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中国沙地分类进展及编目体系.pdf
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1、地 理 研 究GEOGRAPHICAL RESEARCH第34卷 第3期2015年3月Vol.34,No.3March,2015中国沙地分类进展及编目体系闫 峰,丛日春(中国林业科学研究院荒漠化研究所,北京 100091)摘要:中国历来重视沙地研究但至今尚未形成较公认的分类体系,详细的沙地资源数据库建设亦未开展。全面总结了中国沙地已有的研究成果,对中国沙地分类进展和编目体系进行了研究。结果表明:已有的沙地分类主要根据沙地流动性、荒漠化程度、荒漠化过程、空间位置等方法进行,表现出研究区域不全面、分类指标定量程度低、空间信息表达能力差、分类指标体系混乱以及沙地分类的系统性和分类结果的可比性相对较差
2、等问题。沙地分类编目体系全面涵盖了中国沙地分布范围,突出了沙地的温度、干湿度、流动性、荒漠化程度、面积和土地利用属性等信息,能综合全面地反映沙地的自然和社会属性,具有较好的科学性和可操作性。关键词:沙地;分类;编目体系;中国DOI:10.11821/dlyj2015030051 引言沙地作为独特的地貌类型在中国广为分布。在中国早期的沙地研究中,沙地被定义为分布在荒漠地带以外的半干旱、半湿润草原地区的地表被沙丘覆盖的土地,因沙地性质(尤其在地貌上)与沙漠相类似一般习惯上也泛称为沙漠1。随着沙地研究的不断深入,朱震达等指出中国南方也存在着以海滨沙质平原和湖滨及河流下游冲积平原以沙质阶地为基础的风成
3、沙地;川滇间的干热河谷及川西干旱河谷中亦分布有风成沙地2。此外,青藏地区的荒漠化研究也表明藏南河谷湖盆区和藏东南三江河谷区存在严重的土地荒漠化现象3,4。因此,中国沙地在空间分布上除了北方半干旱、半湿润的草原地区外,还应包括青藏高原以及濒海(河、湖)的沿岸的广大地区。中国作为世界上沙地面积最大的国家之一,历来重视沙地理论和技术的研究,20世纪50年代以来开展了多次的沙漠(沙地)科学考察并取得了丰硕的成果5,6。学者对沙地也开展了大量研究,形成了众多的分类方法7-11,但由于受沙地分类方法繁多和缺乏对沙地资源环境资料系统整理等因素的影响,至今尚未形成较公认的沙地分类体系,详细的沙地资源数据库建设
4、亦处于空白阶段,这在一定程度上直接制约了国家政府部门在宏观层面上对中国沙地资源的准确把握以及沙地生态治理决策的正确实施。因此,全面分析中国已有的沙地调查和研究成果,系统总结沙地分类进展和编目体系研究,对于国家和地方政府决策部门开展和完善中国沙地资源数据库建设、准确掌握沙地发生发展状况、收稿日期:2014-10-20;修订日期:2014-12-25基金项目:国家林业公益性行业科研专项(201004059)作者简介:闫峰(1973-),男,江苏连云港人,博士,副研究员,主要从事环境遥感与灾害学研究。E-mail:通讯作者:丛日春(1963-),男,内蒙古赤峰人,博士,研究员,主要从事沙漠治理研究。
5、E-mail:455-465页地 理 研 究34卷系统采取沙地治理措施以及科学实现沙地生态系统的可持续发展具有十分重要的意义。2 沙地分类在沙地研究中,赵松乔较早分析了中国沙漠(沙地)和戈壁的概况,对沙漠(沙地)和戈壁的特征、分布和改造利用进行了系统和科学的总结,为中国沙地研究和治理工作打下了坚实基础7。马世威对沙漠和沙地的相同性和相异性进行了研究,为沙漠和沙地划分提供了参考12。在沙地分类研究方面,中国学者基于不同的分类指标提出了多种分类方法,其中较有代表性的主要有沙地流动性分类、荒漠化程度分类和荒漠化过程以及空间位置分类等。2.1 沙地流动性分类沙地流动性分类根据沙地地表风沙活动情况和沙丘
