近30年来民勤土地荒漠化变化遥感分析.pdf
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第8卷第3期遥感学报7018，N03zo阱年s月!
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1007-4619（2004）03028207近30年来民勤土地荒漠化变化遥感分析王建-一，李文君s，宋冬梅1，汤瀚1，董光荣1（1中国科学院寒区旱区环境与工程研究所；2国家冻土重点实验室；兰州730o3甘肃省遥感中心，兰州730000）摘要：
利用20世纪70年代航测资料和80年代中后期及90年代中期L丑ndsatTM3个不同时期的遥感影像，在GPs的辅助下，对遥感图像进行精确的几何纠正，并投影到统一的坐标系统在建立统一的解译标志基础上进行人工判读，并利用Gls对荒漠化土地信息进行管理和分析，调查了中国典型的荒漠化地区甘肃省民勤县的荒漠化土地变化状况。
结果表明：
近30年来民勤县的荒漠化土地面积呈现增加的趋势，但是1985年以来荒漠化土地的扩展速度有所变缓；流动和半流动沙丘的面积持续增大而固定和半固定沙丘得到有效的控制。
同时，利用野外调查和各种数据分析，从自然环境和人文因素两个方面分析探讨了研究区近30年荒漠化变化的原因。
关键铷：
荒漠化；遥感监测；动态变化；荒漠化原因；荒漠化土地分类体系；水资源中国分类号：
唧9P94173文献标识码：
Al引言荒漠化是当今全球最严重的环境与社会经济问题之一。
在中国，荒漠化的状况已严重影响到部分地区的可持续发展“J，荒漠化面积的扩大已经成为土地资源逐渐丧失的一个重要方面。
不仅如此，西北地区的士地荒漠化状况日趋严重，其主要原因是干旱和半干旱气候的日趋恶化以及人为对环境的破坏【2-。
荒漠化动力机制研究和荒漠化变化监测成为研究荒漠化治理研究的两大主题，而利用遥感技术则成为荒漠化变化监测的重要手段之一_4J。
遥感作为一种对地观察技术，以其探测范围大、获得资料速度快、信息量大且周期短、成本较低、受地面条件限制少等优点而成为地圈、大气圈、冰冻圈和生物圈研究的重要手段。
利用遥感信息可以获得连续时间序列内绿洲、荒漠及其交错地区的荒漠化土地类型图，特别是绿洲一荒漠交错带这一生态环境脆弱带在各类遥感数字图像上都具有明显的界面表观_5J，为分析工作提供了可靠的研究基础。
中国对于中小尺度的荒漠化土地遥感调查以航空摄影数据和I且ndsatTM卫星遥感数据应用最为广泛，并取得很多的研究成果（包括全国和区域荒漠化土地类型分布图等）。
但由于对荒漠化土地类型的划分上长期存在分歧，很多成果在时间和空间上的可比性不能满足特定的精度要求。
因此，要实现荒漠化土地的动态监测，必须要在统一的分类系统、统一的投影和坐标系统、统一的解译标志系统以及统一的处理和管理系统下进行研究和计算L6J。
本文基于上述思想，选择甘肃省民勤县作为研究区，利用遥感数据对近30年来的荒漠化土地变化进行监测研究。
2研究区域简介甘肃省民勤县位于发源于祁连山的石羊河流域下游，地处阿拉善高原的巴丹吉林与腾格里沙漠之间，为中国典型的沙漠绿洲地区。
地势四周高，中部低，具有盆地特征，海拔为13002000m。
气候属温带干旱型，特点是冬季长而寒冷，夏季短而炎热，降水少而蒸发量大，风沙大，日照长。
年降水量仅109m而蒸发量高达2600mm。
全年日照3000多小时，风力收稿日期：
2002_1126；修订日期：
2003-】0基金项目：
本文得到国家科学基金重大项目“荒漠化发生机制与防治模式的研究（No39990490）”和中国科学院西部之光项目“黑河中上游典型区草地、草场资源退化的遥感动态监测与生态恢复研究项目资助。
作者简介：
王建（L96卜），男江苏沙洲县人，研究员，从事寒早区遥感应用研究。
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三一般为七级，最大十一级。
自然植被较差，无天然森的支持下，得到荒漠化土地自70年代中后期以来动林，在山地与沙漠地带有稀疏的沙、碱生植物。
态变化信息。
民勤荒漠化的形成经历了历史上的多次演变。
从西汉到明清，经历了农业开发、游牧、第二次农业开发、农业再度衰落等各种农牧业生产方式的交替以及人口增长变化带来的环境演变。
究其原因有以下4个影响因素：
地貌地势的影响、气候的变迁、植被的破坏和演变、人口对环境资源的压力。
自20世纪50年代以来，民勤的荒漠化防治与治理始终是当地政府和人民的重要任务并取得明显的成教。
但由于水资源和城市化及土地开垦等众多原因，荒漠化治理遇到极大的困难，同时也缺乏正确的评价和及时的调整”J。
3遥感数据处理本研究分别利用航空摄影相片和Landsat一5TM卫星遥感图像资料对20世纪70年代中后期、1986年及1996年民勤县的荒漠化土地状况进行调查，以地理信息系统（GIs）为工具，建立查询功能强大的、易于操作运行的研究区域地理信息系统，在此系统31遥感数据20世纪70年代的遥感数据以收集的19751978年航片并且辅助相关的荒漠化土地类型图件，所有的数据采取1200线扫描成数字图像以便于进行图像处理和多时相图像之间的匹配，1986年和1996年的1M图像分别采用标准432假彩色合成产品。
