榆林市植被固沙作用年内变化情况研究

魏磊 张参辉

关键词：风蚀；植被；固沙量；榆林市

风蚀对我国土地资源的危害仅次于水蚀，是西北干旱地区面临的主要生态威胁之一。地表植被可通过减缓近地面风速而发挥防风固沙作用、有效防治风蚀［１］。前人对风蚀的定量研究多采用风洞试验与野外样点观测相结合的方法［２－６］，所得结果可反映一时一地的风蚀情况，但无法体现较大范围风蚀与植被保护土壤的时空变化情况，而基于遥感技术手段可对较大范围的植被与风蚀情况进行周期性监测与评估。

榆林市位于陕西省最北部，总土地面积为４３５７８ｋｍ２，地处我国北方农牧交错带中段、毛乌素沙地南缘、黄土高原与内蒙古高原的过渡区，属暖温带和温带半干旱大陆性季风气候区，长期受干旱、风沙、水土流失等灾害的影响，生态环境十分脆弱。西北部府谷县、神木市（原神木县）、榆阳区（原榆阳县）、横山区（原横山县）、靖边县、定边县属风沙区和丘陵沟壑区与风沙区过渡带，习惯称“北部六县”；东南部佳县、米脂县、子洲县、绥德县、吴堡县、清涧县属黄土丘陵沟壑区，习惯称“南部六县”。榆林市作为黄河中游水土流失重点治理区之一和“三北”防护林建设重点区域之一，几十年来开展了坚持不懈的“北治沙、南治土”生态建设，取得了“人进沙退”显著成效，成为土壤风蚀研究的热点区域。笔者基于２０１２年遥感影像数据对榆林市植被防风固沙效果的年内时空变化情况进行了分析，以期为全面评估植被防风固沙效应的动态变化情况及相关研究等提供参考。

１研究方法

１．１数据准备

本研究所用归一化植被指数ＮＤＶＩ（用于推算植被覆盖度）为源于地理空间数据云（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｓｃｌｏｕｄ．ｃｎ）的ＭＯＤＩＳ遥感影像ＭＯＤ１３Ａ３产品２０１２年的月均合成数据，其空间分辨率为１ｋｍ。地形数据取自地理空间数据云空间分辨率为３０ｍ的ＤＥＭ数据集，为了与植被覆盖度数据相匹配，将其转换为坡度后重采样至１ｋｍ分辨率；土壤类型数据源于国家青藏高原科学数据中心（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｔｐｄｃ．ａｃ．ｃｎ／ｚｈ－ｈａｎｓ）提供的１∶１００万土壤类型栅格数据集，空间分辨率为１ｋｍ；气象数据取自国家气象信息中心（中国气象局气象数据中心），采用Ｋｒｉｇｉｎｇ空间插值法将其插值为１ｋｍ分辨率的栅格数据（各类数据均选取２０１２年月平均数据，与ＮＤＶＩ数据的时间一致）。

１．２植被固沙量估算

用风蚀模型估算的有无植被的风蚀量推算植被的固沙量。土壤风蚀模型与水蚀模型相比估算精度相对较低，国外学者开发的风蚀模型如ＷＥＱ模型、ＷＥＰＳ模型等［８－９］难以在国内直接使用，而国内学者董治宝［１０］根据榆林市神木县（属本文研究区）风蚀情况建立的风蚀预报方程适用于陕北地区年与月时间尺度的风蚀量估算，因此本研究采用该模型进行土壤风蚀量估算，其公式如下：

在具体计算中，各格栅单元Ｖ与Ｈ依据气象数据插值得到，ｄ依据土壤属性数据得到，θ依据ＤＥＭ数据通过ＡｒｃＧＩＳ软件平台计算得出，ＳＤＲ与Ｆ采用原公式取值（ＳＤＲ＝１００％，Ｆ＝０．９Ｎ／ｃｍ２）。无植被（即裸地，ＶＣＲ＝０）和有植被栅格的逐月风蚀量之差即为该栅格的逐月植被固沙量，据此可根据榆林市行政区划计算各县（区、市）逐月单位面积植被固沙量。

