全 文 ： * ?中国科学院知识创新工程重要方向性项目 ( KZCX2-SW-320-1) 资助
收稿日期 : 2004-11-01 改回日期 : 2004-12-19
20世纪 50年代以来科尔沁沙地景观时空动态变化探析 *
侯 伟 张树文 张养贞 匡文慧 李 颖
(中国科学院东北地理与农业生态研究所 长春 130012)
摘 要 研究分析了 50年来科尔沁流动沙地和半固定沙地景观时空动态变化 , 并分析了沙地时空动态变化的主
要成因。
关键词 科尔沁 沙地 草地 景观 时空变异
Dynamics in spatial and temporal change of sandy land in Horqin since the 50s of the 20th century . HOU Wei , ZHANG
Shu-Wen, ZHANG Yang-Zhen, K UANG Wen-Hui, L I Y ing ( Northeast Institute of Geography and Agricultural
Ecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012, China) , CJEA ,2006,14(1) :206～208
Abstract The landscape dynamics in spatial and temporal change of movable and semi-fixed sandy lands in Horqin are
analyzed and the main reasons of dynamics in spatial and temporal change of sandy lands areanalyzed also .
Key words Horqin, Sandy land, Grass land, Landscape, Spatial and temporal change
(Received Nov . 1, 2004; revised Dec . 19, 2004)
1 研究区域概况与研究方法
科尔沁沙地位于我国东北平原西部 ,是全国 4大沙地中面积最大的沙地 ,东起吉林省双辽县 , 西至内蒙
古克什克腾 , 南北介于燕山北部黄土丘陵和大兴安岭东麓丘陵之间 , 地处北纬 42°41′～45°15′, 东经
118°35′～123°30′,海拔高度 178.5～631. 9m,气候具有从暖温带向温带、半湿润区向半干旱区过渡特点 , 年
降水量 343～500mm,降水空间分布为北部少南部多 , 西部少东部多。受大气环流制约 , 年内降水分配极不
均匀 ,夏季降水量占全年总降水量的 70%～75%以上 , 且降水年际变化大 , 最大降水量 606.5mm, 最少降水
量 136. 9mm, 一般年降水变率 > 20% ,全年大气平均湿度为 50%～55%。季节变化明显 , 夏季最长 , 春季最
短。多年平均湿润度为 0.3～0. 5,干燥系数为 1. 0～1.8[ 1～ 3] 。沙地主体处于西辽河下游干支流沿岸的冲积
平原 ,北部沙地零散分布在大兴安岭山前冲洪积台地上 , 主要行政旗县包括科尔沁右翼中旗、扎鲁特旗、阿
鲁科尔沁、巴林左旗、巴林右旗、翁牛特旗、敖汉旗、奈曼旗、库仑旗、科尔沁左翼后旗、科尔沁左翼中旗、开鲁
县、彰武县、康平县、通榆县、双辽县、通辽县、法库、阜新和克什克腾 , 目前该沙地以年均 1.4%的增幅向中部
扩展 ,为目前中国乃至亚洲有名的沙尘暴起源地 , 每年形成沙尘暴天气多达 20多次。该区土地荒漠化的发
生和扩展引起土壤的严重粗化和肥力下降 , 大大降低了土地对物质能量的转化效率和产出能力 , 作物长期
处于低产状态。同时由于生态环境的恶化 ,该区作物产量具有很大波动性和不稳定性。科尔沁地区脆弱的
生态环境加之对林地和草地的过度开垦和粗放的经营活动 ,加剧了其土地荒漠化进程。
不同时期数据源不同 ,研究处理方式亦不同。1986～2000年研究采用 TM 卫星遥感影像 , 其分辨率为
30m, 波段为 4、3、2, 1954年采用地形图作为数据源。根据科尔沁地区半流动沙丘和流动沙丘在影像上的特
点 ,建立解译标志 [ 2] 。由于固定沙丘在遥感影像上分布不明显 ,重点研究重度沙漠化和中度沙漠化面积。分别
提取 1986年和 2000年科尔沁地区流动沙地和半流动沙地的分布状况 , 2000年、1986年和 1954年 3期数据以
及根据遥感影像和地形图获取的沙地数据在 ArcGIS环境下以 COVERAGE 文件格式储存 ,建立图形数据库。
2 结果与分析
2 . 1 科尔沁沙地时空演进
进入 20世纪后随着人口的增加 ,人类活动强度加大 , 对土地的压力超过了自然界所能承受的极限 ,导致
