基于landsa影像的松嫩沙地土地利用影响下的生态环境退化机制研究

基于landsa影像的松嫩沙地土地利用影响下的生态环境退化机制研究

1沙漠化土地.土地的自然生态系统已分区.松香沙位于东北平原的西北部，坐标为44454820，1224012440。沙地的平均分布区约为2.2.42.5。土地利用以农业用地为主，耕地面积大，草地小。沙区主要县的农业、林业、畜牧业和其他土地的比例约为5.5%-4.1.6.2.5。随着区域经济的发展，人口增长速度快，对土地压力越来越大，土壤覆盖变化严重，生态环境受到严重破坏。据统计，松香沙漠化土地占56%，微沙漠化土地占36%，中沙漠化土地占7%，重砂漠化土地1%。这些沙漠基本上是在20世纪中叶之后发展起来的。这是一个非常潜在的沙区。在人类陆地开发活动的影响下，自然生态系统的稳定性和抗逆性变差，土壤盐碱化、荒漠化和牧场退化现象明显，生态环境呈强恶化状态。2土地增长率分析在国家宏观政策、生产关系调整和大量移民涌入等背景下,研究区自20世纪50年代开始土地的大规模垦殖.统计资料显示,耕地面积的变化先后经历了快速增长——减少——缓慢增长的变化过程,在建国初期和60～70年代出现持续增长高峰.片面强调扩大种植业规模的结果使大量草地被开垦,一些以牧业为主导的县份耕地增长迅速,如黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县1949～1985年耕地年增长率达到0.93%.与国家第四次土地垦荒高潮相对应,80年代中期以来研究区土地利用变化显著,表现为耕地缓速增加、草地和林地大幅减少呈破碎化,水域面积萎缩.根据TM影像的解译结果,一些主要县份耕地平均以1.27%年增长率增加,而草地和林地的年均递减率分别达到4.67%和1.82%,减少速度高于耕地增长速度(表1).自然覆被类型的锐减,使景观结构趋于简单,土地荒漠化加重,生态环境呈现退化态势.3区域生态环境退化过程分析3.15区域生态环境变化的主成分分析松嫩沙地的生物气候条件相对较好,在自然状态下,植物容易生长,在沙丘和沙平地上形成疏林草原景观和草甸草原景观.然而20世纪50～80年代初,由于人类长期高强度的土地开发,严重破坏了自然生态系统,土地沙漠化加剧,生态环境表现出更为脆弱的特征.环境退化表现为沙化碱化迅速扩大,这一时期的气候波动也促进了这种环境演化趋势.吉林省白城地区地域广阔,土地资源丰富,拥有吉林省最大的天然牧场.然而,由于过度不合理的土地利用活动,如滥垦滥伐、靠天养畜、逐草而牧和耕作粗放等,土地沙化和盐碱化发展十分剧烈,区域生态环境退化特征在本区具有代表性.因此,我们采用主成分分析法定量探讨了该区在该时段内生态环境退化的影响因子,借以反映研究区人类土地利用活动与生态环境逆向演化的关系.主成分分析方法的突出优点是可以在关系错综复杂的多变量中找出影响它们的共同因素和特殊因素,以少数几个彼此独立的新变量表达原始数据,既能保持原有信息,又可取得良好的降维效果.鉴于本研究的目的、研究资料的可获取性和因子间的相关性,在对区域生态环境系统演化的众多影响因子定性分析基础上,选择了1953～1978年的年降水量(x1)、年均气温(x2)、大风日数(x3)、总人口(x4)、农业人口(x5)、耕地面积(x6)、牲畜数量(x7)、粮食总产(x8)和粮食单产(x9)作为研究变量,分别代表自然条件和社会经济因素.综合定量分析表明(表2,表3),作为最主要综合指标的第一主成分中,总人口、农业人口数、耕地面积和牲畜头数的特征向量绝对值最高,第一主成分中变量的贡献率为58.6%,表明在研究期间由于农业人口的增加,加大了对生态环境系统的压力,人们盲目开垦坨甸地,耕地面积不断扩大,牲畜头数增加,草场超载过牧得不到休闲,草场面积在急剧减少的同时迅速沙化碱化,人为因素作用对土地退化的影响最强烈.第二主成分主要综合了降水量和气温,即自然因素的变异信息,特征向量绝对值分别达到0.6112和0.8114,贡献率为16.21%,说明50～70年代末降水减少伴随偏高的气温为土地沙化和盐碱化发展提供了气候条件.总之,在50～80年代初,虽然具有气候短期干旱化特征,为土地的荒漠化发展提供了前提,但是由于人口增加的压力和“以粮为纲”政策的引导,人们靠不断扩大耕地面积弥补土地生产率低下的不足,不合理土地利用起了主导作用,与自然因素达成共振.最终使松嫩沙地区域生态环境的变幅加大,脆弱性变强,人文因素在松嫩沙地生态环境发生逆向演化过程中的影响明显.3.28土地沙漠化迅速扩展程度加剧80年代以来,特别是80年代中期到90年代中后期,全国农村经济进入改革开放以来发展最旺盛的时期,研究区也出现农牧业生产的热潮.这一阶段虽然没有大规模移民涌入,但较大的人口基数和国家对少数民族在计划生育上实行照顾政策等原因,人口增加的速度未见减缓.人口的增长、社会需求扩大以及急于摆脱贫困的心理,人们只注重粮食产量和畜牧业的收益,致使耕地扩张趋势明显,牲畜头数激增,大面积牧草地、天然榆树林地缩减.