一、引言

土地荒漠化是当今世界面临的最大环境—社会经济问题之一，而沙漠化作为荒漠化的主要类型，严重威胁着全球生态环境与人类可持续发展。自历史时期以来，鄂尔多斯高原经历了不同阶段的沙漠化过程。学界对上述区域不同历史阶段沙漠化过程的研究，形成了气候变化主导说、人类活动主导说以及气候与人类活动共同影响说，且各有支持者。出现这些争议的主要原因之一是对历史时期沙漠化研究的量化分析成果较少，现代沙漠化研究方法没有恰当地引入到历史时期沙漠化研究中。

目前，主成分分析、线性回归分析、生态系统耦合模型等方法在现代沙漠化研究中应用广泛，并取得了较好的研究结果，但这些方法只应用在近几十年来的时间尺度内，致使进一步认识沙漠化的长期演变过程受到一定限制。因此，利用收集整理的历史资料，结合现代沙漠化模型进行定量分析，不仅有益于突破目前历史时期沙漠化研究的瓶颈，澄清学界有关鄂尔多斯高原历史时期沙漠化问题的分歧，也能为现代沙漠化治理政策的制定提供借鉴。

二、数据与方法

1.研究区概况

鄂尔多斯高原处于内蒙古自治区、陕西省、宁夏回族自治区交界地带，主体部分位于鄂尔多斯市，分布有库布齐沙漠、毛乌素沙地，目前沙漠总面积约6.08×104km2。为保持沙漠化区域的整体性，方便数据的定量化处理与分析，本文选择的研究区为内蒙古自治区鄂尔多斯市及陕西省榆林市（36°49'-40°53'N，106°27'-111°27'E），总面积13.03×104km2（见图1）。鄂尔多斯高原年均气温由北部5.5℃向南递增至9.6℃，年均降水量由东南490mm向西北递减到170mm，主风向偏西北风，平均风速2.1-3.3m·s-1。

研究区位于东亚季风边缘，明显带有过渡带、敏感带、生态交错带的景观特征，是沙漠化的典型区域之一，对气候变化及人类活动响应较为敏感。

2.研究方法

2.1思路和方法

本研究拟采用多元线性逐步回归分析法，筛选自然和人类活动等驱动因子，建立沙漠化面积计算模型。在此基础上，将收集的历史文献资料代入模型，进而反推历史时期鄂尔多斯高原沙漠化的面积。再结合植被净第一生产力（Net Primary Productivity）模型反演纯自然状态下该区域沙漠的潜在变动，其后将两种模型结果综合，即可分析历史时期沙漠化过程及驱动力机制。

2.2现代模型的建立及历史时期的反演

前期研究中，作者根据多元线性逐步回归分析法，建立了鄂尔多斯高原现代沙漠化的初步模型：

Y=-0.2P+0.23Q+79.67（R2=0.722，p值<0.001）

在该模型中，年降水量（P）、乡村人口数量（Q）是影响鄂尔多斯高原沙漠化面积（Y）的重要因素。现代气候数据来源于国家气象信息中心—中国气象数据网；人类活动数据来源于榆林市统计年鉴、鄂尔多斯市统计年鉴及相关国民经济和社会发展统计公报。将清代以来与现代模型对应的数据代入上文所建模型，即可反推历史时期鄂尔多斯高原的沙漠化过程。需要说明的是，1986年以来的沙漠化面积是采用遥感影像数据逐年解译的结果。

