我國荒漠危害預警指標體系研究

沙漠是世界上的一個主要環(huán)境問題。1992年聯合國環(huán)境與發(fā)展委員會通過的《21世紀議程》將沙漠防治沙漠作為國際社會最重要的采取行動的領域。1994年簽署的《聯合國關于嚴重干旱和/或沙漠國家，特別是非洲的沙漠防治條約》反映了國際社會對沙漠控制和荒漠化的高度重視。地球沙漠所造成的生態(tài)環(huán)境退化和經濟貧困已成為21世紀人類面臨的最大威脅。因此，沙漠控制不僅關系到人類的生存和發(fā)展，也關系到世界各國的可持續(xù)發(fā)展。中國是世界上人口最多的發(fā)展中國家之一。與此同時，世界上最嚴重的沙漠類型之一。沙漠總面積為182602公里，占總面積的27.32%。其中，沙化沙漠每年增長迅速，每年損失縣的土地，直接經濟損失超過540億元。中國在沙漠中的生存。沙漠問題是指21世紀誰來管理中國人。這是中國社會經濟可持續(xù)發(fā)展的一個重要問題。在世界形勢上，中央領導作出了應對中國水土流失、荒漠化和生態(tài)農業(yè)的重要指示。從歷史和戰(zhàn)略的高度，明確了管理沙漠和建設生態(tài)農業(yè)的極端重要性和緊迫性，提出了明確的管理策略和目標。1998年底，國務院將沙漠控制工程納入《中國生態(tài)環(huán)境建設規(guī)劃》。中華人民共和國成立50年來，經過50年的不懈努力，中國的荒漠化防治取得了令人矚目的成就，但沙漠繼續(xù)增長的趨勢尚未得到有效控制。主要原因是對沙漠理論和生態(tài)災害缺乏了解，急功近利，忽視了預防的重要性。“輕管理輕預防”形成了“局部扭曲和全球發(fā)展”的全球趨勢。邊管理邊破壞，管理速度往往優(yōu)于“輕預防”。中國在預防饑餓方面的理論和技術研究較少。然而，預防是預防沙漠控制和最有效的方式（王曉芳、申茂東、中國沙漠科學及防旱部農村科學及防旱部1998）?；哪鳛橐环N生態(tài)環(huán)境災害,其直接表現是沙丘流動埋壓農田、房屋、道路及其它工程設施;土壤退化造成有機質、養(yǎng)分的損失,土壤肥力下降;植被退化使生物生產力和多樣性降低,保護能力下降.荒漠化危害雖然具有突發(fā)性和不穩(wěn)定性,但卻有發(fā)生發(fā)展規(guī)律,因而對荒漠化的適時監(jiān)測與預警和合理決策是有效抵御和減免災害的有效途徑.1現代預警思想預警思想源于軍事,19世紀末期被應用于宏觀經濟監(jiān)測與調控,隨著衛(wèi)星技術及計算機技術的發(fā)展,20世紀80年代開始被用于災害監(jiān)測.隨著系統(tǒng)動力學、3S技術[遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)及地理信息系統(tǒng)(GIS)]和計算機及其網絡技術的發(fā)展,預警思想在理論、預警技術系統(tǒng)方面得到發(fā)展,并展現出良好的應用前景.現應用于全球環(huán)境監(jiān)測、區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、農業(yè)資源監(jiān)測、森林資源監(jiān)測、社會可持續(xù)發(fā)展.然而,預警思想在理論研究方面有待深入和發(fā)展.荒漠化作為生態(tài)環(huán)境的退化過程,發(fā)展到一定程度就成為一種災害,這種災害的嚴重后果是土地的生物或經濟生產力和復雜性下降或喪失.