劉燕燕, 孫桂麗,2, 吉小敏, 禹明柱, 冉亞軍

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院, 新疆 烏魯木齊 830052; 2.干旱區(qū)林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830052; 3.新疆林業(yè)科學(xué)院 荒漠化研究所， 新疆 烏魯木齊 830052)

沙漠化是在干旱、半干旱和亞濕潤(rùn)地區(qū)內(nèi)由于氣候變化與人類活動(dòng)等因素作用下所產(chǎn)生的一種以風(fēng)沙活動(dòng)為主要標(biāo)志的土地退化[1]。沙漠化作為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)面臨的全球性的生態(tài)—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)問題之一，已受到全世界范圍內(nèi)的重點(diǎn)關(guān)注[2]。沙漠化過程不僅導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)疏松及養(yǎng)分流失、植被覆蓋和生物量降低等現(xiàn)象的發(fā)生，更造成可利用土地資源大量減少，制約著當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展[3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)沙漠化問題的研究，特別是對(duì)北方干旱半干旱區(qū)的土地沙漠化問題[4-5]，進(jìn)行了大量的研究并取得了豐碩的研究成果，為沙漠化治理提供了重要的依據(jù)。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指對(duì)生態(tài)環(huán)境遭遇某些脅迫因子影響后可能出現(xiàn)的不利后果進(jìn)行的評(píng)估[6]，并把評(píng)估結(jié)果作為后續(xù)處理措施的重要參考依據(jù)，從而通過采取恰當(dāng)?shù)拇胧p輕風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，對(duì)加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)安全具有重要的意義[7-8]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的原理與研究目的，通過建立的指標(biāo)體系開展了不同區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[9-11]。沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與沙漠化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究相結(jié)合，構(gòu)建沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[12-13]，識(shí)別其動(dòng)態(tài)變化特征及關(guān)鍵影響因素，開展區(qū)域沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。由于影響沙漠化風(fēng)險(xiǎn)因子較多，因此識(shí)別與判斷沙漠化風(fēng)險(xiǎn)主要驅(qū)動(dòng)因子對(duì)區(qū)域沙漠化防治具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[13-14]。

21世紀(jì)初期，受氣候變化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的影響以及資源不合理利用，博爾塔拉蒙古自治州土地沙漠化日趨嚴(yán)重[15]，植被衰退、草地資源承載力和生態(tài)功能下降，區(qū)域生態(tài)安全遭到威脅，同時(shí)嚴(yán)重制約了區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[16]。目前對(duì)博爾塔拉蒙古自治州生態(tài)環(huán)境相關(guān)研究主要集中在沙漠化監(jiān)測(cè)[17]、景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)[18]、荒漠植被的研究等[19]，少有涉及沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。因此，本研究以博爾塔拉蒙古自治州為研究對(duì)象，利用“3S”技術(shù)結(jié)合實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，采用綜合指標(biāo)法對(duì)博爾塔拉蒙古自治州土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并研究其空間變化特征，分析其影響因素，為博爾塔拉蒙古自治州生態(tài)保護(hù)與建設(shè)提供依據(jù)和參考。

1 研究區(qū)概況

博爾塔拉蒙古自治州(簡(jiǎn)稱博州)，位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部，準(zhǔn)噶爾盆地西緣(44°02′—45°23′N，79°53′—83°53′E)，地處亞歐大陸腹地，州境西、南、北三面山，中間是谷地平原，西部較窄，東部開闊，最高海拔4 575 m。博州屬于北溫帶干旱荒漠區(qū)，為典型的大陸性干旱荒漠氣候，以風(fēng)沙大，干旱少雨，氣溫變化劇烈為特征，多年平均氣溫為6.05 ℃，年均降水量為181 mm，年均蒸發(fā)量為1 562.4 mm，無霜期169 d。研究區(qū)由于特殊的地理位置和地形地貌，境內(nèi)分布著多種荒漠類型，荒漠生物種群多樣，是中國(guó)內(nèi)陸荒漠中為數(shù)不多的荒漠物種集中分布區(qū)[16]，且境內(nèi)土壤分布種類較豐富，主要以灰棕漠土、棕鈣土、栗鈣土為主，受荒漠化以及西風(fēng)環(huán)流以及蒙古高壓和西伯利亞冷空氣的影響[20]，部分土壤已演變?yōu)轱L(fēng)沙土，區(qū)域生態(tài)環(huán)境極不穩(wěn)定，沙漠化對(duì)博州的生態(tài)安全構(gòu)成了極大威脅，嚴(yán)重影響區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源及其處理

