基于高程的浑善达克沙地典型区正镶白旗的荒漠化特征分析

李春兰, 银 山,, 包玉海, 张继权, 胡日查, 阿拉腾图雅, 包 刚, 魏宝成

(1.内蒙古师范大学 地理科学学院, 呼和浩特 010022; 2.内蒙古师范大学遥感与信息重点实验室, 呼和浩特 010022; 3.东北师范大学 环境学院, 长春 130024)

基于高程的浑善达克沙地典型区正镶白旗的荒漠化特征分析

李春兰1, 银 山1,2, 包玉海2, 张继权3, 胡日查1, 阿拉腾图雅1, 包 刚2, 魏宝成1

(1.内蒙古师范大学 地理科学学院, 呼和浩特 010022; 2.内蒙古师范大学遥感与信息重点实验室, 呼和浩特 010022; 3.东北师范大学 环境学院, 长春 130024)

以浑善达克沙地典型区正镶白旗为研究对象，应用GIS空间分析功能，从高程的角度分析该旗荒漠化的变化特征。结果表明：随时间的推移，浑善达克沙地典型区正镶白旗，荒漠化土地面积随高程的增加比重减少；在高程为1级、3级和4级处，荒漠化土地面积变化幅度较大，在高程为2级、5级和6级处，荒漠化土地面积变化幅度较小，在荒漠化防治工作进行时重点关注1级、3级和4级，将荒漠化程度较高的土地转换成程度较低的土地，使荒漠化的程度得以缓解；在1989，2000，2007年三个年份，浑善达克沙地典型区正镶白旗整体均是以荒漠化扩展为主，不同高程荒漠化土地的变化程度不同，除高程为2级处出现一定程度缓解外，其余高程均出现很大程度的恶化。

高程; 浑善达克沙地典型区; 正镶白旗; 荒漠化变化特征

荒漠化是当今全球关注的一个重大社会、经济和环境问题，它威胁人类的生存，阻碍资源、环境和社会、经济的可持续发展[1-2]。慈龙骏的研究表明，我国可能发生荒漠化的地区主要分布在29°—49°N，73°—123°E间的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区。我国荒漠化主要类型有：风蚀荒漠化、水蚀荒漠化、土壤理化特性或经济特性退化、自然植被的长期退化及耕地的非农业利用等[2]。由此已经发生荒漠化的面积为262.2×104km2，占我国国土总面积的27.3%[3]。我国干旱、半干旱地区，尤其是黄河中上游地区，旱地农业在耕地中占很大比例，这里又是我国荒漠化发生最容易又最严重的地区。潜在的自然因子加上无序的人为活动，加速了荒漠化的进程，严重影响了旱地农业的发展。

数字高程模型DEM(Eigital ElevationModel)是代表陆地景观中海拔高度空间分布的一种有序的数据集合，它由不连续的采样点高程或由景观中特定单元的平均高程组成。在GIS中，常用来定量研究地形的空间变化特征,利用DEM，可以提取一系列的原生或次生地形模型[4]。DEM能精确的记录空间三维定位信息，是各种地学分析的重要基础性数据。可以很方便的将其转化为高程图、坡向图、坡度图、断面图、晕渲图等研究所需的图，它的应用领域很广泛[5]。在地学分析中，可通过DEM快速、简单的提取高质量的海拔、坡度和坡向信息等各种地形因子[6]。根据实际情况，又对高程、坡度、坡向进行分级。分级要符合当地的自然规律，地形特征及对研究有实际意义[7]。

本研究主要使用ARC/INFO地理信息系统和R2V软件获得数据，从高程的角度来分析正镶白旗土地荒漠化发生的位置，进而提出相应的保护策略，为该地区荒漠化的防治提供参考。

