內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗草地退化時(shí)空分布特征分析

薩其日拉　敖登高娃

摘 要： 本文以位于大興安嶺中山山地向科爾沁沙地過(guò)渡帶的阿魯科爾沁旗為研究對(duì)象，以1990年、2000年和2014年三期遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、結(jié)合阿魯科爾沁旗統(tǒng)計(jì)年鑒、氣象氣候等資料，借助ENVI5.1和ARCGIS10.2軟件，對(duì)阿魯科爾沁旗草地退化現(xiàn)狀特征、時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行了研究，研究表明：2014年阿魯科爾沁旗草地退化指數(shù)（GDI）為2.99，屬于中度退化等級(jí)，研究區(qū)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）草地退化指數(shù)（GDI）值在2.65～3.3之間，區(qū)域之間有一定的差異性，但整體上均處于中度退化的狀態(tài)。草地退化狀況空間分布特征為，南部和中南部地區(qū)草地退化較為嚴(yán)重，主要以中度退化草地為主，伴有重度退化草地；中部和中北部地勢(shì)偏高的林牧區(qū)草地退化狀況相對(duì)較輕，主要以輕度退化草地與中度退化草地相間分布，草地整體狀況相對(duì)較好；最北端基本形成了無(wú)明顯退化草地、輕度退化草地和中度退化草地相間分布的格局。

關(guān)鍵詞： 草地退化； 草地退化指數(shù)（GDI）； 時(shí)空分布特征； 阿魯科爾沁旗

1. 引言

內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗位于大興安嶺中山山地向科爾沁沙地的過(guò)渡帶，是自治區(qū)畜牧業(yè)基地之一，在長(zhǎng)期的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中草地生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞，草地退化較嚴(yán)重，基于此本文以阿魯科爾沁旗為研究區(qū)域，以1990年、2000年和2014年三期遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助ENVI5.1和ARCGIS10.2軟件，獲取3期土地利用數(shù)據(jù)。以土地利用分類數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用遙感反演的方法獲得研究區(qū)1990年、2000年和2014年草地植被蓋度，以植被蓋度作為草地退化的遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo)，分析研究近25年研究區(qū)草地退化的時(shí)空變化特征，擬為內(nèi)蒙古自治區(qū)草地退化遙感監(jiān)測(cè)和減緩草地退化提供參考依據(jù)。

2. 研究區(qū)概況

2.1 自然條件

阿魯科爾沁旗（簡(jiǎn)稱阿旗）位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，赤峰市東北部。地理位置在北緯43°21′43″～45°24′20″，東經(jīng)119°02′15″～121°01′。東部與通遼市扎魯特旗、開(kāi)魯縣接壤，西與巴林左旗、巴林右旗為鄰，南與開(kāi)魯縣、翁牛特旗隔河相望，北和錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗、東烏珠穆沁旗毗連。阿魯科爾沁旗南北狹長(zhǎng)最長(zhǎng)達(dá)232km，東西最寬約114km，總面積為14277km2。

阿魯科爾沁旗地處大興安嶺南段山地東麓，地質(zhì)構(gòu)造系新華夏構(gòu)造帶東段、西拉沐淪河構(gòu)造帶北側(cè)。地貌地勢(shì)表現(xiàn)為山巒起伏、丘陵廣布、平川狹長(zhǎng)，總體為北西高、東南低，海拔最高1540m，最低261m，平均海拔430m，是大興安嶺中山山地向科爾沁沙地過(guò)渡帶。年均氣溫5.5℃，年日照時(shí)數(shù)2760小時(shí)～3030小時(shí)，極端最高氣溫40.6℃，極端最低氣溫-32.7℃，年平均積溫2900℃～3400℃，年均降雨量300mm～400mm，無(wú)霜期95天～140天，屬典型的大陸型氣候。

2.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況

阿魯科爾沁旗下轄14個(gè)鄉(xiāng)（蘇木）鎮(zhèn)和一個(gè)天山辦事處，245個(gè)村（嘎查），總?cè)丝?9.6萬(wàn)人，共有13個(gè)民族，蒙古族人口11.3萬(wàn)人，漢族人口17.6萬(wàn)人，形成蒙古族為主體，漢族占多數(shù)，以牧業(yè)為主，農(nóng)牧結(jié)合多種經(jīng)濟(jì)兼營(yíng)的蒙古民族聚居的農(nóng)牧業(yè)地區(qū)。全旗有效灌溉面積41.5萬(wàn)畝，主要農(nóng)作物以糧豆為主，玉米播種面積41萬(wàn)畝、谷子37萬(wàn)畝、綠豆106萬(wàn)畝。全旗大小畜存欄179萬(wàn)頭（只）。

