內(nèi)蒙古草原退化狀況及驅(qū)動因素對比分析
——以錫林郭勒草原與呼倫貝爾草原為研究區(qū)域

李政海，鮑雅靜，張 靖，王海梅，胡志超（.大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧大連6605；.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象科學(xué)研究所，呼和浩特0005；.內(nèi)蒙古呼和浩特市氣象局，呼和浩特0000）

內(nèi)蒙古草原退化狀況及驅(qū)動因素對比分析
——以錫林郭勒草原與呼倫貝爾草原為研究區(qū)域

李政海1，鮑雅靜1，張 靖1，王海梅2，胡志超3
（1.大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧大連116605；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象科學(xué)研究所，呼和浩特010051；3.內(nèi)蒙古呼和浩特市氣象局，呼和浩特010020）

利用1980年以來的遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和牲畜頭數(shù)數(shù)據(jù)，采用圖形代數(shù)和統(tǒng)計分析方法，對比研究了錫林郭勒和呼倫貝爾兩大草原退化狀況及其驅(qū)動因素。研究結(jié)果表明，錫林郭勒草原目前已經(jīng)發(fā)生了整體性的全面退化，中重度退化草原面積超過40％，呼倫貝爾草原退化面積為54.36％，以輕度退化類型為主；草原退化主要受氣候旱化和放牧活動的影響，草原植被覆蓋度的降低與降雨量減少及干旱程度提高之間存在高度一致的對應(yīng)關(guān)系；而錫林郭勒草原退化程度顯著高于呼倫貝爾草原，這與其自上世紀(jì)80年代以來一直處于高強度放牧利用密切相關(guān)。

錫林郭勒草原；呼倫貝爾草原；草原退化；氣候旱化；過度放牧

草原重要的戰(zhàn)略資源，是中國面積最大、分布 最廣泛的綠色生態(tài)屏障。內(nèi)蒙古的兩大草原——錫林郭勒草原和呼倫貝爾草原是中國最典型的草原分布區(qū)，是環(huán)北京生態(tài)防護圈的重要組成部分，但由于地處中國北方地區(qū)，屬于大陸性干旱半干旱氣候區(qū)，氣候本身的脆弱性、波動性和嚴(yán)酷性，再加上人類活動的作用，使得該地區(qū)的草原生態(tài)系統(tǒng)很容易發(fā)生退化。

草原大面積退化現(xiàn)已成為中國北方干旱、半干旱地區(qū)面臨的重大生態(tài)問題［1-3］。草地退化最明顯的標(biāo)志是植被的退化［4］。特定區(qū)域特定時間段內(nèi)草原植被覆蓋變化可在一定程度上反映草原的退化狀況與過程［5］，逐漸成為生態(tài)學(xué)研究的一個重點領(lǐng)域［6-7］。

草原退化不僅嚴(yán)重損傷草原生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)防護功能、生態(tài)環(huán)境保護，制約草地畜牧業(yè)的健康發(fā)展，而且威脅國家的生態(tài)安全。隨著草地退化的加劇，對草地資源的退化過程進行動態(tài)監(jiān)測、定量化描述與分析尤為必要，本文以3S技術(shù)為支撐，以草原地區(qū)長時間序列的氣象數(shù)據(jù)、植被指數(shù)遙感數(shù)據(jù)以及社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，全面分析錫林郭勒盟草原和呼倫貝爾草原退化狀況，以及草地退化與氣候變化、放牧壓力的相互關(guān)系，以確定中國北方草原退化狀態(tài)及其驅(qū)動因素，為制定草原區(qū)生態(tài)保護與合理利用途徑，確定草原區(qū)應(yīng)對氣候旱化、實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展模式提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

錫林郭勒盟位于中國北部內(nèi)蒙古自治區(qū)中東部，北緯41°34＇～46°52＇；東經(jīng)111°9＇～120°，總面積為20.3萬km2。錫林郭勒盟地處中緯度，氣候類型屬中溫帶半干旱大陸性氣候，冬季寒冷、夏季炎熱，降水不均、雨熱同期。錫林郭勒草原區(qū)的植被主要以典型草原和荒漠草原為主，同時包括部分草甸草原、森林、灌叢和農(nóng)田。

呼倫貝爾市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，北緯47°05＇～53°20＇、東經(jīng)115°31＇～126°04＇，總面積為25.3萬km2。以大興安嶺為界，嶺東區(qū)為季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量在500mm～800mm，嶺西為大陸氣候區(qū)，年降水量為300mm～500mm。春季風(fēng)大干燥，夏季雨熱同行，秋季氣溫驟降，日夜溫差大，冬季時間較長且寒冷。呼倫貝爾草原主要分布在嶺西地區(qū)，植被類型以草甸草原和典型草原為主體。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

