遙感技術在沙漠化防治中的應用

摘要" 本文介紹了沙漠化的主要特征及對環境和社會的影響；分析了沙漠化監測與防治方法的優劣勢；在此基礎上分析了遙感技術在沙漠化研究中的應用，包括遙感數據的獲取、處理方法及其應用，重點討論了遙感技術在土地退化監測、植被恢復和水資源管理等方面的應用；探討了遙感技術在沙漠化監測和防治領域未來的研究方向和面臨的挑戰。旨在通過探討當代遙感技術在沙漠化防治中的研究應用，為促進沙漠化防治工作的進一步發展和完善提供參考。

關鍵詞" 遙感技術；沙漠化防治；土地退化監測；植被恢復；水資源管理

中圖分類號" P931.3；P208 """"""文獻標識碼" A"""""" 文章編號" 1007-7731（2024）21-0104-04

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.21.021

基金項目 青海省“昆侖英才·高端創新創業人才”領軍人才（1003-005024011）；青海省自然科學基金面上項目“藏柳分類鑒定方法與野生種質資源遺傳背景研究”（2023-ZJ-908M）。

作者簡介 杜少波（1998—），男，山西陽城人，博士研究生，從事高原環境研究。

通信作者 謝惠春（1982—），男，河南平頂山人，博士，教授，從事青藏高原藥用動植物資源研究。

收稿日期 2024-06-07

Application of remote sensing technology in desertification prevention and control

DU Shaobo1，2""" E Chongyi1""" QI Shujin2，3""" ZHAO Tianyue2，3""" XIE Huichun2，3

（1College of Geographical Sciences， Qinghai Normal University， Xining 810008， China;

2Qinghai South of Qilian Mountain Forest Ecosystem Observation and Research Station， Huzhu 810500， China;

3College of Life Science， Qinghai Normal University， Xining 810008， China）

Abstract" The main characteristics of desertification and its effects on environment and society were introduced， and the advantages and disadvantages of desertification monitoring and control methods were analyzed. On this basis， the application of remote sensing technology in desertification research was provided， including the acquisition， processing and application of remote sensing data. The application of remote sensing technology in land degradation monitoring， vegetation restoration and water resources management were emphatically discussed. The future research direction and challenges of remote sensing technology in the field of desertification monitoring and control were discussed. The aim is to discuss the application of remote sensing technology in desertification prevention and control， and to provide references for the further development and improvement of desertification control.

Keywords" remote sensing technology; desertification prevention and control; land degradation monitoring; vegetation restoration; water resources management

沙漠化不僅對生態環境造成較大的破壞，還給人類社會和經濟發展帶來了不利影響[1-2]。因此，探索有效的沙漠化防治方法，成為當前亟需解決的問題之一。遙感科學與技術的發展前景越來越廣闊[3]，在沙漠化防治領域發揮重要作用。通過遙感技術可以獲取大范圍、高分辨率的沙漠化信息，為沙漠化監測、評估和預警提供了有效的數據支持和技術手段[4]。此外，遙感技術還能夠結合地理信息系統等相關技術，實現對沙漠化過程的動態監測和分析，為沙漠化防治提供科學依據[5]。

本文分析了沙漠化的主要特征及其對環境和社會的影響，以便更好地認識和理解沙漠化問題的嚴重性和其防治的緊迫性；分析了沙漠化監測與防治方法的優劣勢；介紹了遙感技術在沙漠化監測和評估中的應用，包括遙感數據的獲取、處理和分析方法；重點討論了遙感技術在土地退化監測、植被恢復和水資源管理等方面的應用案例；最后，總結了當前研究中有待進一步改進的方面，并提出了該領域未來的研究方向和面臨的挑戰。通過對遙感技術在沙漠化防治中的應用研究進展進行概述，為促進沙漠化防治工作的進一步發展和完善提供參考。

