內(nèi)蒙古草地面積的變化及其成因分析
——以錫林郭勒盟多倫縣為例

李興華，魏玉榮，張存厚

(內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

內(nèi)蒙古典型草原處于干旱半干旱地區(qū)，區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱易變，降水波動性大，對全球氣候變化響應敏感。近百年來，地球氣候正經(jīng)歷著以全球變暖為主要特征的顯著變化[1-2]，變暖的趨勢正在并將持續(xù)地對自然生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)生多方面、多層次的影響[3-5]。氣候變化對內(nèi)蒙古天然草地的影響主要體現(xiàn)在草地植被生長狀況、植被組成變化、牧草的物候期和產(chǎn)量等。已有的研究表明，降水正常年份，氣候變暖使牧草的返青期普遍提前5～15 d，黃枯期推后5～18 d，青草期延長10～30 d，東部草原延長最明顯[6]。牧草生長期延長，使草地耗水量增加，土壤變干，肥力降低，土壤侵蝕加劇, 大部分草原的初級生產(chǎn)力下降。如近20年來，錫林郭勒典型草原0～40 cm土層的土壤重量含水量平均減少1.9%[7]，產(chǎn)草量減少約500 kg·hm-2；溫度升高使草原類型發(fā)生變化，草甸草原和典型草原面積減小，荒漠草原面積擴大[8-9]。伴隨草地退化，可食牧草比重下降，輕度退化草地可食牧草產(chǎn)量減少20%～40%，植被覆蓋度減少20%；中度退化草地可食牧草產(chǎn)量減少40%～60%，植被覆蓋度減少20%～50%；重度退化草地可食牧草產(chǎn)量及植被覆蓋度減少60%以上[10-12]。

草地面積變化最大的區(qū)域在農(nóng)牧交錯區(qū)[13-14]，而天然草地的實際面積變化并不明顯，弄清農(nóng)牧交錯區(qū)草原面積的演變和成因，可以探討影響草地面積變化的主導因子。因此，本研究以多倫縣為研究區(qū)，利用TM陸地衛(wèi)星資料，通過實地調(diào)查和圖像人工解譯確定研究區(qū)植被覆蓋的分布和面積，開展草地面積的演變和成因研究。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1研究區(qū)概況 多倫縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟東南端，渾善達克沙地南緣，總面積3 871 km2。屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，年平均氣溫1.6 ℃，年降水量385 mm，無霜期100 d，擁有天然草地27.53萬hm2[15]。

1.2資料來源和研究方法

1.2.1遙感資料的來源和處理方法 本研究的遙感數(shù)據(jù)為中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心提供的1981-2007年的資料，每個年代選出一組代表資料。20世紀80年代選擇TM數(shù)據(jù)1988和1989年的影像；20世紀90年代選擇TM數(shù)據(jù)1999和2000年影像；2000年以后采用2005年TM影像；衛(wèi)星資料時間選8月下旬和9月初晴空區(qū)多，植被長勢茂盛的時期；軌道選擇123-31和124-31兩景資料。利用“3S”技術，通過對遙感圖像的粗糾正、精糾正和融合等技術處理，結合地面光譜調(diào)查，采用4、3、2通道的假彩色合成影像，建立解譯標志，提供對遙感影像進行解譯的依據(jù)，輸出流動沙地、半流動沙地、濕地、湖泊、農(nóng)田、堿斑、外邊界等圖層[16]。各地表類型的遙感影像特征見表1。

表1 不同地表類型的遙感影像特征

1.2.2氣候資料來源和分析方法 氣象資料選多倫縣氣象站的年平均氣溫和年降水量，時間變化為1971-2007年，空間分布采用30年平均(1976-2007年)資料。年代際分4個，20世紀70年代(1971-1980年)、80年代(1981-1990年)、90年代(1991-2000年)、2001-2007年(圖中用00年代表示)。氣候資料的分析方法采用5年滑動平均和多項式回歸分析法。

2 結果與分析

2.1多倫縣草地面積演變狀況 通過對各年代遙感圖像解譯可知(表2)，近30年來，多倫縣草地面積呈波動性變化，20世紀80年代面積為227 640.93 hm2，90年代面積最小，為166 929.43 hm2，2000年以后隨著退耕還林還草工程的實施，草地面積得到逐步恢復，2005年面積為227 956.53 hm2，與20世紀80年代末持平。多倫縣草地面積的變化主要是在氣候變暖的背景下，人為過度放牧和開墾造成草地沙化退化嚴重，尤其2000年以后的連續(xù)高溫干旱，草地地上生物量鮮質(zhì)量減少500 kg·hm-2，牧草高度降低了8～10 cm，牧草蓋度下降了10%～15%；從草地群落結構變化看，由于多倫縣的氣候?qū)儆诎敫珊迪虬霛駶櫟倪^渡地帶，盡管氣候有變干的趨勢，但降水仍能夠滿足群落的繁衍，因此，草地群落結構沒有北部典型草原區(qū)變化明顯，仍以羊草(Leymuschinensis)為主。

