1977-2012年乌审旗沙漠化演变景观格局分析

张 靖

(大连民族学院环境与资源学院，辽宁大连116605)

随着人类活动深度和广度的增加，人类活动业已成为导致地球表层系统景观变化的主要因素［1］。特别是面积约占陆地面积40%的干旱区［2］，不仅提供了重要的生态系统服务和功能，更重要的是为全球20%的人口提供生计所需的生活和生产资料［3］。由于受到人类活动和自然因素相互作用的影响［4］，这些地区更易于受到土地退化问题的困扰［5］，沙漠化是表现形式之一［6］。人类活动和自然因素在不同时空尺度上相互影响、相互作用，使生态系统出现不同程度的响应，进而导致干旱区的沙漠化问题［3］。景观格局分析为沙漠化变化监测和分析提供了理想的工具。景观格局是自然因素和人类活动相互作用的结果［7］，当前的景观格局反映了过去人类与生态环境的关系［8］。由于景观格局和生态过程是相互依赖、紧密相连的，通过景观指数量化景观结构组成、空间配置的特征，可以更好的理解沙漠化过程［9］。

选择内蒙古鄂尔多斯市乌审旗(行政区划，等同于县)为研究区，该旗处北方农牧交错带——毛乌素沙地腹地，是中国中、东部平原重要的生态屏障，生态环境脆弱［10］。由于区域的特殊性，科学界对该地区沙漠化变化情况给予高度的关注。如:吴薇研究发现，20世纪50-80年代该地区沙漠化发生扩展，80年代后期到90年代中期沙漠化得到逆转［11］;郝成元等则认为该地区20世纪80年代中期和90年代末沙漠化土地面积略有增加，但总体趋于稳定［12］;王玉华等研究发现，2000-2006年毛乌素沙地总体上呈现出良性发展态势，逆转发生［13］;刘静等研究发现，1990-2007年毛乌素沙地植被覆盖状况总体呈良性转移趋势，但局部出现退化［14］。虽然，上述研究在监测该旗沙漠化变化情况有很好的结果，但研究多基于地理学的视角，采用GIS叠加分析与土地利用转移矩阵的分析方法，而采用生态学视角的研究，特别是采用景观分析的方法鲜有报道。

本文以景观格局的分析方法，研究该区1977-2012年近35年沙漠化变化情况，以期为该地区土地利用决策和管理提供科学的依据。

1 数据来源和研究方法

1.1 研究区概况

乌审旗位于鄂尔多斯高原东南部，毛乌素沙地腹地，内蒙古自治区最南端，东经108°17＇～109°40＇，北纬 37°38＇～ 39°23＇，面积 11 600 km2。辖6个乡镇、苏木。温带大陆性气候，年均气温6.8℃，年均蒸发量2 200 mm，年均降水量约350 mm，无霜期135 d。海拔高度在1 300 m。地貌类型有:波状高原、梁地、内陆湖淖、滩地、固定沙地、半固定沙丘、流动沙丘、黄土梁和河谷地等。土壤类型包括:沙地发育的各类风沙土，梁地上发育的栗钙土，滩地、丘间低地、湖滨低地和河漫滩等发育的草甸土、盐碱土。植被以本氏针茅(Stipa capillata Linn.)建群地带性植被和非地带性植被为主。

1.2 数据来源

选取1977年Landsat MSS遥感图像(分辨率90 m)，1987年、1997 年、2007 年的 Landsat TM 遥感图像(分辨率30 m)，以及2012年HJ1-A/B遥感图像(分辨率30 m)。遥感图像以该地区地形图为底图，二次多项式几何校正，最近邻法重采样，均方根误差小于2;假彩色合成，使用ArcGIS 10.0软件对遥感图像进行目视解译，获得1977年、1987年、1997年、2007年和2012年5期乌审旗景观类型图。景观类型划分为:森林景观、沙地景观、湿地景观、人工景观和其他类型景观，其中沙地景观又细分为:固定沙地景观、半固定沙地景观和流动沙地景观。经野外调查验证，5期景观类型图解译精度在90%以上。

1.3 景观指数的选择

为了反映乌审旗在研究时段1977-2012年景观格局的变化，以及参考一些学者对景观指数的描述［15］，文中共选择了10个景观指数，包括:斑块数(NP)、斑块密度(PD)、边密度(ED)、最大斑块指数(LPI)、景观形状指数(LSI)、香农多样性(SHDI)、边长–面积分维度(PAFRAC)、蔓延度(CONTAG)、聚集度指数(AI)和斑块结合度指数(COHESION)。景观指数的计算在Fragstats 4.1中完成(计算公式和景观指数说明见表1)。