2.1.1 遙感影像數(shù)據(jù) 土地利用類型數(shù)據(jù)來自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局( http∥:earth explorer.usgs.gov /)，選取博州2000，2010，2020年7—8月植被生長(zhǎng)茂盛期的3期空間分辨率為30 m的遙感影像以Landsat 8 OLI為主，并以Landsat4—5 TM作為補(bǔ)充，云量均小于3%，在ENVI 5.3和ArcGIS 10.5軟件的支持下，以實(shí)際調(diào)研研究區(qū)內(nèi)土地利用實(shí)際情況為基礎(chǔ)，對(duì)遙感影像進(jìn)行輻射校正和幾何校正等預(yù)處理，采用監(jiān)督分類的方法，參考中國(guó)科學(xué)院土地利用/覆被分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。采用最大值合成法(maximum value composition，MVC)獲得每個(gè)年度植被生長(zhǎng)季的NDVI最大值，通過像元二分模型計(jì)算植被覆蓋度[21]。數(shù)據(jù)中高程(DEM)數(shù)據(jù)來自于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)提供的ASTER GDEM 30 m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)。坡度數(shù)據(jù)以高程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，通過運(yùn)用ArcGIS 10.5中Spatial Analyst工具箱下的坡度函數(shù)計(jì)算所得。

2.1.2 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 氣象數(shù)據(jù)為 2000—2020年博州及周邊氣象站的逐日數(shù)據(jù)，包括風(fēng)速及降雨量，來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)( http:∥cdc.cma.gov.cn)以及周邊氣象站；牲畜數(shù)量、第一產(chǎn)業(yè)GDP、人口密度、耕地面積均來自于博爾塔拉蒙古自治州統(tǒng)計(jì)年鑒(2000—2020)，在ArcGIS 10.5軟件的支持下，采用反距離權(quán)重法(IDW)進(jìn)行插值處理，其空間坐標(biāo)系及像元大小均與遙感影像數(shù)據(jù)相一致，通過自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分級(jí)[22]。

2.2 土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

沙漠化風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)主要是為了客觀直接地反映研究區(qū)土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的變化，更好地監(jiān)測(cè)沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在時(shí)間和空間上的動(dòng)態(tài)演變[23]。受氣候變化以及人為因素的影響，博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展的現(xiàn)狀顯然也有著顯著差異。在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，根據(jù)研究區(qū)自然環(huán)境特征，結(jié)合博州土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀及其特征，同時(shí)考慮到指標(biāo)的準(zhǔn)確性和代表性，在氣候因素、地形地貌、植被、社會(huì)因素4個(gè)方面選取了9個(gè)指標(biāo)，構(gòu)成了博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)，利用層次分析法獲得各個(gè)指標(biāo)因子的權(quán)重值進(jìn)行沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

表1 沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

為了反映博州不同區(qū)域的沙漠化風(fēng)險(xiǎn)程度，在參照前人[17,24-25]對(duì)沙漠化監(jiān)測(cè)、及沙漠化風(fēng)險(xiǎn)研究成果以及野外實(shí)際調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對(duì)上述9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)的單因素等級(jí)評(píng)價(jià)，將各指標(biāo)因子對(duì)沙漠化風(fēng)險(xiǎn)的影響程度劃分為低風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)、高度風(fēng)險(xiǎn)、極高風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，形成了具有明確分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。采用多指標(biāo)加權(quán)綜合指數(shù)法，對(duì)博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)現(xiàn)狀程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

