基于RS和GIS的瑪曲高原土地沙漠化時空演變研究

胡夢珺,潘寧惠,左海玲,李向鋒

西北師范大學地理與環(huán)境科學學院, 蘭州 730070

基于RS和GIS的瑪曲高原土地沙漠化時空演變研究

胡夢珺*,潘寧惠,左海玲,李向鋒

西北師范大學地理與環(huán)境科學學院, 蘭州 730070

基于RS和GIS空間分析技術,以瑪曲高原多期Landsat遙感數(shù)據(jù)為主要信息源,監(jiān)測分析了1977—2014年瑪曲高原沙漠化土地的時空演變規(guī)律。結(jié)果表明：近40年來瑪曲高原的土地沙漠化經(jīng)歷了迅速發(fā)展—緩慢發(fā)展—急速逆轉(zhuǎn)—緩慢逆轉(zhuǎn)—快速逆轉(zhuǎn)的變化過程。1977—1995年瑪曲高原沙漠化處于快速擴張階段,年均擴張速率為3.01%；1995—2014年沙漠化擴張趨勢出現(xiàn)逆轉(zhuǎn),年均逆轉(zhuǎn)速率為4.14%。沙漠化土地的發(fā)展和逆轉(zhuǎn)區(qū)域主要分布在東北部歐拉秀瑪鄉(xiāng)和尼瑪鄉(xiāng)黃河沿岸、東南部采日瑪鄉(xiāng)和曼日瑪鄉(xiāng)沼澤區(qū)、西南部齊哈瑪鄉(xiāng)和中部阿萬倉鄉(xiāng)黃河支流兩岸?，斍咴衬恋氐陌l(fā)展和逆轉(zhuǎn)過程并非逐級遞增或遞減,而是在15—20年內(nèi)交替出現(xiàn),不同等級沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移也存在明顯的躍變。從整體來看,瑪曲高原土地沙漠化呈現(xiàn)逆轉(zhuǎn)趨勢,區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。

瑪曲高原；土地沙漠化；時空演變；轉(zhuǎn)移矩陣；動態(tài)度

瑪曲高原位于青藏高原東北部邊緣,既是青藏高原的重要組成部分,也是黃河源頭重要的水源涵養(yǎng)地[1- 3]。自20世紀70年代以來,隨著氣候的暖干化和人類活動的不斷加劇,瑪曲高原沙漠化土地快速擴張并逐漸發(fā)展成為青藏高原沙漠化發(fā)展的重點區(qū)域[4- 7]。沙漠化導致的草場退化是瑪曲草原生態(tài)恢復與經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸,對此諸多學者對瑪曲高原的沙漠化土地面積變化和時空分布[8- 11]、風沙地貌類型及分布規(guī)律[12]、土地利用/覆蓋變化[13-16]以及草地退化成因和治理措施[17-20]等進行了研究分析。上述研究顯示對瑪曲高原沙漠化土地的發(fā)展演化、驅(qū)動機制等已有一定的探討,但考慮到沙漠化土地的演化發(fā)展存在時間尺度上的緩慢性和空間尺度上的相對集中性,因而對其進行長時間序列的監(jiān)測分析有助于更好地把握區(qū)域沙漠化的演變過程及驅(qū)動機制,而目前已有研究中缺乏時間跨度較大的年份序列數(shù)據(jù),尤其對不同等級沙漠化土地之間的相互轉(zhuǎn)移也缺乏相關的研究與探討。鑒于此,本文選取瑪曲高原1977、1989、1995、2001、2006、2010和2014年的7期遙感影像數(shù)據(jù),建立了7個時期的沙漠化土地時空數(shù)據(jù)庫,并通過對7期矢量數(shù)據(jù)進行疊加分析,得到不同時段各類沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移矩陣,以此分析了近40年來瑪曲高原沙漠化土地的時空演變過程,以期把握黃河上游乃至整個黃河流域沙漠化土地的發(fā)展態(tài)勢,進而為黃河上游地區(qū)沙化草地恢復及生態(tài)環(huán)境治理提供相關的科學依據(jù)和理論基礎。

