榆林市植被固沙作用年內變化情況研究

魏磊 張參輝

關鍵詞：風蝕；植被；固沙量；榆林市

風蝕對我國土地資源的危害僅次于水蝕，是西北干旱地區面臨的主要生態威脅之一。地表植被可通過減緩近地面風速而發揮防風固沙作用、有效防治風蝕［１］。前人對風蝕的定量研究多采用風洞試驗與野外樣點觀測相結合的方法［２－６］，所得結果可反映一時一地的風蝕情況，但無法體現較大范圍風蝕與植被保護土壤的時空變化情況，而基于遙感技術手段可對較大范圍的植被與風蝕情況進行周期性監測與評估。

榆林市位于陜西省最北部，總土地面積為４３５７８ｋｍ２，地處我國北方農牧交錯帶中段、毛烏素沙地南緣、黃土高原與內蒙古高原的過渡區，屬暖溫帶和溫帶半干旱大陸性季風氣候區，長期受干旱、風沙、水土流失等災害的影響，生態環境十分脆弱。西北部府谷縣、神木市（原神木縣）、榆陽區（原榆陽縣）、橫山區（原橫山縣）、靖邊縣、定邊縣屬風沙區和丘陵溝壑區與風沙區過渡帶，習慣稱“北部六縣”；東南部佳縣、米脂縣、子洲縣、綏德縣、吳堡縣、清澗縣屬黃土丘陵溝壑區，習慣稱“南部六縣”。榆林市作為黃河中游水土流失重點治理區之一和“三北”防護林建設重點區域之一，幾十年來開展了堅持不懈的“北治沙、南治土”生態建設，取得了“人進沙退”顯著成效，成為土壤風蝕研究的熱點區域。筆者基于２０１２年遙感影像數據對榆林市植被防風固沙效果的年內時空變化情況進行了分析，以期為全面評估植被防風固沙效應的動態變化情況及相關研究等提供參考。

１研究方法

１．１數據準備

本研究所用歸一化植被指數ＮＤＶＩ（用于推算植被覆蓋度）為源于地理空間數據云（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｓｃｌｏｕｄ．ｃｎ）的ＭＯＤＩＳ遙感影像ＭＯＤ１３Ａ３產品２０１２年的月均合成數據，其空間分辨率為１ｋｍ。地形數據取自地理空間數據云空間分辨率為３０ｍ的ＤＥＭ數據集，為了與植被覆蓋度數據相匹配，將其轉換為坡度后重采樣至１ｋｍ分辨率；土壤類型數據源于國家青藏高原科學數據中心（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｔｐｄｃ．ａｃ．ｃｎ／ｚｈ－ｈａｎｓ）提供的１∶１００萬土壤類型柵格數據集，空間分辨率為１ｋｍ；氣象數據取自國家氣象信息中心（中國氣象局氣象數據中心），采用Ｋｒｉｇｉｎｇ空間插值法將其插值為１ｋｍ分辨率的柵格數據（各類數據均選?。玻埃保材暝缕骄鶖祿?，與ＮＤＶＩ數據的時間一致）。

１．２植被固沙量估算

用風蝕模型估算的有無植被的風蝕量推算植被的固沙量。土壤風蝕模型與水蝕模型相比估算精度相對較低，國外學者開發的風蝕模型如ＷＥＱ模型、ＷＥＰＳ模型等［８－９］難以在國內直接使用，而國內學者董治寶［１０］根據榆林市神木縣（屬本文研究區）風蝕情況建立的風蝕預報方程適用于陜北地區年與月時間尺度的風蝕量估算，因此本研究采用該模型進行土壤風蝕量估算，其公式如下：

在具體計算中，各格柵單元Ｖ與Ｈ依據氣象數據插值得到，ｄ依據土壤屬性數據得到，θ依據ＤＥＭ數據通過ＡｒｃＧＩＳ軟件平臺計算得出，ＳＤＲ與Ｆ采用原公式取值（ＳＤＲ＝１００％，Ｆ＝０．９Ｎ／ｃｍ２）。無植被（即裸地，ＶＣＲ＝０）和有植被柵格的逐月風蝕量之差即為該柵格的逐月植被固沙量，據此可根據榆林市行政區劃計算各縣（區、市）逐月單位面積植被固沙量。

