內蒙古多倫縣沙漠化土地時空變化特征

阿如旱，楊 持，王金榮，楊 洋

（1.內蒙古大學 生命科學學院，呼和浩特010020；2.內蒙古農業大學 生態環境學院，呼和浩特010019；3.中國建筑材料工業地質勘查中心內蒙古總隊，呼和浩特，010010）

沙漠化是干旱、半干旱和部分半濕潤地帶在干旱多風和疏松沙質地表條件下，由于人為強度利用土地等因素，破壞了脆弱的生態平衡，使原非沙質荒漠的地區出現了以風沙活動為主要標志的土地退化過程［1］。土地沙漠化所造成的環境退化與經濟貧困，已經成為威脅人類生存的十大環境問題之首。內蒙古是中國沙漠化嚴重的地區之一，又毗鄰京、津、唐地區，其沙漠化的發展將對這些地區的氣候、環境等方面產生直接和重大影響。多倫縣位于內蒙古自治區錫林郭勒盟東南部，地處內蒙古波狀高原的南緣，陰山山地北麓和渾善達克沙地尾緣的交錯地區，屬于生態脆弱區，正好處于京津唐經濟區的上風位置，是重要的沙源區。由于人類的濫墾濫伐，對土地造成嚴重的破壞，再加上風沙多、降水量少等原因，使得多倫縣為生態環境脆弱性研究的典型地區，并已出現不少具科學和研究價值的成果［2－11］，已給內蒙古多倫縣的環境治理和生產發展提供了大量的科學依據，但這些研究相對零散，基于縣域尺度的較長時間尺度沙漠化土地時空變化研究尚未展開，還不能完全把握內蒙古多倫縣沙漠化土地時空變化規律。因此，利用3S技術對內蒙古多倫縣1960－2005年的沙漠化土地進行動態監測，分析與評價內蒙古多倫縣沙漠化土地時空變化規律，為當地的沙漠化土地治理提供理論依據。

1 研究區概況

多倫縣地處內蒙古波狀高原的南緣，地理坐標為東經115°54′－116°55′，北緯41°46′－42°39′。東與河北省圍場縣接壤；南與豐寧、沽源交界；西與鑲白旗、藍旗為鄰；北與赤峰市克什克騰旗毗鄰，縣境南北長110 km，東西寬70km。地貌為平緩起伏的沙地，土壤以發育在砂性母質上的風沙土為主，也有草原栗鈣土，間有風沙土、棕鈣土和草甸土等土類，植被以典型的草原植被為主，氣候屬于溫帶半干旱向半濕潤過渡的典型大陸性氣候。目前，多倫縣已演化為沙漠化較重的地區，其北部為著名的渾善達克沙地，它不但為多倫的沙化提供了大量的物質來源，而且對多倫的沙漠化演變有著明顯的控制作用。多倫縣面向京津，是塞北通往內地的門戶，距北京直線距離約178km，是內蒙古自治區到北京直線距離最近的旗縣。多倫縣屬于生態脆弱區，是華北地區尤其是京津地區生態屏障的重要組成部分，其生態環境的優劣關系到周邊地區的發展［12］。因此，利用3S技術分析內蒙古多倫縣沙漠化土地時空變化規律，為國家和地方制定防治沙漠化的行動計劃、規劃，合理布局防治工程，改善區域生態環境，實現多倫縣生態、經濟和社會的可持續發展提供科學依據。

2 數據來源及研究方法

本文依據內蒙古多倫縣沙漠化土地特點，參照王濤等［1］人對沙漠化土地的劃分，研究區沙漠化土地類型分為潛在沙漠化、輕度沙漠化土地、中度沙漠化土地、重度沙漠化土地、嚴重沙漠化土地，非沙漠化土地等6個類型。以1960年和1975年的航片和1987年、1995年、2000年、2005年6個不同時相的TM影像數據為基礎，以多倫縣的1975年的1∶5萬地形圖、1984年的土壤圖及地質圖、野外調查資料等為輔助資料，利用ArcGIS軟件進行數字化，在解譯過程中圖斑輪廓線誤差不超過3個像元，最終提取了6個不同時相的沙漠化土地分布圖。利用ENVI 4.6軟件對遙感影像分類結果進行精度檢驗后得知6個年份的總精確度和Kappa指數等均大于精度0.7，其分類結果基本符合精度要求。將6期沙漠化分布圖兩兩疊加結果的屬性表進行匯總，得到沙漠化土地變化類型及其轉移矩陣數據。

