浑善达克沙地土地沙漠化过程研究

浑善达克沙地土地沙漠化过程研究

沙漠作为中国北方土地退化的主要形式，导致了巨大的生态和经济损失。土地沙漠化由气候变化和人类活动共同所引起,已被人们普遍所认可。土地沙漠化过程是一个极为复杂的过程,它是生态系统遭受干扰后,生态平衡遭到破坏,植被及环境发生全面退化的过程。沙漠化过程正严重地威胁着受其影响地区的人类生存和发展,是一个需要积极研究防治的生态环境问题。国内关于土地沙漠化过程的研究已有很多,尤其在科尔沁沙地较多。随着21世纪初沙尘暴的频繁发生,沙漠化严重发展的浑善达克沙地区,受到了社会各界的广泛关注。研究者从沙漠化现状、原因、防治等不同角度,探讨了沙漠化问题,但土地沙漠化过程的研究相对较少,且缺乏不同过程之间相互关系的研究。因而,导致对区域土地沙漠化机理认识不够深刻,制约了当地沙漠化恢复防治进程。通过对研究区不同沙漠化过程及其相互关系进行探讨,以期揭示研究区土地沙漠化发展机理,为区域沙漠化防治提供理论基础。1个沙区的立地条件2合成图像特征选用的影像数据资料是美国陆地卫星数据,分别采用了季相基本相同、成像时间为1987年7月31日的TM影像、2000年7月10日的ETM+影像和2005年TM影像,选用的是4、3、2波段组合成假彩色图像。影像质量清晰,空间分辨率为30m。此外,还有1969年1∶5万地形图。利用Erdas软件对合成图像进行几何精校正,并统一与地形图投影配准。主要基于影像图斑特征(色调差异和均匀度等),结合大量GPS定点实地调查验证,利用人机交互判读的方法,在Arcinfo软件中对图像进行矢量化、斑块属性编辑和拓扑编辑。通过统计获得不同程度沙漠化土地的数量特征,从而获得研究区近20a来沙漠化土地的时空变化特征。由于研究区沙漠化土地类型相对单一,主要为固定、半固定沙丘活化。对不同程度沙漠化土地的发展过程,我们采用空间代替时间的方法,通过大量野外样方调查和土壤采样分析,以及对不同程度沙漠化土地的风沙活动特征进行观测实验,来揭示浑善达克沙地不同程度沙漠化土地的特征和土地沙漠化过程。3结果与分析3.1沙漠化土地现状根据1959年中国科学院治沙队考察资料,当时浑善达克沙地流动沙地仅占总面积的2%,半固定沙地占34%,固定沙地占64%。并且这2%的流动沙丘和半固定沙丘,主要分布在西部。由此推断,当时正蓝旗的沙漠化土地是非常少的。2000—2005年间,紧急启动的京津风沙源工程,使当地严重沙漠化土地,因人工保护性措施而得到了控制和初步恢复,但沙漠化土地的空间分布范围基本没变。统计结果表明,有约330.7km2的严重沙漠化土地得到了控制和逆转,减少的严重沙漠化土地,主要是好转为增加的重度和轻度沙漠化土地。其他类型的沙漠化土地虽有一定好转,但尚未发生质的变化。仅有约净65km2的沙漠化土地恢复为非沙漠化土地。这说明沙漠化土地的恢复需要一个漫长的过程。3.2沙漠化过程中植物物种多样性的变化对不同程度沙漠化土地的植被调查和土壤采样分析表明,随沙漠化程度的加剧,植物种数、植被盖度都在减少,植物组成也相应发生了变化。土地沙漠化过程,是原生植被逐渐被沙生植物和沙地先锋植物取代的过程(表2)。这与赵哈林等在科尔沁沙地的研究结果一致。从轻度沙漠化土地向中度沙漠化土地转变时,植物种数减少了一半。这一点与杨持等利用β多样性指数研究指出的轻度沙漠化和中度沙漠化之间存在跳跃式变化相一致;同时也证实了在科尔沁沙地研究中指出的,半固定沙丘到半流动沙丘这一过程是整个沙漠化过程中物种多样性丧失最快的时期。随着植被的退化,土壤条件也在恶化,土壤发育延迟甚至中断。土壤中细物质和土壤有机质逐渐减少(表2),土壤粘粒和土壤养分因风蚀而重新进行了空间分布,大部分被聚集在灌丛周围和丘间低地中,有少部分已被带到很远的下风向区域。在不同的沙地中的研究,都指出N、C含量与粘粒含量间有显著的相关性。这些成分的减少削弱了土壤生长植物的能力,也减弱了土壤的粘结力,反过来又促进了土壤风蚀。开垦为农田的草场,虽然弃耕5a,但仍然为裸露土地,很少有植物生长;采样分析测得表层2cm内细物质(<0.25mm)含量由82.9%(对照样地)减少到77.16%(弃耕地)。