２結果分析

２．１計算結果

榆林市各縣（區、市）逐月單位面積植被固沙量計算結果見表１。

２．２植被固沙量年內變化情況分析

由表１可知，榆林市各縣（區、市）單位面積植被固沙量年內變化非常劇烈，其中３—６月單位面積植被固沙量顯著大于其他月份的（占全年的９０％左右），其原因是：３—６月為一年中風速和風蝕強度較高的時期，該時期快速恢復生長的植被發揮了較大的防風固沙作用，而植被覆蓋度較高的７—１０月因風速相對較低、降雨量較大等而風蝕強度較低、植被固沙量相對較?。ǖ脖粚λg應具有較大控制作用，其不屬本文研究內容），其他月份風速和風蝕強度較高但植被因覆蓋度的季節性降低而固沙量較小。

把全市植被固沙量與潛在風蝕量的比值稱為風蝕控制比，其年內逐月變化情況見圖１。由圖１可知，風蝕控制比年內呈以９月為峰值（約６０％）、６—８月快速提高、９—１１月快速下降的態勢，而單位面積植被固沙量較大的３—６月風蝕控制比并不高，原因是風蝕控制比與植被的生長狀況及風蝕強度有關，植被固沙量較大的季節風蝕量可能較大，植被固沙量較小的季節風蝕量可能較小，即在風蝕強度較低的季節或區域，植被即使覆蓋度較高也無法體現出防風固沙功能，反之，在風蝕強度較高的季節或區域，植被即使覆蓋度不高也能體現出明顯的防風固沙功能。

２．３植被固沙量空間差異情況分析

為了直觀表示單位面積植被年固沙量空間分布情況，采用ＡｒｃＧＩＳ軟件制作了榆林市單位面積植被年固沙量空間分布圖，見圖２。由表１、圖２可知，榆林市單位面積植被固沙量空間差異顯著，即風沙區與黃土丘陵溝壑區這兩大地貌單元單位面積植被固沙量分異明顯，黃土丘陵溝壑區單位面積植被固沙量明顯高于風沙區的。以縣（區、市）為單元計算的單位面積植被年固沙量為６３７５～１５３７１ｔ／ｋｍ２（最大值約為最小值的２．４倍），南部六縣單位面積植被年固沙量明顯大于北部六縣的，其原因是：南部六縣（屬黃土丘陵溝壑區）植被生長的立地條件相對較好、植被覆蓋度相對較高，地勢較低、地表起伏較大、地面風速相對較低，土壤抗蝕性較沙漠的大；而北部六縣（屬風沙區和丘陵溝壑區與風沙區過渡帶）地勢較高、植被生長的立地條件相對較差、植被覆蓋度相對較低，地表起伏相對較小、地面風速相對較高，沙地抗蝕性較黃土的小，尤其定邊縣、榆陽區北部、神木市西部因沙漠面積較大、流動沙丘較多、植被覆蓋度較低而單位面積植被固沙量較小。

如前所述，３—６月是單位面積植被固沙量最顯著的時段，因此制作了這４個月單位面積植被固沙量空間分布圖（見圖３）?？梢钥闯觯哼@４個月單位面積植被固沙量均呈現東部高于西部、南部高于北部的空間格局，但各月份的高值區有所不同，３月高值區較分散，４月高值區在南部，５月高值區在東部，６月高值區在東南部，體現了季節改變過程中水熱條件變化對植被生長和風蝕的雙重影響，也表明黃土丘陵溝壑區植被固沙能力對季節變化較為敏感。

２．４討論

近年來，關于黃土高原植被的保土效果研究多側重于減輕水蝕的作用［１１－１３］，本研究對榆林市植被的固沙效果按分辨率為１ｋｍ的柵格進行了逐月估算，體現了植被固沙作用在年內的變化情況和較大尺度的空間差異情況，期望為有關研究提供參考。需要指出，由于風蝕及植被防風固沙影響因素復雜，本研究在風蝕量估算時主要依據有關文獻中的公式，對有關因素的處理缺乏深入研究，如沒有考慮熱力因素，事實上熱力因素的變化會導致下墊面的改變和風蝕起沙過程的變化，冬季部分土壤被積雪覆蓋或結冰后土壤風蝕量很小，此外，空氣相對濕度和土壤含水量與風蝕的定量關系尚不明確，現實中風速是不斷變化的，采用平均風速勢必存在較大誤差等，因此所得植被固沙量估算結果僅供參考，不能直接表示起沙、揚塵的精確數量。

３結論

榆林市以縣（區、市）為單元計算的單位面積植被年固沙量為６３７５～１５３７１ｔ／ｋｍ２，其時空分布差異顯著，在時間上單位面積植被年固沙量約９０％分布在３—６月，在空間上南部六縣黃土丘陵溝壑區單位面積植被年固沙量明顯大于北部六縣風沙區的；季節變化對風蝕、植被生長及其防風固沙作用有明顯影響，黃土丘陵溝壑區植被防風固沙作用對季節變化較為敏感。