表2 沙漠化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 層次分析法

層次分析法是一種將定性和定量等多項(xiàng)指標(biāo)相結(jié)合的多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)方法[23]，并且在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中得到了廣泛的應(yīng)用[26-27]。根據(jù)實(shí)地調(diào)研研究區(qū)實(shí)際情況，將9個(gè)指標(biāo)因子進(jìn)行比較判斷定量化，建立判斷矩陣。

(1)

利用方根法計(jì)算各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重，計(jì)算公式如下：

(2)

一致性檢驗(yàn)：檢驗(yàn)判斷矩陣求出的權(quán)值是否合理，檢驗(yàn)公式為：

CR=CI/RI

(3)

式中：RI是隨機(jī)性一致指標(biāo)均值,CI是判斷矩陣的一致性標(biāo)志,具體計(jì)算如下式:

(4)

當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣檢驗(yàn)通過；否則，對(duì)矩陣進(jìn)行某些調(diào)整。驗(yàn)證顯示，一致性檢驗(yàn)結(jié)果CR=0.045<0.1，檢驗(yàn)合格，通過一致性檢驗(yàn)。

2.4 沙漠風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)方法

沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，是一個(gè)較為復(fù)雜的綜合分析、評(píng)判過程，其涉及的因子多、面廣，本文采用“綜合指數(shù)法”對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)[28]，可以有效的反映各指標(biāo)因子在沙漠化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的地位和作用，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

(5)

式中：P表示沙漠化風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);Xi表示第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值;Yij表示第i列j行的等級(jí)值;n表示評(píng)價(jià)因子,n≤9;X值在[0～1]區(qū)間內(nèi),X值越大,則對(duì)土地沙化風(fēng)險(xiǎn)越高,Y等級(jí)值為[1,2,3,4],Y值越大,沙化風(fēng)險(xiǎn)越嚴(yán)重。

表3 沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

2.5 沙漠化土地變化重心遷移模型

沙漠化土地重心遷移模型是運(yùn)用ArcGIS軟件繪制出不同時(shí)期下不同風(fēng)險(xiǎn)程度沙漠化土地的重心坐標(biāo)，根據(jù)重心坐標(biāo)能夠更加直觀地反映出每個(gè)時(shí)期的沙漠化風(fēng)險(xiǎn)遷移方向及遷移的距離及空間動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，本研究對(duì)2000，2010，2020年不同時(shí)期沙漠化風(fēng)險(xiǎn)4種等級(jí)進(jìn)行重心計(jì)算，重心坐標(biāo)的運(yùn)算方式如下[29]：

(6)

(7)

式中：Xt為在第t年時(shí)某一種沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的經(jīng)度;Yt為在第t年時(shí)某種沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的緯度;n為第t年時(shí)的某一種沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域的斑塊數(shù);Cti為第t年第i種沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域的面積;Xt是第i個(gè)斑塊在沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)當(dāng)中的經(jīng)度坐標(biāo);Yi是第i個(gè)斑塊在沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)當(dāng)中的緯度坐標(biāo)。

3 結(jié)果與分析

3.1 沙漠化風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空分布特征

根據(jù)不同沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域面積的所占比例(表4)可以看出，2000—2020年中度風(fēng)險(xiǎn)面積所占比例最高，占區(qū)域總面積的40%以上，在2000年，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積較高，占總面積的25.44%，到2010年，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)逐漸減輕，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積減少到19.55%，共減少1 465.11 km2，主要是由于人為加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，封育后草地覆蓋度增加，部分戈壁、沙地等未利用地得到有效的改良，降低了沙漠化風(fēng)險(xiǎn)。高度風(fēng)險(xiǎn)和中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積變化不明顯，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積增加；至2020年，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢(shì)較為顯著，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積持續(xù)減少，較2010年減少了6.82%，共1 659.19 km2，其中277.91 km2的未利用地得到有效的改善，降低了沙漠化風(fēng)險(xiǎn)，平均每年16.59 km2的極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域得到有效的治理；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積由2000年13.49%增加到23.25%，整體上增加了2 424.76 km2，部分建設(shè)用地、高覆蓋草地的增加，降低了沙漠化風(fēng)險(xiǎn)；中度風(fēng)險(xiǎn)由2000年43.99%減少到42.47%，共減少379.38 km2，變化范圍不明顯。

