近45年長江黃河源區(qū)高寒草地退化特征及成因分析

杜際增，王根緒*，李元壽

(1.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都610041；2.中國氣象局，北京100081)

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近45年長江黃河源區(qū)高寒草地退化特征及成因分析

杜際增1，王根緒1*，李元壽2

(1.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都610041；2.中國氣象局，北京100081)

根據(jù)1969年航片數(shù)據(jù)、1986，2000，2007年以及2013年TM數(shù)據(jù)建立的長江黃河源區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)集，結(jié)合該地區(qū)近50年的氣候資料以及人類活動狀況，分析了長江黃河源區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)在全球變化背景下的變化趨勢及其驅(qū)動因素。結(jié)果表明，近45年長江黃河源區(qū)高寒草地呈現(xiàn)以覆蓋度降低、破碎化與干旱化加劇為主的退化趨勢，長江黃河源區(qū)高寒草地退化的速率在20世紀(jì)80年代后期呈迅速增加趨勢，2000年后退化速率逐漸降低；氣溫升高引起的區(qū)域的暖干化是導(dǎo)致長江黃河源區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)退化格局形成的主要原因。過度放牧和人類不合理的開發(fā)是導(dǎo)致長江黃河源區(qū)高寒草地退化加劇的重要因素。

高寒草地；長江黃河源區(qū)；退化特征；驅(qū)動因素

長江黃河源區(qū)位于青藏高原腹地，是長江、黃河的發(fā)源地。特有的高寒氣候發(fā)育了長江黃河源區(qū)典型的高寒生態(tài)系統(tǒng)，使該地區(qū)成為高海拔地區(qū)生物多樣性最集中的地區(qū)[1-2]。 高寒草甸和高寒草原是長江黃河源區(qū)的主要植被類型，占長江黃河源區(qū)總面積的70%，是長江黃河源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的基礎(chǔ)，發(fā)揮著改善水環(huán)境、調(diào)節(jié)大氣與地面的交互過程以及維護(hù)生物多樣性等多項(xiàng)重要的生態(tài)功能[3-4]。

全球氣候變化和人類活動的影響下，對全球變化高度敏感的高寒生態(tài)系統(tǒng)開始加速退化[5]。已有研究發(fā)現(xiàn)，長江黃河源區(qū)的高寒草地生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)呈現(xiàn)全面退化的趨勢，高寒草地的覆蓋度不斷降低，景觀破碎化加劇，生產(chǎn)力下降，并導(dǎo)致該地區(qū)草地水源涵養(yǎng)能力降低，水土流失加劇，鼠害日益猖獗等問題日益突出[6-9]。然而，目前為止，有關(guān)對長江黃河源區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)退化的研究存在著研究時(shí)間短、節(jié)點(diǎn)少的問題，很難準(zhǔn)確地把握該地區(qū)高寒草地長期的變化規(guī)律，尤其對于三江源保護(hù)區(qū)建立以來高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的變化狀況更是鮮有研究；此外，在探究高寒草地退化的驅(qū)動因素方面，大多根據(jù)氣候及其他因素變化與草地退化的同步性進(jìn)行描述性推理，缺乏可信度高的定量化分析手段。

本文采用目前提取草地退化信息較為準(zhǔn)確的目視綜合判讀法[10]，以野外實(shí)地考察建立的遙感解譯標(biāo)志庫為基準(zhǔn)，對長江黃河源區(qū)1969-2013年間5個(gè)時(shí)期的航片數(shù)據(jù)與遙感影像資料進(jìn)行解譯分析，得出長江黃河源區(qū)各個(gè)時(shí)期高寒草地變化的時(shí)空特征。然后，結(jié)合長江黃河源區(qū)近50年的氣象數(shù)據(jù)以及人類活動信息，利用主成分分析與灰色關(guān)聯(lián)度法分析驅(qū)動長江黃河源區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)演化的環(huán)境因素。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于長江源區(qū)和黃河源區(qū)，長江源區(qū)選擇以直門達(dá)水文站為界，大致位于90°43′-96°45′ E，32°30′-35°35′ N之間，流域控制面積約13.78萬km2。黃河源區(qū)以達(dá)日縣吉邁水文站為界，大致位于96°00′-99°45′ E，33°00′-35°35′ N之間，面積約6.48萬km2。地貌上以高原丘陵為主，河網(wǎng)發(fā)育，俗稱長江黃河源區(qū)。 研究區(qū)段的自然生態(tài)系統(tǒng)主要有高寒草原生態(tài)系統(tǒng)、高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)、高寒沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)三大類型，局部在一些河谷地帶分布有高寒灌叢，在高大山體上部分布墊狀與稀疏流石坡植被，另外在黃河源區(qū)東南端，有林地、疏林地和少量灌木林地構(gòu)成的森林生態(tài)系統(tǒng)，面積很小，僅占長江黃河源區(qū)土地面積的0.01%，長江黃河源區(qū)在氣候上處于高寒半干旱與半濕潤過渡帶，年均氣溫為-1.3～-5.5℃，年均降水量為270～540 mm[11]。

