甘肃省2009—2014年沙化土地动态变化分析

2018-01-10杨小鹏王小军陈翔舜马仲武高斌斌甘肃省生态环境监测监督管理局甘肃兰州730020甘肃省林业调查规划院甘肃兰州730020

中国水土保持 2018年1期

杨小鹏，王小军，陈翔舜，马仲武，高斌斌(1.甘肃省生态环境监测监督管理局，甘肃兰州730020； 2.甘肃省林业调查规划院，甘肃兰州 730020)

杨小鹏1,2，王小军1,2，陈翔舜1,2，马仲武1,2，高斌斌1,2
(1.甘肃省生态环境监测监督管理局，甘肃兰州730020； 2.甘肃省林业调查规划院，甘肃兰州 730020)

沙化土地；动态变化；监测；5年变化率；2009—2014年；甘肃省

甘肃省位于我国西北部，是沙化土地分布大省，处于全国防沙治沙的前沿地带。土地沙化造成了当地生态环境的严重恶化，阻碍了经济社会的发展。为全面、准确地掌握甘肃省沙化土地现状及动态变化信息，采用2009、2014年两期卫星遥感数据判读与地面调查相结合的技术方法，对2009—2014年研究区沙化土地面积、类型、程度、分布进行了对比分析。结果表明：2009—2014年，研究区沙化土地总面积减少了74 243.3 hm2，5年变化率为-0.61%，沙化土地面积进一步减少，沙化程度进一步减轻。这主要是气温升高、降水增加等自然因素，以及植被建设、人口控制、基础设施建设等人为因素共同作用和影响的结果。

沙化土地是指在各种气候条件下，由于各种因素形成的、地表呈现以沙(砾)物质为主要标志的退化土地[1]。土地沙化所造成的生态环境恶化及其对社会经济发展的阻碍，已成为21世纪威胁人类生存、社会稳定与可持续发展的重要问题之一[2-3]。沙化土地监测研究是贯彻落实《中华人民共和国防沙治沙法》，履行《联合国防治荒漠化公约》的重要手段，是搞好防治工作和防灾减灾的重要基础[4]。甘肃省是沙化土地分布大省，处于全国防沙治沙的前沿地带，其生态系统的健康发展对维护北方生态安全和社会稳定起着举足轻重的作用。为了全面、准确地掌握甘肃省沙化土地现状及动态变化信息，本研究以2009、2014年两次沙化土地监测数据为基础，分析了2009—2014年甘肃省沙化土地变化情况，并对变化原因进行了分析，以期为制定甘肃省和全国防沙治沙政策和长远规划、合理利用国土资源、实现可持续发展提供参考资料和科学依据。

1 研究区域

1.1 研究区概况

甘肃省位于我国西北部，地处黄河上游地区，地貌复杂多样，地形狭长，自西北向东南长约1 350 km，面积为42.58万km2，占国土总面积的4.4%。甘肃省深居西北内陆，海洋温湿气流不易到达，成雨机会少，大部分地区气候干燥，具有明显的温带大陆性季风气候特征，冬季寒冷漫长，夏季短促温热。地区间气候差异显著，年均气温约9 ℃，日照充足，年日照时数为1 700～3 300 h，且自东南向西北逐渐增多。年均降水量为36.6～734.9 mm，降水主要集中在6—9月，且由东南向西北递减[5]。特殊的地理和气候条件，使得甘肃省成为气候变化的敏感区和生态环境的脆弱区[6]。

1.2 研究范围

甘肃省沙化土地监测研究范围包括8个市(州)的24个县(市、区)，分别为酒泉市的肃州区、金塔县、玉门市、瓜州县、敦煌市、肃北县、阿克塞县，嘉峪关全市，张掖市的甘州区、临泽县、高台县、山丹县、民乐县、肃南县，金昌市的永昌县、金川区，武威市的凉州区、民勤县、古浪县，白银市的景泰县、靖远县、平川区，庆阳市的环县，甘南州的玛曲县。监测区域面积2 311.01万hm2，占全省土地总面积的54.3%。

