内蒙古位于37°24' —53°23'N,97°12'—126°04'E(图1),跨中国东北、华北、西北三大地区,由东北向西南斜伸,呈狭长形,辖12盟市,102旗县区,总面积118.3万km²。气候以温带大陆性季风气候为主,年平均气温-3～9℃,年总降水量50～450 mm,年日照时数大于2 700 h,蒸发量很大,干旱问题异常突出,全区干旱、半干旱区占总面积的60%以上; 全年大风天气大部分发生在春季,大风日数平均在10～40 d,大部分地区沙尘暴日数为5～20 d; 土壤带基本呈东北—西南向排列,以栗钙土、棕钙土、风沙土等为主。在干旱多风沙天气和长期过度放牧等人类活动影响下,内蒙古土地沙漠化严重,包括巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、巴音温都尔沙漠、库布齐沙漠和乌兰布和沙漠,科尔沁沙地、毛乌素沙地、浑善达克沙地和呼伦贝尔沙地^[23]; 2000年以来,“三北”防护林建设、京津风沙源治理、退耕还林、天然林保护等一系列生态工程的实施使得研究区土地沙漠化得到控制、生态环境好转,但国家林业局第五次中国荒漠化和沙化状况公报显示内蒙古荒漠化和沙化土地面积仍占土地总面积的50%和30%以上,研究区生态环境脆弱,沙漠化防治任务艰巨。

图1 研究区范围及土地利用基本情况

本研究所使用数据包括归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、气候、土地利用、土壤、植被以及经济社会数据等。NDVI为GIMMS NDVI3g V1.0数据,来源于美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)全球监测与模型研究组(Global Inventor Modeling and Monitoring group,GIMMS)发布的最新版全球植被指数变化数据; 气象数据为国家气象科学数据共享服务平台下载的国家台站的风速、降雨、温度等月值数据,采用反距离权重法(IDW)进行插值; 土地利用数据来源于国家科技基础条件平台—国家地球系统科学数据共享服务平台; 水资源数据来源于内蒙古水资源公报; 土壤数据来源于寒区旱区科学数据中心; 社会经济数据为内蒙古自治区统计年鉴和中国林业统计年鉴整理得到。为了便于统计分析,同时考虑到所有数据中的最低分辨率,本研究将所有数据重采样为8 km*8 km的栅格数据。

基于2000—2015年研究区各指标均值,计算得出内蒙古沙漠化暴露度、敏感性、适应能力以及脆弱性空间分异情况(表5)。研究区沙漠化暴露度大致呈现东北部低—西南部高的规律,而这也与内蒙古沙漠化土地、植被、降雨空间分布基本一致; 其中,暴露度高的区域位于阿拉善盟、巴彦淖尔市西部和锡林郭勒盟西南部,且阿拉善盟中北部暴露度最高,内蒙古东北部及河套平原地区沙漠化暴露度均较低。在盟市层面,阿拉善盟沙漠化暴露度最高,兴安盟和呼伦贝尔市沙漠化暴露度最低。研究区沙漠化敏感性空间分布与暴露度基本相似,呈现由东北向西南逐渐升高的规律; 沙漠化高敏感性区域集中分布在阿拉善盟额济纳旗、巴彦淖尔市北部、包头市北部和锡林郭勒盟西部。在盟市层面,沙漠化敏感性均值最高的是阿拉善盟、乌兰察布市和包头市,最低的是兴安盟和呼伦贝尔市。沙漠化适应能力主要受经济条件影响; 随着近年来内蒙古社会经济的快速发展以及生态建设投入力度的不断加大,各盟市的土地沙漠化适应能力也逐渐增强,其中通辽市、呼和浩特市和乌海市沙漠化适应能力平均值最高,乌兰察布市最低。基于暴露度、敏感性、适应能力的沙漠化脆弱性呈东北部低—西南部高格局分布,沙漠化脆弱性较高的区域主要集中在内蒙古西部和中北部,较多分布在阿拉善盟、巴彦淖尔市、锡林郭勒盟和乌兰察布市。阿拉善盟沙漠化脆弱性指数平均值最高,呼伦贝尔市最低。

