我國荒漠化評價(jià)研究綜述

邊振,張克斌

(水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京)

我國荒漠化評價(jià)研究綜述

邊振,張克斌?

(水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京)

中國是世界上受荒漠化危害最為嚴(yán)重的國家之一,準(zhǔn)確、全面、及時(shí)的荒漠化評價(jià)有助于人類制訂有效的治理措施。從指標(biāo)體系、評價(jià)方法和基準(zhǔn) 3方面評述了我國近 30a來荒漠化評價(jià)的研究成果,指出以景觀生態(tài)學(xué)原理和遙感技術(shù)為基礎(chǔ)的評價(jià)指標(biāo)體系已成為近年來的研究熱點(diǎn),但目前仍存在指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)不明確,分級閾值確定存在主觀性和評價(jià)結(jié)果缺乏可信度等問題。評述了歐氏距離法、沙漠化程度指數(shù)等評價(jià)模型的優(yōu)點(diǎn)和不足,指出近年來荒漠化評價(jià)方法研究與景觀生態(tài)學(xué)和 3S技術(shù)結(jié)合,逐步向多尺度、定量化和簡便快捷發(fā)展,但仍需對方法的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。介紹了荒漠化基準(zhǔn)研究中的主要觀點(diǎn),并提出可以將荒漠化治理的目標(biāo)作為基準(zhǔn)。

荒漠化評價(jià);指標(biāo)體系;方法;基準(zhǔn)

荒漠化是人類面臨的重大災(zāi)難之一,它剝奪著人類賴以生存的土地資源,使自然環(huán)境不斷惡化。1949年法國科學(xué)家 Aubreville在《非洲熱帶的氣候、森林和荒漠化》中首次引入“荒漠化”,但直到非洲薩赫勒地區(qū) 1968—1973年發(fā)生嚴(yán)重干旱并造成了巨大的災(zāi)難后,荒漠化才開始受到重視。許多國際組織和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)組織了各種研討會,對荒漠化概念和內(nèi)涵進(jìn)行了深入討論。聯(lián)合國于 1977年在肯尼亞內(nèi)羅畢召開了來自 94個(gè)國家、地區(qū)和國際組織的聯(lián)合國荒漠化大會(UNCOD),首次對荒漠化進(jìn)行了全面、科學(xué)的分析與總結(jié),并提出了由聯(lián)合國糧農(nóng)組織、聯(lián)合國教科文組織、世界氣象組織和聯(lián)合國發(fā)展署共同編制的 1∶2 500萬世界荒漠化圖,對全球荒漠化狀況進(jìn)行了評估[1]。聯(lián)合國于 1994年在法國巴黎簽訂了《聯(lián)合國防治荒漠化公約》(簡稱《公約》),《公約》的核心目標(biāo)是由各國政府共同制訂國家級、次區(qū)域級和區(qū)域級行動(dòng)方案,并與捐助方、地方社區(qū)和非政府組織合作,促進(jìn)國際社會共同應(yīng)對荒漠化的挑戰(zhàn)。

我國是世界上受荒漠化危害最為嚴(yán)重的國家之一。為了對荒漠化進(jìn)行監(jiān)測、評價(jià)和治理,我國在1994年簽署《公約》之后,先后成立了執(zhí)行委員會和中國荒漠化監(jiān)測中心、培訓(xùn)中心、研究與發(fā)展中心;另外,國務(wù)院于 1994年 3月批準(zhǔn)的《中國 21世紀(jì)議程中國 21世紀(jì)人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》中把“荒漠化防治”列入第 16章,使之成為持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)境問題。

1994年以來,我國逐步在宏觀監(jiān)測、敏感地區(qū)監(jiān)測和定位監(jiān)測 3個(gè)層次上建立了較為完整的荒漠化監(jiān)測體系。為履行《公約》、全面掌握我國荒漠化狀況,國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院組織專家制定了《全國荒漠化和沙化監(jiān)測技術(shù)規(guī)定》①國家林業(yè)局.全國荒漠化和沙化監(jiān)測技術(shù)規(guī)定.北京,2008:1-42(簡稱《技術(shù)規(guī)定》),對全國荒漠化和沙化監(jiān)測的內(nèi)容、任務(wù)、指標(biāo)體系、監(jiān)測方法和成果要求等方面進(jìn)行了規(guī)范和統(tǒng)一,并分別于 1994、1999和 2004年先后開展了 3次全國荒漠化和沙化土地監(jiān)測。采用遙感技術(shù)與地面調(diào)查結(jié)合的方法,使用 TM影像對全國范圍內(nèi)的荒漠化土地進(jìn)行解譯,并利用地理信息技術(shù)進(jìn)行信息提取,建立了國家及省級數(shù)據(jù)庫、圖庫和《全國荒漠化和沙化地理信息管理系統(tǒng)》。結(jié)合對既往科學(xué)研究成果的系統(tǒng)整理、對比和分析,掌握了我國土地荒漠化動(dòng)態(tài)變化趨勢。監(jiān)測結(jié)果②③顯示,1994、1999和 2004年,全國荒漠化土地面積分別為 262.2萬、267.4萬和 263.62萬 km2,分別占國土總面積的27.3%、27.9%和 27.46%。該結(jié)果表明:通過實(shí)施以生態(tài)建設(shè)為主的林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,我國荒漠化整體擴(kuò)展趨勢得到初步遏制。鑒于我國荒漠化監(jiān)測的成績,在 2007年召開的《公約》履約審查委員會會議上,我國專門做了荒漠化監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)介紹,聯(lián)合國糧農(nóng)組織因此將我國選為全球土地退化評估項(xiàng)目的 6個(gè)示范國之一。

