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中国沙漠, 2021, 41(4): 213-224 doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00084

黄河流域沙漠化空间格局与成因

胡光印,1, 董治宝1, 逯军峰2, 杨林海1, 南维鸽1, 肖锋军1

1.陕西师范大学 地理科学与旅游学院,陕西 西安 710119

2.中国科学院西北生态环境资源研究院 中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室,甘肃 兰州 730000

Spatial pattern of aeolian desertification and its causes in the Yellow River catchment

Hu Guangyin,1, Dong Zhibao1, Lu Junfeng2, Yang Linhai1, Nan Weige1, Xiao Fengjun1

1.School of Geography and Tourism,Shaanxi Normal University,Xi’an 710119,China

2.CAS Key Laboratory of Desert and Desertification,Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China

收稿日期: 2021-06-11   修回日期: 2021-07-18   网络出版日期: 2021-07-27

基金资助: 国家自然科学基金项目.  42071004.  42071009
第二次青藏高原综合科学考察研究.  2019QZKK0403

Received: 2021-06-11   Revised: 2021-07-18   Online: 2021-07-27

作者简介 About authors

胡光印(1980—),男,贵州遵义人,副教授,博士,主要从事沙漠化过程及其机理以及风沙活动等方面的研究E-mail:guangyinhu@snnu.edu.cn , E-mail:guangyinhu@snnu.edu.cn

摘要

黄河流域地势西高东低,自西向东有青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和黄淮海平原4个地貌单元,总面积为79.6万km2。黄河流域是中国重要的生态屏障和重要经济带,黄河流域生态保护和高质量发展已上升为国家战略。沙漠化是中国北方干旱、半干旱以及部分半湿润地区主要的土地退化形式,沙漠化对黄河流域,尤其是流域中、上游地区的影响较大。为了全面掌握黄河流域的沙漠化土地空间分布特征,本研究以Landsat遥感影像为数据源,通过地理信息系统(GIS)技术,获得了黄河流域2010年的沙漠化土地分布数据。结果表明:黄河流域内沙漠化土地面积为128 667 km2,占流域总面积的16.2%;黄河上游的沙漠化土地面积最大,然后依次是黄河中游、黄河源区、黄河下游,沙漠化土地面积分别为89 341、21 426、17 894、7 km2,分别占全流域沙漠化土地总面积的69.4%、16.7%、13.9%、0.01%。黄河流域的沙漠化土地绝大部分分布于内蒙古,其沙漠化土地面积为91 398 km2,占全流域沙漠化土地面积的71.0%;其次是青海,沙漠化土地面积为17 432 km2,占全流域沙漠化土地面积的13.5%;陕西和宁夏的沙漠化土地面积分别占全流域沙漠化土地面积的8.3%和6.5%。黄河流域的沙漠化空间格局主要是降水量与沙源空间耦合的结果,流域92.6%(119 114 km2)的沙漠化土地分布于干旱、半干旱地区。从20世纪70年代以来,黄河流域的沙漠化总体上经历了快速发展—发展放缓—明显逆转的过程,沙漠化大幅度的变化主要受人类活动影响所致,在过去几十年间风速持续减小对沙漠化逆转的积极作用也应引起重视。

关键词: 沙漠化 ; 分布格局 ; 黄河 ; 黄河流域

Abstract

The Yellow River catchment is high in the west and low in the east, spanning four geomorphic units, namely Tibetan Plateau, Inner Mongolia Plateau, Loess Plateau and Huang-Huai-Hai Plain from west to east, with a total area of 79.6×104 km2. The Yellow River catchment is an important ecological barrier and economic belt in China. Today, ecological protection and high-quality development in the Yellow River catchment has become a national strategy of China. Aeolian desertification is the main form of land degradation in arid, semi-arid and partly humid areas of northern China, and it has a great impact on the Yellow River catchment, especially in the middle and upper reaches of the catchment. To obtain the spatial distribution characteristics of aeolian desertified land in the Yellow River catchment, the Landsat remote sensing image was taken as the data source to monitor the aeolian desertified land distribution in the Yellow River catchment in 2010 based on geographic information system (GIS) technology. The monitoring result shows that the area of aeolian desertification land in the Yellow River catchment is 128 667 km2, accounting for 16.2% of the total area. The area of aeolian desertification land in the upper reaches of the Yellow River was the largest, followed by the middle reaches of the Yellow River, the source region of the Yellow River, and the lower reaches of the Yellow River, and the area is 89 341 km2, 21 426 km2, 17 894 km2, and 7 km2, respectively, accounting for 69.4%, 16.7%, 13.9%, and 0.01% of the total area of aeolian desertification land in the whole catchment. The result also shows that most of the aeolian desertification land in the Yellow River catchment is distributed in Inner Mongolia, with an area of 91 398 km2, accounting for 71.0% of the total area of aeolian desertification land in the catchment, and it was followed by Qinghai, Shaanxi and Ningxia, accounting for 13.5%, 8.3% and 6.5%, respectively. It is concluded that the spatial pattern of aeolian desertification land in the Yellow River catchment is mainly controlled by precipitation, because 92.6% (119 114 km2) of desertification land in the region is distributed in arid and semi-arid regions. Since the 1970s, the aeolian desertification in the Yellow River catchment has experienced a process of rapid development-slow development-obvious reversal, and the significant change trend of aeolian desertification is mainly caused by human activities. Nevertheless, the positive effect of the continuous decline in wind speed over the past few decades on aeolian desertification reversal should be emphasized.

