浑善达克沙地近30年来土地沙漠化研究进展与问题

第25卷　第6期2010年6月地球科学进展ADVANCES I N E ART H SC I ENCEVol.25　No.6Jun.,2010文章编号:100128166(2010)0620647209浑善达克沙地近30年来土地沙漠化研究进展与问题李鸿威,杨小平3(中国科学院地质与地球物理研究所,新生代地质与环境重点实验室,北京　100029)摘　要:浑善达克沙地地处环境脆弱的东亚夏季风北缘,沙漠化进程备受关注。

综述了关于浑善达克沙地近30年来沙漠化的研究进展,并从沙漠化过程、成因和发展趋势等方面讨论了研究中存在的问题。

认为沙漠化过程研究难以深入,主要原因是在沙漠化速度和程度方面存在分歧,对沙漠化概念理解、研究材料及评价指标选择上存在差异。

浑善达克沙地沙漠化是自然和人为因素共同作用的结果,沙漠化过程研究结果的分歧导致了成因的多解性,其中自然和人为因素的耦合与反馈过程、生态系统阈值、极端事件的影响是成因分析中需要解决的问题。

全球变暖将导致浑善达克沙地沙漠化在21世纪进一步发展。

关　键　词:沙漠化;遥感;浑善达克沙地中图分类号:X171.1;S288 文献标志码:A1　引　言荒漠化是一个全球性的环境问题。

荒漠化(de2 sertificati on)一词最早由生态学家Lavauden于1927年提出[1],并指出荒漠化完全是由人为因素造成的。

1949年,Aubreville[2]用荒漠化来指发生在非洲的森林和土壤的退化,他认为这种退化至少部分原因是因为人类的活动。

20世纪60年代末开始,非洲撒赫勒地区经历了持续的干旱,荒漠化引起了世界广泛关注。

但由于视角和出发点各异,各学者对于荒漠化的定义差别很大,给出的大多数定义存在歧义,其中一些甚至矛盾[3]。

《联合国防治荒漠化公约》中荒漠化指的是“包括气候变化和人类活动在内的多种因素造成的干旱、半干旱及亚湿润区的土地退化”[4],这一定义是目前学术界常用的。

在该公约中提到,全球干旱、半干旱区(drylands)面积的70%、10亿人口受到荒漠化的威胁。

对于这样的数字,不少学者曾表示过反对意见,如Seuffert[5]认为,荒漠化的含义模糊不清,应该用土地退化或景观退化来代替。

Conacher等[6]呼吁,联合国不应把荒漠化和荒漠混淆,荒漠是自然界的奇观,在生物多样性、人类文化与历史等方面都有着独特之处。

正如El2Baz[7]所形容的,荒漠化可能是被滥用最多的地球科学术语之一,而科学家对此负有责任。

沙漠化(沙质荒漠化)的定义是我国沙漠学家朱震达[8]根据中国的情况率先提出的,是荒漠化的一种类型。

之后,朱震达[9]又对沙漠化定义做了较为详细的阐述,其要点为:在时间上,发生在人类历史时期;在空间上,出现在干旱、半干旱和部分半湿润地区;在成因上,人为因素为主;在景观上,是一个渐变过程。

对此,部分学者提出了异议。

如吴正[10]认为,沙漠化即是沙漠的形成演化,人类历史时期的沙漠化只是沙漠形成演化的最新一幕,成因上应该是气候变化为主;而董光荣等[11]则认为沙漠化定义不应有时间、地点和成因等限制条件。

不仅在概念理解上存在分歧,在荒漠化及沙漠①　收稿日期:2010201221;修回日期:2010204208.3基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目“沙漠高大沙丘的形成、发育与全球变化”(编号:KZCX22Y W2119);国家自然科学基金重点项目“浑善达克沙地的形成、末次间冰期以来的演变过程及其对全球变化的响应”(编号:40930105)资助.　作者简介:李鸿威(19852),男,河北围场人,硕士研究生,主要从事第四纪地质与自然地理研究.E2ma il:ldlihong wei@3通讯作者:杨小平(19642),男,宁夏固原人,研究员,主要从事沙漠与沙漠化研究.E2ma il:xpyang@化的范围上意见也不一致:部分学者[12,13]认为中国有超过25%的陆地为荒漠化土地,沙漠化土地面积超过1.8×106km 2;而有些研究则认为中国荒漠化土地占国土面积不超过9%[14],沙漠化土地面积不到4.0×105k m 2[14,15],缺少定量化的评价体系是这些分歧产生的重要原因之一[16]。

此外,在荒漠化发展的研究上,分歧也比较突出:“很多都是推测,或者带有感情色彩的陈述,真正很好地进行科学分析的案例却很有限”[17]。

沙漠化是一种发生在干旱、半干旱及部分半湿润地区的一种以风沙活动为主要标志的土地退化过程。

从沙漠化是一种土地退化过程的角度出发,根据目前浑善达克沙地沙漠化的研究成果,本文试图对该沙地近30年来沙漠化的过程、成因及未来发展趋势进行总结,并探讨存在的问题和研究方向。

2　区域环境浑善达克沙地位于中国北方沙区的东部,面积为2.14×104k m 2,在中国的沙漠/沙地中位居第七[8]。

该沙地地处半干旱的东亚季风区,年降水量200～400mm ,由东南向西北递减。

如位于沙地东南缘的多伦多年平均降水量(1971—2000年)为386.4mm ,位于沙地西北缘的苏尼特左旗多年平均降水量(1971—2000年)为185.1mm (图1)。

