基于遥感数据的青海湖流域土地沙漠化评价研究

张明（环境保护部南京环境科学研究所，生态保护与气候变化研究中心，南京210042）

基于遥感数据的青海湖流域土地沙漠化评价研究

张明
（环境保护部南京环境科学研究所，生态保护与气候变化研究中心，南京210042）

青海湖地区是我国青藏高原的生态脆弱区。我们利用遥感技术手段配合地面调查数据，建立适合青海湖流域的沙漠化评价指标体系，并对流域的沙漠化程度进行评价。结果显示，青海湖流域潜在沙漠化土地面积7497.45km2，占研究区总面积的55.82％；发展中的沙漠化土地面积4569.81km2，占研究区总面积的34.03％；强烈发展中的沙漠化土地面积546.41km2，占研究区总面积的4.07％；严重沙漠化土地面积816.62km2，占研究区总面积的6.08％。气候与土壤结构是青海湖流域土地沙化的主要原因。

遥感；沙漠化；评价；指标体系；青海湖

沙漠化是当今世界最为严重的环境问题之一，对人类的生存和发展构成严重威胁［1，2］。全球1/4的陆地表面积、2/3的国家和近10亿的人口受到沙漠化的影响［3，4］。中国是世界上受沙漠化影响最为严重的国家之一，全国沙漠、戈壁和沙漠化土地近170万km2，其中沙漠化土地近40万km2，严重威胁着中国北方地区生态环境和社会经济可持续发展［4，5］。

沙漠化地区受气候变化和人类活动的影响，其生态平衡被打破，地表出现风沙活动，土地生产力下降等。土地沙漠化对人类生存构成了严重威胁，同时也制约着区域资源开发和经济的持续发展。近年来，受青海湖流域特殊的气候和地貌变化作用，在过度放牧、滥垦、乱挖滥采、鼠害等多重因素影响下，青海湖流域土地沙漠化面积不断扩大。开展沙漠化的监测与评估是科学有效防治沙漠化的重要途径［6］。遥感以其观测范围广、信息量大、数据更新快和精度高等优势，在土地沙漠化的监测与评估中得到了广泛的应用［7-11］。本文建立了针对青海湖流域典型地区的遥感监测体系指标，对青海湖流域荒漠化影响因子进行探讨，旨在为区域沙漠化监测提供理论支持，为青海湖流域生态环境演变提供监测与评价方法。

1　研究区域

1.1青海湖流域概况

青海湖位于青藏高原东北端，祁连山地的东南部，四周高山环绕。地理位置介于北纬36°32＇-37°15＇，东经99°36＇-100°46＇之间。青海湖地区属高原大陆性气候，光照充足，干湿季分明，年均温在0.3-1.1℃之间。湖区全年降水偏少，主要集中在5-9月份，雨热同季，每年从11月中旬开始到翌年1月份气温为最低，此时全湖形成稳定的冰盖，冰封期年平均为108-116d。青海湖湖水补给来源为河水、雨水及地下水，每年获得径流补给主要来自布哈河、沙柳河、乌哈阿兰河和哈尔盖河。

环湖区四周高山环绕，湖陆风形成的环湖小气候使环湖区气候相对湿润。平均海拔3900m，地形起伏度小，坡度较缓，自然生态系统类型以湿地草原、河湖、沼泽湿地为主，主要的土地利用类型包括耕地、城镇用地、交通用地等。

1.2数据来源与处理

以MSS、TM、MODIS遥感数据为主，进行了土地利用、植被因素、地形因素等分析。时间为2010年Landsat卫星遥感影像，为了保证影像高质量，选择夏季影像，云层覆盖度小于10％。利用ENVI软件对影像进行标准彩色波段组合、彩色增强，并借助1：5万地形图对影像进行二项式几何精校正，空间误差保证在正负2个象元内，然后在ARC/INFO软件支持下，结合青海湖流域土壤、植被、气象等相关资料，采用人机交互解译方法提取数据。

2　研究结果

2.1沙漠化指标体系建立

根据沙漠化定义及其评价指标，青海湖流域环湖区沙漠化评价指标体系遵循以下原则：（1）科学性：指标体系要能够科学地反映青海湖流域环湖区自然环境和人类活动对沙漠化的共同影响，反映环湖区内沙漠化的空间格局和分布特征；（2）系统性：把青海湖流域视为生物多样性的一个整体大系统，从中研究流域环湖区内各方面因素与沙漠化的关系，通过所设置的指标，准备全面地反映出流域内各项因素对沙漠化的共同作用；（3）可测性：指标体系要简单明了，每个指标的要领明确，各指标间含义不重复，而且这些指标要和流域环湖区内已有的针对沙漠化的调查与监测相结合，使指标容易获得和监测；（4）层次性：指标体系应根据不同因素对流域内沙漠化的影响方式和作用的不同分出鲜明的层次，并有明确的对应关系，层次越往上，指标越综合；层次越往下，指标越具体；（5）稳定性：指标体系应在一定时期、一定范围内不发生重大的变动，保持时空上的稳定。

