基于遙感的內(nèi)蒙古地區(qū)太仆寺旗土地荒漠化變化趨勢(shì)研究

刁海亭 冷國(guó)蕾

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018)

引言

土地荒漠化是當(dāng)今全球各個(gè)國(guó)家面臨的最為嚴(yán)重的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)是世界上沙漠面積較大、分布較廣、荒漠化危害嚴(yán)重的國(guó)家之一，我國(guó)荒漠化土地面積已達(dá)153.3萬(wàn)km2，占國(guó)土總面積的15.9%。內(nèi)蒙古自治區(qū)位于我國(guó)北部，全區(qū)大部分地區(qū)處于干旱、半干旱和亞熱帶干旱氣候區(qū)。內(nèi)蒙古自治區(qū)西部靠近新疆維吾爾族自治區(qū)，受當(dāng)?shù)貧夂蛴绊?，這部分地區(qū)基本為沙漠。內(nèi)蒙古自治區(qū)中部為錫林郭勒草原，太仆寺旗就在其中。太仆寺旗地區(qū)作為我國(guó)重要的生態(tài)資源基地，幅員遼闊，土壤種類較多，平原、農(nóng)田、森林、礦產(chǎn)等資源極為豐富，蘊(yùn)含著極其龐大的生產(chǎn)潛力。太仆寺旗地區(qū)的大部分植被是草叢，草原眾多，因此當(dāng)?shù)氐男竽翗I(yè)也很發(fā)達(dá)。但隨著工業(yè)、畜牧業(yè)及其他人類活動(dòng)的不斷發(fā)展和延伸，土地荒漠化的加重已成為太仆寺旗地區(qū)一個(gè)重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題。隨著人類生存范圍的擴(kuò)大和生產(chǎn)強(qiáng)度的增加，太仆寺旗農(nóng)牧區(qū)的邊界線逐漸向北邊移動(dòng)，土地使用種類的改變和植被覆蓋率的下降導(dǎo)致了土地荒漠化快速發(fā)展。土地荒漠化治理已刻不容緩[1]。

1 研究區(qū)介紹及數(shù)據(jù)源

太仆寺旗是內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟南邊的一個(gè)小城市，海拔平均高度為1400m，位于中溫帶亞干旱大陸性氣候區(qū)。全年平均氣溫約1.4℃，全年降水量350mm，地勢(shì)忽高忽低，形成丘陵、草原、山地等多種地貌特征。

為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止云量和季節(jié)差異對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，選取太仆寺旗地區(qū)云量最少且同一季節(jié)的遙感影像進(jìn)行處理。遙感圖像采用2011年的Landsat 5 TM影像、2015年的Landsat 8 OLI影像和2019年的Landsat 8 OLI影像。

2 數(shù)據(jù)處理

將在地理空間數(shù)據(jù)云下載的遙感影像導(dǎo)入到ENVI中，進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正，然后裁剪出太仆寺旗地區(qū)，并進(jìn)行分類。

本文將太仆寺旗地區(qū)的土地等級(jí)分為4類：植被(植被茂密)，輕度荒漠化(植被比較茂密)，中度荒漠化(植被比較稀疏)，重度荒漠化(基本沒(méi)有植被或?yàn)槁銕r)。

由表1可知，2011年，太仆寺旗植被面積占土地總面積的46.44%，輕度沙化土地占27.93%，中度沙化土地占22.48%，重度沙化土地占3.15%；2015年，太仆寺旗的植被面積增加到59.99%，輕度沙化土地面積減少到11.34%，中度沙化土地面積擴(kuò)大到26.41%，重度沙化土地面積也略有減少，占2.26%；2019年，該區(qū)植被面積大幅減少至41.25%，輕度沙化土地面積略有減少，占土地總面積的37.32%，中度沙化土地面積占土地總面積的18.31%，重度沙化土地面積占3.12%。經(jīng)過(guò)分析可知，太仆寺旗在這9a中，植被面積大幅度減少，輕度荒漠化土地和中度荒漠化土地的面積有明顯增加，但中度荒漠化土地在2019年又減少許多，而重度荒漠化土地的面積雖然在2015年有過(guò)小幅度減少，但在2019年又增加到與原來(lái)差不多的面積。由此可以推測(cè)出,太仆寺旗地區(qū)的植被面積尤其是草原的面積在近幾年大量減少，植被變得稀疏，荒漠化土地的面積雖然有明顯增加，但大部分增加的是輕度和中度荒漠化土地的面積，荒漠和裸巖的面積基本沒(méi)有變化。這2種等級(jí)的荒漠化土地面積相較重度荒漠化土地而言更容易被修復(fù)，只要人類不再加速土地惡化，大自然完全可以憑借自己的修復(fù)力來(lái)恢復(fù)[2-8]。