2 研究方法

2.1 数据来源

本研究选取2009年TM和ETM影像作为基础数据源， 2014年国产资源一号、资源三号卫星影像作为主要数据源，成像时间选择在植被状况较好的夏秋季节(7—9月份)。其他辅助资料的收集及预处理：采用覆盖全区的1∶10万地形图、行政区划图进行地形特征、交通状况、居民点分布等的辅助分析；收集并处理了全区的气象、水文、社会经济、防沙治沙、风沙危害等基础数据，用以研究沙化土地动态变化驱动因素；收集了全区的土地利用详查图、草地资源图、森林分布图、土壤分布图等，用以辅助遥感影像解译[7]。

2.2 技术方法

本研究采用高分辨率遥感数据判读与地面调查相结合的技术方法，应用经过几何精校正和增强处理后的卫星遥感影像，在建立解译标志的基础上，利用计算机软件人机交互遥感解译方式，按沙化区划条件划分图斑并对调查因子进行初步解译，再到现场核实图斑界线和各项调查因子，获取沙化土地的面积、分布及其变化信息[8]。

2.3 沙化土地类型及沙化程度分类系统

本研究按照国家林业局《全国荒漠化和沙化监测技术规定》对沙化土地进行分类，共分为9个类型，包括流动沙地(丘)、半固定沙地(丘)、固定沙地(丘)、露沙地、沙化耕地、非生物治沙工程地、风蚀残丘、风蚀劣地、戈壁[9](表1)。沙化程度分为轻度、中度、重度和极重度4级[10]。

表1 沙化土地分类系统

2.4 数据处理方法

变化率反映了研究期内沙化土地的变化情况。通过计算沙化土地面积5年变化率来划分沙化发展状况[11-12]，计算公式为

R=(Mb-Ma)/Ma×100%

式中：R为沙化土地变化率；Mb为测算终结年沙化土地面积；Ma为测算起始年沙化土地面积。

2.5 数据处理

本研究采用ERDAS IMAGINE软件进行遥感影像处理，采用ArcGIS软件进行矢量数据处理，采用全国荒漠化和沙化监测系统软件进行遥感影像解译，采用Excel进行数据整理分析，采用MAPGIS和Adobe Photoshop软件进行制图。

3 沙化土地动态变化情况

研究显示，2009—2014年研究区沙化状况有明显好转，呈现“整体遏制，持续缩减”的良好态势。

3.1 土地沙化类型变化分析

从沙化土地类型看，2009—2014年的5年间流动沙地(丘)减少了136 333.5 hm2，5年变化率-6.85%；半固定沙地(丘)增加了85 449.5 hm2，5年变化率6.82%；固定沙地(丘)增加了25 132.3 hm2，5年变化率1.46%；露沙地增加了2 258.9 hm2，5年变化率5.43%；沙化耕地减少了6 429.6 hm2，5年变化率-10.39%；非生物治沙工程地减少了868.2 hm2，5年变化率-50.60%；风蚀残丘增加了19 356.0 hm2，5年变化率94.15%；风蚀劣地减少了24 496.9 hm2，5年变化率-15.25%；戈壁减少了38 311.8 hm2，5年变化率-0.55%(图1、表2)。

图1 研究区2009、2014年各类沙化土地分布

5年间，面积变化幅度最大的是流动沙地(丘)，减少了13.6万hm2，减少最多的是阿克塞县、高台县和金塔县，分别减少了8.8万、1.2万、0.8万hm2，这其中大部分是植被覆盖度的增加使流动沙地(丘)转变为半固定沙地(丘)和固定沙地(丘)。

表2 各类沙化土地面积动态变化

3.2 土地沙化程度变化分析

从土地沙化程度来看，轻度沙化土地面积增加了136 957.6 hm2，5年变化率26.94%；中度沙化土地增加了199 689.7 hm2，5年变化率11.21%；重度沙化土地减少了10 534.2 hm2，5年变化率-0.41%；极重度沙化土地减少了400 356.4 hm2，5年变化率-5.42%(表3)。

