內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地時空變化特征

阿如旱，楊 持，王金榮，楊 洋

（1.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特010020；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)環(huán)境學(xué)院，呼和浩特010019；3.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心內(nèi)蒙古總隊(duì)，呼和浩特，010010）

沙漠化是干旱、半干旱和部分半濕潤地帶在干旱多風(fēng)和疏松沙質(zhì)地表?xiàng)l件下，由于人為強(qiáng)度利用土地等因素，破壞了脆弱的生態(tài)平衡，使原非沙質(zhì)荒漠的地區(qū)出現(xiàn)了以風(fēng)沙活動為主要標(biāo)志的土地退化過程［1］。土地沙漠化所造成的環(huán)境退化與經(jīng)濟(jì)貧困，已經(jīng)成為威脅人類生存的十大環(huán)境問題之首。內(nèi)蒙古是中國沙漠化嚴(yán)重的地區(qū)之一，又毗鄰京、津、唐地區(qū)，其沙漠化的發(fā)展將對這些地區(qū)的氣候、環(huán)境等方面產(chǎn)生直接和重大影響。多倫縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟東南部，地處內(nèi)蒙古波狀高原的南緣，陰山山地北麓和渾善達(dá)克沙地尾緣的交錯地區(qū)，屬于生態(tài)脆弱區(qū)，正好處于京津唐經(jīng)濟(jì)區(qū)的上風(fēng)位置，是重要的沙源區(qū)。由于人類的濫墾濫伐，對土地造成嚴(yán)重的破壞，再加上風(fēng)沙多、降水量少等原因，使得多倫縣為生態(tài)環(huán)境脆弱性研究的典型地區(qū)，并已出現(xiàn)不少具科學(xué)和研究價值的成果［2－11］，已給內(nèi)蒙古多倫縣的環(huán)境治理和生產(chǎn)發(fā)展提供了大量的科學(xué)依據(jù)，但這些研究相對零散，基于縣域尺度的較長時間尺度沙漠化土地時空變化研究尚未展開，還不能完全把握內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地時空變化規(guī)律。因此，利用3S技術(shù)對內(nèi)蒙古多倫縣1960－2005年的沙漠化土地進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，分析與評價內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地時空變化規(guī)律，為當(dāng)?shù)氐纳衬恋刂卫硖峁├碚撘罁?jù)。

1 研究區(qū)概況

多倫縣地處內(nèi)蒙古波狀高原的南緣，地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°54′－116°55′，北緯41°46′－42°39′。東與河北省圍場縣接壤；南與豐寧、沽源交界；西與鑲白旗、藍(lán)旗為鄰；北與赤峰市克什克騰旗毗鄰，縣境南北長110 km，東西寬70km。地貌為平緩起伏的沙地，土壤以發(fā)育在砂性母質(zhì)上的風(fēng)沙土為主，也有草原栗鈣土，間有風(fēng)沙土、棕鈣土和草甸土等土類，植被以典型的草原植被為主，氣候?qū)儆跍貛О敫珊迪虬霛駶欉^渡的典型大陸性氣候。目前，多倫縣已演化為沙漠化較重的地區(qū)，其北部為著名的渾善達(dá)克沙地，它不但為多倫的沙化提供了大量的物質(zhì)來源，而且對多倫的沙漠化演變有著明顯的控制作用。多倫縣面向京津，是塞北通往內(nèi)地的門戶，距北京直線距離約178km，是內(nèi)蒙古自治區(qū)到北京直線距離最近的旗縣。多倫縣屬于生態(tài)脆弱區(qū)，是華北地區(qū)尤其是京津地區(qū)生態(tài)屏障的重要組成部分，其生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣關(guān)系到周邊地區(qū)的發(fā)展［12］。因此，利用3S技術(shù)分析內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地時空變化規(guī)律，為國家和地方制定防治沙漠化的行動計劃、規(guī)劃，合理布局防治工程，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多倫縣生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