6、稳定程度将沙地分为流动沙地、半固定沙地和固定沙地,这是中国当前沙地分类中应用最广泛的方法。1957-1958年中国科学院与前苏联科学院合作组织了沙漠综合考察,考察中根据沙地的流动性把沙丘分为流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘等类型5。1959年5-6月间中国科学院治沙队对内蒙古小腾格里沙地综合考察中仍采用沙地流动性分类法对小腾格里沙地自然景观进行了分类13。1960年赵松乔对中国的沙漠(沙地)和戈壁的分布、形成和改造利用等进行了总结,把中国沙漠(沙地)划分为固定、半固定和流动沙地,并按沙丘形态进一步划分为新月形沙丘和沙丘链等类型7。朱震达认为沙丘形态定性分析从裸露的流动沙丘和具有植被覆盖的半固定及
7、固定沙丘两大类的划分方法对沙漠治理有重要的实践意义14。此后的广大学者也多采用固定、半固定和流动沙地等类型进行沙地研究。在流动沙丘定性描述和根据植被盖度进行沙地类型划分方面,朱震达认为流动沙丘是指沙丘表面植被稀疏,一般覆盖度15%,风沙流的活动极其显著;半固定沙丘(地)系指丘表植被覆盖度15%35%,流沙呈斑点状分布,有风沙活动现象但不很严重;固定沙丘的植被覆盖度在35%以上,丘表风沙流活动并不很显著。吴正等和国家林业局对沙地流动性分类分别提出了具有代表性的植被盖度指标1,15,16(表1)。20世纪70年代随着遥感技术的发展,宏观性、经济性和动态性等优势使遥感技术被广泛应用于沙地分类和监测中
8、,但目前仍主要停留在目视解译和半定量遥感分类研究阶段。在沙地流动性分类方面,吴波和王晓青等以航片和TM影像等为数据源,采用目视解译方式对毛乌素沙地进行沙地流动性分类和景观动态变化研究17,18。刘海江等利用TM/ETM+及中巴资源卫星CCD数据,采用监督分类的方法对浑善达克沙地荒漠化进行了研究19。李健英等目视解译了MSS/TM影像,分析了科尔沁沙地景观结构的动态变化对土地荒漠化的影响20。闫峰等采用MSS/TM/ETM+影像,通过决策树和非监督分类相结合的方法对近40年毛乌素沙地的荒漠化过程进行了研究21。在根据沙地流动性特征将沙地分为固定沙地和流动沙地的基础上,部分学者对二者之间的沙地类型
9、进一步细分为半流动沙地和半固定沙地。如常学礼等在对科尔沁沙地景观格局研究中,把自然类型分为固定沙丘、半固定沙丘、半流动沙丘和流动沙丘四类,表1不同流动性沙地对应的植被盖度等级(%)Tab.1 Vegetation coverage levels for different mobility of sandy land(%)沙地类型流动沙地半固定沙地固定沙地植被盖度朱震达1415153535吴正等1,1515154040国家林业局16101030304563期闫 峰 等:中国沙地分类进展及编目体系分别对应植被盖度为50%、30%40%、20%30%和10%22。李森等在西藏高原荒漠化土地分类分级
10、体系中,把固定沙地、半固定沙地、半流动沙地和流动沙地对应的植被盖度分别定义为30%50%、10%30%、5%10%和5%23。除了根据沙地流动性特征对沙地分类细化外,也存在沙地分类简化的现象,如王文丽等对若尔盖高原沙地面积变化进行了监测中所指沙地仅为流动沙地24。沙地流动性分类可以较好地表现出沙丘的地表形态(流动性)和发展变化趋势,但是在沙丘流动性定义方面,固定沙地与流动沙地的中间类型(半固定沙地和半流动沙地)划分方法的复杂化容易导致半固定沙地的监测调查结果的横向可比性较差的问题;此外,众多学者在采用植被盖度实现沙地类型划分中存在较多的指标量化标准不一致的现象;尤为重要的是随着遥感技术的发展,