1.2 數(shù)據(jù)收集與處理

本研究收集1969年航片數(shù)據(jù)和1986年、2000年、2007年以及2013年的TM數(shù)據(jù)，共5期6-9月生長季的影像數(shù)據(jù)，然后對影像進(jìn)行統(tǒng)一的輻射校正和幾何精糾正，并采用UTM地理坐標(biāo)進(jìn)行影像校正和利用地形圖(1∶100000)進(jìn)行校正(圖1，2)。通過野外實(shí)地考察考察，建立以高寒草地生態(tài)系統(tǒng)和高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)為核心的11大類23個(gè)亞類的遙感解譯標(biāo)志庫[12](表1)，采用目視解譯并結(jié)合模糊分類模型[13]，以KIA≥85%為閾值，對影像進(jìn)行分類，得到長江黃河源區(qū)各時(shí)期的土地覆被類型圖，然后對比分析高寒草地和高寒濕地在各個(gè)時(shí)期的分布變化。

表1 長江黃河源區(qū)土地覆蓋類型對照表

圖1 2013年長江黃河源區(qū)土地覆蓋空間分布Fig.1 Spatial pattern of land cover in Yangtze River’s Source Regions and Yellow River’s Regions in 2013

圖2 遙感影像解譯技術(shù)流程Fig.2 Data and methodology used for image classification and result validation

本文還采用破碎度Cki與斑塊分離度Ski來衡量長江黃河源區(qū)高寒草地和高寒濕地在景觀尺度上的變化：

Cki=nki/LUki

Cki和Ski是k分區(qū)中第i類土地的破碎度和斑塊分離度，nki是對應(yīng)的斑塊數(shù)目；LUki,LUk分別是第k分區(qū)第i種土地類型的面積和總面積[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 高寒草地分布變化的時(shí)空特征

2.1.1 長江黃河源區(qū)高寒草地變化的時(shí)間特征 通過對長江黃河源區(qū)各時(shí)期高寒草地分布圖分析可知(圖3)，從1969年至2013年間，長江源區(qū)的高寒草地面積出現(xiàn)了明顯的變化，主要表現(xiàn)為：高覆蓋高寒草原、高覆蓋高寒草甸以及中覆蓋高寒草原的面積呈下降趨勢。長江源區(qū)的高寒草原的面積減少了870.66 km2,占原面積的18.06%；高寒草甸的面積減少了1778.40 km2，占原面積的11.25%；中覆蓋高寒草原的面積減少了2062.44 km2，占原面積的16.97%；低覆蓋高寒草原面積呈顯著增加趨勢，低覆蓋高寒草原的面積增加了3872.67 km2，占原面積的17.26%；中覆蓋高寒草甸和低覆蓋高寒草甸的面積分別呈微弱的降低和增加，中覆蓋高寒草甸的面積減少了455.57 km2，占原面積的3.88%；低覆蓋高寒草甸的面積增加了545.92 km2，占原面積的4.65%。

圖3 長江源區(qū)(A)與黃河源區(qū)(B)各時(shí)期、各典型高寒草地的面積年均變化率Fig.3 Average annual change rate of typical alpine grasslands area in Yangtze River’s Regions (A) and Yellow River’s Regions (B)