本文依據(jù)內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地特點(diǎn)，參照王濤等［1］人對沙漠化土地的劃分，研究區(qū)沙漠化土地類型分為潛在沙漠化、輕度沙漠化土地、中度沙漠化土地、重度沙漠化土地、嚴(yán)重沙漠化土地，非沙漠化土地等6個類型。以1960年和1975年的航片和1987年、1995年、2000年、2005年6個不同時相的TM影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以多倫縣的1975年的1∶5萬地形圖、1984年的土壤圖及地質(zhì)圖、野外調(diào)查資料等為輔助資料，利用ArcGIS軟件進(jìn)行數(shù)字化，在解譯過程中圖斑輪廓線誤差不超過3個像元，最終提取了6個不同時相的沙漠化土地分布圖。利用ENVI 4.6軟件對遙感影像分類結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)后得知6個年份的總精確度和Kappa指數(shù)等均大于精度0.7，其分類結(jié)果基本符合精度要求。將6期沙漠化分布圖兩兩疊加結(jié)果的屬性表進(jìn)行匯總，得到沙漠化土地變化類型及其轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)。

3 內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地變化分析

3.1 沙漠化土地的時間變化特征

由圖1可知，1960年內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地面積215.00km2，占研究區(qū)總面積的5.52%，其中輕度沙漠化土地和嚴(yán)重沙漠化土地占主導(dǎo)地位。除已沙漠化土地外，還有潛在沙漠化危險的土地面積為244.84 km2，為總沙漠化土地面積的1.14倍。這說明內(nèi)蒙古多倫縣大面積土地已經(jīng)進(jìn)入沙漠化發(fā)展初始階段，面臨著嚴(yán)重沙漠化的危險。因?yàn)楫?dāng)原始草地植被出現(xiàn)退化或地表開始出現(xiàn)裸斑等沙漠化初期癥狀之后，不合理的人類活動的加劇，就有可能出現(xiàn)大面積的流沙，以及隨之而來的沙丘，當(dāng)沙漠化土地發(fā)展到嚴(yán)重階段之后，就很難恢復(fù)和治理［13］；1975年沙漠化土地面積已達(dá)469.25km2，占研究區(qū)總面積的12.04%。在沙漠化土地中仍然輕度沙漠化土地所占面積最大，中度沙漠化土地所占面積次之。除此之外，潛在沙漠化土地面積為389.67km2，為總沙漠化土地面積的0.83倍。輕度及中度沙漠化土地占了沙漠化土地面積的67.42%，潛在、輕度以及中度沙漠化土地面積較大，有利于沙漠化發(fā)展。這說明內(nèi)蒙古多倫縣很大面積的土地已經(jīng)進(jìn)入沙漠化發(fā)展階段，面臨著嚴(yán)重沙漠化的危險；1987年沙漠化土地面積已達(dá)642.62km2，占研究區(qū)總面積的16.89%。在沙漠化土地中輕度沙漠化土地所占面積最大，占沙漠化土地面積的32%；中度沙漠化土地所占面積次之，占沙漠化土地面積的28%。除已沙漠化土地外，潛在沙漠化土地面積為253.11km2，為總沙漠化土地面積的0.39倍。輕度及中度沙漠化土地占了沙漠化土地面積的74%，說明內(nèi)蒙古多倫縣大面積土地已經(jīng)進(jìn)入沙漠化發(fā)展階段，重度和嚴(yán)重沙漠化土地面積日益擴(kuò)大，沙漠化正在迅速發(fā)展，面臨著嚴(yán)重沙漠化的危險；1995年多倫縣沙漠化土地面積已達(dá)854.88km2，占研究區(qū)面積的21.93%。除此之外，有沙漠化危險的潛在沙漠化土地面積為263.25km2。在已沙漠化土地中輕度沙漠化土地面積比例最高，次之為中度沙漠化土地。已沙漠化土地和潛在沙漠化土地面積共1 118.13km2，占研究區(qū)面積的29%。這說明研究區(qū)內(nèi)沙漠化土地普遍發(fā)生，環(huán)境負(fù)面潛在影響嚴(yán)重。自1987－1995年的8年間，研究區(qū)沙漠化土地的凈增加量為212.26km2，土地沙漠化呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢；2000年已沙漠化土地面積為728.32km2，占研究區(qū)總面積的18.69%。在沙漠化土地中中度沙漠化土地面積最大，輕度沙漠化土地所占面積次之。除此之外，潛在沙漠化土地面積為252.41km2。與1995年監(jiān)測的結(jié)果相比，局部地區(qū)經(jīng)過幾年的治理出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)趨勢，沙漠化土地面積減少，程度有所減輕，到2000年沙漠化土地總面積減少了126.56km2；2005年已沙漠化土地面積減少到427.70km2，其中輕度沙漠化土地占37.31%，中度沙漠化土地占20.08%，重度沙漠化土地占26.91%，嚴(yán)重沙漠化土地占15.7%。有沙漠化危險的潛在沙漠化土地為224.09km2。與2000年監(jiān)測的結(jié)果相比，經(jīng)過幾年的治理有所逆轉(zhuǎn)，沙漠化土地面積減少300.62km2，程度有所減輕。