3 內蒙古多倫縣沙漠化土地變化分析

3.1 沙漠化土地的時間變化特征

由圖1可知，1960年內蒙古多倫縣沙漠化土地面積215.00km2，占研究區總面積的5.52%，其中輕度沙漠化土地和嚴重沙漠化土地占主導地位。除已沙漠化土地外，還有潛在沙漠化危險的土地面積為244.84 km2，為總沙漠化土地面積的1.14倍。這說明內蒙古多倫縣大面積土地已經進入沙漠化發展初始階段，面臨著嚴重沙漠化的危險。因為當原始草地植被出現退化或地表開始出現裸斑等沙漠化初期癥狀之后，不合理的人類活動的加劇，就有可能出現大面積的流沙，以及隨之而來的沙丘，當沙漠化土地發展到嚴重階段之后，就很難恢復和治理［13］；1975年沙漠化土地面積已達469.25km2，占研究區總面積的12.04%。在沙漠化土地中仍然輕度沙漠化土地所占面積最大，中度沙漠化土地所占面積次之。除此之外，潛在沙漠化土地面積為389.67km2，為總沙漠化土地面積的0.83倍。輕度及中度沙漠化土地占了沙漠化土地面積的67.42%，潛在、輕度以及中度沙漠化土地面積較大，有利于沙漠化發展。這說明內蒙古多倫縣很大面積的土地已經進入沙漠化發展階段，面臨著嚴重沙漠化的危險；1987年沙漠化土地面積已達642.62km2，占研究區總面積的16.89%。在沙漠化土地中輕度沙漠化土地所占面積最大，占沙漠化土地面積的32%；中度沙漠化土地所占面積次之，占沙漠化土地面積的28%。除已沙漠化土地外，潛在沙漠化土地面積為253.11km2，為總沙漠化土地面積的0.39倍。輕度及中度沙漠化土地占了沙漠化土地面積的74%，說明內蒙古多倫縣大面積土地已經進入沙漠化發展階段，重度和嚴重沙漠化土地面積日益擴大，沙漠化正在迅速發展，面臨著嚴重沙漠化的危險；1995年多倫縣沙漠化土地面積已達854.88km2，占研究區面積的21.93%。除此之外，有沙漠化危險的潛在沙漠化土地面積為263.25km2。在已沙漠化土地中輕度沙漠化土地面積比例最高，次之為中度沙漠化土地。已沙漠化土地和潛在沙漠化土地面積共1 118.13km2，占研究區面積的29%。這說明研究區內沙漠化土地普遍發生，環境負面潛在影響嚴重。自1987－1995年的8年間，研究區沙漠化土地的凈增加量為212.26km2，土地沙漠化呈現快速發展態勢；2000年已沙漠化土地面積為728.32km2，占研究區總面積的18.69%。在沙漠化土地中中度沙漠化土地面積最大，輕度沙漠化土地所占面積次之。除此之外，潛在沙漠化土地面積為252.41km2。與1995年監測的結果相比，局部地區經過幾年的治理出現逆轉趨勢，沙漠化土地面積減少，程度有所減輕，到2000年沙漠化土地總面積減少了126.56km2；2005年已沙漠化土地面積減少到427.70km2，其中輕度沙漠化土地占37.31%，中度沙漠化土地占20.08%，重度沙漠化土地占26.91%，嚴重沙漠化土地占15.7%。有沙漠化危險的潛在沙漠化土地為224.09km2。與2000年監測的結果相比，經過幾年的治理有所逆轉，沙漠化土地面積減少300.62km2，程度有所減輕。

