楊小鵬，王小軍，陳翔舜，馬仲武，高斌斌(1.甘肅省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州730020； 2.甘肅省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，甘肅 蘭州 730020)

甘肅省2009—2014年沙化土地動(dòng)態(tài)變化分析

楊小鵬1,2，王小軍1,2，陳翔舜1,2，馬仲武1,2，高斌斌1,2
(1.甘肅省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州730020； 2.甘肅省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，甘肅 蘭州 730020)

沙化土地；動(dòng)態(tài)變化；監(jiān)測(cè)；5年變化率；2009—2014年；甘肅省

甘肅省位于我國(guó)西北部，是沙化土地分布大省，處于全國(guó)防沙治沙的前沿地帶。土地沙化造成了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的嚴(yán)重惡化，阻礙了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。為全面、準(zhǔn)確地掌握甘肅省沙化土地現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化信息，采用2009、2014年兩期衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)判讀與地面調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)方法，對(duì)2009—2014年研究區(qū)沙化土地面積、類(lèi)型、程度、分布進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：2009—2014年，研究區(qū)沙化土地總面積減少了74 243.3 hm2，5年變化率為-0.61%，沙化土地面積進(jìn)一步減少，沙化程度進(jìn)一步減輕。這主要是氣溫升高、降水增加等自然因素，以及植被建設(shè)、人口控制、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等人為因素共同作用和影響的結(jié)果。

沙化土地是指在各種氣候條件下，由于各種因素形成的、地表呈現(xiàn)以沙(礫)物質(zhì)為主要標(biāo)志的退化土地[1]。土地沙化所造成的生態(tài)環(huán)境惡化及其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙，已成為21世紀(jì)威脅人類(lèi)生存、社會(huì)穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題之一[2-3]。沙化土地監(jiān)測(cè)研究是貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)防沙治沙法》，履行《聯(lián)合國(guó)防治荒漠化公約》的重要手段，是搞好防治工作和防災(zāi)減災(zāi)的重要基礎(chǔ)[4]。甘肅省是沙化土地分布大省，處于全國(guó)防沙治沙的前沿地帶，其生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展對(duì)維護(hù)北方生態(tài)安全和社會(huì)穩(wěn)定起著舉足輕重的作用。為了全面、準(zhǔn)確地掌握甘肅省沙化土地現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化信息，本研究以2009、2014年兩次沙化土地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了2009—2014年甘肅省沙化土地變化情況，并對(duì)變化原因進(jìn)行了分析，以期為制定甘肅省和全國(guó)防沙治沙政策和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃、合理利用國(guó)土資源、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供參考資料和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省位于我國(guó)西北部，地處黃河上游地區(qū)，地貌復(fù)雜多樣，地形狹長(zhǎng)，自西北向東南長(zhǎng)約1 350 km，面積為42.58萬(wàn)km2，占國(guó)土總面積的4.4%。甘肅省深居西北內(nèi)陸，海洋溫濕氣流不易到達(dá)，成雨機(jī)會(huì)少，大部分地區(qū)氣候干燥，具有明顯的溫帶大陸性季風(fēng)氣候特征，冬季寒冷漫長(zhǎng)，夏季短促溫?zé)?。地區(qū)間氣候差異顯著，年均氣溫約9 ℃，日照充足，年日照時(shí)數(shù)為1 700～3 300 h，且自東南向西北逐漸增多。年均降水量為36.6～734.9 mm，降水主要集中在6—9月，且由東南向西北遞減[5]。特殊的地理和氣候條件，使得甘肅省成為氣候變化的敏感區(qū)和生態(tài)環(huán)境的脆弱區(qū)[6]。