荒漠化評價(jià)是對分布于干旱、半干旱和干旱亞濕潤區(qū)的退化土地進(jìn)行類型的劃分與程度的分等定級,從根本上屬于土地資源評價(jià)或土地質(zhì)量評價(jià)的范疇[2]?；哪u價(jià),旨在掌握荒漠化的現(xiàn)狀、動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其對自然和社會造成的損失程度,揭示荒漠化的發(fā)生發(fā)展機(jī)制,為國家荒漠化防治的決策制訂和工程實(shí)施提供依據(jù),并對這些防治措施的效果進(jìn)行檢驗(yàn)。我國的科學(xué)工作者一直致力于荒漠化的指標(biāo)體系、評價(jià)方法和基準(zhǔn)方面的研究工作。這是荒漠化評價(jià)研究必須解決的 3個(gè)方面,但至今沒有達(dá)成共識。

1 荒漠化評價(jià)指標(biāo)體系

世界糧農(nóng)組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署早在 1984年制定出一套完整綜合的荒漠化指標(biāo)體系,但該指標(biāo)體系比較繁瑣,其中許多數(shù)據(jù)的收集和使用因地而異,所以實(shí)際工作中往往根據(jù)具體情況制訂指標(biāo)體系。為了進(jìn)行荒漠化制圖和荒漠化狀況評價(jià),許多學(xué)者開始探索更加實(shí)用的荒漠化評價(jià)指標(biāo)體系。

我國荒漠化問題的研究工作開始于 20世紀(jì) 50年代對沙漠的研究,而荒漠化評價(jià)研究則始于 1978年中國科學(xué)院蘭州沙漠研究所成立。由于受荒漠化概念理解的限制,1994年簽署《公約》前,國內(nèi)的荒漠化評價(jià)主要針對以風(fēng)沙活動(dòng)為主要特點(diǎn)的沙質(zhì)荒漠化(即沙漠化)。朱震達(dá)等[3]提出沙漠化的定義:沙漠化是沙質(zhì)荒漠化的簡稱,其含義可概括為在干旱、半干旱(包括部分半濕潤)地區(qū),脆弱的生態(tài)條件下,由于人為過度的經(jīng)濟(jì)活動(dòng),破壞生態(tài)平衡,使原非沙漠地區(qū)出現(xiàn)了以風(fēng)沙活動(dòng)為主要特征的類似沙質(zhì)荒漠環(huán)境的退化;所謂類似沙質(zhì)荒漠環(huán)境系指在地帶性上并不局限于干旱荒漠地帶,但在地表景觀上,卻具有與沙質(zhì)荒漠中風(fēng)沙地貌相同的特點(diǎn),在生態(tài)環(huán)境上也與荒漠環(huán)境近似。同時(shí),朱震達(dá)等[3]從沙漠化危險(xiǎn)性評價(jià)出發(fā),首先提出了一套沙漠化評價(jià)指標(biāo)體系,包括沙漠化土地每年擴(kuò)大率、流沙占地率和沙漠化土地景觀的形態(tài)組合特征 3個(gè)景觀指標(biāo),以植被覆蓋度、土地滋生力、農(nóng)田系統(tǒng)的能量產(chǎn)投比和生物生產(chǎn)量為輔助指征,將沙漠化程度分為潛在、正在發(fā)展、強(qiáng)烈發(fā)展、嚴(yán)重 4級,并設(shè)定了各指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)(表 1和表 2)。