1 研究區(qū)概況

瑪曲高原地理坐標為33°06′30″—34°30′15″N,100°45′45″—102°29′00″E,位于甘肅省甘南藏族自治州西南部,與青藏高原東端的青海、四川兩省相鄰?？偯娣e10109.67 km2,境內(nèi)海拔3300—4806 m,黃河從南、東、北三面繞縣境而過,流程433 km,形成黃河第一彎,故稱黃河首曲。在中國的大地貌單元中,瑪曲高原處于第一和第二階梯交界處,全區(qū)地貌可分為西北部高山區(qū),中南部丘陵區(qū)和東部河岸階地三大區(qū)。阿尼瑪卿山由西向東橫貫全區(qū),西傾山綿亙于區(qū)境北部,中部分布著兩大山系的山前丘陵(圖1)。

瑪曲高原年平均降水量為564 mm,主要集中在5—9月；年平均蒸發(fā)量為1347.3 mm,相對濕度62%；年平均氣溫1.2℃,最冷月(1月)平均溫度-8.7℃,最熱月(7月)平均溫度11.3℃,活動積溫253.6℃,無霜期僅20 d左右。全年日照時數(shù)2613.9 h,平均風速2.5 m/s,最大風速36 m/s,全年大風日數(shù)77.1 d(8級以上)?，斍咴脖灰愿吆莸闉橹?其中天然草地9106 km2,占全區(qū)總面積的90.01%,整體植被景觀有向高寒荒漠化景觀演變的趨勢[21]。土壤類型較多,以亞高山草甸土分布面積最廣。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 The location of the studied region

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

根據(jù)遙感影像的可獲取性和植被生長的季相,本研究選取軌道號為131/36- 37、132/36- 37的瑪曲高原7期陸地衛(wèi)星影像各兩景(表1),利用ERDAS經(jīng)過“多波段數(shù)據(jù)組合”和“圖像拼接”技術得到瑪曲高原的遙感影像并對其進行輻射糾正。以經(jīng)過精糾正的遙感影像為參考影像,采用432標準假彩色合成,從地形圖上選取控制點,選擇二次多項式重采樣方法對其進行校正,校正精度控制在0.5個像元之內(nèi),地面分辨率控制在30 m×30 m。遙感影像的季相選擇極大地影響沙漠化土地的監(jiān)測效果,7—9月是瑪曲高原植被覆蓋度最好的季節(jié),沙漠化土地在影像上也比較容易區(qū)分,因此,在選取影像時,除1989年無夏季數(shù)據(jù)及2014年夏季影像云量過大影響目視解譯外,其他年份均選取7—9月的影像作為數(shù)據(jù)源。

表1 瑪曲高原土地沙漠化變化監(jiān)測多期數(shù)據(jù)源

2.2 建立瑪曲高原沙漠化土地解譯標志

根據(jù)不同程度沙漠化土地的空間分布特征與假彩色合成影像的光譜特征,結(jié)合地學知識和野外調(diào)研建立了瑪曲高原沙漠化土地的解譯影像標志庫(表2)。

表2 瑪曲高原4、3、2波段RGB合成TM影像沙漠化土地解譯標志

2.3 研究方法

在ERDAS和ArcGIS軟件的支持下,結(jié)合光譜直接分類法和實地調(diào)查,通過目視解譯對7期遙感影像參照表2中的解譯標志提取沙漠化土地信息(1989和2014年沙漠化土地信息根據(jù)相鄰年份解譯信息對照類比提取),建立沙漠化土地數(shù)據(jù)庫。利用ArcGIS 9.3在對矢量化的7期數(shù)據(jù)分別進行疊加分析的基礎上進行屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計,得到近40年來6個時段不同等級沙漠化土地之間以及與其他地類之間的轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù),建立土地類型轉(zhuǎn)移矩陣,以此來分析近40年來瑪曲高原沙漠化土地的轉(zhuǎn)移方向和轉(zhuǎn)移量,進而恢復沙漠化土地的時空演化過程。

3 結(jié)果分析

對所獲取的瑪曲高原7期遙感影像進行解譯整理后建立了不同土地利用類型時空變化數(shù)據(jù)庫(圖2,表3, 圖3),以此為依據(jù)分析探討瑪曲高原沙漠化土地的動態(tài)變化。

