近年来，荒漠化已成为当今全球和中国可持续发展所面临的重大生态环境问题之一。“荒漠化”是指由于气候变异和人类活动在内的各种因素引起的干旱、半干旱和亚湿润地区土地退化的一种现象^[1]。“丝绸之路经济带”是在古丝绸之路概念上形成的一个新的经济发展区域，横跨亚、欧、非3个大陆69个国家 (地区)，东西连接太平洋、波罗地海和大西洋。其沿线地区尤其是第二亚欧大陆桥中段生态环境十分脆弱，荒漠化问题突出。截至2014年，我国荒漠化土地面积约261.16万km²，占国土面积的27.20%。当前对干旱地区荒漠化的研究很多，例如：韩旭等^[2]分析研究中亚地区1989—2009年荒漠化的发展趋势；刘爱霞^[3]对中国及中亚整个地区1995—2001年的荒漠化动态变化进行深度分析；鄢雪英等^[4]在参考已有的荒漠化监测方法上确立荒漠化监测范围并探究其动态变化。目前荒漠化监测的方法在不断革新，手段较多^[5-6]。国外早在20世纪70年代就利用遥感技术进行荒漠化监测^[7-8]，且多采用NOAA卫星AVHRR数据，而MODIS数据具有较高时间分辨率的优点，适合大尺度、周期性的研究^[9]。目前关于丝绸之路沿线地区整体生态环境格局与分异规律的研究成果较少，且多从探究丝路文明兴衰演替原因角度介入生态环境和自然灾害研究^[10-12]；因此，本文分析了2000—2014年丝绸之路经济带沿线典型地区荒漠化的变化趋势，这对绿洲调控与建设可持续的丝绸之路经济带具有重要战略意义。

本文中的丝绸之路经济带沿线典型地区仅包括中国西北5省 (新疆、青海、陕西、甘肃、宁夏) 和中亚5国 (乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦)。地理位置E 46°45′~111°15′，N 31°39′~52°33′，总面积约700万km²。其地处欧亚大陆腹地，远离海洋，气候干燥，气温日较差、年较差较大，大多属于干旱、半干旱气候类型区。年降水量从东部400 mm减少到西部200 mm，咸海及中亚西部年降水量仅75~100 mm。西北5省植被覆盖低，地形以高原、盆地为主，还包括戈壁、绿洲、冰川等地貌类型，其中塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地、黄土高原区等都是荒漠的重要分布区。中亚5国多以分布在里海到天山山地之间的草原和荒漠、半荒漠土地为主，其中还分布着中亚面积最大的克孜勒库姆沙漠和卡拉库姆沙漠^[13]。哈萨克斯坦领土面积的60%均为荒漠和半荒漠；乌兹别克斯坦国土面积中的3/4分布着草地、沙漠及半沙漠；土库曼斯坦国土面积的80%为沙漠覆盖；塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦属高山国家，因而荒漠土地较少^[14-15]。

本研究所使用的MODIS数据是来自于美国的NASA网站所提供的MOD13Q1级产品 (http://ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html)，该数据可描述陆地表面的生物物理特征及进程，包括初级生产和荒漠化等领域^[16]。归一化植被指数 (NDVI) 可对地表植被覆盖的变化趋势产生一定的影响^[17]。笔者选取植被长势最好的7月份为研究时段，时间范围为2000、2005、2010、2014年的第193天，时间分辨率为16d，空间分辨率250m×250m。全区覆盖h20v03、h20v04、h21v03、h21v04、h21v05、h21v06、h22v03、h22v04、h22v05、h22v06、h23v03、h23v04、h23v05、h24v04、h24v05、h25v04、h25v05、h26v04、h26v05、h27v05共20个区域，80幅影像。其他辅助数据包括研究区边界矢量图等。

笔者利用ENVI 5.1软件进行图像镶嵌、投影转换等处理，采用Band Math工具计算NDVI和植被覆盖度 (VC) 并通过决策树方法进行分级。最后，基于行政边界矢量数据获取研究区荒漠化分布图，再根据像元数统计荒漠化土地面积及其变化数据。

植被指数是代表植被覆盖和长势状况等的重要指示因子，可从侧面反映绿色植被生长状况和分布^[18]。而归一化植被指数对植物生长状态及空间分布较为敏感，可作为监测和探究荒漠化程度的标准之一，为植被覆盖度等生态参数提供估量和探究。其计算公式为