3. 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究選用三期遙感影像即1990年生長(zhǎng)季（5月份～9月份）和2000年生長(zhǎng)季（5月份～9月份）以及2014年生長(zhǎng)季（5月份～9月份）的LANDSATTM影像作為數(shù)據(jù)源。對(duì)其進(jìn)行幾何糾正、配準(zhǔn)、融合、裁剪等預(yù)處理。

社會(huì)、經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，反映阿魯科爾沁旗社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口及畜牧業(yè)發(fā)展?fàn)顩r的數(shù)據(jù)，均來(lái)自1990年～2014年的“阿魯科爾沁旗統(tǒng)計(jì)年鑒”。

3.2 研究方法

3.2.1 植被蓋度的計(jì)算

植被蓋度與歸一化植被指數(shù)NDVI之間存在著極顯著直線相關(guān)關(guān)系[4]。在遙感監(jiān)測(cè)植被蓋度中，通常利用植被蓋度與NDVI之間關(guān)系估算區(qū)域植被蓋度，其計(jì)算公式如下[5、6]：

（1）

式中：fI為植被覆蓋度；I為像元NDVI值；Imin為裸土最小NDVI值，Imax為純草地最大NDVI值。

3.2.2 草地退化遙感監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

草地退化遙感監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立是以草地退化遙感監(jiān)測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB19377-2003）[7]為依據(jù)，逐像元計(jì)算研究區(qū)1990年、2000年和2014年草地最大植被蓋度作為未退化草地的植被蓋度，在綜合參考了相似區(qū)域的研究成果[8]的基礎(chǔ)上將草地退化等級(jí)分為四級(jí)，分別為無(wú)明顯退化、輕度退化、中度退化及重度退化，并確定草地退化遙感監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)以及等級(jí)劃分方法和評(píng)分（表1）[9]。

在劃分研究區(qū)草地退化等級(jí)的基礎(chǔ)上，采用草地退化指數(shù)（GDI）來(lái)表示研究區(qū)地區(qū)草地退化狀況。草地退化指數(shù)計(jì)算公式為[9]：

（2）

式中：GDI為草地退化指數(shù)；為草地退化等級(jí)的評(píng)分；為草地退化等級(jí)的分布面積（ha）；為研究區(qū)草地總面積（ha）。

表2 阿魯科爾沁旗草地退化遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合判別

[草地退化指數(shù)＼&草地退化狀態(tài)＼&GDI≤1.5＼&無(wú)明顯退化＼&1.5

GDI值越大，表明草地退化程度越嚴(yán)重，草地退化指數(shù)共劃分為以下4個(gè)區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)不同的草地退化程度（表2）[10]。

4. 草地退化現(xiàn)狀總體特征分析

阿魯科爾沁旗2014年草地總面積978519ha，草地退化等級(jí)分為重度退化草地、中度退化草地、輕度退化草地和無(wú)明顯退化草地4級(jí)。各等級(jí)退化草地所占比例差別較大，研究區(qū)無(wú)明顯退化草地僅占草地總面積的1.23%，其面積約為12067ha；輕度退化草地占15.98%，其面積約156347ha；中度退化草地占65.10%，分布面積約636977ha；重度退化草地面積占17.69%，分布面積約為173128ha。

從2014年草地退化狀況的總體特征來(lái)看，阿魯科爾沁旗草地退化指數(shù)（GDI）為2.99，屬于中度退化等級(jí)，研究區(qū)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）草地退化指數(shù)（GDI）值在2.65～3.3之間，區(qū)域之間有一定的差異性。其中，巴拉奇如德蘇木草地退化最為嚴(yán)重，草地退化指數(shù)為3.3，草地處于中度退化到接近于重度退化的狀態(tài)，賽罕塔拉蘇木草地退化最輕，草地退化指數(shù)為2.65，屬于中度退化接近于輕度退化的狀態(tài)，其他各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）草地退化情況均處于中度退化的狀態(tài)。

阿魯科爾沁旗2014年草地退化狀況空間分布特征為（圖1），阿魯科爾沁旗南部地區(qū)草地退化較為嚴(yán)重，其中接近于科爾沁沙地一帶的巴拉奇如德蘇木、紹根鎮(zhèn)以及地處阿魯科爾沁旗中西部農(nóng)林區(qū)的先鋒鄉(xiāng)、天山口鎮(zhèn)草地退化較為嚴(yán)重，主要以中度退化草地為主，伴有重度退化草地；相對(duì)而言中部和中北部地勢(shì)偏高的林牧區(qū)草地退化狀況相對(duì)較輕，其中中部和中東部地區(qū)輕度退化草地與中度退化草地相間分布，草地整體狀況較好，中西部地區(qū)退化較嚴(yán)重，以重度退化草地與中度退化草地相間分布，中北部及北段基本形成了無(wú)明顯退化草地、輕度退化草地和中度退化草地相間分布的格局。由此可見(jiàn)，研究區(qū)沙地及其周圍氣候變化較為敏感區(qū)域和交通要道沿線等人類活動(dòng)較為頻繁區(qū)域的草地退化相對(duì)嚴(yán)重。