3.1 近40 a來瑪曲高原沙漠化土地的時空演變

3.1.1 沙漠化土地面積的時間變化

動態(tài)度是用來反映單位時間內(nèi)不同土地利用類型面積的變化幅度與變化速率以及區(qū)域土地利用變化中類型差異的常用指標[22- 24],沙漠化土地作為一種土地類型,其動態(tài)度可反映研究期內(nèi)沙漠化土地的變化程度,其模型公式如下：

式中,K為研究時段內(nèi)某類型沙漠化土地的動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究期初及研究期末某一種沙漠化土地類型的數(shù)量；T為研究時段長,當T為年時,K的值就是該研究區(qū)域某種沙漠化土地類型年變化率。對瑪曲高原沙漠化土地的動態(tài)度進行計算,得到各時段沙化土地總體和各等級的動態(tài)度(圖2)。

資料表明,20世紀60年代以前瑪曲高原沒有土地沙漠化現(xiàn)象,60年代開始出現(xiàn)零星沙漠化土地和小沙丘[18]。由表3可知,到1977年,瑪曲高原沙漠化土地總面積達45091hm2,極重度、重度、中度、輕度和潛在沙漠化土地分別占沙化土地總面積的1.70%、5.10%、6.44%、15.22%和71.53%。1977—1989年,瑪曲高原沙漠化土地面積快速增加,凈增量為24054.6hm2,年均擴展速率達4.45%；就不同程度沙漠化土地而言,極重度、重度、中度、輕度和潛在沙漠化土地面積均呈現(xiàn)不同程度的增長,占凈增量的比重分別為2.14%、5.13%、9.94%、13.95%和68.82%；動態(tài)度分別為6.1%、4.88%、7.44%、4.44%和4.67%,可見中度和極重度沙漠化土地在該時期沙漠化土地的擴張中起主導作用；1989—1995年,沙漠化擴張速度較前一階段明顯減緩,沙漠化土地面積增加了341.8hm2,年均擴張速率為0.08%；其中,極重度、重度和中度沙漠化土地發(fā)生逆轉(zhuǎn),動態(tài)度分別為-0.8%、-0.34%和-0.08%；而輕度沙漠化土地面積增加了4328.9hm2,動態(tài)度為7.06%。表明在該時期沙漠化土地的擴張在程度上有較為明顯的減弱趨勢,沙漠化土地較前一時段表現(xiàn)出主要向輕度沙漠化土地轉(zhuǎn)移。

圖2 1977—2014年瑪曲高原沙漠化土地類型動態(tài)度Fig.2 Dynamic degrees of different classes of desertification land types in Maqu Plateau during 1977—2014

1995之后,沙漠化擴張趨勢出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。1995—2001年,瑪曲高原沙漠化土地面積減少了27891.8 hm2,年均縮減速率為6.69%。其中,中度、輕度和潛在沙漠化土地面積減少量占總逆轉(zhuǎn)量的比重分別為1.19%、11.06%和26.58%,動態(tài)度分別為-1.05%、-3.53%和-2.75%,土地沙漠化逆轉(zhuǎn)趨勢明顯,逆轉(zhuǎn)以輕度和潛在沙漠化為主。2001—2006年,沙漠化土地面積減少了14655.4 hm2,年均縮減速率較上一時期明顯加快,達7.05%；沙漠化的逆轉(zhuǎn)以潛在沙漠化為主,逆轉(zhuǎn)面積占轉(zhuǎn)化總面積的93.97%,動態(tài)度為-11.91%。在該階段,極重度和潛在沙漠化土地的動態(tài)度與前一時段相比降幅較大(圖2),表明極重度和潛在沙漠化土地在該時期沙漠化土地的演化中起主導作用。2006—2010年,沙漠化土地面積減少了3573.5 hm2,年均縮減速率較上一時期明顯降低,為3.32%；就不同程度沙漠化土地而言,極重度、重度、中度和輕度沙漠化土地面積均呈現(xiàn)不同程度的減少,減少量占轉(zhuǎn)化總面積的比重分別為16.58%、34.10%、71.29%和1.69%,動態(tài)度分別為-10.91%、-5.40%、-12.18%和-0.28%,可知在該時段沙漠化土地顯示了與前一時期同樣的變化方向。其中,極重度、重度和中度沙漠化土地的動態(tài)度降幅較大,表明該時段沙漠化程度明顯下降,土地沙漠化逆轉(zhuǎn)明顯。2010—2014年,沙漠化面積減少了8517.3 hm2,年均縮減速率為9.11%,土地沙漠化呈現(xiàn)急速逆轉(zhuǎn)趨勢。極重度、重度、中度、輕度和潛在沙漠化土地逆轉(zhuǎn)面積占總逆轉(zhuǎn)量的比重分別為1.95%、3.13%、13.37%、32.35%和50.47%,動態(tài)度分別為-5.42%、-1.51%、-10.61%、-12.99%和-10.43%,表明該時段各類型沙化土地均呈現(xiàn)不同程度的逆轉(zhuǎn),沙漠化土地逆轉(zhuǎn)趨勢持續(xù)明顯。