表3 土地沙化程度动态变化

5年间，轻度沙化土地和中度沙化土地均在增加，共增加了336 647.3 hm2，重度沙化土地和极重度沙化土地面积均在减少，共减少了410 890.6 hm2。轻度和中度沙化土地面积占沙化土地面积比例由2009年的18.7%增加到2014年的21.6%，而重度和极重度沙化土地面积比例则由81.3%下降到78.4%，重度沙化土地面积减少最多的是瓜州县和金塔县，分别减少了3.9万、3.8万hm2，极重度沙化土地面积减少最多的是瓜州县、临泽县和肃北县，分别减少了5.2万、4.5万、4.4万hm2。从上述分析可以看出，2009—2014年研究区土地沙化程度呈减轻趋势。

3.3 各市(州)沙化土地动态变化分析

从各市(州)沙化土地面积变化情况来看，嘉峪关市沙化土地减少了146.2 hm2，5年变化率-0.23%；金昌市沙化土地减少了5 412.3 hm2，5年变化率-4.43%；白银市沙化土地减少了6 226.5 hm2，5年变化率-8.69%；酒泉市沙化土地减少了40 650.1 hm2，5年变化率-0.42%；张掖市沙化土地减少了16 197.0 hm2，5年变化率-2.42%；武威市沙化土地减少了6 023.6 hm2，5年变化率-0.39%；庆阳市沙化土地减少了1 240.0 hm2，5年变化率-0.70%；甘南州沙化土地增加了1 652.4 hm2，5年变化率25.41%(表4)。

表4 各市(州)沙化土地面积动态变化

由表4可以看出，除甘南州沙化土地面积增加外，其他市(州)沙化土地面积均呈减少趋势。5年间，甘南州(玛曲县)沙化土地面积增加了1 652.4 hm2，5年变化率最大，达到了25.41%，这是自然过程与人为加速过程彼此叠加相互反馈的结果，是以人为因素为主导并与自然因素共同作用和影响的产物[13-14]。首先，由于气候变化，黄河来水量减少，河道滩地裸露，经过牛羊踩踏，表层土壤遭破坏，致使河道积沙裸露；其次，过度放牧，土地利用强度加大，致使草场退化，大面积的非沙化土地转变为沙化土地，沙化程度进一步加剧；再次，鼠虫害猖獗，引起大面积的草地退化，在风力作用下，这些退化草地成为沙化新的突破口。为了合理利用天然草地，遏制草场退化，玛曲县近年来实施了甘南黄河重要水源补给生态功能区生态保护与建设等一系列生态保护工程，有效地改善了甘南州的生态环境，但由于政策实施效果具有一定的迟滞性[15]，因此在短时间内其作用并未完全体现出来。

4 沙化土地面积变化原因分析

通过对比分析得出，研究区2009—2014年土地沙化总面积呈减少趋势，沙化程度呈减轻趋势。究其原因，气候变化和人类活动依旧是沙漠化逆转过程的两大驱动力[16]。

4.1 自然因素

已有研究表明，无论是地质历史时期还是现代，气候变化始终是影响沙漠化的一个主要因素，特别是气候变化中的降水和气温是影响植被覆盖时空演变的重要因素[17]，在大范围内控制着沙化的发展过程。研究区(特别是河西地区)由于受西风环流影响，气候正在由暖干向暖湿转型，这种转变主要表现在气温有所上升、降水有所增加[18]。据2009—2013年《甘肃发展年鉴》，甘肃省2009—2013年平均气温逐年升高，降水量也在逐年增加(表5)。另据《2014年甘肃气候变化监测公报》，1961—2014年甘肃省年均气温呈上升趋势，平均每10年升高0.26 ℃，升幅高于全国平均水平；平均年雨日呈弱增加趋势，每10年增加2天。气温升高会导致植物生长季节提前和生长加速，降水的增加会导致植被覆盖度的增加，升温和降水对北方荒漠植被生长的促进作用主要体现在春季和夏季[19]。这说明气候变化是研究区土地沙化面积减少和程度减轻的重要因素。