圖1 多倫縣沙漠化土地動態變化

表1 1960－2005年多倫縣沙漠化土地類型轉移矩陣 km2

3.2 沙漠化土地類型間的轉化

在研究中將植被覆蓋從有到無、地表物質從穩定到流動的過程稱之為土地沙漠化發展，反之則成為逆轉，而無明顯變化則稱之為穩定。本研究中重在分析各種動態變化類型逆轉、穩定、發展在不同沙漠化地區的具體地域體現。根據沙漠化土地類型轉移矩陣分析，在1960－2005年間內蒙古多倫縣沙漠化土地類型之間的相互轉化具有一定的規律（表1）。

由表1可知，1960－1975年穩定的沙漠化土地面積為57.60km2，占多倫縣沙漠化土地動態變化面積的10.04%，發展的沙漠化土地面積為380.86 km2，占多倫縣沙漠化土地動態變化面積的66.30%，逆轉的沙漠化土地面積為135.78km2，占多倫縣沙漠化土地動態變化面積的23.66%。這說明研究區沙漠化土地變化以發展為主，逆轉的沙漠化土地面積遠大于穩定的沙漠化土地面積的趨勢；1975－1987年穩定的沙漠化土地面積為95.24km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的11.21%，發展的沙漠化土地面積為453.43km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的53.39%，逆轉的沙漠化土地面積為300.60 km2，占研究區沙漠化土地面積的35.40%。這說明研究區沙漠化土地變化以發展為主，逆轉大于穩定的趨勢；1987－1995年穩定的沙漠化土地面積為187.85km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的18.02%，發展的沙漠化土地面積為543.84km2，占沙漠化土地動態變化面積的52%，逆轉的沙漠化土地面積為310.67km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的29.80%。從此可知，研究區沙漠化土地變化以發展型為主，逆轉大于穩定的趨勢；1995－2000年穩定的沙漠化土地面積為331.59km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的31%，發展的沙漠化土地面積為428.20km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的28.44%，逆轉的沙漠化土地面積為302.06 km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的40.33%。從此可看出，研究區沙漠化土地的逆轉趨勢明顯大于發展趨勢，穩定型大于發展型的趨勢；2000－2005年穩定的沙漠化土地面積為109.49km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的12.90%，發展的沙漠化土地面積為196.86km2，占研究區沙漠化土地動態變化面積的23%，逆轉的沙漠化土地面積為542.48 km2，占研究區沙漠化動態變化面積的63.91%。從此發現研究區沙漠化土地的變化具有以逆轉為主，發展大于穩定的趨勢。分析表明：1960－1995年研究區沙漠化土地變化具有“發展－逆轉－穩定”的趨勢，逆轉大于穩定，而1995－2005年間沙漠化土地變化具有“逆轉－發展－穩定”的趨勢，發展大于穩定的趨勢。

圖2 多倫縣土地沙漠化類型分布圖

3.3 沙漠化土地的空間格局特征

空間格局變化是指沙漠化土地形態的變化過程，從多倫縣土地沙漠化類型分布不同時相圖可看出（圖2），多倫縣沙漠化空間分布呈近東西向的3個大沙帶。

（1）多倫縣城南沙帶。1960－1995年間沙帶西起多倫縣邊界，向東發展，到1995年時部分沙帶已越河至前九號，全長約50km，寬度由3～6km，面積約76km2發展到380km2，沙漠化土地由零星分布狀態發展呈連片、與大沙帶連成片的趨勢；1995－2005年間沙帶長度和寬度均有所縮短，面積約137km2，沙漠化土地由連片分布狀態呈零星分布的趨勢。

（2）閃電河北沿，一家河南沿至吐力根河沙帶。1960－1995年沙帶西起雙山水庫北東至吐力根河邊，部分越河至臥牛盤一帶，全長約45km，寬度約3～8 km，面積約43km2發展到345km2，沙帶由原來的零星分布及小沙帶已發展成了大沙帶，沙帶東部沿灤河東沿已和城南沙帶相連，并有成片向東擴展之勢；1995－2005年間沙帶長度和寬度有所縮減，面積約90 km2，沙漠化土地由連片分布狀態呈零星分布的趨勢。