Keywords: aeolian desertification ; distribution pattern ; Yellow River ; Yellow River catchment

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本文引用格式

胡光印, 董治宝, 逯军峰, 杨林海, 南维鸽, 肖锋军. 黄河流域沙漠化空间格局与成因. 中国沙漠[J], 2021, 41(4): 213-224 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00084

Hu Guangyin, Dong Zhibao, Lu Junfeng, Yang Linhai, Nan Weige, Xiao Fengjun. Spatial pattern of aeolian desertification and its causes in the Yellow River catchment. Journal of Desert Research[J], 2021, 41(4): 213-224 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00084

0 引言

在全球气温持续升高的情景下,干旱将进一步加剧,全球干旱半干旱区面积将会加速扩张,到21世纪末将增加到全球陆地表面的50%以上1。其中,全球四分之三的干旱半干旱区面积扩张将发生在发展中国家,这将导致发展中国家土地进一步退化1。到21世纪末,在高排放情景下,全球荒漠化风险将显著增加,且中国北方地区就是主要增加区域之一2。荒漠化是当前人类社会面临的重大挑战,不仅严重威胁全球生态环境安全,还对社会经济有重大影响,而沙漠化又是荒漠化最主要的类型,也是危害最大的一种荒漠化类型3。黄河流域位于中国北方地区,大部分区域位于中国的西北部,超过三分之一的流域面积属于干旱半干旱区,沙漠化土地广泛分布于该区域,如库布齐沙漠和毛乌素沙地等。由此可见,在未来气候持续变暖情境下,黄河流域中、上游地区的沙漠化将有可能进一步发展。

黄河流域是中华文明的发源地,在中国经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位。如今,黄河流域生态保护和高质量发展已上升为国家战略,黄河流域既是中国重要的生态屏障和重要经济带,又是生态的脆弱带。例如,从1972年到1998年的27年间,黄河下游利津站有21年发生断流,累计断流1 050 d,年均断流50 d4。从1998年10月至1999年3月期间,黄河源头鄂陵湖至黄河沿60 km的河段断流长达半年之久5。就本文所关注的沙漠化而言,地层中风沙沉积和古土壤在长时间尺度上的演变序列也能反映沙漠化的发展过程。风成砂是古风沙活动的直接标志,风成砂的出现代表着风沙活动增强,是对沙漠化发展的反映,而古土壤的发育则标志着风沙活动减弱,是沙漠化逆转的表现6。对毛乌素沙地在第四纪的风沙环境变化研究发现,毛乌素沙地的扩张与收缩,以及固定与活化均与东亚季风气候变化具有密切的关系7。近现代沙尘暴活动的增强可能与人类活动增强所导致的粉尘供应量增加有关8,甚至有研究认为,人类活动在两千年前就已成为影响中国北方乃至亚洲沙尘暴的主要因素9。而沙尘暴的近地表过程主要表现为强烈的风沙流活动,进而导致沙漠化的发生。由此可见,沙漠化不仅受气候变化的影响,而且还受到人类活动的影响。

随着人类改造自然能力的增强,人类活动对沙漠化的影响也越来越大。当然,人类活动的影响既有负面的,又有正面的。例如,中国在近几十年来推行土地系统可持续发展的干预活动,启动了包括“三北”防护林、天然林保护和退耕还林还草等一系列投资巨大的生态环境建设工程。在2000—2017年,全球新增的绿化面积中,约四分之一来自中国,居全球首位,其贡献主要来自于中国广阔的人工造林面积10。可见,中国已从早期的生态环境破坏阶段逐渐转变为生态文明建设阶段。在中国加强生态文明建设之际,做好黄河流域的沙漠化防治工作,是实现流域生态保护与高质量发展的重要方面。为此,本文对整个黄河流域的沙漠化土地分布特征进行了遥感监测和统计分析,以期为黄河流域生态环境建设提供数据支持和决策参考。

1 研究区概况

黄河流域西起巴颜喀拉山,东临渤海,北抵阴山,南至秦岭,流域总面积79.6万km2(该面积依据北京大学城市与环境学院地理数据平台提供的黄河流域边界数据统计所得,且包含位于鄂尔多斯高原的内流区面积4.2万km2)。黄河流域地势西高东低,自西向东横跨青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和黄淮海平原4个地貌单元,大部分区域位于中国的西北部,位于32°10′—41°50′N、95°53′—119°05′E,东西长约1 900 km,南北宽约1 100 km (图1)。黄河全长5 464 km,是世界第五大长河,发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地,呈“几”字形,自西向东流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南及山东9个省区,最后从山东省东营市注入渤海。

图1

图1   黄河流域范围以及中国主要沙漠和沙地区位图

Fig.1   Location map of the Yellow River catchment, main deserts and sandy lands in China


黄河流域从东南至西北降水量逐渐减少,依次为半湿润区、半干旱区和干旱区,流域内大部分地区多年平均降水量200—650 mm。该区域年内降水分配极不均衡,冬春干旱,夏秋多雨,6—9月的降水量占全年降水量的70%左右。流域内蒸发强烈,其中甘肃、宁夏和内蒙古中西部地区属黄河流域内年均蒸发量最大的地区,最大年蒸发量超过2 500 mm。流域东部黄河入海口海拔接近海平面,而位于黄河源区的阿尼玛卿山主峰——玛卿岗日海拔高达6 282 m。由于黄河流域海拔差异较大,随着三级阶梯地形海拔的递增,气温总体上自东向西呈递减趋势。黄河下游山东省境内年平均气温最高,为12—14 ℃;而在黄河源区的巴颜喀拉山北麓一带年平均气温最低,为-4 ℃左右;甘肃省及其以下的流域中、上游地区年平均气温一般5—10 ℃。