表3 近40年來瑪曲高原不同程度沙漠化土地面積變化/hm2

+表示增量；-表示減量

綜上可知,1977—2014年,瑪曲高原沙漠化土地在不同階段呈現(xiàn)出不同的發(fā)展勢態(tài),總體表現(xiàn)為快速發(fā)展—緩慢發(fā)展—急速逆轉(zhuǎn)—緩慢逆轉(zhuǎn)—快速逆轉(zhuǎn)的變化過程。

3.1.2 沙漠化土地面積的空間變化

由圖3可看出,近40年來瑪曲高原的沙漠化土地主要分布在黃河沿岸、東南部沼澤區(qū)和西南部黃河以南地區(qū),沙漠化土地擴張的程度和方向在不同時期有著明顯的差別。

1995年之前,瑪曲高原沙漠化土地的分布區(qū)域呈擴張態(tài)勢。1977年沙漠化土地以不連續(xù)斑塊狀分布在東北部歐拉秀瑪鄉(xiāng)和尼瑪鄉(xiāng)黃河沿岸以及東南部采日瑪鄉(xiāng)和曼日瑪鄉(xiāng)沼澤區(qū)；1989年,東南部采日瑪鄉(xiāng)和曼日瑪鄉(xiāng)沙漠化土地面積迅速擴展成不完全連續(xù)片狀,西南部齊哈瑪鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)有條帶狀輕度和潛在沙化土地分布,東北部黃河沿岸沙化土地面積較前期明顯減小,以斑點狀鑲嵌在黃河兩岸；1995年,沙漠化擴張區(qū)域主要分布在瑪曲高原中部阿萬倉鄉(xiāng)黃河支流兩岸,東南部采日瑪鄉(xiāng)和曼日瑪鄉(xiāng)沙化面積較前一時期明顯減小,呈小面積斑塊狀和條帶狀分布。

1995年之后,瑪曲高原沙漠化土地擴張勢態(tài)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。2001年沙漠化土地面積較前20 a明顯減小,東北部歐拉秀瑪鄉(xiāng)和歐拉鄉(xiāng)、東南部采日瑪鄉(xiāng)和曼日瑪鄉(xiāng)沼澤區(qū)以及尼瑪鄉(xiāng)南部沙化面積均發(fā)生不同程度的縮小；2006年,東南部采日瑪鄉(xiāng)和曼日瑪鄉(xiāng)沼澤區(qū)沙化面積進一步縮小,呈零星斑塊和斑點狀分布；2010年沙漠化逆轉(zhuǎn)速率與前一時期相比明顯下降,逆轉(zhuǎn)的沙漠化土地主要分布在瑪曲高原中部阿萬倉鄉(xiāng)黃河支流兩岸；2014年瑪曲縣城北部尼瑪鄉(xiāng)和齊哈瑪鄉(xiāng)沙化面積減小明顯,東南部采日瑪鄉(xiāng)和曼日瑪鄉(xiāng)沼澤區(qū)潛在沙漠化土地面積快速減小。

圖3 1977—2014年瑪曲高原沙漠化土地空間分布Fig.3 Spatial-temporal change maps of desertification land in Maqu Plateau during 1977—2014

3.2 沙漠化土地的轉(zhuǎn)移分析

轉(zhuǎn)移矩陣可全面而又具體地刻畫區(qū)域各種土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征與各種地類的轉(zhuǎn)移方向,便于了解研究期初各土地利用類型流失去向以及研究期末各土地利用類型的來源與構(gòu)成[25-29]。運用ArcGIS對7期矢量圖層進行疊加分析,得到瑪曲高原1977—1989年、1989—1995年、1995—2001年、2001—2006年、2006—2010年和2010—2014年6個時段不同等級沙漠化土地之間以及與其他地類之間的轉(zhuǎn)移矩陣(表4)。