1.2 研究范圍

甘肅省沙化土地監(jiān)測(cè)研究范圍包括8個(gè)市(州)的24個(gè)縣(市、區(qū))，分別為酒泉市的肅州區(qū)、金塔縣、玉門(mén)市、瓜州縣、敦煌市、肅北縣、阿克塞縣，嘉峪關(guān)全市，張掖市的甘州區(qū)、臨澤縣、高臺(tái)縣、山丹縣、民樂(lè)縣、肅南縣，金昌市的永昌縣、金川區(qū)，武威市的涼州區(qū)、民勤縣、古浪縣，白銀市的景泰縣、靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)，慶陽(yáng)市的環(huán)縣，甘南州的瑪曲縣。監(jiān)測(cè)區(qū)域面積2 311.01萬(wàn)hm2，占全省土地總面積的54.3%。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究選取2009年TM和ETM影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源， 2014年國(guó)產(chǎn)資源一號(hào)、資源三號(hào)衛(wèi)星影像作為主要數(shù)據(jù)源，成像時(shí)間選擇在植被狀況較好的夏秋季節(jié)(7—9月份)。其他輔助資料的收集及預(yù)處理：采用覆蓋全區(qū)的1∶10萬(wàn)地形圖、行政區(qū)劃圖進(jìn)行地形特征、交通狀況、居民點(diǎn)分布等的輔助分析；收集并處理了全區(qū)的氣象、水文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、防沙治沙、風(fēng)沙危害等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用以研究沙化土地動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)因素；收集了全區(qū)的土地利用詳查圖、草地資源圖、森林分布圖、土壤分布圖等，用以輔助遙感影像解譯[7]。

2.2 技術(shù)方法

本研究采用高分辨率遙感數(shù)據(jù)判讀與地面調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)方法，應(yīng)用經(jīng)過(guò)幾何精校正和增強(qiáng)處理后的衛(wèi)星遙感影像，在建立解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)軟件人機(jī)交互遙感解譯方式，按沙化區(qū)劃條件劃分圖斑并對(duì)調(diào)查因子進(jìn)行初步解譯，再到現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)圖斑界線和各項(xiàng)調(diào)查因子，獲取沙化土地的面積、分布及其變化信息[8]。

2.3 沙化土地類(lèi)型及沙化程度分類(lèi)系統(tǒng)

本研究按照國(guó)家林業(yè)局《全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》對(duì)沙化土地進(jìn)行分類(lèi)，共分為9個(gè)類(lèi)型，包括流動(dòng)沙地(丘)、半固定沙地(丘)、固定沙地(丘)、露沙地、沙化耕地、非生物治沙工程地、風(fēng)蝕殘丘、風(fēng)蝕劣地、戈壁[9](表1)。沙化程度分為輕度、中度、重度和極重度4級(jí)[10]。

表1 沙化土地分類(lèi)系統(tǒng)

2.4 數(shù)據(jù)處理方法

變化率反映了研究期內(nèi)沙化土地的變化情況。通過(guò)計(jì)算沙化土地面積5年變化率來(lái)劃分沙化發(fā)展?fàn)顩r[11-12]，計(jì)算公式為

R=(Mb-Ma)/Ma×100%

式中：R為沙化土地變化率；Mb為測(cè)算終結(jié)年沙化土地面積；Ma為測(cè)算起始年沙化土地面積。

2.5 數(shù)據(jù)處理

本研究采用ERDAS IMAGINE軟件進(jìn)行遙感影像處理，采用ArcGIS軟件進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)處理，采用全國(guó)荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件進(jìn)行遙感影像解譯，采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，采用MAPGIS和Adobe Photoshop軟件進(jìn)行制圖。

3 沙化土地動(dòng)態(tài)變化情況

研究顯示，2009—2014年研究區(qū)沙化狀況有明顯好轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)“整體遏制，持續(xù)縮減”的良好態(tài)勢(shì)。

3.1 土地沙化類(lèi)型變化分析

從沙化土地類(lèi)型看，2009—2014年的5年間流動(dòng)沙地(丘)減少了136 333.5 hm2，5年變化率-6.85%；半固定沙地(丘)增加了85 449.5 hm2，5年變化率6.82%；固定沙地(丘)增加了25 132.3 hm2，5年變化率1.46%；露沙地增加了2 258.9 hm2，5年變化率5.43%；沙化耕地減少了6 429.6 hm2，5年變化率-10.39%；非生物治沙工程地減少了868.2 hm2，5年變化率-50.60%；風(fēng)蝕殘丘增加了19 356.0 hm2，5年變化率94.15%；風(fēng)蝕劣地減少了24 496.9 hm2，5年變化率-15.25%；戈壁減少了38 311.8 hm2，5年變化率-0.55%(圖1、表2)。