流域内植被覆盖度分布规律与降水的分布趋势高度相关,呈东南高西北低的空间分布格局,从东南向西北呈条状带分布。主要土地利用类型为林地、草地和耕地,其中草甸与草原占黄河流域植被面积一半以上。位于青藏高原的黄河源区以草甸为主;黄河上游的植被类型以草原为主;黄河流域中游多分布着草地与灌木林地;黄河流域下游针叶林和阔叶林混合分布。据2018年统计数据,黄河流域总人口数量为4.2亿,占全国的30.3%;生产总值为23.9万亿元,占全国GDP的26.5%,流域内9省区平均农业人口占比为45.97%,平均第一产业占比为8.7%,明显高于全国7.9%的平均水平11

黄河流域与中国主要沙漠和沙地的空间位置关系如图1所示,图中的全国各种沙地类型以及戈壁和盐碱地的空间分布数据来自中国1∶10万沙漠(沙地)分布数据集。该数据集是以2000年的TM遥感影像为信息源制作而成的,来源于国家冰川冻土沙漠科学数据中心(http://www.ncdc.ac.cn12。从图1可见,黄河流域与沙漠和沙地的关系非常密切,这不仅体现在黄河流域的银川盆地西部与腾格里沙漠和乌兰布和沙漠直接相连,而且黄河流域范围内还包含了中国第七大沙漠——库布齐沙漠(面积约为1.39万km2)和中国第二大沙地——毛乌素沙地(面积约为4.22万km2)。此外,在黄河源头区域的玛多盆地和共和盆地也有较为集中的沙地分布。

2 数据与方法

2.1 数据来源

主要以2010年的Landsat系列遥感影像为数据源,通过人机交互解译的方式获得黄河流域的沙漠化土地分布矢量数据。遥感影像以Landsat7 ETM为主,并以Landsat4-5 TM作为补充,覆盖全流域的遥感影像共计71景。在通过野外实地调查建立沙漠化土地解译标志的基础上,应用地学综合分析法和相关分析法判定各类沙漠化土地的边界和程度。通过Landsat遥感影像特征和空间特征,如色彩、形状、大小、阴影、纹理、结构、相对空间位置等,与多种非遥感信息资料,如数字高程模型、野外实地调查资料,结合黄河流域不同地区植被分布的地学相关规律,进行由此及彼、由表及里、去伪存真的综合分析和逻辑推理的人工判别过程,具体遥感监测方法和操作流程请参考文献[13]。在该研究中,沙漠化土地分类体系采用了“四分法”的分类标准,即将沙漠化程度划分为轻度、中度、重度、严重4个级别,各级沙漠化土地所对应的具体指标请参考文献[14]。

2.2 分区统计方法

河流从上到下一般可分为5段,即河源、上游、中游、下游、河口。“黄河二级水系流域数据集”将黄河流域细分为8个二级水系流域,从上至下分别为龙羊峡以上、龙羊峡至兰州、兰州至河口镇、内流区、河口镇至龙门、龙门至三门峡、三门峡至花园口、花园口以下,该数据集来源于北京大学城市与环境学院地理数据平台(http://geodata.pku.edu.cn)。但由于沙漠化土地在中下游分布较少,没有必要进一步细分。此外,为了减少统计区域的数量和文字描述的方便,本研究在该数据集的基础上,将部分子区域进行了合并,最终将整个流域划分为4段,即黄河源区(龙羊峡以上)、上游(龙羊峡至河口镇,包含整个内流区)、中游(河口镇至花园口)、下游(花园口以下)。

黄河从源区到入海口先后流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9个省区。为了获得黄河流域沙漠化土地在省级行政区的分布特征,该研究采用了中国省级行政边界数据与黄河流域沙漠化土地矢量数据进行叠加分析,从而统计出流域内各省区内的沙漠化土地分布面积。中国省级行政边界数据来自中国科学院地理科学与资源研究所“资源环境科学与数据中心”(http://www.resdc.cn/)。

3 结果与分析

3.1 黄河流域沙漠化土地分布概况

2010年,黄河流域内各类沙漠化土地总面积为128 667 km2,占流域总面积的16.2%(图2)。中度沙漠化土地面积最大,为41 248 km2;其次是重度沙漠化土地,为34 912 km2;然后是轻度沙漠化土地,为29 241 km2;严重沙漠化土地面积最少,为23 265 km2;它们分别占沙漠化土地总面积的32.1%、27.1%、22.7%、18.1%。

图2

图2   黄河流域沙漠化土地分布

Fig.2   Distribution of aeolian desertification land in the Yellow River catchment


黄河流域的沙漠化土地主要分布在鄂尔多斯高原,该地区包含了库布齐沙漠和毛乌素沙地。此外,在位于青藏高原的黄河源区也有大面积的沙漠化土地分布,集中分布于玛多盆地和共和盆地(图2)。黄河上游的沙漠化土地面积最大,然后依次是黄河中游、黄河源区、黄河下游,分别为89 341、21 426、17 894、7 km2,分别占全流域沙漠化土地总面积的69.4%、16.7%、13.9%、0.01%。

3.2 黄河流域各省区沙漠化土地分布特征

黄河流域的沙漠化土地绝大部分分布于内蒙古,其沙漠化土地面积达91 398 km2,占全流域沙漠化土地面积的71.0%;其次是青海,沙漠化土地面积为17 432 km2,占全流域沙漠化土地面积的13.5%;陕西和宁夏的沙漠化土地面积相对较为接近,分别为10 730 km2和8 350 km2,分别占全流域沙漠化土地面积的8.3%和6.5%;甘肃和四川两省的沙漠化土地面积也较为接近,它们相对于前面几个省份来说面积很小,分别为474 km2和262 km2,分别占流域沙漠化土地面积的0.4%和0.2%(图3);山西、河南、山东三省内的沙漠化土地面积非常小,均不超过10 km2,因此,在图3中无法体现出来。