第 14 ?卷第 1期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .1
2 0 0 6 ?年 1 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture Jan ., 2006
图 1 不同地区沙地面积变化
Fig.1 Theareachanges of sandy land
in different counties
科尔沁沙地快速发展 ,生态系统遭到破坏 , 荒漠化加重。过度垦荒和
放牧是加重荒漠化的主要因素 , 1954 年科尔沁地区沙地面积为
786852.84hm2 , 占总面积的 4.7% , 基本分布在西辽河流域 , 并主要
分布在西辽河干流的南侧。从行政区域分析 , 翁牛特旗沙地面积最
大 ,占沙地总面积的 29. 74% , 其次奈曼旗占沙地面积的 21.4% , 库
伦和科左后旗分别占沙地面积的 9. 04%和 8.78% , 该区域是科尔沁
沙地的主体部分 ,也是沙漠化最严重地区之一。1986 年科尔沁地区
沙地总面积扩展到 1058261. 2548hm2 , 为 1954年的 1.345 倍。翁牛
特旗沙地分布面积最大 , 占沙地总面积的 21.99% , 其次奈曼旗占沙
地总面积的 17.12% , 科左后旗和巴林右旗分别占沙地总面积的
11.23% 和 10.87%。 2000 年 科 尔 沁 地 区 沙 地 总 面 积 为
984385.25hm2 ,比 1986年减少 73876. 00hm2 , 翁牛特旗沙地分布面积最大 , 占 23. 44% , 其次奈曼旗占
17.52% ,科左后期和巴林右旗分别占 12. 15%和 12. 08% (见图 1)。从流域角度分析 , 科尔沁沙地面积的
90%以上均集中于西拉木仑河、老哈河、教来河与西辽河流域内 , 查干木仑河、乌力吉木仁河与黑木仑河流
域仅有小片沙地分布 ,沙地主体在西拉木仑河流域。
2 . 2 科尔沁沙地时空动态变化区域差异性
沙地变化速度可引用土地利用动态度进行描述 ,其计算式为 :
LC = [ ( Ub - Ua) ]× U - 1a × T - 1×100% (1)
式中 , LC 为 T 年内某种土地利用类型动态度 , Ua 和 Ub 分别为研究初期和末期某种土地利用类型的数
量[ 4] 。计算结果分析表明自 1954～1986年间科尔沁沙地面积减少的旗县有敖汉、阜新、康平、库伦、双辽、
翁牛特和彰武 , 其中阜新面积减少较多和减少速度最快 , 巴林右旗面积增加最大 , 巴林左旗面积增长最快。
1986～2000年间科尔沁沙地面积减少的旗县有阿鲁科尔沁、敖汉、巴林左旗、科左后旗、库伦、林西、奈曼、通
榆和翁牛特 ,其中通榆县面积减少最多 ( 减少 35043. 95hm2 ) 和减少速度最快。沙地增长较快的旗县有巴林
右旗、科左中旗、克什克腾 ,其中巴林右旗面积增加最大 (增长 4646. 9hm2 ) , 科左中旗面积增长最快 , 其余旗
县面积变化较小。在沙地面积增加情况下 , 沙地面积减少的旗县主要分布在研究区南部和东部少数地区 ,
其他地区沙地面积均有所增加。1954～2000年科尔沁沙地面积空间分布变化总体趋势为南部、东部部分地
区面积减少 ,西部、北部明显扩展 ,东部科左后旗面积有所增加 , 沙地总体继续向东部扩展。而从 1986 年与
2000年沙地空间分布对比中可发现东部和南部地区沙地面积减少 , 西部和中部地区有所扩展 , 而西北部和
北部地区沙地面积变化较小。
2 . 3 沙地与其他土地利用类型时空变化
根据 1954年与 2000年土地利用数据 ,求得两个时期的土地利用转移矩阵 , 它可反映土地利用/ 土地覆
被动态变化。1954年科尔沁地区土地利用/ 土地覆被类型中草地面积最大 , 其次为耕地、沙地和林地。耕地
面积为 3313548.59hm2 , 占科尔沁地区总面积的 19. 81%。到 2000年耕地面积增加至 4760752. 22hm2 ,实际
图 2 1954～2000 年土地
利用类型间相互转换
Fig. 2 Land use types transforma-
tion between 1954 and 2000
耕地面积增加 1447203. 63hm2 ,增长 43. 68% ,而草地面积迅速减小 ,
由 1954 年的 11421603. 28hm2 减至 2000 年的 7388653. 96hm2 , 为
1954年草地面积的 64. 69%。有 694875hm2 草地转换为沙地 , 占
2000年沙地面积的 70.59% ,比重较大。林地面积增长很快 , 由 1954
年的 589682.76hm2 增至 2000 年的 1717694. 22hm2 , 由占总面积的
