達(dá),康建軍,羅文莉

        (1.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院,甘肅 蘭州730020;2.甘肅敦煌西湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局,甘肅 敦煌736200;3.甘肅省瑪曲縣草原總站,甘肅 瑪曲747300;4.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系,四川 雅安625014)

        黃河源頭區(qū)是我國重要的水源涵養(yǎng)區(qū),是“中華水塔”的重要組成部分,孕育著眾多世界上獨(dú)特的土著生物和物種資源[1],同時(shí)也是生態(tài)變化最為敏感和全球生物多樣性關(guān)鍵的地區(qū)之一。其特殊的地理、氣候和植被條件對我國江河源頭的蓄水量乃至我國中部和東部廣大地區(qū)的生態(tài)安全、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的作用[2]。然而,近年來,由于自然和人為因素的影響,其生態(tài)系統(tǒng)平衡受到破壞,生態(tài)環(huán)境日趨惡化,草地嚴(yán)重退化、土地沙化、水土流失、水源涵養(yǎng)功能衰退,黃河徑流量減少,濕地萎縮等生態(tài)問題嚴(yán)重制約著區(qū)域的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,而且直接威脅到國家生態(tài)安全、民族團(tuán)結(jié)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[3]。

        瑪曲縣位于“九曲黃河”第一彎曲部,自古以來就有“羌中畜牧甲天下”和“亞洲第一草場”的美譽(yù)。天然草地面積占全縣土地總面積的89.54%?,斍菰仁屈S河源頭區(qū)重要水源涵養(yǎng)補(bǔ)給區(qū),也是阻擋高原風(fēng)沙東遷無可替代的綠色生態(tài)屏障?,斍厥獾牡乩砦恢煤桶l(fā)育優(yōu)良的高寒草甸植被是藏族牧民世代繁衍生息的基礎(chǔ),孕育了舉世聞名的藏文化。但自首次文獻(xiàn)報(bào)道瑪曲草原沙化現(xiàn)象至今,瑪曲的土地沙漠化就一直處在不斷的擴(kuò)展之中[4],自20世紀(jì)60年代以來,隨著氣候變化和人類活動(dòng)的加劇,該區(qū)域土地沙漠化發(fā)展顯著,從零星分布向局部集中連片、高大流動(dòng)沙丘演變[5]。對該區(qū)生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和藏族牧民生活水平提高產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響。

        土地沙漠化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與評(píng)價(jià)以及沙化機(jī)理的分析是沙漠化研究中比較重要和進(jìn)展較快的研究內(nèi)容之一[4,6]。主成分分析法、相關(guān)分析法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法3種方法是目前進(jìn)行現(xiàn)代沙漠化過程驅(qū)動(dòng)因素定量辨識(shí)所采用的比較常規(guī)的定量研究方法。已廣泛應(yīng)用于生態(tài)、地理、環(huán)境等研究[7-23]。本研究以瑪曲縣為例,采用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)解譯和野外調(diào)查相結(jié)合的研究方法。以1975年以來的TM、MSS和ETM等遙感數(shù)據(jù)為信息源,綜合該區(qū)地形圖、各期沙化監(jiān)測資料以及土地利用圖等資料,解析瑪曲縣近35a來高寒草甸沙化的時(shí)空演變過程及其發(fā)展趨勢,并在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法,對瑪曲縣高寒草甸沙化驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行定量辨識(shí)和貢獻(xiàn)率分析,揭示該區(qū)域土地沙化態(tài)勢及其主要驅(qū)動(dòng)因子,以期為該區(qū)域乃至周邊的生態(tài)環(huán)境修復(fù)和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)概況

        瑪曲縣位于甘肅省西南角,地處青藏高原東端的甘、青、川三省交界處。地理坐標(biāo)為100°45′45″~102°29′00″E,33°06′30″~34°30′15″N。全縣總土地面積90.98×104hm2。黃河自西部木西合鄉(xiāng)入境,經(jīng)南、東、北環(huán)繞縣境西流,支流眾多。在黃河兩岸的各級(jí)階地分布比較連續(xù)且高差起伏較小,區(qū)域海拔3 300~4 806m,瑪曲屬高原地質(zhì)結(jié)構(gòu),分為西北部高山區(qū)、中南部丘陵區(qū)和河岸階地。土壤類型主要有高山草甸土、亞高山草甸土、草甸土、泥炭土、沼澤土和暗棕壤6類。其中亞高山草甸土分布面積最廣。