图3

图3   黄河流域九省区各类沙漠化土地堆积柱形图

Fig.3   The area of aeolian desertification land in the nine provinces within the Yellow River catchment


内蒙古的沙漠化土地主要分布于黄河“几”字弯内的鄂尔多斯高原,包含了库布齐沙漠和毛乌素沙地的大部分,在黄河以北地区主要体现为零星分布。青海省内的沙漠化土地主要分布在黄河源头的玛多盆地和共和盆地的东部外流区。值得一提的是,在本研究中我们将“玛多盆地”界定为整体上处于青藏高原相对平坦的高原面上的部分,该盆地北抵布青山,南抵巴颜喀拉山,东抵阿尼玛卿山。青海省达日县下辖的特合土乡一带恰好是地形从平缓的高原面向地形起伏度较大的高原边缘过渡区域,因此将“玛多盆地”界定为特合土乡以上流域范围。陕西省内的沙漠化土地主要分布于陕北的毛乌素沙地,宁夏回族自治区的沙漠化土地主要分布于东部的毛乌素沙地。综上所述,位于内蒙古、陕西、宁夏三省区交界处的毛乌素沙地是这三个省区在黄河流域内沙漠化土地的主要分布区。甘肃和四川两省的沙漠化土地主要集中分布于两省交界处的若尔盖盆地(图2)。

黄河流域各省区内的沙漠化土地类型占比各不相同(表1)。由于山西、河南、山东三省的沙漠化土地面积非常小,均不超过10 km2,且都以中、轻度沙漠化为主,统计意义不大,所以在表1中没有列出。内蒙古、青海、陕西的沙漠化土地以中、重度为主,而宁夏、甘肃、四川则以中、轻度为主(表1)。

表1   黄河流域主要沙漠化省区各类沙漠化土地面积与比例

Table 1  The area of each type of aeolian desertification land and corresponding percentage in the main aeolian desertified provinces within Yellow River catchment

沙漠化 程度青海四川甘肃宁夏内蒙古陕西
面积/km2比例/%面积/km2比例/%面积/km2比例/%面积/km2比例/%面积/km2比例/%面积/km2比例/%
合计17 4321002661004741008 35010091 39810010 730100
轻度沙漠化2 7191612647146312 2952722 170241 77717
中度沙漠化5 345317930143303 2583929 197323 22030
重度沙漠化6 180355268141 3081623 378263 97237
严重沙漠化3 189185721116251 4891816 652181 76216

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4 成因

4.1 黄河流域沙漠化土地分布格局与气候的关系

沙漠是干旱气候的产物15,干旱是沙漠和沙漠化土地形成的重要前提条件,而干旱气候形成的根本原因是长期缺乏降水或降水非常稀少16。因此,降水量的空间分布格局,对于沙漠以及沙漠化土地的分布和规模具有重要影响。于是,本研究采用全国多年平均降水量作为主要气候因子,对黄河流域的沙漠化土地分布特征进行空间叠加分析。多年平均降水量数据获取自“中国气象背景数据集”,该多年平均降水量数据是基于全国1 915个站点的气象数据,在站点数据的基础上计算多年平均降水量,并利用反向距离加权平均的方法内插出全国空间分辨率为500 m×500 m的多年平均降水量空间分布数据集17

中国采用多年平均降水量作为划分干湿气候区的标准,规定200 mm以下为干旱区,200—400 mm为半干旱区,400—800 mm为半湿润区,800 mm以上为湿润区。黄河流域内63.5%的区域(505 826 km2)属于半湿润区;其次是半干旱区,占流域面积的28.5%(226 817 km2);干旱区面积相对较少,占流域面积的7.5%(59 993 km2);湿润区的面积极少,仅占0.4% (3 320 km2)。黄河流域内降水量总体上从东南向西北逐渐减少(图4),这主要受到东亚夏季风的影响所致18

图4

图4   黄河流域沙漠化土地分布与多年平均降水量的空间分布

Fig.4   The distribution of aeolian desertification land and mean annual precipitation in the Yellow River catchment


黄河流域70.5%的沙漠化土地(90 636 km2)分布于半干旱区,22.1%的沙漠化土地(28 477 km2)分布于干旱区,其余7.4%(9 519 km2)分布于半湿润区(图4)。占流域面积28.5%的半干旱区内分布了全流域70.5%的沙漠化土地,占流域面积63.5%的半湿润区却仅仅分布了全流域7.4%的沙漠化土地。这充分说明了沙漠化土地与年降水量之间密切的空间相关性,也就是说,黄河流域降水的空间分布格局在很大程度上控制了沙漠化土地的分布范围。

4.2 黄河流域沙漠化土地分布格局与沙源的关系

沙漠化是指以风沙活动为主要标志的环境退化过程,而沙源又是风沙活动的物质基础,因此,大量的沙质沉积物的存在是沙漠化发生的前提条件。黄河流域的一系列盆地中汇积了大量的河湖相沉积物,如玛多盆地、若尔盖盆地、共和盆地、银川盆地、河套盆地以及汾渭盆地。盆地内大量河湖相沉积不仅成为盆地内部风沙活动的物源,而且还为其下风向的广大区域提供沙源,例如,黄河上游大量的河流沉积物在银川盆地经风力分选和搬运,为毛乌素沙地西部提供了主要沙源19;河套盆地内的河湖相沉积物为其下风向的库布齐沙漠提供了主要沙源20。由于汾渭盆地地处半湿润地区,降水相对较为丰沛,地表植被覆盖度较高,因此很少有沙漠化土地分布。虽然位于该盆地洛河与渭河交汇处的大荔沙地在历史时期气候干冷背景下有明显的风沙活动21,但当前该区域的沙丘/地已被植被所固定。除河湖相沉积物外,鄂尔多斯高原广泛分布的砒砂岩由于成岩程度低,质地松散,遇水即溃,遇风即散,不但是黄河沉积物中粗砂的主要来源22,还是鄂尔多斯高原中、西部高地上沙物质的重要来源。