由表4可看出,1977—1989年,由非沙漠化土地轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬恋氐拿娣e為51966.7 hm2,占非沙漠化土地面積的5.68%。沙漠化土地中有61.81%轉(zhuǎn)化為非沙漠化土地,轉(zhuǎn)移面積為27865.8 hm2。在該階段,不同等級沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移表現(xiàn)為：極重度沙漠化土地基本沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移變化；重度、中度、輕度和潛在沙漠化土地轉(zhuǎn)移比重分別為25.05%、40.58%、24.02%和2.85%,且轉(zhuǎn)移比例最大的土地類型分別對應為中度、重度、中度和輕度沙漠化土地。可見,該階段瑪曲高原沙漠化擴張速度加快,處于快速發(fā)展階段。

1989—1995年,由非沙漠化土地轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬恋氐拿娣e為27527.4 hm2,占非沙漠化土地面積的3.09%。沙漠化土地中有39.42%轉(zhuǎn)化為非沙漠化土地,轉(zhuǎn)移面積為27259.6 hm2。在該階段,不同等級沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移表現(xiàn)為：極重度、重度、中度、輕度和潛在沙漠化土地轉(zhuǎn)移比重分別為11.97%、3.11%、6.6%、13.08%和4.63%,且轉(zhuǎn)移比例最大的土地類型除輕度沙漠化轉(zhuǎn)移為潛在沙漠化外其他均為輕度沙漠化土地。表明在該階段,瑪曲高原土地沙漠化的發(fā)展速度較前一階段明顯放緩,處于緩慢發(fā)展階段。

1995—2001年,由非沙漠化土地轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬恋氐拿娣e為4363.5 hm2,占非沙漠化土地面積的0.49%。沙漠化土地中有44.71%轉(zhuǎn)化為非沙漠化土地,轉(zhuǎn)移面積為31065.4 hm2。在該階段,不同等級沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移表現(xiàn)為：極重度、重度、中度和輕度沙漠化土地轉(zhuǎn)移比重分別為18.97%、14.63%、14.19%和10.75%,且轉(zhuǎn)移比例最大的土地類型分別對應為重度、極重度、重度和潛在沙漠化土地；潛在沙漠化土地基本沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移變化。由此可知,在該階段瑪曲高原沙漠化土地逆轉(zhuǎn)明顯,也表明該區(qū)域沙漠化土地在治理措施合理的條件下恢復的潛力較大,速度也會很快。

2001—2006年,由非沙漠化土地轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬恋氐拿娣e為1834.9 hm2,占非沙漠化土地面積的0.2%。沙漠化土地中有40.44%轉(zhuǎn)化為非沙漠化土地,轉(zhuǎn)移面積為16822.7 hm2。在該階段,不同等級沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移表現(xiàn)為：中度和輕度沙漠化土地轉(zhuǎn)移比重分別為3.37%和8.85%,且轉(zhuǎn)移比例最大的土地類型分別對應為重度和中度沙漠化土地；其他沙漠化土地基本沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移變化,該現(xiàn)象印證了沙漠化發(fā)展的正逆過程在時間上是交替出現(xiàn)的,正逆過程的演替可始于其中的任何階段[30]。

2006—2010年,由非沙漠化土地轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬恋氐拿娣e為2146.0 hm2,占非沙漠化土地面積的0.23%。 沙漠化土地中有50.29%轉(zhuǎn)化為非沙漠化土地,轉(zhuǎn)移面積為13549.3 hm2。

表4 1977—2014年瑪曲高原不同等級沙漠化土地與其他地類的相互轉(zhuǎn)移/%

表中橫坐標表示k+1時期,縱坐標表示k時期;百分數(shù)表示k時期i等級沙漠化土地轉(zhuǎn)移為k+1時期j等級沙漠化土地的比例

在該階段,不同等級沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移表現(xiàn)為：極重度和輕度沙漠化土地轉(zhuǎn)移比重分別為31.96%和62.40%,且轉(zhuǎn)移比例最大的土地類型分別對應為重度和潛在沙漠化土地；其他沙漠化土地基本沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移變化,表明在該階段瑪曲高原沙漠化土地逆轉(zhuǎn)速度較前一時期明顯加快。

