基于landsa影像的松嫩沙地土地利用影響下的生態(tài)環(huán)境退化機(jī)制研究

基于landsa影像的松嫩沙地土地利用影響下的生態(tài)環(huán)境退化機(jī)制研究

1沙漠化土地.土地的自然生態(tài)系統(tǒng)已分區(qū).松香沙位于東北平原的西北部，坐標(biāo)為44454820，1224012440。沙地的平均分布區(qū)約為2.2.42.5。土地利用以農(nóng)業(yè)用地為主，耕地面積大，草地小。沙區(qū)主要縣的農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和其他土地的比例約為5.5%-4.1.6.2.5。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口增長速度快，對土地壓力越來越大，土壤覆蓋變化嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，松香沙漠化土地占56%，微沙漠化土地占36%，中沙漠化土地占7%，重砂漠化土地1%。這些沙漠基本上是在20世紀(jì)中葉之后發(fā)展起來的。這是一個(gè)非常潛在的沙區(qū)。在人類陸地開發(fā)活動(dòng)的影響下，自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗逆性變差，土壤鹽堿化、荒漠化和牧場退化現(xiàn)象明顯，生態(tài)環(huán)境呈強(qiáng)惡化狀態(tài)。2土地增長率分析在國家宏觀政策、生產(chǎn)關(guān)系調(diào)整和大量移民涌入等背景下,研究區(qū)自20世紀(jì)50年代開始土地的大規(guī)模墾殖.統(tǒng)計(jì)資料顯示,耕地面積的變化先后經(jīng)歷了快速增長——減少——緩慢增長的變化過程,在建國初期和60～70年代出現(xiàn)持續(xù)增長高峰.片面強(qiáng)調(diào)擴(kuò)大種植業(yè)規(guī)模的結(jié)果使大量草地被開墾,一些以牧業(yè)為主導(dǎo)的縣份耕地增長迅速,如黑龍江省杜爾伯特蒙古族自治縣1949～1985年耕地年增長率達(dá)到0.93%.與國家第四次土地墾荒高潮相對應(yīng),80年代中期以來研究區(qū)土地利用變化顯著,表現(xiàn)為耕地緩速增加、草地和林地大幅減少呈破碎化,水域面積萎縮.根據(jù)TM影像的解譯結(jié)果,一些主要縣份耕地平均以1.27%年增長率增加,而草地和林地的年均遞減率分別達(dá)到4.67%和1.82%,減少速度高于耕地增長速度(表1).自然覆被類型的銳減,使景觀結(jié)構(gòu)趨于簡單,土地荒漠化加重,生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)退化態(tài)勢.3區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化過程分析3.15區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的主成分分析松嫩沙地的生物氣候條件相對較好,在自然狀態(tài)下,植物容易生長,在沙丘和沙平地上形成疏林草原景觀和草甸草原景觀.然而20世紀(jì)50～80年代初,由于人類長期高強(qiáng)度的土地開發(fā),嚴(yán)重破壞了自然生態(tài)系統(tǒng),土地沙漠化加劇,生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)出更為脆弱的特征.環(huán)境退化表現(xiàn)為沙化堿化迅速擴(kuò)大,這一時(shí)期的氣候波動(dòng)也促進(jìn)了這種環(huán)境演化趨勢.吉林省白城地區(qū)地域廣闊,土地資源豐富,擁有吉林省最大的天然牧場.然而,由于過度不合理的土地利用活動(dòng),如濫墾濫伐、靠天養(yǎng)畜、逐草而牧和耕作粗放等,土地沙化和鹽堿化發(fā)展十分劇烈,區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化特征在本區(qū)具有代表性.因此,我們采用主成分分析法定量探討了該區(qū)在該時(shí)段內(nèi)生態(tài)環(huán)境退化的影響因子,借以反映研究區(qū)人類土地利用活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境逆向演化的關(guān)系.主成分分析方法的突出優(yōu)點(diǎn)是可以在關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜的多變量中找出影響它們的共同因素和特殊因素,以少數(shù)幾個(gè)彼此獨(dú)立的新變量表達(dá)原始數(shù)據(jù),既能保持原有信息,又可取得良好的降維效果.