表4 2000，2010，2020年沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域面積及比例

從空間分布上看，博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布差異較為明顯(圖1)。在2000年博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布中，中度風(fēng)險(xiǎn)和極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比較大，其中極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于阿拉山口市、艾比湖國(guó)家自然保護(hù)區(qū)、托托鎮(zhèn)，精河縣烏郎旦達(dá)蓋村、基布克拉村以及溫泉縣西部和溫泉縣安格里格鎮(zhèn)的東部均有分布；中度風(fēng)險(xiǎn)分布較為廣泛，在博樂市和溫泉縣大部分地區(qū)均有分布；高度風(fēng)險(xiǎn)主要分布在精河縣、溫泉縣極高風(fēng)險(xiǎn)和中度風(fēng)險(xiǎn)的過渡地帶；低風(fēng)險(xiǎn)主要分布于博樂市。2000—2010年博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)分布變化幅度較小。至2010年，溫泉縣極高風(fēng)險(xiǎn)大面積轉(zhuǎn)化為高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積顯著增加，精河縣基布克拉村、烏郎旦達(dá)蓋村極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均有減少。2020年博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)空間分布變化較為顯著，其中精河縣托托鎮(zhèn)、基布克拉村、烏郎旦達(dá)蓋村以及艾比湖國(guó)家自然保護(hù)區(qū)極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積均有減少，主要分布于烏郎旦達(dá)蓋沙漠，艾比湖國(guó)家自然保護(hù)區(qū)以及阿拉山口市。博樂市和溫泉縣低風(fēng)險(xiǎn)面積均有所增加，呈片狀分布。

圖1 2000—2020年博爾塔拉蒙古自治州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

2000—2020年期間，可以明顯看出極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域均主要集中在博州的東部，尤其是東北部風(fēng)險(xiǎn)較高，其原因在于該區(qū)域位于中國(guó)四大風(fēng)口之一的阿拉山口，大部分土地是荒漠區(qū)、未利用地，植被稀疏，地表植被覆蓋程度較低，受大風(fēng)的影響，艾比湖湖底逐漸裸露，沙源面積擴(kuò)大，造成其下游的精河平原甚至其西面的博樂市受到大風(fēng)影響，導(dǎo)致風(fēng)沙災(zāi)害頻繁發(fā)生，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布范圍較廣，主要分布于東南部精河縣牧場(chǎng)及西部地區(qū)溫泉縣牧場(chǎng)，由于牲畜數(shù)量的快速增加，過度啃食草場(chǎng)，致使植被高度降低、蓋度減小及牲畜踐踏，在一定程度上加劇了土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)。中度風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)主要集中在博樂市及溫泉縣，由于人口數(shù)量的增長(zhǎng)，耕地面積、建筑用地的急劇增加，這是導(dǎo)致該區(qū)域中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積減少，低風(fēng)險(xiǎn)面積增加的主要原因。

綜上所述，近20 a來博州極高風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積逐漸減少，高度風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積逐漸增加，說明博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)正在逐漸減輕，表明博州土地沙化治理與防護(hù)效果較顯著。但是，高度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與極高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域面積所占比例依然較高，未來還可能發(fā)生存在部分風(fēng)險(xiǎn)逆轉(zhuǎn)，對(duì)于城市化、建筑用地等不合理的土地利用等方式都可能會(huì)加劇沙漠化風(fēng)險(xiǎn)程度。