圖1 多倫縣沙漠化土地動態(tài)變化

表1 1960－2005年多倫縣沙漠化土地類型轉(zhuǎn)移矩陣 km2

3.2 沙漠化土地類型間的轉(zhuǎn)化

在研究中將植被覆蓋從有到無、地表物質(zhì)從穩(wěn)定到流動的過程稱之為土地沙漠化發(fā)展，反之則成為逆轉(zhuǎn)，而無明顯變化則稱之為穩(wěn)定。本研究中重在分析各種動態(tài)變化類型逆轉(zhuǎn)、穩(wěn)定、發(fā)展在不同沙漠化地區(qū)的具體地域體現(xiàn)。根據(jù)沙漠化土地類型轉(zhuǎn)移矩陣分析，在1960－2005年間內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地類型之間的相互轉(zhuǎn)化具有一定的規(guī)律（表1）。

由表1可知，1960－1975年穩(wěn)定的沙漠化土地面積為57.60km2，占多倫縣沙漠化土地動態(tài)變化面積的10.04%，發(fā)展的沙漠化土地面積為380.86 km2，占多倫縣沙漠化土地動態(tài)變化面積的66.30%，逆轉(zhuǎn)的沙漠化土地面積為135.78km2，占多倫縣沙漠化土地動態(tài)變化面積的23.66%。這說明研究區(qū)沙漠化土地變化以發(fā)展為主，逆轉(zhuǎn)的沙漠化土地面積遠(yuǎn)大于穩(wěn)定的沙漠化土地面積的趨勢；1975－1987年穩(wěn)定的沙漠化土地面積為95.24km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的11.21%，發(fā)展的沙漠化土地面積為453.43km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的53.39%，逆轉(zhuǎn)的沙漠化土地面積為300.60 km2，占研究區(qū)沙漠化土地面積的35.40%。這說明研究區(qū)沙漠化土地變化以發(fā)展為主，逆轉(zhuǎn)大于穩(wěn)定的趨勢；1987－1995年穩(wěn)定的沙漠化土地面積為187.85km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的18.02%，發(fā)展的沙漠化土地面積為543.84km2，占沙漠化土地動態(tài)變化面積的52%，逆轉(zhuǎn)的沙漠化土地面積為310.67km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的29.80%。從此可知，研究區(qū)沙漠化土地變化以發(fā)展型為主，逆轉(zhuǎn)大于穩(wěn)定的趨勢；1995－2000年穩(wěn)定的沙漠化土地面積為331.59km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的31%，發(fā)展的沙漠化土地面積為428.20km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的28.44%，逆轉(zhuǎn)的沙漠化土地面積為302.06 km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的40.33%。從此可看出，研究區(qū)沙漠化土地的逆轉(zhuǎn)趨勢明顯大于發(fā)展趨勢，穩(wěn)定型大于發(fā)展型的趨勢；2000－2005年穩(wěn)定的沙漠化土地面積為109.49km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的12.90%，發(fā)展的沙漠化土地面積為196.86km2，占研究區(qū)沙漠化土地動態(tài)變化面積的23%，逆轉(zhuǎn)的沙漠化土地面積為542.48 km2，占研究區(qū)沙漠化動態(tài)變化面積的63.91%。從此發(fā)現(xiàn)研究區(qū)沙漠化土地的變化具有以逆轉(zhuǎn)為主，發(fā)展大于穩(wěn)定的趨勢。分析表明：1960－1995年研究區(qū)沙漠化土地變化具有“發(fā)展－逆轉(zhuǎn)－穩(wěn)定”的趨勢，逆轉(zhuǎn)大于穩(wěn)定，而1995－2005年間沙漠化土地變化具有“逆轉(zhuǎn)－發(fā)展－穩(wěn)定”的趨勢，發(fā)展大于穩(wěn)定的趨勢。