3个时期的遥感数据均经过控制点纠正以确定图像的几何误差控制在一个像元之内并转换为等面积圆锥投影（Alber8）。
对于荒漠化土地为主体的遥感解译，图像除进行必要的增强、RGB合成以外，主要采取樱帽转换及波段之间的比值处理以提高荒漠化土地的判读精度”J。
32建立荒漠化地分类体系参照不同的标准和指标，结合已有的研究成果和遥感信息的特点，基于科学及实用性原则进行等级划分，分类体系见表l。
表1民勤县荒滇化土地类型Ta1De鼹rtI训蛆JaIld白，pes0fM山qInC哪ty0级1缓2级地貌划分标准土地类土地类土地类潜在荒漠化土地相当于固定沙地风蚀荒漠化土轻度荒漠化土地相当于半固定沙地地强度荒漠化土地相当于半流动沙地荒严重荒漠化土地相当于流动沙地漠化极重度盐溃荒漠化土地地表结霜农作物已无法生长盐渍化荒漠化重度盐渍荒漠化土地地表结霜，除个别盐生植被能生长外农作物已无法生长土土地中度盐渍荒漠化土地多数作物衍可以生长，但对产量影响明显地轻度盐溃荒漠化土地对农作物和植被的正常生长和产量影响不大水蚀荒漠化土重度水蚀荒漠化土地沟谷切割密度和深度而定，地表坡度90地轻度水蚀荒漠化土地沟各切割密度和深度而定，地表坡度卜铲水域水库、湖泊等形状规范、自然形状农田田字形状非耕地菜地等长方形等自然形状荒山地针叶林由乔木料种组成的韩地模林地灌术林地灌木树种和低的树丛组成化苗固地固定的林术育苗地土人工草地种植牧草的土地地草地天然草地高山草本植物其他城镇、居民地、河道、道路、矿山、交通万方数据!
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兰33目视解译和数据管理4分析结果由于荒漠化土地类型的自动识别和分类在精度上还未能达到所需要的水平且需地物光谱库的辅助”，“J。
因此，本研究用人工目视解译的方法对荒漠化土地和其他土地类型进行识别。
在此之前，通过野外调研建立了民勤县荒漠化土地图像标志库。
除了遥感光谱特性作为解译的重要依据外，对于流动沙丘，以植被盖度为标准确定其等级。
图斑最小解译单元为66像元（居民点为33像元），成图比例尺为l：
10万。
三期荒漠化的解译结果利用地理信息系统进行管理，可以实现多目标的查询、修改与更新。
民勤荒漠化土地三期遥感调查的结果通过地理信息系统进行管理，可以实现对数据的空间查询、检索和计算。
表2和图1是民勤县主要土地类型在3个时期的面积及其变化，其中干枯湖是由部分原水体变化而成但尚未利用的土地。
到1996年干枯湖经过反复开垦而被遗弃转变为中度盐碱化土地。
通过遥感监测发现：
从20世纪70年代到1996年总的荒漠化土地面积增加了620km2，而70年代至1986年是土地荒漠化最为严重的时期，荒漠化土地面积增加了1194km2。
就土地变化的程度而言，林地寰2民勘荒滇化土地类型三期遥畦调查的结果T批2R锄“k蛐畦嗥姗砌g棚蚰re8ults0fdesenIn忱H吼Ia耐姆雕s0fMI叫iIIC咖tyIndIf托件nt砷一。
凼缩土地类型面积o面积一面积m2面积变化m2号1978年1986年1996年l81996年林地578592127302222165177790855砷8130422水浇地173967760S83695614951710542826291347793水库16300420一16482515水体57502125991335287819325同定沙丘361131059150019226631142嘴233299889768半固定沙丘44786974962327487906251159957119670925半流动沙丘1384$6403I41863052064刚385715534589931248流动沙丘15777205835887732097382802580022503052179重度水蚀荒漠化土地23758978l525064751590895548一1466942335轻度盐碱化土地2552003353377971045528930090503410。
565中度盐碱化土地12副77019543052180259291124205295657774512量度盐碱化土地1468】93325】86l嗍D269788211697988613干枯湖171792395荒漠化土地12687291388121111413307640626624858251978一1996年民勤县土地面积变化圈土地娄型图l民勤县主要土地类型在3个时期的面积变化柱状图（其中土地类型和表2土地类型对应）F塘-1Hi咖g瑚】0fmain1舯dypeeba“g“塔ofMjnq跏c帅n咿（tkkdtyP酗a陀cm8P0“d垤耐cIIdlose血Ibh如卸万方数据苎!