式中：NIR为近红外波段，R为红波段，NDVI值在-1和1之间。

植被覆盖度是由植被冠层的垂直投影面积与土地总面积之比所得，可反映植被状况^[19]。通过多年卫星遥感图像分析，可对荒漠化过程和植被状况进行有效监测^[20]。而NDVI与植被盖度具有较强的正相关关系，由此本文利用归一化植被指数估算植被覆盖度：

式中：NDVI为所求像元的植被指数；NDVI_min为影像内最小植被指数，一般为裸地像元的最小值；NDVI_max为影像内最大植被指数，一般为纯植被覆盖像元的最大值。

一个地区的荒漠化程度与植被覆盖率有直接的负相关关系，荒漠化程度越高，植被盖度越低。笔者参考现有的荒漠化土地划分标准与方法^[21-23]，结合丝绸之路经济带沿线地区荒漠化生态特点和成因，将研究区土地荒漠化程度划分为以下5个分级 (表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 荒漠化等级及其所代表地理景观特征表现 Table 1 Desertification classes and their corresponding geographical landscape characteristics 分级 Classification 荒漠化程度 Desertification degree 植被盖度 Vegetation coverage 地理景观特征表现 Geographical landscape characteristics Ⅰ 非荒漠化 None desertification > 0.6 土地表面基本被植被覆盖，植被旺盛。Land surface is almost covered by vegetation and the vegetation is blooming. Ⅱ 轻度荒漠化 Light desertification 0.5~0.6 固定、半固定沙地，流沙呈斑点零星分布。Fixed and semi-fixed sand, and quicksand spots scattered. Ⅲ 中度荒漠化 Moderate desertification 0.35~0.5 流沙占20%~40%，植被不能覆盖整个沙堆。Quicksand accounted for 20%-40%, and the vegetation cannot cover the sand. Ⅳ 重度荒漠化 Severe desertification 0.25~0.35 土地基本失去生产力，整个荒漠化地区呈现半流动状态。Land lost its productivity forces, and the areas of desertification present half a flow state. Ⅴ 严重荒漠化 Extremely severe desertification 0.18~0.25 土地已无生产力，呈现风蚀、水蚀荒漠景观。Land has no productivity, and there is wind erosion, water erosion in desert landscape. Ⅵ 水域Water < 0.18 包括固态、液态的河流、湖泊、冰川等。Including solid and liquid rivers, lakes, glaciers and so on.

表 1 荒漠化等级及其所代表地理景观特征表现 Table 1 Desertification classes and their corresponding geographical landscape characteristics

在采用ENVI 5.1图像处理软件的决策树分类功能基础之上对研究区进行荒漠化程度分级，最后得到4期的丝绸之路经济带沿线地区的荒漠化分布图 (图 1)。

图 1(Figure 1)

图 1 2000、2005、2010和2014年丝绸之路经济带沿线典型地区荒漠化分布图 Figure 1 Desertification distribution map along the Silk Road Economic Zone in 2000, 2005, 2010, and 2014

由图 1可知：中亚地区不同程度荒漠化土地由西南的严重、重度荒漠化向东北部轻度荒漠化呈递减的条带状分布，且不断向哈萨克斯坦的北部地区推移；中国西北荒漠化程度则由西向东部依次减弱并呈带状分布，严重荒漠化土地占比较大，集中分布在塔里木、吐鲁番和柴达木3大盆地中，并以宁夏、甘肃和陕西的北部地区荒漠化土地的减少为主要变化区域。

严重、重度荒漠化土地多分布在里海中部沿岸到咸海以东的地区、土库曼斯坦南部、新疆塔里木盆地和吐鲁番盆地以及青海柴达木盆地，2014年期间，咸海大面积萎缩，形成新的荒漠化土地，但咸海以东地区的严重荒漠化土地有所减缓；中、轻度荒漠化主要分布在哈萨克斯坦中、北部地区、中国与中亚相接壤的沿线地区、青海中东部以及甘肃东部沿线地区。

从表 2可知，2000—2014年研究区荒漠化土地面积总体呈增加趋势，面积由659万6 979.88 km²增加到669万5 892.14 km²，增加量为9万8 912.26 km²和年增长率为0.11%，荒漠化面积增加主要是以中亚的严重和重度荒漠化土地的转入为主。2000—2005年，严重荒漠化土地面积由204万6 611.19 km²缩减至166万4 618.69 km²，减少幅度较大，重度、中度荒漠化土地面积则有所增加，增长率分别为2.56%和2.21%；200—2010年，严重荒漠化较重度、轻度荒漠化土地而言增幅较大，年增长率为0.33%，中度荒漠化面积略有减少，总荒漠化面积仍有增加；2010—2014年，严重荒漠化面积持续增加，年增长率为3%，而重度、中度、轻度荒漠化程度减轻，总荒漠化程度呈好转趋势。