黃河源區(qū)草地的變化趨勢與長江源區(qū)基本相似，高覆蓋高寒草原、高覆蓋高寒草甸以及中覆蓋高寒草原的面積呈下降趨勢。黃河源區(qū)的高覆蓋高寒草原的面積減少了2095.31 km2,占原面積的56.99%，高覆蓋高寒草甸的面積減少了3042.05 km2，占原面積的20.67%，中覆蓋高寒草原的，面積減少了2851.47 km2，占原面積的49.38%；低覆蓋高寒草原和低覆蓋高寒草甸面積呈顯著增加趨勢，低覆蓋高寒草原的面積增加了3186.967 km2，占原面積的64.36%；低覆蓋高寒草甸的面積增加了1499.29 km2，占原面積的22.01%；中覆蓋高寒草甸的面積呈現(xiàn)輕微的減少，中覆蓋高寒草甸的面積減少了656.69 km2，占原面積的8.37%?？傮w看來，長江源區(qū)和黃河源區(qū)的高寒草地的覆蓋度明顯降低的趨勢，黃河源區(qū)的高寒草地在覆蓋度上的退化更為嚴(yán)重。

從圖3可以看出，近45年長江黃河源區(qū)的高寒草地的覆蓋度不斷降低，并且各個(gè)時(shí)期的面積年均變化率有明顯的差異。在第一時(shí)期(1969-1986年)，長江黃河源區(qū)已呈現(xiàn)中高覆蓋度草地向低覆蓋度草地退化的狀態(tài)，但是該時(shí)期退化速率較低；在第二時(shí)期(1986-2000年)，長江黃河源區(qū)高寒草地覆蓋度的退化速率迅速加快；2000年以后，長江黃河源區(qū)高寒草地覆蓋度的退化速率逐漸回落，其中長江源區(qū)草地退化速率的回落相對更快。

2.1.2 長江黃河源區(qū)高寒草地景觀尺度的變化 從圖3和表2可以看出，除長江源區(qū)的中覆蓋高寒草甸外，長江黃河源區(qū)中的中高覆蓋高寒草地都呈面積下降、分離度上升的趨勢，而破碎度變化趨勢不盡相同。其中高覆蓋高寒草原的破碎度呈下降趨勢，表明該類植被類型的退化主要是小面積的斑塊消失，而中覆蓋高寒草原、高覆蓋高寒草甸以及黃河源區(qū)的中覆蓋高寒草甸的破碎度則呈上升趨勢，表明該類高寒草地的退化主要是大面積斑塊萎縮破碎成大量小斑塊。

與之對應(yīng)，長江黃河源區(qū)的低覆蓋高寒草甸、低覆蓋高寒草原以及長江源區(qū)的中覆蓋高寒草甸則呈面積增加、分離度下降的趨勢，破碎度的變化趨勢也出現(xiàn)差異。除黃河源區(qū)的低覆蓋高寒草原的破碎度呈上升趨勢之外，其他植被類型的破碎度都呈下降趨勢，表明黃河源區(qū)低覆蓋高寒草原的面積增長以小斑塊的大量出現(xiàn)為主，而其他類型高寒草地的面積增長以大斑塊的面積擴(kuò)張為主。

表2 長江黃河源區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)空間分布格局變化

2.1.3 長江黃河源區(qū)草地分布變化的空間特征 對比長江黃河源區(qū)各時(shí)期高寒草地的空間分布，分析出1969-2013年長江黃河源區(qū)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)各退化類型的空間分布特征。從圖4可以看出，該地區(qū)草地退化以覆蓋度的降低為主，其次是高寒草地的破碎化加劇以及草地的干旱化和和荒漠化，鹽漬化和裸地化的草地雖然分布范圍較廣，但是面積較小，呈零星分布于季節(jié)性河流以及灘地附近。草地覆蓋度下降的區(qū)域與高覆蓋度草地的分布區(qū)基本一致。其中長江源區(qū)的東部、黃河源區(qū)西南部和東部地區(qū)，即曲麻萊縣與治多縣東南部地區(qū)，稱多縣與瑪多縣北部以及久治縣、瑪曲縣與甘德縣東部地區(qū)的草地覆蓋度下降最為嚴(yán)重。草地的破碎化往往是一種伴生現(xiàn)象，高寒草地覆蓋度降低以及干旱化等退化現(xiàn)象發(fā)生的同時(shí)往往會導(dǎo)致草地景觀破碎化的加劇，因此，除了圖5中所顯示的長江源區(qū)西北部與黃河源區(qū)中兩湖(扎陵湖與鄂陵湖)區(qū)域西部十分顯著的地區(qū)之外，高寒草地破碎化加劇的現(xiàn)象其實(shí)廣泛存在于整個(gè)長江黃河流域。高寒草地干旱化的現(xiàn)象主要分布于長江源區(qū)西部和北部的部分地區(qū)，這些地區(qū)的高寒草甸在水分條件惡化的情況下逐漸退化成高寒草原，同時(shí)也伴隨著草地覆蓋度的下降。草地荒漠化的區(qū)域主要分布在黃河源區(qū)中部，即瑪多縣境內(nèi)兩湖區(qū)域以東黃河干流的兩側(cè)。長江黃河源區(qū)部分地區(qū)高寒草地的狀況出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，主要散布在長江源區(qū)中西部的部分地區(qū)。