文章應(yīng)用的數(shù)據(jù)主要有：1981年以來錫林郭勒盟各旗縣和呼倫貝爾市年底的牲畜頭數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將牲畜頭數(shù)均折算為標(biāo)準(zhǔn)羊單位；錫林郭勒盟15個氣象觀測站點1981年以來的月累積降水量、月平均氣溫數(shù)據(jù)；1981～2001年NOAA/AVHRR分辨率為1.1km的旬NDVI數(shù)據(jù)，錫林郭勒盟2002～2007年和呼倫貝爾市2002～2012年分辨率為250m的MODIS NDVI數(shù)據(jù)，經(jīng)空間重采樣后，處理成與NOAA/AVHRR空間分辨率相匹配（1.1km）的數(shù)據(jù)。NDVI數(shù)據(jù)采用最大值合成法，拉伸范圍為0～255。

2.2 研究方法

2.2.1 干燥度的計算方法

干燥度指數(shù)是表征一個地區(qū)干濕程度的指標(biāo)，一般以某個地區(qū)水分收支與熱量平衡的比值來表示。采用De Martonne于1926年提出的干燥度Idm計算方法：

式中，Idm即De Martonne干燥度，P為累積降水量（mm），T為平均氣溫值（℃）。由于是以降水量為分子，因此，干燥度值Idm越大，代表越濕潤，Idm越小，代表越干旱。

2.2.2 草原退化程度的計算方法

本文以1980年以來歷年最大NDVI參照體系和不同時期或具體年份NDVI之間的相對差距標(biāo)識草原的相對退化程度，具體方法見胡志超、李政海等（2014）。其中，歷年最大NDVI參照體系是在ArcGIS軟件的Raster Calculator模塊下利用最大值合成法MVC，將長時間序列中每個像元的最大值提取到一個圖層上，代表植被曾經(jīng)出現(xiàn)過的最佳生長狀態(tài)，將每個像元不同時期或不同年代的NDVI最大值的平均值與其相比較，參照劉鐘齡等［3］所劃分的草原退化等級標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)植被覆蓋變化幅度進行分級，并以此作為草原退化狀況的表征（見表1），對草原退化狀況進行分析研究。

表1 草原植被退化等級劃分

3 結(jié)果分析

3.1 錫林郭勒草原與呼倫貝爾草原不同時期的退化狀況

見表2。從20世紀(jì)80年代初至今，錫林郭勒盟草原退化狀況發(fā)生了極其顯著的變化，80年代與90年代相比，草原退化狀況基本持平。但是進入21世紀(jì)以來，草原退化狀況急劇惡化，未退化、輕度退化區(qū)域明顯減少，而中度、重度退化區(qū)域明顯增大，其中未退化區(qū)和輕度退化區(qū)面積比例降低15％左右，而中度退化區(qū)增加30％左右，中度退化逐漸成為草原退化的主體，整個區(qū)域范圍內(nèi)，草原退化程度明顯惡化。

20世紀(jì)的80年代及90年代，呼倫貝爾草原區(qū)一直保持較為完好的原生植被狀態(tài)，未退化區(qū)占總面積90％以上，沒有出現(xiàn)中度和重度退化的情況，草原的退化狀態(tài)呈散布的點狀，主要集中在新巴爾虎右旗南部。21世紀(jì)初期，呼倫貝爾草原植被退化顯著加重，退化草原面積為55％左右，以輕度退化（50％）為主，同時出現(xiàn)了小范圍的中度退化和重度退化，除東部接近大興安嶺山地森林區(qū)的森林草原帶植被狀態(tài)較為完好以外，其他呈不同退化程度的草原已連成片狀，其中，新巴爾虎右旗、新巴爾虎左旗、陳巴爾虎旗草原退化問題較為嚴(yán)重。

不同時期的對比分析結(jié)果表明，錫林郭勒草原的退化程度明顯高于呼倫貝爾草原，在20世紀(jì)的80-90年代開始，在呼倫貝爾草原保持良好原生狀態(tài)的情況下，錫林郭勒草原就出現(xiàn)了大面積的輕度退化和一定程度的中重度退化。進入21世紀(jì)后，錫林郭勒草原全域退化，中重度退化面積明顯擴展，而呼倫貝爾草原則僅有50％左右的輕度退化。