表5 甘肃省2009—2013年各年平均气温、降水量

4.2 人为因素

自然因子起着催化和诱发的作用，为次要因素，人类的活动则更加明显地加速或抑制了土地沙化的发展，为主导因素[20]。

(1)大搞植被建设，建立防护体系。土地沙化过程是风力作用于沙质地表而产生的，其形成依赖于风力必须大于或等于风蚀起沙的临界风速、地表存在沙源、地表裸露或植被稀疏这三个条件，沙化防治的关键就在于如何消除沙化的这些形成条件。国内外大量实践证明，采取生物措施是我国沙化防治最根本的途径[21]。甘肃省近几年连续实施的三北防护林、退耕还林、退牧还草等一系列工程，以及先后启动实施的石羊河流域防沙治沙及生态恢复工程、敦煌水资源合理利用与生态保护工程、黄河重要水源补给生态功能区生态保护与建设工程等重点治理项目，对沙区生态恢复与建设起到了积极作用，此外小流域治理、水土流失治理、天然林保护和自然保护区建设等工程的实施也起到一定作用。各沙化地区以防沙治沙为目标，2009—2013年共完成治沙造林3.0万hm2、封沙育林育草2.8万hm2，同时从2013年开始启动了沙化封禁保护补助试点工程。这些防沙治沙工程的实施，对土地沙化有一定的遏制作用，促进了林草植被恢复，研究区林草覆盖度大幅度增加，从而使沙化程度进一步减轻。

(2)控制人口增长，减轻人口压力。人口与资源的矛盾是引起目前甘肃省环境退化，特别是土地沙化的主要原因。对一个特定地区而言，人口增长的速度必须与土地资源的实际生产力相适应。如果人口增长速度超过了当前技术条件下土地资源所能提供的实际支付能力，则必然导致土地资源的过度利用。所以，减轻人口对沙化土地的压力，是恢复植被、重建生态环境的关键，也是调整人与资源、环境关系的最有效的措施[21]。据2009—2013年《甘肃发展年鉴》，处于研究区内主要沙化土地分布区的河西走廊五市(嘉峪关市、金昌市、酒泉市、张掖市、武威市)，常住人口呈减少趋势，从2009年的491.18万人减少到2013年的483.31万人，随着农村劳动力大量输出，各种新能源的逐渐普及，当地居民“靠山吃山”的传统生活习惯得以转变。人口数量减少是研究区沙化土地面积减少的主要因素。

(3)强化基础设施建设，改变能源结构。伴随着国家经济实力的增强、科技水平的提高，近年来甘肃省基础设施建设投资力度加大，特别是研究区内高速公路、飞机场、高铁、新能源基地等建设项目蓬勃发展，在一定程度上使沙化土地向非沙化土地转变，沙化土地面积呈减少趋势。从对比分析可以看出，2014年研究区内沙化土地分布区的居民、工矿、交通用地等达23.2万hm2，比2009年的13.2万hm2增加了10.0万hm2，而光伏发电厂面积从2009年到2014年增加了10 110.02 hm2。基础设施的大力建设是研究区内沙化土地减少的又一因素。

5 结论与讨论

研究结果表明，经过国家和甘肃省不懈的努力，随着一系列生态建设工程的实施，研究区土地沙化的趋势已得到控制，沙化土地面积进一步缩减，沙化程度进一步减轻，生态环境得到了极大改善。但针对研究区的现状来说，不仅分布有12 170 243.1 hm2的沙化土地，还有1 775 517.0 hm2有明显沙化趋势的土地，与人民群众对良好生态的需求相比，与实现经济社会可持续发展的目标相比，沙化形势依然严峻，防治工作仍然任重道远。因此，下一步防沙治沙工作重点将继续坚持“保护优先、科学治理、适度利用”的原则，进一步创新体制机制，完善政策措施，强化依法防治，依靠人民群众和科学创新，推进重点工程建设，建立和巩固以林草植被为主体的沙区绿色生态屏障[9]，努力建设幸福美好的新甘肃。

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