摘要：以陕北长城沿线农牧交错区为例，运用遥感与GIS技术、定性与定量相结合的方法，对研究区1985～1998年土地利用类型转换及土地退化时空规律、趋势和机制等进行了评价与分析。研究表明：该区土地退化的主导类型是土地沙漠化。从成因分析，土地沙漠化主要是长期以来的人口超载、不合理的土地利用方式和高强度的土地开发行为激发了地表自然过程的退化性演替，致使潜在的自然环境脆弱性转化为现实的破坏。过去13年土地退化程度总体上在不断加剧，而且退化类型正向多样化发展。最后，依据评价与分析结果，进一步对该区土地退化防治和沙漠化土地生态恢复的措施与对策进行了讨论。

　　关键词：土地退化;土地沙漠化;人类驱动力;农牧交错区;陕北长城沿线地区

　　摘要：以陕北长城沿线农牧交错区为例，运用遥感与GIS技术、定性与定量相结合的方法，对研究区1985～1998年土地利用类型转换及土地退化时空规律、趋势和机制等进行了评价与分析。研究表明：该区土地退化的主导类型是土地沙漠化。从成因分析，土地沙漠化主要是长期以来的人口超载、不合理的土地利用方式和高强度的土地开发行为激发了地表自然过程的退化性演替，致使潜在的自然环境脆弱性转化为现实的破坏。过去13年土地退化程度总体上在不断加剧，而且退化类型正向多样化发展。最后，依据评价与分析结果，进一步对该区土地退化防治和沙漠化土地生态恢复的措施与对策进行了讨论。

　　1　引言

　　土地退化是全球性严重的生态环境问题[1]，近20多年来吸引了世界范围内国际组织、许多国家政府、研究机构、土地管理部门和公众的广泛关注。Johnson和Lewis在考证了以往文献中“土地退化”一词的涵义后，指出学术界对土地退化的2个关键方面有比较一致的看法：一是土地系统的生物生产力有显著下降；二是这种下降是人类活动而不是自然事件引起过程的结果[2]。土地退化本身含有很强的时间概念，所谓退化或不退化需要通过不同时段的土地数量和质量的比较而得知，确切地说，在比较时段内土地的后期质量(数量)明显的比前期下降减少的土地环境才称之为土地退化，本质上是一个由于人为因素造成的区域性土地覆被变化的结果[3]。与土地退化紧密相关的另一个重要概念是土地沙漠化。按照联合国环境规划署(UNEP)的定义[4]：“沙漠化是可以最终导致类沙漠状条件的土地生物潜力下降或破坏”，通常被认为是土地退化的终极阶段，以不可逆转的贫瘠沙漠状土地为特征。中国是世界上受沙漠化影响最严重的国家之一。全国土地沙漠化面积为266.2×104 km2，占国土总面积的34 %和干旱区面积的79 %[5]。目前土地沙漠化面积仍以2460 km2/a的速度扩展，分别是20世纪60年代和80年代的1.58和1.17倍[6-7]。
　　陕北长城沿线区地处毛乌素风沙区向陕北黄土丘陵区的过渡地带。随着人口的持续增长、煤炭等矿产资源开发力度加大，以及不合理的土地利用方式对生态环境压力的不断增强，该地区土地沙漠化扩展迅速，而且退化程度不断加剧，目前已发展成为我国北方农牧交错地区土地退化最典型和最严重的地区之一[8]。本研究是在遥感与GIS技术支持下，基于动态的视角，重点分析了1985年以来研究区土地利用类型转换及其土地退化的时空特征，并进一步评价分析在人口压力和人类活动强度不断增大的区域背景下土地退化程度、态势与机制，从而为我国北方地区土地退化防治和沙漠化土地恢复重建决策提供参考依据。

　　2　研究区、数据来源与究研究方法

　　2.1研究区
　　陕北长城沿线地区，也称风沙滩地区，包括榆林、神木、府谷、横山、靖边和定边6个市(县)的59个乡镇。土地面积1.79×104 km2，平均人口密度为45.1人/ km2。该地区具有鲜明的区域过渡性：在地貌上为毛乌素风沙区向陕北黄土丘陵区的过渡地区(图1)，以风沙地貌为主；在气候类型上，是半干旱向半湿润气候的过渡区，春季干燥多风，夏季炎热短促，秋季多暴雨且集中，冬季干冷漫长。年平均降水量为392.5 mm，且集中于夏季；地带性植被呈现出荒漠、荒漠草原向森林草原过渡特征；在经济活动方面，是典型的农牧业交错区，近年来作为国家重要的能源与矿产基地又成为农牧业与工矿业过渡地区，人口以1.82×104人/a的速度增加。这些过渡性决定了生态环境的多样性、复杂性和脆弱性，1998年该地区极重度和重度退化土地的面积占总面积的88.5%。