1 研究区概况

正镶白旗位于锡林郭勒盟西南，内蒙古高原东南边缘。介于114°15′—115°37′E，42°05′—43°02′N。东临正蓝旗，南接太仆寺旗和河北康保县，西与镶黄旗和乌兰察布市化德县接壤，北与苏尼特左旗为邻。正镶白旗属阴山山脉东延部分，内蒙古高原的东南边缘，地形南高北低，中部微隆起，由东南向西北倾斜，海拔高度在1 100～1 400 m。最高点是八支箭汗海日罕山，海拔1 764 m。地处浑善达克沙地南缘与丘陵相接地区，南半部为丘陵和低山区，面积26.371 1万hm2，地势起伏较大，有着广阔的天然牧场。北半部为大面积沙丘沙地，面积为27.90 万hm2，占全旗总面积的45%。介于低山丘陵与沙地之间为一窄长的低丘地，面积为7.67万hm2。气候属中温带半干旱大陆性季风气候，寒冷、风大、干旱、无霜期短、温差大、降雨量少且分布不均。年平均气温1.9℃，寒冷期长达半年之久，从10月到来年4月，最冷月(1月)平均气温-17.7℃，极端最低气温达-35.9℃，最热月(7月)平均气温19.1℃，极端最高气温达34.9℃，年平均无霜期111 d。年平均风速达4 m/s，全年大风日数75 d(7～8 级风)。年平均日照时数2888 h，年均日照率65%。正镶白旗年平均降水量363 mm，多集中在7—9月3个月，占全年降水量的68%，降雪量年平均27.1 mm。年均蒸发量为1 932 mm，是降水量的5倍多。

2 数据来源

本研究采用的数据资料是浑善达克沙地典型区正镶白旗1∶5万的36幅地形图进行扫描、纠正后，用R2V软件进行数字化，最后用Arc/Info9.0软件建立研究区的DEM，进而得出不同高程下的不同荒漠化类型分布比例数据。再对浑善达克沙地1989年、2000年和2007年三个时期的TM遥感数据进行空间叠加法和转移矩阵方法将1989年和2000年、2000年和2007年荒漠化矢量图相互叠加，获得1989—2000年、2000—2007年荒漠化土地相互转换的数据，掌握不同类型的荒漠化土地和不同程度荒漠化土地之间的转移情况，并用Microsoft Excel和SPSS软件处理各类数据，建立荒漠化信息数据库。

3 研究方法

3.1 数字高程模型(DEM)的生成

DEM影像的制作是在ARC/INFO地理信息系统和R2V软件支持下进行的，采用了等高距为10 m的1∶50 000地形图36幅。首先地形图的数字化，建立地形等高线数字化矢量线图；其次建立空间拓扑关系；矢量图的地图投影转换、边缘匹配处理及接边；采用三角化不规则网方法，将矢量图转换成TIN数据结构，并进行空间插值；利用ARC/INFO的空间分析模块将TIN数据结构转成栅格数据结构形成DEM数字影像图，栅格大小为30 m×30 m，与TM影像一像元的分辨率一致；空间分析模块栅格，对DEM影像进行裁剪，形成研究区的DEM影像图，本研究主要是通过正镶白旗的DEM影像中的高程进行荒漠化的特征分析。

3.2 高程分级

研究区的高程分级参考了《2004年土地利用更新调查数据技术规定》并结合当地实际情况，高程分了6级。正镶白旗大部分土地分布在高程1 030～1 450 m，分级时，高程1 030～1 450 m分了4级，1 450～1 760 m高程上土地分布面积少，所以简单划分两级。

3.3 荒漠化特征信息的提取

根据中国三北地区荒漠化区域分类与发展趋势综合研究野外调查地质调查内容——技术要求中的《关于中国三北地区荒漠化分类分级及参考指正表的修订》，将浑善达克沙地荒漠化按程度划分为未荒漠化、轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化、极重度荒漠化五级[8-9]，再结合实地调查建立解译标志的基础上，通过对1989年、2000年和2007年三个时期的TM遥感数据进行人机交互式目视解译，获得相应时段的荒漠化分布图和属性数据，在此基础之上，通过对荒漠化分布现状图、动态分布图和属性数据的统计分析，得出浑善达克沙地1989年、2000年、2007年荒漠化程度数据、不同类型荒漠化土地的分布和动态变化数据。