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查垦塑圭些苎兰些兰些兰堡坌塑旦面积在近30年中减少了9693，而增加最多的土年平均变化以及变化速率如表4所列。
从中可以发地类型为轻度盐碱化土地达到原面积的197261。
现：
近30年以来荒漠化土地以385的速率增加，风蚀荒漠化土地当中，半流动沙丘面积增加了但是其变化过程是波动的，甚至在19861996年期24977，而固定沙丘面积减少了9138。
3个时间荒漠化土地面积具有一定的减少。
为此，我们结段的土地面积变化如表3。
而总的荒漠化土地和非合实地调查从自然资源环境和人文因素两个方面分荒漠化土地的面积变化在相应的时间段里的变化、析探讨。
表3民勘县主要土地类型在3个时段面积变化百分比ThMe3Tkar吼s曲卸咖g0f眦ml柚dtyp幅0fMjIIqillc0IInty|n3plIB鸵s峥781986年1986一1996年1978一1996年土地类型面积变化廿百分比面积变化岔百分比面积变化m2百分比变化林地一4777560813042水浇地一90272l”5551898735866765l】43829134779167水库一341490153092231516482515一1492水体一2902305558346241123287819325固定沙丘一8615188771“3377432998897689138半固定沙丘一2151209590一480379119670979254392半流动沙丘2801“11202296”55l舛9345899312424977流动沙丘柏10011514”31820597062972250521714263重度水蚀荒漠化土地一21252503089456583昕96526264一14雠W23356174轻度盐碱化土地122365191132985556585034100565197261中度盐碱化土地一6485498590618115812956577745重度盐碱化土地39290647526764l74ll目979886干枯湖171792395裹4民勘县荒漠化土地在3个时段面积变化、年平均变化以及变化速率TabIe4Tl雌m帅sdIn珥dng|3p|m鲤san珊蚰Hr姆ech叫西ngandch舢咖瑚te0f岫|矗ndtyp嘴ofMiIlqinco哪姆1978一1986年19861996年19781996年荒漠化土地一一57357048756203485825非荒漠化土地一一1194350135579884793，5613415荒漠化土地年平均变化一74619蚪1885735704875荒漠化土地变化速率625一10003855讨论民勤县位于河西走廊东段绿洲仅限于沿石羊河分布的一个窄而狭长的区域，西、北、东三面被巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠包围，南靠武威盆地。
典型的温带大陆性干旱气候，多年平均降水量1lomm左右，蒸发量2644mm，风沙大，盛行西北风，年平均风速28ms，最大风速31rns，沙暴日数311天。
绿洲内作物以春小麦、夏玉米、青稞等粮食作物为主，兼种棉花、籽瓜、茴香等经济作物；绿洲内土壤类型为绿洲灌淤土。
全县辖5个镇，18个乡。
经过50年的努力，民勤在408km的风沙线上建成了长达330km的防护林带，有效地将风沙挡在了绿洲之外。
但是，随着自然条件的变化，尤其是水资源的日益紧缺，民勤绿洲的生态环境已显得十分脆弱，荒漠化日趋严重。
目前流沙仍以每年34m的速度前移，部分地段前移速度高达810m。
民勤是全省乃至全国荒漠化最严重的县之一。
5130年来气候变化趋势自然因素尤其是气候因素被认为是荒漠化产生、发展和变化的主要驱动因子。
在全球气候变化万方数据_三坠一兰壁兰_坠一鱼兰p莲扩霜廿0j；鬲瓤搴L00i一“50i萎gi至萎至o年份量塞墨墨彗璧璧至萎量年份fbl图230年来民勤县年平均气温和年平均降水量趋势图（a）年平均气温；（b）年平均降水量Fig2仉nd咖pofav嘲gea证temp唧呲andprecipitBtion0fMinqincou吲nrecent30a的背景下，局地气候也发生相应的波动。
30年来民勤县水热变化的总体趋势是年平均气温上升、年平均降水量减少（图2）而年总辐射量提高（图3），这样的气候变化趋势利于荒漠化土地的发展。
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fMinqinColllltyin陀cent30852水资源和荒漠化水资源的贫乏是民勤荒漠化加剧的重要因素。
石羊河流域流人县境的水径流自20世纪50年代以来连年减少（图4），年减少速率达到O1026亿m3a，相当于目前流人县境水径流的七分之一。
除此而外人口增加，耕地面积扩展、上游用水量增加、地下水超采等人为因素，也给日益紧张的水资源增加了新的压力。