表1 景观格局指数的计算公式及说明

续表

2 结果与分析

2.1 乌审旗景观格局变化分析

乌审旗1977-2012年各类型景观面积见表2。乌审旗面积最大的景观类型为流动沙地景观、固定沙地景观、半固定沙地景观、低湿地景观和森林景观等。文中以固定沙地景观、半固定沙地景观、流动沙地景观面积的变化来表征乌审旗沙漠化变化情况，如图1。

表2 乌审旗1977-2012年各类型景观面积

图1 1977-2012年乌审旗沙地景观面积变化

由图1可看出:研究时段1977-1987年，该旗沙漠化扩展大幅发生，表现为固定、半固定沙地景观面积减少(分别减少363.83 km2和79.37 km2)和流动沙地景观面积增加(382.83 km2);而研究时段1987-2012年，该旗沙漠化发生逆转，即半固定和固定沙地景观面积呈增加趋势，流动沙地景观面积呈减少趋势。其中，固定沙地景观面积增加527.65 km2，半固定沙地景观面积增加489.98 km2，流动沙地面积减少1 517.35 km2，且在研究时段2007-2012年固定沙地景观的面积超过流动沙地景观的面积。

2.2 乌审旗景观指数分析

景观水平指数分析结果见表3，可以看出，从1977-2012年这35年间，乌审旗景观发生较大的 变化。

表3景观水平的景观格局指数

研究时段1977-1987年，乌审旗许多半固定和固定沙地转变成流动和半流动沙地(如图1)，随沙漠化的扩展，最大斑块指数升高，景观中各类型斑块数、斑块密度和边密度减少，表明一些小斑块连成大斑块，景观破碎化程度降低，斑块向流动沙地景观聚集(AI和COHESION增加)，各景观类型分布趋于均一，多样性指数指数增加。

研究时段1987-1997年，景观变化较复杂，表现为:最大斑块指数增加，景观中各类型斑块数、斑块密度和边密度增加;各景观类型分布不均匀，多样性指数减少，斑块形状变得复杂(PAFRAC增加)，景观破碎化程度增加，斑块趋于分散(AI和COHESION减少)，固定、半固定，流动沙地景观三者之间转换复杂，但沙漠化扩展的趋势得到了缓解。

研究时段1997-2012年，流动沙地景观大量转变成半固定和固定沙地景观(如图1)，最大斑块指数大幅度减少，流动沙地斑块破碎化程度增加，导致景观破碎化程度增加，斑块趋于分散(AI和COHESION减少)，景观中各类型斑块数、斑块密度和边密度增加，景观中各类型斑块分布的多样性和均匀度增加(SHDI增加)，斑块形状变得复杂。

3 结论

通过分析5期乌审旗景观格局，本文得出如下结论:1977-2012年乌审旗的景观格局发生了较大的变化，沙漠化扩展的趋势得到抑制并发生逆转，变化时期可以分为两个阶段，1977-1987年沙漠化扩展期和1987-2012沙漠化逆转期。阶段一(1977-1987年)，该地区主要表现为沙漠化扩展:固定沙地和半固定沙地面积减少，流动沙地面积增加，景观破碎化程度减轻。阶段二(1987-2012年)，该地区沙漠化扩展的趋势得到了缓解并发生逆转，但景观趋于破碎化，其变化又可以细分为两个阶段:1987-1997年，沙漠化扩展的趋势得到了抑制，虽然部分地区的沙漠化面积略有增加，但总体趋于稳定，部分地区沙漠化开始逆转;而1997-2012年，乌审旗大部分地区沙漠化逆转，表现在流动沙地面积的大幅度减小，植被开始恢复。

人类活动是造成该地区沙漠化变化的主要因素之一［12，16］。从20世纪70年代末到80年代中期，由于大规模开荒和草场严重超载、过牧等不合理的土地利用方式，乌审旗沙漠化扩展速度较快［17］。到20世纪80年代中后期，由于“双权一制”(落实草原所有权、使用权和承包经营责任制)的土地政策的推行，草场逐步分给牧民管理，过度放牧现象逐渐得到缓解［18］。同期，该地区的牲畜饲养结构发生了变化，表现为山羊和绵羊比例大幅度下降［18-19］。此外，在20世纪80年代，该地区开始飞播造林［20］和“三北工程”［11］，也是20世纪80年代至90年代的沙漠化扩展趋势得到减缓的原因之一。自1998年以来的生态环境综合治理、水土保持、“禁牧”等生态恢复与生态建设工程实施效果明显，对该地区沙漠化的逆转产生了一定的影响［13］。正是因为在这些人类活动综合作用下，乌审旗沙漠化状况得到缓解并发生逆转。

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