圖2 多倫縣土地沙漠化類型分布圖

3.3 沙漠化土地的空間格局特征

空間格局變化是指沙漠化土地形態(tài)的變化過程，從多倫縣土地沙漠化類型分布不同時相圖可看出（圖2），多倫縣沙漠化空間分布呈近東西向的3個大沙帶。

（1）多倫縣城南沙帶。1960－1995年間沙帶西起多倫縣邊界，向東發(fā)展，到1995年時部分沙帶已越河至前九號，全長約50km，寬度由3～6km，面積約76km2發(fā)展到380km2，沙漠化土地由零星分布狀態(tài)發(fā)展呈連片、與大沙帶連成片的趨勢；1995－2005年間沙帶長度和寬度均有所縮短，面積約137km2，沙漠化土地由連片分布狀態(tài)呈零星分布的趨勢。

（2）閃電河北沿，一家河南沿至吐力根河沙帶。1960－1995年沙帶西起雙山水庫北東至吐力根河邊，部分越河至臥牛盤一帶，全長約45km，寬度約3～8 km，面積約43km2發(fā)展到345km2，沙帶由原來的零星分布及小沙帶已發(fā)展成了大沙帶，沙帶東部沿灤河?xùn)|沿已和城南沙帶相連，并有成片向東擴(kuò)展之勢；1995－2005年間沙帶長度和寬度有所縮減，面積約90 km2，沙漠化土地由連片分布狀態(tài)呈零星分布的趨勢。

（3）黑風(fēng)河、蛇皮河至蔡木山沙帶。1960－1995年沙帶西起多倫縣邊界，東至灤河邊部分已越河至前九號，全長約40km，寬度約3～15km，面積約74 km2發(fā)展到275km2，沙帶由原來的零星分布及小沙帶已發(fā)展成了連片的大沙帶，有沿一家河與閃電河北沿沙帶相連趨勢；1995－2005年沙帶長度和寬度有所縮減，面積約150km2，沙漠化土地由連片分布狀態(tài)呈零星分布的趨勢。

3.4 沙漠化土地原因分析

沙漠化土地是各種自然因素和人為因素相互作用的結(jié)果。從內(nèi)蒙古多倫縣土地沙漠化的成因來看，自然因素和人為因素在土地沙漠化的過程中都發(fā)生著作用，但這并不是說二者的作用是相同的。在較長的歷史時期中，沙漠化土地只是一種自然的過程；但在人類活動的歷史時期，隨著時間的推移，人為因素對沙漠化土地的影響越來越大，成為沙漠化土地發(fā)展的主要因素。本區(qū)人口增加的數(shù)量巨大，從1949年的3.371 5萬人增長到2005年的9.45萬人，人均耕地由1949年的0.73hm2減少到2005年的0.60 hm2，加劇了對土地的需求，導(dǎo)致過度墾殖，加速了沙漠化土地的發(fā)展。自然因素中年均氣溫、年均降水量、年均蒸發(fā)量和平均風(fēng)速對沙漠化土地有著重要的影響［9］。由于本區(qū)位于渾善達(dá)克沙地的北部邊緣地帶，地勢西南及東北部高，中部低，又處在典型的典型大陸性氣候，常年盛行西北風(fēng)，極易造成土地向東南方向擴(kuò)張。近年來當(dāng)?shù)卣蛧蚁嗬^出臺了京津風(fēng)沙源治理、退耕還林、禁牧舍飼和生態(tài)移民等治沙政策，加大了沙漠化土地治理的力度，沙漠化土地得到一定程度的改善。由此可見，人類不恰當(dāng)?shù)幕顒右呀?jīng)成為沙漠化土地的主要原因。自然因素可以導(dǎo)致研究區(qū)沙漠化土地發(fā)展，但它本身有一定的調(diào)適功能，當(dāng)自然環(huán)境有所改善時，也可能有利于沙漠化土地恢復(fù)它的生態(tài)系統(tǒng)。與自然相比，人類活動具有強(qiáng)烈的主觀能動性。如果人類能夠改變自己生活方式，減少對自然環(huán)境的破壞活動，使人類與自然處于和諧發(fā)展的狀態(tài)，就完全可以防止或減少沙漠化土地的發(fā)生與發(fā)展。

4 結(jié)論與討論

通過1960－2005年近50年遙感影像的數(shù)據(jù)解譯分析，探討內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地6個不同時期的變化規(guī)律、揭示沙漠化土地時空格局。