圖4 1969-2013年長江黃河源區(qū)草地退化Fig.4 Spatial pattern of the grassland degradation from 1969 to 2013 in Yangtze River’s Source Regions and Yellow River’s Regions

圖5 長江黃河源區(qū)的年平均氣溫、年降水量以及相對濕度的變化Fig.5 Changes in mean annual temperature, annual precipitation and relative humidity in Yangtze River’s Source Regions and Yellow River’s Regions

2.2 氣候變化與高寒草地退化驅(qū)動因素分析

2.2.1 長江黃河源區(qū)氣候變化 1969-2013年間，長江黃河源區(qū)的氣溫整體上呈顯著的上升趨勢，長江源區(qū)的年平均氣溫增長速率為0.41℃/10 a，黃河源區(qū)的氣溫增長速率為0.37℃/10 a，氣溫的上升趨勢都通過了99%水平的置信度檢驗(yàn)。長江源區(qū)和黃河源區(qū)年降水量的變化出現(xiàn)了明顯差異，長江源區(qū)的降水量呈顯著的增加趨勢，年降水量的平均增長速率為17.51 mm/10 a，并通過了95%的置信度檢驗(yàn)，而黃河源區(qū)的年降水量呈略微上升的趨勢，但并不顯著。此外，黃河源區(qū)年相對濕度呈顯著的下降趨勢，通過了99%水平的置信度檢驗(yàn)，相對濕度的降低速率為每10年降低1.001%；長江源區(qū)的年平均相對濕度也呈下降的趨勢，但該趨勢并不顯著。

2.2.2 主成分分析 主成分分析法是定量辨識區(qū)域生態(tài)過程變化驅(qū)動因素的主要方法，目前已經(jīng)在生態(tài)、地理、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的研究中得到廣泛應(yīng)用，特別是在沙漠化以及濕地退化研究中的應(yīng)用尤為廣泛[15-18]。采用主成分分析研究草地退化的驅(qū)動因素時(shí)，能夠明確各環(huán)境要素變化的作用以及貢獻(xiàn)大小。本文對長江黃河源區(qū)的氣候觀測資料和人類活動數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過SPSS 16.0計(jì)算出各因子的載荷矩陣，然后采用方差最大正交旋轉(zhuǎn)法對因子載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到環(huán)境因子變化在各主成分中的載荷矩陣。根據(jù)表3可以看出，長江黃河源區(qū)的第1主成分中，載荷較大的因子為人口數(shù)量、年均氣溫以及載畜量，總體上以人為因素為主，這一點(diǎn)在黃河源區(qū)更為明顯；在第2主成分中，長江源區(qū)中載荷較大的是年降水量，而黃河源區(qū)載荷量較大的是相對濕度；在第3主成分中，長江源區(qū)載荷量較大的是相對濕度，黃河源區(qū)載荷量較大的為年降水量。

表3 長江黃河源區(qū)人為因素和氣候因素與草地退化主成分因子負(fù)荷矩陣

注：*氣溫為年平均氣溫，降水量為年降水量，濕度為年平均相對濕度。

Note: Temperature is the mean annual temperature; Precipitation is the annual precipitation; Humanity is the mean annual humanity.

