基于RS和GIS的沙化土地動(dòng)態(tài)變化分析——以神木縣研究區(qū)為例

孫景梅

（國(guó)家林業(yè)局 西北林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，西安710048）

以風(fēng)力侵蝕為主造成的土地沙化，是土地退化和環(huán)境惡化的主要類型。地處毛烏素沙地南緣的神木縣研究區(qū)，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，是我國(guó)北方沙化土地變化與人為干擾關(guān)系最密切的區(qū)域之一。該區(qū)域在長(zhǎng)期的風(fēng)力作用下，土地沙化現(xiàn)象嚴(yán)重，尤其是在毛烏素沙地與黃土丘陵交錯(cuò)地帶，沙物質(zhì)受風(fēng)力作用，被逐漸搬移并覆蓋在鄰近區(qū)域的黃土丘陵上，對(duì)區(qū)域工礦、交通、居民生產(chǎn)生活產(chǎn)生了不利影像。目前針對(duì)沙化土地動(dòng)態(tài)變化的研究很多，包括沙化土地動(dòng)態(tài)變化機(jī)理、動(dòng)態(tài)變化成因、動(dòng)態(tài)變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響等，這些研究主要集中在沙漠和沙地及周邊區(qū)域，且以不同沙化土地類型之間的變化為主。對(duì)黃土丘陵覆沙型的沙化土地動(dòng)態(tài)變化分析，特別是沙化土地與非沙化土地之間的轉(zhuǎn)化研究較少。本文利用兩期TM遙感影像數(shù)據(jù)為信息源，提取研究區(qū)沙化土地?cái)?shù)據(jù)，對(duì)該區(qū)域沙化土地現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為區(qū)域沙化土地的預(yù)防和治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省神木縣南部，地處陜北黃土丘陵向內(nèi)蒙古高原、暖溫帶森林草原向中溫帶草原的過渡地帶，地勢(shì)西北高、東南低。地貌屬于風(fēng)沙草灘地貌和黃土丘陵溝壑地貌交錯(cuò)地帶，西北部為風(fēng)沙草灘區(qū)，東南部為丘陵溝壑區(qū)。氣候?qū)侔敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，平均日照2876 h，年均氣溫8.5℃，年均無霜期169d，年降水量440.8mm。干旱、風(fēng)沙、冰雹及霜凍等災(zāi)害天氣頻繁。區(qū)域內(nèi)植被類型較多，包括森林、灌叢、草原、鹽生植被等類型，但多數(shù)植被結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單。植物主要以草本為主，木本植物及半灌木數(shù)量相對(duì)較少［1］。

2 研究方法

以兩期TM影像為主要數(shù)據(jù)來源，通過對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正、配準(zhǔn)、圖像增強(qiáng)等處理，建立解譯標(biāo)志進(jìn)行判讀，現(xiàn)地對(duì)判讀結(jié)果進(jìn)行調(diào)查、驗(yàn)證，得到各時(shí)期沙化土地現(xiàn)狀圖。再將兩期沙化土地現(xiàn)狀圖疊加，提取變化區(qū)域，實(shí)現(xiàn)沙化土地動(dòng)態(tài)變化分析。最后根據(jù)該區(qū)域的其他相關(guān)資料，分析引起沙化土地變化的機(jī)制。

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用的遙感數(shù)據(jù)源為2003年和2008年的美國(guó)陸地資源衛(wèi)星Landset 7，地面分辨率30m。矢量數(shù)據(jù)源為1∶10000 研究區(qū)行政區(qū)劃圖、沙化土地現(xiàn)狀圖以及當(dāng)?shù)氐膶?shí)地調(diào)查、地面監(jiān)測(cè)分析資料和氣象水文資料等。

2.2 沙化土地類型劃分

根據(jù)沙化土地分類的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合研究需要及TM影像的地面分辨率狀況，將該區(qū)劃分為流動(dòng)沙地、半固定沙地、固定沙地、沙化耕地和非沙化土地5個(gè)類型［2－3］。

