基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)的甘肅省土地沙漠化敏感性評價

基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)的甘肅省土地沙漠化敏感性評價

土地沙漠化是指由各種因素引起的干旱、半干旱和干旱，以及干旱和干旱的亞濕潤地區(qū)的土地退化。目前,地球上沙漠和沙漠化土地面積達4560.8km2,占全球土地總面積的35%,威脅到100多個國家和地區(qū)及15%的人口。中國北方地區(qū)的沙漠化土地面積達3.00×105km2,影響到12個省(區(qū))的212個縣(旗)的近3.5×107人口,威脅著近6.70×106hm2的耕地和草場。據(jù)調(diào)查,土地現(xiàn)代沙漠化成因中純自然因素類型僅占5.5%,其余均與人類不合理的土地開墾、過度放牧、樵采、水資源利用不當?shù)扔嘘P(guān)。開展區(qū)域土地沙漠化敏感性研究,了解其空間分布格局,對于開展區(qū)域生態(tài)環(huán)境分區(qū)管理,合理開發(fā)利用土地資源,控制沙漠化的發(fā)生、發(fā)展,以及區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。生態(tài)環(huán)境敏感性指生態(tài)系統(tǒng)對人類活動反應的敏感程度,用來反映產(chǎn)生生態(tài)失衡與生態(tài)環(huán)境問題的可能性大小。沙漠化敏感性即指由于人類活動引起土地沙漠化的可能性大小,研究其敏感程度和空間分布,是實施生態(tài)環(huán)境分區(qū)管理的一個重要基礎(chǔ)。1沙漠化土地的分布、分布特點甘肅省地處西北內(nèi)陸,地域狹長,其疆域包括傳統(tǒng)上的隴東、隴中、隴南、甘南、河西地區(qū)及柴達木盆地西北部等區(qū)域,總土地面積4.55×105km2,其中干旱內(nèi)陸區(qū)面積占全省總土地面積的60%。由于氣候干旱、多風,植被稀少,地表多沙質(zhì),以及長期的人類活動影響,甘肅省是中國沙漠和沙漠化土地面積分布較大的省份之一,在全國沙漠化土地面積排序中居第4位。沙漠化土地的發(fā)生區(qū)域主要在河西地區(qū),隴中和隴東地區(qū)、甘南地區(qū)也有部分區(qū)、縣有較大面積的分布,沙漠化直接涉及到8個地州市、25個縣市、200多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。近20a來,甘肅省沙漠化土地面積基本保持不變,但在局部卻表現(xiàn)為沙漠化程度加劇的狀況,如古浪、環(huán)縣等地大面積土地風蝕沙化,石羊河流域地下水位下降,植被枯死,綠洲萎縮,沙漠擴張。開展土地沙漠化敏感性評價,為西部開發(fā)中該區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)提供科學依據(jù),已成為當務(wù)之急。2學習方法2.1土地沙漠化敏感性評價影響土地沙漠化的因素很多,張國平等研究表明,區(qū)域土地沙漠化敏感性可以用濕潤指數(shù)、土壤質(zhì)地及起沙風的天數(shù)、冬春季地表植被覆蓋度等來評價,根據(jù)研究區(qū)的情況和評價要求,甘肅省土地沙漠化敏感性評價亦選用上述因子(表1)。2.2單因子敏感性評價采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)建立甘肅省濕潤指數(shù)、大風天數(shù)、土壤質(zhì)地、植被覆蓋度等因子的圖形庫和屬性庫,并依據(jù)表1的標準進行單因子敏感性評價。在此基礎(chǔ)上,通過空間疊加分析獲得甘肅省土地沙漠化敏感性綜合評價圖,以此為基礎(chǔ)進行分析評價。2.2.1單因素敏感性評價圖的建立和屬性庫的建立(1)日平均氣溫10穩(wěn)定積分圖t濕潤指數(shù)的倒數(shù)為干燥度,它反映了一個區(qū)域熱量和水分之間的相互作用關(guān)系。