表 2(Table 2)

表 2 丝绸之路经济带荒漠化程度面积 Table 2 Areas of desertification in the Silk Road Economic Zone km2 年份 (地区) Year (Region) 严重荒漠化土地 Extremely severe desertification 重度荒漠化土地 Severe desertification 中度荒漠化土地 Moderate desertification 轻度荒漠化土地 Light desertification 非荒漠化土地 None desertification 水域 Water 2000(中国China) 1 447 548.81 736 106.06 417 697.44 188 330 633 329.94 87 251.38 2000(中亚Central Asia) 599 062.38 1 676 203.06 1 074 183.69 457 848.44 711 439.81 120 699.75 2005(中国China) 1 335 094.69 753 965.5 437 843.25 208 199.75 681 542.94 93 617.50 2005(中亚Central Asia) 329 524 1 983 549.31 1 226 159.81 376 248.13 601 618.44 122 332.38 2010(中国China) 1 301 691.5 677 293.06 430 687.25 234 135.06 775 563.56 90 893.19 2010(中亚Central Asia) 390 234.88 2 070 302.94 1 231 609.69 368 423.06 464 410.19 114 451.31 2014(中国China) 1 334 479.69 694 368.13 396 343.31 235 835.13 777 248.38 71 989.00 2014(中亚Central Asia) 569 557.44 1 949 567.06 1 169 611.94 346 129.44 519 605.81 84 965.44

表 2 丝绸之路经济带荒漠化程度面积 Table 2 Areas of desertification in the Silk Road Economic Zone

由表 3和图 2可知，荒漠化土地主要向中度、重度荒漠化转移占比较大，转移面积为62万4 262.73 km²、60万0 342.57 km²。其中，中度荒漠化土地主要由重度、轻度荒漠化土地向其转移，而重度荒漠化的土地主要由严重、中度荒漠化土地的向其转移；分析不同荒漠化程度间的相互转移可得，中度、轻度荒漠化向严重、重度荒漠化转移31万9 105.04 km²，而严重、重度荒漠化土地向中度、轻度荒漠化土地转移26万5 078.83 km²；分析荒漠化、非荒漠化两者的转移可得，荒漠化向非荒漠化共转移26万6 497.67 km²，而非荒漠化向荒漠化则共转移30万8 289.73 km²。这表明荒漠化面积有所增加，生态环境呈恶化趋势。

表 3(Table 3)

表 3 2000—2014年荒漠化地区转移面积矩阵 Table 3 Matrix of transferred desertification area during 2000—2014 km2 相关 Correlation 年份区间 Year interval 严重 Extremely severe 重度 Severe 中度 Moderate 轻度 Light 非荒漠化 None desertification 水域 Water 合计 Summation 2000—2005 — 68 640.38 4 849.25 932.96 739.18 32 487.62 107 649.39 严重Extremely severe 2005—2010 — 160 805.8 295 792.84 18 878.05 7 345.51 8 671.3 491 493.5 2010—2014 — 218 405.49 719 344.45 242 032.81 149 189.66 4 369.75 1 333 342.15 2000—2014 — 122 559.42 3 740.48 693.67 616.45 56 212.56 183 822.58 2000—2005 385 026.61 — 238 892.99 18 917.92 7 616.09 6 843.53 657 297.15 重度Severe 2005—2010 20 945.21 — 1 876.98 666.52 1 078.82 105 113.42 129 680.94 2010—2014 127 427.61 — 292 209.38 11 665.57 4 307.13 10 660.86 446 270.55 2000—2014 269 654.87 — 295 792.84 18 878.05 7 345.51 8 671.3 600 342.57 2000—2005 9 312.32 277 109.64 — 220 728.79 119 968.98 3 362.36 630 482.09 中度Moderate 2005—2010 4 911.55 275 075.86 — 173 168.96 103 305.77 2 798.88 559 261.03 2010—2014 6 339.14 232 462.95 — 175 856.65 61 846.01 3 303.38 479 808.13 2000—2014 10 265.03 218 405.49 — 242 032.81 149 189.66 4 369.75 624 262.73 2000—2005 1 534.54 16 196.27 164 666.33 — 150 932.09 894.54 334 223.77 轻度Light 2005—2010 932.37 16 967.27 190 609.87 — 138 517.74 971.33 347 998.58 2010—2014 1 078.45 10 467.83 164 438.04 — 150 286.51 1 002.19 327 273.01 2000—2014 2 121.26 34 287.05 153 526.46 — 151 138.11 1 304.43 342 377.31 2000—2005 1 192.48 8 096.98 71 428.37 145 835.78 — 1 098.41 227 652.02 非荒漠化None 2005—2010 836.31 5 629.96 58 598.54 146 719.69 — 1 309.95 213 094.46 desertification 2010—2014 1 031.76 9 129.76 99 553.7 155 940.89 — 1 331.53 266 987.63 2000—2014 2 825.93 22 773.03 105 685 135 213.71 — 1 575.06 268 072.73 2000—2005 38 194 8 187.94 3 072.52 923.03 1 296.7 — 51 674.19 水域Water 2005—2010 30 575.55 5 292.73 1 948.62 608.77 810.34 — 39 236.01 2010—2014 18 070.18 3 758.46 1 951.62 725.12 1 125.99 — 25 631.37 2000—2014 20 945.21 3 928.09 1 876.98 666.52 1 078.82 — 28 495.62