5. 草地退化指數(shù)及其變化特征分析

1990年至2014年的25年期間，阿魯科爾沁旗整體草地退化指數(shù)（GDI）的多年平均值為3.28，處于草地中度退化等級(jí)，阿魯科爾沁旗草地退化指數(shù)的最大值達(dá)到3.94（1990年），最小值為2.65（2014年），變化率也達(dá)到了-15.96%?？梢?jiàn)，阿魯科爾沁旗草地退化總體情況整體變化較大，并在中度退化至重度退化等級(jí)之間波動(dòng)。在1990年，研究區(qū)整體草地退化指數(shù)（GDI）為3.56，處于草地重度退化等級(jí)，到2000年，研究區(qū)草地退化情況略有緩解，整體草地退化指數(shù)（GDI）為3.25，處于草地中度退化等級(jí)，與1990年相比，草地退化指數(shù)下降了0.31，降幅達(dá)到-8.68%。從2000開(kāi)始，研究區(qū)區(qū)草地退化態(tài)勢(shì)繼續(xù)緩減，到2014時(shí)，研究區(qū)整體草地退化指數(shù)變?yōu)?.99，比1990年下降了0.57，約下降了16%，比2000年下降了0.26，約下降了15.96%，草地退化狀態(tài)也處于中度退化等級(jí)，草地退化雖然有所緩減但整體情況依然很嚴(yán)重。在總體上，近25年以來(lái)阿魯科爾沁旗草地退化情況一直很嚴(yán)重，但是有進(jìn)一步緩解趨勢(shì)。

在1990年至2014的25年期間，阿魯科爾沁旗草地退化情況地區(qū)差異較明顯。南部及中南部地區(qū)草地退化程度較為嚴(yán)重。1990年南部及中南這幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)草地退化指數(shù)值都大于3.5，整個(gè)區(qū)域草地退化指數(shù)平均值為3.73，草地退化等級(jí)處于重度退化狀態(tài)。到2000年草地退化狀態(tài)有所緩減，區(qū)域草地退化指數(shù)平均值為3.46，草地由重度退化緩減為中度退化狀態(tài)。到2014年草地退化狀態(tài)進(jìn)一步緩減，區(qū)域草地退化指數(shù)平均值降低為3.05。1990年中部地區(qū)草地退化平均值為3.57，屬于重度退化狀態(tài)。2000年區(qū)域草地退化指數(shù)平均值降低至3.09，區(qū)域草地總體上屬于中度退化狀況，與1990年相比有了一定好轉(zhuǎn)。2014年區(qū)域草地退化指數(shù)平均值為2.91，因此草地植被恢復(fù)情況在2000年的基礎(chǔ)上有進(jìn)一步的好轉(zhuǎn)。25年間中部地區(qū)所屬各鄉(xiāng)鎮(zhèn)蘇木草地退化指數(shù)逐年變小，草地總體上呈現(xiàn)出逐年恢復(fù)的態(tài)勢(shì)；北部地區(qū)草地退化狀況呈現(xiàn)出逐年恢復(fù)的趨勢(shì)，草地退化指數(shù)由1990年的3.22減緩到2000年的2.71和2014年的2.8，整體上也處于中度退化狀態(tài)，但其退化程度與中部、中南部及南部比較相對(duì)較好，屬于全旗草地整體狀況最好的地帶?？傮w上近25年以來(lái)阿魯科爾沁旗草地退化情況由重度退化緩減為中度退化，草地退化情況具有緩解的趨勢(shì)，但整體草地退化程度都處于中度退化等級(jí)，草地退化形勢(shì)依然很嚴(yán)峻。草地退化區(qū)域之間差異較明顯，南部和中南部退化最嚴(yán)重且草地退化指數(shù)值也最高，北部草地退化程度相對(duì)最輕，草地退化指數(shù)值相對(duì)較小，中部草地退化程度介于前兩者之間，總體呈現(xiàn)出由北向南草地退化程度逐漸加劇的趨勢(shì)。

6. 結(jié)論

近25年以來(lái)，阿魯科爾沁旗草地退化指數(shù)由1990年的3.56下降到2000年的3.25，最后到2014年的2.99，草地退化情況由重度退化緩減為中度退化，草地退化情況具有緩解的趨勢(shì)，但整體草地退化程度都處于中度退化等級(jí)，草地退化形勢(shì)依然較嚴(yán)峻。草地退化區(qū)域之間差異較明顯，南部和中南部退化最嚴(yán)重且草地退化指數(shù)值也最高，北部草地退化程度相對(duì)最輕，草地退化指數(shù)值相對(duì)較小，中部草地退化程度介于前兩者之間，總體呈現(xiàn)出由北向南草地退化程度逐漸加劇的趨勢(shì)。

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