毛乌素沙地荒漠化演变特征分析

2017-05-22王文才王忻任兰英

西部资源 2017年2期

王文才+王忻+任兰英

摘要：该文以毛乌素沙地为研究区，采用遥感和GIS技术手段，通过2000、2007、2009及2014年的4期卫星遥感影像，进行解译获取研究区荒漠化现状特征，并在此基础上通过叠加分析和景观格局指数分析方法，对研究区的荒漠化特征进行的演化分析。分析结果表明：（1）从2000年～2014年期间，研究区荒漠化土地面积有所增加趋势，从2000年的1285004.97km2上升到2014年的756433.26km2。（2）从景观指数角度分析，从2000年～2014年间研究区具有景观破碎程度均较低，各景观类型之间的破碎化值差距较大等特征。（3）从景观类型的转移特征来看，从2000年～2014年间荒漠化程度先好转又恶化的特征，总体上荒漠化程度加剧特征。

关键词：毛乌素沙地；荒漠化；遥感；景观格局

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

隨着社会不断进步，自然灾害发生概率越来越频繁。在自然界本身及人类活动的共同作用下，生态环境问题和生态灾害日益增多，已经对人类的生产、生活造成了严重的影响。在众多生态灾害中，荒漠化灾害已经是全球较为严重的灾害之一，严重地影响着我们的生活。我们深刻体会到近年来频发爆发沙尘暴，已经给我们的生活带来严重的危害，沙源就是荒漠化所造成的产物。荒漠化灾害对基础设施、生产建设、粮食安全等方面造成严重危害。主要表现在生物群落退化、土地退化及环境恶化等方面。

我国是荒漠化灾害最为严重的国家之一。根据《第四次全国荒漠化和沙化监测报告》的统计，截止到2009年底，我国荒漠化土地面积占国土总面积27.33%，总面积为262.37×104hm2，已经分布在18个省、直辖市的508个旗县。我国每年因土地荒漠化而造成直接经济损失达560亿元人民币，已近4亿人口受到土地荒漠化危害。

内蒙古是中国荒漠化灾害最是严重的省区之一，荒漠化土地面积为61.77万hm2，占自治区总土地面积的52.2%，草原牧区、农牧交错带的荒漠化灾害最为突出。

毛乌素沙地地处我国北方农牧交错带中部，生态环境相对脆弱，是生态灾害较容易产生的地区之一。独特的地理位置决定了它成为我国北方重要的生态屏障。随着毛乌素沙地区域的经济不断发展及全球变暖的大背景，植被覆盖发生了较大的变化。1980年以来，全球变暖的趋势已日趋凸显，加上气候与地表覆盖变化具有密切联系的关键点，使毛乌素沙地成为当前关注荒漠化最为严重的地区之一。本文以毛乌素沙地为研究对象，研究其分布现状、景观格局时空变化特征、原因，可为沙地开发和合理利用，实现资源、环境、社会和经济可持续发展提供科学依据。

2. 研究区概况

2.1 地理位置

毛乌素沙地亦称“鄂尔多斯沙地”，主要位于内蒙古自治区鄂尔多斯地区，是中国四大沙地之一。行政区域内为杭锦旗、鄂托克旗、鄂托克前旗、伊金霍洛和乌审旗的部分地区、陕西省榆林北部地区、宁夏回族自治区盐池县东北部的地区，总面积达3.6hm2，经纬度范围是：37°27′30″～39°22′30″N、107°20′～111°30′E。

2.2 气候特征

因为其气候特征影响导致夏天易发生洪涝，春冬季极易发生干旱。年际降水变率特别大，主要集中在夏季，导致该季节涝灾多发的原因，此成为我国沙地暴雨地区之一。春冬两季降水与之相反，降雨少，大风天气（20天～40天左右，最多时候出现过90天）较多，加上蒙古高原冷高壓的影响，导致这春冬季节发生旱灾，发生次数多于涝灾。年均蒸发量是降水量的5倍左右，东部、西部地区水热差很大，除此之外气温有变暖趋势，这有可能对其干旱天气带来影响。

