毛烏素沙地荒漠化演變特征分析

王文才+王忻+任蘭英

摘 要： 該文以毛烏素沙地為研究區(qū)，采用遙感和GIS技術(shù)手段，通過2000、2007、2009及2014年的4期衛(wèi)星遙感影像，進行解譯獲取研究區(qū)荒漠化現(xiàn)狀特征，并在此基礎(chǔ)上通過疊加分析和景觀格局指數(shù)分析方法，對研究區(qū)的荒漠化特征進行的演化分析。分析結(jié)果表明：（1）從2000年～2014年期間，研究區(qū)荒漠化土地面積有所增加趨勢，從2000年的1285004.97km2上升到2014年的756433.26km2。（2）從景觀指數(shù)角度分析，從2000年～2014年間研究區(qū)具有景觀破碎程度均較低，各景觀類型之間的破碎化值差距較大等特征。（3）從景觀類型的轉(zhuǎn)移特征來看，從2000年～2014年間荒漠化程度先好轉(zhuǎn)又惡化的特征，總體上荒漠化程度加劇特征。

關(guān)鍵詞： 毛烏素沙地； 荒漠化； 遙感； 景觀格局

Abstract： this text as the research area of maowusu sandy land， using remote sensing and GIS technology， by 2000， 2007， 2009 and 2014， four satellite remote sensing images， to interpret characters of desertification research area， and on this basis through the overlay analysis and landscape pattern index analysis method， the characteristic analysis of the evolution of desertification in the study area. Analysis results show that： （1）from 2000-2014 period， the study area of desertification land area has increased trend， up from 1285004.97 km2 in 2000 to 756433.26 km2 in 2014. 2）from the perspective of the landscape index from 2000-2014 with a degree of landscape fragmentation in the study area are low， large fragmentation of value gap between various landscape types. 3）from the perspective of the transfer characteristics of landscape types， from 2000-2014， the characteristics of the desertification degree to better and worse， the overall characteristics of desertification degree aggravate. From the results， this paper studies the results of the maowusu sandy land desertification governance has important practical significance.

Key words： maowusu sandy land； Desertification； Remote sensing； Landscape pattern

1. 引言

隨著社會不斷進步，自然災(zāi)害發(fā)生概率越來越頻繁。在自然界本身及人類活動的共同作用下，生態(tài)環(huán)境問題和生態(tài)災(zāi)害日益增多，已經(jīng)對人類的生產(chǎn)、生活造成了嚴重的影響。在眾多生態(tài)災(zāi)害中，荒漠化災(zāi)害已經(jīng)是全球較為嚴重的災(zāi)害之一，嚴重地影響著我們的生活。我們深刻體會到近年來頻發(fā)爆發(fā)沙塵暴，已經(jīng)給我們的生活帶來嚴重的危害，沙源就是荒漠化所造成的產(chǎn)物?；哪癁?zāi)害對基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)建設(shè)、糧食安全等方面造成嚴重危害。主要表現(xiàn)在生物群落退化、土地退化及環(huán)境惡化等方面。

我國是荒漠化災(zāi)害最為嚴重的國家之一。根據(jù)《第四次全國荒漠化和沙化監(jiān)測報告》的統(tǒng)計，截止到2009年底，我國荒漠化土地面積占國土總面積27.33%，總面積為262.37×104hm2，已經(jīng)分布在18個省、直轄市的508個旗縣。我國每年因土地荒漠化而造成直接經(jīng)濟損失達560億元人民幣，已近4億人口受到土地荒漠化危害。

內(nèi)蒙古是中國荒漠化災(zāi)害最是嚴重的省區(qū)之一，荒漠化土地面積為61.77萬hm2，占自治區(qū)總土地面積的52.2%，草原牧區(qū)、農(nóng)牧交錯帶的荒漠化災(zāi)害最為突出。