　　2.2数据来源
　　基本信息源是1985年8月和1998年10月的LANDSAT TM4、7、3三波段(R、G、B)假彩色合成图像(比例尺：1:100,000)，以1985年和1998年的1:50,000彩色红外航空相片和研究区1:50,000地形图、行政区划图与土地利用现状图为辅助资料。TM图像使用了8个地面控制点(GCP)，对影像数据进行了几何纠正，编制成TM数字镶嵌影像图，建立了2个时期图像数据库，并通过人机交互判读，生成2期1:100,000土地利用图，并在GIS支持下对2期土地利用图进行空间数据复合，产生1985～1998年土地利用变化图(图2)；以各乡镇为单位，进行土地利用类型间动态转换面积统计，然后制成土地利用变化分县转移数据表(表1)，以此作为土地利用变化研究的基础数据。人口、载畜量（羊单位/hm2）等数据来源于1985年和1998年份县国民经济统计资料或经计算获得。

　　2.3研究方法
　　(1)以遥感影像资料为基本信息源，进行野外自然、社会经济调研，并建立土地利用类型解译标志，重点是对那些难以判识的影像，通过实地调查验证来确定其属性。调研选择了穿越全范围的、土地利用类型具有典型代表性的3条线路：一是长城沿线区，主要调查其南北土地沙漠化分布及扩展状况；二是无定河上游沿线及白于山北麓地带，主要调查农牧业土地利用方式、强度及其对土地沙漠化影响情况；三是神木县至大柳塔镇一线，主要调查工矿建设、煤炭资源开采对土地沙漠化影响范围和程度。
　　(2)采用人机交互的方法，开展遥感影像的判读与土地利用分类，在ArcInfo7.1软件支持下进行2期土地利用矢量图叠置处理，生成土地利用变化图，并对土地利用类型变化数量和类别进行空间分析；为了进一步揭示土地退化程度和地区差异性，建立了动态的土地退化程度评价指标体系，用以定量分析研究区土地退化程度及其地区差异的特征与规律。最后对土地退化的机制进行定性评判与态势分析。

　　3　土地退化程度评价及其态势与机制分析

　　3.1土地退化程度评价
　　3.1.1评价指标体系及权重土地退化程度评价需依赖于相关的动态变化指标。本研究选择了2类指标：一是反映土地退化的3项程度指标，即林草盖度变化率(%)，用来综合表达区域植被覆盖水平的变化与生态环境质量状况；覆被类型退化率(%)，用来较直观地表征区域土地退化的进程与规模；年沙漠化扩展率(%)，用来具体揭示土地沙漠化发生与发展的速率和态势；二是对土地退化具有直接影响作用的2项驱动指标，即人口密度变化率(%)，用来反映由于区域人口持续增长及其消费需求压力的不断增大对土地沙漠化发展的间接影响；载畜量增长率(%)，用来表示由于草地过牧等不合理的土地利用行为对土地退化的直接驱动作用。各评价指标权重等级域值的确定，参考了联合国对土地沙漠化的评价指标体系及其标准[9]，并吸收了国内其他相关研究的成果[10]。评价指标体系及权重见表2。

　　3.1.2指标数据与模型方法以研究区的59个乡镇为评价单元。林草盖度变化率是指林地、园地和牧草地总面积比重的变化；覆被类型退化率包括草地耕垦、林地沙化、草地沙化和耕地沙化等退化类型总面积比重的变化；年沙漠化扩展率是指研究期内沙漠化土地面积的年均净增长率。这3项指标数据来源于1985～1998年土地利用变化数据库。具体方法是从数据库中提取各评价单元的相关用地类型面积，并经计算得出各指标数据；后2项指标值来源于1985年和1998年的各乡镇实际统计资料[11]，也经简单计算后获得。
　　所有评价单元的空间数据及其属性数据在Arc/Info7.1系统支持下进行建库与管理。依据表2评价指标及其分级参考标准，对各评价单元的不同指标分别赋予分值，然后，按照以下模型计算土地退化程度分值：
　　Ui = Wf Fi (3-1)
　　式中：Ui为i评价单元土地退化程度分值，Fi为i评价单元f指标得分值，Wf为f指标权重值。对所得出的Ui值进行数轴频率分布统计，按照各单元分值集聚和离散的状况确定了4个分值区间及其等级(k)：Ui≥84.0 (I级:极重度)，64.0≤Ui＜84.0 (II级:重度)，42.5≤Ui＜64.0 (III级:中度)，Ui＜42.5 (IV级:轻度)。然后，分别将各区间内的评价单元进行土地退化级别的归并，输出土地退化程度分区图(图3)。