從這個意義上講,荒漠化預警屬于災害管理預警的范疇;而從荒漠化產生的背景上看,荒漠化是不同時空尺度下各種自然條件和社會經濟狀況相互作用和耦合的結果,其預警問題又屬于區(qū)域綜合預警的范疇.荒漠化預警體系的基本框架包括分析警素、診斷警情、尋找警源、辨識警兆、預報警度、排除警患.災害預警基本程序是收集預警數據、生態(tài)環(huán)境背景值數據、災害歷史數據和承災體數據,建立荒漠化危害背景數據庫,辨識警兆,由GIS、地統(tǒng)計學等方法結合災害模型、抗災性能模型進行災害時空分析,判斷災害等級、災害強度、災害范圍、災害歷時等,然后發(fā)布預報,最終達到預防災害的目的(圖1).要有效的進行荒漠化防治,必須通過預警體系的基礎理論研究,對荒漠化發(fā)生、發(fā)展的生態(tài)機理、危害程度、強度、發(fā)生范圍、生態(tài)環(huán)境背景等方面深入進行系統(tǒng)地預警區(qū)劃、從而為建立荒漠化監(jiān)測預警體系、實現預警報告奠定理論基礎,進而為實現我國荒漠化預防及治理的全局扭轉提供保障,促進荒漠化防治學科的發(fā)展.荒漠化危害屬于植被、土地退化的生態(tài)災害,據此,將荒漠化預防納入災害管理預警的范疇來研究,毋庸置疑,這將為荒漠化預防提供有效途徑.隨著3S技術及計算機網絡技術的發(fā)展,建立預警系統(tǒng)已成為可能.2斷裂強度預警的主要指標荒漠化預警指標包括警情指標、警源指標和警兆指標.三者密切相關.警情指標是預警研究的對象,是指已存在或潛伏著的荒漠化問題;警情產生于警源(即荒漠化產生的動力因素),又必然產生警兆(即荒漠化的發(fā)生、發(fā)展動態(tài)),因此,預警系統(tǒng)應以警情指標為對象,以警源指標為依據,以警兆指標為主體.預警指標要想發(fā)揮它應有的預警作用必須能準確對荒漠化的目前狀況,目前速度和危險性進行評估.預警指標的確定應依據準確靈敏、可靠充分、互相匹配、宏觀穩(wěn)定的原則.聯合國內羅畢荒漠化會議之前,召開了一次專家會議,提出了一套荒漠化監(jiān)測指標,比較全面和詳細,但是,由于地區(qū)之間的差異,荒漠化類型不同,發(fā)展過程不同,荒漠化監(jiān)測評價的指標體系相差很大,不能也不可能有一個統(tǒng)一的荒漠化評價指標體系,各國必須根據自己的實際情況,制定荒漠化評價的指標體系.我國荒漠化評價的指標體系,由于概念上的原因,以前的荒漠化研究實質上是沙漠化,比國際上荒漠化概念的內涵要小得多,因而所提出的評價指標僅是土地沙漠化的評價指標體系.現根據預警體系的基礎理論和荒漠化發(fā)生、發(fā)展的生態(tài)機制、危害程度、強度、發(fā)生范圍、生態(tài)環(huán)境背景等擬建立以下指標:2.1陰河氣候區(qū)分析根據聯合國防治荒漠化公約中荒漠化的定義,結合我國的實際情況,荒漠化監(jiān)測預警主要集中在干旱、半干旱、亞濕潤干旱區(qū),即濕潤指數介于0.05～0.65之間的區(qū)域,尤其是我國的8大沙漠,4大沙地.2.2應急指數2.2.1生物警素和效益警素荒漠化警情是由若干警素組成,包括環(huán)境警素,生物警素,效益警素,災害警素.