3.52%增至 10.27%。草地面积明显减少和耕地面积的增加是科尔
沁沙地 50年来土地利用类型变化的重要特点 , 草地对耕地和沙地的
贡献率最大。草地面积的减少是由于耕地面积的增加和过度放牧所
致 , 由于地表植被严重破坏 , 在粗放经营状态下易形成新的土地沙
化。从土地利用类型相互转化情况可知 , 沙地与草地间的转化非常
密切 , 其次与沙地转换较多的是耕地 ,主要由于流动沙地和半固定沙
地侵占草地和耕地所致 ( 见图 2)。
第 1 ?期 侯 伟等 :20世纪 50年代以来科尔沁沙地景观时空动态变化探析 207
2 . 4 沙地景观格局变化与沙漠化的关系
科尔沁地区沙地荒漠化在持续扩展 , 沙地面积经过了先增加后减少的过程 , 1954～1986年为科尔沁地
区沙地全面发展时期 ,其中 1986年沙地面积最大 , 1986～2000年是科尔沁地区沙地全面治理时期 , 沙地面
积的减少是由于近年来人为因素在土地沙化逆转过程中所起的作用。三北防护林建设、风沙环境综合治理
等措施以及调整土地利用结构 , 使部分地区沙漠化土地正在或已经逆转 , 说明对科尔沁沙地沙漠化防治和
植被恢复工作 ,特别是三北防护林工程的建设已取得初步成效。自 20世纪 80年代中后期以来 ,该区实施了
各种治理沙地的措施 , 总体上控制了沙漠化的扩展 , 特别是科尔沁地区南部和东部地区沙地面积减少幅度
较大。但局部地区如科尔沁地区北部和西部沙漠化面积仍有所扩展。科尔沁沙地土地利用格局变化的原
因一是自然环境因素 ,科尔沁沙地的原生自然景观为半干旱温带疏林草原 ,生态系统比较脆弱 , 且该区年降
水量少 ,年降水变率 > 20% , 年均风速大 , 沙地大部分为西辽河平原和大兴安岭山前洪积冲积平原 , 在冲积
平原上堆积了松散沙质沉积物 ,这是沙漠化发生发展的物质基础。地表沙物质粒径主要为 0. 5～0. 01mm,
结构松散 ,在干旱和强风作用下易形成风沙流 , 造成风沙危害[ 1] 。脆弱的生态环境对外界干扰非常敏感 , 是
我国北方农牧交错地区典型的脆弱带。二是人类活动的影响 , 科尔沁沙地是农牧冲突的典型地区 , 人口大
量增加是造成环境恶化和土地沙漠化的最大原因 ,人为强度利用土地加速了荒漠化进程。一系列不合理的
开发利用土地资源是造成科尔沁地区荒漠化的直接因素 , 人类为在有限的自然资源上生存 , 必须获取基本
的生活资料 ,使单位面积土地压力增加。在经济技术水平较低的情况下只能靠扩大耕地和增加牲畜数量来
满足农牧民日益增长的经济需求。其直接后果是造成植被破坏 , 土地沙化 , 土地生产力进一步降低 , 使原本
脆弱的沙地生态系统陷入无法逆转的恶性循环[ 5～7] , 大面积的农垦破坏了土壤的原始结构及上覆植被 , 使
地势平坦、下覆沙质沉积物含量较高地区的下垫面粗糙度降低 , 原本对风力作用相对稳定的沙地沉积物变
得活跃起来 ,加上土壤的沙质特性 , 干旱风季土壤表层开始风蚀沙化[ 8] 。
3 小 结
科尔沁沙地荒漠化的发生是自然因素和人为因素协同作用的结果 , 自然因素是荒漠化发生发展的内在
原因 ,人为不适当的生产活动加速了土地沙漠化的自然进程。最近 50 年来 , 该区生态系统的结构和功能发
生了明显变化 ,已由过去典型的森林草地生态系统演变为现在的沙地生态系统。
参 考 文 献 h
1 刘新民 , 赵哈林 ,赵爱芬 .科尔沁沙地风沙环境与植被 .中国生态系统研究网络丛书 .北京 :科学出版社 , 1996 .15～92
2 张佳华 , 姚凤梅 .从科尔沁沙地分析不同生态水平因子对脆弱生态环境景观扰动的响应 .地理科学进展 , 1998 ,3( 1) : 80～85
3 吴 薇 .近 50?来科尔沁地区沙漠化土地的动态监测结果与分析 .中国沙漠 , 2003, 11(6) : 646～651
4 张永民 , 赵士洞 .近 15 年科尔沁沙地及其周围地区土地利用变化分析 .自然资源学报 ,2003, 3(2) : 174～181
5 蒋德明 , 刘志民 ,寇振武 .科尔沁沙地荒漠化及生态恢复研究展望 .应用生态学报 , 2002, 12(12) : 1695～1698
6 赵哈林 , 张铜会 ,周瑞莲 .科尔沁沙地沙质农田的土壤环境与生产力形成过程 .土壤学报 , 2003 ,3( 2) : 194～199
7 常学礼 , 鲁春霞 ,高玉葆 .人类经济活动对科尔沁沙地风沙环境的影响 .资源科学 , 2003, 9( 5) : 78～83
8 张佳华 , 王长耀 .人类活动影响下科尔沁沙地沙漠化动态的敏感性分析及灰色预测 .应用生态学报 , 1999 , 4( 2) : 163～166
208 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