2.3 數(shù)據(jù)處理

由于遙感影像是通過地物的光譜特征、紋理特征、幾何特性以及時(shí)相變化等來表現(xiàn)地物信息的，信息提取時(shí)運(yùn)用地學(xué)相關(guān)分析方法，綜合影像色調(diào)、亮度、飽和度、形狀、紋理和結(jié)構(gòu)位置，以目標(biāo)地物與成像時(shí)間的關(guān)系等特征并結(jié)合已有資料和野外工作經(jīng)驗(yàn)知識(shí)判定地物類型［4－6］。首先，根據(jù)對(duì)TM影像的初步判讀結(jié)果，選擇典型的野外調(diào)查路線，現(xiàn)地對(duì)土地利用類型和沙化土地類型進(jìn)行調(diào)查記載，并與相應(yīng)的TM影像特征對(duì)照驗(yàn)證，獲得解譯標(biāo)志。然后，根據(jù)解譯標(biāo)志，采用人機(jī)交互式解譯，在遙感影像上勾畫出不同土地利用類型和沙化土地類型的圖斑，形成矢量圖層，經(jīng)過現(xiàn)地調(diào)查和驗(yàn)證，完成對(duì)各種土地利用類型、沙化土地類型所占面積的統(tǒng)計(jì)。最后進(jìn)行匯總、歸類，提取沙化土地變化信息。

3 結(jié)果與分析

3.1 沙化土地分布現(xiàn)狀及分布規(guī)律

結(jié)果顯示，研究區(qū)2008年沙化土地總面積60181 hm2，其中流動(dòng)沙地1829 hm2，半固定沙地6769 hm2，固定沙地50540 hm2，沙化耕地1043 hm2。從空間分布上分析，研究區(qū)沙化土地主要位于西部風(fēng)沙地貌區(qū)，黃土丘陵區(qū)有零星分布。其中:流動(dòng)沙地分布在河流西部，呈團(tuán)狀分布且范圍較集中；半固定沙地主要分布在河流西側(cè)，河流東側(cè)黃土丘陵區(qū)域有零星分布且以覆沙形態(tài)存在；固定沙地遍布整個(gè)沙化土地分布區(qū)域，在黃土丘陵區(qū)、黃土丘陵與沙化土地過渡地帶、河流、居民地和農(nóng)田的邊緣地帶呈團(tuán)狀分布且相對(duì)集中；沙化耕地零星分布在河流西側(cè)沙化土地區(qū)域和河流東側(cè)黃土丘陵區(qū)域，分布于黃土丘陵區(qū)域的沙化土地主要以沙蓋梁的形式存在。

植被種類的分布與沙化土地的分布具有一定的相關(guān)性，風(fēng)沙草灘區(qū)是沙化土地分布的主要區(qū)域，植被主要以灌木和草本為主，喬木呈片狀分布在區(qū)域內(nèi)的低洼地，以沙柳、檸條、楊類居多，其他植物種類主要有旱柳、油松、樟子松、花棒、沙米、沙蒿、牛心樸子等。中南部為丘陵溝壑區(qū)，植被以喬木為主，側(cè)柏、油松居多，其他植物種類有榆類、楊類、山杏、紫穗槐、檸條、苜蓿等。在河流周邊和丘間洼地分布有苔草、蘆葦、蒲草、蘆草和藻類。在鹽堿地上分布有鹽蒿、白刺和羊角菜等。

3.2 沙化土地時(shí)間動(dòng)態(tài)變化分析

對(duì)比研究區(qū)兩期數(shù)據(jù)，沙化土地面積減少1679 hm2，其中:流動(dòng)沙地減少11526 hm2，半固定沙地增加6212 hm2，固定沙地增加3643 hm2，沙化耕地減少8hm2。流動(dòng)沙地的減少和固定、半固定沙地的增加基本上與植被蓋度的增加成正相關(guān)，即植被蓋度高的區(qū)域，流動(dòng)沙地就少，固定沙地和半固定沙地就會(huì)相應(yīng)的增加。

