共和盆地近50年來草地荒漠化驅動因素定量研究

張東杰

（青海畜牧獸醫職業技術學院，青海 湟源812100）

荒漠化問題是我國西北地區面臨最嚴峻的生態環境問題之一，是長期制約西北地區生態環境保護與建設及社會經濟發展的重要因素［1］。當前，對沙漠化成因的研究是土地沙漠化治理工作中最基本、最核心的問題之一［2－4］。樊勝岳等人［5］研究認為近幾十年來沙漠化的加速發展主要是由于人類過度經濟活動造成的。對于青海省共和盆地土地沙漠化影響因子，張登山［6］用主成分分析法進行了定量研究，楊世琦［7］等人利用主成分和功效原理進行了定量研究。主成分分析法雖然得到普遍采用，但在實際研究中不僅缺少時間跨度相對較大的年份序列數據［8－10］，還缺少對選取因子的相關性檢驗和提取因子的共線性［11］。本文以共和盆地為例，在近56年來社會經濟資料和氣象觀測數據可獲取的基礎上，采用因子分析法研究共和盆地草地荒漠化過程中驅動因素的貢獻率，探討人類活動對草地荒漠化的影響，并嘗試對草地荒漠化過程中的人類活動的驅動作用作出定量評價，明確氣候因素和人為因素變化對區域草地荒漠化發展的影響，為制定科學穩妥的共和盆地生態治理規劃和經濟建設方略提供理論依據，以遏制區域荒漠化態勢，促進草地資源的有效保護和優化利用，使共和盆地的生態環境得以恢復和保持。

1 研究區概況

共和盆地位于青藏高原東北邊緣的祁連山、昆侖山和秦嶺之間，包括海南藏族自治州共和縣、貴南縣和興海縣河卡鎮，盆地總面積138萬hm2，占海南州土地總面積的31%。共和盆地四周群山環抱，東鄰秦嶺山系的西傾山、南部和西南部為昆侖山系的河卡山、鄂拉山及哇洪山，北隔祁連山系的青海南山與青海湖相望，東北為祁連山系余脈的瓦里貢山、拉脊山和日月山。整個盆地的平面形態呈東寬西窄的葫蘆形，與南北山地同以北北西－南南東走向延展。若以山麓線作為盆地與山地的分界線，則盆地最長210 km，最寬可達90km，最窄為30km。海拔高度自西北往東南逐漸降低，至最低處龍羊峽黃河水面，海拔高度僅2 600m。共和盆地所處經緯度，海拔高度，以及東南部低洼閉塞和西北部高亢開口的地勢，決定了盆地主要為高寒干旱、半干旱氣候。

共和盆地沙漠化土地面積為22.46萬hm2，占全省沙漠化土地總面積的1.55%，主要分布在共和縣的塔拉灘、貴南的木格灘，即龍羊峽庫區的兩岸階地，貴德黃河兩岸，以及半流動沙丘，也存在著古沙丘活化的現狀。海拔2 600～3 400m。年均氣溫2.1～3.3℃，≥10℃的積溫892.6～1 412.7℃，年均降水量43.9～306.6mm，年蒸發量1 558.1～1 841.1mm，年均大風日數31.8～42.0d。氣候類型為亞濕潤干旱區。該區的主要問題是塔拉灘草原沙化日趨嚴重，風沙嚴重威脅著龍羊峽的安全運行［12］。

2 研究方法

2.1 數據來源

研究中的數據來源包括：①社會經濟數據來源于1949－1995年海南州統計年鑒；1996－2008年各年海南州統計年鑒；②年平均氣溫等自然因素數據來源于海南州氣象局。

2.2 指標選取與研究方法

氣候變異和人類活動是土地沙漠化形成演變的兩個重要因素。近50年來共和盆地多次出現氣候變化及異常年份，其變化必然對土地荒漠化的發展或逆轉產生重要作用與影響。隨著氣候變異程度的加重和時間序列的延長，氣候變化對沙漠化的影響與作用會愈加明顯。同時，隨著共和盆地經濟開發強度的增大，人為活動對荒漠化的影響也不可忽視。在此，運用主因子分析法對荒漠化與氣候變化的關系進行初步的定量分析。

近30年來在我國北方土地退化領域的研究表明，沙漠化是干旱、半干旱及部分濕潤地區由于人地關系不相協調所造成的以風沙活動為主要標志的土地退化［13］。因此，影響土地沙漠化因子的選取既要考慮到人為因素，又要考慮到自然因素，也要考慮到人為因素與自然因素的綜合影響。根據共和盆地人類活動對草地荒漠化的影響方式和自然條件對草地荒漠化的可能影響，并考慮到長時段數據的可獲取性和數據間的相關性，選擇了影響草地荒漠化的8個驅動因素，其中自然因素有4個，即年平均氣溫、年降水量、年大風日數、年蒸發量；人為因素包括農牧業人口數量、牲畜數量、耕地面積、糧食總產量等4個因子。

2.3 研究方法

基于SPSS13.0軟件，采用因子分析法量化共和盆地草地荒漠化過程中人為因素、自然因素以及人為與自然綜合影響因素的貢獻率。首先，根據巴特利特球度檢驗和KMO檢驗判斷原有變量是否適合進行因子分析；其次，根據碎石圖和因子分析的初始解提取因子，以及因子協方差矩陣檢驗提取因子的相關性，驗證因子分析的設計目標；最后，根據因子的載荷矩陣和因子解釋原有變量的總體方差情況，把人為因素歸結為H，自然因素歸結為N，綜合因素歸結為C，如果用DH，DN和DC分別表示人為因素、自然因素和綜合因素的貢獻率，那么人為因素、自然因素、人為與自然的綜合因素對草地荒漠化的影響可表示如式（1）。