据此，从造成土地沙漠化因素入手，结合实地调查和流域内沙漠化具体情况，选取了7项评价指标13个评价因子，具体包括地形因素（坡度、地形起伏度）、植被因素（植被覆盖度、净植被第一生产力）、土地利用因素、气候因素（干燥度、年均潜热）、沙漠化程度（距离沙地距离、距离湖泊距离）、土壤因素（土壤质地、土壤水分）和人类活动因素（人口密度、超载率）。

2.2基于层次分析法的流域沙漠化分析

层次分析法是一种基于专家评分的评价和确定指标权重的方法。层次的划分及各影响因素的选择必须根据具体的决策问题而定，包含：目标层（提出总目标）、准则层（目标层的主要影响因素）、指标层（准则层的影响因子）。根据层次分析法的基本步骤和沙漠化评价指标体系，建立起了青海湖流域环湖区沙漠化评价层次模型（图1）。

图1　青海湖流域环湖区沙漠化评价阶递层次模型

判断矩阵是以上一层元素作准则将下一层支配元素进行成对比较，同时参考专家意见，确定各因素之间的相对重要性并赋以相应的分值，构造出各层次中的所有判断矩阵，计算权重向量并进行一致性检验。根据前人的研究并结合专家调查，构建构造判断矩阵，最终得到层次分析法总排序权重表（表1）。

2.3青海湖流域沙漠化等级分布

朱震达等对我国北方沙漠化土地进行了详细的研究后提出了一套沙漠化等级分类标准，并被广泛采用。参照前人研究结果，以沙漠化土地地表形态变化为指征，同时考虑气候、植被、土地利用、人类活动、土壤、地形等因素，将土地沙漠化程度分为四级，并制作出青海湖环湖区土地沙漠化危险等级图（图2）。

青海湖环湖区总面积13443.03km2，土地面积为9218.73km2，水体面积4224.30km2。土地沙漠化等级由低到高依次分为潜在沙漠化、发展中沙漠化、强烈发展和严重沙漠化四级。不同沙漠化土地类型的空间分布特征如图2所示。

潜在沙漠化土地面积最大，为7497.45km2，占研究区总面积的55.82％，主要分布在布哈河、沙柳河、倒淌河中上游地带以及青海南山海拔4000米左右的高寒地区，地势相对陡峭，降水较多，相对湿润，植被类型以温性草原与高寒草原为主，人为活动干扰较少，此区域土地沙漠化危险程度最低。

正在发展中的沙漠化土地面积较大，为4569.81km2，占研究区总面积的34.03％，主要分布在布哈河、倒淌河、沙柳河、甘子河等下游河谷以及缓坡地带，主要的植被类型为温性草原，土壤质地以粉壤土、粘壤土为主，降水较少，蒸发较大，土壤含水量相对较少，载畜量较高。

强烈发展中的沙漠化土地面积最小，为546.41km2，占研究区总面积的4.07％，主要分布在青海湖湖滨平原地带，海拔较低，地势平坦，特别多处于沙地周围，起沙点较多。此区域人口密度大，人为活动较为频繁，是农牧业的主要聚集区，天然植被覆盖度低，超载率高，土地利用以低覆盖草地、河滩地、耕地、城镇和居民点用地为主。主要包括了青海湖农场、三角城种羊场、布哈河河谷周围和江西沟附近，是沙地扩张的主要地带。

严重沙漠化土地面积为816.62km2，占研究区总面积的6.08％。主要集中分布于湖区东岸和西岸，零星小面积地分布于青海湖南岸江西沟等地。青海湖西岸沙丘主要分布于海西山（鸟岛）西北、布哈河三角洲的东北缘，湖东岸的沙丘主要分布在湖东种羊场、尕海和甘子河中下游一带。主要沙地类型有新月形沙丘和新月形沙丘链，前者主要靠湖侧、后者主要靠陆侧分布。