2010—2014年,由非沙漠化土地轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬恋氐拿娣e為1779.6 hm2,占非沙漠化土地面積的0.19%。沙漠化土地中有44.56%轉(zhuǎn)化為非沙漠化土地,轉(zhuǎn)移面積為10411.8 hm2。在該階段,不同等級沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移表現(xiàn)為：極重度、重度、中度和輕度沙漠化土地轉(zhuǎn)移比重分別為21.79%、17.98%、41.25%和19.5%,轉(zhuǎn)移比例最大的土地類型分別對應為重度、中度、重度和潛在沙漠化土地；潛在沙漠化土地基本沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移變化?？梢?在該階段,瑪曲高原沙漠化擴張態(tài)勢逆轉(zhuǎn)明顯,極重度和重度沙漠化土地得到了有效控制。

4 結(jié)論與討論

近40年來瑪曲高原沙漠化土地在不同時期呈現(xiàn)出不同的發(fā)展態(tài)勢,總體表現(xiàn)為迅速發(fā)展—緩慢發(fā)展—急速逆轉(zhuǎn)—緩慢逆轉(zhuǎn)—快速逆轉(zhuǎn)的變化過程。

1977—1995年瑪曲高原沙漠化土地處于快速擴張階段。1977年沙漠化土地面積為45091 hm2,18 a沙漠化土地面積增加了24396.4 hm2,年均擴張速率為3.01%。1995—2014年,沙漠化擴張趨勢出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。1995年瑪曲高原沙漠化土地面積為69487.4 hm2,19 a沙漠化土地面積減少了54638 hm2,年均逆轉(zhuǎn)速率為4.14%?？梢?瑪曲高原沙漠化土地逆轉(zhuǎn)速度快于其擴張速度。研究表明[8,14],1975—2000年瑪曲高原沙漠化土地迅速發(fā)展；2000—2005年沙漠化擴張態(tài)勢出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。本文研究結(jié)果與上述研究結(jié)果整體變化趨勢基本一致,但也略有偏差,究其原因,除對沙漠化土地的分類標準不同外,主要是由于研究時段劃分上的不一致。沙漠化的發(fā)展演化存在著時間尺度上的緩慢性和正逆過程出現(xiàn)上的交替性,因而對其進行實時跟蹤監(jiān)測以及長時間序列研究仍是探討沙漠化演化內(nèi)在規(guī)律的重要方面。

瑪曲高原沙漠化土地的發(fā)展和逆轉(zhuǎn)區(qū)域主要分布在東北部歐拉秀瑪鄉(xiāng)和尼瑪鄉(xiāng)黃河沿岸、東南部采日瑪鄉(xiāng)和曼日瑪鄉(xiāng)沼澤區(qū)、西南部齊哈瑪鄉(xiāng)和中部阿萬倉鄉(xiāng)黃河支流兩岸。從總體空間變化來看,沙漠化的發(fā)展和逆轉(zhuǎn)多發(fā)生在人口相對密集地區(qū),表明該區(qū)域沙漠化的發(fā)展與逆轉(zhuǎn)對人類活動的反應敏感?，斍咴衬恋氐难莼窃跉夂蚋蓾窠惶鏀_動下,人類活動強度在敏感脆弱的高寒生態(tài)系統(tǒng)中輾轉(zhuǎn)變化的產(chǎn)物。全球變暖大自然背景下氣候的暖干化是瑪曲高原土地沙漠化擴張的前提和基礎,持續(xù)且不合理的人類活動會擾亂生態(tài)平衡,使得土地沙漠化擴展速率加快；反之,在氣溫和降水趨于穩(wěn)定、風速減緩的自然條件下,土地沙漠化則出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)趨勢,而在環(huán)境承載能力內(nèi)的合理人口數(shù)量和牲畜數(shù)量以及政府政策的扶持將影響土地沙漠化發(fā)生逆轉(zhuǎn)的速度。

瑪曲高原土地沙漠化的發(fā)展和逆轉(zhuǎn)過程并非逐級遞增或遞減,而是在15—20 a的時間段內(nèi)交替出現(xiàn)。在沙漠化發(fā)展的不同階段,不同等級沙漠化土地之間的轉(zhuǎn)移也存在明顯的躍變,表明該區(qū)域沙漠化土地在治理措施合理的條件下恢復的潛力很大,速度也會很快；相反,該區(qū)域的其他地類在人類活動干擾和一定的自然條件下也有可能演變?yōu)樯衬恋?因此,要加大對天然草場的保護,防止非沙漠化土地的退化。