        該縣氣候?qū)儆诟咴箨懶约撅L(fēng)氣候類型,年均降水量615.5mm,年均蒸發(fā)量1 353.4mm,年均溫1.2℃,最冷月(1月)溫度-9.4℃,最熱月(7月)溫度10.8℃,無霜期僅20d左右,極端最低氣溫-28℃,最高氣溫23.6℃,全年日照時(shí)數(shù)2 613.9h。≥0℃的年積溫1 407.6℃,≥10℃的年積溫258.6℃,無絕對無霜期。相對濕度62%,年均風(fēng)速2.5m/s,年均8級(jí)以上的大風(fēng)日數(shù)77.1d,全年日照時(shí)數(shù)為2 384.8h,年輻射量561kJ/cm2。牧草生長期190d,生長期平均日照5.5~6.8h。自然植被類型從草原化草甸、高寒草甸、高寒灌叢呈地帶性遞變,其中,高寒草甸是瑪曲縣分布面積最廣的植被類型[9]。

        瑪曲縣是一個(gè)藏民族聚居區(qū),牲畜存、出欄數(shù)量大,畜牧業(yè)產(chǎn)量高,是甘肅省主要牧區(qū)之一和唯一的純牧業(yè)縣,其主要的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)內(nèi)容是放牧業(yè)[8,10,11]。

        1.2 沙化程度劃分

        沙化程度不僅是直接反映土地沙化嚴(yán)重程度的指標(biāo),也是間接反映和衡量沙化土地恢復(fù)其生產(chǎn)力和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能難易程度的指標(biāo)[11]。針對瑪曲高寒草甸的沙化現(xiàn)狀和沙化草甸的類型特征[12],參照相關(guān)研究標(biāo)準(zhǔn)和成果[13-16],將其沙化程度劃分為:流動(dòng)沙地、半固定沙地和固定沙地。具體沙化程度遙感調(diào)查分類體系如表1,本研究主要從植被蓋度、景觀特征、風(fēng)沙流活動(dòng)情況等幾個(gè)方面。

        表1 瑪曲縣不同程度沙化高寒草甸劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Division criterion of desertification degree of alpine meadow

        1.3 數(shù)據(jù)來源及處理

        選取1975、1990、1994、2000、2005和2009年6期landsatTM、MSS和ETM等遙感影像,由于秋季研究區(qū)植被覆蓋最好,遙感影像能夠很好地反映沙化土地狀況,因此采用時(shí)相為8月份的遙感影像作為數(shù)據(jù)源。運(yùn)用遙感技術(shù)結(jié)合地面調(diào)查的方式,利用GIS手段,參考調(diào)查區(qū)1∶5萬地形圖、采用人機(jī)交互形式對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯。人工解譯前利用GPS和計(jì)算機(jī)人工監(jiān)督分類的方法將野外調(diào)查所制定的沙化土地分類、分級(jí)指標(biāo)體系轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的衛(wèi)星影像遙感監(jiān)測分類體系。在此基礎(chǔ)上,利用地理信息系統(tǒng)軟件分別對研究區(qū)1975年以來6個(gè)時(shí)期衛(wèi)星影像進(jìn)行室內(nèi)人工目視遙感解譯[17]。進(jìn)一步通過野外實(shí)地調(diào)查,檢驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果可靠性,對沙化土地類型及特征進(jìn)行修正和補(bǔ)充。建立沙化土地解譯影像標(biāo)志庫,然后提取圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫[18]。最終得出6個(gè)時(shí)期研究區(qū)不同等級(jí)、類型的沙化土地面積、分布情況以及動(dòng)態(tài)變化趨勢等數(shù)據(jù)。確定研究區(qū)的土地沙化現(xiàn)狀、過程及態(tài)勢。同時(shí)收集研究區(qū)近幾十年里的氣象、水文和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化資料等,基礎(chǔ)和發(fā)展變化數(shù)據(jù)分別從相關(guān)研究、文獻(xiàn)和有關(guān)部門中得到。監(jiān)測和對比分析所用遙感和地理信息系統(tǒng)軟件分別是ERDAS、ARC/INFO/MAP等。