不合理土地利用活动的强度增大,土地荒漠化发展呈蔓延态势,生态环境进一步趋向恶化.这期间生态环境退化主要表现在:草原植被覆盖日益减少,草场生产力和牧草质量迅速下降,草地日趋退化;土地沙漠化总体上虽有所抑制,但局部仍继续恶化;土地盐碱化迅速扩展程度加剧.如在吉林省西部土地沙化总面积减小了约9.96×104hm2,而土地盐碱化日趋严重,总面积由144.7×104hm2增加到177.6×104hm2.从程度变化看,轻度沙化和盐碱化土地面积有一定减少,所占比例分别降低了38.94和6.61个百分点;潜在沙化土地增加明显,增幅达到21.63×104hm2;中度以上沙化和盐碱化土地都呈增加态势,所占比例分别上升了9.9个百分点和4.2个百分点.目前,中度和重度盐碱化面积之和占盐碱化土地总面积的60.93%.在此期间,生态环境恶化固然有自然环境变化的背景条件(如全球气候变暖,局部增温减湿,干旱程度加剧等),人类持续过度的经济活动对土地的持续破坏仍然是重要影响因素.(1)不同土地利用变化根据解译结果统计的松嫩沙地主要县份耕地和草地在80年代中期到2000年的面积净变化发现,耕地增幅较大的几个县市如吉林省通榆、洮南、乾安县及黑龙江省泰来和杜蒙自治县,草原减少量相应都较大.其中,通榆县草地缩减16.52×104hm2,洮南和杜蒙自治县分别减少5.96×104hm2和5.74×104hm2,其耕地增加量分别为草地减少量的1.65倍和1.14倍.另外,由于很多新开垦的耕地通常缺乏防护林地或林网保护,极易沙化甚至撂荒,使原本为潜在或轻度沙化土地面积扩大或者程度升级,形成新的沙地.在春季干燥大风季节,裸露的耕地就地起沙,又对周围未开垦的草原构成极大威胁,草场风蚀沙化加剧.在盐碱低湿地草甸开过荒的地方,植被被破坏后,土壤表层水分蒸发随之加快,土体下层盐分在土壤表层析出并大量积聚,将导致严重的土壤次生盐碱化.而一部分草地开为水田后,因缺乏灌排的配套工程,在春秋季蒸发量大于降水量,盐分随水上升进入土壤表层,在水田外围的旱田和未开垦草地发生次生盐碱化.图1,图2给出了吉林省西部地区1986～2000年几种土地利用/覆被类型分布在不同沙化程度土地、盐碱化程度土地上的面积占其总面积比的变化情况,能够充分说明土地利用变化与土地沙化、盐碱化加剧的关系.由图可知,1986年分布在轻度沙化土地上的旱地面积占旱地总面积的比例为9.76%,到2000年比例上升为11.88%,而在潜在沙化地上的分布减少,说明沙地上耕地面积扩大的同时,导致了一部分潜在沙化土地程度加重升级,目前一些旱地分布于沙化程度更重的土地上.草地在轻度和中度沙化土地上面积比例分别下降1.32%和0.13%,说明当地违背草场资源的客观规律,盲目开荒,草场严重退化萎缩.耕地、草地和林地在不同盐碱化程度的土地上的面积大都呈增加趋势,以中度盐碱化土地增幅最大.除气候干旱原因外,不适当的土地利用活动加重了这种趋势.15年里,在中度盐碱化土地上旱地面积占旱地总面积的比例上升了7.37%,表明旱地遭受盐碱化的更大威胁.而在重度盐碱化土地上草地面积比例增幅最大,由0.27%增加为3.01%,上升了2.748个百分点,草地盐碱化程度加剧,大面积白色碱斑广布,已变成难利用的盐碱荒地.(2)草地放牧现状80年代后期,松嫩沙地主要县份畜牧业的发展稳中有升,但草地生产力降低,草畜平衡失调,矛盾日益尖锐.以吉林西部为例,1985年该区草地平均产草量为1350kg/hm2,草地面积为188.7×104hm2,可载540万个羊单位,当时草食家畜饲养量为586万个羊单位,超载46万个羊单位.到90年代末,草地平均产草量为600kg/hm2,草地放牧理论载畜量为229.8万个羊单位,实际草食家畜饲养量为1205.5万个羊单位,超载975.7万个羊单位.牲畜数量的增多,又缺乏农林牧业统筹安排,以农挤牧、以林挤牧,牲畜在狭窄草场上高强度的采食、践踏,牧草正常生长受到抑制.裸地增加,土壤盐分在表层聚集,引起草场退化、沙化和盐碱化.同时,家畜多靠散牧而不舍饲,在早春、雨后和晚秋牧草恢复期的频繁放牧加速了草场植被的退化.(3)生态环境脆弱性发展,导致土地合理利用80年代中期,“三北”防护林中大部分防风固沙林和农田防护林皆已成林,胸径一般可达20～30cm,其防风固沙作用极为显著,使土地沙漠化得以逆转,生态环境向良性循环发展.然而,近年来,在市场经济环境下,人们为了获取眼前的经济利益,不仅不进行更新造林,反而开始大量采伐防护林,或毁林种地,或大搞木材加工,部分地区国有林和地方林遭到严重毁坏,森林覆盖率大幅降低.土壤风蚀加剧,沙化程度升级.因此,80年代以来研究区生态环境的脆弱性发展是在潜在的自然因素的基础上,主要归咎于人类开发利用土地的盲目性、无计划性,忽视对土地资源的保养和恢复,毁草、毁林开荒,草原、天然榆树林及灌木林大面积收缩,超载放牧,自然生态的自调能力被严重破坏,致使土地荒漠化发展迅速.4松嫩沙地植被恢复的生态环境效益研究区域生态环境的演化是一个受到自然社会经济多因子综合作用的复杂过程,环境的退化是在自