魏磊 張參輝

關(guān)鍵詞：風(fēng)蝕；植被；固沙量；榆林市

風(fēng)蝕對(duì)我國(guó)土地資源的危害僅次于水蝕，是西北干旱地區(qū)面臨的主要生態(tài)威脅之一。地表植被可通過減緩近地面風(fēng)速而發(fā)揮防風(fēng)固沙作用、有效防治風(fēng)蝕［１］。前人對(duì)風(fēng)蝕的定量研究多采用風(fēng)洞試驗(yàn)與野外樣點(diǎn)觀測(cè)相結(jié)合的方法［２－６］，所得結(jié)果可反映一時(shí)一地的風(fēng)蝕情況，但無法體現(xiàn)較大范圍風(fēng)蝕與植被保護(hù)土壤的時(shí)空變化情況，而基于遙感技術(shù)手段可對(duì)較大范圍的植被與風(fēng)蝕情況進(jìn)行周期性監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

榆林市位于陜西省最北部，總土地面積為４３５７８ｋｍ２，地處我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶中段、毛烏素沙地南緣、黃土高原與內(nèi)蒙古高原的過渡區(qū)，屬暖溫帶和溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，長(zhǎng)期受干旱、風(fēng)沙、水土流失等災(zāi)害的影響，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。西北部府谷縣、神木市（原神木縣）、榆陽(yáng)區(qū)（原榆陽(yáng)縣）、橫山區(qū)（原橫山縣）、靖邊縣、定邊縣屬風(fēng)沙區(qū)和丘陵溝壑區(qū)與風(fēng)沙區(qū)過渡帶，習(xí)慣稱“北部六縣”；東南部佳縣、米脂縣、子洲縣、綏德縣、吳堡縣、清澗縣屬黃土丘陵溝壑區(qū)，習(xí)慣稱“南部六縣”。榆林市作為黃河中游水土流失重點(diǎn)治理區(qū)之一和“三北”防護(hù)林建設(shè)重點(diǎn)區(qū)域之一，幾十年來開展了堅(jiān)持不懈的“北治沙、南治土”生態(tài)建設(shè)，取得了“人進(jìn)沙退”顯著成效，成為土壤風(fēng)蝕研究的熱點(diǎn)區(qū)域。筆者基于２０１２年遙感影像數(shù)據(jù)對(duì)榆林市植被防風(fēng)固沙效果的年內(nèi)時(shí)空變化情況進(jìn)行了分析，以期為全面評(píng)估植被防風(fēng)固沙效應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化情況及相關(guān)研究等提供參考。

１研究方法

１．１數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本研究所用歸一化植被指數(shù)ＮＤＶＩ（用于推算植被覆蓋度）為源于地理空間數(shù)據(jù)云（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｓｃｌｏｕｄ．ｃｎ）的ＭＯＤＩＳ遙感影像ＭＯＤ１３Ａ３產(chǎn)品２０１２年的月均合成數(shù)據(jù)，其空間分辨率為１ｋｍ。地形數(shù)據(jù)取自地理空間數(shù)據(jù)云空間分辨率為３０ｍ的ＤＥＭ數(shù)據(jù)集，為了與植被覆蓋度數(shù)據(jù)相匹配，將其轉(zhuǎn)換為坡度后重采樣至１ｋｍ分辨率；土壤類型數(shù)據(jù)源于國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｔｐｄｃ．ａｃ．ｃｎ／ｚｈ－ｈａｎｓ）提供的１∶１００萬土壤類型柵格數(shù)據(jù)集，空間分辨率為１ｋｍ；氣象數(shù)據(jù)取自國(guó)家氣象信息中心（中國(guó)氣象局氣象數(shù)據(jù)中心），采用Ｋｒｉｇｉｎｇ空間插值法將其插值為１ｋｍ分辨率的柵格數(shù)據(jù)（各類數(shù)據(jù)均選?。玻埃保材暝缕骄鶖?shù)據(jù)，與ＮＤＶＩ數(shù)據(jù)的時(shí)間一致）。