這里采用張寶方方土等提出的干燥度的計算公式:K=0.16∑trΚ=0.16∑tr式中:K——干燥度;∑t——日平均氣溫≥10℃時期的穩(wěn)定積溫;∑t——數(shù)據(jù)來自甘肅省日平均氣溫≥10℃的積溫圖;r——同時期的降雨量,因甘肅省日平均氣溫≥10℃的持續(xù)時間為5—9月,且全年降雨也集中在這幾個月,因此可以采用5—9月份的降雨量之和來代替。根據(jù)公式可得到甘肅省各地的干燥度,將其換算為濕潤指數(shù),利用ARC/INFO地理信息系統(tǒng)軟件,依據(jù)分級指標而得到甘肅省土地沙漠化敏感性分析——濕潤指數(shù)評價圖。(2)對于土地沙漠化的影響風力強度是影響風對土壤顆粒搬運的重要因素。風速只有在超過某一臨界值的情況下才有可能吹揚和搬運土壤中的顆粒物質(zhì)至空中,根據(jù)大量的研究資料,砂質(zhì)壤土的起沙風速為6m/s。并且冬春季節(jié)降雨量極少,干燥多風,選用冬春季大于6m/s大風的天數(shù)這個指標來評價土地沙漠化具有很重要的意義。根據(jù)甘肅省冬春季大于6m/s大風的天數(shù)圖和表1的標準來劃分甘肅省土地沙漠化敏感性分析——大風影響評價圖。(3)土壤的起沙速率和風蝕速率不同粒度的土壤顆粒具有不同的抗剪切力,黏質(zhì)土壤易形成團粒結(jié)構(gòu),抗剪切能力增強,相同條件下,沙質(zhì)土壤的起沙速率大于壤質(zhì)土壤的起沙速率;礫質(zhì)結(jié)構(gòu)的土壤和戈壁土壤的風蝕速率小于沙地土壤的起沙速率;而基巖質(zhì)地表的供沙率極低,對風蝕的影響不大。根據(jù)《甘肅省土壤圖》以及《甘肅土種志》,找出不同質(zhì)地土壤的分布,并依據(jù)表1的標準,作出甘肅土地沙漠化敏感性分析——土壤質(zhì)地影響評價圖。(4)植被覆蓋與土漠化的關(guān)系地表植被覆蓋是影響沙漠化敏感性的一個重要因素,在水域、冰雪和植被覆蓋度高的地區(qū),不會發(fā)生土壤的沙漠化;相反,地表裸露,植被稀少,都會使土壤沙漠化的機會增加。尤其是冬春季節(jié),地表的植被覆蓋相對較少,因此,冬春季節(jié)的植被覆蓋是評價沙漠化敏感性的又一重要指標。根據(jù)甘肅省植被圖和生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查的衛(wèi)星遙感資料,可以作出甘肅省土地荒漠化敏感性分析——植被覆蓋影響評價圖。2.2.2沙漠化敏感性指數(shù)計算甘肅省土地沙漠化敏感性評價是受以上多個因素的綜合影響,考慮到上述因子對土地沙漠化影響均很重要,采用等權(quán)的方法,按下面的公式算出沙漠化敏感性綜合指數(shù),利用ARC/VIEW地理信息系統(tǒng)軟件作出甘肅省沙漠化敏感性分布圖(圖1)。沙漠化敏感性指數(shù)計算方法:Di=(Ii.Wi.Ki.Ci)????????????√4(1)Di=(Ιi.Wi.Κi.Ci)4(1)式中:Di——i空間單元沙漠化敏感性指數(shù);Ii,Wi,Ki,Ci——i空間單元各因素的敏感性等級值。3甘肅省土地荒漠化的敏感評估3.1單因素的敏感性評價3.1.1敏感區(qū)附待沖突區(qū)土地沙漠化極敏感地區(qū)主要包括敦煌、安西、阿克塞西北部、肅北北部地區(qū)以及金塔北部地區(qū);高度敏感地區(qū)包括阿克塞中部,玉門,金塔中部、南部至民勤北部一帶,以及肅北;中度敏感區(qū)包括阿克塞中部靠南地區(qū),肅南北部、酒泉南部、高臺南部、臨澤南部、張掖中部、山丹北部、永昌北部、民勤南部、武威北部至靖遠、平川一帶;輕度敏感區(qū)包括環(huán)祁連山邊緣一帶至隴中黃土高原中北部,隴東地區(qū),隴南山地東部至白龍江流域;不敏感區(qū)包括祁連山中上部、隴中黃土高原中西部和甘南高原以及徽成盆地。它反映了各區(qū)域在水熱條件組合下可能發(fā)生沙漠化的敏感程度。