青海省共和盆地沙质荒漠化变化及驱动因子

2021-03-17张策付丽华程思思

河北遥感 2021年1期

张策付丽华程思思

（核工业航测遥感中心河北石家庄 050002）

关键字：沙质荒漠化变化特征驱动机制共和盆地青海

1 引言

共和盆地地处青藏高原东北部，介于祁连山和昆仑山之间，地处青海省共和县和贵南县境内，中间被黄河自西南向东北切割成一个外泄盆地,南北宽90 km,东西长210 km,总面积21186 km2。属于高原温带半干旱草原和干旱荒漠草原的过渡带，地表植被覆盖度低，生态环境脆弱。高寒干旱的气候条件和丰富的第四纪砂物质使沙质荒漠化得以发生、发展，形成了流动、半流动、半固定、固定沙丘和大小草地并存的草原型沙漠(或沙地)，成为青海省沙质荒漠化最为严重的地区之一。土壤风蚀加剧沙质荒漠化，自西向东的3条数十公里长的沙带前沿已经跃入龙羊峡库区，成为当地最严峻的生态环境问题之一，对当地社会生存和发展基础造成极大的破坏，阻碍着经济和社会可持续发展。

2 沙质荒漠化形成的自然背景

共和盆地中心地形较为平坦,海拔2850 m左右，呈高寒干旱、半干旱气候,多年平均降水量324 mm,蒸发量1684 mm,降雨主要集中在5-9月,占全年的88%。多年平均气温4.6℃,多年平均风速1.8 m/s。年均大风日数为36.4 d,沙尘暴天数年均17 d。

共和盆地沙质荒漠化物源主要为盆地内第四纪松散沉积物。第四纪松散沉积物巨厚，层次多，沉积相复杂。塔拉滩大部分区域为沙质草原，其地层主要为：表层为灰黑色粉沙土，胶结较好，厚度30～80，其下为灰黄色沙，较松散，厚度0～40 cm，底层为灰黄色河流冲积砂，含有砾石及钙质结核。固定沙丘的表层一般为灰黑色或灰黄色粉沙土，厚度10～130 cm，胶结好。其下为灰黄色古风成细沙，松散，偶见斜层理或交错层理，含有钙质结核。个别剖面可见粉沙土与风成沙互层现象。流动沙丘样品来自连片的流动沙丘、流动沙片，以及固定沙丘活化后的产物。粒度主要集中在细沙粒级（表1）。与物源相比，粒度更加集中，分选更好。河湖相细沙，大多数呈金黄色或深黄色，分选很好，有钙质弱胶结，能形成直立的陡坎，个别样品含有细砾石。

表1 共和盆地沙源物质粒度参数

注：据青海省共和盆地沙漠化驱动机制，李晓英等，2018

3 共和盆地沙质荒漠化现状及变化趋势

3.1 共和盆地沙质荒漠化现状

通过遥感解译，2018年，共和盆地共有沙质荒漠化土地4302.37 km2（图1）。沙漠化土地地貌形态主要有新月形沙丘及沙丘链、复合型链状沙丘及沙山、流动沙片、半固定沙垄、梁窝状沙丘、沙砾地、灌（草）丛沙堆、固定沙丘（固定沙丘）、固定沙带、沙质草地，以及风蚀坑、风蚀槽、残墩以及较密集的蚀余地表。沙质荒漠化土地分布特点为：①各种沙质荒漠化土地呈条带状、斑块状犬牙交错分布甚至彼此迭覆，很难严格划出明确界线；②风蚀区和风成分异沉积区区分明显，塘格木—沙珠玉一线以西，地表多戈壁劣地，流沙堆积仅见孤立的小型流沙带、流沙片，沙珠玉河谷两岸地带，发育着大量风蚀雅丹地貌，是盆地目前风蚀起沙最为强烈的地区，塔拉滩虽存在风蚀沟槽，但现代流沙主要分布在这一地区；③流动沙片分布较广，呈不连续片状、薄层的风成沙堆积体，在遥感卫星影像上沙梁表现为条带状顺风向的痕迹，一般依附在灌丛、草丛之后，形成小型、微型沙梁，方向与主风向一致，在稀疏草地上，薄层沙片厚度3-5 cm，均匀分布；在灌丛，草丛后面，小型、微型沙梁沉积厚度可达30 cm以上。