表2 錫林郭勒草原與呼倫貝爾草原植被不同年代草原退化面積及比例

3.2 氣候旱化對草原退化的影響

根據(jù)對錫林郭勒盟各年代平均降水量空間分布及圖形代數(shù)統(tǒng)計分析，20世紀(jì)80年代與90年代，降水量的空間分布格局表現(xiàn)出良好的地帶性變化，其中，年均降水量小于200mm、200mm ～300mm、300mm～400mm的區(qū)域占據(jù)錫林郭勒盟的主體區(qū)域，并成帶狀自西向東依次增加，80年代各分級所占的面積比例分別為18.77％、50.55％和26.21％，至90年代，降水量在錫林郭勒盟范圍內(nèi)表現(xiàn)出增加的趨勢，少于300mm降水量的區(qū)域由80年代的69.32％減少到59％，而大于300mm的區(qū)域則由80年代的30.68％增加到90年代的41％。與這兩個時期不同，進入21世紀(jì)后，錫林郭勒盟的年均降水量顯著減少，300mm～400mm的降水量區(qū)域已經(jīng)難以形成連續(xù)的區(qū)帶，在東北角和東南角占據(jù)較少的區(qū)域，僅占錫林郭勒盟總面積的11.58％，與80、90年代相比，面積比例分別減少了14.63％和23.49％，而且，在錫林郭勒盟范圍內(nèi)大于400mm的區(qū)域已經(jīng)消失不見，少于200mm降水量的區(qū)域面積顯著擴大，由原來80、90年代不足20％猛增到34.06％。以上分析表明，進入21世紀(jì)以來，錫林郭勒盟大部分地區(qū)的降水量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。

與降雨量的變化相對應(yīng)，從20世紀(jì)80年代初至今，錫林郭勒草原的植被狀況發(fā)生了極其顯著的變化。如果以植被覆蓋狀況作為草原生態(tài)地理區(qū)劃的一項指標(biāo)，21世紀(jì)初，荒漠草原區(qū)與典型草原區(qū)的生態(tài)地理界線都發(fā)生了明顯的東移，草原化荒漠狀況的稀覆蓋植被區(qū)的面積比80、90年代擴展了4～5倍，盡管與荒漠草原相對應(yīng)的低覆蓋植被區(qū)的面積比例沒有發(fā)生變化，但在前者的影響下，低覆蓋植被區(qū)的東部界線向東推移了1個經(jīng)度，與此相似，對應(yīng)于草甸草原與林地灌叢植被的高植被覆蓋區(qū)也向東收縮了一個經(jīng)度，高覆蓋植被區(qū)面積極度萎縮，降雨量的減少是草原植被退化的一個重要原因。

在ArcGIS軟件的支持下，對27年干燥度平均值進行等級的劃分，等級間隔為0.8，然后對應(yīng)著提取干燥度分級區(qū)內(nèi)27年的草原相對退化率的平均值，兩者做一元線性回歸，如圖1。從27年平均干燥度值與相對草原退化率的線性回歸斜率推算，變化速率為-0.9736，相關(guān)系數(shù)為0.8569，呈高度的負相關(guān)，錫林郭勒草原1981～2007年27年的平均相對退化率的變化范圍為 14.92～55.45，表明隨著干燥度的增加草原退化程度減輕，即在氣候干旱地區(qū)草原退化程度更為嚴(yán)重。

圖1（右）反映了不同時期草原退化與干燥度的相互關(guān)系，20世紀(jì)80、90年代和21世紀(jì)初的相關(guān)系數(shù)依次為0.795、0.900 2、0.875，均達到高度相關(guān)，在氣候相對濕潤地區(qū)，各個時期草原退化程度較低，氣候越干旱地區(qū)的草原退化程度越嚴(yán)重。20世紀(jì)80、90年代草原的退化程度接近，進入21世紀(jì)以來，草原退化程度明顯加劇。

圖1 錫林郭勒草原在不同干燥度區(qū)間內(nèi)草原退化程度

3.3 過度放牧對草原退化的影響

根據(jù)不同時期錫林郭勒草原和呼倫貝爾草原牲畜頭數(shù)的統(tǒng)計分析，過度放牧是導(dǎo)致草原退化的重要原因。如圖2的研究結(jié)果表明，錫林郭勒盟自20世紀(jì)80年代開始，草原的退化面積就達到80％以上，這與該地區(qū)從1980年以來的高強度放牧利用有直接關(guān)系。在西部地區(qū)分布有大面積荒漠草原和草原化荒漠以及流動沙地的錫林郭勒草原地區(qū)，1980～2007年草原平均牲畜密度高達64.5只標(biāo)準(zhǔn)羊單位/km2，1989年更是達到最高的85只標(biāo)準(zhǔn)羊單位/km2。相比較而言，擁有大面積草甸草原和優(yōu)良的典型草原的呼倫貝爾市西部草原地區(qū)，在全市牲畜頭數(shù)最多的2012年，草原地區(qū)的牲畜密度只有62.3只標(biāo)準(zhǔn)羊單位/km2，而在放牧強度較高的2001～2012年，平均牲畜密度也僅為45.4只/km2。錫林郭勒草原整體全面退化，而呼倫貝爾草原退化面積只有50％左右且以輕度退化為主的事實，充分說明了過度放牧是導(dǎo)致草原退化的一個重要原因。

