新疆吉木乃縣沙化土地動態變化分析

摘要 土地沙化是最嚴重的全球環境問題之一，目前地球上有20%的陸地正受到沙化威脅。新疆吉木乃縣沙化土地面積超過行政總面積的50%，是新疆土地沙化情況較為嚴重的地區之一。以吉木乃縣沙化監測區為研究對象，利用2004、2009、2014、2019年連續4期的沙化監測數據，從沙化土地時空演變過程、沙化土地景觀格局變化以及未來發展趨勢三方面入手，對吉木乃縣近15年沙化土地變化情況進行全面系統的定量分析，提出防止土地沙化的有效對策，為沙化治理和生態環境建設的對策制定提供科學依據。結果表明，2004—2009、2009—2014和2014—2019的綜合動態度分別為0.04、1.59和0.20，其中2009—2014年變化速率最大，沙化土地面積呈現出先增加后減少的趨勢；2004、2009、2014和2019年ADI分別為2.80、2.59、2.26和2.55，且與沙化程度呈正相關；4期沙化指數排序為2004年＞2009年＞2019年＞2014年，土地沙化程度呈現先減輕后加重的趨勢；通過CA-Markov對2024年土地沙化程度進行模擬和預測，2024年較2019年輕、中度沙化土地面積增加約8 328和58 257 hm2，重、極重度沙化土地面積減少約60 830和5 891 hm2。

關鍵詞 沙化土地；沙化監測；現狀分析；模型預測；吉木乃

中圖分類號 S 288? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）12-0054-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.12.012

Analysis of Dynamic Changes of Sandy Land in Jimunai County， Xinjiang

LIU Bao-jun1，2

（1. Northwest Research and Planning Institute， State Forestry and Grassland Administration， Xian， Shaanxi 710048；2. Key Laboratory of Ecohydrology and Disaster Prevention in Dry Areas， State Forestry Administration， Xian， Shaanxi 710048）

Abstract Land desertification is one of the most serious global environmental problems， and 20% of the Earths land mass is currently threatened by desertification. The sandy land area in Jimunai County， Xinjiang exceeds 50% of the total administrative area and is one of the more serious areas of land sanding in Xinjiang. This study takes the sanding monitoring area in Jimunai County as the research object， uses the sanding monitoring data of four consecutive periods in 2004， 2009， 2014 and 2019， from the spatial and temporal evolution process of sanded land， changes in landscape pattern of sanded land to analyze the changes of sandy land in Jimunai County in the past 15 years， and propose effective countermeasures to prevent sandy land. We propose effective countermeasures to prevent land desertification and provide scientific basis for the development of countermeasures for sandy land management and ecological environment construction. The results showed that the comprehensive dynamic attitude of 2004-2009， 2009-2014 and 2014-2019 are 0.04， 1.59， 0.20 respectively of which the rate of change was the largest from 2009 to 2014， and the desertified land area showed a trend of first increasing and then decreasing. The ADI was 2.80， 2.59， 2.26 and 2.55 in 2004， 2009， 2014 and 2019， respectively， and was positively correlated with the degree of sandiness;the four sandiness indices were ranked as 2004 > 2009 > 2019 > 2014.The degree of land desertification decreased first and then increased. CA-Markov was used to simulate and predict the degree of land desertification in 2024. Compared with 2019， the area of light and moderate desertification in 2024 increased by about 8 328 and 58 257 hm2， and the area of severe and extremely severe desertification decreased by about 60 830? and 5 891 hm2.

Key words Sandy land;Sandy monitoring;Analysis of current situation;Model Predictions;Jimunai

作者簡介 劉寶軍（1973—），陜西澄城人，教授級高級工程師，從事荒漠化沙化土地監測與防沙治沙政策措施研究。

收稿日期 2022-12-01

土地沙化是最嚴重的全球環境問題之一，目前地球上有20%的陸地正受到沙化威脅。土地沙化會導致土地滋生能力退化，農牧生產能力及產量降低，耕地及牧場面積減少［1-2］。吉木乃縣隸屬新疆阿勒泰市，屬重要牧區，土地沙化問題嚴重制約著該地區草原畜牧業的可持續發展［3］。目前關于新疆吉木乃縣土地沙化的研究主要集中在其成因及分布，但其動態變化過程的研究鮮有報道。因此，該研究以吉木乃縣沙化監測區為研究對象，利用2004、2009、2014、2019年連續4期的沙化監測數據和野外調查數據，從沙化土地時空演變過程、景觀格局變化以及未來發展趨勢三方面進行分析，以期為今后該區域沙化的防治和治理工作提供有力支持，為地方政府制定荒漠化與沙化土地防治規劃，出臺導向性政策，保護、改良和合理利用土地資源提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