圖1 太仆寺旗2011年、2015年、2019年荒漠化等級(jí)分布圖

表1 太仆寺旗荒漠化土地等級(jí)劃分及占比

3 土地荒漠化因素分析

土地荒漠化的形成大部分都是人類生產(chǎn)活動(dòng)的結(jié)果，如重工業(yè)生產(chǎn)、人口數(shù)量、畜牧業(yè)等；此外還有許多的自然因素，如降雨量、氣溫、植被等。這些因素不但會(huì)影響荒漠化土地的面積和范圍，而且也會(huì)受到荒漠化土地的影響，從側(cè)面反映土地荒漠化的趨勢(shì)。

3.1 氣溫

太仆寺旗地區(qū)屬于典型的中度季風(fēng)半濕潤(rùn)干燥氣候，具有降雨量少、各地區(qū)雨量不均勻、不同季節(jié)氣溫變化大的特點(diǎn)，這一地區(qū)白天的年平均氣溫為9℃，夜晚的年平均氣溫為-9℃。太仆寺旗地區(qū)的冬天集中在11月—第2年2月，歷史最低溫低于-30℃。太仆寺旗地區(qū)的夏天集中在6—8月，7月溫度是最高的，月平均氣溫16～27℃，最高氣溫可達(dá)30℃以上。由于氣溫突變、溫差變化太大，對(duì)于太仆寺旗地區(qū)的植被類型、生長(zhǎng)有著很大的影響。如圖2所示，太仆寺旗地區(qū)的全年月平均氣溫相比歷史最高氣溫基本有所升高，在不斷逼近歷史最高氣溫，尤其是12月的月氣溫高于12月歷史最高氣溫。圖3表明太仆寺旗地區(qū)1—12月日均最低平均氣溫在每個(gè)月都高于當(dāng)月歷史最低氣溫，且全年最低溫度均未低于-22℃。這表明太仆寺旗地區(qū)的環(huán)境也在不斷遭受全球溫室化的影響，這將有利于土地荒漠化在太仆寺旗地區(qū)的延展[9,10]。

圖2 太仆寺旗1—12月日均最高氣溫

圖3 太仆寺旗1—12月日均最高氣溫

3.2 降雨

太仆寺旗地區(qū)的每年平均降水量大約為400mL，最高值為430mL,最低值為260mL，全年降水量基本集中在夏季，約為230～290mL。從2000年開(kāi)始，太仆寺旗地區(qū)降水量逐漸減少，其后呈現(xiàn)出熱干趨勢(shì)，溫度的升高致使當(dāng)?shù)責(zé)崃吭黾?，水源蒸發(fā)量也在不斷增加。溫度的升高導(dǎo)致冬天的凍土地受到影響，凍土融化致使土壤中的水分大量流失，造成農(nóng)作物減產(chǎn)、植被長(zhǎng)勢(shì)不佳[11]。從圖4可知，錫林郭勒盟2011—2014年的降水量在不斷增加且達(dá)到最大值，而后的降水量相較之前卻有所下降，一直在300mL左右徘徊，沒(méi)超過(guò)400mL。而太仆寺旗作為錫林郭勒盟的一個(gè)城市，降水量也會(huì)受到總體降水量的影響，降水量偏少導(dǎo)致太仆寺旗地區(qū)的植被不斷遭到破壞，土壤的蓄水能力有所降低，增加內(nèi)蒙古地區(qū)土地荒漠化的擴(kuò)張。

圖4 錫林郭勒盟年平均降水量

3.3 畜牧業(yè)草場(chǎng)