毛烏素沙地地處我國北方農(nóng)牧交錯帶中部，生態(tài)環(huán)境相對脆弱，是生態(tài)災(zāi)害較容易產(chǎn)生的地區(qū)之一。獨特的地理位置決定了它成為我國北方重要的生態(tài)屏障。隨著毛烏素沙地區(qū)域的經(jīng)濟不斷發(fā)展及全球變暖的大背景，植被覆蓋發(fā)生了較大的變化。1980年以來，全球變暖的趨勢已日趨凸顯，加上氣候與地表覆蓋變化具有密切聯(lián)系的關(guān)鍵點，使毛烏素沙地成為當(dāng)前關(guān)注荒漠化最為嚴重的地區(qū)之一。本文以毛烏素沙地為研究對象，研究其分布現(xiàn)狀、景觀格局時空變化特征、原因，可為沙地開發(fā)和合理利用，實現(xiàn)資源、環(huán)境、社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2. 研究區(qū)概況

2.1 地理位置

毛烏素沙地亦稱“鄂爾多斯沙地”，主要位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯地區(qū)，是中國四大沙地之一。行政區(qū)域內(nèi)為杭錦旗、鄂托克旗、鄂托克前旗、伊金霍洛和烏審旗的部分地區(qū)、陜西省榆林北部地區(qū)、寧夏回族自治區(qū)鹽池縣東北部的地區(qū)，總面積達3.6hm2，經(jīng)緯度范圍是：37°27′30″～39°22′30″N、107°20′～111°30′E。

2.2 氣候特征

因為其氣候特征影響導(dǎo)致夏天易發(fā)生洪澇，春冬季極易發(fā)生干旱。年際降水變率特別大，主要集中在夏季，導(dǎo)致該季節(jié)澇災(zāi)多發(fā)的原因，此成為我國沙地暴雨地區(qū)之一。春冬兩季降水與之相反，降雨少，大風(fēng)天氣（20天～40天左右，最多時候出現(xiàn)過90天）較多，加上蒙古高原冷高壓的影響，導(dǎo)致這春冬季節(jié)發(fā)生旱災(zāi)，發(fā)生次數(shù)多于澇災(zāi)。年均蒸發(fā)量是降水量的5倍左右，東部、西部地區(qū)水熱差很大，除此之外氣溫有變暖趨勢，這有可能對其干旱天氣帶來影響。

2.3 地質(zhì)地貌特征

在地貌類型上存“梁”“灘”平行排列相間地貌，“梁”主要從鄂爾多斯中西部高地向東南延伸出來受到切割形成了西北—東南方向的沖積平原，即灘地。“梁”地主要由白堊紀紫紅色和侏羅紀灰綠色砂巖層所構(gòu)成，團結(jié)度差、容易風(fēng)化和大風(fēng)等作用下，使得本區(qū)各種第四紀沉積物含沙量較大，成為地形成的沙物質(zhì)來源。

2.4 植被與土壤

毛烏素沙地所處農(nóng)牧交錯帶，它的植被類型分布呈明顯地域差異，沙生植物、草甸植被是主要植被類型，沙生植物主要為沙米、小葉錦雞兒和沙柳等，草甸植被為草苔、海乳草、芨芨草等。該區(qū)固定沙地植被由含雜類草的油蒿群落作為主體，蓋度已達40%～50%，構(gòu)成該區(qū)的一大特色。

此地既有地帶性土壤，亦有非地帶性土壤。毛烏素沙地屬于淡栗鈣土干草原地帶，流沙、巴拉（半固定和固定沙丘）廣泛分布。因沙化嚴重地帶性土壤大多已變?yōu)轱L(fēng)沙土，主要包括草原風(fēng)沙土、草甸風(fēng)沙土。除此之外，還有小面積潮土、脫潮土和鹽化潮土，鈣土、積土等零星分圖。

3. 研究方法及數(shù)據(jù)處理

3.1 空間疊加分析方法

利用ArcGIS等地理信息系統(tǒng)軟件，對研究區(qū)的2000年、2005年、2007年、2009年及2014年的影像進行了校正基礎(chǔ)上進行了荒漠化景觀的解譯、提取荒漠化數(shù)據(jù)。并獲取到2000年、2005年、2007年、2009年和2014年等同一月份的矢量數(shù)據(jù)后，制作出每一時期的荒漠化景觀分布圖、景觀類型比例圖等圖表。獲得2000年、2005年、2007年、2009年、2014年5期荒漠化景觀空間格局的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上利用疊加分析方法進行了轉(zhuǎn)移矩陣分析。