2.3驱动力分析方法

植被净第一生产力模型，即生产力模型，指植物在单位面积内一定时间所积累的有机物数量，能指示自然背景下土地覆盖变化过程。目前植被净第一生产力模型包括气候生产力模型、生物地球化学模型、生态遥感模型等。与其他模型相比，气候生产力模型为数理统计模型，存在不同区域参数误差较大的可能性，但对于沙漠化记录较少的历史时期而言，该模型具有坚实的数学基础与数据参数要求较简便的优势。该模型应用于鄂尔多斯高原单一研究区，区域内部气候差异小，参数误差是可以接受的。周平等研究表明，在众多植被净第一生产力模型中，周广胜提出的气候生产力模型，以下称为周广胜模型（见表1），其模拟结果的标准差较小，是对中国草地模拟效果较好的模型之一。因此，本研究选择周广胜提出的模型模拟清代以来鄂尔多斯高原自然条件下的沙漠化过程。

在上述模型中，参数需要的原始数据为年降水量、年平均生物温度数据。因此，在整理年气候数据时，需要计算鄂尔多斯高原年平均生物温度变化过程。其中，年平均生物温度（BT）计算公式为：BT=∑T/12，其中T为＞0℃且＜30℃的月平均气温。由于生物温度计算需要逐月平均气温，而收集到的气温资料为年数据，时间上不匹配。为解决该问题，本文采取方法如下：依据整理的清代以来鄂尔多斯高原年平均气温变化数据，利用现代多年逐月平均气温与多年平均气温数据计算二者逐月比值，将鄂尔多斯高原年平均气温与逐月比值相乘，即可得到清代以来鄂尔多斯高原逐月平均气温变化值。再依据模型，计算NPP模拟值。以NPP模拟值指示历史气候变迁条件下沙漠化过程，通过与重建的沙漠化过程比较，分析清代以来鄂尔多斯高原沙漠化驱动力机制。

2.4两种模型所需数据及处理方法

研究区清代以来的气候数据，来源于树木年轮的重建结果。其中气温数据来自于黄土高原夏季温度的重建结果；而降水数据选取的是内蒙古河套地区树轮的重建结果。由于树轮重建的温度数据为月数据，研究所需数据为年数据，因此需要对原始数据进行处理。具体方法如下：

首先对重建序列当地的实测月气温与年平均气温数据计算二者比值x1，同时计算气候序列当地年平均气温与鄂尔多斯高原年平均气温之差x2，依据“重建气温÷x1-x2”的公式，将重建气候数据代入计算。但是，由于目前已有数据是黄土高原西部的气温重建结果，与鄂尔多斯高原实测年平均气温尚存在差异。为了获取更为准确的结果，利用鄂尔多斯高原1986-2011年平均气温与上述所得年均温序列相除得到固定比值x3，最终依据“（重建气温÷x1-x2）*x3”的公式重建清代民国时期鄂尔多斯高原的温度序列。采用近30年的计算结果与实测数据进行对比，发现二者非常接近，可见利用这种计算方法是可靠的（见图2）。

清代榆林地区人口数量的统计，来源于地方志的相关记载，但清前期相关记载中的人丁作为纳税单位，并非真实人口数量。据薛平拴对清代陕西人口的分析，顺治至康熙初年人口增长率可能高达10‰，本文以此作为清前期人口推算标准。乾隆以后，由于陕西省境内保甲制度的推行，人口数量的统计数据较为真实，故可以结合史料记载与前人研究，来估算这一时期的人口数量。在相关历史文献中，缺乏清代鄂尔多斯地区人口数量的直接记载，郝文军对此进行了估算。民国时期榆林、伊克昭盟的人口数量已有较为详细的统计数据，但由于数据不完全连续，因此作者对该区域内人口缺失值，按照人口自然增长率进行了插补，从而获取民国时期不同时段的人口数量。此外，由于清代民国时期鄂尔多斯高原城市人口较少，榆林地区城镇人口不过5%，伊克昭盟不到1%，因此高原总人口数量可以看作是乡村总人口数量。