２结果分析

２．１计算结果

榆林市各县（区、市）逐月单位面积植被固沙量计算结果见表１。

２．２植被固沙量年内变化情况分析

由表１可知，榆林市各县（区、市）单位面积植被固沙量年内变化非常剧烈，其中３—６月单位面积植被固沙量显著大于其他月份的（占全年的９０％左右），其原因是：３—６月为一年中风速和风蚀强度较高的时期，该时期快速恢复生长的植被发挥了较大的防风固沙作用，而植被覆盖度较高的７—１０月因风速相对较低、降雨量较大等而风蚀强度较低、植被固沙量相对较小（但植被对水蚀应具有较大控制作用，其不属本文研究内容），其他月份风速和风蚀强度较高但植被因覆盖度的季节性降低而固沙量较小。

把全市植被固沙量与潜在风蚀量的比值称为风蚀控制比，其年内逐月变化情况见图１。由图１可知，风蚀控制比年内呈以９月为峰值（约６０％）、６—８月快速提高、９—１１月快速下降的态势，而单位面积植被固沙量较大的３—６月风蚀控制比并不高，原因是风蚀控制比与植被的生长状况及风蚀强度有关，植被固沙量较大的季节风蚀量可能较大，植被固沙量较小的季节风蚀量可能较小，即在风蚀强度较低的季节或区域，植被即使覆盖度较高也无法体现出防风固沙功能，反之，在风蚀强度较高的季节或区域，植被即使覆盖度不高也能体现出明显的防风固沙功能。

２．３植被固沙量空间差异情况分析

为了直观表示单位面积植被年固沙量空间分布情况，采用ＡｒｃＧＩＳ软件制作了榆林市单位面积植被年固沙量空间分布图，见图２。由表１、图２可知，榆林市单位面积植被固沙量空间差异显著，即风沙区与黄土丘陵沟壑区这两大地貌单元单位面积植被固沙量分异明显，黄土丘陵溝壑区单位面积植被固沙量明显高于风沙区的。以县（区、市）为单元计算的单位面积植被年固沙量为６３７５～１５３７１ｔ／ｋｍ２（最大值约为最小值的２．４倍），南部六县单位面积植被年固沙量明显大于北部六县的，其原因是：南部六县（属黄土丘陵沟壑区）植被生长的立地条件相对较好、植被覆盖度相对较高，地势较低、地表起伏较大、地面风速相对较低，土壤抗蚀性较沙漠的大；而北部六县（属风沙区和丘陵沟壑区与风沙区过渡带）地势较高、植被生长的立地条件相对较差、植被覆盖度相对较低，地表起伏相对较小、地面风速相对较高，沙地抗蚀性较黄土的小，尤其定边县、榆阳区北部、神木市西部因沙漠面积较大、流动沙丘较多、植被覆盖度较低而单位面积植被固沙量较小。

如前所述，３—６月是单位面积植被固沙量最显著的时段，因此制作了这４个月单位面积植被固沙量空间分布图（见图３）。可以看出：这４个月单位面积植被固沙量均呈现东部高于西部、南部高于北部的空间格局，但各月份的高值区有所不同，３月高值区较分散，４月高值区在南部，５月高值区在东部，６月高值区在东南部，体现了季节改变过程中水热条件变化对植被生长和风蚀的双重影响，也表明黄土丘陵沟壑区植被固沙能力对季节变化较为敏感。

２．４讨论

近年来，关于黄土高原植被的保土效果研究多侧重于减轻水蚀的作用［１１－１３］，本研究对榆林市植被的固沙效果按分辨率为１ｋｍ的栅格进行了逐月估算，体现了植被固沙作用在年内的变化情况和较大尺度的空间差异情况，期望为有关研究提供参考。需要指出，由于风蚀及植被防风固沙影响因素复杂，本研究在风蚀量估算时主要依据有关文献中的公式，对有关因素的处理缺乏深入研究，如没有考虑热力因素，事实上热力因素的变化会导致下垫面的改变和风蚀起沙过程的变化，冬季部分土壤被积雪覆盖或结冰后土壤风蚀量很小，此外，空气相对湿度和土壤含水量与风蚀的定量关系尚不明确，现实中风速是不断变化的，采用平均风速势必存在较大误差等，因此所得植被固沙量估算结果仅供参考，不能直接表示起沙、扬尘的精确数量。

３结论

榆林市以县（区、市）为单元计算的单位面积植被年固沙量为６３７５～１５３７１ｔ／ｋｍ２，其时空分布差异显著，在时间上单位面积植被年固沙量约９０％分布在３—６月，在空间上南部六县黄土丘陵沟壑区单位面积植被年固沙量明显大于北部六县风沙区的；季节变化对风蚀、植被生长及其防风固沙作用有明显影响，黄土丘陵沟壑区植被防风固沙作用对季节变化较为敏感。