1 沙漠化及其對環境和社會的影響

1.1 沙漠化的主要特征

沙漠化是指原本具備植被覆蓋和生態功能的土地逐漸轉變為沙漠的過程[6]。其主要特征包括以下幾個方面。（1）植被喪失。沙漠化地區的植被逐漸減少或完全消失，導致土壤暴露在風蝕和水蝕之中。（2）土壤貧瘠[7]。沙漠化地區土壤的養分和有機質含量較缺乏，不利于大部分植物的正常生長，進一步加劇了土地的退化。（3）風沙活動。沙漠化地區的風速較大，常出現風沙或飛沙走石現象，對周邊地區生產和生活造成一定的威脅。（4）水資源匱乏。沙漠化地區的降水量少，水資源稀缺，農田灌溉困難，居民生活受到影響。（5）生態系統被破壞。沙漠化使部分動植物失去棲息地和食物鏈，生物多樣性受到威脅，導致生態系統被破壞[8]。

1.2 沙漠化對土地、植被和水資源的影響

沙漠化會導致土壤質量下降，使得土地貧瘠，一定程度上影響農業生產[9]；加速土地侵蝕，使得土地變得容易崩塌，增加泥石流等自然災害的風險[10]；導致植被覆蓋率降低，生物多樣性被破壞，可能造成生態系統失衡[11]，植被的退化可能會加劇氣候變化[12-13]；使地下水位下降，導致水資源供應不足等[14]。因此，采取植樹造林、合理利用水資源及科學耕作等措施，預防和治理沙漠化，對實現土地資源保護和生態環境的可持續發展具有重要的現實意義。

2 沙漠化監測與防治方法的優劣勢

2.1 沙漠化監測與防治常規方法的優缺點

在沙漠化監測和防治中，地面監測等常規方法經過長時間的應用實踐，積累了大量的經驗和知識，通常采用簡單直觀、易于實施的方式[15]。實踐中，這些方法通常需要大量的人力資源，如人工巡查、修復等，成本較高[16]；受防治材料、使用壽命等因素影響，其能起到一定程度的緩解作用[17-18]，而評估沙漠化程度和發展趨勢的準確性有待進一步提高[19]。將地面監測等常規方法與現代技術和科學方法進行結合，開展綜合性的沙漠化監測和防治工作，能夠更好地應對沙漠化挑戰。

2.2 沙漠化監測與防治中遙感技術的應用優勢

在沙漠化監測與防治中，利用遙感技術獲取大范圍、高分辨率的地表信息，有助于了解沙漠化的發展趨勢和影響因素，對科學評估沙漠化程度、制定有效的防治措施具有重要意義[20]。遙感技術主要有以下優勢。（1）高時空分辨率[21]。該技術可以獲取大范圍、多時相的遙感影像數據，實現對沙漠化過程的全面監測，有助于更好地了解沙漠化特征和發展趨勢。（2）多源數據融合[22]。該技術整合了多種不同類型的遙感數據源，如光學、雷達和紅外等數據，提供了更全面的地表信息，有助于準確識別不同類型和程度的沙漠化現象，為其科學研究和防治工作提供更精細的數據支持。（3）自動化與快速性[23]。該技術可以實現大量遙感數據的自動化處理和分析，大大提高了工作效率和準確性。通過遙感技術，可以快速獲取大范圍的沙漠化信息，為其防治決策提供科學依據。（4）長期監測與動態更新[24]。該技術可以實現對沙漠化過程的長期監測和動態更新，通過定期獲取和分析遙感數據，跟蹤沙漠化發展趨勢，評估防治工作的效果并及時調整防治策略，有助于實現沙漠化監測與防治的可持續性。（5）跨區域比較與經驗借鑒[25]。該技術可以獲取多個地區的遙感數據，并對不同地區的監測結果進行比較和分析，以揭示沙漠化的共性和差異，為各地區的沙漠化防治提供經驗和借鑒。

3 遙感技術在沙漠化監測與防治研究中的應用

3.1 遙感數據的獲取和處理方法

遙感數據的獲取主要通過衛星、航空器等載荷攜帶的傳感器來實現，這些傳感器能夠捕捉不同波段的電磁輻射，并將其轉化為數字圖像[26]。常用的遙感數據包括多光譜影像、高光譜影像和合成孔徑雷達圖像等[27]。

