青藏高原东缘若尔盖湿地国家级自然保护区荒漠化调查*

陈颖 文冠男 卓玛姐 王洪军 齐银**

（1.中国科学院成都生物研究所，四川 成都 610041；2.中国科学院大学，北京 100041；3.四川省若尔盖温地国家级自然保护区管理局，四川 阿坝 624500）

青藏高原是我国重要的生态安全屏障和战略资源储备基地，其环境变化将对“一带一路”沿线几十个国家和30 多亿人口的生存与发展带来环境挑战［1］。第二次青藏高原综合科学考察研究项目的启动，将对青藏高原及周边地区的可持续发展、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护等方面具有重要意义。作为第二次青藏高原综合科学考察研究的重要目标，摸清自然保护区受威胁因素、优化保护地体系是青藏高原生态安全保护和可持续发展的前提。随着人口的持续增加和现代工农业文明的冲击，高原湿地生态系统遭到前所未有的破坏，90%以上的湿地出现了不同程度的退化。湿地退化严重影响区域生态环境，紧随而来的是高原水土流失和土地沙漠化，造成大面积的生态系统退化和环境灾变。

若尔盖湿地位于青藏高原东部的黄河上游，是世界上面积最大、保存最完好的高原泥炭沼泽湿地。若尔盖湿地是维系喜马拉雅动植物区系及其生物多样性的重要基础地带，以及高寒湿地生态系统的典型代表。湿地作为一类特殊的生态系统具有十分重要的地位，同时也是地球上消失和退化最快的生态系统之一。若尔盖县先后在1994—2014 年间开展了五次土地沙漠化监测，四川林业厅也多次在川西北地区进行了土地沙化科学考察。若尔盖湿地的荒漠化不仅会导致区域环境的恶化，还会影响长江和黄河中下游地区生态系统的平衡，并对全球环境产生巨大影响。为了控制和缓解沙漠化的进程，弄清沙化的成因是第一步，目前很多研究对沙化成因进行了探讨［2-4］。

遥感技术通过将空中所获得的遥感影像与已有数据资料相结合，解决了许多荒漠地区中心位置偏僻难以考察的问题。另一方面，遥感技术能反复对一个地区进行成像，对于长期监测荒漠的动态变化提供了可能性。目前，应用遥感技术对荒漠化进行监测分类的方法主要有两种：目视解译和计算机自动分类。目视解译是指解译者根据自身的经验，通过航片和卫星照片判读，结合野外考察，从而确定遥感影像的解译标志［5-6］，这种方法精度较高,但费时费力且受人的主观影响大。计算机自动分类方法主要有两类：一是运用图像处理软件，通过监督和非监督分类，直接划分类型和程度；另一种是选择几个基于遥感、地理信息系统的指标，给定不同的权重，通过综合得出结果。

国内外的研究者依据不同数据来源和不同区域建立了多种荒漠化的监测指标［7-10］。鉴于目视解译和计算机自动分类各自所具有的优势与缺陷，目前研究多采用目视解译与遥感图像处理相结合［11］，通过对数字图像的处理变换，突出所需的信息特征或模式，减弱和去除不相干信息的干扰，使图像适合人们视觉系统的习惯和屏幕目视解译特点，再进行人工目视解译。景观格局分析方法在近几十年来已被广泛应用于城市格局、流域评价、土壤流失、沙化土地等众多研究领域［12-15］。目前，围绕沙漠化研究已经筛选出了许多具有重要生态学意义的景观格局指数，例如最大斑块指数(LPI)、分维度指数(PAFRAC)、蔓延指数(CONTAG)、平均最近距离指数(MNN)、多样性指数(SHDI)和聚集度指数(AI)等［16-19］。比较不同年份景观格局分析的结果，有助于我们揭示沙化斑块的动态变化过程。

为了探明若尔盖湿地荒漠化现状和变化趋势，优化沙化地治理体系，我们采取遥感技术结合实地考察，对若尔盖湿地保护区荒漠化状况进行了调查，参考相关资料，分析了荒漠化程度和潜在的驱动因素，旨在为若尔盖湿地保护区制定防沙治沙的措施和对策提供依据。