式中：n——提取的成分數；m——因素的成分數（m＜n）；q——自然因素的成分數（q＜n）；p——綜合影響因素的成分數（p＜n，m＋q＋p＝n），λi（i＝1，2，…，q）為m個可歸為人為因素因子的貢獻率，λi（j＝1，2，…，q）——q個可歸為自然因素因子的貢獻率，λh（h＝1，2，…，p）——p個可歸為綜合因素的貢獻率。

3 結果與分析

用這些因子進行主成分分析（表1），確定二者對沙漠化變化的作用及貢獻率。將氣候因子和人為活動因子的原始數據進行標準化處理，計算出因子載荷矩陣，為了使因子載荷相對集中，各變量之間關系緊密的因子的負荷得到加強，采用方差最大正交旋轉法（Varimax）對因子載荷矩陣進行旋轉，得主成分因子負荷矩陣。對以上因子進行主成分分析，KMO檢驗值為0.740；Bartlett球形檢驗值為0.000，因此對以上因子進行主成分分析是適合的。由表1可知，分析結果共篩選了5個主成分，其累計貢獻率91.08%，符合分析要求，可以得出提取5個主因子可以解釋大部分的變異，由此進一步得出主成分載荷矩陣見表2。

表1 特征值及主成分貢獻率

表2 主成分載荷矩陣

主成分載荷是主成分與變量之間的相關系數。從表2可以看出，第一主成分與觀測變量X1、X4、X2、X5、X3有非常顯著的正相關，相關性高達0.73以上，尤其是與X1、X4、X2三個觀測變量之間的相關系數達0.82以上；第2主成分與X7、X8、X5有較大的正相關，相關性達0.49，0.52，0.71，而與X6呈負的相關性，其絕對值相關系數為0.58；第3主成分與X8、X6有正相關，相關性分別達0.42和0.65；第4主成分與各變量之間的相關系數較小，只有X4、X7兩變量的相關系數較大，其相關系數為0.36；第5主成分與X6、X7兩變量之間的相關系數最大，其值為0.43和0.35。

表3 主成分特征向量

由于前5個主成分累積貢獻率為91.08%（＞85%）［14］，故取前5個成分，主成分方程為：

主成分方程中各因子系數的大小，可以反映因子對主成分的貢獻［15－16］。從以上5個主成分方程可以看出，第一主成分方程Y（1），主要綜合了X1（農牧業人口數）、X4（糧食總產量）、X2（牲畜總頭數）、X3（耕地面積）和X5（氣溫）5個因子的變異信息，它們的系數分別為 0.452 9，0.421 8，0.414 0，0.367 9 和0.374 1，人為因素的貢獻率大于自然因素，也可稱為人為因素方程；第2個主成分方程Y（2）主要是X7（大風日數）、X8（蒸發量）、X5（氣溫）和 X6（降水量）的信息，各因子系數分別為0.578 6，0.424 4，0.399 1和－0.479 2，均為氣候因素，可稱為自然因素方程；第3個主成分方程Y（3）中，主要是X8（蒸發量）、X6（降水量）的系數最大，其值分別為0.746 2，0.487 6，其他因素的系數小，也是自然因素的方程。第4個主成分方程Y（4）中則綜合了X7（大風日數）、X4（糧食總產量）、X3（耕地面積）和X6（降水量）的信息，各因子系數較大，依次為0.475 8，0.465 4，－0.649 6，0.274 0，其中X3（耕地面積）的系數絕對值最大，這個方程我們稱為人為因素和自然因素的綜合方程；第五個主成分方程Y（2）主要是X6（降水量）和X7（大風日數）的信息，仍然稱為是自然因素的方程。

依據表1中各主成分的方差貢獻率，按照公式（1）計算出共和盆地1953－2008年這個時間段的人為因素、自然因素以及人為與自然的綜合因素對草地荒漠化的貢獻率分別為53.75%、38.25%、7.99%。根據計算結果，共和盆地1953－2008年人類活動對草地荒漠化的貢獻率為53.75%，說明在草地荒漠化過程中，人為因素是最主要的驅動因素，從而驗證了近50年來人類過度經濟活動是土地沙漠化發生和發展的觀點［17－19］。從自然因素來看，1953－2008年的貢獻率為38.25%，超過1／3，而綜合因素的貢獻率較小，僅占7.99%。

4 結論

從影響因子的定量分析可以看出，人類活動對草地荒漠化的貢獻率為53.75%，表明人為活動的增加，加大了環境系統的壓力，說明人類活動對草地荒漠化過程存在加速和抑制作用［20］；自然因素對草地荒漠化的貢獻率為38.25%，超過1／3，說明長期的氣候變化過程中氣溫的升高、年大風日數較多、蒸發量的增大、降水量的增加緩慢也對荒漠化的發展起了一定的作用，草地退化有全球氣候變暖的影響，但更主要的是強大人口壓力下的盲目墾殖、超載過牧、樵采、濫摟濫挖及不合理的管理方式造成的［21］。人為因子和自然因素的綜合影響，其貢獻率僅為7.99%。可見，近50年來人為活動強度變化和自然因素的變化是影響共和盆地土地荒漠化逆轉的兩類重要動力，人類活動和氣候變化的雙重影響，共同促進了共和盆地草地荒漠化的擴展進程，加速了現代沙漠化進程［22］。

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