１．２植被固沙量估算

用風(fēng)蝕模型估算的有無植被的風(fēng)蝕量推算植被的固沙量。土壤風(fēng)蝕模型與水蝕模型相比估算精度相對(duì)較低，國(guó)外學(xué)者開發(fā)的風(fēng)蝕模型如ＷＥＱ模型、ＷＥＰＳ模型等［８－９］難以在國(guó)內(nèi)直接使用，而國(guó)內(nèi)學(xué)者董治寶［１０］根據(jù)榆林市神木縣（屬本文研究區(qū)）風(fēng)蝕情況建立的風(fēng)蝕預(yù)報(bào)方程適用于陜北地區(qū)年與月時(shí)間尺度的風(fēng)蝕量估算，因此本研究采用該模型進(jìn)行土壤風(fēng)蝕量估算，其公式如下：

在具體計(jì)算中，各格柵單元Ｖ與Ｈ依據(jù)氣象數(shù)據(jù)插值得到，ｄ依據(jù)土壤屬性數(shù)據(jù)得到，θ依據(jù)ＤＥＭ數(shù)據(jù)通過ＡｒｃＧＩＳ軟件平臺(tái)計(jì)算得出，ＳＤＲ與Ｆ采用原公式取值（ＳＤＲ＝１００％，Ｆ＝０．９Ｎ／ｃｍ２）。無植被（即裸地，ＶＣＲ＝０）和有植被柵格的逐月風(fēng)蝕量之差即為該柵格的逐月植被固沙量，據(jù)此可根據(jù)榆林市行政區(qū)劃計(jì)算各縣（區(qū)、市）逐月單位面積植被固沙量。

２結(jié)果分析

２．１計(jì)算結(jié)果

榆林市各縣（區(qū)、市）逐月單位面積植被固沙量計(jì)算結(jié)果見表１。

２．２植被固沙量年內(nèi)變化情況分析

由表１可知，榆林市各縣（區(qū)、市）單位面積植被固沙量年內(nèi)變化非常劇烈，其中３—６月單位面積植被固沙量顯著大于其他月份的（占全年的９０％左右），其原因是：３—６月為一年中風(fēng)速和風(fēng)蝕強(qiáng)度較高的時(shí)期，該時(shí)期快速恢復(fù)生長(zhǎng)的植被發(fā)揮了較大的防風(fēng)固沙作用，而植被覆蓋度較高的７—１０月因風(fēng)速相對(duì)較低、降雨量較大等而風(fēng)蝕強(qiáng)度較低、植被固沙量相對(duì)較?。ǖ脖粚?duì)水蝕應(yīng)具有較大控制作用，其不屬本文研究?jī)?nèi)容），其他月份風(fēng)速和風(fēng)蝕強(qiáng)度較高但植被因覆蓋度的季節(jié)性降低而固沙量較小。

把全市植被固沙量與潛在風(fēng)蝕量的比值稱為風(fēng)蝕控制比，其年內(nèi)逐月變化情況見圖１。由圖１可知，風(fēng)蝕控制比年內(nèi)呈以９月為峰值（約６０％）、６—８月快速提高、９—１１月快速下降的態(tài)勢(shì)，而單位面積植被固沙量較大的３—６月風(fēng)蝕控制比并不高，原因是風(fēng)蝕控制比與植被的生長(zhǎng)狀況及風(fēng)蝕強(qiáng)度有關(guān)，植被固沙量較大的季節(jié)風(fēng)蝕量可能較大，植被固沙量較小的季節(jié)風(fēng)蝕量可能較小，即在風(fēng)蝕強(qiáng)度較低的季節(jié)或區(qū)域，植被即使覆蓋度較高也無法體現(xiàn)出防風(fēng)固沙功能，反之，在風(fēng)蝕強(qiáng)度較高的季節(jié)或區(qū)域，植被即使覆蓋度不高也能體現(xiàn)出明顯的防風(fēng)固沙功能。