        1.4 數(shù)據(jù)處理方法

        動(dòng)態(tài)度N[19,20]:動(dòng)態(tài)度是反映單位時(shí)間內(nèi)不同土地利用類型面積的變化幅度與變化率以及區(qū)域土地利用變化中的類型差異。

        相對變化率 K[21]:

        式中,N為某地或某類型沙漠化土地的動(dòng)態(tài)度;K為沙化土地相對變化率;Ma和Mb分別為研究期起始年和終結(jié)年沙漠化土地面積,Ca和Cb分別為研究期起始年和終結(jié)年整個(gè)研究區(qū)域沙漠化土地面積;t為研究期時(shí)段長[16]。

        1.5 灰色關(guān)聯(lián)分析法

        對于2個(gè)系統(tǒng)之間共有的影響因素,其隨時(shí)間或不同對象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度,稱為關(guān)聯(lián)度[22],在系統(tǒng)發(fā)展過程中,若2個(gè)因素變化的趨勢具有一致性,即同步變化程度較高,則因素的相似程度就越高,反之則低[23]。計(jì)算公式[24,25]:

        許多研究表明[26-29],現(xiàn)代土地沙漠化是自然因素與人為因素多重因子共同作用的結(jié)果。本研究將自然和人為各因子作為影響土地沙化的驅(qū)動(dòng)因素,運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法,分析研究各驅(qū)動(dòng)因素對土地沙化的驅(qū)動(dòng)力比重大小和影響排序,從而找出影響瑪曲縣土地沙化的主導(dǎo)性驅(qū)動(dòng)因素。根據(jù)自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn),選取年均降水量(A1)、干燥度指數(shù)(A2)、年均氣溫(A3)、年均風(fēng)速(A4)、黃河徑流量(A5)、年均蒸發(fā)量(A6)等6項(xiàng)因子作為影響高寒草甸沙化的主要自然因素,以人口數(shù)量(B1)、大牲畜存欄數(shù)(B2)、國民生產(chǎn)總值(B3)、羊只存欄數(shù)(B4)、牛羊肉總產(chǎn)量(B5)、畜牧業(yè)總產(chǎn)值(B6)等6項(xiàng)因子作為影響高寒草甸沙化的主要人為因素[8]。

        將1975-2009年期間的沙化土地面積和各年所選的12項(xiàng)因子視為一個(gè)灰色系統(tǒng),以沙化土地面積為參考列,所選的12項(xiàng)因子作為參比數(shù)列,按灰色關(guān)聯(lián)度分析法對其進(jìn)行分析。

        1.6 數(shù)據(jù)處理

        采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析、制圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 土地沙化現(xiàn)狀及分布特征

        2009年瑪曲縣沙化監(jiān)測區(qū)總土地面積為36.40×104hm2,占全縣土地總面積的40.01%,監(jiān)測范圍涉及歐拉、尼瑪、曼日瑪3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。沙化土地總面積8 162.80hm2,占監(jiān)測區(qū)面積的2.24%。其中流動(dòng)沙地(丘)、半固定沙地(丘)、固定沙地(丘)面積分別為2 234.80,898.10,5 029.90hm2,分別占沙化土地總面積的27.38%,11.00%,61.62%(圖1)。

        瑪曲縣沙化土地的空間分布主要呈現(xiàn)沿黃河帶狀分布和局部集中連片的特征。1)沿黃河帶狀分布特征:主要分布在黃河兩岸的洪積沖積河灘地和階地上。以縣城南黃河橋?yàn)橹行?,東西長約207km,南北寬約10km的黃河河灘地范圍內(nèi),約占境內(nèi)黃河總長度的47.81%,以流動(dòng)沙地(丘)為主,有大型沙化點(diǎn)36處,行政區(qū)劃屬歐拉鄉(xiāng)歐強(qiáng)村和河曲馬場;2)集中連片分布特征:全縣沙化草地有2個(gè)較為集中的分布區(qū),一是分布于黃河西岸的朗曲和腰達(dá)爾兩條支流的河灘地和河流階地的沙化草地;二是集中或零星分布于喀伊協(xié)瑪金(海拔3 510m)-日蘭都涅喀(海拔3 624m)山脈底部或半山腰的沙化草地。該區(qū)域內(nèi)分布有不同程度沙化土地。由于沿河大部分草地土壤垂直分布為表土層、黑土層、黃土層與沙質(zhì)土交錯(cuò)分布,土壤主要為沙質(zhì)土和沙壤質(zhì)土[11],在降水量大、植被蓋度高的情況下,沙化危害不明顯。但當(dāng)氣候變化、人為因素(如過度放牧)等情況下,沙化危害就會(huì)明顯增強(qiáng),是潛在沙化土地的集中分布區(qū)(圖2)。