正镶白旗土地大部分面积分布在2级(1 150～1 250 m)和3级(1 250～1 350 m)上，占总面积的74.16%，4级上(1 350～1 450 m)分布14.86%，1级(1 030～1 150 m)和5级(1 450～1 600 m)上的总分布10%左右，6级(1 600～1 760 m)上的分布非常少，不到1%。高程在1 150 m以下的土地主要分布在白旗西北的乌兰察布苏木。分布面积最广的2级高程主要分布在北部的沙地，乌兰察布苏木的部分地区和伊和淖尔苏木的大部分地区。3级高程主要分布在白旗的东北部部分地区及中部丘陵的周围，主要在明安图镇，4级及以上的高程分布在正镶白旗中部及南部的低山丘陵带。

4 结果与分析

4.1基于高程的浑善达克沙地典型区正镶白旗的荒漠化现状特征分析

4.1.1 不同高程下荒漠化现状特征分析 应用GIS空间分析功能，叠加浑善达克沙地典型区正镶白旗高程分级数据和荒漠化数据，可以得到该旗1989年、2000年、2007年的荒漠化现状及动态数据(图1—3)。

由图1可知：1989年正镶白旗高程1—6级中荒漠化程度所占比重最大的分别是重度荒漠化、极重度荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、极重度荒漠化，分别占了19.45%，75.7%，40.8%，22%，4.89%，0.27%，比重最小的分别是未荒漠化、未荒漠化、极重度荒漠化、重度荒漠化、极重度荒漠化、重度荒漠化，分别占了4.59%，27.3%，8.16%，1.5%，0，0，由此可知，正镶白旗在高程为1，2，3，4级处荒漠化发生的类型齐全，2，3，4级处荒漠化发生的比例比较大。

图1 1989年不同高程下荒漠化类型分布比例曲线图

图2 2000年不同高程下荒漠化类型分布比例曲线

从图2可知：2000年正镶白旗高程1～6级中荒漠化程度所占比重最大的分别是重度荒漠化、极重度荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、极重度荒漠化，分别占了19.45%，75.7%，40.8%，22%，4.89%，0.33%，比重最小的分别是未荒漠化、未荒漠化、极重度荒漠化、极重度荒漠化、极重度荒漠化、重度荒漠化，分别占了4.59%，27.3%，8.16%，1.5%，0，0，由此可知，高程为1，2，3，4级处荒漠化发生的类型齐全，2，3，4级处荒漠化发生的比例比较大。

图3 2007年不同高程下荒漠化类型分布比例曲线

从图3可知：2007年正镶白旗高程1—6级中荒漠化程度所占比重最大的分别是中度荒漠化、极重度荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、极重度荒漠化，分别占了13.5%，71.5%，42.2%，27.9%，6.4%，0.393%，比重最小的分别是未荒漠化、极重度荒漠化、极重度荒漠化、极重度荒漠化和重度荒漠化、重度荒漠化，分别占了2.4%，20.5%，15%，2.12%，0.01%，0，由此可知，高程为1，2，3，4级处荒漠化发生的类型齐全，2，3，4级处荒漠化发生的比例比较大。

综上所述，1989年、2000年和2007年三个年份的荒漠化土地在不同高程上的分布有以下共同特点：1级处重度荒漠化及其以上程度的荒漠化土地所占比重比较大，2级处中度荒漠化及其以上程度的荒漠化土地所占比重比较大，3级处中度荒漠化及其以下程度的荒漠化土地所占比重比较大，4级和5级是未荒漠化的土地比重占的比较大，6级是未荒漠化和极重度荒漠化的土地所占比重比较大，即随着高程的增加，荒漠化土地所占比重减少，荒漠化程度降低。荒漠化程度较强的土地主要分布在海拔较低的高程上，随着高程的升高荒漠化程度减弱。由于1级和2级高程低的地区主要是沙地，植被覆盖度低，固定和半固定沙丘连绵分布，而海拔较高的3和4、5级是低山丘陵草原区，植被覆盖度较高，退化土地恢复较好，所以荒漠化程度较低。所以在进行该地区荒漠化防治时重点关注低海拔地区。