致謝：蘭州大學田麗慧博士對影像解譯給予指導,中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所逯軍峰研究員對提供1977年遙感影像給予支持，高峰甘肅中心馬超工程師對影像處理給予幫助，特此致謝。

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Spatio-temporal change in desertification of the Maqu Plateau based on RS and GIS

HU Mengjun*, PAN Ninghui, ZUO Hailing, LI Xiangfeng

CollegeofGeographyandEnvironmentalScience,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou730070,China

The Maqu plateau, an important part of the Qinghai-Tibet plateau, is the main water conservation area in the upper reaches of the Yellow River. In recent years, under the influence of natural environmental and human activities, the ecologically sensitive Maqu plateau area has experienced environmental problems such as glacier retreat, permafrost degradation, aeolian desertification, and grassland degradation. The Maqu plateau is one of the largest pasture lands in Asia, with a rangeland area of 8.58×107hm2. In the past decade, the eco-environmental problems of the Qinghai-Tibetan plateau have received increasing attention owing to global warming and intensifying regional development. The aim of this study was to quantify the developmental processes in these region, as well as any changes in the spatial distribution of land desertification. We used remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) technologies, and applied multi-temporal Landsat imagery to investigate the spatio-temporal development of land desertification in the Maqu Plateau during 1977—2014. The remote-sensing data used in this study include: Landsat multi-spectral scanner images from 1977; Thematic Mapper images from 1989, 1995, 2006, and 2014; and Enhanced Thematic Mapper images from 2001 and 2010. We mainly selected images recorded between June and October, because aeolian desertified lands are more easily recognized during this period of greater vegetation growth. Our results indicated that the area of desertified land in the Maqu plateau had experienced five main phases: rapid development, where the area of aeolian desertified land increased at a rate of 2004.6 hm2/a between 1977 and 1989; slow development, where it increased at a rate of 57 hm2/a between 1989 and 1995; rapid reverse, where it decreased at a rate of 3868 hm2/a between 1995 and 2006; slow reverse, where it decreased at a rate of 893.4 hm2/a between 2006 and 2010; and, fast reverse, where it decreased at a rate of 2129.3 hm2/a between 2010 and 2014. The area of desertified land expanded rapidly between 1977 and 1995, with an average growth rate of 3.01% per year. An obvious decrease in the area of desertified land was observed from 1995 to 2014, with an average reversal rate of 4.14% per year. The areas affected by the development and reversal of aeolian desertification were mainly distributed alongside the Yellow River, including near the Oulaxiuma and Nima villages of the northeastern region, the marshlands of the Cairuma and Manrima villages in the southeastern region, and the riversides of tributaries to the Yellow River near the Qihama and Awancang villages of the southwestern region. We found that the spatial distribution of aeolian desertification changed significantly over time, with fragmentation of the desertified land increasing rapidly between 1977 and 1995. Aeolian desertification in the Maqu Plateau has not been progressive, but instead, it has been an alternating process of development and reversal approximately every 15 to 20 years. There was an abrupt change in the desertification level of lands in different levels of the plateau. Overall, we found that the trend of aeolian desertification in the Maqu plateau had been reversed and the local environment had improved since 1995.

Maqu plateau; aeolian desertification; spatio-temporal change; transition matrix; dynamic degree

國家自然科學基金項目(41161036, 41171018)；甘肅省自然科學基金項目(1010RJZA016)；西北師范大學青年教師科研能力提升計劃(NWNU-LKON- 10- 34)

2015- 09- 11;

日期:2016- 06- 14

10.5846/stxb201509111881

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lele200466@163.com

胡夢珺,潘寧惠,左海玲,李向鋒.基于RS和GIS的瑪曲高原土地沙漠化時空演變研究.生態(tài)學報,2017,37(3):922- 931.

Hu M J, Pan N H, Zuo H L, Li X F.Spatio-temporal change in desertification of the Maqu Plateau based on RS and GIS.Acta Ecologica Sinica,2017,37(3):922- 931.