3.2 景觀指數(shù)分析方法

綜合考慮毛烏素沙地景觀類型分類體系等實際情況，選取能準確分景觀格局的變化和確保計算精度的指標(biāo)。并在ArcGIS、Frgastats等軟件的支持下計算出各個時期景觀指數(shù)。

4. 結(jié)果分析

4.1 毛烏素沙地荒漠化景觀格局現(xiàn)狀分析

經(jīng)過景觀格局解譯獲取，2000年毛烏素沙地總面3572417hm2，未荒漠化面積占35.97%，面積為1285004.97hm2，荒漠化面積占研究區(qū)面積的61.77%，面積為2206809.98hm2，在其中輕度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占23.48%、13.55%、24.74%。2005年，未荒漠化面積占36.31%，面積為1297196.73hm2，荒漠化面積占研究區(qū)面積的61.37%，面積為2192386.5hm2，在其中輕度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占23.52%、13.25%、24.61%，面積以此為840096.18hm2、473191.2hm2、879099.12hm2。2007年，未荒漠化面積占25.71%，面積為918064.89hm2，荒漠化面積占研究區(qū)面積的71.73%，面積為2562525.99hm2，在其中輕度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占23.32%、21.83%、26.61%。面積以此為832614.3hm2、779647.32hm2、950264.37hm2。2009年，未荒漠化面積占25.74%，面積為919128.87hm2，荒漠化面積占研究區(qū)面積的71.60%，面積為2557903.41hm2，在其中輕度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占23.31%、21.81%、26.51%。面積以此為832370.4hm2、778944.69hm2、946588.32hm2。2014年，未荒漠化面積占21.18%，面積為756433.26hm2，荒漠化面積占研究區(qū)面積的71.65%，面積為2738205.9hm2，在其中輕度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占29.32%、21.19%、26.17%。面積以此為1047097.98hm2、756622.71hm2、934485.21hm2。

4.2 毛烏素沙地荒漠化景觀指數(shù)特征分析

2000年，荒漠化景觀、輕度荒漠化景觀和重度荒漠化景觀在控制作用很明顯，它們在研究區(qū)的景觀基質(zhì)，控制景觀整體結(jié)構(gòu)、功能、動態(tài)過程中占主導(dǎo)的作用，景觀類型斑塊特征是，斑塊數(shù)量（NP）最多的是未荒漠化景觀，其次為是輕度風(fēng)蝕荒漠化景觀、重度風(fēng)蝕荒漠化景觀、中度風(fēng)蝕荒漠化等景觀，除了河流跟居民工礦用地，其余類型的形狀都比較復(fù)雜不規(guī)則，斑塊類型之間的相鄰程度很高，各類型的破碎化程度都很低。2005年，景觀指數(shù)特征如下；最大斑塊指數(shù)值可看出，未荒漠化景觀最大斑塊所占景觀類型面積比重最高，未荒漠化景觀斑塊遠大于其他景觀斑塊，其次就是重度風(fēng)蝕荒漠化景觀，從形狀指數(shù)值可知，本年度的全部類型的景觀斑塊都很復(fù)雜而不規(guī)則，最復(fù)雜的是重度水蝕荒漠化景觀，跟2000年一樣各類型的破碎化程度都很低。2007年毛烏素沙地景觀類型中優(yōu)勢度最高的是重度風(fēng)蝕荒漠化景觀，斑塊密度、平均斑塊面積值可知，輕度風(fēng)蝕為荒漠化景觀斑塊最大，重度風(fēng)蝕荒漠化景觀邊緣被分割程度最大，輕度鹽漬荒漠化景觀邊緣被分割程度最低，斑塊形狀是最復(fù)雜不規(guī)則的重度水蝕荒漠化景觀，規(guī)則的是輕度鹽漬荒漠化景觀，景觀破碎化值之間的差別較大，分別為重度水蝕荒漠化0.0528和輕度鹽漬荒漠化0.0017。景觀類型之間相鄰斑塊類型最多的重度水蝕荒漠化景觀，最小的是輕度鹽漬荒漠化景觀，重度水蝕荒漠化景觀幾乎與所有類型景觀相鄰。2009年觀指數(shù)特征如下；斑塊密度、平均斑塊面積值可知，輕度風(fēng)蝕的荒漠化景觀斑塊最大，重度風(fēng)蝕荒漠化景觀邊緣被分割程度最大，幾乎跟其他類型景觀都相鄰。景觀破碎化值很是接近，但不是很高，破碎化程度中等，重度風(fēng)蝕荒漠化景觀相鄰斑塊類型數(shù)量最多，幾乎與全部景觀類型相鄰。2014年，最大小斑塊數(shù)量差距很大，中度風(fēng)蝕荒漠化2033塊，中度水蝕荒漠化7塊。斑塊密度值均很小，最大的是中度風(fēng)蝕荒漠化為0.0569，中度水蝕荒漠化0.0002，各類型景觀以大面積斑塊為主，破碎度不高。最大斑塊指數(shù)最大的仍然是重度風(fēng)蝕荒漠化景觀5.47。重度風(fēng)蝕荒漠化景觀邊緣被分割程度最高，所以邊緣效應(yīng)可能性已是最高；中度水蝕荒漠化景觀的最低，中度水蝕荒漠化斑塊形狀最復(fù)雜，居民工礦用地斑塊形狀相對簡單規(guī)則。散布與并列指數(shù)值均高于66%，景觀類型斑塊相鄰程度較高；中度水蝕荒漠化散布與并列指數(shù)值為49.2379%，并與較多類型景觀相鄰。類型景觀破碎化程度不高，相對而言水域破碎化程度最大，輕度風(fēng)蝕荒漠化破碎化程度最低。