4.1.2 同一高程下的荒漠化现状特征分析 高程为1级时(图4)，与1989年相比，2000年除重度荒漠化的比例略有降低外，其余程度的荒漠化比例均有略微的增加，而2007年除中度荒漠化的比例略有增高外，其余程度的荒漠化比例均出现较大程度的降低。高程为2级时(图5)，1989年和2000年荒漠化的变化趋势基本一致，即荒漠化的程度越高，所占比重越大，与前两年相比，2007年中度荒漠化程度以下的比例略有降低，之后的比重出现较大程度的增加。高程为3级时(图6)，1989年和2000年荒漠化的变化趋势基本一致，即荒漠化的程度越高，所占比重越小，与前两年相比，2007年中度荒漠化程度以下的比例略有降低，之后的比重出现较大程度的增加。高程为4级时(图7)，与1989年相比，2000年除极重度荒漠化的比例略有降低外，其余程度的荒漠化比例变化趋势基本一致，而2007年中度荒漠化程度以下的比例有较大程度的增加，之后的比重出现较大程度的降低。高程为5级时(图8)，与1989年相比，2000年中度荒漠化程度以下的比例略有降低，之后的比重出现较大程度的增加。而2007年轻度荒漠化程度以下的比例有较大程度的增加，之后的比重出现较大程度的降低。高程为6级时(图9)，1989年和2000年荒漠化的变化趋势基本一致，即荒漠化的两个极端占的比重较大，中间程度的比重较小，与前两年相比，2007年荒漠化的变化的大致走向基本一致，但轻度荒漠化和中度荒漠化所占比重有较大程度的降低，其余程度的荒漠化比重有较大程度的增加。综上所述，在1级、3级和4级高程处，三个年份中荒漠化土地的变化幅度较大，在2级、5级和6级高程处，三个年份中不同程度荒漠化的变化幅度较小。

图4高程为1级图5高程为2级

图6高程为3级图7高程为4级

图8高程为5级图9高程为6级

4.2基于高程的浑善达克沙地典型区正镶白旗的荒漠化动态特征分析

1989—2000年间，不同高程的荒漠化土地动态变化统计如表1所示，总恶化面积为31 208.22 hm2，逆转面积为29 988.6 hm2，恶化面积大于逆转面积，说明该时段内主要以荒漠化扩展为主。具体的变化为，在高程为1级处恶化面积为1 726.83 hm2，逆转面积为1 334.29 hm2，恶化面积大于逆转面积，表现出荒漠化扩展的特征，在2级处恶化面积为8 668.99 hm2，逆转面积为18 728.46 hm2，恶化面积明显小于逆转面积，表现出荒漠化巨缩小的特征，在3级处恶化面积为19 274.56 hm2，逆转面积为9 475.35 hm2，恶化面积明显大于逆转面积，表现出荒漠化巨扩大的特征，在4级处恶化面积为1 450.36 hm2，逆转面积为450 hm2，恶化面积明显大于逆转面积，表现出荒漠化巨扩大的特征，在5级处恶化面积为87.48 hm2，逆转面积为0.18 hm2，恶化面积明显大于逆转面积，表现出荒漠化巨扩大的特征，在6级处的荒漠化几乎没有变化。

荒漠化程度加剧和恶化的地区主要发生在高程为1级、3级、4级和5级，变化程度4级>3级>5级>1级，其中3级和4级高程的变化程度巨大，1级和5级高程上有一定的加剧，但变化不大。而高程2级处的荒漠化出现缓解。

表1 1989-2000年不同高程的荒漠化恶化面积统计表 hm2

2000—2007年，不同高程的荒漠化土地动态变化统计如表1所示，总恶化面积为19 914.66 hm2，逆转面积是18 878.56 hm2，恶化面积大于逆转面积，但恶化幅度比1989—2000年的恶化幅度小，荒漠化总体上有所缓解。具体的变化为，在1级处恶化面积为2 181.6 hm2，逆转面积为632.88 hm2，恶化面积明显大于逆转面积。表现出荒漠化巨扩大的特征，在2级处恶化面积为8 830.2 hm2，逆转面积为10 627.92 hm2，逆转面积大于恶化面积，表现出荒漠化缩小的特征，在3级处恶化面积为7 149.89 hm2，逆转面积为6 125.05 hm2，恶化面积大于逆转面积，表现出荒漠化扩大的特征，在4级处恶化面积为1 503.9 hm2，逆转面积为1 434.03 hm2，恶化面积大于逆转面积，表现出荒漠化扩大的特征，在5级处恶化面积为275.94 hm2，逆转面积为58.68 hm2，恶化面积明显大于逆转面积，表现出荒漠化巨扩大的特征，在6级高程处的荒漠化几乎没有变化。荒漠化程度加剧和恶化的主要发生在高程为1级、3级、4级和5级，变化程度1级>3级>5级>4级，其中1级和3级高程的变化程度巨大，4级和5级高程上有一定的加剧，但变化不大。而高程为2级处的荒漠化出现缓解。