吉木乃縣位于新疆維吾爾自治區北部，準噶爾盆地北緣，薩吾爾山北麓，額爾齊斯河南岸，地理坐標47°00′～47°59′N，85°33′～87°09′E（圖1）［4-5］。吉木乃縣地處歐亞大陸腹地，遠離海洋，屬于大陸性北溫帶寒涼氣候，其特點為干燥、多風、降水量少、蒸發量大，干旱面積占全縣總面積超過30%，春旱頻率為51%，遠高于北疆地區平均概率［4］。縣境氣候干燥，年降水量僅為202.20 mm［6］。

1.2 研究方法

1.2.1 數據來源及處理。

以2004、2009、2014和2019年15 m分辨率的 TM遙感影像為數據源，對影像進行數據預處理，采取圖像增強手段最大提取圖像所反映的本底信息，結合典型樣地調查數據中的土地利用類型、沙化土地類型、沙化程度以及地形地貌等因子，交互分析影像信息與實地調查屬性因子初步形成沙化土地數據庫。進行地面調查驗證，現地逐塊核實所有圖斑界線與圖斑屬性因子，修正圖斑界線及因子，最終得到沙化土地動態變化數據，建立沙化土地動態變化數據庫。

1.2.2 研究方法。

該研究利用沙化土地類型、沙化程度類型及面積等基礎信息，從沙化土地動態變化［7］、景觀格局［8］以及沙化特征預測［9］3個方面，結合動態度（單一動態度［10-13］和綜合動態度［14-15］）、沙漠化指數［16］、馬爾可夫轉移矩陣模型［17］、重心遷移模型［18］和景觀分析指標［8-9］（最大斑塊指數、斑塊個數、聚集度、蔓延度指數、平均最近距離、香農多樣性指數、斑塊類型所占百分比和斑塊密度等指標）以及CA-Markov模型（表1），探究吉木乃縣2004—2019年沙化土地的時空演變過程和沙化土地未來變化情況。

2 結果與分析

2.1 沙化土地類型變化

結合遙感影像與地面實測數據，

得到不同類型沙化土地空間分布情況（圖2a），不同類型沙

化土地動態變化情況（表2）。沙化土地和沙化類型劃分按

照《全國第六次荒漠化和沙化監測技術規定》，流動沙地（丘）為植被總蓋度<10%，地表沙物質常處于流動狀態；半固定沙地（丘）為10%≤植被總蓋度<30%，風沙流活動受阻；固定沙地（丘）為植被總蓋度≥30%，風沙活動不明顯；沙化耕地為受風沙危害，作物產量低而不穩的沙質耕地；風蝕殘丘（劣地）為由于風蝕作用形成的風蝕地；戈壁為地表以石質、礫石和沙礫為主，一般蓋度在10%以下。

由表2可知，2014—2019年，除沙化耕地、風蝕殘丘（劣地）呈增加趨勢，其他均呈現減小趨勢。2004—2009、2009—2014和2014—2019年綜合動態度分別為0.04、1.59和0.20，2009—2014年沙化土地面積變化速率最大，其中風蝕殘丘（劣地）的單一動態度最大?？傮w來看，沙化土地面積呈逐年減小趨勢，流動沙地（丘）與半固定沙地（丘）以較快速度減退，土地沙化情況在一定程度上得到遏制。

2.2 土地沙化程度變化

沙化土地程度是對地表呈現以沙（礫）物質為主要標志的退化土地狀況進行評估，依據植被覆蓋度和沙化土地狀況分為4級，分別為輕度、中度、重度和極重度，得到2004、2009、2014、2019年吉木乃縣不同程度沙化土地空間分布情況（圖2）和不同類型沙化土地面積變化及轉移速率（表3）。沙化土地的程度劃分按照《全國第六次荒漠化和沙化監測技術規定》。沙化程度分為4級，輕度是指植被總蓋度>40%；中度是指25%<植被總蓋度≤40%；重度是指10%<植被總蓋度≤25%；極重度是指植被總蓋度≤10%的沙化土地。