2.3 地质地貌特征

在地貌类型上存“梁”“滩”平行排列相间地貌，“梁”主要从鄂尔多斯中西部高地向东南延伸出来受到切割形成了西北—东南方向的冲积平原，即滩地。“梁”地主要由白垩纪紫红色和侏罗纪灰绿色砂岩层所构成，团结度差、容易风化和大风等作用下，使得本区各种第四纪沉积物含沙量较大，成为地形成的沙物质来源。

2.4 植被与土壤

毛乌素沙地所处农牧交错带，它的植被类型分布呈明显地域差异，沙生植物、草甸植被是主要植被类型，沙生植物主要为沙米、小叶锦鸡儿和沙柳等，草甸植被为草苔、海乳草、芨芨草等。该区固定沙地植被由含杂类草的油蒿群落作为主体，盖度已达40%～50%，构成该区的一大特色。

此地既有地带性土壤，亦有非地带性土壤。毛乌素沙地属于淡栗钙土干草原地带，流沙、巴拉（半固定和固定沙丘）广泛分布。因沙化严重地带性土壤大多已变为风沙土，主要包括草原风沙土、草甸风沙土。除此之外，还有小面积潮土、脱潮土和盐化潮土，钙土、积土等零星分图。

3. 研究方法及数据处理

3.1 空间叠加分析方法

利用ArcGIS等地理信息系统软件，对研究区的2000年、2005年、2007年、2009年及2014年的影像进行了校正基础上进行了荒漠化景观的解译、提取荒漠化数据。并获取到2000年、2005年、2007年、2009年和2014年等同一月份的矢量数据后，制作出每一时期的荒漠化景观分布图、景观类型比例图等图表。获得2000年、2005年、2007年、2009年、2014年5期荒漠化景观空间格局的现状数据。在此基础上利用叠加分析方法进行了转移矩阵分析。

3.2 景观指数分析方法

综合考虑毛乌素沙地景观类型分类体系等实际情况，选取能准确分景观格局的变化和确保计算精度的指标。并在ArcGIS、Frgastats等软件的支持下计算出各个时期景观指数。

4. 结果分析

4.1 毛乌素沙地荒漠化景观格局现状分析

经过景观格局解译获取，2000年毛乌素沙地总面3572417hm2，未荒漠化面积占35.97%，面积为1285004.97hm2，荒漠化面积占研究区面积的61.77%，面积为2206809.98hm2，在其中轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占23.48%、13.55%、24.74%。2005年，未荒漠化面积占36.31%，面积为1297196.73hm2，荒漠化面积占研究区面积的61.37%，面积为2192386.5hm2，在其中轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占23.52%、13.25%、24.61%，面积以此为840096.18hm2、473191.2hm2、879099.12hm2。2007年，未荒漠化面积占25.71%，面积为918064.89hm2，荒漠化面积占研究区面积的71.73%，面积为2562525.99hm2，在其中轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占23.32%、21.83%、26.61%。面积以此为832614.3hm2、779647.32hm2、950264.37hm2。2009年，未荒漠化面积占25.74%，面积为919128.87hm2，荒漠化面积占研究区面积的71.60%，面积为2557903.41hm2，在其中轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占23.31%、21.81%、26.51%。面积以此为832370.4hm2、778944.69hm2、946588.32hm2。2014年，未荒漠化面积占21.18%，面积为756433.26hm2，荒漠化面积占研究区面积的71.65%，面积为2738205.9hm2，在其中轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化各占29.32%、21.19%、26.17%。面积以此为1047097.98hm2、756622.71hm2、934485.21hm2。