11、在利用遥感目视解译技术实现沙地形态特征的分类识别中,由于受到遥感图像解译者沙地认知水平的差异以及解译主观性等因素的制约,不同研究区沙地分类结果往往存在定量化程度差和可比性差等问题。因此,沙地流动性分类应本着宁简勿繁的原则,简化固定沙地与流动沙地的中间类型划分,根据气候区设定不同流动性沙地的植被盖度指标,发挥遥感技术优势,采用定量反演沙地分类参数以减少图像目视解译中的人为误差将是沙地流动性分类未来重要的发展方向。2.2 荒漠化程度分类荒漠化程度作为衡量荒漠化发生强度的重要指标近年来被广泛应用于沙地的分类评价。朱震达等把中国土地荒漠化按其程度划分为轻度、中度和强度三类25。以辅助指征植被盖度指标为
12、例,不同外力作用下的植被盖度指标存在一定的差异。风力作用下土地荒漠化轻度、中度和强度的植被盖度指标分别为31%50%、11%30%和10%,流水侵蚀作用下土地荒漠化轻度、中度和强度的植被盖度分别为51%70%、31%50%和30%26。高尚武等采用TM影像提取沙质荒漠化的植被盖度、裸沙占地百分比和土壤质地指标,按指标权重建立沙质荒漠化现状综合评价模型,把沙质荒漠化程度分为轻度、中度、强度和极强四个级别27。在沙地荒漠化程度的“四分”法研究中,不同荒漠化程度沙地对应的植被盖度指标存在较大的差异,如王涛等、赵哈林等和国家林业局在沙地荒漠化程度划分方面分别采用了不同的植被盖度指标(表2)。曹军等和李
13、爱敏等则采用目视解译Landsat影像的方法,按荒漠化程度轻度、中度、重度和极重度四类,对科尔沁沙地土地荒漠化等特征进行了研究28,29。杨婷婷等将沙地荒漠化等级分为未荒漠化、轻度荒漠化、中度荒漠化和重度荒漠化四类,对镶黄旗北部沙地荒漠化进行了研究,植被盖度分别为60%、30%60%、10%30%和10%30。刘树林等借助TM/ETM+影像,则按轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化、严重荒漠化和非荒漠化五类对浑善达克沙地荒漠化过程进行了研究31。荒漠化程度作为沙地分类指标可以较好反映沙地的荒漠化等级,但是荒漠化程度作为一个相对的概念,不同地区由于受到人口分布和人类生产活动对自然环境依赖程度差异等
14、因素的影响,单纯采用荒漠化程度分类容易造成大范围内沙地分类结果的可比性较表2不同荒漠化程度沙地的植被盖度等级(%)Tab.2 Vegetation coverage levels for different desertification degrees of sandy land(%)沙地类型轻度荒漠化中度荒漠化重度荒漠化植被盖度王涛等106060303010赵哈林等115050303010国家林业局164040252510457地 理 研 究34卷差等问题。其次,依荒漠化程度划分的“三分”、“四分”和“五分”等分类方法容易造成了不同地区甚至是同一地区荒漠化严重程度的可比性较差的问题。利用植
15、被盖度可以定量实现沙地荒漠化程度的划分,但是不同的研究者对荒漠化程度(尤其是轻度和中度)划分采用的植被盖度存在较大的差异,这主要与研究者对荒漠化程度的理解和对研究区范围大小的综合考量有关。植被盖度阈值设置的差异必将造成了同一地区荒漠化程度评估结果存在较大偏差。此外,在利用植被盖度进行定量土地荒漠化程度划分中,由于不同的气候区及不同的植被类型条件下相同的覆盖率对地表沙地的固定状况存在一定的差异,采用单一的植被盖度作为沙地荒漠化程度分类评价指标也缺乏一定的科学性。2.3 荒漠化过程分类沙地荒漠化作为一种自然因素和人为因素相互叠加的灾害现象,是一个不断发生和发展过程。对此,国内部分学者尝试采用了荒漠