由此可见,土地沙漠化过程也是土壤贫瘠化过程。3.3沙漠化是导致土地沙漠化的环境环风沙地貌过程,包括了我国北方现代沙漠化过程的主要的4种类型。分别是沙地腹地区的固定沙丘活化过程、沙地边缘地带的草原灌丛沙漠化过程和干湖盆与深厚古土壤出露区的风蚀劣地过程以及平沙地的土层风蚀粗化过程。腹地最主要的沙漠化形式,是在波动性气候和不合理人类活动长期作用下导致的固定沙丘活化。研究区固定沙丘活化主要有3种形式:包括典型的发育在缓起伏沙地上大小不等的“马蹄形”风蚀洼地,发育在起伏沙丘区极端典型的“鱼钩”型沙丘和沿道路发育的“串珠状”风蚀槽。固定沙丘的阳坡,恰好又是西风和小角度西北风作用的迎风坡。由于阳坡蒸发强烈,表层10cm多为干沙层。过渡放牧和樵采活动,使丘间低地植被和迎风坡植被退化,多年生植物大量减少,导致植被的高度和盖度不足以防止表层土壤风蚀。野外风沙活动观测实验表明,较为平坦的中度和轻度沙漠化土地上,春季近地表20cm中的风沙流出现了双峰结构,充分说明植被的生态功能下降。随着沙漠化程度的加剧,起沙风速减小(表3),输沙率则成指数式增加。而对典型样区的几个强烈活化的沙丘,经过一个大风季节后(2003年10月1日至2004年5月10日)进行对比测量,发现沙丘高度普遍降低了约70cm,迎风坡遭受强烈侵蚀,坡度变缓,风蚀窝不断向下风向扩展延伸,沙地近地表表现为相对高风能环境特征。由于土地沙漠化,近地表风速相对增加,在迎风坡强烈风蚀和重力共同作用下,沙丘顶部不少保护沙丘活化、地质历史时期发育的约30cm厚的土壤层,不断坍塌后退,下伏松散古砂层重新被吹扬,背风坡沉积大量流沙,沙丘向下风向不断前进,形成了沙地中极为普遍的“鱼钩”型沙丘。随着沙漠化程度的加剧,迎风坡上大量的树根、草根被剥蚀外露,背风坡植被也因沙埋而逐渐死亡,只有生命力极强的榆树散生在那里,直至最后死亡。整个固定、半固定沙丘完全变为流动沙丘,不断前移入侵蚕食着丘间草地。在平坦、微起伏沙地上,通常在沙地凸起部位由于土壤水分和植被条件相对较差,由于受风沙作用机会的差异和不均匀人为扰动,沙地局部首先产生强烈风蚀。紊动的气流不断侵蚀下伏松散沙物质,在侧蚀、掏蚀作用下结果发育了大量风蚀坑和“马蹄形”风蚀洼地,使沙地成斑块状沙化。斑块的大小和密度,因微起伏地貌的大小和密度而异。已经固定的早期沙丘活化形成的缓浅U型洼地,在坡折处,也经常出现二次活化。风蚀洼地的规模,通常受古土壤层的位置和厚度以及地下水位埋深制约。在野外调查中,我们发现了大量风蚀洼地以地下水位出露和古土壤层为临时基准面;在贺日斯台苏木东部有一个长约130m、宽约60m、深约20m的正在发展的特大风蚀洼地,直至地下水出露。随着机械车辆逐渐取代牲畜作为交通工具进入沙地,研究区以道路破坏作为诱发沙丘活化的重要因素,便成了当地沙漠化强烈发展不可忽视的部分。由于研究区内起伏沙丘和丘间低地(蒙语叫塔拉)交错分布,以及因人口分散居住而形成的道路纵横,使道路交叉口和道路经过沙丘的地方,形成巨大风蚀坑。而沿道路因不断废弃拓展的车道宽达二、三十米,经辗轧破坏而遭风蚀,常形成0.5～2m深的风蚀槽。风蚀坑与风蚀槽相互连接,而成“串珠状”风蚀槽地貌景观。4沙漠化过程特征1)过去50a间,正蓝旗经历了强烈的沙漠化发展过程,且严重沙漠化土地在1987年分布最广。从1987年到2000年,部分严重和重度沙漠化土地,得到了好转。但新的更多的中度和轻度沙漠化土地在发展。不同程度沙漠化土地的总面积在2000年达到最大。2000年到2005年,浑善达克沙地沙漠化呈现出好转趋势,但仅在人工措施进行重点治理的地区,有明显变化,其他大部分地区尚未发生质的变化。2)土地沙漠化过程,是景观尺度上生态系统的全面退化过程,包括土壤退化、植被退化以及伴随着发育的风沙地貌过程。浑善达克沙地沙漠化过程,是气候变化与人为扰动下,原生植被逐步被沙生植被和沙生先锋植被取代的过程;同时也是土壤粗化、贫瘠化和空间重新分布过程。从轻度沙漠化土地到中度沙漠化土地转变时,植被多样性减少最为迅速,是沙漠化防治的关键时期。3)沙漠化过程以固定沙丘活化为主。固定沙丘活化主要有3种形式,分别是发