新疆吉木乃县沙化土地动态变化分析

摘要 土地沙化是最嚴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， Xian， Shaanxi 710048；2. Key Laboratory of Ecohydrology and Disaster Prevention in Dry Areas， State Forestry Administration， Xian， Shaanxi 710048）

Abstract Land desertification is one of the most serious global environmental problems， and 20% of the Earths 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。非沙化土地面積持续增加，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。

根据各沙化程度重心，绘制各监测期不同程度沙化土地重心迁移动态图（图3b）。吉木乃县轻、中、极重度沙化土地重心整体向西北迁移、重度沙化土地重心向东南方向迁移。县域东南方向的戈壁从极重度沙地转变为重度沙地，极重度沙地逐渐消失；县域中南部戈壁由原本的轻度沙化惡化为中度沙化，中度沙化土地逐渐向西北部缩小。

2.3 景观格局分析

2.3.1 面积变化分析。

流动沙地、半固定沙地的LPI、PLand、AREA_MN呈现降低趋势，最大斑块面积减小，斑块比重降低，破碎程度增加，流动沙地和半固定沙地逐渐消失；固定沙地则呈完全相反趋势；沙化耕地、戈壁的LPI和PLand数值上升，AREA_MN数值降低，最大斑块面积减小，斑块比重降低，斑块破碎程度降低；具有明显沙化趋势土地的AREA_MN数值增加，斑块破碎程度降低；非沙化土地的LPI值增加、AREA_MN降低，最大斑块面积增加，集中连片，非沙化土地急速增加。

2.3.2 密度大小分析。

流动沙地、固定沙地的土地斑块个数和密度呈明显减小趋势，半固定沙地、戈壁、沙化耕地、非沙化土地斑块个数和密度整体呈增加趋势。从县域整体情况来看，非沙化土地的扩张表明该地区土地沙化情况得到一定改善，吉木乃县土地沙化治理成效凸显。

2.3.3

聚散性分析。

吉木乃县沙化土地聚集度水平总体呈减小趋势，各沙化类型中，除沙化耕地聚集度逐步增加外，其余沙化类型均呈聚集度减小，离散度增加现象，且离散度变化相对缓慢。沙化耕地聚集度增加，可能由于人为过度开垦，耕地水土流失严重，原本分散的沙化耕地逐步聚合，导致聚集度指数提高。2004、2009、2014和2019年蔓延度指数分别为65.95%、66.12%、69.29%和67.54%，蔓延度指数排序为2014年＞2019年＞2009年＞2004年，整体呈增加趋势，说明研究区景观的连接性趋向变好态势，发展趋于稳定。

2.3.4 邻近度分析。

2004、2009、2014和2019年平均最近距离分别为130.92 m、138.84 m、195.95 m和134.2 m，平均最近距离排序为2014年＞2009年＞2019年＞2004年，整体呈增加的趋势，说明研究区同类型斑块分布越来越离散，不容易发生干扰。

2.3.5 多样性分析。

从景观整体水平上看，2004、2009、2014和2019年香农多样性指数分别为1.30、1.29、1.31和1.31，吉木乃县香农多样性指数排序为2019年=2014年＞2004年＞2009年，整体呈增加趋势，说明研究区各沙化类型呈均衡化趋势分布，生态环境稳步向好发展。

2.4 未来变化预测

该研究采用CA-Markov模型对土地沙化程度进行模拟和预测，首先以2009—2014年数据为基准，预测2019年土地沙化程度分布特征，并与实际解译结果比较，经检验，Kappa系数为0.78，规定 Kappa≥0.75时，两幅影像一致性较高，故可认为该模型具有良好的可靠性。

以2019年数据为模型输入值，模拟预测2024年吉木乃县土地沙化程度情况（图4）。结果表明，2024年沙化土地面积呈减少趋势，

重度与极重度沙化土地占比减少，轻度与中度沙化土地增加，重度与极重度沙化土地向轻度与中度沙化土地转变，沙化情况好转（表4）。

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）近15年的监测表明，吉木乃县除沙化耕地、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，流动沙地与半固定沙地向固定沙地转变，沙地流动性降低，沙地斑块破碎程度增加，斑块间干扰程度减少，更易开展综合管理，充分说明治理取得了一定积极成效。

（2）通过CA-Markov模型对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。沙化土地面积呈减少趋势，土地沙化程度呈减轻趋势，重、极重度沙化土地占比减少，轻、中度沙化土地增加，重、极重度沙化土地向轻、中度沙化土地转变，沙区植被状况进一步好转，生态环境明显改善。

（3）土地沙化状况总体向好发展，这与地方重视生态环境保护和开展的生态治理活动存在很大关系，但沙化耕地面积有所增加，部分戈壁沙化程度有所加重，说明区域生态环境依然脆弱，应在保护生态环境的前提下，促进区域经济发展。

3.2 讨论

由多期监测结果对比看出，吉木乃县2004—2019年沙化土地面积整体呈减小趋势，防沙治沙取得积极成效，这是气候环境改善与生态管护的共同作用结果，但沙化耕地面积扩增，戈壁沙化程度加重，与人为过度开垦、戈壁生态保护措施不完善等原因密不可分。