表4 長江源區(qū)草地面積變化與各環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

2.2.3 關(guān)聯(lián)度分析 灰色關(guān)聯(lián)度法是一種常見的定量辨識景觀要素和環(huán)境因子之間相關(guān)關(guān)系的方法[17-18]。本研究將各高寒草地類型的變化與驅(qū)動長江黃河源區(qū)環(huán)境變化的主要因子之間通過灰色關(guān)聯(lián)度法進(jìn)行分析，選取分辨系數(shù)為0.5，結(jié)果如表4和表5所示：與長江黃河源區(qū)高寒草地退化關(guān)系最密切的是相對濕度，長江源區(qū)高寒草地對相對濕度變化的響應(yīng)更敏感；其次，長江源區(qū)草地對氣溫的響應(yīng)比較敏感，而黃河源區(qū)草地對降水和載畜量的變化關(guān)系更為密切；人口數(shù)量變化對長江黃河源區(qū)高寒草地的退化影響并不顯著。

表5 黃河源區(qū)草地面積變化與各環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

3 討論

目前對長江黃河源區(qū)高寒草地的變化趨勢的研究結(jié)果存在很大分歧。楊建平等[19]研究認(rèn)為近20年來源區(qū)的植被覆蓋總體上保持原狀，局部繼續(xù)退化；黃麟等[20]研究認(rèn)為三江源區(qū)草地退化格局在20世紀(jì)70年代中后期已經(jīng)基本形成，至今草地的退化過程一直在繼續(xù)發(fā)生，總體不存在20世紀(jì)90年代草地退化加劇現(xiàn)象，而錢拴和伏洋[21]研究認(rèn)為長江黃河源區(qū)1982年以來植被指數(shù)整體呈弱增加的趨勢，2004年以來草地植被對氣候呈現(xiàn)正響應(yīng)的變化，轉(zhuǎn)好趨勢明顯。根據(jù)長期的數(shù)據(jù)資料和野外實(shí)地考察研究表明，高寒草地的覆蓋度呈顯著下降趨勢，大面積的中高覆蓋度草地向低覆蓋度草地退化；同時(shí)整體呈干旱化的趨勢，主要表現(xiàn)為草甸向草原的轉(zhuǎn)化；面積和覆蓋度的下降也必然引起中高覆蓋草地破碎化的加劇，導(dǎo)致部分小斑塊的消失和大斑塊的萎縮。從草地退化快慢來看，1969年以來長江黃河源區(qū)的高寒草地已呈退化格局，1986年后退化速率迅速增大，自2000年以來退化速率開始逐漸下降，近45年長江黃河源區(qū)高寒草地的退化速率呈先迅速增大后逐漸下降的趨勢。在空間上，長江黃河源區(qū)高寒草地退化有明顯的空間集聚性(圖3)，高寒草地覆蓋度降低比較顯著的地區(qū)主要分布在海拔較低，高覆蓋草地比例較高，人口分布比較密集的區(qū)域，這與陳婷等[22]研究結(jié)果一致。而干旱化顯著的區(qū)域主要分布在長江黃河源區(qū)西北部偏內(nèi)陸的地區(qū)，草地的其他退化類型比較分散，面積也比較小，沒有很明顯的空間特征。