環(huán)境警素是一個綜合性自然警素,它是自然環(huán)境背景綜合反映;生物警素是指研究地區(qū)的包括多種生物在內的植被狀況;效益警素是對研究區(qū)的社會效益,生態(tài)效益和經濟效益水平的辨識;災害警素是指由于氣候、地質等自然災害原因引起的荒漠化現象,如沙塵暴.2.2.2動力因子c警源是指警情產生的根源,即是產生荒漠化的動力因子,主要是以自然因子來區(qū)分.包括風成荒漠化,水成荒漠化,化學成因(如土壤鹽漬化),物理成因(如凍蝕和土壤板結)等.2.2.3土地生物多樣性指數分析警兆指標是指荒漠化發(fā)生、發(fā)展前出現的各種先兆.它可以通過遙感、制圖等手段,展現其時、空間分布,通過對土地生產力、生物多樣性指數、侵蝕模數等比較計算得出.2.3監(jiān)控指標荒漠化的產生是自然過程與社會過程共同作用的結果,所以對荒漠化發(fā)生、發(fā)展的動態(tài)監(jiān)測主要應該從兩個方面著手:2.3.1自然警素(1)沙區(qū)立地條件包括地貌類型,基巖出露與類型,沉積物質,海拔高度,坡度、坡向、坡長、坡位,侵蝕與切割程度,侵蝕溝面積比例,溝壑密度,鹽堿斑占地率,沙丘高度、間距等.(2)降水量蒸發(fā)量包括日照時數,輻射強度,無霜期,溫度(平均溫度、極端溫度、積溫),最大凍土層,濕度,風(主風向、平均風速、起沙風速、沙塵暴),降水(平均降水量、降水強度、降水變率),最長連續(xù)無降水日數,蒸發(fā)量等.(3)土壤條件及理化性質包括土壤類型,含水率,有效土層厚度,保水率,滲透系數,土壤結皮,土壤質地,土壤結構,土壤PH值,土壤含鹽量,土壤有機質含量,土壤N、P、K含量,土壤風蝕量,礫石含量,覆沙厚度等.(4)植被包括植被類型,群落種類組成與結構,覆蓋度,生產力,指示性物種(沙生植物、鹽生植物、毒性植物、地帶性植物),多樣性指數等.(5)水文包括水源補給,地下水水位及礦化度,土壤含水量,地表水域面積及水質,沼澤化程度,排水能力,開析度等.2.3.2評價方法的確定為評價綜合指標包括土地利用狀況(農林牧比例、灌溉方式、耕作方式、城市化、旅游、開礦、工程項目),土地利用強度(土地利用率、土地生產力、人口密度、牲畜密度、土地墾殖率、防護措施),能源條件,交通條件,人民生活水平,受教育程度等.通常情況下,產生荒漠化是若干自然警素與若干社會警素綜合作用的結果,稱之為綜合警素,它反應了系統(tǒng)的全貌,能從整體上辨識區(qū)域是否偏離了持續(xù)發(fā)展方向.各指標間的關系如圖2所示.根據研究區(qū)域的空間圖象,航空調查和地面觀測(分別從時間與空間尺度上),利用GIS作出荒漠化系列圖:現狀圖、速率圖、內部危險性圖、牲畜壓力圖、人口壓力圖,結合其氣候和土地類型、荒漠化危害背景數據庫,給以上各因子賦予不同的權重,進行等級數量化,依據一定的土地荒漠化評價模型,便可進行土地荒漠化綜合評價.3建立解釋模型,實行科學預警,準確預測火關于荒漠化危害預警理論研究目前在國際上尚屬空白.重治輕防是荒漠化危害未能得以根治的主要原因.荒漠化預警系統(tǒng)將預警原理與荒漠化發(fā)生的生態(tài)學機制相結合,從自然和社會角度,發(fā)現警情,尋找荒漠化的動力因子,即警源,并落實到便于監(jiān)測的預警指標體系,但是,由于荒漠化受各種各樣復雜的因子制約,其發(fā)展方向與表現特征各不相同,且又具有明顯的地帶性,這就造成了荒漠化評價基線的多元化,尚需繼續(xù)深入研究,更加量化地跟蹤荒漠化發(fā)生、發(fā)展動態(tài),即警