鑒于本研究的目的、研究資料的可獲取性和因子間的相關(guān)性,在對區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)演化的眾多影響因子定性分析基礎(chǔ)上,選擇了1953～1978年的年降水量(x1)、年均氣溫(x2)、大風(fēng)日數(shù)(x3)、總?cè)丝?x4)、農(nóng)業(yè)人口(x5)、耕地面積(x6)、牲畜數(shù)量(x7)、糧食總產(chǎn)(x8)和糧食單產(chǎn)(x9)作為研究變量,分別代表自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素.綜合定量分析表明(表2,表3),作為最主要綜合指標(biāo)的第一主成分中,總?cè)丝?、農(nóng)業(yè)人口數(shù)、耕地面積和牲畜頭數(shù)的特征向量絕對值最高,第一主成分中變量的貢獻(xiàn)率為58.6%,表明在研究期間由于農(nóng)業(yè)人口的增加,加大了對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的壓力,人們盲目開墾坨甸地,耕地面積不斷擴(kuò)大,牲畜頭數(shù)增加,草場超載過牧得不到休閑,草場面積在急劇減少的同時(shí)迅速沙化堿化,人為因素作用對土地退化的影響最強(qiáng)烈.第二主成分主要綜合了降水量和氣溫,即自然因素的變異信息,特征向量絕對值分別達(dá)到0.6112和0.8114,貢獻(xiàn)率為16.21%,說明50～70年代末降水減少伴隨偏高的氣溫為土地沙化和鹽堿化發(fā)展提供了氣候條件.總之,在50～80年代初,雖然具有氣候短期干旱化特征,為土地的荒漠化發(fā)展提供了前提,但是由于人口增加的壓力和“以糧為綱”政策的引導(dǎo),人們靠不斷擴(kuò)大耕地面積彌補(bǔ)土地生產(chǎn)率低下的不足,不合理土地利用起了主導(dǎo)作用,與自然因素達(dá)成共振.最終使松嫩沙地區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變幅加大,脆弱性變強(qiáng),人文因素在松嫩沙地生態(tài)環(huán)境發(fā)生逆向演化過程中的影響明顯.3.28土地沙漠化迅速擴(kuò)展程度加劇80年代以來,特別是80年代中期到90年代中后期,全國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)進(jìn)入改革開放以來發(fā)展最旺盛的時(shí)期,研究區(qū)也出現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的熱潮.這一階段雖然沒有大規(guī)模移民涌入,但較大的人口基數(shù)和國家對少數(shù)民族在計(jì)劃生育上實(shí)行照顧政策等原因,人口增加的速度未見減緩.人口的增長、社會(huì)需求擴(kuò)大以及急于擺脫貧困的心理,人們只注重糧食產(chǎn)量和畜牧業(yè)的收益,致使耕地?cái)U(kuò)張趨勢明顯,牲畜頭數(shù)激增,大面積牧草地、天然榆樹林地縮減.不合理土地利用活動(dòng)的強(qiáng)度增大,土地荒漠化發(fā)展呈蔓延態(tài)勢,生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步趨向惡化.這期間生態(tài)環(huán)境退化主要表現(xiàn)在:草原植被覆蓋日益減少,草場生產(chǎn)力和牧草質(zhì)量迅速下降,草地日趨退化;土地沙漠化總體上雖有所抑制,但局部仍繼續(xù)惡化;土地鹽堿化迅速擴(kuò)展程度加劇.如在吉林省西部土地沙化總面積減小了約9.96×104hm2,而土地鹽堿化日趨嚴(yán)重,總面積由144.7×104hm2增加到177.6×104hm2.從程度變化看,輕度沙化和鹽堿化土地面積有一定減少,所占比例分別降低了38.94和6.61個(gè)百分點(diǎn);潛在沙化土地增加明顯,增幅達(dá)到21.63×104hm2;中度以上沙化和鹽堿化土地都呈增加態(tài)勢,所占比例分別上升了9.9個(gè)百分點(diǎn)和4.2個(gè)百分點(diǎn).目前,中度和重度鹽堿化面積之和占鹽堿化土地總面積的60.93%.在此期間,生態(tài)環(huán)境惡化固然有自然環(huán)境變化的背景條件(如全球氣候變暖,局部增溫減濕,干旱程度加劇等),人類持續(xù)過度的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對土地的持續(xù)破壞仍然是重要影響因素.(1)不同土地利用變化根據(jù)解譯結(jié)果統(tǒng)計(jì)的松嫩沙地主要縣份耕地和草地在80年代中期到2000年的面積凈變化發(fā)現(xiàn),耕地增幅較大的幾個(gè)縣市如吉林省通榆、洮南、乾安縣及黑龍江省泰來和杜蒙自治縣,草原減少量相應(yīng)都較大.其中,通榆縣草地縮減16.52×104hm2,洮南和杜蒙自治縣分別減少5.96×104hm2和5.74×104hm2,其耕地增加量分別為草地減少量的1.65倍和1.14倍.