２．３植被固沙量空間差異情況分析

為了直觀表示單位面積植被年固沙量空間分布情況，采用ＡｒｃＧＩＳ軟件制作了榆林市單位面積植被年固沙量空間分布圖，見圖２。由表１、圖２可知，榆林市單位面積植被固沙量空間差異顯著，即風(fēng)沙區(qū)與黃土丘陵溝壑區(qū)這兩大地貌單元單位面積植被固沙量分異明顯，黃土丘陵溝壑區(qū)單位面積植被固沙量明顯高于風(fēng)沙區(qū)的。以縣（區(qū)、市）為單元計(jì)算的單位面積植被年固沙量為６３７５～１５３７１ｔ／ｋｍ２（最大值約為最小值的２．４倍），南部六縣單位面積植被年固沙量明顯大于北部六縣的，其原因是：南部六縣（屬黃土丘陵溝壑區(qū)）植被生長(zhǎng)的立地條件相對(duì)較好、植被覆蓋度相對(duì)較高，地勢(shì)較低、地表起伏較大、地面風(fēng)速相對(duì)較低，土壤抗蝕性較沙漠的大；而北部六縣（屬風(fēng)沙區(qū)和丘陵溝壑區(qū)與風(fēng)沙區(qū)過渡帶）地勢(shì)較高、植被生長(zhǎng)的立地條件相對(duì)較差、植被覆蓋度相對(duì)較低，地表起伏相對(duì)較小、地面風(fēng)速相對(duì)較高，沙地抗蝕性較黃土的小，尤其定邊縣、榆陽(yáng)區(qū)北部、神木市西部因沙漠面積較大、流動(dòng)沙丘較多、植被覆蓋度較低而單位面積植被固沙量較小。

如前所述，３—６月是單位面積植被固沙量最顯著的時(shí)段，因此制作了這４個(gè)月單位面積植被固沙量空間分布圖（見圖３）?？梢钥闯觯哼@４個(gè)月單位面積植被固沙量均呈現(xiàn)東部高于西部、南部高于北部的空間格局，但各月份的高值區(qū)有所不同，３月高值區(qū)較分散，４月高值區(qū)在南部，５月高值區(qū)在東部，６月高值區(qū)在東南部，體現(xiàn)了季節(jié)改變過程中水熱條件變化對(duì)植被生長(zhǎng)和風(fēng)蝕的雙重影響，也表明黃土丘陵溝壑區(qū)植被固沙能力對(duì)季節(jié)變化較為敏感。

２．４討論

近年來，關(guān)于黃土高原植被的保土效果研究多側(cè)重于減輕水蝕的作用［１１－１３］，本研究對(duì)榆林市植被的固沙效果按分辨率為１ｋｍ的柵格進(jìn)行了逐月估算，體現(xiàn)了植被固沙作用在年內(nèi)的變化情況和較大尺度的空間差異情況，期望為有關(guān)研究提供參考。需要指出，由于風(fēng)蝕及植被防風(fēng)固沙影響因素復(fù)雜，本研究在風(fēng)蝕量估算時(shí)主要依據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)中的公式，對(duì)有關(guān)因素的處理缺乏深入研究，如沒有考慮熱力因素，事實(shí)上熱力因素的變化會(huì)導(dǎo)致下墊面的改變和風(fēng)蝕起沙過程的變化，冬季部分土壤被積雪覆蓋或結(jié)冰后土壤風(fēng)蝕量很小，此外，空氣相對(duì)濕度和土壤含水量與風(fēng)蝕的定量關(guān)系尚不明確，現(xiàn)實(shí)中風(fēng)速是不斷變化的，采用平均風(fēng)速勢(shì)必存在較大誤差等，因此所得植被固沙量估算結(jié)果僅供參考，不能直接表示起沙、揚(yáng)塵的精確數(shù)量。

３結(jié)論

榆林市以縣（區(qū)、市）為單元計(jì)算的單位面積植被年固沙量為６３７５～１５３７１ｔ／ｋｍ２，其時(shí)空分布差異顯著，在時(shí)間上單位面積植被年固沙量約９０％分布在３—６月，在空間上南部六縣黃土丘陵溝壑區(qū)單位面積植被年固沙量明顯大于北部六縣風(fēng)沙區(qū)的；季節(jié)變化對(duì)風(fēng)蝕、植被生長(zhǎng)及其防風(fēng)固沙作用有明顯影響，黃土丘陵溝壑區(qū)植被防風(fēng)固沙作用對(duì)季節(jié)變化較為敏感。