2.2多倫縣草地面積演變的成因 由于半固定沙地是草地和沙地的過渡地帶，半固定沙地植被蓋度增加可以演變成草地，植被減少將逐漸演變?yōu)榱鲃由车亍６鄠惪h半固定沙地面積呈逐年下降趨勢。20世紀80年代受降水偏少和干旱的影響，半固定沙地面積最大，為40 955.99 hm2。20世紀90年代隨著降水的增加，半固定沙地的植被得到恢復，植被蓋度增加，半固定沙地面積減少了6 551.75 hm2(表2)。從20世紀90年代末期國家開始實施生態(tài)治理和環(huán)境保護工程，半固定沙地得到治理。因此，盡管2000年以后比較旱，但半固定沙地的面積仍然呈減少趨勢，2005年面積降至19 701.35 hm2，比90年代末減少了14 702.89 hm2(表2)。因此，在人為的治理下，半固定沙地植被增加，逐步變成草地或固定沙地，使草地面積增加。

表2 遙感圖像解譯的多倫縣各年代地表類型面積變化

草地面積變化與農(nóng)田面積的增減息息相關，由于草地和農(nóng)田是兩個相鄰的生態(tài)系統(tǒng)，農(nóng)田的增減影響草地的減增。近30年來，多倫縣農(nóng)田面積增加較大。20世紀80年代農(nóng)田面積僅42 830.1 hm2；20世紀90年代隨著降水的增加，區(qū)域水熱匹配好，有利于農(nóng)作物生長，草地和濕地開墾短時間內(nèi)能夠獲得很高的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，因此大量的草地和濕地被開墾成農(nóng)田，農(nóng)田面積直線上升為70 360.79 hm2，比80年代增加了64.3%；草地面積卻減少了60 711.5 hm2。進入21世紀，盡管區(qū)域氣候暖干化趨勢明顯，但20世紀90年代末期國家實施的退耕還林還草等生態(tài)治理工程成效顯著，使區(qū)域農(nóng)田面積下降為60 823.48 hm2，但仍比20世紀80年代高42%(表2)。

湖沼濕地退化使草地面積增加。近30年來，多倫縣濕地面積波動較大。20世紀80年代濕地面積為17 251.04 hm2；20世紀90年代由于降水偏多，有利于濕地的保存和恢復，盡管部分濕地被開墾成農(nóng)田，但濕地面積仍最大，達到22 375.27 hm2；2000年以后，區(qū)域連續(xù)6年干旱異常，使?jié)竦卮竺娣e萎縮，盡管國家實施了濕地保護政策，使部分濕地得到恢復，但在氣候暖干化的背景下，多倫的濕地面積仍比90年代減少了10 468.81 hm2(表2)。

山地的治理使草地面積增加。多倫縣山地面積呈逐漸減少趨勢，20世紀80年代山地面積32 579.78 hm2，20世紀90年代面積為31 198.42 hm2，2005年面積為30 684.37 hm2(表2)。山地面積的減少，主要受人為擾動的影響，20世紀90年代大量坡地開墾成農(nóng)田，2000年以后許多山地植樹種草，變成林地和草地；在封山育林的政策下，大部分林地變成了可開發(fā)利用的草地。

流動沙地面積的擴大，使草原面積減小。多倫縣流動沙地面積呈逐年略增加趨勢，20世紀80年代盡管降水偏少，但其面積僅23 802.94 hm2；20世紀90年代盡管降水明顯增加，但受大風沙塵暴頻發(fā)、人為破壞和過度放牧的影響，植被蓋度明顯降低，半固定沙地和草地退化演變成流動沙地，流動沙地面積增加為57 191.73 hm2。進入21世紀，盡管氣候暖干化趨勢明顯，但20世紀90年代末期國家實施的生態(tài)治理工程成效顯著，區(qū)域植被逐步得到恢復，流動沙地逐步向半固定沙地演變，到2005年流動沙地面積下降為31 273.03 hm2，但仍比20世紀80年代大7 470.09 hm2(表2)。

總體來看，影響草地面積變化的主要因素是氣候暖干化背景下的人為擾動和干預。其中農(nóng)田、半固定沙地和山地面積的變化主要在人為擾動和干預下使草地面積增減；而湖沼濕地退化和流動沙地面積的擴大則受氣候變化的影響較多。