4.2 毛乌素沙地荒漠化景观指数特征分析

2000年，荒漠化景观、轻度荒漠化景观和重度荒漠化景观在控制作用很明显，它们在研究区的景观基质，控制景观整体结构、功能、动态过程中占主导的作用，景观类型斑块特征是，斑块数量（NP）最多的是未荒漠化景观，其次为是轻度风蚀荒漠化景观、重度风蚀荒漠化景观、中度风蚀荒漠化等景观，除了河流跟居民工矿用地，其余类型的形状都比较复杂不规则，斑块类型之间的相邻程度很高，各类型的破碎化程度都很低。2005年，景观指数特征如下；最大斑块指数值可看出，未荒漠化景观最大斑块所占景观类型面积比重最高，未荒漠化景观斑块远大于其他景观斑块，其次就是重度风蚀荒漠化景观，从形状指数值可知，本年度的全部类型的景观斑块都很复杂而不规则，最复杂的是重度水蚀荒漠化景观，跟2000年一样各类型的破碎化程度都很低。2007年毛乌素沙地景观类型中优势度最高的是重度风蚀荒漠化景观，斑块密度、平均斑块面积值可知，轻度风蚀为荒漠化景观斑块最大，重度风蚀荒漠化景观边缘被分割程度最大，轻度盐渍荒漠化景观边缘被分割程度最低，斑块形状是最复杂不规则的重度水蚀荒漠化景观，规则的是轻度盐渍荒漠化景观，景观破碎化值之间的差别较大，分别为重度水蚀荒漠化0.0528和轻度盐渍荒漠化0.0017。景观类型之间相邻斑块类型最多的重度水蚀荒漠化景观，最小的是轻度盐渍荒漠化景观，重度水蚀荒漠化景观几乎与所有类型景观相邻。2009年观指数特征如下；斑块密度、平均斑块面积值可知，轻度风蚀的荒漠化景观斑块最大，重度风蚀荒漠化景观边缘被分割程度最大，几乎跟其他类型景观都相邻。景观破碎化值很是接近，但不是很高，破碎化程度中等，重度风蚀荒漠化景观相邻斑块类型数量最多，几乎与全部景观类型相邻。2014年，最大小斑块数量差距很大，中度风蚀荒漠化2033块，中度水蚀荒漠化7块。斑块密度值均很小，最大的是中度风蚀荒漠化为0.0569，中度水蚀荒漠化0.0002，各类型景观以大面积斑块为主，破碎度不高。最大斑块指数最大的仍然是重度风蚀荒漠化景观5.47。重度风蚀荒漠化景观边缘被分割程度最高，所以边缘效应可能性已是最高；中度水蚀荒漠化景观的最低，中度水蚀荒漠化斑块形状最复杂，居民工矿用地斑块形状相对简单规则。散布与并列指数值均高于66%，景观类型斑块相邻程度较高；中度水蚀荒漠化散布与并列指数值为49.2379%，并与较多类型景观相邻。类型景观破碎化程度不高，相对而言水域破碎化程度最大，轻度风蚀荒漠化破碎化程度最低。

4.3 毛乌素沙地荒漠化景观类型转移变化特征分析

荒漠化面积的角度来说，2000年～2005年未荒漠化和荒漠化的面积比例差不多，虽然面积有所变化，但不是很大，细说荒漠化等级，也没有什么大的变化动态。2005年至2007年之间的变化比较大，未荒漠化面积变小，比例减少10%左右，同时荒漠化面积增加，比例增加了10%左右。在2009年，跟2007年相比，没有什么明显的变化，保持水平线，荒漠化等级里也没有明显的变化。到2014年，荒漠化更严重了，面积又增加180302.49hm2，比例下降了5%。与此同时，未荒漠化面积下降了162695.61hm2，比例减少了4%。增加的荒漠化等级里转移最多的为轻度荒漠化，主要为轻度风蚀荒漠化，面积上升了214727.58hm2，比例多了8%。2000年～2005年，改善面积小于退化面积，但差距很小，变化值也很小，虽然没有在明显的退化，但是存在着隐形的恶化。2005年～2007年，改善面积大于恶化面积。2007年～2009年，恶化面积比改善面积大四倍，因为是变化值不是很大，所以退化的不是很严重。2009年～2014年，还是退化了，而且比较严重，恶化面积为17606.9hm2。

5. 结论

随着人口数量不断增加、人类对物质生活质量追求不断提高，人类无止境的向自然资源进行掠奪性的开发和破坏，加剧土地荒漠化进程，导致生态环境日益恶化，威胁着人类自身的生存及发展。

本文通过遥感和GIS技术，对2000年、2005年、2007年、2009年、2014年共5期遥感影像数据进行分析后得到了以下结论：

（1）从2000年～2014年期间，研究区荒漠化土地面积有所增加趋势，从2000年的1285004.97hm2上升到2014年的756433.26hm2。

（2）从景观指数角度分析，从2000年～2014年间研究区具有景观破碎程度均较低，各景观类型之间的破碎化值差别较大等特征。

（3）从景观类型的转移特征来看，从2000年～2014年间荒漠化程度先好转又恶化的特征，总体上荒漠化程度加剧特征。

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