        圖1 1975-2009年近35年瑪曲縣沙化土地面積動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Change of desertified lands areas in Maqu County from 1975to 2009in recent 35years

        此外,在縣城西北部由于黃河及其骨干支流發(fā)生過多次不同程度的改道,形成了不同程度的廢棄舊河床(古河道),這些古河道上堆積大量粉沙、細(xì)沙和粗沙,呈不連續(xù)塊狀零散分布流動(dòng)沙丘。涉及到的黃河長度為63.25 km。

        據(jù)文獻(xiàn)記載,瑪曲縣在20世紀(jì)50~60年代,沙化草地僅零星分布,60年代以后草地沙化速率開始加快,一直處在不斷的擴(kuò)展之中[4,5]。1975,1990,1994,1999,2005和2009年研究區(qū)沙化土地面積分別為3 068.38,3 915.10,4 798.00,6 080.00,7 013.80和8 162.80hm2(圖1)。整體上看,從幾個(gè)時(shí)間段沙化土地面積增長量及其動(dòng)態(tài)度顯示(圖1),近35a來研究區(qū)沙化土地面積有增加趨勢,其擴(kuò)展經(jīng)歷了緩慢增加-略有減少-快速增加的過程。其中流動(dòng)沙地(丘)呈現(xiàn)緩慢上升-急速上升-逆轉(zhuǎn)的變化趨勢;半固定沙地(丘)呈現(xiàn)緩慢上升-急速上升-急速逆轉(zhuǎn)的變化趨勢;固定沙地(丘)呈現(xiàn)緩慢上升-逆轉(zhuǎn)-急速上升的變化趨勢。在1975-2009年期間,研究區(qū)沙化土地總面積凈增5 094.42hm2,凈發(fā)展速率為149.84hm2/a,動(dòng)態(tài)度為4.74%。1975-1990年和1994-1999年期間,研究區(qū)沙化土地總面積凈增值分別處于整個(gè)研究期間沙化土地總面積變化的谷值和峰值,分別為846.72和1 282.00hm2,年均擴(kuò)展面積為56.45和256.40hm2,動(dòng)態(tài)度分別為1.72%和4.45%。

        圖2 1975-2009年瑪曲縣土地沙化時(shí)空演變Fig.2 Spatial-temporal change maps of aeolian desertification lands of Maqu in 1975-2009