2.3氣候?qū)Σ莸孛娣e的影響

2.3.1溫度對草地面積的影響 研究表明，近40年來多倫縣的年平均氣溫呈上升趨勢(圖1)，40年增溫1.33 ℃；而近百年全球平均氣溫只上升了(0.6±0.2) ℃[17]，全國上升了0.5～0.8 ℃[1]；由此可見，多倫縣變暖趨勢十分顯著。年代分布上，20世紀90年代增溫幅度最大(0.80 ℃)，其次是本世紀前7年的增溫幅度(0.36 ℃)；通過平均氣溫距平五年滑動平均得出，1986年及以前為負距平，為偏冷期，之后升溫顯著，轉(zhuǎn)為正距平，1998-2007年為升溫最高時期，并且1998年和2007年為有氣象記錄以來最暖的年份。氣候變暖對草原面積的影響很大，但很難被直接地表現(xiàn)出來尤其20世紀90年代暖濕的氣候條件，有利于農(nóng)作物生長，因此大量草地被開懇，農(nóng)田面積大范圍增加。草地面積與年代平均氣溫的相關系數(shù)為-0.210，說明隨著溫度的升高，草地面積呈減小趨勢。這主要是由于溫度升高，草地蒸發(fā)和蒸散量增大，區(qū)域干旱發(fā)生的頻次增加，促進了草地的沙化和退化，使草地面積減小，沙地面積增大。

圖1 多倫縣年平均氣溫變化

2.3.2降水對草地面積的影響 近40年多倫縣年降水呈波動略減少分布(圖2)。20世紀80年代和21世紀前7年為少雨期，90年代為多雨期。通過年降水量距平五年滑動平均，1977年及以前為負距平，為干期；1978-1986年降水為正距平，為濕期；1987-1990年降水為負距平，期間為干濕交換期；1991-1999年降水為正距平，為濕期；2000年以后降水為負距平，為干期。年降水量的多少決定了區(qū)域植被長勢和空間分布，多倫縣草地面積與年代平均降水量相關系數(shù)達到-0.978，也就是隨著降水量的增多，草地面積呈減少趨勢。這主要是在降水較多的20世紀90年代，溫暖濕潤的氣候條件，為農(nóng)作物的生長創(chuàng)造了優(yōu)良的環(huán)境，而草地和農(nóng)田是兩個相鄰的生態(tài)系統(tǒng)，因此大量草地被開墾成農(nóng)田，使草地面積減少；另外草地和濕地是相融的兩個生態(tài)系統(tǒng)，降水增加，湖沼和濕地面積擴大侵蝕草地，也使草地面積減少。而在降水較少的20世紀80年代，人為對草地的破壞還比較小，草地面積變化的主要原因是降水減少，干旱頻發(fā)，草地的沙化和退化加劇，使草地演變成為流動和半流動沙地。2000年以后盡管降水減少，但人為治理對草地面積的穩(wěn)定增長起到了積極的作用，使農(nóng)田、半固定沙地和山地面積減小，草地面積得到逐步恢復。

圖2 多倫縣年平均降水量變化

3 討論與結論

1971-2007年，多倫縣草地面積在氣候暖干化的背景下，呈現(xiàn)波動性變化，20世紀80年代面積為227 640.93 hm2，90年代面積最小，為166 929.43 hm2，2000年以后隨著退耕還林還草工程的實施，草地面積得到逐步恢復，2005年面積與20世紀80年代末持平。

以往的研究認為，草地過牧和人為的過度利用是草地面積變化和草原生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因[18]。而本研究通過年代對比分析得出，影響草地面積變化的主要因素是氣候暖干化背景下的人為干預和擾動。其中農(nóng)田、半固定沙地和山地面積的變化主要在人為干預和擾動下使草地面積增減；湖沼濕地退化和流動沙地面積的擴大則受氣候變化的影響較多。溫暖濕潤的20世紀90年代，大量草地被開墾成農(nóng)田，湖沼和濕地面積擴大侵蝕草地面積，使草地面積減少；在降水較少的20世紀80年代，草地沙化和退化加劇，使草地演變成為流動和半流動沙地。2000年以后盡管降水減少，但人為治理使農(nóng)田、半固定沙地和山地面積減小，草地面積得到逐步恢復。因此，草原保護應當合理的利用人為治理和政策調(diào)節(jié)等手段。

在草地保護的過程中，要堅持“保護優(yōu)先，適度利用”的原則；通過圍封、季節(jié)性休牧、退耕和人工種草等措施對草地逐步進行治理；因地制宜地加強草原水利建設，在有條件的地方積極發(fā)展節(jié)水灌溉飼草料基地。有研究表明[19-20]，建設1 hm2高產(chǎn)飼料基地可使10～15 hm2天然草地得到修養(yǎng)生息。因此，可以通過提高單位面積上的飼草產(chǎn)量，緩解天然草地過牧壓力；積極開展有效的人工影響天氣作業(yè)，增加降水量，促進植被生長，使草地面積不斷擴大。

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