正蓝旗荒漠化遥感动态监测研究

王琳琳，王旭红

(西北大学 城市与环境学院，陕西 西安710127)

荒漠化作为我国北方土地退化的主要形式，已经造成了巨大的生态和经济损失。土地荒漠化是由气候变化和人类活动共同所引起的，已被人们普遍所认可。土地荒漠化过程是一个极为复杂的过程，它是生态系统遭受干扰后，生态平衡遭到破坏，植被及环境发生全面退化的过程［1］。随着21世纪初沙尘暴的频繁发生，国内关于土地荒漠化过程的研究已有很多，浑善达克沙地是中国五大沙地之一［2］，荒漠化发展非常严重，研究者从荒漠化现状、原因、防治以及景观发展等不同角度，探讨了荒漠化问题［3］［4］［5］。正蓝旗位于浑善达克沙地中段，亦受到了社会各界的广泛关注，但对土地荒漠化过程的研究相对较少，且缺乏不同过程之间相互关系的研究。以正蓝旗为例，在总结前人研究的基础上结合1987年遥感影像解译数据为第一时期的数据，再以2000年遥感影像解译数据为第二时期的数据，针对荒漠化土地进行近13年的动态变化分析。

1 研究区概况

正蓝旗位于锡林郭勒盟南端，浑善达克沙地腹地，东与多伦县及赤峰市克什克腾旗毗邻，西与正镶白旗接壤，北与阿巴嘎旗、锡林浩特市相连，南与太仆寺旗和河北省相邻。地理坐标为北纬 41°59'～ 43°11'，东经 115°00'～ 116°42'，是离北京最近的草原牧区，也是距离北京最近的沙尘源。正蓝旗地貌主要由沙地沙丘，低山丘陵和河谷地貌组成，平均海拔1 300 m。正蓝旗南部为低山丘陵，属草甸草原类型，北部是浑善达克沙地，沙地植被为草甸草原、干草原和西部的荒漠草原川。正蓝旗内沙地面积达6713.0 km2，占全旗总面积的68%。北部沙地由东南向西北缓缓降低，地面起伏不大，沙地边缘为剥蚀低山、丘陵，境内沙丘、湖泊、盆地及剥蚀高地交错分布。地带性土壤主要为黑钙土、暗栗钙土、栗钙土和棕钙土;非地带性土壤主要为风沙土，其次为沼泽土、盐碱土和草甸土。属中温带干旱大陆性季风气候，寒冷、大风、少雨、干旱是其显著特点。

2 遥感影像预处理

本文所使用的主要信息源包括:覆盖研究区的1987年与2000年两期4景TM影像;参考信息源包括:正蓝旗地区90年代末大比例尺行政区划图，以及其它相关数据，通过对遥感影像增强和最佳波段组合、几何校正、影像镶嵌等处理，建立解译标志，再根据不同类型、不同程度的荒漠化土地影像特征进行人机交互判读。

2.1 影像增强和最佳波段组合

为了减少各种信息之间的冗余，同时保留最佳信息量，在遥感影像处理过程中，为使影像所含信息量最大，以便于进行目视解译，选取适当的波段进行彩色合成始终是一个方便的处理方法。TM4反映不同荒漠化程度的土地上的植被特点，TM3波段反映沙质土壤的较高亮度和盐渍化土地的白化现象，TM2对植被的反射敏感，能区分林型、树种，因此本文选用TM4(R)、3(G)、2(B)标准假彩色合成方案。

2.2 遥感影像几何纠正

采用其它年代的已纠正影像做标准参考图对研究数据进行校正。校正后投影为基于WGS84椭球体、中央经线为116的UTM投影。

2.3 影像镶嵌

本内涉及的1987年和2000年TM影像各有两景，因此需要进行影像的镶嵌配准。为保证像元的亮度值和对比值较均一，采用了直方图匹配法。

3 荒漠化分类系统及解译标志

3.1 荒漠化分类、分级

如何正确地划分荒漠化土地的因子类别，目前还没有统一的划分原则。根据区内荒漠化土地分布的特点，在参阅了有关资料的基础上，将研究区内的土地划分为荒漠化土地和非荒漠化土地2个类型，其中，荒漠化土地又分为轻度、中度、重度和极重度荒漠化土地 4个等级［6］，各土地类型和荒漠化土地分级标准见表1。