圖1 研究區(qū)2009、2014年各類(lèi)沙化土地分布

5年間，面積變化幅度最大的是流動(dòng)沙地(丘)，減少了13.6萬(wàn)hm2，減少最多的是阿克塞縣、高臺(tái)縣和金塔縣，分別減少了8.8萬(wàn)、1.2萬(wàn)、0.8萬(wàn)hm2，這其中大部分是植被覆蓋度的增加使流動(dòng)沙地(丘)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍潭ㄉ车?丘)和固定沙地(丘)。

表2 各類(lèi)沙化土地面積動(dòng)態(tài)變化

3.2 土地沙化程度變化分析

從土地沙化程度來(lái)看，輕度沙化土地面積增加了136 957.6 hm2，5年變化率26.94%；中度沙化土地增加了199 689.7 hm2，5年變化率11.21%；重度沙化土地減少了10 534.2 hm2，5年變化率-0.41%；極重度沙化土地減少了400 356.4 hm2，5年變化率-5.42%(表3)。

表3 土地沙化程度動(dòng)態(tài)變化

5年間，輕度沙化土地和中度沙化土地均在增加，共增加了336 647.3 hm2，重度沙化土地和極重度沙化土地面積均在減少，共減少了410 890.6 hm2。輕度和中度沙化土地面積占沙化土地面積比例由2009年的18.7%增加到2014年的21.6%，而重度和極重度沙化土地面積比例則由81.3%下降到78.4%，重度沙化土地面積減少最多的是瓜州縣和金塔縣，分別減少了3.9萬(wàn)、3.8萬(wàn)hm2，極重度沙化土地面積減少最多的是瓜州縣、臨澤縣和肅北縣，分別減少了5.2萬(wàn)、4.5萬(wàn)、4.4萬(wàn)hm2。從上述分析可以看出，2009—2014年研究區(qū)土地沙化程度呈減輕趨勢(shì)。

3.3 各市(州)沙化土地動(dòng)態(tài)變化分析

從各市(州)沙化土地面積變化情況來(lái)看，嘉峪關(guān)市沙化土地減少了146.2 hm2，5年變化率-0.23%；金昌市沙化土地減少了5 412.3 hm2，5年變化率-4.43%；白銀市沙化土地減少了6 226.5 hm2，5年變化率-8.69%；酒泉市沙化土地減少了40 650.1 hm2，5年變化率-0.42%；張掖市沙化土地減少了16 197.0 hm2，5年變化率-2.42%；武威市沙化土地減少了6 023.6 hm2，5年變化率-0.39%；慶陽(yáng)市沙化土地減少了1 240.0 hm2，5年變化率-0.70%；甘南州沙化土地增加了1 652.4 hm2，5年變化率25.41%(表4)。

表4 各市(州)沙化土地面積動(dòng)態(tài)變化

由表4可以看出，除甘南州沙化土地面積增加外，其他市(州)沙化土地面積均呈減少趨勢(shì)。5年間，甘南州(瑪曲縣)沙化土地面積增加了1 652.4 hm2，5年變化率最大，達(dá)到了25.41%，這是自然過(guò)程與人為加速過(guò)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[13-14]。首先，由于氣候變化，黃河來(lái)水量減少，河道灘地裸露，經(jīng)過(guò)牛羊踩踏，表層土壤遭破壞，致使河道積沙裸露；其次，過(guò)度放牧，土地利用強(qiáng)度加大，致使草場(chǎng)退化，大面積的非沙化土地轉(zhuǎn)變?yōu)樯郴恋兀郴潭冗M(jìn)一步加?。辉俅?，鼠蟲(chóng)害猖獗，引起大面積的草地退化，在風(fēng)力作用下，這些退化草地成為沙化新的突破口。為了合理利用天然草地，遏制草場(chǎng)退化，瑪曲縣近年來(lái)實(shí)施了甘南黃河重要水源補(bǔ)給生態(tài)功能區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)等一系列生態(tài)保護(hù)工程，有效地改善了甘南州的生態(tài)環(huán)境，但由于政策實(shí)施效果具有一定的遲滯性[15]，因此在短時(shí)間內(nèi)其作用并未完全體現(xiàn)出來(lái)。