3.1.2各區(qū)域中大風頻率較高地區(qū)的分布風是沙粒搬運的主要動力,與沙漠化發(fā)展有密切關(guān)系,以冬春季≥6m/s起沙風天數(shù)為指標的土地沙漠化極敏感地區(qū)主要分布在安西中部,金塔西部,景泰和古浪交界處的中部,會寧中部,以及瑪曲和碌曲交界處的中部,基本是甘肅省大風頻率較高的地區(qū);高度敏感地區(qū)包括肅北,安西大部分,敦煌北部,玉門北部和金塔北部,景泰和古浪交界處的中部,會寧中部,瑪曲和碌曲交界處的中部,白銀北部;中度敏感地區(qū)沿河西走廊西部的安敦盆地一直到東部的阿拉善、合黎山—龍首山山地,從民勤往南至白銀,甘南高原的西南部和東北部地區(qū),宕昌的北部地區(qū);輕度敏感地區(qū)主要是蘇干湖盆地、東阿爾金山至祁連山,隴東的西部,還有甘南高原東北部等一些地區(qū);而不敏感地區(qū)分布在隴南山地的大部分,隴東東部,隴西黃土高原的北部、南部和中部。3.1.3敏感區(qū)的分布土地沙漠化極敏感區(qū)主要分布在地表為沙質(zhì)和沙壤質(zhì)的地區(qū),如騰格里沙漠的邊緣地帶,肅北縣北方部分的東南角,酒泉中部、東部,高臺西部、東北部,臨澤北部,阿克塞中部和肅北縣南邊部分;高度敏感區(qū)主要包括安敦盆地、祁連山山區(qū)、隴西黃土高原,隴東西部以及隴南山地的大部分地區(qū);中度敏感區(qū)主要是河西走廊的北部、中部和東部,民勤的北部部分地區(qū),還有隴東的子午嶺,隴南山地南部邊緣,甘南高原的東北部等;輕度敏感區(qū)主要是祁連山頂部,甘南高原的大部分,東阿爾金山部分;不敏感區(qū)主要有民勤北部部分地區(qū),景泰的東北部、東部和南部,金塔的北部地區(qū)等,這些地區(qū)地表基本為石礫或裸巖。3.1.4敏感區(qū)的分布以冬春季植被覆蓋為指標的土地沙漠化極敏感地區(qū)主要是甘肅北部的河西走廊、北山地區(qū)、阿拉善高原大部分地區(qū),這些地區(qū)基本屬植被稀少的干旱荒漠;高度敏感區(qū)主要包括西祁連山、隴中黃土高原東北部的大部分地區(qū);中度敏感區(qū)主要包括肅北的南部,酒泉大部分和肅南東北部、龍首山、隴中黃土高原東部,隴東黃土高原的西部等;輕度敏感區(qū)主要是祁連山的中部、南部,隴中黃土高原的中部、南部,隴南山地的中部、北部,隴東的中東部,主要以農(nóng)田或次生植被為主;不敏感區(qū)主要是植被保存較好的區(qū)域,如祁連山中部的部分地區(qū),隴東的子午嶺,隴南山地的南部、東部,甘南的大部分。3.2土地沙漠化分布區(qū)域的劃分在ARC/VIEW地理信息系統(tǒng)軟件下將上述各單因子進行空間疊加,根據(jù)公式(2)的計算結(jié)果,應用自然分界法獲得土地沙漠化綜合敏感性評價圖。甘肅省土地沙漠化敏感性分為5級,即極敏感、高度敏感、中度敏感區(qū)、輕度敏感和不敏感。甘肅省土地沙漠化極敏感區(qū)面積不大,主要分布在安西中部地區(qū)和肅北的東南角;高度敏感區(qū)分布面積大,主要包括河西走廊、北山的大部分地區(qū),以及民勤的大部分地區(qū);中度敏感區(qū)主要包括東阿爾金山、蘇干湖盆地,肅北中部偏南部分,并沿東南方向,經(jīng)過酒泉,高臺、臨澤和張掖的南部,山丹、永昌、武威和古浪的北部等,呈帶狀分布;輕度敏感區(qū)主要包括祁連山區(qū),隴中黃土高原和隴南山地的大部分,隴東的北部、中部、南部,以及甘南的西傾山等部分地區(qū);不敏感區(qū)主要包括隴東的子午嶺,甘南的南部,夏河西南部、碌曲北部,卓尼南部、迭部北部,瑪曲西南、南部等地(圖1)。3.3嚴重地區(qū)的地區(qū)比較甘肅省土地沙漠化敏感性評價結(jié)果和沙漠化現(xiàn)狀,可以看出土地沙漠化敏感性高的地區(qū),基本上都是目前沙漠化嚴重的地區(qū),如庫穆塔格、北山地區(qū)、金塔、民勤等地都是這樣。從宏觀上看,土地沙漠化受自然因素影響較大,氣候的濕潤情況、土壤質(zhì)地、大風的天數(shù)等都是自然因素,但植被生長和覆蓋情況受人類活動的影響很大,局部地區(qū)的植被破