4.3 黄河流域沙漠化趋势

黄河流域的沙漠化土地主要分布于鄂尔多斯高原为主的黄河上、中游地区和位于青藏高原的黄河源区。自20世纪90年代以来,青藏高原地区的沙漠化问题开始受到关注,并对沙漠化危害较为严重的地区开展了应急性的研究,如青海省的共和盆地23、格尔木市24、西藏阿里地区的狮泉河镇25、“一江两河”26-29等地区。进入21世纪以来,青藏高原地区的沙漠化研究不断得到加强,并对整个青藏高原地区的沙漠化问题有了更加全面的认识30-32。黄河源区是黄河流域的重要水源涵养区,是“三江源自然保护区”的核心区域,该区域的沙漠化问题同样也引起了人们的广泛关注并已开展了较为全面的研究1333,如针对玛多盆地34、若尔盖盆地35-36、共和盆地37-39的沙漠化研究。研究人员对西藏自治区和青藏高原东北部多个区域在近几十年来的沙漠化面积变化趋势进行了归纳总结40,发现西藏自治区41、黄河源区33、柴达木盆地42、若尔盖盆地35、青海湖盆地43、玛多县34、玛曲县36的沙漠化土地变化趋势具有普遍规律,即20世纪70年代至90年代,沙漠化快速发展;90年代至2000年,沙漠化发展速度放缓;2000年以来,沙漠化呈明显逆转趋势(图5)。就黄河源区而言,自2000年以来,沙漠化明显逆转,尤其是黄河源区的若尔盖盆地(包含玛曲县的绝大部分沙地),其沙漠化土地面积甚至减少到20世纪70年代的水平35

图5

图5   青藏高原及其东北部现代沙漠化发展趋势(据参考文献[40]修改)

Fig.5   The trend of modern aeolian desertification in Tibetan Plateau and its northeast (modified based on reference [40])


黄河上、中游地区的沙漠化土地集中分布于鄂尔多斯高原,包括库布齐沙漠和毛乌素沙地。由于该区域处于中国北方农牧交错带的中段,是半干旱气候带与干旱气候带的过渡地带,生态环境十分脆弱,人地关系较为紧张。因此,对该地区沙漠化开展了广泛的研究,如沙漠化生态治理44-45,历史时期沙漠化746-48,以及河流下切与沙漠化的关系49等。据1975—2015年间多期遥感监测发现:鄂尔多斯高原沙漠化发展趋势大致以2000年为转折点,沙漠化形势从2000年之前的发转趋势转变为2000年之后的逆转趋势50-51。《中国北方沙漠与沙漠化图集》分别展示了库布齐沙漠和毛乌素沙地的沙漠化时空演变过程:库布齐沙漠的沙漠化土地从1975年的16 214 km2增加到2000年的21 236 km2,随后沙漠化开始逆转,到2010年,沙漠化土地面积减少至20 980 km2[52。毛乌素沙地的沙漠化土地在1975、2000、2010年的面积分别为49 610、57 579、56 419 km2,变化趋势仍然是先增加后减少52,与图5所展示的总体趋势相似。

需要注意的是,《中国北方沙漠与沙漠化图集》并未把库布齐沙漠中常年呈沙漠景观的区域纳入沙漠化土地的统计范畴,因此这与本文的沙漠化土地面积不宜直接进行比较,但该图集中的沙漠化变化趋势仍然值得参考。该图集中还明确指出了沙漠化发生动态的两种形式:一方面体现为沙漠化土地的转入或转出,另一方面则体现为沙漠化程度的增加或降低。黄河流域内不同区域的沙漠化动态形式存在较大差别,例如若尔盖盆地在沙漠化发展时期,主要体现为大面积的非沙漠化土地转变成了沙漠化土地,在其逆转时期,则表现为大面积的沙漠化土地转变成了非沙漠化土地3553。然而,在鄂尔多斯高原,虽然也有相当面积的沙漠化土地转出和转入,但是,其沙漠化动态则主要表现为不同程度沙漠化土地之间的相互转变52

4.4 黄河流域沙漠化驱动因素

在《联合国防治荒漠化公约》(UNCCD)对荒漠化的定义的基础上,结合前人对沙漠化的定义54-55,可将沙漠化概念表述为“沙漠化是指在干旱、半干旱和部分半湿润地区,由于受自然因素或人类活动的影响,破坏了自然生态系统的脆弱平衡,使原非沙漠的地区出现了以风沙活动为主要标志和类似沙漠景观的环境变化过程,以及在沙漠地区发生了沙漠环境条件的强化与扩张过程”13。自然环境变化和人类活动是沙漠化的两大驱动因素,因此,以下将从这两个方面对黄河源区的沙漠化成因进行分析。

从沙漠化的自然因素来看,无论是沙漠化土地最集中分布的鄂尔多斯高原,还是黄河源区所在的青藏高原,20世纪60年代以来,年平均气温均呈波动上升趋势5056,这可能对青藏高原温度敏感地区的沙漠化产生不利影响,但这还需要充分考虑沙漠化在不同时间尺度上对气候的响应特征31。然而,同期的降水量虽然有较为明显的年际波动,但总体上保持平稳,并没有明显的变化趋势。黄河源区在1958—2017年,降水量每10 a平均减少0.1 mm57;鄂尔多斯高原在1975—2015年,年降水量也没有明显增/减趋势50