　　3.2土地退化的态势分析
　　3.2.1空间扩展
　　(1)土地退化程度整体加剧，范围不断扩展，沙漠化土地面积年平均扩大159.3 km2。土地退化程度在各县域的分布是不平衡的，府谷土地沙漠化率为53.0 %，定边、神木分别为66.2 %和72.4 %，榆林、横山、靖边土地沙漠化率均在80 %以上；沿河流两岸人类活动较强地区，土地利用类型转换的频率高，退化趋势也十分明显，退化类型多呈现斑块状或带形分布；城镇居民点附近的沙害基本得到治理，形成一个植被保护圈。
　　(2)根据土地退化程度评价并结合对遥感影像数据分析，自1985年以来，神木县大柳塔地区严重沙漠化土地扩展了2.7倍，靖边县新城附近的沙漠前缘向南推进约10 km，榆林和横山县之间的黄土丘陵区成为沙漠化最活跃和极重度地区(图3)，沙漠化土地向东南扩展了约40 km。长城已不再是沙区和黄土区的分界线。
　　(3)神木西北部、无定河干支流上游和定边—靖边的白于山北麓地区，是土地沙漠化的重度和极重度区域，这里不仅风沙过程明显增强和流沙面积不断增大，而且沙漠化区域正在整体向东南呈条带状推进趋势。
　　3.2.2时间变化近13年来，研究区土地利用类型的进化(耕地－林地、耕地－草地、沙地－林地、沙地－草地)与退化(草地－耕地、林地－沙地、草地－沙地、耕地－沙地)演替形式并存，其中土地退化类型的总面积为3506.06 hm2，主要以耕地沙化为主(面积1539.13 hm2，占43.90 %)，其次是草地沙化(面积790.65 hm2，占22.55 %)。曾为沙漠化土地的局部区域，通过综合实施防风固沙的生物与工程措施，多转向固定、半固定沙地，土地类型质量有所转优。但原为黄土丘陵区的耕地和草地却总体上转向退化；本区各县土地沙漠化的速率逐渐增大，即由1978～1985年间的0.74 %，上升到1985～1998年间的0.89 %。与此同时，从前土地沙漠化率相对较低的一些县域，其土地沙漠化明显加快。例如，府谷县的土地退化程度增大5.18倍，横山和定边县的增加速度相接近，平均增长了2.07倍。这一现象表明，尽管在过去13年间，本区加大了对重点地区土地退化的防治与生态环境建设的力度，但是土地沙漠化整体上仍在扩展和加剧。尤其是像府谷县、神木县等以前曾属于轻度退化的县域，随着时间的推移土地沙漠化呈现出加速发展的态势。