由表3可知，2004—2019年，輕、中度沙化土地呈現先增加后減少趨勢；重度沙化土地呈現先減少后增大再大幅增加趨勢；極重度沙化土地呈現持續減少趨勢。非沙化土地面積持續增加，沙化土地面積總體減少，輕度、極重度沙化土地向中度、重度沙化土地轉移。

沙化指數（ADI）與沙化程度呈正相關，值越大，反映區域內沙化程度越重。用沙化指數計算吉木乃縣2004、2009、2014和2019年沙化指數（圖3a）。

沙化指數越大，沙化程度越嚴重，由圖3a可知，吉木乃縣歷年沙化指數關系為2004年＞2009年＞2019年＞2014年，因此，該區域沙化程度呈先減輕后加重趨勢。2014—2019年，縣域中部中度沙化土地大面積轉化為重度沙化土地，重度沙化土地比重增加，表現為土地沙化指數ADI上升。

根據各沙化程度重心，繪制各監測期不同程度沙化土地重心遷移動態圖（圖3b）。吉木乃縣輕、中、極重度沙化土地重心整體向西北遷移、重度沙化土地重心向東南方向遷移?？h域東南方向的戈壁從極重度沙地轉變為重度沙地，極重度沙地逐漸消失；縣域中南部戈壁由原本的輕度沙化惡化為中度沙化，中度沙化土地逐漸向西北部縮小。

2.3 景觀格局分析

2.3.1 面積變化分析。

流動沙地、半固定沙地的LPI、PLand、AREA_MN呈現降低趨勢，最大斑塊面積減小，斑塊比重降低，破碎程度增加，流動沙地和半固定沙地逐漸消失；固定沙地則呈完全相反趨勢；沙化耕地、戈壁的LPI和PLand數值上升，AREA_MN數值降低，最大斑塊面積減小，斑塊比重降低，斑塊破碎程度降低；具有明顯沙化趨勢土地的AREA_MN數值增加，斑塊破碎程度降低；非沙化土地的LPI值增加、AREA_MN降低，最大斑塊面積增加，集中連片，非沙化土地急速增加。

2.3.2 密度大小分析。

流動沙地、固定沙地的土地斑塊個數和密度呈明顯減小趨勢，半固定沙地、戈壁、沙化耕地、非沙化土地斑塊個數和密度整體呈增加趨勢。從縣域整體情況來看，非沙化土地的擴張表明該地區土地沙化情況得到一定改善，吉木乃縣土地沙化治理成效凸顯。

2.3.3

聚散性分析。

吉木乃縣沙化土地聚集度水平總體呈減小趨勢，各沙化類型中，除沙化耕地聚集度逐步增加外，其余沙化類型均呈聚集度減小，離散度增加現象，且離散度變化相對緩慢。沙化耕地聚集度增加，可能由于人為過度開墾，耕地水土流失嚴重，原本分散的沙化耕地逐步聚合，導致聚集度指數提高。2004、2009、2014和2019年蔓延度指數分別為65.95%、66.12%、69.29%和67.54%，蔓延度指數排序為2014年＞2019年＞2009年＞2004年，整體呈增加趨勢，說明研究區景觀的連接性趨向變好態勢，發展趨于穩定。

2.3.4 鄰近度分析。

2004、2009、2014和2019年平均最近距離分別為130.92 m、138.84 m、195.95 m和134.2 m，平均最近距離排序為2014年＞2009年＞2019年＞2004年，整體呈增加的趨勢，說明研究區同類型斑塊分布越來越離散，不容易發生干擾。

2.3.5 多樣性分析。

從景觀整體水平上看，2004、2009、2014和2019年香農多樣性指數分別為1.30、1.29、1.31和1.31，吉木乃縣香農多樣性指數排序為2019年=2014年＞2004年＞2009年，整體呈增加趨勢，說明研究區各沙化類型呈均衡化趨勢分布，生態環境穩步向好發展。

