汉江中下游河谷平原土地沙化空间格局动态监测及防治区划研究

Land desertification is one of the most serious ecological and environmental problems in the world. Timely and accurate spatio-temporal dynamic monitoring and scientific prevention and control zoning are the basis of effective combating of land desertification. It is difficult to meet the demand of targeted land desertification combating in the humid river valley for insufficient monitoring accuracy and data updating speed, and also the desertification prevention and control regionalization lacks consideration of the current status and development trend of the eco-environment-socio-economic coupling system. This study proposed spatial pattern and dynamic changes monitoring of land desertification in the middle and lower reaches of Hanjiang river valley plain by combining vegetation coverage and bare sand. Vegetation coverage and the bare sand ratio are extracted respectively by spatiotemporal fusion model of multi-source remote sensing data and sub-pixel classification with multiple endmember spectral mixed analysis. The study will improve the precision of remote sensing monitoring of land desertification in the humid valley and reveal the spatial differentiation and temporal evolution of land desertification in the region. Based on the spatial and temporal change of land desertification, combating regionalization will be determined from the angle of the current status and trend of the ecological environment and society economy coupled system by combining with land use/land cover data and social-economic-environment monitoring and statistical data. This study will provide basic data and scientific basis for targeted land desertification combating, help to improve the utilization efficiency of land resources, and promote the high quality development of economy, society and environment.

土地沙化是全球最严重的生态环境问题之一，及时准确的时空动态监测及科学的防治区划是土地沙化有效防治的基础。湿润河谷地区土地沙化监测精度及数据更新速度不足，沙化防治区划缺乏生态环境-社会经济耦合系统现状及发展趋势考量，难以满足土地沙化精准防治需求。本研究提出针对汉江中下游河谷平原区域特点，采用基于多源遥感数据时空融合模型获取的植被覆盖度和基于多端元混合像元分解模型获取的裸沙地占地百分比综合指标体系监测土地沙化空间格局及其动态变化，以期提高湿润河谷地区土地沙化遥感监测精度，揭示区域土地沙化空间分异及演化规律；在此基础上，结合土地利用/土地覆被和社会经济环境监测统计数据，从生态环境-社会经济耦合系统现状及发展趋势角度考量确定土地沙化防治区划，以便为研究区土地沙化精准防治提供基础数据和科学依据，并有助于提高区域土地资源利用效率，促进流域经济、社会和环境高质量发展。

汉江中下游河谷平原地区受自然和人类活动因素影响，土地沙化现象呈现出局部扩大的趋势，对区域土地沙化进行精准监测和科学防治关乎流域生态安全和国土空间发展格局优化。本研究从时间序列植被覆盖变化的角度，探讨了研究区土地沙化的区域特征，同时探究了湿地环境下多源遥感植被指数时空融合算法的选取策略。探讨了多个城市多种土地利用/土地覆被指数与地表温度的关系。采用面向对象的方法对研究区裸沙地进行了提取试验，揭示了裸沙地的空间分布规律。通过构建综合自然和人类活动因素的环境敏感区指数，提出了土地沙化分区防治建议。研究结果表明研究区植被覆盖度较高，且在研究时段内相对稳定，较高植被覆盖的区域显示出更加稳定的特征，变化较为剧烈的区域更多出现在植被覆盖度增加的区域。选取的10个自然和人为因子在2001-2018年对研究区植被覆盖度有显著影响，气候因子的影响在下降，人类活动的影响逐渐增大。研究区距河流越近，植被覆盖度越低，且植被覆盖度减少明显，这指示了研究区沙化土地的分布区域。人为因子和地形因子的交互影响逐渐变得更加显著，这表明植树造林和生态恢复措施有助于植被覆盖度提高，尤其在土地退化区域。针对地表具有高度动态和复杂生境条件的湿地地区，在选择多源数据融合算法以提高植被指数时空分辨率时，推荐在水体面积较小的枯水期、在水体面积较大的平水期以及在枯水期向平水期过渡的时期，分别采用不同的融合算法以获取最优效果。建筑、植被、水体及裸土指数等土地利用/土地覆被指数可较大程度揭示地表生物物理状况，且与多个气候带的城市昼夜地表温度存在密切关系。面向对象的分类方法能够较好地提取出研究区裸沙地，谷城县裸沙地空间斑块分布较为破碎，且主要沿河流两岸及围绕建筑用地分布。经土地沙化敏感性评价，汉江中下游流域约五分之一的区域是土地沙化高敏感区域。沿河流两岸沙化敏感性高，且耕地区域敏感性高。梯级水利工程修建和跨流域调水综合影响下汉江干流水位下降，汉江中下游主干道及其支流大面积洲滩湿地出露是距河流较近距离范围内土地沙化敏感性高的原因之一。新出露的洲滩湿地、受人为管理因素影响较大的耕地和地表覆盖较为稀疏的草本植物覆盖区域及裸地应当是沙化防治的重点区域。植树造林和耕作方式优化是沙化土地防治的重要途径。本研究不仅为湿润河谷地区沙化土地提取提供参考，且为研究区沙化土地防治提供了分区建议，有利于研究区生态环境可持续发展和国土空间优化管理。