表1 研究區(qū)沙化土地動(dòng)態(tài)變化 hm2

3.3 沙化土地空間動(dòng)態(tài)變化分析

2008年與2003年相比，沙化土地好轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)十分明顯。主要表現(xiàn)在流動(dòng)沙地整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，多數(shù)轉(zhuǎn)換為固定沙地、半固定沙地。在研究區(qū)西側(cè)和東部黃土丘陵區(qū)域變化十分明顯。沙化土地類型由流動(dòng)沙地、半固定沙地轉(zhuǎn)換為固定沙地是研究區(qū)沙化土地動(dòng)態(tài)變化的主要特征，并且呈現(xiàn)出由西向東逆轉(zhuǎn)速度加快的規(guī)律。在研究區(qū)沙化土地總體實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)的同時(shí)，固定沙地中尚有小面積轉(zhuǎn)換為半固定沙地，變化區(qū)域位于黃土丘陵區(qū)域，原因是植被老化，植被蓋度降低所致；非沙化土地中有9hm2轉(zhuǎn)換為固定沙地，轉(zhuǎn)換區(qū)域位于河流東側(cè)。

3.4 沙化土地動(dòng)態(tài)變化轉(zhuǎn)移矩陣分析

根據(jù)研究區(qū)2003－2008年沙化土地類型動(dòng)態(tài)變化情況，做出研究區(qū)沙化土地動(dòng)態(tài)變化轉(zhuǎn)移矩陣表。

表2 沙化土地類型動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移表 hm2

從轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)變換情況可以看出，流動(dòng)沙地向半固定沙地、固定沙地轉(zhuǎn)移面積較大，固定沙地向非沙化土地轉(zhuǎn)移面積較大，其他沙化土地類型變化之間互相轉(zhuǎn)化較小?？傮w分析，研究區(qū)沙化土地處于好轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)，說明近幾年在沙化土地治理和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面取得了可喜的成績(jī)。

4 沙化土地動(dòng)態(tài)變化原因分析

沙化土地的好轉(zhuǎn)是由于自然條件的穩(wěn)定或好轉(zhuǎn)、人為活動(dòng)的減少使土地向著有利于人類生存的方向發(fā)展的過程。研究期內(nèi)由于區(qū)域降水量變化較小，自然因素對(duì)沙化土地動(dòng)態(tài)變化的影響是很小的。

4.1 國(guó)家和地方防沙治沙和環(huán)境治理的法律法規(guī)為生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供了政策保障

國(guó)家和地方近幾年出臺(tái)的一系列有關(guān)土地保護(hù)和環(huán)境建設(shè)的法律法規(guī)，使得土地使用和管理有法可依，植被保護(hù)法律化、制度化，林地保護(hù)、退耕還林還草等政策有效約束了亂開采、亂占林地、毀林開荒等行為，進(jìn)一步改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。同時(shí)在工程實(shí)施過程中，采取政治、經(jīng)濟(jì)、法律相結(jié)合的辦法，廣泛宣傳各項(xiàng)與生態(tài)環(huán)境相關(guān)的法律、法規(guī)，嚴(yán)格依法辦事，加大管護(hù)，強(qiáng)化執(zhí)法力度，有效保障了生態(tài)環(huán)境建設(shè)成效的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展［7］。