2.4 未來變化預測

該研究采用CA-Markov模型對土地沙化程度進行模擬和預測，首先以2009—2014年數據為基準，預測2019年土地沙化程度分布特征，并與實際解譯結果比較，經檢驗，Kappa系數為0.78，規定 Kappa≥0.75時，兩幅影像一致性較高，故可認為該模型具有良好的可靠性。

以2019年數據為模型輸入值，模擬預測2024年吉木乃縣土地沙化程度情況（圖4）。結果表明，2024年沙化土地面積呈減少趨勢，

重度與極重度沙化土地占比減少，輕度與中度沙化土地增加，重度與極重度沙化土地向輕度與中度沙化土地轉變，沙化情況好轉（表4）。

3 結論與討論

3.1 結論

（1）近15年的監測表明，吉木乃縣除沙化耕地、風蝕殘丘（劣地）呈增加趨勢，其他均呈現減小趨勢。2004—2009、2009—2014和2014—2019年綜合動態度分別為0.04、1.59和0.20，流動沙地與半固定沙地向固定沙地轉變，沙地流動性降低，沙地斑塊破碎程度增加，斑塊間干擾程度減少，更易開展綜合管理，充分說明治理取得了一定積極成效。

（2）通過CA-Markov模型對土地沙化程度進行模擬和預測，2024年較2019年輕、中度沙化土地面積增加約8 328和58 257 hm2，重、極重度沙化土地面積減少約60 830和5 891 hm2。沙化土地面積呈減少趨勢，土地沙化程度呈減輕趨勢，重、極重度沙化土地占比減少，輕、中度沙化土地增加，重、極重度沙化土地向輕、中度沙化土地轉變，沙區植被狀況進一步好轉，生態環境明顯改善。

（3）土地沙化狀況總體向好發展，這與地方重視生態環境保護和開展的生態治理活動存在很大關系，但沙化耕地面積有所增加，部分戈壁沙化程度有所加重，說明區域生態環境依然脆弱，應在保護生態環境的前提下，促進區域經濟發展。

3.2 討論

由多期監測結果對比看出，吉木乃縣2004—2019年沙化土地面積整體呈減小趨勢，防沙治沙取得積極成效，這是氣候環境改善與生態管護的共同作用結果，但沙化耕地面積擴增，戈壁沙化程度加重，與人為過度開墾、戈壁生態保護措施不完善等原因密不可分。

3.2.1 氣候變化對防沙治沙起到促進作用。

氣候變化是沙化地區生態格局改善的驅動力之一，吉木乃縣位于準格爾盆地北緣，1979—2018 年，準格爾盆地年均氣溫總體以0.77 ℃/10 a的速率增加，降水量增速達到29.84 mm/10 a，氣溫增速快、降水高值多［19］，植被生長狀況持續變好，覆蓋度增加，土地沙化情況得到有效遏制。

3.2.2 依法治沙為生態修復提供基本保障。

依法治沙、科學規劃、優先保護生態策略是促進沙區植被休養生息、加快荒漠生態系統修復的基本保障。吉木乃縣沙化土地面積的80%是沙化草地，為了更好地保護沙區原生植被和生態工程建設成果，縣林草部門出臺了《禁牧令》，制定了“三禁”措施，有效保護了沙區生態安全。

3.2.3 重點工程成為治理沙化的重要途徑。

林草植被建設與保護修復工程是增加沙區植被面積、治理土地退化的重要途徑。近年來，吉木乃縣開展了草原生態補助獎勵、重點防護林、高山冰緣區國家濕地公園等重點項目。此外，作為國家沙化土地封禁保護補助試點之一，遏制了沙化土地外擴勢頭，提升了抵御干旱、沙塵暴等災害的能力。重點工程的實施抑制了吉木乃縣流動沙地與半固定沙地的發展，減輕了土地沙化程度，大大地改善了當地生態環境。

3.2.4 保護建設與資源利用矛盾依然突出。

生態系統修復處于初級階段，保護建設與資源利用矛盾依然突出。吉木乃縣干旱少雨，自然條件差，生態脆弱，破壞容易恢復難。通過多年的治理，沙區生態狀況開始向好發展，環境質量得到一定改善，但脆弱的沙區生態系統修復仍處于初級階段，在人為活動的干擾下，建設成果的維持和強化難度很大。

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