表1 土地荒漠化动态分类系统及标识代码

3.2 影像解译标志的建立

根据地物特征反映到影像上的光谱变化特点，建立荒漠化目视解译标志，一方面要考虑不同地物特征的光谱反映特点，另一方面要考虑特定影像类型解译各类荒漠化土地的可能性。根据这两条原则和上述荒漠化土地分类、分级系统，不同类型，不同等级荒漠化土地在TM影像上的特征以及结合其它图件和荒漠化资料，建立的荒漠化土地TM影像目视解译标志［7］，见图表 2。

表2 土地利用状态和荒漠化土地类型的影像特征

4 荒漠化土地现状及动态分析

4.1 土地荒漠化现状分析

根据各种荒漠化土地遥感影像特征，对2000年TM影像进行人机交互判读，并统计得到了土地荒漠化现状数据，见图1。

图1 2000年正蓝旗各荒漠化程度面积比例

根据遥感解译发现，研究区荒漠化主要发生于北部地区，形成了主轴延伸方向为西北—东南走向的沙丘，中、南部主要发生水蚀，中部荒漠化主要发生于河谷平原和山前冲洪积平，在南部存在一条轻度荒漠带，从阿日巴图宝拉格浩特经查干淖尔延伸到德日苏台。研究区土地荒漠化非常严重，以轻度和中度为主。全旗共有荒漠化土地6 015.3 km2，占总土地面积的59%。其中轻度荒漠化土地2 049.6 km2，占荒漠化土地总面积的34%;中度的1 632.3 km2，占27.1%;强烈的 1 197.4 km2，占 19.9%;极重度的 1 136.1 km2，占18.9%。可见，各种程度的数量分布规律是从轻度到极重度越来越少，仅轻度荒漠化土地就占1/3以上。

4.2 土地荒漠化动态变化分析

根据1959年中国科学院治沙队考察资料，当时浑善达克沙地流动沙地仅占总面积的2%，半固定沙地占34%，固定沙地占64%。并且这2%的流动沙丘和半固定沙丘，主要分布在西部。由此推断，当时正蓝旗的荒漠化土地是非常少的。

然而，对1987～2000年正蓝旗TM影像上解译的结果显示:正蓝旗1987年荒漠化土地已非常严重，说明在196～1987年间经历了土地荒漠化的强烈快速发展，且1987年仅正蓝旗的极重度荒漠化土地达到了1 565.3 km2，为近50年之最。到2 000年为止，极重度重和重度荒漠化土地几经治理，分布面积有所减少(特别是正蓝旗西部现在的扎格斯台苏木、那日图苏木与伊和海日罕苏木)，但在西部荒漠化土地在好转的同时，正蓝旗中部和东部的沙质草地迅速向轻度和中度荒漠化土地转变，致使到2000年时，总荒漠化土地达到了近50年来面积最大、最为破碎的情况。另外，正蓝旗土地荒漠化从 1987年的 5 593.8 km2发展到 2000年的6 015.3 km2，发展速率为 32.4 km2/年。荒漠化土地面积增加的同时，尽管重度和严重荒漠化土地面积有所减少，减少的面积分别为 469 km2、0 km2、429.2 km2，但轻度和中度荒漠化土地面积增加的更多，分别为 764.7 km2、555.0 km2，见表5。因此，如果人类不及时采取行动防治当地的荒漠化，研究区的荒漠化面积和程度可能会继续增大。

表3 正蓝旗1987年和2000年土地荒漠化状况

4.3 荒漠化土地之间的转换

通过分析正蓝旗1987年至2000年土地荒漠化程度类型转移矩阵，见表4，发现该区域的土地荒漠化变化过程并不是像人们所估计的完全逐级递增或逐级递减，而是在13年的时段内存在明显的跃变过程。如表3所示，1987年的非荒漠化土地4 594.4 km2经过 13年左右到 2000年有 7.6%(350.1 km2)跃变为中度、重度和极重度;轻度荒漠化土地1 284.9 km2有 19.3%(248.4 km2)跃变为中度、重度;中度荒漠化土地 1077.3 km2有 3.1%(33.1 km2)跃变为重度;这种跃变现象表明在13年左右该地区的土地荒漠化严重恶化，发展十分迅速 ，该地区土地的保护与开发利用一定要慎重。