表 1 沙漠化程度指征[3]Tab.1 Indications of desertification degree

表 2 沙漠化程度的輔助指征[3]Tab.2 Aided indications of desertification degree

朱震達(dá)等[3]從景觀地貌角度提出的荒漠化評價(jià)指標(biāo)簡單易行、可利用航片進(jìn)行量測。雖然沒有形成體系,且存在主觀描述性指標(biāo),但它為之后的研究奠定了基礎(chǔ)。隨后的許多研究沿用和發(fā)展了上述指標(biāo)。胡孟春[4]根據(jù)朱震達(dá)的 4級分級方法,利用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)計(jì)算沙漠化綜合指數(shù)和臨界指數(shù),對各級的閾值進(jìn)行了確定,使之更具體和易于操作,并對科爾沁沙地荒漠化進(jìn)行了評價(jià)。朱震達(dá)[5]、朱俊鳳等[6]在更多的典型區(qū)域研究基礎(chǔ)上,對上述指標(biāo)進(jìn)行完善,提出了包括風(fēng)沙地表形態(tài)占地率、風(fēng)沙地表形態(tài)年擴(kuò)展率、植被覆蓋度、地表景觀綜合特征、土地生產(chǎn)量下降的指標(biāo)體系,并在全國沙質(zhì)荒漠化遙感監(jiān)測與治理中得到應(yīng)用。呂子君等[7]在朱震達(dá)的指標(biāo)體系基礎(chǔ)上選擇了一系列草地沙化監(jiān)測指標(biāo),對河西走廊地區(qū)的草地沙質(zhì)荒漠化進(jìn)行監(jiān)測。毛曉利等[8]在毛烏素沙地沙漠化程度的監(jiān)測研究中,建立了遙感圖像特征與朱震達(dá)提出的指標(biāo)體系的對應(yīng)關(guān)系,為該指標(biāo)體系的應(yīng)用提供了新的方法。

王葆芳等[9]在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上,應(yīng)用多元回歸方法篩選出地表形態(tài)、植被、土壤 3方面的 9項(xiàng)指標(biāo)(裸沙占地比例、地表結(jié)皮、植被蓋度、植被生物量、土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、土壤物理黏粒含量)。并根據(jù)實(shí)際操作中的可行性,分別建立了國家、區(qū)域、地方 3種尺度的沙漠化評價(jià)指標(biāo)體系。在地方尺度上,應(yīng)用所有 9項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià);在區(qū)域尺度上僅采用裸沙占地比例、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、植被蓋度、土壤結(jié)皮程度、土壤物理黏粒含量作為評價(jià)指標(biāo);在國家尺度上簡化為采用易于從衛(wèi)片上獲得的裸沙占地比例和植被蓋度作為評價(jià)指標(biāo)。經(jīng) 3個(gè)不同氣候區(qū)野外實(shí)地驗(yàn)證表明,地方、區(qū)域、國家 3種評價(jià)尺度的判對率分別為 81.03%、84.48%、89.66%。該研究提出的指標(biāo)體系層次清晰,從實(shí)用性出發(fā),適合國家、區(qū)域和地方 3個(gè)尺度的荒漠化評價(jià),彌補(bǔ)了以往指標(biāo)體系層次不清,忽略尺度概念的不足,為其后的荒漠化指標(biāo)體系研究提供了典范。

20世紀(jì) 90年代以后,為了全國荒漠化監(jiān)測的需要和履行《公約》,國內(nèi)的荒漠化研究包括了各種類型的荒漠化土地,荒漠化監(jiān)測與評價(jià)研究得到學(xué)術(shù)界和政府部門的廣泛關(guān)注[10]。如王君厚等[11]對我國的荒漠化類型進(jìn)行劃分和編碼(表 3),為荒漠化監(jiān)測信息系統(tǒng)的建立提供了方便。他還根據(jù)各荒漠化類型和評價(jià)指標(biāo)的類同性,將可用同類指標(biāo)評價(jià)的荒漠化類型歸為一類,建立了 6類荒漠化評價(jià)指標(biāo),主要包括植被覆蓋度、斑塊狀裸地占地百分率、荒漠化地表特征、土壤質(zhì)地、棄耕地占地率或風(fēng)蝕積地占地率、土壤類型、坡度、溝谷密度、侵蝕溝占坡面面積率、工程措施類型、0～30 cm土層土壤含鹽量、水漬土地占地率等。除風(fēng)蝕荒漠化外,其他荒漠化類型的評價(jià)研究仍處于起步階段,還沒有應(yīng)用比較廣泛的指標(biāo)體系。