        2.2 沙化土地時(shí)間動(dòng)態(tài)變化

        就不同類型沙化土地動(dòng)態(tài)變化而言,1975-2009年期間,不同類型沙化土地面積均呈現(xiàn)不同程度增長,其中流動(dòng)沙地(丘)和固定沙地(丘)面積逐年增加,而半固定沙地(丘)面積增長顯凸形變化趨勢,增長量分別為1 354.54,3 415.04和324.55hm2,動(dòng)態(tài)度分別為4.40%,6.04%和1.62%(圖1)。由此表明該階段,研究區(qū)沙化土地在持續(xù)增加,個(gè)別地方生態(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。固定沙地(丘)是沙化土地?cái)U(kuò)張的主體。1975-1990年和1990-1994年期間,流動(dòng)、半固定、固定沙地(丘)面積年均擴(kuò)張速率較緩慢,動(dòng)態(tài)度分別為1.09%,1.37%,2.20%和3.14%,3.96%,5.33%??梢娫谶@兩個(gè)時(shí)期固定沙地(丘)是沙化土地?cái)U(kuò)張的主體。1994-1999年期間,沙化土地面積擴(kuò)張速率明顯加快,較上兩個(gè)期間而言,流動(dòng)和半固定沙地(丘)增長面積明顯增加,而固定沙地(丘)增長面積明顯減少,動(dòng)態(tài)度分別為8.90%,6.20%和2.00%。由此表明,在此期間由于自然和人為因素(過度放牧)作用,固定沙地(丘)和非沙化土地逆轉(zhuǎn)為流動(dòng)和半固定沙地(丘),沙化擴(kuò)展趨勢較為明顯。1999-2005年和2005-2009年期間,較上一期間而言,流動(dòng)和半固定沙地(丘)增長面積明顯減少,而固定沙地(丘)增長面積明顯增加,動(dòng)態(tài)度分別為2.54%,1.66%,2.18%和0.67%,-6.00%和8.19%。尤其在2005-2009年期間,半固定沙地(丘)面積減少最為明顯,減少量為385.10hm2,動(dòng)態(tài)度為-6.00%。而固定沙地(丘)面積增長最為明顯,增加量為1 461.20hm2,動(dòng)態(tài)度為8.19%。2005年和2009年研究區(qū)潛在沙化土地面積分別為118 079.8和7 247.8 hm2。由此表明,在此期間研究區(qū)實(shí)施的“封山禁牧”、“退牧還草”等生態(tài)建設(shè)工程起了一定的作用,沙漠化有逆轉(zhuǎn)的趨勢。因?yàn)樯郴恋仡愋妥兓翘幵趧?dòng)態(tài)的平衡中,是生態(tài)環(huán)境改善和破壞相博弈的一種非常復(fù)雜的短暫平衡,其沙化具有繼續(xù)擴(kuò)展和逆轉(zhuǎn)的雙重可能性。

        2.3 沙化土地區(qū)域動(dòng)態(tài)變化

        研究區(qū)沙化土地的分布區(qū)域呈不斷擴(kuò)展態(tài)勢(圖2),1)表現(xiàn)在沙化草原涉及到的黃河沿岸長度的增加。其中,在1994-1999年期間急速擴(kuò)展,而2005-2009年期間擴(kuò)張速度變慢。1975年在黃河以南歐拉鄉(xiāng)歐強(qiáng)村1、3隊(duì)有小面積斑塊狀鑲嵌分布,隨時(shí)間推移快速擴(kuò)展,呈現(xiàn)大面積片狀分布。1999年為119.0km,2004年為186.12km,2009年為207.0km,在10年里加長了88.0km,年均擴(kuò)展長度為8.8km,總體呈現(xiàn)以縣城南黃河橋?yàn)橹行南蛟搭^和下游延伸的趨勢;2)表現(xiàn)在原有沙化范圍內(nèi)沙化面積的增加,沙化草原由原來主要在黃河兩岸階地、河灘地,擴(kuò)展到部分退化草場、南部喬日拉瑪干濕地邊緣。主要在1999-2009年期間擴(kuò)張速度比較明顯;3)表現(xiàn)在2005-2009年期間,沒有被劃入沙化區(qū)域的采日瑪鄉(xiāng)呈現(xiàn)小面積零星的沙化土地或潛在沙化土地分布[4]。

        2.4 沙化程度變化

        在1975-1990年、1990-1994年和2005-2009年3個(gè)期間內(nèi),流動(dòng)沙地(丘)相對變化率依次為0.63,0.70和0.20;半固定沙地(丘)相對變化率依次為0.79,0.88和1.83;固定沙地(丘)相對變化率依次為1.27、1.18和2.50(圖1)。固定沙地(丘)相對變化率均最大,表明在此3個(gè)期間內(nèi)固定沙地(丘)變異性最為明顯,輕度沙化草地面積較大,中度草地面積次之、重度和極重度沙化草地面積最小,進(jìn)而表明在該期間研究區(qū)沙化程度較輕。1994-1999年和1999-2005年2個(gè)期間內(nèi),流動(dòng)沙地(丘)相對變化率依次為2.00和1.16;半固定沙地(丘)相對變化率依次為1.39和0.76;固定沙地(丘)相對變化率依次為0.45和1.00。流動(dòng)沙地(丘)相對變化率均最大,表明在此2個(gè)期間內(nèi)流動(dòng)沙地(丘)變異性最為明顯,重度和極重度沙化草地面積最大,進(jìn)而表明在該期間研究區(qū)沙化程度較重。在1975-2009年期間,流動(dòng)、半固定和固定沙地(丘)相對變化率依次為0.93、0.34和1.27,固定沙地(丘)相對變化率均最大,表明在此期間內(nèi)固定沙地(丘)變異性最為明顯,輕度沙化草地面積較大,進(jìn)而表明在該期間研究區(qū)沙化程度較輕。