表1　层次分析法总排序权重表

图2　青海湖环湖区土地沙漠化危险等级图

3　讨论与结论

青海湖湖区东北岸的滨湖平原和湖西岸的沙丘在成因上属于风沙堆积，本区常年主导风向为西北风，强劲的风力把湖区西岸和北岸河口三角洲地带的沙粒吹扬起来并向东南方向输移，在受到湖盆东部日月山等高山阻挡后沙粒便停落下来，从而造成湖岸东侧广泛的风沙堆积。这些风沙堆积不仅在滨湖平原造成沙丘，而且还大量降落在水下，形成水下风沙堆积，并使湖中的沙岛与沙堤不断增高，造成不少堰塞湖脱离母体，从而形成青海湖东岸独具一格的自然景色。

近年来气候变化，气温升高导致土壤、沙粒干燥度增加，干燥的沙粒起沙运动的可能性增大，输沙量也增大。因此，气温升高对沙丘移动速度和高度变化呈正效应，而降水量的大小对植被的恢复和生长具有积极的促进作用，增加沙粒的黏滞性，有效地抑制沙丘的移动及变化，所以气候变化是影响土地沙漠化的重要原因。另外该区域土壤质地以砂土、砂壤土为主，土壤含沙量约在80％以上，植被稀疏，覆盖度低，地表裸露，这些因素共同作用使得导致青海湖环湖区部分地区土地沙漠化程度严重。

青海湖南岸江西沟地区的零星沙地面积较小，呈现条带状沿湖分布，该地区的沙地在成因上与湖东岸、西岸的沙地略有不同，主要是因为湖泊水位的变化导致湖滨沙地的变化，湖泊水位升高，淹没湖滨沙地，沙地就会变少，湖泊水位下降，湖泊浅水区的沙地将会裸露，从而沙地变多，这样的沙地变化并非气候因素直接所致，而是一种地貌变化。

［1］Reynolds J F，Grainger A，Smith D M S，et al.Scientific concepts for an integrated analysis of desertification［J］.Land Degradation＆amp; Development，2011，22（2）：166-183.

［2］王涛，朱震达.我国沙漠化研究的若干问题—沙漠化的概念及其内涵［J］.中国沙漠，2002，22（3）：209-214.

［3］朱震达，陈广庭.中国土地沙质荒漠化［M］.北京：科学出版社，1994.

［4］王涛，朱震达.中国沙漠化研究［J］.中国生态农业学报，2001，9（2）：7-12.

［5］王涛.中国沙漠与沙漠化［M］.石家庄：河北科学技术出版社，2003.

［6］Millennium Ecosystem Assessment.Ecosystems and Human Well-being：Desertification Synthesis［R］.Washington，USA：World Resources Institute，2005.

［7］马玉军，沙占江，陈学俭，等.青海省共和盆地20年来沙漠化土地变化.干旱区资源与环境，2016，30（2）：176-181.

［8］康文平，刘树林，段翰晨.基于MODIS时间序列数据的沙漠化遥感监测及沙漠化土地图谱分析—以内蒙古中西部地区为例.中国沙漠，2016，36（2）：307-318.

［9］段英杰，何政伟，王永前，等.基于遥感数据的西藏自治区土地沙漠化监测分析研究.干旱区资源与环境，2014，28（1）：55-61.

［10］康文平，刘树林.沙漠化遥感监测与定量评价研究综述.中国沙漠，2014，34（5）：1222-1229.

［11］王小军，陈翔舜，魏金平，等.甘肃省2004-2009年土地沙漠化时空变化分析.中国沙漠，2013，33（1）：33-37.

（2016-05-08收稿袁海峰编辑）

Indicator System and Assessment of Land Desertification in Qinghai-Lake Area Based on Remote Sensing

ZHANG Ming
（Research Center for Ecological Protection and Climate Change Response，Nanjing Institute of Environmental Sciences，Ministry of Environmental Protection，Nanjing 210042，China）

Qinghai-Lake Area is one of ecologically vulnerable areas in Qinghai-Tibetan Plateau.Therefore，we use remote sensing technology and ground investigation data to build indicator system for desertification assessment，fit for Qinghai-Lake Area，andcarriesoutassessment.Theresultshows，landareaof potential desertification is 7497.45km2，which is 55.82％of total researcharea.Landareaofdevelopmentdesertificationis 4569.81km2，which is 34.03％of total research area.Land area of strong development desertification is 546.41km2，which is 4.07％ of total research area.Land area of serious desertification is 816.62km2，which is 6.08％of total research area.Climate and soil structure are the main reason of desertification in Qinghai-Lake Area.

Remote sensing；Desertification；Assessment；Indicator system；Qinghai-Lake Area

TP79；X144

A

1003-7853（2016）03-0035-03

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项

张明（1982-），男，福建顺昌人，硕士，助理研究员，主要从事生态保护与修复研究。