圖2 錫林郭勒盟與呼倫貝爾市歷年牲畜頭數(shù)

4 結(jié)論與討論

（1）自20世紀(jì)80年代以來，錫林郭勒草原退化問題比較嚴(yán)重，80、90年代期間，草原退化率已經(jīng)達到80％以上，進入21世紀(jì)后，草原更是表現(xiàn)出整體全面退化，而且中重度退化面積超過40％。比較而言，80、90年代呼倫貝爾草原的退化面積僅為8％左右，而在21世紀(jì)初期退化面積達到50％以上，但主要以輕度退化為主。

（2）降水量減少、干旱程度提高是導(dǎo)致草原退化的一個重要原因，降水量減少與植被覆蓋度降低存在高度一致的對應(yīng)變化規(guī)律，說明干旱程度加重是導(dǎo)致草原退化加劇的重要原因之一。

（3）過度放牧是造成草原退化的重要因素。20世紀(jì)80年代以來，錫林郭勒草原的高強度放牧利用導(dǎo)致草原全面退化，而較高的草原生產(chǎn)力和較低的放牧強度使得呼倫貝爾草原僅有50％左右發(fā)生輕度退化。

對比分析的結(jié)果表明，中國北方草原地區(qū)植被退化問題嚴(yán)重，而且，無論是輕度退化還是中重度退化，草原的退化均經(jīng)歷著從小面積的點狀退化到草原區(qū)域性整體退化的變化歷程。為了遏制草原退化的進一步發(fā)展，首先，要做好整個草原區(qū)的整體生態(tài)調(diào)控工作，堅決執(zhí)行以草定畜、草畜平衡工作，防止與減輕草原退化問題。其次，必須把草原的年際即時調(diào)控管理提到議事日程，建議草原監(jiān)理部門、環(huán)保部門會同氣象部門，根據(jù)不同年份的氣候狀況和草原生長狀況，在實施季節(jié)畜牧業(yè)的區(qū)域，對放牧的起始時間和終止時間進行即時調(diào)控管理，切實把草畜平衡落到實處，促進草地資源的保護與可持續(xù)利用。

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（責(zé)任編輯 劉敏）

Comparative Analysis on Degradation and its Driving Factors in Xilin Gol Grassland and Hulun Buir Grassland

LI Zheng-hai1，BAO Ya-jing1，ZHANG Jing1，WANG Hai-m ei2，HU Zhi-chao3
（1.College of Environment and Resources，Dalian Nationalities University，Dalian Liaoning 116605，China；
2.Inner Mongolia Meteorological Institute，Hohhot Inner Mangolia，010051，China；
3.Inner Mongolia Hohhot Meteorological Bureau，Hohhot Inner Mangolia，010021，China）

Combining remote sensing data，meteorological data and livestock statistical data since 1980，themap algebra and statistical analysis were used to understand steppe degradation and its driving factors in the Xilin Gol Grassland and Hulun Buir Grassland.The research results show that，nearly whole area of Xilin Gol Grassland has degradated，and themoderate and severe degradation area ismore than 40％.The degradation area in Hulun Buir grassland is 54.36％，mainly in the mild degradation.Grassland degradation is generally affected by drought and overgrazing.The vegetation coverage lost has positive related to reduced precipitation and drought.Because of heavy grazing since 1980s，the degree of degradation of Xilin Gol Grassland was severe than that in Hulun Buir Grassland significantly.

Xilin Gol Grassland；Hulun Buir Grassland；Grassland degradation；Drought；overgrazing

S812

A

1009-315X（2015）01-0001-05

2014-11-15

環(huán)境保護部公益性行業(yè)科研專項（201109025-3）；國家自然科學(xué)基金（30970494，31170402）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助（DC140468，DC110105，DC120101142，DC120101141）；大連民族學(xué)院創(chuàng)新團隊項目（118081）；國家火炬計劃項目（2012GH231899）。

李政海（1962-），河北秦皇島人，教授，博士，學(xué)校優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人，主要從事區(qū)域生態(tài)學(xué)與生態(tài)規(guī)劃研究。