內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評估

石 磊，孫海蓮，王慧敏，謝 宇，王 洋，常 虹，劉亞紅，維 拉，邱 曉

（內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院/生態(tài)草業(yè)可持續(xù)發(fā)展內(nèi)蒙古自治區(qū)工程研究中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031）

草地是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，在維持全球生態(tài)平衡、經(jīng)濟發(fā)展、人文歷史中發(fā)揮著極其重要的作用[1]。草地生態(tài)系統(tǒng)可以提供防風固沙、水源涵養(yǎng)、土壤保持、維持生物多樣性、固碳、釋氧和氣候調(diào)節(jié)等重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，在維護生態(tài)安全中發(fā)揮著不可替代的重要作用，是建設(shè)生態(tài)安全屏障與促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略資源[2-3]。在過去的近百年中，氣候變化和人類活動造成全球草地生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化，草地面積由5 175.73 萬km2減少到5 102.16 萬km2；荒漠草地類組凈初級生產(chǎn)力下降了2 498 萬t/a、典型草地類組凈初級生產(chǎn)力下降了11 574 萬t/a、溫帶濕潤草地類組凈初級生產(chǎn)力下降了29 156 萬t/a[4]。目前，草原保護工程與政策、生態(tài)紅線劃定等草原管理與保護措施在全國范圍內(nèi)實施，通過對已實施的草原保護工程與政策效果進行評價，分析保護工程、政策的合理性，進一步完善現(xiàn)有草原生態(tài)保護工程的措施和政策，逐漸成為草原生態(tài)保護領(lǐng)域的研究熱點。

我國是草地資源大國，是歐亞大陸草原的重要組成部分，擁有各類天然草地近4 億hm2，面積居世界第2 位，約占全球草地面積的13%，占國土面積的41.7%[5]。由于氣候變化和人類活動我國草地退化嚴重，為了遏制草地退化，切實加強草原生態(tài)建設(shè)，國內(nèi)草原保護政策與工程不斷涌現(xiàn)。1999年開始實施的“退耕還林還草”工程和2011年開始實施的“草原生態(tài)保護補助獎勵”政策，建設(shè)規(guī)模大、政策性強、民眾參與程度高，生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益正在顯現(xiàn)。

內(nèi)蒙古地區(qū)草原面積較大，大部分草原地區(qū)干旱少雨，放牧壓力較大，加之人類活動過度干擾，草原退化嚴重。內(nèi)蒙古草原一直是草原保護工程與政策的先行先試區(qū)與重點實施區(qū)，也是草原生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點區(qū)域。通過對區(qū)域草地生態(tài)系統(tǒng)狀況的測算，系統(tǒng)評估草原保護工程及政策的實施效果，對于完善下一步的工程與政策具有參考意義[6-7]。本研究基于2000年、2010年和2015年3 期遙感影像數(shù)據(jù)，利用CASA 模型和草地載畜量評估模型，分析了草地面積、草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，綜合評估內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)狀況，以期為草原生態(tài)恢復研究提供理論和方法參考，為未來草原保護與利用規(guī)劃提供決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)介紹

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于祖國北部邊疆，東西直線距離2 400 km，南北跨度1 700 km，土地總面積118.3 萬km2，占全國總面積的12.3%。內(nèi)蒙古是高原型地貌區(qū)，大部分地區(qū)海拔在1 000 m 以上，年降水量100～500 mm，無霜期80～150 d，年日照量2 700 h以上，屬于溫帶大陸性季風氣候。20 世紀50年代，內(nèi)蒙古擁有天然草地8 800 萬hm2，占自治區(qū)面積的74.4%，是耕地的12.4 倍、森林的4.2 倍，占全國草地總面積的22%[8]。根據(jù)20 世紀80年代全國草地資源普查結(jié)果，內(nèi)蒙古天然草地可利用面積6 359.11 萬hm2，占草地總面積的80.69%，居全國首位。

內(nèi)蒙古草原是歐亞大陸草原的重要組成部分，以高平原為主體，草地類型多，草原植物資源種類豐富。依據(jù)水、熱為中心的氣候條件差異和植被類型，將內(nèi)蒙古天然草地劃分為8 個類、19 個亞類、134 個組、476 個型，草地型占全國草地型的58%。內(nèi)蒙古草原由經(jīng)緯度的差異引起的草地水平分布格局極其明顯，東北—西南依次分布著溫性草甸草原類、溫性典型草原類、溫性荒漠草原類、溫性草原化荒漠類和溫性荒漠類5 類地帶性草地[9]。

1.2 遙感數(shù)據(jù)來源

本研究使用的內(nèi)蒙古生態(tài)系統(tǒng)類型遙感數(shù)據(jù)來自“全國生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調(diào)查與評估項目（2000—2010年）”[10]“全國生態(tài)環(huán)境五年變化遙感調(diào)查與評估項目（2010—2015年）”和中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心。內(nèi)蒙古植被覆蓋度計算使用的MODIS NDVI 產(chǎn)品數(shù)據(jù)，從NASA（美國國家航空航天局）網(wǎng)站下載[11-13]。計算內(nèi)蒙古植被凈初級生產(chǎn)力時，采用的氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評估指標