表 3 荒漠化類型劃分因子及其代碼[11]Tab.3 Factors and codes of desertification type division

國家林業(yè)局組織專家分別于 1994、1999、2004年進(jìn)行了 3次全國荒漠化和沙化監(jiān)測,并由國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院制定了《技術(shù)規(guī)定》,建立了符合我國國情的荒漠化和沙化監(jiān)測指標(biāo)體系。根據(jù)不同的調(diào)查方式(遙感和地面調(diào)查)、荒漠化類型(風(fēng)蝕、水蝕、鹽漬化、凍融荒漠化)和土地利用類型(草地、林地、未利用地和耕地)分別制定了詳細(xì)的荒漠化程度評價(jià)指標(biāo),主要包括植被蓋度、土壤質(zhì)地、覆沙厚度、作物產(chǎn)量下降率、有效土層厚度、坡度、侵蝕溝面積比例、工程措施、鹽斑占地率、土壤含鹽量、地表形態(tài)、防護(hù)措施和耕作狀況、溝壑面積比例。該指標(biāo)體系在 3次全國荒漠化監(jiān)測中得以應(yīng)用和完善,是我國目前較為全面和實(shí)用的荒漠化監(jiān)測指標(biāo)體系。

近年來景觀生態(tài)學(xué)理論發(fā)展迅速,并延伸到了荒漠化評價(jià)研究中。宋豫秦等[12]探討了景觀格局研究方法在荒漠化評價(jià)中的應(yīng)用,通過多樣性指數(shù)、修改分維數(shù)、邊緣密度指數(shù)、土地利用分異戰(zhàn)略指數(shù)對荒漠化土地景觀格局進(jìn)行了描述。李峰等[13]采用多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、均勻度指數(shù) 3個(gè)景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)方法對青海沙珠玉地區(qū)和榆林沙區(qū)進(jìn)行了荒漠化監(jiān)測與評價(jià),其結(jié)果能夠反映景觀類型的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,對荒漠化土地的發(fā)展趨勢具有指示意義;并且指出對于不同的景觀基質(zhì),這些指標(biāo)的景觀生態(tài)學(xué)意義并不一致。上述景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)沒有具體的量化分級和構(gòu)成完整的指標(biāo)體系,其評價(jià)結(jié)果僅定性地反映荒漠化程度,是對應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)和方法進(jìn)行荒漠化評價(jià)的初步探索。

遙感技術(shù)能夠快速、動(dòng)態(tài)地獲得大范圍的荒漠化信息。基于遙感技術(shù)的荒漠化指標(biāo)研究近年來取得了豐富的成果。除通過衛(wèi)星影像的目視解譯獲得各種地形地貌、土地利用類型的面積和分布(如裸沙占地率,溝壑密度,坡度,植被蓋度)等常規(guī)的荒漠化指標(biāo)并為景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)提供數(shù)據(jù)外,遙感影像經(jīng)處理后提取的信息,如地表光譜反射率、植被指數(shù)等也能夠反映土地荒漠化的程度,其中應(yīng)用最廣泛的指標(biāo)是歸一化差值植被指數(shù)(normalized difference vegetation index,NDVI)。

王澄海等[14]根據(jù)我國 1981—2000年的AVHRR-NDVI數(shù)據(jù),對 NDVI平均值與降雨量進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn) NDVI的 0.12等值線與 200mm年均降雨等值線基本一致。他根據(jù)國外研究中以 200mm等雨量線確定撒哈拉邊界的結(jié)論,以 NDVI的 0.12等值線分析我國的荒漠化地區(qū)邊界,認(rèn)為我國的荒漠化在 1998年后有所擴(kuò)大。該指標(biāo)能夠快速、直觀地反映植被的變化,從而有助于定性分析荒漠化發(fā)展趨勢;但該指標(biāo)沒有考慮到地帶性差異,且 NDVI的閾值有待于進(jìn)一步完善和驗(yàn)證。

劉愛霞等[15]使用 NOAA-AVHRR NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)提取存在植被萌芽區(qū)域,以是否出現(xiàn)植被萌芽作為我國西部干旱半干旱區(qū)沙漠界線,并利用NDVI的變異系數(shù)的變化趨勢,對我國西部干旱半干旱區(qū)進(jìn)行荒漠化監(jiān)測;結(jié)果顯示變異系數(shù)坡度為正的區(qū)域大體與我國的防護(hù)林分布相吻合,為負(fù)的區(qū)域處于沙漠和沙地邊緣及農(nóng)牧交錯(cuò)帶。

基于遙感信息的荒漠化評價(jià)指標(biāo)已成為近年來研究的熱點(diǎn),但目前利用遙感信息評價(jià)荒漠化的結(jié)果仍缺乏精確性,原因主要是大氣和地表形態(tài)對遙感信息源的影響難以消除,且基于遙感的評價(jià)指標(biāo)及其閾值的確定仍不完善;因此,遙感圖像選擇和處理、更加成熟的遙感指標(biāo)的探索仍是今后荒漠化評價(jià)指標(biāo)體系研究的重點(diǎn)。

2 荒漠化評價(jià)方法

早期的研究多是結(jié)合野外調(diào)查,以單要素評價(jià)方法對荒漠化程度進(jìn)行直接判別。朱震達(dá)等[3]提出了沙質(zhì)荒漠化的景觀地貌特征判別指標(biāo)和依據(jù),可以直接使用這些指標(biāo)對荒漠化進(jìn)行評價(jià)。