16、化过程进行沙地分类。朱震达等根据荒漠化程度等指征把中国荒漠化程度类型划分为潜在的、正在发展中、强烈发展中和严重的荒漠化四种类型,其辅助指征植被盖度分别为60%以上、59%30%、29%10%和9%0%32-34。全志杰等对盐池县1976-1991年土地荒漠化动态进行了遥感研究,其定义的毛乌素沙地土地潜在荒漠化、正在发展荒漠化、强烈发展荒漠化和严重荒漠化土地对应的植被盖度分别为50%、50%31%、15%30%和15%35。包慧娟等以1995年和2000年的遥感影像为信息源,以流沙面积和植被盖度作为荒漠化程度指标将科尔沁沙地分类潜在荒漠化土地、正在发展中的荒漠化土地、强烈发展中的荒漠化土地和严重
17、荒漠化土地等类型,采用的植被盖度指标分别为50%、31%50%、11%30%和10%36。通过上述中国关于荒漠化过程的沙地分类研究,可见即使是采用相同的分类法,但强烈发展荒漠化和严重荒漠化土地对应的植被盖度指标仍存在一定的差异。沙地荒漠化是一个不断发展变化的动态过程,其发生发展可以划分出不同阶段。基于荒漠化过程的沙地分类可以掲示荒漠化正逆演替阶段,能够较好指示不同类型沙地的演化方向。但在实际操作中,由于不同研究者研究时间尺度选择的差异,尤其是研究时段内受遥感影像的可获得性和影像适用性等因素的影响,所选研究时段并不一定能完全反映沙地荒漠化的发展过程,研究时段选择的不合理性在一定程度上容易掩盖沙地
18、荒漠化正逆向演替信息,无法较好体现出荒漠化地区沙地演化发展的波动性及反复性。此外,研究者对于分类中辅助指征植被盖度阈值选择存在差异,这在一定程度上必将导致沙地分类结果的横向可比性较差的问题。2.4 空间位置分类空间性作为地理事物最突出的特征之一,在地理对象的空间定位以及周边环境之间的物质、能量和信息流传递与转换研究中具有重要意义。沙地空间位置分类根据沙地的某一个或数个共同特征的聚类分析实现沙地的空间位置分类。海岸带和濒河湖带地区由于受到水文、风力和沉积等作用的共同影响,其沙地一般具有分布范围广但规模较小且分布零散、分布地形多样但多集中于河口和河谷地区、类型与规模区域差异大等特点3,37。一般情
19、况下,水力作用的大小随着离开水体的远近而变化,从而体现出沙地性质的空间变化。相对于传统意义的北方半干旱和半湿润区沙地,以空间位置分类为主的海岸带和濒河湖带沙地研究相对较晚且较少。在海岸沙地分类研究中,20世纪80年代以来,中国逐渐开展了海岸沙丘的研究工作并取得了一定的成果。李从先等以中国滦河以北海岸划分为横向沙丘、新月形沙丘、星状沙丘与平沙地等38。吴正等结合华南沿海地区的实际条件,依据形态成因原则,把华南海岸沙丘从海岸向陆地简明地划分为海岸前丘、横向沙丘、新月形沙丘(沙丘链)、抛物线形沙丘、纵向沙垄、沙席和爬坡沙丘,4583期闫 峰 等:中国沙地分类进展及编目体系以及草灌丛沙丘等类型39。张
20、振克根据烟台附近海岸风沙地貌按地貌形态、分布特征方面的差异,将研究区海岸风沙地貌划分为链状风积沙丘、滨岸沙丘、丘间席状沙地和下伏基岩沙丘,并对烟台附近海岸风沙丹布、风沙地貌类型及地貌发育过程进行了探讨40。傅命佐等根据黄海、渤海海岸的沙丘类型分布实况,首先按沙丘发育的地貌背景分为岸前沙丘和后岸沙丘;其次,根据沙丘脊线与海岸线的关系,分为冢形、横向、纵向和斜向四个亚类;第三,根据沙丘的形态类型进一步划分为冢形、新月形、横向沙脊(沙丘链)、抛物线形、纵向沙垄和斜向沙脊(沙丘链)等类型,最后根据沙丘动态类型细分为流动、半固定、加积和固定等共23类海岸沙丘类型41。董玉祥依据中国温带海岸沙丘在位置、成