另外,由于很多新開墾的耕地通常缺乏防護(hù)林地或林網(wǎng)保護(hù),極易沙化甚至撂荒,使原本為潛在或輕度沙化土地面積擴(kuò)大或者程度升級,形成新的沙地.在春季干燥大風(fēng)季節(jié),裸露的耕地就地起沙,又對周圍未開墾的草原構(gòu)成極大威脅,草場風(fēng)蝕沙化加劇.在鹽堿低濕地草甸開過荒的地方,植被被破壞后,土壤表層水分蒸發(fā)隨之加快,土體下層鹽分在土壤表層析出并大量積聚,將導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤次生鹽堿化.而一部分草地開為水田后,因缺乏灌排的配套工程,在春秋季蒸發(fā)量大于降水量,鹽分隨水上升進(jìn)入土壤表層,在水田外圍的旱田和未開墾草地發(fā)生次生鹽堿化.圖1,圖2給出了吉林省西部地區(qū)1986～2000年幾種土地利用/覆被類型分布在不同沙化程度土地、鹽堿化程度土地上的面積占其總面積比的變化情況,能夠充分說明土地利用變化與土地沙化、鹽堿化加劇的關(guān)系.由圖可知,1986年分布在輕度沙化土地上的旱地面積占旱地總面積的比例為9.76%,到2000年比例上升為11.88%,而在潛在沙化地上的分布減少,說明沙地上耕地面積擴(kuò)大的同時(shí),導(dǎo)致了一部分潛在沙化土地程度加重升級,目前一些旱地分布于沙化程度更重的土地上.草地在輕度和中度沙化土地上面積比例分別下降1.32%和0.13%,說明當(dāng)?shù)剡`背草場資源的客觀規(guī)律,盲目開荒,草場嚴(yán)重退化萎縮.耕地、草地和林地在不同鹽堿化程度的土地上的面積大都呈增加趨勢,以中度鹽堿化土地增幅最大.除氣候干旱原因外,不適當(dāng)?shù)耐恋乩没顒?dòng)加重了這種趨勢.15年里,在中度鹽堿化土地上旱地面積占旱地總面積的比例上升了7.37%,表明旱地遭受鹽堿化的更大威脅.而在重度鹽堿化土地上草地面積比例增幅最大,由0.27%增加為3.01%,上升了2.748個(gè)百分點(diǎn),草地鹽堿化程度加劇,大面積白色堿斑廣布,已變成難利用的鹽堿荒地.(2)草地放牧現(xiàn)狀80年代后期,松嫩沙地主要縣份畜牧業(yè)的發(fā)展穩(wěn)中有升,但草地生產(chǎn)力降低,草畜平衡失調(diào),矛盾日益尖銳.以吉林西部為例,1985年該區(qū)草地平均產(chǎn)草量為1350kg/hm2,草地面積為188.7×104hm2,可載540萬個(gè)羊單位,當(dāng)時(shí)草食家畜飼養(yǎng)量為586萬個(gè)羊單位,超載46萬個(gè)羊單位.到90年代末,草地平均產(chǎn)草量為600kg/hm2,草地放牧理論載畜量為229.8萬個(gè)羊單位,實(shí)際草食家畜飼養(yǎng)量為1205.5萬個(gè)羊單位,超載975.7萬個(gè)羊單位.牲畜數(shù)量的增多,又缺乏農(nóng)林牧業(yè)統(tǒng)籌安排,以農(nóng)擠牧、以林?jǐn)D牧,牲畜在狹窄草場上高強(qiáng)度的采食、踐踏,牧草正常生長受到抑制.裸地增加,土壤鹽分在表層聚集,引起草場退化、沙化和鹽堿化.同時(shí),家畜多靠散牧而不舍飼,在早春、雨后和晚秋牧草恢復(fù)期的頻繁放牧加速了草場植被的退化.(3)生態(tài)環(huán)境脆弱性發(fā)展,導(dǎo)致土地合理利用80年代中期,“三北”防護(hù)林中大部分防風(fēng)固沙林和農(nóng)田防護(hù)林皆已成林,胸徑一般可達(dá)20～30cm,其防風(fēng)固沙作用極為顯著,使土地沙漠化得以逆轉(zhuǎn),生態(tài)環(huán)境向良性循環(huán)發(fā)展.然而,近年來,在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下,人們?yōu)榱双@取眼前的經(jīng)濟(jì)利益,不僅不進(jìn)行更新造林,反而開始大量采伐防護(hù)林,或毀林種地,或大搞木材加工,部分地區(qū)國有林和地方林遭到嚴(yán)重毀壞,森林覆蓋率大幅降低.土壤風(fēng)蝕加劇,沙化程度升級.因此,80年代以來研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的脆弱性發(fā)展是在潛在的自然因素的基礎(chǔ)上,主要?dú)w咎于人類開發(fā)利用土地的盲目性、無計(jì)劃性,忽視對土地資源的保養(yǎng)和恢復(fù),毀草、毀林開荒,草原、天然榆樹林及灌木林大面積收縮,超載放牧,自然生態(tài)的自調(diào)能力被嚴(yán)重破壞,致使土地荒漠化發(fā)展迅速.4松嫩沙地植被恢復(fù)的生態(tài)環(huán)境效益研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境的演化是一個(gè)受到自然社會(huì)經(jīng)濟(jì)多因子綜合作用的復(fù)雜過程,環(huán)境的退化是在自