為使評價(jià)更加嚴(yán)謹(jǐn)和易于操作,隨后的研究通過數(shù)學(xué)方法對荒漠化程度進(jìn)行量化,對各指標(biāo)的重要性進(jìn)行了評判,并建立了荒漠化評價(jià)的綜合指標(biāo)和模型。李振山等[16]提出用歐式距離法計(jì)算沙漠化評價(jià)指標(biāo)綜合值,評定沙漠化程度(輕度、中度、強(qiáng)度、極度),計(jì)算公式為

式中:D(Xt1,Xt2)為 t1、t2時(shí)刻荒漠化程度之間的歐氏距離;Xit1,Xit2為第 i個(gè)指標(biāo)分別在 t1、t2時(shí)刻的值。距離越短,表明 2時(shí)刻的荒漠化程度越接近。該方法可以綜合評價(jià)某一時(shí)刻距土地未退化時(shí)刻或任意 2時(shí)刻之間的荒漠化程度差異。

李振山等[16]利用該模型對寧夏鹽池縣高沙窩鄉(xiāng)沙漠化程度進(jìn)行了評價(jià)。隨后,李峰[17]也應(yīng)用歐氏距離數(shù)學(xué)模型對寧夏 20個(gè)縣(市)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀評價(jià),結(jié)果基本上與實(shí)際情況相符。

但歐氏距離法存在明顯的缺點(diǎn),它不考慮各指標(biāo)在評價(jià)結(jié)果中的權(quán)重差異,而實(shí)際上不同指標(biāo)對荒漠化的評價(jià)有不同程度的貢獻(xiàn);所以,有學(xué)者在對荒漠化評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化的基礎(chǔ)上,設(shè)定各級權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均以求得綜合指標(biāo),其中權(quán)重利用Delphi法或根據(jù)面積比例等確定。

文子祥等[18]將土地退化類型分為風(fēng)蝕沙化型、水土流失型、草地退化型、鹽漬化型、土壤貧瘠型、土壤污染型 6種,再對各類型分別選取指標(biāo)并分級,提取土地退化度作為綜合土地退化評價(jià)指標(biāo)。他對山西、陜西、內(nèi)蒙古接壤區(qū)域進(jìn)行土地退化綜合評價(jià),并繪制了土地退化分級圖。

式中:R為土地退化度,與土地退化程度成正相關(guān)關(guān)系;Di為 i類土地退化類型的評價(jià)值;Sij為 i類土地退化類型中第 j級等級數(shù)與該類型最大級數(shù)的比值;Pij為 i類土地退化類型第 j級土地退化面積與總面積的比值。

董玉祥等[19]根據(jù)沙漠化程度的含義,利用綜合指數(shù)法建立了簡單的沙漠化程度綜合評價(jià)模型。

式中:ISRD為沙漠化程度指數(shù);Wi為沙漠化程度評價(jià)各評價(jià)方面的權(quán)重,取 0.5;Vij為沙漠化程度的第 i個(gè)評價(jià)方面中第 j個(gè)指標(biāo)在該評價(jià)方面內(nèi)的權(quán)重,利用 Delphi法確定;Fij為沙漠化程度的第 i個(gè)評價(jià)方面中第 j個(gè)指標(biāo)的自然強(qiáng)度指數(shù);M為沙漠化程度評價(jià)方面的數(shù)量;N為各評價(jià)方面中的指標(biāo)數(shù)量。

他利用上述方法,對我國北方 212個(gè)縣(旗、市)的沙漠化程度做出判定。評價(jià)結(jié)果顯示,我國的沙漠化現(xiàn)狀以輕度為主,東部存在較多中度、重度沙漠化土地。這與以往研究結(jié)果相似。該方法比文子祥等[18]提出的土地退化度更全面地考慮了各方面的權(quán)重。

慈龍駿等[20]根據(jù)《公約》對荒漠化的定義,采用Thornthwaite計(jì)算可能蒸散量的方法初步確定了我國荒漠化潛在發(fā)生范圍,該結(jié)果一直被作為我國荒漠化監(jiān)測的范圍。根據(jù)可能蒸散量計(jì)算濕潤指數(shù),并對全國的土地荒漠化氣候類型區(qū)進(jìn)行劃分,各類型區(qū)界線基本反映了我國干旱地區(qū)的基本氣候特點(diǎn)和規(guī)律;但由于我國特殊的地形和環(huán)流因素,局部地區(qū)仍需通過實(shí)驗(yàn)加以校正。吳波等[24]根據(jù)我國氣候區(qū)劃和植被區(qū)劃以及我國荒漠化發(fā)生的特點(diǎn)等對我國荒漠化潛在發(fā)生范圍進(jìn)行了修訂,明確了荒漠化各氣候類型區(qū)的地理涵義。