风力是风沙活动的直接驱动力,风能环境对地表物质的侵蚀、搬运和堆积过程起着重要作用。虽然近期有研究发现:全球地表风速从2010年开始呈快速反弹趋势,并在短短8年间,已恢复到1980年左右的水平。而且,最近的风速增长速度是2010年以前下降速度的3倍,在北美、欧洲和亚洲3个区域增长最显著。尽管如此,在2010年之前的几十年间,全球风速的减小趋势却非常明显58,中国年平均风速在1971—2007年每10 a下降-0.17 m·s-1[59。黄河流域内主要沙漠化土地分布区的风速也明显减小,例如,毛乌素沙地在1960—2014年的年平均风速总体上也呈下降趋势(图660

图6

图6   毛乌素沙地1960—2014年年平均风速(据参考文献[60]修改)

Fig.6   Annual mean wind speed during 1960-2014 in Mu Us Sandy Land (modified based on reference [60])


从风沙活动的角度来看,起沙风(风速大于沙粒启动速度的风)的大小和发生频率对风沙活动的影响至关重要。通过对毛乌素沙地起沙风的统计分析发现:毛乌素沙地在1960—2014年起沙风的年平均风速呈持续下降趋势,仅在2010年后有小幅回升。起沙风年平均风速从20世纪60、70年代的6.5 m·s-1左右逐渐下降到21世纪初的6.0 m·s-1以下(图7),与此同时,输沙势也从20世纪70年代末开始大幅减小60。可见,近地表风速的减小,不但能直接减少风沙活动的发生,它还是造成全球范围内大气蒸发力下降的首要因素61,风速下降同样也是导致中国大部分地区(除西南地区)大气蒸发力下降的首要因素62。风速通过对蒸发的影响,又间接影响到沙漠化过程的诸多要素,如植被和土壤等。因此,过去几十年来风速的降低对沙漠化逆转的积极作用应引起重视。

图7

图7   1960—2014年毛乌素沙地起沙风年平均风速(据参考文献[60]修改)

Fig.7   Annual mean sand-driving wind speed during 1960-2014 in Mu Us Sandy Land (modified based on reference [60])


如今,人类对全球生态系统的支配作用越来越强,全球三分之一至二分之一的陆地已被人类所改变63。在黄河流域,人口数量的增加和人们对物质资料需求的增强,导致人地矛盾逐渐加剧64。在黄河源区,牧业是当地的支柱产业,牧民主要以增加放牧数量的方式来增加经济收入。从20世纪50年代以来,该地区的牲畜数量持续增加,并远远超出了草地的承载力,从而导致草地沙漠化的发生13。在玛多县,牲畜数量从20世纪50年代的12万头增加到1982年的50万头左右65;在若尔盖盆地的玛曲县,牲畜数量从20世纪50年代的24万头增加到1998年的70万头65-66;在共和县,牲畜数量从1949年的50万头增加到2006年的140万头67。在黄河中上游的鄂尔多斯高原位于中国北方农牧过渡带,该地区的沙漠化不但受到过度放牧的影响,还受到开荒耕种的影响。1978年开始实施的家庭联产承包责任制,极大地调动了农民生产积极性。农民为了扩大粮食种植面积,将大量的草地开垦为耕地,导致耕地面积仅在1995—2000年就增加80%左右50。由于耕地在冬春季节地表裸露,这为冬春季节的风沙活动提供了大量沙源,甚至有的弃耕地直接退化成了沙地,从而加剧了沙漠化的发展。

在20世纪末和21世纪初,随着环境问题日益加重,国家对生态环境保护越来越重视,随即启动了一系列的生态环境保护政策,如退耕还林、退牧还草、生态移民等政策13。例如,玛多县在“十五”时期(2001—2005年),实施了一、二、三期国家级生态环境建设综合治理工程、天然林保护工程、天然草地植被恢复等项目;1998年8月经国务院批准,若尔盖湿地正式被列为“国家级自然保护区”,有效地推动了该地区的沙漠化草地的治理;在共和盆地,当地政府采取退耕—种草—兴牧—增收的发展政策,大力培育龙头企业,把牧民退耕地的牧草以入股或收购的形式由草业公司科学地进行收割、加工,将青饲草转化为草产品。这不仅解决了退耕还草后续发展问题,还有效地增加了农牧民的收入,走出了一条草业产业化的科学致富路。鄂尔多斯地区从2000年开始对沙漠化草地实施围栏封育、退耕还林还草等环保政策。中国通过对黄河流域沙漠化地区生态环境的治理,在21世纪初期基本遏制住了沙漠化土地快速增加的势头,并逐渐实现了沙漠化的逆转。

5 结论

黄河流域的沙漠化空间格局是降水量与沙源空间耦合的结果。流域92.6%(119 114 km2)的沙漠化土地分布于干旱半干旱地区,占流域面积63.5%的半湿润区仅分布了全流域7.4%的沙漠化土地。

从20世纪70年代至今,黄河流域的沙漠化总体上经历了快速发展—发展放缓—明显逆转的过程。20世纪70—90年代,沙漠化快速发展;90年代,沙漠化发展速度放缓;2000年以来,沙漠化呈明显逆转趋势。

自20世纪70年代以来,人类活动是黄河流域沙漠化的主导因素。这种主导作用不仅表现为早期的环境破坏,进而导致了沙漠化的快速发展,同样还表现在后期对环境治理中,使得沙漠化发展速度放缓并最终实现了沙漠化的逆转。

参考文献

Huang JYu HGuan Xet al.

Accelerated dryland expansion under climate change

[J].Nature Climate Change,201562):166-171.

[本文引用: 2]

Huang JZhang GZhang Yet al.

Global desertification vulnerability to climate change and human activities

[J].Land Degradation & Development,20203111):1380-1391.

[本文引用: 1]

王涛朱震达.