內(nèi)蒙古自治區(qū)不僅含有豐富的礦產(chǎn)資源，同時(shí)其草原還是我國(guó)最大的牧場(chǎng)，而錫林郭勒盟草原是內(nèi)蒙古草原中最大的草原。草地資源在畜牧產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)要素中位居第1，是不可缺少的，草原上任何一個(gè)微小的變化都可能會(huì)造成畜牧產(chǎn)業(yè)的巨大損失。在畜牧業(yè)生產(chǎn)中，生態(tài)失衡或草場(chǎng)退化問(wèn)題是最嚴(yán)重的，會(huì)給草原畜牧業(yè)發(fā)展造成嚴(yán)重的不良后果。近幾年錫林郭勒草原存在嚴(yán)重生態(tài)失衡和草場(chǎng)退化問(wèn)題。新中國(guó)成立之初，內(nèi)蒙古自治區(qū)的草原總面積大約8666.67萬(wàn)hm2；到了1960年，草原面積已經(jīng)減少到8500萬(wàn)hm2；之后的40a內(nèi)蒙古草原以更加迅猛的速度退化；截至2000年，草原面積已減少到7500萬(wàn)hm2。相當(dāng)于1950—2000年50a間，內(nèi)蒙古自治區(qū)一共有1200萬(wàn)hm2草原消失。同時(shí)據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，內(nèi)蒙古自治區(qū)的草原輕度退化面積占整體30.73%，草原中度退化面積占23.47%，草原重度退化面積占6.77%，由此可見(jiàn)草原退化問(wèn)題之嚴(yán)重性[12,13]。作為錫林郭勒草原的一部分，太仆寺旗也擁有著大量的草原資源，但隨著牧民的過(guò)度放牧，草場(chǎng)資源受到破壞，這一地區(qū)的草原也在不斷向著荒漠退化。

3.4 地形地貌與植被分布

太仆寺旗地區(qū)地處高原地帶，全區(qū)平均海拔在1km左右。海拔高度較高導(dǎo)致內(nèi)蒙古地區(qū)紫外線增強(qiáng)、溫度全年較低，土壤中的有機(jī)質(zhì)分解緩慢、呈現(xiàn)酸性，植被生長(zhǎng)期短暫、落葉期提前，致使太仆寺旗地區(qū)植被高度逐漸變矮，枝葉變小且分布稀疏。內(nèi)蒙古自治區(qū)植被覆蓋度分布與此地區(qū)的植被生態(tài)類型分布大致相同，呈現(xiàn)出一個(gè)東高西低的分布狀態(tài)并具有較強(qiáng)大的經(jīng)度地帶性特點(diǎn)。內(nèi)蒙古自治區(qū)的植被主要以草原為主；內(nèi)蒙古中部和東部地區(qū)的草原尤為密集，但由于草原放牧量增加，部分草原因此退化為荒地，甚至是沙漠；內(nèi)蒙古西部則是以荒漠地區(qū)的植被為主。土地利用類型的不同對(duì)于植被的生長(zhǎng)有著不同的影響，林地的平均植被覆蓋度是最高的，其次是耕地，然后是水域和草地，未利用的土地大部分是沙漠等地區(qū)，其植被覆蓋度也是最低的。內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)類型從西到東依次為荒漠生態(tài)區(qū)、草原生態(tài)區(qū)和荒漠生態(tài)區(qū)，其中草原生態(tài)區(qū)的分布范圍最廣、面積最大[14,15]。但由于畜牧業(yè)不斷擴(kuò)大，羊、牛、馬等動(dòng)物會(huì)啃食草根，導(dǎo)致草場(chǎng)面積不斷縮水。

3.5 重工業(yè)

建國(guó)后，我國(guó)為促進(jìn)內(nèi)蒙古自治區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善人民的生活水平，實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，內(nèi)蒙古的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)尤其是重工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展期，尤其是原油、原煤、鋼等產(chǎn)業(yè)。至此，內(nèi)蒙古自治區(qū)成為國(guó)家重要的重工業(yè)基地。