4.3 毛烏素沙地荒漠化景觀類型轉(zhuǎn)移變化特征分析

荒漠化面積的角度來說，2000年～2005年未荒漠化和荒漠化的面積比例差不多，雖然面積有所變化，但不是很大，細說荒漠化等級，也沒有什么大的變化動態(tài)。2005年至2007年之間的變化比較大，未荒漠化面積變小，比例減少10%左右，同時荒漠化面積增加，比例增加了10%左右。在2009年，跟2007年相比，沒有什么明顯的變化，保持水平線，荒漠化等級里也沒有明顯的變化。到2014年，荒漠化更嚴重了，面積又增加180302.49hm2，比例下降了5%。與此同時，未荒漠化面積下降了162695.61hm2，比例減少了4%。增加的荒漠化等級里轉(zhuǎn)移最多的為輕度荒漠化，主要為輕度風(fēng)蝕荒漠化，面積上升了214727.58hm2，比例多了8%。2000年～2005年，改善面積小于退化面積，但差距很小，變化值也很小，雖然沒有在明顯的退化，但是存在著隱形的惡化。2005年～2007年，改善面積大于惡化面積。2007年～2009年，惡化面積比改善面積大四倍，因為是變化值不是很大，所以退化的不是很嚴重。2009年～2014年，還是退化了，而且比較嚴重，惡化面積為17606.9hm2。

5. 結(jié)論

隨著人口數(shù)量不斷增加、人類對物質(zhì)生活質(zhì)量追求不斷提高，人類無止境的向自然資源進行掠奪性的開發(fā)和破壞，加劇土地荒漠化進程，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境日益惡化，威脅著人類自身的生存及發(fā)展。

本文通過遙感和GIS技術(shù)，對2000年、2005年、2007年、2009年、2014年共5期遙感影像數(shù)據(jù)進行分析后得到了以下結(jié)論：

（1）從2000年～2014年期間，研究區(qū)荒漠化土地面積有所增加趨勢，從2000年的1285004.97hm2上升到2014年的756433.26hm2。

（2）從景觀指數(shù)角度分析，從2000年～2014年間研究區(qū)具有景觀破碎程度均較低，各景觀類型之間的破碎化值差別較大等特征。

（3）從景觀類型的轉(zhuǎn)移特征來看，從2000年～2014年間荒漠化程度先好轉(zhuǎn)又惡化的特征，總體上荒漠化程度加劇特征。

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