3.2.1 气候变化对防沙治沙起到促进作用。

气候变化是沙化地区生态格局改善的驱动力之一，吉木乃县位于准格尔盆地北缘，1979—2018 年，准格尔盆地年均气温总体以0.77 ℃/10 a的速率增加，降水量增速达到29.84 mm/10 a，气温增速快、降水高值多［19］，植被生长状况持续变好，覆盖度增加，土地沙化情况得到有效遏制。

3.2.2 依法治沙为生态修复提供基本保障。

依法治沙、科学规划、优先保护生态策略是促进沙区植被休养生息、加快荒漠生态系统修复的基本保障。吉木乃县沙化土地面积的80%是沙化草地，为了更好地保护沙区原生植被和生态工程建设成果，县林草部门出台了《禁牧令》，制定了“三禁”措施，有效保护了沙区生态安全。

3.2.3 重点工程成为治理沙化的重要途径。

林草植被建设与保护修复工程是增加沙区植被面积、治理土地退化的重要途径。近年来，吉木乃县开展了草原生态补助奖励、重点防护林、高山冰缘区国家湿地公园等重点项目。此外，作为国家沙化土地封禁保护补助试点之一，遏制了沙化土地外扩势头，提升了抵御干旱、沙尘暴等灾害的能力。重点工程的实施抑制了吉木乃县流动沙地与半固定沙地的发展，减轻了土地沙化程度，大大地改善了当地生态环境。

3.2.4 保护建设与资源利用矛盾依然突出。

生态系统修复处于初级阶段，保护建设与资源利用矛盾依然突出。吉木乃县干旱少雨，自然条件差，生态脆弱，破坏容易恢复难。通过多年的治理，沙区生态状况开始向好发展，环境质量得到一定改善，但脆弱的沙区生态系统修复仍处于初级阶段，在人为活动的干扰下，建设成果的维持和强化难度很大。

参考文献

［1］ 刘晓.河北坝上土地沙化动态演变对生态系统服务的影响［D］.北京：北京林业大学，2019.

［2］ 姜有为，张恒，张志伟，等.古尔班通古特沙漠2种典型固沙措施的生态恢复效应［J］.西北林学院学报，2021，36（6）：47-54.

［3］ 周艳光.“反规划”理念在干旱区城市规划中的应用：以新疆吉木乃县为例［D］.长春：东北师范大学，2013.

［4］ 罗孝茹.近52年新疆吉木乃县气温、降水变化特征及未来变化分析［J］.中国农学通报，2014，30（5）：297-302.

［5］ 支倩，李永军，杨高学，等.西准噶尔萨吾尔山一带吉木乃组流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学及地质意义［J］.新疆地质，2019，37（2）：188-193.

［6］ 杨鹏年.新疆吉木乃县水资源现状及应对措施分析［J］.陕西水利，2020（10）：19-21.

［7］ 刘蕊.阜新市重点沙化地区遥感监测与应用研究［D］.阜新：辽宁工程技术大学，2016.

［8］ 张楠楠.沙化土地的景观格局变化分析方法初探［J］.测绘与空间地理信息，2019，42（7）：80-81，84.

［9］ 孙景梅，杨联安，周欢水，等.四子王旗景观格局演变与沙化土地动态变化分析［J］.西北林学院学报，2012，27（3）：160-166，192.

［10］ 曹智伟，马友鑫，李红梅.正向综合土地利用动态度模型及其应用：以西双版纳公路对土地利用的影响为例［J］.云南大学学报（自然科学版），2006，28（S1）：224-228.

［11］ 侯一峰，汪洋，张帅.新疆渭干-库车河流域土地利用变化空间耦合及其生态效应［J］.灌溉排水学报，2020，39（6）：11-18.

［12］ 任志遠，张艳芳.土地利用变化与生态安全评价［M］.北京：科学出版社，2003.

［13］ 汤洁，斯蔼，卢远，等.土地利用变化对松嫩平原腹地生态系统服务价值的影响［J］.干旱地区农业研究，2007，25（4）：30-35.

［14］ 陈述彭，童庆禧，郭华东.遥感信息机理研究［M］.北京：科学出版社，1998.

［15］ 刘静，白力嘎，郭建英，等.基于GF-1影像的砒砂岩区小流域土地利用时空变化及稳定性分析［J］.内蒙古林业科技，2020，46（4）：27-32.

［16］ 王树力.赤峰市沙化土地结构与动态研究［J］.水土保持学报，2006，20（4）：156-159.

［17］ 任东风，齐欢，赵俊宇.彰武县沙化信息提取及动态监测研究［J］.测绘工程，2020，29（6）：49-55.

［18］ 赵珍珍，冯建迪.1980—2016年科尔沁沙地土地利用重心的时空迁移特征［J］.水土保持通报，2019，39（4）：256-260.

［19］ 汤三玲.近40年新疆气温和降水的时空变化特征［D］.成都：四川师范大学，2021.