內(nèi)蒙古自治區(qū)重工業(yè)發(fā)展分為3階段。第一階段(1953—1965年)，內(nèi)蒙古地區(qū)重工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已占到整個(gè)產(chǎn)業(yè)投入的1/5，在此期間，內(nèi)蒙古地區(qū)重工業(yè)所占比例增加到1/2，已然超過(guò)輕工業(yè)，且產(chǎn)業(yè)總值也增加約11倍；第二階段(1966—1978年)，由于國(guó)內(nèi)和國(guó)外經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的轉(zhuǎn)變，內(nèi)蒙古地區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)雖然依舊以重工業(yè)為主，但中小型工業(yè)在政策的支持下迅猛發(fā)展，截至此階段末期，重工業(yè)的產(chǎn)值大約占到整個(gè)產(chǎn)業(yè)中的3/5，輕工業(yè)占比有所上升，但重工業(yè)依舊占據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的大半；第三階段(1979年至今)，內(nèi)蒙古自治區(qū)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和新興產(chǎn)業(yè)優(yōu)化所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，已成為傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)樾屡d工業(yè)的強(qiáng)大動(dòng)力。盡管內(nèi)蒙古地區(qū)重工業(yè)占工業(yè)總體的比重在不斷上升，但重工業(yè)的生產(chǎn)方法、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等都有較大改善。

隨著內(nèi)蒙古地區(qū)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，太仆寺旗的工業(yè)生產(chǎn)也在不斷發(fā)展，但由于此地區(qū)的工業(yè)發(fā)展正處在初級(jí)階段，且由于本地礦產(chǎn)資源種類較少，所以工業(yè)發(fā)展受到制約，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變得不合理，導(dǎo)致太仆寺旗地區(qū)的生態(tài)環(huán)境變得脆弱，重工業(yè)的污染在不斷壓迫當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境承載力，導(dǎo)致太仆寺旗地區(qū)的環(huán)境在不斷惡化，荒漠化土地的趨勢(shì)不斷加快[16,17]。

4 總結(jié)

本文結(jié)合太仆寺旗地區(qū)的氣溫、降雨、畜牧業(yè)、地形、重工業(yè)生產(chǎn)等因素，分析人類活動(dòng)對(duì)土地荒漠化的影響。針對(duì)太仆寺旗地區(qū)2011—2019年的氣溫和降水量進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氣溫總體在逐漸上升，而降水量卻有所下降；此外，重工業(yè)生產(chǎn)量也在不斷增加，破壞著太仆寺旗的環(huán)境。近些年由于太仆寺旗地區(qū)人類活動(dòng)的不斷加劇延伸，重工業(yè)工廠的增加，流動(dòng)人口的增多，不斷伐木造田、填河造田，草原放牧量的增加，環(huán)境污染、破壞的加劇，都在不斷逼近內(nèi)蒙古自治區(qū)的K值(最大環(huán)境承載容量)，加劇了土地荒漠化速度，當(dāng)?shù)氐幕哪⑸郴恋夭粩鄶U(kuò)大。與之對(duì)應(yīng)，土地荒漠化趨勢(shì)的增加致使植被不斷減少，又影響了太仆寺旗地區(qū)畜牧、農(nóng)業(yè)等經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，影響農(nóng)牧民的經(jīng)濟(jì)及生活。

為了減弱這種趨勢(shì)，減小土地荒漠化的面積,需要做到在農(nóng)牧交錯(cuò)帶，實(shí)行部分土地退耕還林、退牧還草、合理畜牧，積極實(shí)行節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，在生態(tài)環(huán)境穩(wěn)步建設(shè)的基礎(chǔ)上，發(fā)展蓄水功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)利益高、對(duì)環(huán)境傷害小的經(jīng)濟(jì)林、果樹(shù)、花卉、藥用植物等種植，適度開(kāi)發(fā)生態(tài)農(nóng)、牧業(yè)旅游，提高當(dāng)?shù)厝嗣竦慕?jīng)濟(jì)收入；大力發(fā)展內(nèi)蒙古地區(qū)的旅游業(yè)，堅(jiān)持生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益并重，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)不忘改善生態(tài)環(huán)境；在荒漠地帶，以防風(fēng)固沙、植樹(shù)造林、涵養(yǎng)水源、改善氣候?yàn)橹饕康?，科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃荒漠地帶水資源的利用和開(kāi)發(fā)，引進(jìn)并推廣適合當(dāng)?shù)氐奶厣?jīng)濟(jì)作物，發(fā)展品性優(yōu)良植物的種植與加工，研發(fā)并選育牧場(chǎng)飼料的優(yōu)良品種，適度合理的發(fā)展生態(tài)畜牧業(yè)；在綠洲的邊緣，因地制宜，積極促進(jìn)能源林、灌木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以自然恢復(fù)為主，人工干預(yù)為輔，不斷改善植被面積與范圍[18,19]。