表 3 2000—2014年荒漠化地区转移面积矩阵 Table 3 Matrix of transferred desertification area during 2000—2014

图 2(Figure 2)

图 2 2000—2014年荒漠化动态变化图 Figure 2 Dynamic change map of desertification during the year 2000—2014

2000—2014年荒漠化稳定地区主要分布在塔里木盆地、准噶尔盆地、哈萨克斯坦南部地区和与其接壤的乌兹别克斯坦北部地区；哈萨克斯坦北部沿线地区、中亚与中国接壤的中部沿线地区从轻度荒漠化到严重、重度和中度荒漠化的转移较多；咸海地区从水域到严重、重度荒漠化的变化显著；宁夏、陕西的中北部地区，甘肃的东部边缘地区的严重荒漠化到重度、中度荒漠化，重度荒漠化到中度、轻度荒漠化转移较多，荒漠化恶化现象显著。

本文利用MOD13Q1数据对丝绸之路经济带沿线典型地区的荒漠化信息进行提取，统计2000、2005、2010和2014年的荒漠化动态变化情况，通过分析不同时期和不同荒漠化程度的土地面积得出其分布特点和规律，不仅为今后荒漠化的相关研究提供借鉴和参考，还对该地区荒漠化的治理提供合理的依据。丝绸之路经济带沿线地区荒漠化的形成是多种复杂的要素导致的，而研究表明，人类不合理的经济和社会活动与脆弱的自然条件耦合是土地荒漠化发生并扩展的主要原因。

丝绸之路经济带沿线典型地区位于亚欧大陆腹地，距离大洋遥远，是造成该地区降水稀少、气候干燥的首要原因。在干旱、半干旱地区，气温升高造成极强的蒸发量，导致土壤水分散失加快、地表植被稀少，从而引起局部地区沙化。而中国西北干旱区气候脆弱性和全球变暖改变了区域水量平衡和水资源分布进而加重当地的干旱化程度和脆弱的生态环境^[24]。

20世纪70—90年代末，人口急增并对自然资源的无限索取导致荒漠化土地的发展。而植被格局是研究生态系统结构和防治水土流失的关键^[25]。近年来，农田垦和大片森林、草地破坏，加之超载放牧造成土壤侵蚀严重。例如，近20年哈萨克斯坦森林面积减少11.3万hm²，年减少率为0.17%，而新疆约有80%的草场存在不同程度的退化。水资源的利用不合理，使得咸海、巴尔喀什湖等大面积干涸，发展成为新的沙源地。新疆的许多内陆河流也遭到不同程度的破坏。例如孔雀河和玛纳斯湖，现已全部枯竭形成荒漠；新疆最大的塔里木河年径流量达449.8亿m³，现中游仅余9.5亿m³，减少81%，使得下游河流断流。

丝绸之路经济带是建立在生态文明复兴上的经济带、文明带，荒漠化会阻碍该地区发达的农牧业乃至丝绸之路经济带战略的实施。今后，该地区的生态防治应朝着荒漠化防治的方向推进，这不仅是响应“建设丝绸之路经济带”号召，更是社会可持续发展的迫切之需。