對于長江黃河源區(qū)高寒草地退化的成因也已有大量研究，但并沒有得到一致的結(jié)論。研究[23-26]認(rèn)為人類過度放牧、生產(chǎn)建設(shè)活動等不合理干預(yù)是造成高寒草地退化的主要原因；任繼周和林慧龍[27]認(rèn)為長江黃河源區(qū)環(huán)境惡化的原因有二，即區(qū)域的暖干化和人為干擾強(qiáng)度的增強(qiáng)，就惡化趨勢來說，前者重于后者，就遏制惡化趨勢來說，后者重于前者；研究[9-11]結(jié)果顯示，氣溫的持續(xù)升高和由此引起的凍土退化是導(dǎo)致高寒生態(tài)系統(tǒng)退化的主要因素。本研究通過對長江黃河源區(qū)氣象資料和人文數(shù)據(jù)主成分分析表明，1969-2013年間，長江源區(qū)發(fā)生最顯著的變化是人口增多與氣溫上升，其次是降水的增加；黃河源區(qū)最顯著的變化則是人口增多與載畜量的下降，其次是氣溫的上升和相對濕度的下降(表3)。通過對各類型草地與主要的環(huán)境要素的變化相關(guān)性進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析表明，相對濕度的變化是驅(qū)動長江黃河源區(qū)高寒草地變化的關(guān)鍵因素，其中長江源區(qū)高寒草地受相對濕度影響更為顯著，這可能是該地區(qū)濕度相對較低，草地受干旱脅迫更為嚴(yán)重的原因。就草地類型而言，高寒草甸與相對濕度關(guān)聯(lián)度比高寒草原更高，可能因?yàn)楦吆莸樾杷扛?、更容易受到干旱脅迫。氣溫是影響長江源區(qū)高寒草地的第二大因素，其次是降水量和載畜量；而黃河源區(qū)高寒草地與降水量和載畜量的關(guān)聯(lián)度更高，其次才是氣溫。這種差異可能是由于長江源區(qū)與黃河源區(qū)不同的自然環(huán)境造成的，長江源區(qū)海拔高，氣溫低，而且大部分地區(qū)屬于多年凍土區(qū)，因此該地區(qū)主要受低溫脅迫，高寒草地對溫度的上升更加敏感，溫度上升還會導(dǎo)致多年凍土退化，已有研究表明長江源區(qū)40 cm處地溫上升、多年凍土退化會導(dǎo)致植被生態(tài)系統(tǒng)的退化[28]。黃河源區(qū)海拔較低，氣溫較高，凍土區(qū)面積較小，多年凍土上限較深，已有研究發(fā)現(xiàn)多年凍土的埋深與淺層土壤含水率和植被的覆蓋率具有良好的相關(guān)性規(guī)律，凍土埋深較大時(shí), 凍土埋深所決定淺層土壤含水率降低,植被生長環(huán)境干旱化, 從而對大氣降水的依賴增強(qiáng)[29]，因此黃河源區(qū)凍土退化對上層土壤濕度的影響減小，大氣降水對土壤濕度的影響增大，從而使高寒草地對降水量的敏感性增強(qiáng)。此外，黃河源區(qū)的載畜密度要遠(yuǎn)高于長江源區(qū)，過度放牧現(xiàn)象更加嚴(yán)重，因此高寒草地對載畜量的變化也更加敏感。

長江黃河源區(qū)高寒草地退化與人口數(shù)量的變化關(guān)聯(lián)度并不高，但人口數(shù)量對高寒草地退化的間接影響不可忽視，首先從長江黃河源區(qū)草地退化的空間特征來看，高寒草地退化嚴(yán)重的地區(qū)往往是人口比較密集的區(qū)域，這一方面是因?yàn)槿丝谠鲩L往往會帶動畜牧量的增加，其次人口增長對環(huán)境的開發(fā)、資源的使用有帶動作用，會增強(qiáng)人口密集區(qū)的環(huán)境壓力；但是人口數(shù)量的變化并不一定會導(dǎo)致高寒草地的退化，這還與人類生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和環(huán)境保護(hù)意識的提升有很大關(guān)系[30]。從長江黃河源區(qū)高寒草地退化速率的變化可以看出，自2000年以后長江黃河源區(qū)草地退化的速率不斷降低，一方面是由于部分地區(qū)的降水量增加引起的，另一方面是由于2000年以后國家成立三江源自然保護(hù)區(qū)，并于2005年頒布了《青海三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)總體規(guī)劃》，加強(qiáng)了對長江黃河源區(qū)自然環(huán)境的保護(hù)，而且還采取了牧區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、牧民進(jìn)城以及禁牧補(bǔ)貼等一系列有效措施，提高了牧民的環(huán)保意識，大幅降低人為因素對長江黃河源區(qū)高寒草地破壞，延緩草地的退化。

此外，氣溫的升高對長江黃河源區(qū)的影響也十分復(fù)雜，簡單通過灰色關(guān)聯(lián)度分析低估了氣溫的作用。一方面溫度上升改善了高寒草地的生境，緩解了低溫脅迫[28]；另一方面，氣溫的升高會導(dǎo)致蒸散發(fā)的增加，加強(qiáng)地區(qū)的干旱脅迫，對于多年凍土區(qū)來說，氣溫升高會導(dǎo)致凍土退化，凍土上限降低，從而使以凍土為依托的地下水位降低，增強(qiáng)了地表植被的干旱程度，如圖3可以看出，降水量有顯著增長趨勢的長江源區(qū)西北部與降水量幾乎不變的黃河源區(qū)相比干旱化更加嚴(yán)重，這可能是由于長江源區(qū)多年凍土分布廣、上限淺，因此凍土對地表土壤含水量的影響要比大氣降水更重要，氣溫上升所引起的凍土退化導(dǎo)致水分缺失更加嚴(yán)重，從而引起了該地區(qū)高寒草地嚴(yán)重的干旱化，這與張森琦等[31]研究結(jié)論一致。