        表1 參考因子與各沙化土地面積的關(guān)聯(lián)度及相對貢獻(xiàn)率Table 1 Correlation degree and rat between reference factors and the desertification land area

        續(xù)表1 Continued

        2.5 不同類型沙化土地面積與主要驅(qū)動(dòng)因子灰色關(guān)聯(lián)度分析

        灰色關(guān)聯(lián)度分析是對于一個(gè)系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢的定量描述和比較,為揭示和區(qū)分影響系統(tǒng)各類因素的作用性質(zhì)提供依據(jù)[8]。本研究運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法,對基本數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后(略),得出各驅(qū)動(dòng)因子與各沙化面積的關(guān)聯(lián)系數(shù)(表1)。整體上看,主要的人為因素和自然因素與各沙化土地面積間的關(guān)聯(lián)度的差異不顯著,說明在研究區(qū)土地沙化的影響因素中,人為因素與自然因素對沙化過程有著近乎同等的作用與效力,深受二者的綜合作用與影響,因此研究區(qū)的土地沙化過程應(yīng)是人為因素與自然因素多重因子綜合作用的結(jié)果,這與許多研究結(jié)果一致[26-29],即具有驅(qū)動(dòng)因素的綜合性。各項(xiàng)驅(qū)動(dòng)因子與各沙化面積的關(guān)聯(lián)系數(shù)大小來看,人為因素相關(guān)度大于自然因素,說明在研究區(qū)土地的沙化過程中,人為因素的驅(qū)動(dòng)作用強(qiáng)于自然因素的驅(qū)動(dòng)作用。在1975-1994年期間,主要自然因素與各沙化土地面積的關(guān)聯(lián)度較人為因素高,而在1994-2009年期間,主要人為因素與各沙化土地面積的關(guān)聯(lián)度較自然因素高。由此表明,研究區(qū)土地沙化過程在1975-1994年期間深受自然因素的影響和作用,而在1994-2009年期間深受人為因素的影響和作用。以各驅(qū)動(dòng)因子關(guān)聯(lián)度所占比例得到各因子對于不同類型沙化面積的相對貢獻(xiàn)率(表1),各驅(qū)動(dòng)因子的相對貢獻(xiàn)率在3.0%~12.0%。

        依據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)大小得到各驅(qū)動(dòng)因子與不同類型沙化面積的關(guān)聯(lián)排序(表1)。各驅(qū)動(dòng)因子與流動(dòng)、半固定和固定沙地(丘)面積的關(guān)聯(lián)排序?yàn)椋築4>A3>B2>B3>B1>A4>B6>A6>A1>B5>A2>A5、B2>B4>A3>B6>B1>B3>A1>A6>A4>A5>B5>A2和A3>A1>B4>A6>B3>B1>A4>B6>B2>A2>A5>B5。在影響研究區(qū)不同類型沙化土地面積的各項(xiàng)驅(qū)動(dòng)因子中,羊只存欄數(shù)增加對流動(dòng)沙地(丘)面積的驅(qū)動(dòng)作用最大,年均氣溫變化次之,大牲畜存欄數(shù)增加第三;大牲畜存欄數(shù)增加對半固定沙地(丘)面積的驅(qū)動(dòng)作用最大,羊只存欄數(shù)增加次之,年均氣溫變化第三;年均氣溫變化對固定沙地(丘)面積的驅(qū)動(dòng)作用最大,年均降水量次之,羊只存欄數(shù)增加第三。因?yàn)樯笠?guī)模持續(xù)增大,使草地超過了草地生態(tài)系統(tǒng)維持正常運(yùn)行的“閾值”[30]。加之,隨著氣候變暖,降水次數(shù)減少及降水量年內(nèi)分配極不均勻,蒸發(fā)量呈下降趨勢,但是干燥程度呈增加趨勢,導(dǎo)致草場退化,從而使得牲畜數(shù)量相對于迅速下降的草場載畜量出現(xiàn)過牧現(xiàn)象。年均氣溫增加、年均降水量變化和牲畜數(shù)量增加2類因素疊加驅(qū)動(dòng),進(jìn)一步加劇了沙化的發(fā)展和程度。對2類驅(qū)動(dòng)因子的相對貢獻(xiàn)率進(jìn)行綜合,得到2類驅(qū)動(dòng)因子各所占的比重。主要自然因素和人為因素對研究區(qū)流動(dòng)、半固定和固定沙地(丘)面積的驅(qū)動(dòng)力比重分別依次為42.31%,43.29%,57.03%和57.69%,56.71%,42.97%。說明在影響研究區(qū)不同類型沙化土地面積的驅(qū)動(dòng)作用中,人為因素對流動(dòng)沙地(丘)和半固定沙地(丘)的驅(qū)動(dòng)作用強(qiáng)于自然因子的驅(qū)動(dòng)作用,自然因素對固定沙地(丘)的驅(qū)動(dòng)作用強(qiáng)于人為因素的驅(qū)動(dòng)作用。