　　3.3土地退化的机制分析
　　(1)根据历史资料，早在秦汉时代，研究区还是“沃野千里”的农牧业兼为发展的地方。历经明朝修筑陕北长城，屯驻人马。清中叶“借地养民”，垦荒伐木，天然植被遭受严重破坏，导致土地沙漠化发生。到新中国建立前，该区仅残存4×104 hm2天然林，覆盖率只有2 %。建国后，风沙区大规模治沙造林种草，使植被覆盖率明显提高，已达到27.5 %，但总体上草地过垦和林木毁坏的现象仍十分严重。研究表明[12]，植被覆盖率的急剧减少以及植被结构的单一化是土地沙漠化最直接的原因。植被覆盖率与风蚀输沙率成反比关系。要在12 m/s的大风下不发生风蚀输沙，植被覆盖率必须达到40％以上的水平，而要保证在20~25 m/s的极端强风下显著减少风蚀输沙，植被覆盖率必须达到60%~70%的水平[13]。显然，本地区植被覆盖率水平还不足以阻挡大风下风蚀输沙的过程。另据风洞实验，土壤风蚀率随植被覆盖率的减少呈指数增加[14]。特别是在无植被或植被破坏后的裸露地表，由于强烈的风蚀作用，土壤侵蚀强度达到0.38×104 t/km2，因而造成土层变薄，土地质量劣化和生产力下降，促使土地沙漠化程度不断加剧[15]。
　　(2)根据考察资料，近13年来，随着区内的人口持续增长和工矿业快速发展，人类活动强度及其副作用不断加剧。大规模的矿区建设和矿产资源开发，对区内土地退化的影响具有突发性和叠加性。一方面建矿和废弃物堆放，不仅破坏自然植被和占用大量耕地，而且导致周边地区流沙的迅速扩展(据估计[16]，仅神府－东胜煤矿就因此增加近129.6 km2的沙漠化土地面积)，其作用力约是自然作用力的1.5～2.0倍；另一方面，矿区人口机械增长加速和消费需求量增大，再加土地利用缺乏科学规划与有效管理，促使区内自然环境条件潜在的脆弱性转化为原生土地生态系统中多种要素的直接退化。
　　(3)根据评价与模拟数据，进行典型相关分析表明：本区人口增长及其压力不断增大是土地退化发生的主要原因。其实质是由于当地人口过快增长、农牧业技术相对滞后和土地承载能力较低的深层次矛盾所造成，在一定程度上它是生态环境脆弱地区经济与技术落后的必然产物。研究区人口由1985年57.1×104人上升到1998年80.7×104人，人口密度相应地从31.9人/km2上升到45.1人/km2。进一步模拟表明，人口密度与土地沙漠化年扩展率间近似线性相关关系，而单位面积的载畜量与土地沙漠化年扩展率间呈指数相关关系。通常表现为人口密度越大，土地沙漠化程度越高，发展速度也越快[17]。

　　4　结语与讨论

　　(1)陕北长城沿线地区土地退化是由自然和人文2个方面因素共同影响所导致的。在GIS支持下通过对2时段遥感影像数据和辅助资料的判读与评价分析，获得了土地利用变化图及退化程度分区图，用以揭示土地退化的程度及时空特征。对土地退化程度的综合评价，采用了5个方面的动态指标，较以往的静态评价方法更能够刻画土地退化的动态特征与规律。
　　(2)土地沙漠化范围不断扩展，耕地沙化十分严重。土地沙漠化率由1978～1985年间的0.74 %，上升到1985～1998年的0.89 %，大多数县域土地沙漠化面积占到总面积的50 %以上，在一些县域甚至更高。1998年全区极重度和重度退化土地的面积合占总面积的88.5 %。土地退化程度的区域分布不平衡，神木西北部、无定河干支流上游和定边—靖边白于山北麓地区，成为土地沙漠化最为严重的区域；榆林和横山县之间成为沙漠化最活跃的地区，而且沙漠化还有整体向东南呈条带状推进趋势。长城已不再是沙区和黄土区的分界线。
　　(3)土地沙漠化程度不断加剧，主要是由人口压力、土地资源的有限性，以及生态系统的脆弱性所决定的。人口超载及其不合理的土地利用(包括过度放牧、垦荒、樵采和矿产资源过度开采等)，在某种程度上是诱发环境要素逆向演替乃至土地退化的主导因子。采矿活动是促进矿区周围土地沙漠化迅速扩展的直接原因。
　　(4)既然人类经济活动是导致土地退化的主导驱动力，为此任何成功的国土整治手段和措施都必须充分考虑区内农村经济的发展[18]，尤其是事关农牧民切身利益的就业与收入问题。根本的对策是要突破技术层面的限制，从经济学、生态学、土地学和沙漠学相结合的角度，把土地退化治理与农村经济发展结合起来，通过应用新技术和加大国家政策性投入力度，进行农牧区产业结构战略性调整，促进生态防护与农村经济协调发展。随着本区人口负荷的加大，调整土地利用结构是确保这一地带生态安全与粮食安全的基本出路[19]。与此同时，针对矿区建设和矿产资源开发所引起附近地区土地沙漠化、土地生产力和农民收入下降的实际情况，有必要根据矿业开发主体的不同层面(国家、集体与个人)建立起农牧民利益的有效补偿机制。在土地沙漠化严重而又极度贫穷地区，可考虑将居住分散的小村落合并到水土资源相对充足和环境条件相对优越地区，以促进原居住地及其邻近地区的生态恢复，逐步扭转土地沙漠化加剧和范围不断扩大态势。
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　　Trend Analysis of Land Degradation in the Zone
　　along the Great Wall in Northern Shaanxi

　　LIU Yansui1, Jay Gao2
　　(1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China;
　　2. Department of Geography, University of Auckland, Auckland Private Bag 92019, New Zealand)