表5 2000-2015年内蒙古地区各盟市沙漠化暴露度、敏感性、适应能力和脆弱性均值

2000年、2005年、2010年和2015年内蒙古土地沙漠化脆弱性分级结果见图2。总体上看,2000—2015年内蒙古土地沙漠化脆弱性明显降低,高脆弱性和不脆弱土地面积级变化尤其明显,土地沙漠化高脆弱性区域由2000年的4.28*10⁵ km²降低到2015年的6.04万km²,不脆弱土地面积由2000年的5.52万km²升高到2015年的4.02*10⁵ km²。2015年,内蒙古沙漠化脆弱性以不脆弱和较高脆弱为主,分别为4.02*10⁵ km²,2.32*10⁵ km²,分别占研究区总面积的36.61%和21.16%,沙漠化高脆弱性区域最少,为6.04万km²,占5.50%,集中分布在阿拉善盟中北部、巴彦淖尔市西北部和锡林郭勒盟西部。

2000—2015年,内蒙古土地沙漠化脆弱性呈升高趋势的土地面积为1.27万km²,仅占研究区总面积1.16%,其中显著升高的面积为1.73*10³ km²,占研究区总面积的0.16%,沙漠化脆弱性显著升高的区域集中在巴彦淖尔市乌拉特后旗中部; 沙漠化脆弱性呈降低趋势的土地面积为1.08*10⁶ km²,占研究区总面积的98.84%,其中显著降低的面积为1.04*10⁶ km²,占研究区总面积95.51%(图3)。在沙漠化脆弱性升高区域,沙漠化暴露度以显著升高为主,占脆弱性升高区域总面积的92.93%,而沙漠化敏感性变化不显著,说明沙漠化脆弱性升高主要由沙漠化暴露度升高造成; 在沙漠化脆弱性降低区域,东北部脆弱性降低是沙漠化暴露度降低、敏感性降低和适应能力提高综合影响的结果,西南部在沙漠化暴露度显著增加的情况下沙漠化脆弱性仍显著降低,说明西南部脆弱性降低是沙漠化敏感性降低和沙漠化适应能力升高的结果。

图2 2000-2015年内蒙古地区沙漠化脆弱性分级

基于相关性分析,可以看出2000—2015年各指标对内蒙古土地沙漠化脆弱性变化的影响不同且存在明显的空间分异。在暴露度方面,干湿指数和风蚀气候侵蚀力与脆弱性指数呈现较强的正相关性; 在敏感性各指标中人均GDP、单位面积粮食产量和植被覆盖度与脆弱性指数呈现较强的负相关性; 在适应能力方面,农牧渔业总产值和农牧民纯收入与脆弱性指数呈现较强的负相关性。总体来看,由于气候、土壤和植被等一些自然条件的年际变化不是很明显,脆弱性降低与十多年来经济指标不断升高密切相关,整体来看沙漠化脆弱性与经济指标具有较强的负相关关系,相关系数绝对值为0.5～1,与自然条件一些指标具有中等或较弱的相关性,且相关系数呈现出明显的空间异质性,其中与干湿指数的相关系数值最高为0.40,其次为植被覆盖度和风蚀气候侵蚀力。

在脆弱性降低区域,大部分地区沙漠化脆弱性与农牧民纯收入、农林牧渔业总产值和人均GDP共3个指标均呈现较高的相关性,其中农牧民纯收入对沙漠化脆弱性影响最大,影响面积为1.02*10⁶ km²; 在自然条件因素中,植被覆盖度因子分布广且分散,风蚀气候侵蚀力因子和干湿指数因子主要分布在内蒙古东北部和中部,其中干湿指数对沙漠化脆弱性影响最大,影响面积为4.95*10⁵ km²。在脆弱性升高区域,农村人口比重、农林牧渔业产值、三产比重和农牧民收入是主要的社会经济因素,其中农村人口比重对脆弱性升高的影响最明显,主要集中在巴彦淖尔市西部和锡林郭勒盟西部,其影响面积为2.56*10³ km²,占脆弱性指数升高面积的20.16%; 单位面积水资源量和粮食单产是主要的自然因素,单位面积水量对脆弱性升高的影响更明显,影响面积为1.02*10³ km²,占脆弱性指数升高面积的8.06%。