        2.6 沙化土地總面積與主要驅(qū)動(dòng)因子灰色關(guān)聯(lián)度分析

        各驅(qū)動(dòng)因子與沙化土地總面積的關(guān)聯(lián)排序?yàn)椋築3>B4>B1>A3>B6>A1>B2>A6>B5>A2>A5>A4(表1)。在2類驅(qū)動(dòng)因子中有4項(xiàng)人為因素的關(guān)聯(lián)度排在前6位,且國民生產(chǎn)總值、羊只存欄數(shù)和人口數(shù)量的關(guān)聯(lián)度均較大。因?yàn)樵摰貐^(qū)自解放以來人口呈持續(xù)增長的態(tài)勢,群眾為了提高經(jīng)濟(jì)收入,牲畜規(guī)模增大,勢必使草場的放牧強(qiáng)度增大,進(jìn)而導(dǎo)致草場沙化。加之瑪曲縣是一個(gè)純牧業(yè)縣,畜牧業(yè)產(chǎn)值是國民生產(chǎn)總值的重要組成部分,畜牧業(yè)產(chǎn)值很大程度上決定著國民生產(chǎn)總值,而畜牧業(yè)產(chǎn)值與牲畜數(shù)量之間又具有直接相關(guān)性,以牲畜數(shù)量的增加而增加。主要自然因素和人為因素對沙化土地總面積的驅(qū)動(dòng)力比重分別為40.43%和59.57%。說明在影響研究區(qū)沙化土地總面積的驅(qū)動(dòng)作用中,人為因子強(qiáng)于自然因子,人為因素是研究區(qū)土地沙化過程中的強(qiáng)化因素和主導(dǎo)因素。沙化過程是在氣候的異常擾動(dòng)的基礎(chǔ)上人類不合理的活動(dòng)進(jìn)一步疊加的結(jié)果。