（3）黑風河、蛇皮河至蔡木山沙帶。1960－1995年沙帶西起多倫縣邊界，東至灤河邊部分已越河至前九號，全長約40km，寬度約3～15km，面積約74 km2發展到275km2，沙帶由原來的零星分布及小沙帶已發展成了連片的大沙帶，有沿一家河與閃電河北沿沙帶相連趨勢；1995－2005年沙帶長度和寬度有所縮減，面積約150km2，沙漠化土地由連片分布狀態呈零星分布的趨勢。

3.4 沙漠化土地原因分析

沙漠化土地是各種自然因素和人為因素相互作用的結果。從內蒙古多倫縣土地沙漠化的成因來看，自然因素和人為因素在土地沙漠化的過程中都發生著作用，但這并不是說二者的作用是相同的。在較長的歷史時期中，沙漠化土地只是一種自然的過程；但在人類活動的歷史時期，隨著時間的推移，人為因素對沙漠化土地的影響越來越大，成為沙漠化土地發展的主要因素。本區人口增加的數量巨大，從1949年的3.371 5萬人增長到2005年的9.45萬人，人均耕地由1949年的0.73hm2減少到2005年的0.60 hm2，加劇了對土地的需求，導致過度墾殖，加速了沙漠化土地的發展。自然因素中年均氣溫、年均降水量、年均蒸發量和平均風速對沙漠化土地有著重要的影響［9］。由于本區位于渾善達克沙地的北部邊緣地帶，地勢西南及東北部高，中部低，又處在典型的典型大陸性氣候，常年盛行西北風，極易造成土地向東南方向擴張。近年來當地政府和國家相繼出臺了京津風沙源治理、退耕還林、禁牧舍飼和生態移民等治沙政策，加大了沙漠化土地治理的力度，沙漠化土地得到一定程度的改善。由此可見，人類不恰當的活動已經成為沙漠化土地的主要原因。自然因素可以導致研究區沙漠化土地發展，但它本身有一定的調適功能，當自然環境有所改善時，也可能有利于沙漠化土地恢復它的生態系統。與自然相比，人類活動具有強烈的主觀能動性。如果人類能夠改變自己生活方式，減少對自然環境的破壞活動，使人類與自然處于和諧發展的狀態，就完全可以防止或減少沙漠化土地的發生與發展。

4 結論與討論

通過1960－2005年近50年遙感影像的數據解譯分析，探討內蒙古多倫縣沙漠化土地6個不同時期的變化規律、揭示沙漠化土地時空格局。

（1）在1960－1995年內蒙古多倫縣土地沙漠化發展明顯，總體上表現為起始狀態土地和輕度沙漠化土地、中度沙漠化土地大幅度擴張，重度沙漠化土地、嚴重沙漠化土地也劇增。1995－2005年間起始狀態土地大幅度擴張，而輕度沙漠化土地和中度沙漠化土地大幅度減少，重度沙漠化土地變化不大、嚴重沙漠化土地也有了減少的趨勢。

（2）根據內蒙古多倫縣土地沙漠化動態變化特點，把土地沙漠化可以分為兩個階段：1960－1995年是發展階段，土地沙漠化面積由原來的215km2發展到了854.88km2，而1995－2005年是逆轉階段，土地沙漠化面積由854.88km2減少到了427.7km2。總之，近50年來多倫縣沙漠化面積所有擴大，程度加重。

（3）多倫縣沙漠化空間分布呈近東西向的3個大沙帶，即多倫縣城南沙帶、閃電河北沿，一家河南沿至吐力根河沙帶、黑風河、蛇皮河至蔡木山沙帶等。

（4）自然地理條件決定了內蒙古多倫縣生態環境的脆弱性。1960－1995年人口迅速增長及草場超載畜加速了沙漠化；1995－2005年期間京津風沙源治理、退耕還林、禁牧舍飼和生態移民等四大治沙工程大見成效，使沙漠化土地面積有了減少趨勢。

（5）內蒙古多倫縣沙漠化土地的形勢仍然不容樂觀，所以該地區沙漠化土地的治理道路任重而道遠。自然因素和人為因素在該區域沙漠化土地的發生發展過程中都發揮著重要作用。在近期內雖然人類因素占主要，但較長時期內自然因素也是一個不可忽視的因素，尤其是年均氣溫和年均降水量等因素。

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