國家林業(yè)局組織的全國荒漠化和沙化監(jiān)測工作遵循《技術(shù)規(guī)定》提出的多因子數(shù)量化評價(jià)方法,對各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行分級并賦予分值,以地面調(diào)查結(jié)合遙感影像解譯確定各指標(biāo)分值,并用各指標(biāo)分值之和確定荒漠化程度,然后統(tǒng)計(jì)各類型荒漠化土地面積,進(jìn)行荒漠化動(dòng)態(tài)分析。該方法對荒漠化監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的分級評分,并在 3次全國荒漠化和沙化監(jiān)測中得到檢驗(yàn)和完善。利用該方法獲得的監(jiān)測結(jié)果為我國的荒漠化防治提供了較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持,并在國內(nèi)外眾多研究和實(shí)踐中得到認(rèn)可。

利用景觀生態(tài)學(xué)理論對土地荒漠化進(jìn)行評價(jià)是一個(gè)正在迅速發(fā)展中的評價(jià)方法,近年來受到許多學(xué)者的重視。胡孟春[4]以景觀學(xué)為指導(dǎo)進(jìn)行單要素評價(jià),然后以主導(dǎo)因素法確定土地沙漠化類型,并用模糊綜合評判法完成了科爾沁沙地的分類與定量評價(jià)。吳波[21]提出景觀基本結(jié)構(gòu)組分概念,通過遙感判讀,在毛烏素沙地劃分了 13種景觀要素類型,制定了一套景觀分類系統(tǒng),并計(jì)算出各類型的面積。陳玉福等[22]通過裸地蓋度的半方差分析,對鄂爾多斯高原伊金霍洛旗境內(nèi)的荒漠化土地的景觀破碎度進(jìn)行研究,認(rèn)為荒漠化現(xiàn)象是發(fā)生在多尺度上的景觀生態(tài)學(xué)過程,小尺度上的斑塊和環(huán)境異質(zhì)性對于維持景觀的健康狀況非常重要。王力等[23]從理論上分析了景觀生態(tài)學(xué)原理與方法在荒漠化研究中的應(yīng)用,指出優(yōu)勢度、多樣性和蔓延度指數(shù)對研究區(qū)域荒漠化土地的發(fā)展與逆轉(zhuǎn)有較好的指示意義,馬爾科夫轉(zhuǎn)移概率模型對分析不同程度荒漠化土地的相互轉(zhuǎn)化及不同類型荒漠化土地與其他景觀嵌塊體的轉(zhuǎn)化狀況都具有良好的說明效果。

3S技術(shù)的發(fā)展使荒漠化評價(jià)方法和評價(jià)結(jié)果的驗(yàn)證更具有時(shí)效性和客觀性。我國學(xué)者在 20世紀(jì) 90年代開始對荒漠化評價(jià)的新技術(shù)手段進(jìn)行了探討。高尚武等[24]提出沙質(zhì)荒漠化現(xiàn)狀評價(jià)指標(biāo)可以通過衛(wèi)星影像目視解譯或用數(shù)字影像在微機(jī)上用圖像軟件按象元水平解譯遙感圖像、制圖。通過在 3個(gè)不同氣候區(qū)域的野外調(diào)查,驗(yàn)證了利用遙感信息獲取數(shù)據(jù)的可行性,證明沙質(zhì)荒漠化監(jiān)測評價(jià)指標(biāo)體系適用于遙感和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行分類評估沙化的空間分布。劉興文等[25]在烏魯木齊市阜康縣,將不同時(shí)期的 TM圖像進(jìn)行亮度匹配,采用光機(jī)復(fù)合處理技術(shù)制成土地荒漠化分布圖,再通過比較分析獲得荒漠化及其程度的信息;陳建平等[26]在對1987、1999年 TM圖像及 2000年 CBERS-1的 3個(gè)時(shí)相遙感圖像處理和分析基礎(chǔ)上,結(jié)合 DEM分析,獲得了北京及鄰區(qū)荒漠化地區(qū)的動(dòng)態(tài)土壤含水量,進(jìn)而提取了該區(qū)域荒漠化分布和動(dòng)態(tài)演化的時(shí)空信息。馬立鵬等[27]在研究甘肅省荒漠化時(shí),用 GIS技術(shù)對荒漠化因素的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建庫、分析,并與遙感圖像進(jìn)行復(fù)合,獲得了全省荒漠化現(xiàn)狀圖;高志海等[28]在武威市,在 GIS支持下構(gòu)建了以矢量數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的荒漠化空間數(shù)據(jù)處理和管理系統(tǒng),用于對荒漠化要素進(jìn)行綜合分析與動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