实地调查资料表明，上世纪五六十年代民勤地下水位为12m，如今已下降到1213m。
最为明显的是大量沙生植被的衰退和死亡。
南湖乡有大量的沙枣林因为缺水而死亡，70年代原有的胡杨林现在已基本绝迹，有1万hm2的梭梭和沙枣林都出现了衰退。
目前，由于过度提取地下水，植被死亡，风沙日剧，平均每年民勤绿洲都有25的面积受灾。
图4流人民勤县境径流量变化图ng4Cha“geofa眦uali“putdichargeofMi“qinCounly53沙漠化整治和水资源分配的矛盾民勤绿洲的荒漠化治理在20世纪有两种大方式：
50年代开展了大规模的沙漠化整治，其措施包括在流动沙丘插置风墙、沙荒地上封沙育草、风沙沿线营造防护林带、农田边缘土埋沙丘等。
但由于上游来水减少，民勤大量开采地下水，造成地下水位迅速下降，林地的成活率极低。
至80年代防护林体系基本死亡。
到了80年代中期，为了提高治沙的效率和永久性，实行以包林到户的政策。
达到了一定的目的。
从本次遥感监测的结果和实地调查来看，从80年代中后期以来，荒漠化加剧的程度有所缓和。
但是一个严峻的事实是随着地表水资源的急剧减少，水资源供需矛盾日益尖锐。
为了谋求生存，绿洲内部形成了总面积约986km2的3个地下水降落漏斗，降落中心水位每年下降o61，om。
受水位下降和机万方数据竺!
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L井出水量减少所迫，机井越打越深，越打警密，加之打参考文献（Ref打。
）井初期无计划、少控制，形成r布局不合理，互相十扰，单井效率越来越差的局面。
进入90年代，民勤绿1zhu2oz。
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=从20世纪70年代到1996年民勤县总的荒漠1995，帅（13）：
121十一1218董光荣t高全洲，周学勇等一晚更化土地面积增加了620k矗，而70年代至1986年是新世以来巴丹吉林沙漠甫绿气候变化【I科学通把，1995，柏土地荒漠化最为严重的时期，荒漠化土地面积增加f3甚i1：
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Re了1194km2。
而总的荒漠化土地和非荒漠化土地的0fchi曲cu。
黜D删，1999，19（4）：
29争一3儿王涛，赵面积变化在相应的时间段里的变化、年平均变化以哈林，肖洪浪中国沙漠化研究的进展J中国沙漠，1999，19及变化速率是不同的。
近30年以来荒漠化土地以（4）：
299311385的速率增加，但在1986一1996年期间荒漠化4G胂zQ，“uJY，au蚰gDF11leRe一AIlal州sBelw。
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来民勤县的荒漠化过程而言，具有明显的区域分异：
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（1）：
同时，也遵循区域性荒漠化发展的规律，如河西走廊6670以及黑河流域的荒漠化在相同时间段都具有分异性5DingJL，T讪pol吐Ti咖，xjngHGd勋udy0fo商sDe删i一阶段性12l。
6cmionDyn“cch肌gein出esm血ofT“mB蛐讪J胁嗍l矿根据确翩荒龇土地分级馘耱感监测指瑟蒜盎耋嚣绿罴i罢篡篙标体系，利用遥感数据和GIs系统对甘肃省民勤县究一以蘸勒县为侧J遥感学报，2吣2，6：
5卜63的荒漠化土地进行动态监测和分析是一种行之有效6。
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cb-n咖scks发展变化过程，为对其的防治提供科学数据，而且可刊hn010科h珊，1996刘纪远中国资源环境遥感宏观以进行荒漠化过程的分析。
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使荒漠化的发展以外，民勤绿洲水资源的匮乏导致如瑚竹妊删埘讲胁肿如删。
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（1）：
23一箱人们生活、生产系统亦即社会经济系统挤占自然生谭雅枝甘肃土地荒漠化与人类括动甘肃林业科技2002态系统用水，致使生态系统失去水资源的供给而恶27
（1）：
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1）：
42_45荒漠化的发生和迅速扩展，即有气候原因，也有9buJY，uangDFIangYR，“”“mInte酬edcli人为原因，由人口快速增长和生产经营方式粗放、落“emon删MapP吨umIIgo*s“ng”dashmsin后导致的人为“滥开发是主要原因。
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