4 沙化土地面積變化原因分析

通過(guò)對(duì)比分析得出，研究區(qū)2009—2014年土地沙化總面積呈減少趨勢(shì)，沙化程度呈減輕趨勢(shì)。究其原因，氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)依舊是沙漠化逆轉(zhuǎn)過(guò)程的兩大驅(qū)動(dòng)力[16]。

4.1 自然因素

已有研究表明，無(wú)論是地質(zhì)歷史時(shí)期還是現(xiàn)代，氣候變化始終是影響沙漠化的一個(gè)主要因素，特別是氣候變化中的降水和氣溫是影響植被覆蓋時(shí)空演變的重要因素[17]，在大范圍內(nèi)控制著沙化的發(fā)展過(guò)程。研究區(qū)(特別是河西地區(qū))由于受西風(fēng)環(huán)流影響，氣候正在由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型，這種轉(zhuǎn)變主要表現(xiàn)在氣溫有所上升、降水有所增加[18]。據(jù)2009—2013年《甘肅發(fā)展年鑒》，甘肅省2009—2013年平均氣溫逐年升高，降水量也在逐年增加(表5)。另?yè)?jù)《2014年甘肅氣候變化監(jiān)測(cè)公報(bào)》，1961—2014年甘肅省年均氣溫呈上升趨勢(shì)，平均每10年升高0.26 ℃，升幅高于全國(guó)平均水平；平均年雨日呈弱增加趨勢(shì)，每10年增加2天。氣溫升高會(huì)導(dǎo)致植物生長(zhǎng)季節(jié)提前和生長(zhǎng)加速，降水的增加會(huì)導(dǎo)致植被覆蓋度的增加，升溫和降水對(duì)北方荒漠植被生長(zhǎng)的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在春季和夏季[19]。這說(shuō)明氣候變化是研究區(qū)土地沙化面積減少和程度減輕的重要因素。

表5 甘肅省2009—2013年各年平均氣溫、降水量

4.2 人為因素

自然因子起著催化和誘發(fā)的作用，為次要因素，人類(lèi)的活動(dòng)則更加明顯地加速或抑制了土地沙化的發(fā)展，為主導(dǎo)因素[20]。

(1)大搞植被建設(shè)，建立防護(hù)體系。土地沙化過(guò)程是風(fēng)力作用于沙質(zhì)地表而產(chǎn)生的，其形成依賴(lài)于風(fēng)力必須大于或等于風(fēng)蝕起沙的臨界風(fēng)速、地表存在沙源、地表裸露或植被稀疏這三個(gè)條件，沙化防治的關(guān)鍵就在于如何消除沙化的這些形成條件。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐證明，采取生物措施是我國(guó)沙化防治最根本的途徑[21]。甘肅省近幾年連續(xù)實(shí)施的三北防護(hù)林、退耕還林、退牧還草等一系列工程，以及先后啟動(dòng)實(shí)施的石羊河流域防沙治沙及生態(tài)恢復(fù)工程、敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護(hù)工程、黃河重要水源補(bǔ)給生態(tài)功能區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)工程等重點(diǎn)治理項(xiàng)目，對(duì)沙區(qū)生態(tài)恢復(fù)與建設(shè)起到了積極作用，此外小流域治理、水土流失治理、天然林保護(hù)和自然保護(hù)區(qū)建設(shè)等工程的實(shí)施也起到一定作用。各沙化地區(qū)以防沙治沙為目標(biāo)，2009—2013年共完成治沙造林3.0萬(wàn)hm2、封沙育林育草2.8萬(wàn)hm2，同時(shí)從2013年開(kāi)始啟動(dòng)了沙化封禁保護(hù)補(bǔ)助試點(diǎn)工程。這些防沙治沙工程的實(shí)施，對(duì)土地沙化有一定的遏制作用，促進(jìn)了林草植被恢復(fù)，研究區(qū)林草覆蓋度大幅度增加，從而使沙化程度進(jìn)一步減輕。