综上所述，1989—2007年，浑善达克沙地典型区正镶白旗整体是以荒漠化扩展为主，不同高程荒漠化土地的变化程度不同，除高程为2级处出现一定程度缓解外，其余高程均出现很大程度的恶化。

5 结 论

(1) 随时间的推移，浑善达克沙地典型区正镶白旗，随高程的增加，荒漠化土地所占比重减少，荒漠化程度降低的总趋势不变。

(2) 在1级、3级和4级高程处，荒漠化土地面积变化幅度较大，在高程为2级、5级和6级处，荒漠化土地面积变化幅度较小。在进行荒漠化防治工作时重点关注高程为1级、3级和4级的地方，将荒漠化程度较高的土地转换成程度较低的土地。

(3) 1989年、2000年、2007年三个年份，浑善达克沙地典型区正镶白旗整体是以荒漠化扩展为主，不同高程荒漠化土地的变化程度不同，除高程为2级处出现一定程度缓解外，其余高程均出现很大程度的恶化。

[1] 慈龙骏.我国荒漠化发生机理与防治对策[J].第四纪研究,1998(2):97-107.

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[9] 银山.内蒙古浑善达克沙地荒漠化动态研究[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2010.

BasedontheElevationtoAnalysistheCharacteristicsofDesertificationinZhengxiangbaiqiRegionintheClassicalSandLandHunshandake

LI Chun-lan1, YIN Shan1,2, BAO Yu-hai2, ZHANG Jiquan3,HU Ri-cha1, A Latengtuya1, BAO Gang2, WEI Bao-cheng1

(1.CollegeofGeographicalSciences,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China; 2.RemoteSensingandInformationKeyLaboratony,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China; 3.CollegeofEnvironment,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China)

In this paper, we took Zhengxiangbaiqi region in the classical sand land Hunshandake as the study area, and used the spatial analysis function of CIS to analyze the change characteristics of desertification. The results are as followings: the area of desertification in Zhengxiangbaiqi region has the relationship with the elevation, the area of desertification decreased and with the increase of elevation; in the grades of one, three and four, the area of desertification changes a lot, while in the grade of two, five and six, the area of desertification changes little. When taking measures to protect, we should pay more attention to the grades of one, three and four, and change the higher degree into a lower degree to alleviated the desertification; in the year of 1989, 2000 and 2007, the desertification of the classical sand land of Hunshandake in the Zhengxiangbaiqi region is spreading, and the desertification of different degree changes in different elevations. The others all deteriorated greatly except certain extent alleviation in the grade two.

elevation; classical sand land Hunshandake; Zhengxiangbaiqi region; change characteristic of desertification

2013-10-24

：2013-11-05

“十二五”科技支撑计划项目资助(2013DAK05B01)；国家自然科学基金地区联合资助重点项目(41161060)；内蒙古师范高层次人才和科研启动经费资助的项目(YJRC12054)；内蒙古自治区自然基金(2013ZD08)；内蒙古师范大学重大项目培育专项项目(2013ZDPY04)；内蒙古牧区重大干旱灾害风险评估与应对技术研究(20130430)；内蒙古牧区重大气象灾害风险预警与应急管理关键技术研究(2013MS0601)。

李春兰(1989—),女,四川省绵阳人,博士研究生,主要研究双动两案教学和课堂教学行为研究及自然灾害。E-mail:15598022233@163.com

银山(1963—),男(蒙古族),内蒙古通辽人,博士,教授,主要从事自然地理学和荒漠化及自然灾害方面的研究。E-mail:yinshan@imnu.edu.cn

P208

：A

：1005-3409(2014)04-0295-05