由于降水条件较好,植物生长良好,固定沙丘和半固定沙丘占据优势;沙丘高度一般为15～20m ,呈西北西—东南东方向排列,反映了主导风向的影响[8]。

浑善达克沙地是环境变化的敏感区和生态的脆弱区(图2)。

沉积学和年代学的研究表明[18～20],全新世以来,浑善达克沙地气候和景观经历了数次千图1　浑善达克沙地概况F i g .1　O verv i ew of Hun shandake Sandy Land年尺度上的变化;武健伟等[21]通过湖泊沉积的研究认为,近500年来沙地存在百年尺度的气候环境变化过程;而利用遥感对近30年来地表景观的研究表明,土地沙漠化在10～15年的尺度上存在渐变和跃变过程[22]。

2.1　沙漠化过程2.1.1　研究方法在地质历史时间尺度和人类历史时间尺度上,对沙漠化过程研究的手段主要是通过沉积记录、考古和文献记载,不仅时间分辨率低,而且更多的是定性的描述。

在器测时期,尤其是20世纪70年代以来,遥感技术广泛应用于环境科学领域,其具有高时空分辨率、大面积同步观测、所获数据综合性和可比性强等特点,使遥感技术成为沙漠化研究的主要手段之一。

具体说来,目前利用遥感技术研究浑善达克沙地沙漠化的方法可细分为以下3类:一是选择个别年份遥感影像进行解译分类,通过对比土地利用与土地覆盖变化研究沙漠化[23～28],846 地球科学进展 第25卷图2　浑善达克沙地沙丘固定(A)与活化(B)F i g.2　St ab ili zed(A)and acti va ted(B)dunes of Hun shandake Sandy Land这是目前较为普遍的方法。

得到比较一致的意见是:浑善达克沙地(或者局部)从20世纪80年代末到2000年,流动沙丘[24,25,27,28]或者未利用土地(90%为沙地)[26]面积显著增加,并认为浑善达克沙地沙漠化正在发展。

但对沙漠化具体发展速度的研究结果却不一致。

例如,研究区域基本一致,数据源均为Landsat的T M和ET M+影像,L iu等[25] 2000年较1987年,浑善达克沙地流动沙丘面积增加了2622k m2,而王牧兰等[28]认为2000年较20世纪80年代末,流动沙丘面积增加1136km2,二者得出的结果相差超过1倍。

此外,L iu等[25]通过解译2006年的遥感影像认为,21世纪以来,浑善达克沙地沙漠化有逆转的趋势。

Yang等[23]认为,浑善达克沙地的湿地和沙漠化土地的面积与温度和降水的相关性较好,即呈现出波动趋势。

二是选择个别年份遥感影像进行解译,划分沙漠化等级[22,29～31]。

此种方法首先将遥感影像进行假彩色合成,然后根据影像的色彩、亮度等信息划分出土地沙漠化程度的不同等级,再对比不同年份遥感影像的解译结果,得出沙漠化过程。

结果显示,20世纪80年代中后期至90年代末,沙漠化具有发展的趋势[22,30,31],而乌兰图雅等[29]认为1995—2000年浑善达克沙地基本稳定。

需要指出的是,通过解译2005年遥感影像,也得出了沙漠化自21世纪以来开始逆转的结论[30,31]。

三是选择逐年遥感影像连续分析。

与前两种方法不同的是采用逐年的生长季节的遥感影像,提取逐年植被信息,再通过植被覆盖和生长情况得到沙漠化发展过程和趋势。

Mas on等[32]分析了浑善达克沙地1981—2003年逐年的归一化植被指数(ND2 V I),并利用Mann2Kendall法进行检验。

L iu等[25]采用不同的方法、指标,与Mas on等[32]相比,得出的结果差异较大(表1)。

而B r ogaard等[33]利用1982—1999年逐年遥感影像计算了植被的总初级生产力(GPP),认为浑善达克沙地所在地区的GPP 显著上升。

表1　L i u等[25]、M a son等[32]沙漠化研究对比Table1　A co m par ison of stud i es t aken by L i u[25]andM a son[32]on the deserti f i ca ti on ofHun shandake Sandy Land作者方法指标沙漠化逆转比例沙漠化发展比例沙漠化发展的位置L iu等[25]选取1987年、2000年、2006年3期遥感影像解译分类流沙7.2%14.2%活动沙丘周围Mas on等[32]分析1981—2003年逐年植被信息NDV I 3.3% 5.2%沙地东南部2.1.2　沙漠化过程研究存在的问题(1)沙漠化概念理解的差异性从本质上说,沙漠化是一种土地退化,指的是一种过程而非状态。

因此,在讨论一个地区是否发生了沙漠化及沙漠化程度的时候,应该以当地是否经历了土地退化、土地退化速度和程度作为判断依据。

如果利用遥感手段来判断是否是沙漠化土地,只能通过对比不同时期的遥感影像。

某一期影像只显示了当时的土地状态,并不能有效传达土地退化过程的信息。

因此只通过一期遥感影像就对土地沙漠化程度进行分级的研究方法应该说是对土地状况的摸底,而不是对过程的检测。

(2)遥感影像选取的不确定性遥感获取的信息只代表成像时刻的地物光谱特946第6期 李鸿威等:浑善达克沙地近30年来土地沙漠化研究进展与问题 征,而地物(如植被)具有显著的季节和年际波动变化特征。

Yang等[23]对4期遥感进行分类,发现了各类别的面积随时间波动变化的特征;Mas on等[32]提取了逐年的NDV I,结果显示年际波动很大,并认为是降水变化的结果。