4.2 各項(xiàng)生態(tài)建設(shè)工程的實(shí)施，為沙化土地逆轉(zhuǎn)起到了推動(dòng)作用

國(guó)家在區(qū)域內(nèi)實(shí)施的三北防護(hù)林工程、退耕還林工程、防沙治沙綜合示范區(qū)建設(shè)工程，陜西省實(shí)施的三個(gè)一百萬畝生態(tài)建設(shè)工程、通道綠化工程、礦區(qū)植被恢復(fù)建設(shè)工程等為區(qū)域沙化土地治理提供了有力支持。為加快治理步伐，2003年榆林市委、市政府啟動(dòng)和組織實(shí)施了“三個(gè)百樹”工程，即10a內(nèi)全市各級(jí)干部職工每人植樹100株，城鎮(zhèn)居民和農(nóng)戶每戶植樹100株，鼓勵(lì)在外工作創(chuàng)業(yè)的榆林籍人士每人植樹100株。同時(shí)在區(qū)域內(nèi)個(gè)人開展的治沙項(xiàng)目也為區(qū)域生態(tài)建設(shè)增添了活力，以該縣張應(yīng)龍個(gè)人承包治沙為例，自2003年以來，他以承包造林、收入分成和林產(chǎn)品收入按比例分成的辦法，先后承包完成治沙造林面積達(dá)0.76萬hm2，成為當(dāng)?shù)赜忻脑炝执髴?。他為自己確定的最終目標(biāo)是建立禿尾河水源地保護(hù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)神木縣寶貴的水資源和保護(hù)野生動(dòng)植物資源的愿望。

4.3 區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展為生態(tài)環(huán)境改善提供了有力的資金支持

隨著神府煤田的開發(fā)，神木逐漸成為西部投資的熱土，從“八五”到“十五”的15a里，神木境內(nèi)各類投資高達(dá)300多億元，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度年均超過25%。在工業(yè)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，神木堅(jiān)持把農(nóng)業(yè)放在經(jīng)濟(jì)工作的首位，不斷加大農(nóng)業(yè)投入，調(diào)整農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，大力實(shí)施退耕還林、封山禁牧、舍飼養(yǎng)畜，全縣農(nóng)業(yè)走上了與生態(tài)環(huán)境建設(shè)相互促進(jìn)的路子。

研究期內(nèi)，神木縣投入造林綠化資金1.2億元，累計(jì)完成人工造林7.73萬hm2，其中退耕還林4.31萬hm2，形成了四條綠色林帶、六條綠色通道和縣城東西兩山綠化工程。研究期內(nèi)全區(qū)林草覆蓋率明顯增長(zhǎng)，植被蓋度顯著增加，有效地抑制了土地的沙化。全縣森林覆蓋率達(dá)到32.8%，林草覆蓋率達(dá)到46.3%。林草植被的增加，對(duì)研究區(qū)植被好轉(zhuǎn)和沙化土地好轉(zhuǎn)產(chǎn)生了積極的促進(jìn)作用。相關(guān)研究與實(shí)踐證明，一旦人類活動(dòng)的壓力消失、減輕，或開展生態(tài)建設(shè)和植被重建，受損的植被是可以逐漸恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和功能的［8－9］。

4.4 不斷推進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)沙化土地治理起到了積極的作用

監(jiān)測(cè)表明，研究區(qū)居民工礦用地5a間增加2096 hm2，說明研究區(qū)近幾年基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，同時(shí)建設(shè)用地全部位于流動(dòng)沙地、半固定沙地和固定沙地上?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)完工后，居民工礦用地及其周邊區(qū)域得到硬化、綠化，不存在流沙裸露的現(xiàn)象，使得沙化土地得到有效治理。

5 結(jié)論

對(duì)研究區(qū)5a來沙化土地分析表明，區(qū)域沙化土地整體呈現(xiàn)減少態(tài)勢(shì)，其中以流動(dòng)沙地減少最為明顯，流動(dòng)沙地主要轉(zhuǎn)化為固定沙地和半固定沙地。分析認(rèn)為，自然因素對(duì)沙化土地的動(dòng)態(tài)變化影響較小，人為因素是促使區(qū)域沙化土地好轉(zhuǎn)的主要因素。沙化土地好轉(zhuǎn)主要取決于各項(xiàng)生態(tài)建設(shè)工程，取決于人為因素對(duì)環(huán)境破壞作用的減少，研究區(qū)目前的沙化土地治理取得了初步成效，生態(tài)環(huán)境處于一個(gè)總體好轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

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