同样荒漠化土地逆转也不是逐级递减的过程，而是具有明显的跃变递减过程。如表4转移矩阵中1987年有1 565.3 km2极重度荒漠化土地到2000年有 0.24%(3.7 km2)跃变为轻度荒漠化土地，有 0.26%(4.1 km2)跃变为中度荒漠化土地，甚至有0.1%(1.6 km2)跃变为非荒漠化土地。这个现象表明该区域荒漠化土地在条件适当的情况下恢复的潜力还是很大，速度也会很快。

表4 正蓝旗1987年至2000年不同荒漠化类型土地转移矩阵 km2

总之，该地区荒漠化土地演变过程中所具有的跃变过程表明该区域的非荒漠化或潜在荒漠化土地并非是最安全的，其会在一定的条件下演变为程度严重的荒漠化土地;相反该区域程度严重的荒漠化土地并非是不可逆转的，同样会在一定的自然条件下或人类活动干扰下跃变为轻度在甚至非荒漠化土地。在对该区域影像图解译后发现该区域西北部有少部分地段的流沙经人工治理变为非荒漠化土地和轻度荒漠化土地，也证明了这一规律。

5 结论与讨论

(1)在1987年有荒漠化土地5 593.8 km2，2000年荒漠化土地面积已达6 015.3 km2，1987年至2000年土地荒漠化扩张平均速度为32.4 km2/年 。荒漠化主要发生于北部地区，形成了主轴延伸方向为西北—东南走向的沙丘。

(2)过去50年间，正蓝旗经历了强烈的荒漠化发展过程，且严重荒漠化土地在1987年分布最广。从1987年到2000年，部分重度和极重度荒漠化土地，得到了好转，但新的更多的中度和轻度荒漠化土地在发展，不同程度荒漠化土地的总面积在2000年达到最大，可以得出仅在人工措施进行重点治理的地区，有明显变化，其它大部分地区尚未发生质的变化。

(3)在10～15年的时间尺度内，土地荒漠化程度加重与减轻存在明显的跃变递减过程，因此对该区土地的开发利用需要极其慎重 ，防止开发利用措施不当导致短时间内发展成为重度或极重度荒漠化土地。

(4)该区的土地荒漠化演变过程在空间分布与土壤类型、地形地貌等环境因素之间的耦合关系很密切，如土地荒漠化程度加重的区域主要分布在半固定风沙土土壤类型区域内、在坡地与坡脚地形区域内、在沿河谷与河岸地貌区域内，土地荒漠化程度减轻的区域主要分布在河流沿岸、湖泊周围、沙地中的地势较低处，土地荒漠化程度始终保持稳定的区域地形多为山地、丘陵、河岸，土壤类型多为栗钙土和黑钙土。在土地荒漠化的治理过程中，应该针对该特征规律采取相应的开发利用或者治理措施。

(5)气温升高和降水量减少是荒漠化景观发展的基础和背景条件，管理失误、人口增长及由此引起的“三滥”等超强度利用土地行为是影响研究区土地荒漠化的主要人文因子，控制人口密度，调整土地利用结构，改革土地利用制度，加强土地管理和生态环境建设势在必行。

［1］王涛.中国沙漠与沙漠化［M］.石家庄:河北科学技术出版社，2003.

［2］朱震达，王涛等.从若干典型地区的研究对近10余年来中国土地沙漠化演变趋势的分析［J］.地理学报，1990，45(4):16－24.

［3］聂春雷，郑元润.浑善达克沙地荒漠化原因探析—以正蓝旗为例［J］.吉林农业大学学报，2005，27(2):183－189.

［4］王牧兰，包玉海，银山.浑善达克沙地动态变化影响因素分析［J］.干旱区资源与环境，2004，18(9):44－47.

［5］佟喜梅.正镶白旗土地荒漠化动态变化及原因分析［D］.内蒙古师范大学，2008.

［6］李元科，全志杰等.GIS支持下的盐池县土地沙漠化动态遥感监测与预估［J］.干旱环境监测，1998，12(4):214－217.

［7］高志海，魏怀东，丁 峰.TM影像荒漠化解译与成图技术研究［J］.遥感技术与应用，2006，17(6):294 －296.