新疆吉木乃县沙化土地动态变化分析

摘要 土地沙化是最严重的全球环境问题之一，目前地球上有20%的陆地正受到沙化威胁。新疆吉木乃县沙化土地面积超过行政总面积的50%，是新疆土地沙化情况较为严重的地区之一。以吉木乃县沙化监测区为研究对象，利用2004、2009、2014、2019年连续4期的沙化监测数据，从沙化土地时空演变过程、沙化土地景观格局变化以及未来发展趋势三方面入手，对吉木乃县近15年沙化土地变化情况进行全面系统的定量分析，提出防止土地沙化的有效对策，为沙化治理和生态环境建设的对策制定提供科学依据。结果表明，2004—2009、2009—2014和2014—2019的综合动态度分别为0.04、1.59和0.20，其中2009—2014年变化速率最大，沙化土地面积呈现出先增加后减少的趋势；2004、2009、2014和2019年ADI分别为2.80、2.59、2.26和2.55，且与沙化程度呈正相关；4期沙化指数排序为2004年＞2009年＞2019年＞2014年，土地沙化程度呈现先减轻后加重的趋势；通过CA-Markov对2024年土地沙化程度进行模拟和预测，2024年较2019年轻、中度沙化土地面积增加约8 328和58 257 hm2，重、极重度沙化土地面积减少约60 830和5 891 hm2。

关键词 沙化土地；沙化监测；现状分析；模型预测；吉木乃

中图分类号 S 288  文献标识码 A  文章编号 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， Xi’an， Shaanxi 710048；2. Key Laboratory of Ecohydrology and Disaster Prevention in Dry Areas， State Forestry Administration， Xi’an， Shaanxi 710048）

Abstract Land desertification is one of the most serious global environmental problems， and 20% of the Earth’s 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

作者简介 刘宝军（1973—），陕西澄城人，教授级高级工程师，从事荒漠化沙化土地监测与防沙治沙政策措施研究。

收稿日期 2022-12-01

土地沙化是最严重的全球环境问题之一，目前地球上有20%的陆地正受到沙化威胁。土地沙化会导致土地滋生能力退化，农牧生产能力及产量降低，耕地及牧场面积减少［1-2］。吉木乃县隶属新疆阿勒泰市，属重要牧区，土地沙化问题严重制约着该地区草原畜牧业的可持续发展［3］。目前关于新疆吉木乃县土地沙化的研究主要集中在其成因及分布，但其动态变化过程的研究鲜有报道。因此，该研究以吉木乃县沙化监测区为研究对象，利用2004、2009、2014、2019年连续4期的沙化监测数据和野外调查数据，从沙化土地时空演变过程、景观格局变化以及未来发展趋势三方面进行分析，以期为今后该区域沙化的防治和治理工作提供有力支持，为地方政府制定荒漠化与沙化土地防治规划，出台导向性政策，保护、改良和合理利用土地资源提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

吉木乃县位于新疆维吾尔自治区北部，准噶尔盆地北缘，萨吾尔山北麓，额尔齐斯河南岸，地理坐标47°00′～47°59′N，85°33′～87°09′E（图1）［4-5］。吉木乃县地处欧亚大陆腹地，远离海洋，属于大陆性北温带寒凉气候，其特点为干燥、多风、降水量少、蒸发量大，干旱面积占全县总面积超过30%，春旱频率为51%，远高于北疆地区平均概率［4］。县境气候干燥，年降水量仅为202.20 mm［6］。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源及处理。

以2004、2009、2014和2019年15 m分辨率的 TM遥感影像为数据源，对影像进行数据预处理，采取图像增强手段最大提取图像所反映的本底信息，结合典型样地调查数据中的土地利用类型、沙化土地类型、沙化程度以及地形地貌等因子，交互分析影像信息与实地调查属性因子初步形成沙化土地数据库。进行地面调查验证，现地逐块核实所有图斑界线与图斑属性因子，修正图斑界线及因子，最终得到沙化土地动态变化数据，建立沙化土地动态变化数据库。

1.2.2 研究方法。

该研究利用沙化土地类型、沙化程度类型及面积等基础信息，从沙化土地动态变化［7］、景观格局［8］以及沙化特征预测［9］3个方面，结合动态度（单一动态度［10-13］和综合动态度［14-15］）、沙漠化指数［16］、马尔可夫转移矩阵模型［17］、重心迁移模型［18］和景观分析指标［8-9］（最大斑块指数、斑块个数、聚集度、蔓延度指数、平均最近距离、香农多样性指数、斑块类型所占百分比和斑块密度等指标）以及CA-Markov模型（表1），探究吉木乃县2004—2019年沙化土地的时空演变过程和沙化土地未来变化情况。

2 结果与分析

2.1 沙化土地类型变化

结合遥感影像与地面实测数据，

得到不同类型沙化土地空间分布情况（图2a），不同类型沙

化土地动态变化情况（表2）。沙化土地和沙化类型划分按

照《全国第六次荒漠化和沙化监测技术规定》，流动沙地（丘）为植被总盖度<10%，地表沙物质常处于流动状态；半固定沙地（丘）为10%≤植被总盖度<30%，风沙流活动受阻；固定沙地（丘）为植被总盖度≥30%，风沙活动不明显；沙化耕地为受风沙危害，作物产量低而不稳的沙质耕地；风蚀残丘（劣地）为由于风蚀作用形成的风蚀地；戈壁为地表以石质、砾石和沙砾为主，一般盖度在10%以下。

由表2可知，2014—2019年，除沙化耕地、风蚀残丘（劣地）呈增加趋势，其他均呈现减小趋势。2004—2009、2009—2014和2014—2019年综合动态度分别为0.04、1.59和0.20，2009—2014年沙化土地面积变化速率最大，其中风蚀残丘（劣地）的单一动态度最大。总体来看，沙化土地面积呈逐年减小趋势，流动沙地（丘）与半固定沙地（丘）以较快速度减退，土地沙化情况在一定程度上得到遏制。

2.2 土地沙化程度变化

沙化土地程度是对地表呈现以沙（砾）物质为主要标志的退化土地状况进行评估，依据植被覆盖度和沙化土地状况分为4级，分别为轻度、中度、重度和极重度，得到2004、2009、2014、2019年吉木乃县不同程度沙化土地空间分布情况（图2）和不同类型沙化土地面积变化及转移速率（表3）。沙化土地的程度划分按照《全国第六次荒漠化和沙化监测技术规定》。沙化程度分为4级，轻度是指植被总盖度>40%；中度是指25%<植被总盖度≤40%；重度是指10%<植被总盖度≤25%；极重度是指植被总盖度≤10%的沙化土地。

由表3可知，2004—2019年，轻、中度沙化土地呈现先增加后减少趋势；重度沙化土地呈现先减少后增大再大幅增加趋势；极重度沙化土地呈现持续减少趋势。非沙化土地面积持续增加，沙化土地面积总体减少，轻度、极重度沙化土地向中度、重度沙化土地转移。

沙化指数（ADI）与沙化程度呈正相关，值越大，反映区域内沙化程度越重。用沙化指数计算吉木乃县2004、2009、2014和2019年沙化指数（图3a）。

沙化指数越大，沙化程度越严重，由图3a可知，吉木乃县历年沙化指数关系为2004年＞2009年＞2019年＞2014年，因此，该区域沙化程度呈先减轻后加重趋势。2014—2019年，县域中部中度沙化土地大面积转化为重度沙化土地，重度沙化土地比重增加，表现为土地沙化指数ADI上升。