(2)控制人口增長(zhǎng)，減輕人口壓力。人口與資源的矛盾是引起目前甘肅省環(huán)境退化，特別是土地沙化的主要原因。對(duì)一個(gè)特定地區(qū)而言，人口增長(zhǎng)的速度必須與土地資源的實(shí)際生產(chǎn)力相適應(yīng)。如果人口增長(zhǎng)速度超過(guò)了當(dāng)前技術(shù)條件下土地資源所能提供的實(shí)際支付能力，則必然導(dǎo)致土地資源的過(guò)度利用。所以，減輕人口對(duì)沙化土地的壓力，是恢復(fù)植被、重建生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵，也是調(diào)整人與資源、環(huán)境關(guān)系的最有效的措施[21]。據(jù)2009—2013年《甘肅發(fā)展年鑒》，處于研究區(qū)內(nèi)主要沙化土地分布區(qū)的河西走廊五市(嘉峪關(guān)市、金昌市、酒泉市、張掖市、武威市)，常住人口呈減少趨勢(shì)，從2009年的491.18萬(wàn)人減少到2013年的483.31萬(wàn)人，隨著農(nóng)村勞動(dòng)力大量輸出，各種新能源的逐漸普及，當(dāng)?shù)鼐用瘛翱可匠陨健钡膫鹘y(tǒng)生活習(xí)慣得以轉(zhuǎn)變。人口數(shù)量減少是研究區(qū)沙化土地面積減少的主要因素。

(3)強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改變能源結(jié)構(gòu)。伴隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)、科技水平的提高，近年來(lái)甘肅省基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資力度加大，特別是研究區(qū)內(nèi)高速公路、飛機(jī)場(chǎng)、高鐵、新能源基地等建設(shè)項(xiàng)目蓬勃發(fā)展，在一定程度上使沙化土地向非沙化土地轉(zhuǎn)變，沙化土地面積呈減少趨勢(shì)。從對(duì)比分析可以看出，2014年研究區(qū)內(nèi)沙化土地分布區(qū)的居民、工礦、交通用地等達(dá)23.2萬(wàn)hm2，比2009年的13.2萬(wàn)hm2增加了10.0萬(wàn)hm2，而光伏發(fā)電廠面積從2009年到2014年增加了10 110.02 hm2?；A(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)是研究區(qū)內(nèi)沙化土地減少的又一因素。

5 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)國(guó)家和甘肅省不懈的努力，隨著一系列生態(tài)建設(shè)工程的實(shí)施，研究區(qū)土地沙化的趨勢(shì)已得到控制，沙化土地面積進(jìn)一步縮減，沙化程度進(jìn)一步減輕，生態(tài)環(huán)境得到了極大改善。但針對(duì)研究區(qū)的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，不僅分布有12 170 243.1 hm2的沙化土地，還有1 775 517.0 hm2有明顯沙化趨勢(shì)的土地，與人民群眾對(duì)良好生態(tài)的需求相比，與實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)相比，沙化形勢(shì)依然嚴(yán)峻，防治工作仍然任重道遠(yuǎn)。因此，下一步防沙治沙工作重點(diǎn)將繼續(xù)堅(jiān)持“保護(hù)優(yōu)先、科學(xué)治理、適度利用”的原則，進(jìn)一步創(chuàng)新體制機(jī)制，完善政策措施，強(qiáng)化依法防治，依靠人民群眾和科學(xué)創(chuàng)新，推進(jìn)重點(diǎn)工程建設(shè)，建立和鞏固以林草植被為主體的沙區(qū)綠色生態(tài)屏障[9]，努力建設(shè)幸福美好的新甘肅。

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TP79;S157

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1000-0941(2018)01-0050-05

楊小鵬(1972—)，男，陜西澄城縣人，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榛哪c沙化監(jiān)測(cè)、林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)等。

2017-07-28

(責(zé)任編輯 李楊楊)