4 結(jié)論

自1969年起，長江黃河源區(qū)的高寒草地退化格局已基本形成，20世紀(jì)80年代后期退化速率大幅上升，自2000年以后，草地的退化速率逐漸下降。長江黃河源區(qū)高寒草地退化主要表現(xiàn)為覆蓋度降低，源區(qū)中高覆蓋草地減少了16.33%，覆蓋度降低比較嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在海報(bào)較低，覆蓋度較高，人口比較密集的長江源區(qū)的東部、黃河源區(qū)西南部和東部地區(qū)；其次是干旱化加劇，源區(qū)高寒草甸的面積減少了3.75%，干旱化加劇顯著的區(qū)域主要分布在長江源區(qū)西北部。破碎化現(xiàn)象在高寒草地退化區(qū)普遍存在。

氣溫上升所引起的源區(qū)氣候暖干化是高寒草地退化的主要原因。氣溫上升一方面促使相對濕度降低、蒸散發(fā)加強(qiáng)，植物需水增加，另一方面引起多年凍土退化，凍土上限加深，導(dǎo)致土壤水分含量下降，使高寒草地面臨的水分脅迫加劇而發(fā)生退化。其次，過度放牧等對源區(qū)草地不合理的人為干預(yù)是加劇長江黃河源區(qū)草地退化的重要因素，通過加強(qiáng)源區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，提高居民環(huán)境保護(hù)意識，能夠有效地遏制高寒草地退化加劇的趨勢。

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Rate and causes of degradation of alpine grassland in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers during the last 45 years

DU Ji-Zeng1, WANG Gen-Xu1*, LI Yuan-Shou2

1.TheKeyLaboratoryofMountainEnvironmentEvolutionandRegulation,InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China； 2.ChinaMeteorologicalAdministration,Beijing100081,China

Alpine grassland is the main vegetation type in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers, and accounts for about 70% of the total area in this region. As a result, maintenance of ecosystem balance, water cycling and soil-atmosphere exchanges in these regions critically depends on the status of the local alpine grasslands. With current global changes such as climate change, and increased human population in the region, alpine grassland in this region has been subject to increasing grazing pressure with significant changes resulting. These environment and regional economic changes have attracted widespread attention. In this research, alpine grassland degradation in the source regions of Yangtze and Yellow Rivers was quantified by analysis of images obtained by aerial photography in 1969 and TM remote sensing data captured in 1989, 2000, 2007 and 2013. In addition, with the inclusion of climatic observation data and data on human factors, the causes of the degradation were analyzed by principal component analysis and the gray correlation method. The results show that the alpine grassland degradation is characterized by reducing coverage, and increasing fragmentation and desertification. The total area of mid-cover alpine grassland and high-cover alpine grassland has decreased by 16.33% from 1969 to 2013. With a trend to increase in periodic drought, the total area of alpine meadow has decreased by 3.75% during the same time. Fragmentation and separation of alpine grassland units in the landscape has been occurring and also shrinkage and disappearance of patches. The rate of degradation increased very rapidly after the 1980s, and reached its maximum in 2000, but has been consistently decreasing since 2000. Climatic drought caused by a warming trend has been the main driver for alpine grassland degradation in the source regions of Yangtze and Yellow Rivers, and overstocking and unreasonable human activity were important contributing factors, intensifying the degradation.

alpine grassland; source regions of Yangtze and Yellow River; the characteristics of degradation; driving factors

10.11686/cyxb2014302

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-07-06；改回日期：2014-08-26

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2013CBA01807), 國家自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目(40925002)和自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41271224)資助。

杜際增(1992-)，男，山東濟(jì)寧人，碩士。E-mail：dujz08@lzu.cn *通訊作者Corresponding author. E-mail：wanggx@imde.ac.cn

杜際增, 王根緒, 李元壽. 近45年長江黃河源區(qū)高寒草地退化特征及成因分析. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(6): 5-15.

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