        3 結(jié)論與討論

        據(jù)歷次沙化監(jiān)測和遙感數(shù)據(jù)分析調(diào)查,瑪曲縣沙化土地總面積1975年為3 068.38hm2,2009年為8 162.80 hm2,近35a增加5 094.42hm2,凈發(fā)展速率為149.84hm2/a,其中流動(dòng)、半固定、固定沙地(丘)分別增加1 354.54,324.55和3 415.04hm2。近35a來研究區(qū)沙化在時(shí)間上表現(xiàn)為沙化土地面積處于持續(xù)擴(kuò)張的態(tài)勢。說明可能人為措施對遏制土地沙化的擴(kuò)展具有一定的滯后效應(yīng)[16]。1975-1990年、1990-1994年、1994-1999年、1999-2005年、2005-2009年5個(gè)期間內(nèi)沙化土地總面積、流動(dòng)、半固定和固定沙地(丘)面積的動(dòng)態(tài)度分別為1.72%、4.51%、4.45%、2.19%、3.28%;1.09%、3.14%、8.90%、2.54%、0.67%;1.37%、3.96%、6.20%、1.66%、-6.00%和2.20%、5.33%、2.00%、2.18%、8.19%,表明沙化土地總面積的擴(kuò)展經(jīng)歷了緩慢增加-略有減少-快速增加的過程。其中流動(dòng)沙地(丘)呈現(xiàn)緩慢上升-急速上升-逆轉(zhuǎn)的變化趨勢;半固定沙地(丘)呈現(xiàn)緩慢上升-急速上升-急速逆轉(zhuǎn)的變化趨勢;固定沙地(丘)呈現(xiàn)緩慢上升-逆轉(zhuǎn)-急速上升的變化趨勢。1975-1999年期間,沙化土地面積顯持續(xù)增長態(tài)勢,1999-2009年期間,流動(dòng)、半固定沙地(丘)面積在減少,固定沙地(丘)面積在增加。說明在此期間,研究區(qū)沙化土地既有外部其他類型土地的轉(zhuǎn)移,又有其內(nèi)部不同類型沙化土地之間的相互轉(zhuǎn)化。局部沙化有所抑制,整體有擴(kuò)大的態(tài)勢。此結(jié)果也符合我國北方土地沙漠化趨勢[6,31],即自20世紀(jì)50年代后期到2000年土地沙化一直處于加速擴(kuò)張態(tài)勢,21世紀(jì)初開始出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。研究區(qū)沙化在空間上表現(xiàn)為沙化土地的分布區(qū)域呈沙化草地涉及到的黃河沿岸長度的增加和原有沙化范圍內(nèi)沙化面積的增加。在1975-2009年期間,流動(dòng)、半固定和固定沙地(丘)相對變化率依次為0.93、0.34和1.27,固定沙地(丘)相對變化率均最大,表明在此期間內(nèi)固定沙地(丘)變異性最為明顯,輕度沙化草地面積較大,進(jìn)而表明研究區(qū)沙化在沙化程度上表現(xiàn)為波動(dòng)減弱趨勢。說明近幾年研究區(qū)實(shí)施的“封山禁牧”、“退牧還草”等生態(tài)建設(shè)工程的效果有所顯示。

        各驅(qū)動(dòng)因子與流動(dòng)、半固定、固定沙地(丘)面積和沙化土地總面積的關(guān)聯(lián)排序依次為:B4>A3>B2>B3>B1>A4>B6>A6>A1>B5>A2>A5、B2>B4>A3>B6>B1>B3>A1>A6>A4>A5>B5>A2、A3>A1>B4>A6>A4>B3>B1>B6>B2>A2>A5>B5和B3>B4>B1>A3>B6>A1>B2>A6>B5>A2>A5>A4。在2類驅(qū)動(dòng)因子中B4、A3、B3、B1項(xiàng)因素的關(guān)聯(lián)度均排在前6位。說明羊只存欄數(shù)、年均氣溫、國民生產(chǎn)總值和人口數(shù)量4項(xiàng)因素對高寒草甸沙化的驅(qū)動(dòng)作用均較大,此結(jié)果符合該區(qū)的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)形勢現(xiàn)狀。

        自然和人為2類因子對流動(dòng)、半固定、固定沙地(丘)面積和沙化土地總面積的驅(qū)動(dòng)力比重分別依次為42.31%、43.29%、57.03%、40.43%和57.69%、56.71%、42.97%、59.57%。在全球氣候變暖的趨勢下,瑪曲地區(qū)近35a來的氣候變化主要表現(xiàn)為:年平均氣溫在逐漸升高,降水呈波動(dòng)性下降趨勢,蒸發(fā)量也有下降趨勢,但是干燥程度呈增加趨勢[31,32]。該區(qū)氣候趨于暖干化,加之此區(qū)又是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),對氣候的異常擾動(dòng)非常敏感,從而導(dǎo)致草地沙化,自然因子起著催化和誘發(fā)的作用,為誘導(dǎo)和次要因素,人類不合理的活動(dòng)加速了土地沙化的發(fā)展,為強(qiáng)化和主導(dǎo)因素。所以說,研究區(qū)草地沙化過程是以氣候日趨干旱造成的自然演變過程為基礎(chǔ),由自然過程與人為加速過程彼此疊加相互反饋的結(jié)果,是以人為因素為主導(dǎo)并與自然因素共同作用和影響的產(chǎn)物[33,34]。再一次證明了人類活動(dòng)對現(xiàn)代土地沙化的顯著貢獻(xiàn)。因此遏制土地沙化的擴(kuò)展,必須從控制牲畜數(shù)量和減輕放牧強(qiáng)度著手。

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