三、结果与分析

1.清代以来鄂尔多斯高原气候重建

在宋慧明、刘禹等重建的鄂尔多斯高原周边近300年气候变化曲线基础上，结合现代器测气候资料，本研究重建了清代以来鄂尔多斯高原年平均气温及年降水量（见图3）。

可以看出，清代以来的370年间，鄂尔多斯高原经历了5次气候温暖期（图中白色阶段）、5次气候寒冷期（图中灰色阶段）。从11年滑动平均曲线来看，1640—1715年、1825—1850年、1865—1910年、1935—1960年、1980—1990年为气温相对寒冷期。1640—1715年是历时最长的寒冷期。1715—1825年、1850—1865年、1910—1935年、1960—1980年、1990—2015年为鄂尔多斯高原相对温暖期，其中1715—1825年为清代历时最长的温暖期，气候变暖为农业发展提供了有利条件，研究区在这一时期进入了一个土地开垦发展期。除了20世纪90年代以来的温暖期年平均气温一度超过9.5℃，其他温暖期均低于这一水平。重建的清代以来鄂尔多斯高原年平均气温序列与中国西北、华北地区过去300年气温变化较为吻合。

清代以来鄂尔多斯高原降水量有明显的区域变化特征，图中白色阶段表示降水较多时期，灰色阶段表示降水较少时期。对降水量曲线进行11年滑动平均后，降水量处于波动相对低值的时段有1627—1646年、1721—1767年、1775—1798年、1806—1816年、1841—1858年、1886—1907年、1918—1934年、1966—1979年、1995—2005年。降水减少与旱灾同步，如1627—1646年降水较少时段对应明末大旱，研究区有“崇祯二年（1629）四至七月不雨”、“三年（1630）府谷岁荒、常乐堡大旱”、“四年（1631）榆林连年旱”等记载。11年滑动平均后降水量高于平均值的有1647—1672年、1684—1720年、1768—1774年、1799—1805年、1817—1840年、1859—1885年、1907—1917年、1935—1965年、1980—1995年、2005年至今。在1647—1672年降水量较多时段内，出现了“康熙元年（1662）榆林淫雨弥月”“康熙三年（1664）府谷大雨数日”的记载。此外，1875—1878年“丁戊奇荒”席卷北方引起严重干旱，但从研究区降水量来看，该事件表现并不强烈，反而开垦规模呈扩大之势。近年来，研究区年降水量呈现增加的趋势，这与葛全胜等利用集成高分辨率气候代用证据重建的中国东部地区过去300年降水变化阶段有明显的一致性。气温和降水在年代纪尺度并没有严格遵循季风区暖湿和冷干的配置模式，而是呈现了多种模态。

2.清代以来人口数据的重建

将整理的清代民国人口数据与统计年鉴提供的1949—2015年乡村人口数量相结合，本研究重建了清代以来鄂尔多斯高原乡村人口数量（见图4）。

图4中可以看出，清代以来鄂尔多斯高原乡村人口数量可以大致分为四个阶段：第一阶段为1650—1850年，清朝建立后该区域社会开始稳定，人口逐渐增长，200年间人口数量从37.8万增加到123万。第二阶段为1851—1932年的人口数量低谷阶段，由于同治、光绪年间战争、灾害等原因影响，1884年鄂尔多斯高原人口下降到97.59万；清末民初陕北、晋北、宁夏等地区汉族移民进入鄂尔多斯地区，但由于该区域蒙古族人口减少及20世纪20年代的大旱，人口增长缓慢，1932年人口为104.23万。第三阶段为1932—1995年的乡村人口急剧增长阶段，随着社会安定与防灾能力提高，该区域人口数量增长到325.32万，较前一阶段人口增加了3倍多。第四阶段为1996—2015年，由于我国改革开放不断深入，伴随社会主义市场经济体制的建立，加速了该区域的城市化进程，使大量乡村人口向城市迁移并转变为城市人口，乡村人口逐渐减少，2015年乡村人口数量为208.01万。