3 荒漠化基準(zhǔn)的確定

基準(zhǔn)在荒漠化程度評價(jià)中十分重要,沒有基準(zhǔn)就難以評價(jià)目前的荒漠化發(fā)展到了什么程度。理論上的基準(zhǔn)是存在的,從生態(tài)學(xué)角度上可以定義為:在一定的氣候條件下,特定區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)所能達(dá)到的最穩(wěn)定狀態(tài),或者系統(tǒng)生產(chǎn)力所能達(dá)到的最大潛在狀態(tài),即未退化狀態(tài);在這種狀態(tài)下,任何一種生物或非生物因子的表現(xiàn)值,也都是該因子的基準(zhǔn)。植被就是群落學(xué)中潛在的天然植被,土壤就是地帶性土壤?！豆s》政府間談判委員會第 10次全體會議上曾明確指出:“基準(zhǔn)用來確定不同參數(shù)之間的相關(guān)性,并提供在地方、國家和區(qū)域尺度上監(jiān)測的基線?！被鶞?zhǔn)作為荒漠化評價(jià)和監(jiān)測的起點(diǎn),為確定土地是否發(fā)生退化或恢復(fù)提供了參考點(diǎn),同時(shí)為處于不同退化程度的荒漠化土地提供了比較基礎(chǔ)[2]。

丁國棟[2]認(rèn)為,實(shí)際應(yīng)用中基準(zhǔn)很難確定,因?yàn)槟壳昂茈y發(fā)現(xiàn)一個(gè)未被人類活動(dòng)影響的干旱生態(tài)系統(tǒng),而歷史資料中又沒有詳細(xì)記載,所以必須尋找相對基準(zhǔn)。他提出以各地現(xiàn)存最完好的單元作為基準(zhǔn),包括采取人為措施封育數(shù)年的地塊和穩(wěn)定的人工林、草地。劉玉平[29]認(rèn)為,基準(zhǔn)是生態(tài)系統(tǒng)在一定氣候條件下所能達(dá)到的最大潛在狀態(tài),即沒有人為干擾的條件下天然植被演替所能達(dá)到的最終穩(wěn)定狀態(tài),在理論上可以是古地理環(huán)境的歷史地理記錄中受人為干擾較少的自然狀態(tài)。孫武等[30]認(rèn)為,理論基準(zhǔn)面包括初始面與終極面。初始面是荒漠化發(fā)生前土地同氣候相適應(yīng)的景觀,終極面則是人類和氣候影響下土地退化的最終狀態(tài)。在我國可嘗試取20世紀(jì) 50年代或 70年代的現(xiàn)實(shí)景觀為相對基準(zhǔn)來近似取代絕對基準(zhǔn)。陳杰等[31]認(rèn)為,確定基準(zhǔn),要利用歷史資料弄清特定地區(qū)草場的未退化狀態(tài),或以相同自然條件和利用管理方式下未退化草場的現(xiàn)狀作為基準(zhǔn)。吳波等[10]認(rèn)為基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是一套指標(biāo),它可以描述某種土地類型的未退化狀態(tài)。不同氣候區(qū)、不同土地利用類型和社會經(jīng)濟(jì)條件應(yīng)該具有不同的基準(zhǔn)。

4 問題與討論

1)荒漠化評價(jià)指標(biāo)的選擇還存在激烈的爭論,形成共識還需要做大量的工作。目前的指標(biāo)體系普遍存在以下不足之處:①指標(biāo)選擇依據(jù)不明確,多針對各自研究中的具體情況主觀選擇,指標(biāo)不全面或指標(biāo)間存在重疊;②指標(biāo)各級閾值的確定不嚴(yán)謹(jǐn),多為等分法、直觀確定或定性描述,且指標(biāo)間的分級不統(tǒng)一,在某一指標(biāo)下判定為重度荒漠化的地區(qū),在另一指標(biāo)下可能為中度荒漠化;③指標(biāo)體系的評價(jià)結(jié)果缺乏驗(yàn)證,其結(jié)果難以推廣。

要建立準(zhǔn)確、實(shí)用的荒漠化評價(jià)指標(biāo)體系,在今后的研究中應(yīng)著重解決 4個(gè)問題:①進(jìn)一步探索 3S技術(shù)和景觀生態(tài)學(xué)理論與荒漠化評價(jià)的結(jié)合點(diǎn),靈活利用多種方式發(fā)掘更加全面且易于獲取的荒漠化信息;②在充分獲取荒漠化影響因子的基礎(chǔ)上,通過數(shù)學(xué)方法進(jìn)行評價(jià)指標(biāo)篩選,使指標(biāo)間相關(guān)性盡可能小,而整個(gè)指標(biāo)體系又能充分反映荒漠化狀況;③對評價(jià)指標(biāo)的分等定級也應(yīng)通過數(shù)學(xué)方法來完成,通過指標(biāo)間反復(fù)驗(yàn)證和調(diào)整使不同指標(biāo)所評價(jià)的荒漠化等級趨于一致;④通過長期的野外定位研究和廣泛的合作,對指標(biāo)體系進(jìn)行檢驗(yàn)和修正,最終形成適合各級尺度的荒漠化評價(jià)指標(biāo)體系(圖 1)。