我国沙漠化研究的若干问题:1.沙漠化的概念及其内涵

[J].中国沙漠,2003233):1-8.

[本文引用: 1]

何智娟黄锦辉潘轶敏.

黄河流域生态系统特征及下游生态修复实践

[J].环境与可持续发展,2010354):9-13.

[本文引用: 1]

顾延生.

黄河源头鄂陵湖出水口首次断流警示

[J].柴达木开发研究,20046):29-30.

[本文引用: 1]

董光荣靳鹤龄陈惠忠.

中国北方半干旱和半湿润地区沙漠化的成因

[J].第四纪研究,1998182):136-144.

[本文引用: 1]

徐志伟鹿化煜.

毛乌素沙地风沙环境变化研究的理论和新认识

[J].地理学报,2021761):1-23.

[本文引用: 2]

张爽徐海蓝江湖.

中国北方近500年沙尘暴活动及机制

[J].中国科学:地球科学,2021515):783-794.

[本文引用: 1]

Chen FChen SZhang Xet al.

Asian dust-storm activity dominated by Chinese dynasty changes since 2000 BP

[J].Nature Communications,2020111):992.

[本文引用: 1]

Bryan B AGao LYe Yet al.

China’s response to a national land-system sustainability emergency

[J].Nature,20185597713):193-204.

[本文引用: 1]

郭晓佳周荣李京忠.

黄河流域农业资源环境效率时空演化特征及影响因素

[J].生态与农村环境学报,2021373):332-340.

[本文引用: 1]

颜长珍王建华.

中国1∶10万沙漠(沙地)分布数据集

[DS].兰州:国家冰川冻土沙漠科学数据中心(www.ncdc.ac.cn),2019.

[本文引用: 1]

董治宝胡光印颜长珍.江河源区沙漠化[M].北京科学出版社2013.

[本文引用: 5]

王涛吴薇王熙章.

沙质荒漠化的遥感监测与评估:以中国北方沙质荒漠化区内的实践为例

[J].第四纪研究,1998182):108-118.

[本文引用: 1]

朱震达吴正刘恕.中国沙漠概论[M].北京科学出版社1980.

[本文引用: 1]

王涛.中国沙漠与沙漠化[M].石家庄河北科学技术出版社2003.

[本文引用: 1]

徐新良张亚庆.

中国气象背景数据集

[DS].北京:中国科学院资源环境科学数据中心数据注册与出版系统(http://www.resdc.cn/DOI),2017.

[本文引用: 1]

竺可桢.

东南季风与中国之雨量

[J].地理学报,19341):1-27.

[本文引用: 1]

Nie JStevens TRittner Met al.

Loess Plateau storage of Northeastern Tibetan Plateau-derived Yellow River sediment

[J].Nature Communications,201568511.

[本文引用: 1]

Li BSun DXu Wet al.

Paleomagnetic chronology and paleoenvironmental records from drill cores from the Hetao Basin and their implications for the formation of the Hobq Desert and the Yellow River

[J].Quaternary Science Reviews,201715669-89.

[本文引用: 1]

Du JWang X.

Optically stimulated luminescence dating of sand-dune formed within the Little Ice Age

[J].Journal of Asian Earth Sciences,201491154-162.

[本文引用: 1]

申震洲姚文艺肖培青.

黄河流域砒砂岩区地貌-植被-侵蚀耦合研究进展

[J].水利水运工程学报,20204):64-71.

[本文引用: 1]

董光荣高尚玉金炯.青海共和盆地土地沙漠化与防治途径[M].北京科学出版社1993.

[本文引用: 1]

张胜邦董旭.青海格尔木市防治荒漠化规划研究[M].北京中国环境科学出版社1997.

[本文引用: 1]

金炯董光荣邵立业.

阿里地区狮泉河镇风沙危害与整治规划

[J].中国沙漠,1991113):23-31.

[本文引用: 1]

董光荣金炯邵立业.

西藏自治区”一江两河“流域土地沙漠化状况

[J].中国沙漠,1991111):62-64.

[本文引用: 1]

张伟民董光荣屈建军.

西藏“一江两河”中部流域地区沙漠化土地基本状况

[J].中国沙漠,1993134):56-60.

董光荣董玉祥金炯.

西藏“一江两河”中部流域地区土地沙漠化的成因与发展趋势

[J].中国沙漠,1994142):9-17.

李森董光荣董玉祥.

西藏“一江两河”中部流域地区土地沙漠化防治目标、对策与治沙工程布局

[J].中国沙漠,1994142):55-63.

[本文引用: 1]

Li QZhang CShen Yet al.

Quantitative assessment of the relative roles of climate change and human activities in desertification processes on the Qinghai-Tibet Plateau based on net primary productivity

[J].Catena,2016147789-796.

[本文引用: 1]

Dong ZHu GQian Get al.

High-altitude aeolian research on the Tibetan Plateau

[J].Reviews of Geophysics,2017554):864-901.

[本文引用: 1]

Zhang CLi QShen Yet al.

Monitoring of aeolian desertification on the Qinghai-Tibet Plateau from the 1970s to 2015 using Landsat images

[J].Science of The Total Environment,2018619-6201648-1659.

[本文引用: 1]

Hu GJin HDong Zet al.

Driving forces of aeolian desertification in the source region of the Yellow River:1975-2005

[J].Environmental Earth Sciences,2013707):3245-3254.

[本文引用: 2]

Xue XGuo JHan Bet al.

The effect of climate warming and permafrost thaw on desertification in the Qinghai-Tibetan Plateau

[J].Geomorphology,20091083/4):182-190.

[本文引用: 2]

Hu GDong ZLu Jet al.