3.清代以来鄂尔多斯高原沙漠化过程重建

将上文获取的清代以来鄂尔多斯高原年降水量数据与乡村人口数据代入沙漠化模型，即可得到清代以来鄂尔多斯高原沙漠化面积变化数据及趋势（见图5）。

根据图5所示，1650—2015年，鄂尔多斯高原沙漠化面积整体呈现增加—减少—增加—减少的变化趋势。1650—1920年，该区域沙漠化面积在波动中缓慢增加，沙漠化面积平均值为34226.23km2，增加速率为55.79km2·a-1，而在1820—1870年间，沙漠化面积为49109.42km2，为清代鄂尔多斯高原沙漠化面积高值时期，其增加速率为600.1km2·a-1。1920—1945年，沙漠化面积在波动中逐渐降低，平均值为18819.77km2。其中，1921年沙漠化面积达97369.32km2，1926年沙漠化面积仅有8309.45km2。短时间内该区域沙漠化面积的变化剧烈，主要是由于该阶段气候由极端干旱向湿润过渡，降水变率大。1945—2000年，沙漠化面积呈现急剧增长趋势，平均值为68023.7km2，平均增长率为1001.05km2·a-1。2000年以后鄂尔多斯高原沙漠化趋势发生明显逆转，沙漠化面积平均值为63034.67km2，平均减少率为2280.84km2·a-1。2012年沙漠化面积42652.9km2，为近30年来沙漠化面积最低值。

4.利用历史文献对沙漠化重建结果进行验证

为了对模型重建结果进行验证，作者检索了清代至民国该区域文献中关于沙漠化的相关记载，提取沙尘天气、流沙扩展等相关数据。由于文献资料来源复杂，且多以前代文献为基础进行增补，文字重复传抄现象较为明显，如乾隆《河套志》部分记载来自《秦边纪略》，因此需要比较该区域不同文献对沙漠化的记载，并排除重复内容。最后，本研究依据文献记载时间、作者生平与文献刊印时间的顺序，进而确定发生沙漠化的年份，从而获得不同时代沙漠化记载78条（文献摘录见表2）。在清代文献中，1661—1780年有关鄂尔多斯高原沙漠化的相关记载缓慢增加，大部分时间记载数量在3条以下，模型重建也证明这一时段沙漠化面积是缓慢增加的；在1780—1850年，该区域沙漠化记载数量持续增加，其中1783—1843年超过30条，为记载数量最多时期，这一时期也是模型重建沙漠化面积高值时期；1850年至清末，相对前一阶段减少到10条，也与模型重建沙漠化面积低值相匹配。民国时期，文献中有关鄂尔多斯高原沙漠化的相关记载有21条，集中在20世纪30年代前后。图5表明20世纪20年代也是沙漠化较为严重的时期，然而这一时期的记载并不多，原因在于这一时期鄂尔多斯高原正逢大旱，民生凋敝，人口锐减，加之民国南京中央政府成立不久，对于边疆地区还无暇顾及。直到20世纪30年代，政府权力巩固，并倡导修志，其后文献中沙漠化的相关记载才多起来。总之，清代以来该区域文献中沙漠化的记载不断，呈现了阶段性的特征。这些记载基本与模型重建的沙漠化过程具有时间同步性，也与地层剖面记录相一致，多方面说明清代以来经历的沙漠化过程。

5.植被净第一生产力模拟值重建与沙漠化驱动力分析

目前气候变化与人类活动作为沙漠化的主要驱动力已得到公认。植被净第一生产力直接反映植被生产力变化，是植被覆盖的显著指标。由于沙漠化最显著的特征之一就是植被覆盖减少，因此植被净第一生产力模拟值可以反演纯气候背景下的沙漠化演化过程，并通过与实际沙漠化过程比较，即建立二者斜率曲线，可以分析不同阶段沙漠演化过程中气候变化与人类活动的相对作用。当二者斜率比值大于1时，气候波动更显著，说明该时期气候变化是沙漠化过程的主导因素。反之，说明人类活动为沙漠化主导原因。