3.2 2000—2020年沙漠化風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移

根據(jù)博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移矩陣(表5)可知，2000—2010年期間，博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為極高風(fēng)險(xiǎn)向高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積為1 592.67 km2，高度風(fēng)險(xiǎn)向中度風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積為1 516.39 km2，主要是由于在人為干擾下，部分未利用土地經(jīng)過有效治理得到很大改善，其中戈壁轉(zhuǎn)移1 655.76 km2，未利用土地大面積減少，低，中覆蓋草地大面積增加，導(dǎo)致高風(fēng)險(xiǎn)逐級(jí)向低風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移。中度風(fēng)險(xiǎn)向低風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積為1 629.66 km2，由于退耕還林還草等措施，使綠洲面積增加，降低了沙漠化風(fēng)險(xiǎn)。至2020年，極高風(fēng)險(xiǎn)和中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積逐漸減少，高度風(fēng)險(xiǎn)和低度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積逐漸增加。高度風(fēng)險(xiǎn)面積的增加主要由極高風(fēng)險(xiǎn)逆轉(zhuǎn)而來，共轉(zhuǎn)移1 673.25 km2，占高度風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化面積所有來源的31.2%，其中主要是位于艾比湖國(guó)家自然保護(hù)區(qū)、精河縣托托鎮(zhèn)大面積鹽堿地、戈壁、裸巖石質(zhì)地等未利用地的地表植被蓋度顯著增加，以及艾比湖國(guó)家自然保護(hù)區(qū)部分鹽堿地通過注水等濕地生態(tài)恢復(fù)措施將其轉(zhuǎn)化為水域，使湖體濕地面積增加，降低了沙漠化風(fēng)險(xiǎn)。低風(fēng)險(xiǎn)面積大部分來源是中度風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化，中度風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化面積為1 440.83 km2，所占來源比例的25%，主要是由于精河縣、博樂市部分耕地逐漸轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)林、高覆蓋草地，使低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域范圍逐漸擴(kuò)大。

由表5可見，2000—2020年期間，博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)穩(wěn)定降低趨勢(shì)，轉(zhuǎn)移面積最多的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極高風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移為高度風(fēng)險(xiǎn)，轉(zhuǎn)移面積為2 910.02 km2，占總面積的12%，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移面積最少，主要向中度風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，共轉(zhuǎn)移239.82 km2，中度風(fēng)險(xiǎn)主要向低風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移面積為2 609.22 km2，向高度風(fēng)險(xiǎn)面積轉(zhuǎn)移395.96 km2，高度風(fēng)險(xiǎn)逐漸向中度風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，共轉(zhuǎn)移2 085.44 km2。分析表明，2000—2020年博州低風(fēng)險(xiǎn)面積呈明顯增加趨勢(shì)，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積降低較為明顯，而高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積略有增加，中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積略有減少，總體呈綠洲生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定、荒漠生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱的態(tài)勢(shì)。

綜上分析，博州在研究時(shí)段內(nèi)沙漠化風(fēng)險(xiǎn)之間主要是極高風(fēng)險(xiǎn)與高度風(fēng)險(xiǎn)兩種風(fēng)險(xiǎn)程度之間的轉(zhuǎn)化，同時(shí)極高風(fēng)險(xiǎn)與高度風(fēng)險(xiǎn)也在向中度風(fēng)險(xiǎn)與低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移，面積也在逐漸地分散，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)程度在逐漸降低。

表5 2000—2020年博爾塔拉蒙古自治州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移矩陣 km2

3.3 沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的重心遷移

為了更好地監(jiān)測(cè)博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域的變化趨勢(shì)，基于ArcGIS軟件平臺(tái)的重心遷移模型對(duì)2000—2020年不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的中心坐標(biāo)進(jìn)行處理運(yùn)算，并利用經(jīng)緯網(wǎng)更明顯地反映出偏移的方向(圖2)。從圖2中可以看出，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域重心主要集中于研究區(qū)域的中東部博樂市及精河縣，高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)重心均分布在研究區(qū)的中部博樂市與精河縣交界處，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)重心主要集中于研究區(qū)的中西部溫泉縣。

圖2 2000—2020年博爾塔拉蒙古自治州沙漠風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)重心遷移