圖 1 荒漠化評價(jià)理論框架Fig.1 Theory frame of desertification assessment

2)我國荒漠化評價(jià)方法隨著研究的深入和多學(xué)科的結(jié)合,逐漸走向多尺度、定量化和簡便快捷。傳統(tǒng)評價(jià)方法和景觀生態(tài)學(xué)等新的評價(jià)手段在 3S技術(shù)的支持下,能夠得到更加便捷準(zhǔn)確的荒漠化評價(jià)結(jié)果,仍有較大的潛力值得深入研究和實(shí)踐。深入利用數(shù)學(xué)方法建立更為精確和適用范圍廣的評價(jià)模型仍是亟待解決的一項(xiàng)工作。另外,在國家層面上建立管理網(wǎng)絡(luò),對各種方法的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的比較和驗(yàn)證,才能獲得更加實(shí)用的荒漠化評價(jià)方法(圖 1)。

3)對于荒漠化基準(zhǔn)的選擇,至今沒有達(dá)成共識。由于對荒漠化概念的理解和歷史資料收集程度的不同,目前的研究只能根據(jù)各自實(shí)際情況選擇基準(zhǔn)。這使眾多評價(jià)結(jié)果缺乏可比性。即使有充分的歷史資料來描述這種未退化狀態(tài),由于土壤、地貌、水文特征的變化,發(fā)生荒漠化的土地也難以恢復(fù)到基準(zhǔn)狀態(tài)。筆者認(rèn)為,從荒漠化防治的角度,可以將荒漠化治理的目標(biāo)作為基準(zhǔn),即將人類可以將荒漠化土地恢復(fù)到的某種穩(wěn)定狀態(tài)定為一個(gè)基準(zhǔn);這種狀態(tài)在沒有人為干擾的情況下能夠適應(yīng)所在區(qū)域的氣候、水文、地貌等因素而穩(wěn)定地存在下去。這個(gè)基準(zhǔn)也是因地區(qū)而異,可以通過長期實(shí)驗(yàn)獲得。

4)荒漠化評價(jià)的尺度問題也需要深入到指標(biāo)體系和評價(jià)方法的研究中。不同尺度上的荒漠化評價(jià)指標(biāo)、方法應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)獲取的可行性而有所區(qū)別(表 4)。

表 4 我國不同尺度下的荒漠化評價(jià)基本框架[32]Tab.4 Basic frame of desertification assessment in different scales

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Review of the research on desertification assessm ent in China

Bian Zhen,Zhang Kebin
(Key Lab.of Soil＆Water Conservation and Desertification Combating,Ministry of Education,College of Soil and Water Conservation,Beijing Forest University,100083,Beijing,China)

An accurate desertification assessmentwith comprehensiveness and timeliness could be helpful to themaking ofefficientmeasures for the desertification combating.China is one of the countries suffering severe desertification in theworld.This paper comprehensively summarized the research achievements about desertification assessment index system,methods and benchmark during the last 30 years,pointed out thatassessment index system based on the princip lesof landscape ecology and remote sensing technology had become a research hotspot in recentyears.However,the problems of indefinite selection criteria of indicators,subjective grade threshold and lack of credibility on assessment results were still unresolved.After the review of strengthsand weaknesses ofassessmentmodels,including Euclidean distance method and desertification index,etc.,itwas pointed out that desertification assessmentmethods combining with the landscape ecology and 3S technologieshave gradually presented the featuresofmulti-scale,quantitative and convenient in recent yearswhile the reliability still need to be verified.Themain points of desertification benchmark were introduced and the goal of desertification control was proposed to be selected as a benchmark.

desertification assessment;index system;method;benchmark

2009-06-05

2009-11-07

項(xiàng)目名稱:國家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目:青海高寒沙地退化植被恢復(fù)技術(shù)研究與試驗(yàn)示范(都蘭)(2006BAD 26B1001);國家自然科學(xué)基金“半荒漠地區(qū)濕地植被群落時(shí)空分布特征研究”(30771764)

邊振(1983—),男,碩士研究生。主要研究方向:荒漠化防治。E-mail:mushizh@163.com

?責(zé)任作者簡介:張克斌(1957—),男,教授。主要研究方向:荒漠化防治。E-mail:ctccd@126.com

(責(zé)任編輯:程 云)