（1）在1960－1995年內(nèi)蒙古多倫縣土地沙漠化發(fā)展明顯，總體上表現(xiàn)為起始狀態(tài)土地和輕度沙漠化土地、中度沙漠化土地大幅度擴(kuò)張，重度沙漠化土地、嚴(yán)重沙漠化土地也劇增。1995－2005年間起始狀態(tài)土地大幅度擴(kuò)張，而輕度沙漠化土地和中度沙漠化土地大幅度減少，重度沙漠化土地變化不大、嚴(yán)重沙漠化土地也有了減少的趨勢。

（2）根據(jù)內(nèi)蒙古多倫縣土地沙漠化動態(tài)變化特點(diǎn)，把土地沙漠化可以分為兩個階段：1960－1995年是發(fā)展階段，土地沙漠化面積由原來的215km2發(fā)展到了854.88km2，而1995－2005年是逆轉(zhuǎn)階段，土地沙漠化面積由854.88km2減少到了427.7km2。總之，近50年來多倫縣沙漠化面積所有擴(kuò)大，程度加重。

（3）多倫縣沙漠化空間分布呈近東西向的3個大沙帶，即多倫縣城南沙帶、閃電河北沿，一家河南沿至吐力根河沙帶、黑風(fēng)河、蛇皮河至蔡木山沙帶等。

（4）自然地理?xiàng)l件決定了內(nèi)蒙古多倫縣生態(tài)環(huán)境的脆弱性。1960－1995年人口迅速增長及草場超載畜加速了沙漠化；1995－2005年期間京津風(fēng)沙源治理、退耕還林、禁牧舍飼和生態(tài)移民等四大治沙工程大見成效，使沙漠化土地面積有了減少趨勢。

（5）內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化土地的形勢仍然不容樂觀，所以該地區(qū)沙漠化土地的治理道路任重而道遠(yuǎn)。自然因素和人為因素在該區(qū)域沙漠化土地的發(fā)生發(fā)展過程中都發(fā)揮著重要作用。在近期內(nèi)雖然人類因素占主要，但較長時期內(nèi)自然因素也是一個不可忽視的因素，尤其是年均氣溫和年均降水量等因素。

［1］ 王濤.中國沙漠與沙漠化［M］.石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

［2］ 田淑芳，王小牛.衛(wèi)星遙感技術(shù)在內(nèi)蒙古多倫縣土地沙化調(diào)查中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2000，14（4）：459－464.

［3］ 楊持，朱志梅，劉穎茹.沙質(zhì)草原沙漠化過程不同階段穩(wěn)定性與恢復(fù)性研究［J］.生態(tài)學(xué)報，2003，23（12）：2545－2549.

［4］ 寶音陶格濤，白永飛.農(nóng)牧交錯區(qū)面臨的問題及其解決的途徑［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15（2）：245－248.

［5］ 李德鋒.內(nèi)蒙古多倫典型草原物種多樣性與生產(chǎn)力關(guān)系對降水變化的響應(yīng)［D］.蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

［6］ 楊持，劉穎茹，劉美玲，等.多倫縣沙質(zhì)草原植被的變化趨勢分析［J］.中國沙漠，2002，22（4）：393－697.

［7］ 丁勇，牛建明，楊持.北方草地退化沙化趨勢、成因與可持續(xù)發(fā)展研究［J］.內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，37（5）：580－586.

［8］ 阿如旱，楊持.近50年內(nèi)蒙古多倫縣氣候變化特征分析［J］.內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，38（4）：434－438.

［9］ 阿如旱，楊持.內(nèi)蒙古多倫縣沙漠化驅(qū)動因素影響的累加效應(yīng)分析［J］.中國沙漠，2007，27（6）：936－941.

［10］ 阿如旱，楊持.內(nèi)蒙古多倫縣土地沙漠化景觀格局變化特征［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18（11）：2520－2525.

［11］ 尤聯(lián)元，盧金發(fā)，陳浩，等.以防沙治沙為目標(biāo)的土地利用方式調(diào)整：以內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣為例［J］.地理研究，2003，22（6）：680－686.

［12］ 寶音陶格濤，白永飛.農(nóng)牧交錯區(qū)面臨的問題及其解決的途徑－以內(nèi)蒙古多倫為例［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15（2）：245－248.

［13］ 王濤，吳嶶，薛嫻，等.近50年來中國北方沙漠化土地的時空變化［J］.地理學(xué)報，2004（2）：203－212.