将重建的年降水量数据与年平均生物温度数据代入周广胜模型，建立自然条件下清代以来鄂尔多斯高原植被净第一生产力模拟的沙漠化面积，通过比较植被净第一生产力模拟值与多元线性回归模型计算的沙漠化面积之间的差异并建立斜率比值曲线（见图6），分析清代以来鄂尔多斯高原沙漠化驱动机制。

由图6可以看出，植被净第一生产力模拟曲线与沙漠化面积曲线总体呈反比例关系，说明植被覆盖程度与沙漠化过程有紧密联系；斜率比值的变化说明气候变化与人类活动在清代以来鄂尔多斯高原沙漠化不同阶段发挥作用的比重不同。1650—1805年斜率比值为1.01，说明气候因素在这一阶段沙漠化过程中起了主导作用，但人类活动的作用也不容忽视。1805—1911年斜率比值为0.36，说明这一阶段人类活动强烈影响了沙漠化进程。1912—1948年斜率比值为1.39，表明气候因素在这一阶段沙漠化过程中起了主导作用。1949—1979年斜率比值为0.42，表明该阶段人类活动是影响沙漠化面积的主导因素。

1980—2000年斜率比值为0.94，说明人类活动虽然还是影响沙漠化的主导因素，但气候变化对沙漠化的作用也在不断加强。2001—2015年二者斜率比值为1.59，说明气候变化超过人类活动的影响程度，成为21世纪前15年沙漠化过程中的决定性因素。当前，鄂尔多斯高原普遍绿化的现象很大程度上与全球变暖导致的降水增加有关。

在鄂尔多斯高原沙漠化驱动机制方面，已有学者根据文献资料做过相关研究。刘龙雨、王晗等研究认为，随着鄂尔多斯高原移民不断增加，无序的垦殖活动造成了环境恶化；而王晗、张晓虹等学者研究表明，在清末民国时期，尽管研究区沙漠化现象与土地开垦具有同时性，但日益结构化的社会组织进行的农业开垦并没有导致自然环境进一步恶化的现象，对沙漠化过程起的作用有限。因此，历史时期人类活动对沙漠化的影响具有复杂性，并且沙漠化是否会发生还跟当时的气候状况有关。本研究表明，清代以来鄂尔多斯高原不同时期的沙漠化过程，主要取决于气候变化与人类活动的变动情况。

四、结论

历史时期沙漠化过程及成因研究一直是学界争论的焦点，借助定量分析的方法可以推进相关研究。本文通过多元线性回归模型结合历史文献数据，定量化重建了清代以来不同阶段鄂尔多斯高原沙漠化面积的变动情况。研究发现：1650—1920年鄂尔多斯高原沙漠化面积在波动中缓慢增加，1920—1945年沙漠化面积在波动中逐渐降低，1945—2000年沙漠化面积呈现急剧增长趋势，2000年以后鄂尔多斯高原沙漠化趋势开始发生明显逆转。

就沙漠化的驱动机制而言，本文利用植被净第一生产力模型模拟了纯自然状态下沙漠变动情况，将其与多元线性回归模型进行对比分析，结合斜率变化，认为气候变化与人类活动在清代以来鄂尔多斯高原沙漠化不同阶段发挥了不同作用。1650—1805年、1912—1948年、2001—2015年气候变化在该区域沙漠化过程中起了主导作用；1805—1911年、1949—2000年人类活动对沙漠化影响更为显著。

就研究意义而言，本研究将现代模型引入到历史时期的做法，不仅为探讨历史时期半干旱地区景观变化与气候变化、人类活动之间关系提供了定量化的途径，也为地表景观变动与人类活动间关系提供了历史借鉴。但对于复杂的沙漠化机制来说，线性回归模型的解释相对简单，仍需要进行模型优化，以解释其复杂机制。

（本文原刊《中国历史地理论丛》2022年第2期第15—22页，文中原有注释，引用请务必参考原刊。）