本文发表于《中国水土保持科学》2024年第22卷第3期“荒漠化防治科学与工程”栏目。
基于高分辨率遥感影像分析2008—2021年间宁夏白芨滩流动沙丘在7个时段的移动速率，利用GEE获取研究区各时段的多个环境因子数值，再采用Canoco的冗余分析揭示各环境因子对沙丘移动速率的贡献率。
白芨滩国家级自然保护区地处毛乌素沙地西南部的宁夏灵武市境内，2000年4月被国务院确定为国家级自然保护区(E 106°20′22″~106°37′19″, N 37°49′05″~38°20′54″)，平均海拔1 200 m以上，总面积748.43 km2。
白芨滩自然保护区属大陆性季风气候，主导风向冬季为西北风，夏季为东南风，气候特点四季分明、春迟秋早、干旱少雨、蒸发量大、温差较大、日照充足、风沙天气较多，多年平均气温10.40 ℃，多年年均降水量200 mm左右，全年日照时间3 011 h，多年平均蒸发量近2 000 mm，多年年均风速2.5 m/s。
研究区位于自然保护区中部，面积270 km2。区域内沙丘广泛分布，沙丘类型主要为新月形沙丘链或格状沙丘，地貌景观以自然的流动沙丘和人工种植柠条等固沙灌木后形成的固定半固定沙丘交错构成。生长的植被为多年人工治沙直接或间接成果，常见的有柠条(Caragana korshinskii)、沙芥(Pugionium cornutum)、沙米(Agriophyllum squarrosum)、花棒(Corethrodendron scoparium)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)等。
研究区示意图
讨论：
1.各环境因子对沙丘移动的控制效应分析
本研究印证风是决定沙丘移动速度的主要因子，而其他几个环境因子的贡献率不高。以往研究表明植被通过增加地表粗糙度，削弱近地表层风速，迫使沙丘移动减慢或终止，但本研究的植被贡献率仅为6.7%，此低贡献率可能与FVC整体偏低有关。沙丘地可依据FVC大小划分为：流动沙丘地(0＜FVC＜5%)、半流动沙丘地(6%＜FVC＜20%)、半固定沙丘地(21%＜FVC＜50%)、固定沙丘地(51%＜FVC＜1)。根据以上划分方法，本研究区整体处于半流动沙丘类型(仅有2个时段的FVC略高于20%)，且样地内植被分布不均，＜5%的流动沙丘面积所占比例＞40%，因此FVC的贡献率较低。
沙丘表层土壤水分含量越高，其抗风蚀能力越强。降水后沙丘沙的渗透性极强，且沙丘表面蒸发量大，因此降水对沙丘表面可蚀性的增强作用主要发挥在降水后的几天内；降雨也通过增加土壤含水量促进植物生长间接降低沙丘的移动，但由于本研究区样地内FVC偏低甚至无植被，所以降水通过植被影响沙丘移动的作用可忽略，由此解释2008—2021年间研究区降水量对沙丘移动速率的影响极小。
2.沙丘的地温—水分—抗蚀—移动四者间的联动关系
本研究中2015-7-31—2019-10-30和2019-10-31—2020-1-11这2个时段，后一时段的RDP远大于前一时间段(21.25 UV>9.29 UV)，则沙丘移动速率应大于前一时段。但因白芨滩自然保护区沙丘地的冻结期为11月中旬至翌年3月上旬，后一时段的地温大部分时间都在0 ℃以下，致使沙丘地表的土壤水变为固态，且地温可通过影响土壤水分含量和土壤水分状态(液态或固态)控制沙丘表面的可蚀性，沙丘表面冻结后其易蚀沙源量大大减少，因此即使后一时段RDP较高，其沙丘移动速率仍与前一时段的基本相同(相差5 cm/a)。综上，沙丘的地温—水分—抗蚀—移动四者间为层层递进式的控制，地温长时段在0 ℃以下时，即季节性冻结期内地温可能是沙丘移动速率的另一关键决定因子。
结论：
1) 2008—2021年间，宁夏灵武市白芨滩自然保护区流动沙地沙丘脊线总长度逐步减少，沙丘脊线平均长度随脊线数的减少而增大，表明沙丘在多年移动过程中发生了合并。
2) 沙丘平均移动速率随沙丘的合并逐渐减慢，由2008年的5.62 m/a降至2021年的4.64 m/a。
3) 沙丘高度、宽度和沙丘缺陷密度是影响沙丘移动速率的内因，沙丘高度宽度与移动速率均呈极显著的线性负相关关系，而缺陷密度与之呈极显著的线性正相关关系(P＜0.01)。
4) 基于Canoco的分析表明RDP是唯一对白芨滩流动沙丘移动有显著控制作用的外因，贡献率达78.7%。但在季节性冻结期内，地温可能是影响沙丘移动速率的另一关键外因。
沙丘移动速率与宽度、高度的关系
沙丘移动速率与缺陷密度的关系
沙丘移动速率与合成输沙势的关系
各环境因子对沙丘移动速率的贡献
王军川, 逄红, 王瑞霞, 马国栋, 靳磊, 张萍. 基于GEE和Canoco的沙丘移动速率及其内外控制因子贡献率分析[J]. 中国水土保持科学, 2024, 22(3): 93-99. DOI: 10.16843/j.sswc.2022002.
WANG Junchuan, PANG Hong, WANG Ruixia, MA Guodong, JIN Lei, ZHANG Ping. Analysis of dune movement rate and contribution rates of internal and external factors based on Google Earth Engine and Canoco[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2024, 22(3): 93-99. DOI: 10.16843/j.sswc.2022002.
国家自然科学基金“灌丛沙丘衰亡的地貌- 生态过程研究”(42071015)
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