The developmental trend and influencing factors of aeolian desertification in the Zoige Basin,eastern Qinghai-Tibet Plateau

[J].Aeolian Research,201519275-281.

[本文引用: 4]

胡梦珺潘宁惠左海玲.

基于RS和GIS的玛曲高原土地沙漠化时空演变研究

[J].生态学报,2017373):922-931.

[本文引用: 2]

李森颜长珍宋翔.

近30a龙羊峡水库周边地区沙漠化遥感监测

[J].中国沙漠,2011314):836-841.

[本文引用: 1]

李晓英姚正毅董治宝.

青海省共和盆地沙漠化驱动机制

[J].水土保持通报,2018386):337-344.

胡梦珺李向锋左海玲.

1989—2014年共和盆地贵南县土地沙漠化动态

[J].中国沙漠,2018381):30-38.

[本文引用: 1]

Li JYao QZhou Net al.

Modern aeolian desertification on the Tibetan Plateau under climate change

[J].Land Degradation & Development,2020323):3862.

[本文引用: 3]

Li QZhang CShen Yet al.

Developing trend of aeolian desertification in China’s Tibet Autonomous Region from 1977 to 2010

[J].Environmental Earth Sciences,20167510):1-12.

[本文引用: 1]

李庆.

青藏高原土地沙漠化及驱动力研究

[D].北京北京师范大学2016.

[本文引用: 1]

Wang HMa MGeng L.

Monitoring the recent trend of aeolian desertification using Landsat TM and Landsat 8 imagery on the north-east Qinghai-Tibet Plateau in the Qinghai Lake basin

[J].Natural Hazards,2015793):1753-1772.

[本文引用: 1]

王睿杨国靖.

库布齐沙漠生态治理的生态经济系统耦合分析

[J].干旱区地理,2020435):1391-1400.

[本文引用: 1]

刘庆福.

毛乌素沙地沙漠化演变、飞播恢复评估及其对生态系统服务的影响

[D].呼和浩特内蒙古大学2020.

[本文引用: 1]

孙继敏丁仲礼袁宝印,2000a B.

P.来毛乌素地区的沙漠化问题

[J].干旱区地理,1995181):36-42.

[本文引用: 1]

黄银洲.

鄂尔多斯高原近2000年沙漠化过程与成因研究

[D].兰州兰州大学2009.

Huang YWang NHe Tet al.

Historical desertification of the Mu Us Desert,Northern China:a multidisciplinary study

[J].Geomorphology,20091103/4):108-117.

[本文引用: 1]

Wen PWang NWang Yet al.

Fluvial incision caused irreversible environmental degradation of an ancient city in the Mu Us Desert,China

[J].Quaternary Research,2020991-13.

[本文引用: 1]

冯坤颜长珍谢家丽.

1975—2015年鄂尔多斯市沙漠化的时空演变过程

[J].中国沙漠,2018382):233-242.

[本文引用: 4]

白壮壮崔建新丁晓辉.

1986—2015年鄂尔多斯高原沙漠化及其驱动因素研究

[J].干旱区研究,2020373):749-756.

[本文引用: 1]

王涛.中国北方沙漠与沙漠化图集[M].北京科学出版社2014.

[本文引用: 3]

胡光印董治宝魏振海.

近30a来若尔盖盆地沙漠化时空演变过程及成因分析

[J].地球科学进展,2009248):908-916.

[本文引用: 1]

王涛.

我国沙漠化研究的若干问题:2.沙漠化的研究内容

[J].中国沙漠,2003235):1-6.

[本文引用: 1]

吴正.

浅议我国北方地区的沙漠化问题

[J].地理学报,1991463):266-276.

[本文引用: 1]

徐丽娇胡泽勇赵亚楠.

1961—2010年青藏高原气候变化特征分析

[J].高原气象,2019385):911-919.

[本文引用: 1]

侯冰飞.

黄河源区气候变化与径流补给的关联性分析

[D].北京北京林业大学2020.

[本文引用: 1]

Zeng ZZiegler A DSearchinger Tet al.

A reversal in global terrestrial stilling and its implications for wind energy production

[J].Nature Climate Change,2019912):979-985.

[本文引用: 1]

Chen LLi DPryor S C.

Wind speed trends over China:quantifying the magnitude and assessing causality

[J].International Journal of Climatology,20133311):2579-2590.

[本文引用: 1]

李晓岚.

毛乌素沙地沙漠化逆转过程及成因分析

[D].西安陕西师范大学2017.

[本文引用: 6]

Mcvicar T RRoderick M LDonohue R Jet al.

Global review and synthesis of trends in observed terrestrial near-surface wind speeds:implications for evaporation

[J].Journal of Hydrology,2012416182-205.

[本文引用: 1]

Yang HYang D.

Climatic factors influencing changing pan evaporation across China from 1961 to 2001

[J].Journal of Hydrology,2012414184-193.

[本文引用: 1]

Vitousek P MMooney H ALubchenco Jet al.

Human domination of earth's ecosystems

[J].Science,19972775325):494.

[本文引用: 1]

宋永永薛东前夏四友.

近40a黄河流域国土空间格局变化特征与形成机理

[J].地理研究,2021405):1445-1463.

[本文引用: 1]

董立新王文科孔金玲.

黄河上游玛多县生态环境变化遥感监测及成因分析

[J].水土保持通报,2005254):68-72.

[本文引用: 2]

Dong ZHu GYan Cet al.

Aeolian desertification and its causes in the Zoige Plateau of China’s Qinghai-Tibetan Plateau

[J].Environmental Earth Sciences,2010598):1731-1740.

[本文引用: 1]

郭连云丁生祥汪青春.

气候变化与人类活动对共和盆地生态环境的影响

[J].干旱地区农业研究,2009271):219-226.

[本文引用: 1]

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