图1 青海省共和盆地沙质荒漠化分布图

3.2 共和盆地沙质荒漠化变化特征

共和盆地沙质荒漠化变化特征主要表现为流动沙丘的快速前移（图2）、流动沙片的扩大和固定、半固定沙丘活化（图3）。据实地测量,塔拉滩小型流动沙丘(高度2～3 m)年移动距离为44.7～48.0 m,较大的沙丘(高度8～11 m)年移动距离为16.8～25.6 m。受制于风况及地表状况,不同年份沙丘移动情况差别很大,海南州气象台2005-2010年监测结果显示,塔拉滩沙丘移动速度2005-2007年间呈增加趋势,在2008-2009年呈递减趋势，2010年又快速递增。截止2018年，该区已形成风蚀坑数量达766个（图4），使得其下伏冲湖积砂、风积砂暴露，2010-2018年沙质荒漠化程度加重区面积达365平方千米。

图2 2010-2018年沙质荒漠化变化特征

图3 共和盆地固定沙丘活化

图4 共和盆地风蚀坑特征

4 沙质荒漠化变化驱动机制

沙质荒漠化是一个自然与人为因素共同作用的综合过程，其驱动因素有着较大的地域性和差异性。在不同地区沙质荒漠化过程中自然因素与人为因素作用的程度和效应并不相同，起主导驱动作用的自然因素或人为因素也有一定的差异性，即沙质荒漠化的驱动因素具有综合性和地域性特点

4.1 自然因素

4.1.1 沙质荒漠化物源丰富

共和盆地沙质荒漠化物源主要为盆地内巨厚层第四纪松散沉积物，沉积相复杂，塔拉滩沙质草原表层灰黑色粉沙土胶结较好，其下为固定、半固定的沙丘，质地松散，沙源物质丰富。有胶结作用的粉沙土是古风成沙的保护层，在动物破坏、风沙流及重力侵蚀作用下，粉沙土层崩塌破坏，形成大量的风蚀坑，更多古风成沙暴露，此过程循环往复，造成沙丘活化，形成风蚀坑，是共和盆地沙漠化形成和发展的主要过程。

4.1.2 特殊的气候条件为沙质荒漠化快速发展提供了有利条件

从1953年以来,共和县是暖干气候。气温增加明显,1987年以前气温低于多年(1952-2016年)平均值(4.10℃)0.80℃,1987年以后高于多年平均值0.87℃。风速呈波动式变,1953-1984年风速快速减小,速率为0.33 m/(s.10a),1985-1996年风速升高,速率为0.90 m/(s.10a),1996年以后又呈下降趋势,下降速率为0.26 m/(s.10a)。降水量总体上呈缓慢的增加趋势,其中在1994-2000年间降水明显减少,低于多年平均值(318 mm)37 mm。然而,在1994-2000年间风速却明显高于多年平均值(图5)。1985-2008年，共和县蒸发量明显高于降水量,是降水量的3.3～7.7倍，使区内长期处于干燥状态，限制了牧草生长。所以风速大,降水少,气温高、蒸发量大,就为沙漠化的快速发展提供了有利条件。

图5 共和盆地气温、风速和降水的多年变化特征

4.2 人为因素

共和县牲畜数量自1949年以来一直处于增加状态,增加速率为1.09万头/a,尤其1949-1969年和2004-2013年增加十分迅速,1970-2003年间变化不大(图6)。由于牲畜数量增加,牧草被过度啃食,牧草的再生能力和更新周期缓慢和逐渐退化，最终导致草植株变矮、覆盖度降低,优质草逐渐被劣质化,对风沙流的阻滞作用减小。加之牲畜食草过程中践踏范围和频度急剧增加而使草场植被、草皮层和胶结较好的粉沙土层遭到破坏，使沙物质暴露出来，进而加剧草场风蚀和风积过程，使本就脆弱的沙质草场沙化程度加强，面积增大。