由圖2可以看出，2000—2010年期間極高風(fēng)險(xiǎn)重心向東南方向遷移了39.00 km，2010—2020期間又向東北方向遷移了15.12 km，從3個(gè)時(shí)間段來看，極高風(fēng)險(xiǎn)重心整體上向精河縣東部遷移了54.12 km，呈現(xiàn)逐漸向東北部艾比湖地區(qū)遷移的趨勢(shì)；高度風(fēng)險(xiǎn)重心2000年位于博樂市緊鄰精河縣，在2000—2010年期間向東南方向遷移了23.27 km，2010—2020年又向東北方向遷移了9.99 km。可以看出，高度風(fēng)險(xiǎn)重心整體上逐漸向精河縣遷移，共遷移了33.03 km。隨著時(shí)間的變化極高風(fēng)險(xiǎn)、高度風(fēng)險(xiǎn)往東部精河縣，東北方向艾比湖地區(qū)移動(dòng)尤為明顯。中度風(fēng)險(xiǎn)與低風(fēng)險(xiǎn)的重心分布較為集中，偏移變化范圍不大。在各種風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)當(dāng)中，高度風(fēng)險(xiǎn)與極高風(fēng)險(xiǎn)的重心遷移尤為明顯，主要原因高度風(fēng)險(xiǎn)與極高風(fēng)險(xiǎn)在逐漸轉(zhuǎn)化為其他風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致高度風(fēng)險(xiǎn)與極高風(fēng)險(xiǎn)的所占面積比例的變化。

綜上分析，極高風(fēng)險(xiǎn)與高度風(fēng)險(xiǎn)重心逐漸向東、東北方向移動(dòng)，這可能與近年來，精河縣注重防沙固沙經(jīng)濟(jì)林樹種的養(yǎng)護(hù)管理，如枸杞、桑樹、葡萄等，以及開墾荒地改良未利用地土壤特性等措施，增加地面的植被覆蓋度，提高經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，改善了生態(tài)環(huán)境效益，同時(shí)增強(qiáng)了防沙治沙的效果，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)也在逐漸減弱，總體上朝東北方向艾比湖地區(qū)逐漸退縮。艾比湖由于處于阿拉山口，風(fēng)沙天氣頻繁發(fā)生，氣候呈現(xiàn)出暖干化現(xiàn)象，土壤濕度下降、地表蒸發(fā)量大，導(dǎo)致地表植被退化、枯萎，為風(fēng)力侵蝕地表創(chuàng)造了有利條件，加上人類活動(dòng)影響，從而導(dǎo)致了沙漠化風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)一步發(fā)展[30-31]。盡管阿拉山口在近20 a來都屬于沙漠化極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，但是由于大力種植防風(fēng)固沙樹種，設(shè)置草方格等增加地表粗糙度，增加綠地面積等一系列生態(tài)修復(fù)措施，年大風(fēng)日數(shù)從1977年的188 d，2004年79 d[32]減少到2020年的35 d，風(fēng)速逐漸受到控制，生態(tài)環(huán)境逐步得到改善，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也在逐漸降低。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