王欣[28]研究提出，在處理遙感數據時，首先對原始數據進行預處理，包括大氣校正、幾何校正和輻射定標等，以提高數據的準確性和一致性。其次，使用分類、變化檢測和時序分析等方法來提取沙漠化的有關信息。其中，分類是將遙感影像像素劃分為不同類別的過程，使用監督或無監督分類方法，如最大似然法、支持向量機和聚類等算法識別沙漠化區域[29]。變化檢測是通過比較不同時期的遙感影像來檢測沙漠化的變化情況，常用的方法包括差異圖像和基于指數的變化檢測等[30]。時序分析是通過分析連續多期的遙感數據，以揭示沙漠化的演變趨勢和速率。最后，將處理后的遙感數據與其他環境數據（如地形、氣候和土地利用等）進行綜合分析，以全面理解沙漠化的成因和影響機制。

3.2 遙感技術在沙漠化監測與評估中的應用

3.2.1 在土地監測和評估中的應用 對沙漠化地區進行長期監測，掌握其動態變化規律，了解其發展趨勢，對其防治具有重要的現實意義[31]。隨著遙感技術的發展，特別是與地理信息系統的結合，為沙漠化研究提供了有效的途徑。王濤等[32]以北方沙質荒漠化為研究對象，開展了遙感監測和評估及其方法論的研究，確立了沙質荒漠化土地程度分級和遙感監測判別指標體系，使土地沙質荒漠化的定量評價成為可能。吳健生等[33]利用遙感技術研究了土地鹽漬化動態演化過程及其空間分布特征，這對干旱區的糧食安全生產及經濟發展具有重要意義。荒漠化遙感監測是一種快速了解區域荒漠化演化的手段，其監測過程受多種因素的影響，如遙感影像的分辨率、影像處理分析過程、荒漠化成因的復雜性和表現形式的多樣性等。因此，荒漠化遙感監測指標有待進一步完善和改進，以建立能夠廣泛應用的沙漠化遙感監測指標和體系。

3.2.2 在植被恢復和水資源管理中的應用 李琦等[34]研究表明，遙感技術在植被恢復上應用較廣泛，可以提供大范圍的植被信息，包括植被類型、覆蓋度和生長狀況等，通過監測植被覆蓋度的變化，可以評估植被恢復和退化情況，并制定相應的保護和恢復策略；還可以獲取植被指數、葉面積指數等參數，評估生態環境質量和健康狀況。有助于制訂有效的植被管理和保護措施。

在水資源管理方面，通過遙感技術獲取水體分布、濕地面積和河流流量等關鍵水資源信息，通過進行水資源調查和監測，有助于制訂合理的水資源利用計劃和管理策略[35]。鄭炎輝等[36]研究表明，該技術還可以提供水體的光學特性和水質參數，如水體顏色、透明度和葉綠素含量等，用于水質監測和污染源識別，幫助改善水質和保護水資源。

4 遙感技術在沙漠化監測與防治中的應用建議

遙感技術作為一種高效、遠程獲取地表信息的方法，在沙漠化監測與防治方面取得了一定的研究進展，未來還可從以下方面進行進一步研究和探索，以推動該技術在沙漠化監測與防治中的應用。（1）進一步提高遙感技術的精度和分辨率。引入更高分辨率的遙感傳感器，并結合其他多源數據進行綜合分析，提高沙漠化監測數據的準確性和可靠性。（2）加強遙感技術在沙漠化監測中的時空分析能力。沙漠化是一個復雜過程，受到多種環境因素影響，進一步發展和完善時空分析算法，以更好地應對沙漠化。（3）加強遙感技術與其他學科的交叉應用。沙漠化是一個綜合性問題，通過將遙感技術與地理信息、生態學和水文學等學科相結合，可以全面評估沙漠化風險，并制訂針對性的治理策略。（4）將遙感技術在沙漠化防治方面的研究成果轉化為實際應用。進一步加強科研與市場需求的結合，推動遙感技術的產業化應用。

綜上，本文對遙感技術在沙漠化監測與防治中的應用研究進展進行概述。目前，該技術在沙漠化監測與防治中的應用已取得重要進展，同時也面臨一定的挑戰。通過不斷探索和創新，未來遙感技術將在沙漠化監測與防治中發揮更加重要的作用。

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（責任編輯：何" 艷）