1 调查方法

笔者综合采用实地调查、遥感判读和景观格局分析方法对若尔盖湿地保护区不同功能区的沙漠面积进行了调查。

本次调查以法国SPOT-5 卫星2008—2010 年1:10000 遥感数据为基本数据源，其具有2.5m 的全色波段空间分辨率，10m的多光谱波段空间分辨率(短波红外空间分辨率为20m)和60km×60km 的宽覆盖范围，可直观反映沙地地表的形态和分布。同时收集了2004 年与2014 年若尔盖沙化监测数据库以及1957—2014年期间部分若尔盖县气象、水文、土地利用、防沙治沙和社会经济情况等数据，并根据《四川省第五次沙化监测技术细则》内容要求，将调查的沙化类型划分为非沙化土地、有明显沙化趋势的土地（沙趋地）、流动沙地、半固定沙地、固定沙地5 种类型，将土地沙化程度划分为轻度、中度、重度和极重度4种等级。

实地调查依据解译图斑，结合若尔盖湿地前期沙化监测图斑展开。以现有图斑的地理信息数据为本底，对沙化图斑的变化区域进行区划，通过实地核实，对所区划的图斑界线进行修订和属性因子更新。用数码相机采集每个沙化点的整体特征，并对其中的微生境进行分类采集，测定每个沙化点的坡度和沙化程度等因子。每个图斑至少对应一张清晰的全景数码照片，调查路线尽可能深入，原则上要求抵达每一个沙化区域。

2 数据处理

对遥感图像先进行一系列预处理，包括消除由大气条件、地形影响、传感器等一系列因素带来的影响。对遥感图像的预处理采用遥感图像处理平台ENVI-5.0 完成，按照《森林资源调查卫星遥感影像图制作技术规程LY/T 1954-2011》的要求，处理内容包括大气校正、几何校正、空间配准和影像镶嵌、遥感图像波谱信息增强、正射影像图制作。

将经过预处理的SPOTS-5 遥感图像调入软件作为最终解译底图，并以2004 和2014 年沙化调查数据作为参考，在ArcGIS平台中进行工程区矢量数据的提取、拓扑构面，直接通过鼠标操作沿特征影像边缘准确勾绘小班边界，同时对工程类别进行识别。

在解译的基础上，参考历年《四川省沙化监测技术细则》，建立沙化分析ArcGIS 数据库。用Arc-Map10.2 软件计算沙化面积，并将面积计算结果与2004 年保护区沙化监测结果进行比较分析。在景观尺度上选取了斑块个数NP、斑块平均面积AREA_MN、最大斑块指数LPI、分维度PAFRAC、聚集度AI 5 个景观指数对不同沙化类型的变化趋势进行了分析，此外，还结合了若尔盖县1957—2004 年间的气象数据分析沙化成因并提出一些管理建议。

3 调查结果

本次调查于2015 年开展了13 天的野外工作，总计1325 公里，平均日程100 余公里。先后对达扎寺镇、阿西乡、唐克镇、辖曼牧场、辖曼乡、嫩哇乡进行了调查，共拍摄照片1275张。

整体而言，靠近保护区边缘的地区沙化程度更为严重，越深入保护区内部，沙化程度与面积均表现出减轻的趋势。保护区内部沙化地主要集中分布在保护区中部的黄河宽谷、沼泽地边缘、丘间平地及山前缓坡，且多在保护区靠近横轴位置两侧散布，而区域中心反而比较稀疏，南北端部几乎没有沙化土地分布。其中，沙化程度比较严重的流动沙地和半固定沙地集中分布在保护区的中南部、西部和西南部，东部也有小范围的分布；东北部普遍沙化程度较低而且沙化面积也较小。

3.1 整体沙化面积

若尔盖湿地国家级自然保护区沙漠化总面积为23162.91公顷，占保护区总面积的13.9%，其中沙趋地面积最大，为21102.36 公顷，占总沙化面积的91.1%；其次是半固定沙地，面积为1049.23 公顷，占总沙化面积的4.53%；流动沙地面积最小，为385.08 公顷，占总沙化面积的1.66%，其中治理沙地总面积为467.35 公顷，占沙化总面积的2.0%(图1)。

图1 若尔盖湿地保护区各沙化类型面积（单位：公顷）

对不同类型沙地的面积进行了比较和分析发现：沙趋地作为沙化早期的土地类型在若尔盖湿地保护区分布最广，由于大部分其它类型的沙地都是在沙趋地的基础上发展而来，通过该类型沙地的分布基本可以推断出其它类型的分布轮廓及未来的发展趋势。固定沙地面积较小(仅高于流动沙地)，半固定沙地面积仅次于沙趋地，在所有沙化地类型中占据着较高的比例，流动沙地作为沙化程度最严重的沙地类型，面积最小，也最为分散。