本研究從沙漠化風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空分布、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移以及風(fēng)險(xiǎn)遷移3個(gè)方面對(duì)博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。部分高度風(fēng)險(xiǎn)、極高風(fēng)險(xiǎn)沙漠化土地得到有效的治理改善。整體來看，2000—2020年研究區(qū)內(nèi)沙漠化風(fēng)險(xiǎn)整體呈現(xiàn)改善狀況，但未來風(fēng)險(xiǎn)還可能存在部分逆轉(zhuǎn)趨勢(shì)。一方面因?yàn)樵诔鞘袛U(kuò)張過程中，人口數(shù)量的增長(zhǎng)導(dǎo)致建設(shè)用地急劇增加，耕地、林地等植被景觀破碎化程度增加，可能會(huì)造成植被退化，進(jìn)一步加劇沙漠化風(fēng)險(xiǎn)。另一方面在全球氣候變暖的環(huán)境下，研究區(qū)西高東低的地勢(shì)特點(diǎn)，氣溫由西向東逐漸升高，并且蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，導(dǎo)致生態(tài)用水嚴(yán)重不足，對(duì)地表植被生長(zhǎng)保護(hù)及水資源開發(fā)利用均有不利影響，也可能導(dǎo)致沙漠化風(fēng)險(xiǎn)程度加深。從局部來看，極高風(fēng)險(xiǎn)主要分布于阿拉山口艾比湖地區(qū)，與現(xiàn)有成果相比[33-36]，艾比湖地區(qū)沙漠化現(xiàn)狀及空間分布與上述研究成果一致。根據(jù)前人研究[37-38]顯示，氣候變化和不合理的人類活動(dòng)共同導(dǎo)致了艾比湖地區(qū)的沙漠化風(fēng)險(xiǎn)程度的加劇。自2000年以來，為遏制沙漠化進(jìn)一步發(fā)展，博州陸續(xù)開展退耕還林還草、封育禁牧，濕地生態(tài)修復(fù)等一系列沙化土地綜合治理政策[30,39]，生態(tài)環(huán)境受到修復(fù)，地表植被蓋度增加，極高風(fēng)險(xiǎn)與高度風(fēng)險(xiǎn)向中度風(fēng)險(xiǎn)與低度風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)逐步遷移，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)逐漸減輕。中度風(fēng)險(xiǎn)與低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在空間變化上所涉及的范圍邊緣變化不明顯，在這兩種沙漠化風(fēng)險(xiǎn)中包含了建設(shè)用地以及水域等土地利用類型，這一類的土地利用類型在一定情況下改善了周邊人類所生存的環(huán)境狀況并帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，與此同時(shí)人們的防沙治沙的理念也在增強(qiáng)，興起了許多對(duì)沙漠化有一定治理作用的沙產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)在自身發(fā)展的同時(shí)對(duì)沙漠化發(fā)生了潛移默化的影響。

4.2 結(jié) 論

(1) 時(shí)空分布。博州土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域分布較為集中，以東部區(qū)域的沙漠化風(fēng)險(xiǎn)程度高于西部地區(qū)，研究時(shí)段內(nèi)東北部阿拉山口艾比湖地區(qū)一直處于極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，東部精河縣部分區(qū)域極高風(fēng)險(xiǎn)范圍得到控制，面積明顯縮小，區(qū)域內(nèi)以高度風(fēng)險(xiǎn)分布為主，西部溫泉縣極高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域逐漸過渡為高風(fēng)險(xiǎn)及中度、低風(fēng)險(xiǎn)，中部博樂市低風(fēng)險(xiǎn)面積增加，沙漠化風(fēng)險(xiǎn)逐漸趨于穩(wěn)定。

(2) 風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移。博州沙漠化風(fēng)險(xiǎn)總體上呈現(xiàn)穩(wěn)定逆轉(zhuǎn)的變化趨勢(shì)，變化趨勢(shì)較為明顯。主要是以極高風(fēng)險(xiǎn)向高度風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，高度風(fēng)險(xiǎn)向中度風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移，中度風(fēng)險(xiǎn)向低風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移的方式呈現(xiàn)，其中極高風(fēng)險(xiǎn)面積共減少3 160.30 km2，平均每年125 km2的極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域得到有效治理，大面積未利用地逐漸轉(zhuǎn)化為耕地、草地及建設(shè)用地，極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域范圍逐漸衰退，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域范圍逐漸擴(kuò)張，面積也在逐漸地分散。表明博州沙漠化治理成效顯著。

(3) 風(fēng)險(xiǎn)遷移。沙漠化風(fēng)險(xiǎn)土地重心由東向西依次是極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。高度風(fēng)險(xiǎn)與極高風(fēng)險(xiǎn)重心主要分布在博樂市與精河縣交界處并且逐漸向精河縣東部遷移，中度風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)主要分布在研究區(qū)中部博樂市同精河縣、溫泉縣交界處，變化趨勢(shì)不明顯。通過重心遷移模型對(duì)土地沙漠化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的分析，可以更好地監(jiān)測(cè)并進(jìn)行及時(shí)控制。