21、因、稳定性与形态特征等方面的差异,将温带海岸沙丘归并为一个三级分类系统。首先,按沙丘发育的地貌位置分为岸前沙丘和后岸沙丘两类;其次,根据海岸沙丘形成次序和植被在海岸沙丘形成、发育与演变过程中的作用,分成初始沙丘、稳定型沙丘和非稳定型沙丘三个亚类;最后,依据海岸沙丘的形态成因特征,划分出雏形前丘、横向前丘脊、草灌丛沙丘、抛物线沙丘、斜向沙脊、新月形沙丘、横向沙脊、纵向沙垄、爬坡沙丘与海岸沙席等10个三级类型42。在濒河湖沙地分类研究方面,李森等以雅鲁藏布江河谷为研究区,对河谷风沙地貌进行了分类研究。首先,按风力性质分为风蚀和风积地貌两类;其次,按沙丘发育床面分为谷坡和谷底风积地貌亚类;第三,按沙
22、丘固定程度分为流动、固定/半固定沙丘;最后,按风沙地貌形态分为横向沙丘(垄)、纵向沙垄、穹状沙丘、格状沙丘、星状沙丘等四级21种类型3。常春平等在对拉萨河下游河谷风沙源的研究中,对沙尘源的沙地首先按沙地流动性分为流动沙地、半流动沙地和固定沙地三类;其次,依沙地空间位置差异分为心滩流动沙地、边滩流动沙地、阶地流动沙地和洪积扇半流动沙地等亚类的沙地分类方法43。海岸和濒河湖沙地是水、沙、风等因素共同作用的结果,其发生和发展机理具有更多的复杂性。沙地空间位置分类在一定的区域范围内能够突出沙地的地理空间分布范围及其与周边环境的关系,能够较好地体现出沙地分布的空间特征,具有较好的直观性。但已有的沙地空间
23、分类中的海岸和濒河湖沙地分类也表现出分类方法复杂、多侧重于沙地形态描述以及沙地特征的定量化程度低等不足;其次,沙地空间分类中的相对位置描述无法准确表达沙地的具体空间位置;此外,荒漠化程度等其他更多沙地属性信息亦未能在沙地空间分类中得以体现。2.5 沙地分类探讨综合20世纪50年代以来中国沙地分类研究成果,可以发现主要存在以下问题:区域性沙地研究不全面已有的研究主要针对中国北方的半干旱和半湿润地区的沙地展开,对濒海、濒湖和濒河沿岸的沙地研究相对不足,对于青藏高原地区的隐域性沙地研究仍相对处于空白阶段;分类指标定量程度低:在利用遥感技术实现沙地分类中,较多研究者仍主要停留在目视解译阶段,其解译主观
24、性因素在一定程度上制约了沙地分类结果的定量性和可比性;空间信息表达能力差:已有分类研究主要针对小区域展开,没有较好地涵盖中国全部沙地,由于中国南北纬跨度大、地形复杂等原因,对多尺度范围的沙地展开指标定量表达十分重要;分类指标体系混乱:已有的沙地分类方法种类繁多,分类指标体系不统一,分类结果可比性差。针对以上问题,初步对中国沙地的分类体系进行探讨。沙地分类体系应基于承前启后的原则开展,吸收以有研究成果的精髓,以分类指标的定量化、公认性和可操作性为前提。已有的研究表明沙地流动性表现出的地表形态变化相对具有较好的代表性,是荒漠化明显的景观标志,应作为主要指征,同时植被盖度等与地表形态有直接关系,可作
25、459地 理 研 究34卷为附加指征32,44;此外,沙丘形态定性分析方面从流动沙丘及具有植被覆盖的半固定及固定沙丘划分方法对沙漠的治理有着实践意义14;再者,在沙地指标体系中包括的类型、程度、危险度、逆转效果几方面中荒漠化程度是最为重要的体系之一45。因此,沙地分类中可以选择植被盖度这一定量指标进行沙地流动性和荒漠化程度的划分,这样既能定性描述沙地的形态特征,其量化的植被盖度指标又体现了荒漠化程度,具有较好的可操作性。例如,沙地流动性分类,可在掩膜去除沙地分布区中的水体、耕地和城镇建筑物等地物类型后,按照植被盖度10%、10%30%和30%把沙地分为流动沙地、半固定沙地和固定沙地。在荒漠化程
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