在对保护区内沙化治理类型及面积的调查中，我们统计了两种有明显治理痕迹的沙地：人工造林、设置沙障结合人工植草。结果显示，阿西乡治理沙地总面积为170.58 公顷，是治理面积最大的乡镇，治理效果显著，均已达到固定沙地水平；唐克镇治理沙地面积为109.64 公顷，均为人工种植高山柳，其中有47%达到固定沙地；辖曼乡治理沙地面积为103.6 公顷，有86.8%达到固定沙地水平；嫩哇乡治理沙地面积为92.53公顷，有90.8%达到固定沙地水平。

3.2 保护区各功能区沙化特点

对不同生态功能区的沙化情况做进一步分析，发现保护区核心区西南部的沙漠化比东北部更为严重，沙化土地总面积为9586.42 公顷，居各功能区首位，与缓冲区和实验区相比，核心区沙趋地面积最大，而治理沙地面积较小，反映出核心区受潜在沙化的影响十分严重，沙化治理对核心区生态功能的维持非常关键（表1）。

表1 2015年若尔盖湿地保护区沙化面积分区统计表 (单位:公顷)

缓冲区的沙化土地主要集中在中部，总面积为7128.35 公顷，与核心区和实验区相比，缓冲区半固定沙地面积最大，沙趋地也处于较高水平。该区域的半固定沙地很大部分来自阿西乡，且均为自然半固定沙地，反映出缓冲区进一步严重沙化的可能最大，治理难度最高。

实验区沙化土地总面积为6448.14公顷。其中，固定沙地和治理沙地，相比于核心区和实验区，处于较高的水平。可见对实验区所做的沙化治理最多，效果也最明显，治理后半固定沙地和固定沙地在实验区中的比例均降低。此外，流动沙地与沙趋地的面积仍处于较高的水平，表明对实验区的沙化治理需要长期坚持。

3.3 沙漠化随时间变化

对比2004 年与2015 年沙化调查结果，我们发现，在11 年中，若尔盖湿地保护区沙化总面积增加4173.21 公顷，增幅达22%.其中，半固定沙地面积增加751.97 公顷，增幅达263.06%，沙趋地面积增加4976.92 公顷，增幅达30.86%，而流动沙地面积和固定沙地面积均减少，减少幅度分别为74.7%和40%，该结果与若尔盖县2000—2005 年沙化面积变化趋势一致。各沙化类型面积变化趋势如图2所示。

图2 2004年和2015年若尔盖湿地保护区各沙化土地面积变化趋势

从各乡镇的情况来看，沙漠化变化趋势大致可以分为两类：

一类与整体变化趋势一致，即除沙趋地有明显增长外，其它各类型沙地无明显变化，包括辖曼乡、辖曼牧场、嫩哇乡和达扎寺镇都属于这种情况。反映出这些乡镇潜在的沙化风险在增加，尤其是达扎寺镇，其沙化程度远不如辖曼乡和辖曼牧场严重，如果提前加以控制，可以起到很好的防治效果。

另一类与整体变化趋势不一致，例如阿西乡和唐克镇。各类型的沙化土地几乎都发生了明显的改变，具体表现在半固定沙地和固定明显增加，而流动沙地的面积不但没有增加还有些减少，这反映出人为的一些治理措施一定程度上发挥了作用，控制住了更多的半固定沙地向流动沙地转化的过程，甚至已经有了逆转的趋势。

3.4 景观格局特征

景观水平上共选择了5个指数对若尔盖湿地保护区2004 年和2015 年各沙地类型的景观格局进行了分析，结果如表2所示。

表2 若尔盖湿地保护区各类型沙地景观格局指数

景观格局分析结果表明保护区内沙漠化程度整体呈现出减轻的趋势：流动沙地面积减小的同时还伴随着斑块数量的减少，整体呈现出萎缩的趋势；半固定沙地的斑块在扩大，是扩张最明显的沙地类型，复杂度也在增加，斑块的聚集度在升高，反映出目前采取的防治措施的确具有不错的效果；固定沙地的减少最为明显；沙趋地作为潜在的沙化区域，其形状的复杂性甚至高于流动沙地，而且斑块在扩张，具有连成片的趋势。

3.5 湿地气候变化

通过若尔盖气象站1957—2004 年间共48 年的气象数据，分析了若尔盖地区的气候变化情况（图3）。结果表明，自20 世纪中叶，若尔盖县年平均气温呈现出上升的趋势，而降水量没有显著变化。揭示出若尔盖湿地的气候属于暖干气候，气温增加使得土地蒸发量增加，在降水量没有增加的情况下，湿地干化的趋势会持续增大。多年持续升高的气温直接导致的后果是造成若尔盖高原多年冻土的退化，为若尔盖高原土地沙化创造了条件。气候暖干化是若尔盖草地沙化重要的驱动因素。

图3 若尔盖县1957—2004年年平均气温和年平均降水量变化情况

4 讨论

作为气候变化的敏感响应区域，青藏高原面临着沙化、水土流失、生态环境退化等诸多挑战［24］。沙化是自然因素和人为因素彼此叠加并相互反馈的结果，其成因具有一定的时空差异性，因此不同地区的沙化成因可能不相同。若要对某个地区进行沙化治理，首先要弄清楚该地区的沙化程度，以及不同类型的沙化在总体沙化中所占的比例，其次要分析引起该地区沙化的主要因素，从而有效地治理沙化地。

笔者调查结果表明：若尔盖湿地保护区沙化程度仍然非常严重，且呈现动态交替过程。若尔盖湿地自然保护区沙化总面积为23162.91 公顷，占保护区总面积的13.9%，其中沙趋地面积最大，为21102.36 公顷，占沙化总面积的91.1%；流动沙地面积最小，为385.08 公顷，占沙化总面积的1.66%.沙化程度空间差异明细，嫩哇乡和辖曼乡沙化程度高于其他乡镇，核心区西南沙化程度高于东北区域。结合气候数据和文献分析，笔者认为造成该区域沙化加剧的原因可以归结为以下几个方面：首先，若尔盖湿地地质构造是导致其沙化的内在原因。关于若尔盖湿地沙化的形成，存在两种理论。一种理论认为若尔盖湿地沙化主要来自古河道沉积的流砂。由于新生代冰川的剧烈运动，河流中心不等量下沉，导致各大河流及其支流形成了众多的古河床、牛轭湖。随着流水消退，沉积的河沙逐渐形成了现今白河东侧的一连串大沙丘；众多的牛轭湖沉积的流沙逐渐形成了现今的协马拉也沙丘、黑青乔沙丘、昂挡乔沙丘等；第二种理论认为若尔盖湿地的沙化主要来自古风成沙丘。该理论认为若尔盖盆地历史上发生过大范围的沙漠化，后来由于气候的变化，沙丘被固定，表层形成了致密的草皮层［21］，当再次遭遇侵蚀，新出露的土壤很难长出植被。其次，气候暖干化是若尔盖草地沙化重要的驱动因素。受到气温升高、降水量减少、蒸发量增大的气候变化影响，若尔盖湿地近年来出现了明显的退化现象。随着暖干气候的加剧，若尔盖湿地经常岀现大风天气［20］，风的侵蚀和搬运作用使得一些高山垭口的迎风坡以及河谷边缘严重沙化并蔓延。

调查还表明：若尔盖湿地保护区过去10余年在治理沙化方面已经取得较好效果，治理沙地总面积为467.35 公顷，占沙化总面积的2.0%，流动沙地面积较小，为385.08 公顷，占沙化总面积的1.66%，但随着当地畜牧业的发展和小型兽类种群密度的增加，保护区在沙漠治理方面的压力依然很大。过度放牧、旅游业发展、工程进入湿地等均会加剧土地沙漠化的程度［22］。小型兽类，例如旱獭、鼠兔等的频繁活动也会加剧沙化土地的形成［4,20,23］。保护区沙趋地面积达21102.36 公顷，占沙化总面积的91.1%，如果管护不当，沙趋地在未来都会转为沙地。

因此，若尔盖湿地保护区应该采取更为积极的措施对沙化进行管护，结合现代卫星通讯技术，加强荒漠化环境的实时监测研究，对不同程度的沙化环境采取差异化的治理措施；积极采取生物防治技术，促进沙化土壤的改良，协调推进绿色治理和生态文明建设；加强对草地小型兽类的研究和管护，完善相关生态补偿政策和保障制度。