生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評估指標選擇植被覆蓋度作為衡量指標。植被覆蓋度（fractional vegetation cover，F(xiàn)VC）是指某一地域植物垂直投影面積與該地域面積之比，用百分數(shù)表示，常用于植被動態(tài)變化或土地覆被動態(tài)變化和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測研究。植被覆蓋度與NDVI 存在極顯著的相關(guān)性，一般可以用NDVI 計算，公式如下

式中，F(xiàn)VC 為植被覆蓋度；NDVIveg為純植被覆蓋像元的NDVI 值；NDVIsoil為完全無植被覆蓋像元的NDVI 值[14]。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估指標

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估指標選擇植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）和草地載畜能力作為衡量指標。本研究植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）值，以遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)作為主要參數(shù)，采用CASA 模型運算得到2000—2015年內(nèi)蒙古草地NPP[15-17]。草地載畜能力計算，參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《天然草地合理載畜量的計算》（NY/T 635—2015）。

2 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)蒙古草地分布和面積變化

內(nèi)蒙古從西部到東部均有草地分布，分布集中的地區(qū)為中部的錫林郭勒盟、鄂爾多斯市及烏蘭察布市。從各盟（市）看，錫林郭勒盟草地面積最大，占區(qū)域土地總面積的比例也最大，達88.17%；東部呼倫貝爾市草地面積也相對較大，草地面積占區(qū)域土地總面積的38.53%；西部阿拉善盟草地面積占區(qū)域土地總面積的比例最少，為18.01%（圖1）。

圖1 2015年內(nèi)蒙古各盟（市）草地面積及占區(qū)域土地總面積比例

2000—2015年，內(nèi)蒙古各土地利用類型面積變化見表1。2000—2010年，草地面積增加了1 498.18 km2，增加速率為149.82 km2/a；2010—2015年，草地面積減少了2 680.17 km2，減少速率為536.04 km2/a；2000—2015年，草地面積減少1 181.99 km2。2000—2010年，耕地面積減少了3 008.51 km2，減少速率為300.85 km2/a；2010—2015年，耕地面積增加了1 168.17 km2，增加速率為233.63 km2/a。2000—2010年，建筑用地面積增加了2 587.10 km2，增加速率為258.71 km2/a；2010—2015年，建筑用地面積增加了1 516.35 km2，增加速率為303.27 km2/a。

表1 2000—2015年內(nèi)蒙古土地覆被變化

草地生態(tài)保護工程實施后，2000—2010年草地面積有所增加，退耕還草對草地面積增加貢獻最高；但2010—2015年草地面積又在減少，草地面積減少的趨勢沒有得到根本遏制。耕地和建筑用地的增加是草地減少的主要原因，城鎮(zhèn)化對草地面積減少的貢獻程度最高。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化

由表2 可知，內(nèi)蒙古全域植被覆蓋度和草地植被覆蓋度從東部到西部逐漸遞減。東北部大興安嶺地區(qū)植被覆蓋度最高，以林地為主；呼倫貝爾市、興安盟植被覆蓋度均值在80%左右。中部通遼市、赤峰市、錫林郭勒盟、烏蘭察布市、呼和浩特市以林地、草地為主，植被覆蓋度均值40%～70%。西部包頭市、鄂爾多斯市、巴彥淖爾市、烏海市植被覆蓋度均值20%～30%；阿拉善盟植被覆蓋度最低，降水稀少，以荒漠為主，植被覆蓋度均值僅為10%。

表2 2000年、2015年內(nèi)蒙古各盟（市）植被覆蓋度變化 單位：%

由表3 可知，2000—2015年內(nèi)蒙古全域植被覆蓋度和草地植被覆蓋度均有所提高，并且內(nèi)蒙古全域植被覆蓋度大于內(nèi)蒙古草地植被覆蓋度。內(nèi)蒙古草地植被覆蓋度從2000年的42.52%提高到2015年的46.50%，表明內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有所提升。

表3 2000—2015年內(nèi)蒙古植被覆蓋度變化 單位：%

由圖2 可知，2000—2015年內(nèi)蒙古各盟（市）草地生態(tài)系統(tǒng)植被覆蓋度均有所提升。2015年草地生態(tài)系統(tǒng)植被覆蓋度高于全區(qū)平均水平的盟（市）有興安盟、呼倫貝爾市、通遼市、赤峰市、呼和浩特市，低于全區(qū)平均水平的盟（市）有錫林郭勒盟、烏蘭察布市、鄂爾多斯市、包頭市、巴彥淖爾市、烏海市、阿拉善盟。興安盟和呼倫貝爾市草地生態(tài)系統(tǒng)植被覆蓋度相對較高，分別為79.85%和73.18%，表明草地質(zhì)量相對較高；阿拉善盟草地生態(tài)系統(tǒng)植被覆蓋度最低，僅為13.97%，表明草地質(zhì)量相對較低。

圖2 2000年和2015年內(nèi)蒙古各盟（市）草地植被覆蓋度

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力變化

2.3.1 植被凈初級生產(chǎn)力（NPP） 由表4 可知，內(nèi)蒙古全域和草地NPP 自東北部盟市向西南部盟市逐漸減少。2015年東北部呼倫貝爾市的NPP 最高，為418.96 g C/m2；西部阿拉善盟NPP 最低，為32.57 g C/m2。

2000—2015年內(nèi)蒙古各盟（市）草地NPP 均有所提升。由表4 可知，2015年草地NPP 高于全區(qū)平均水平的盟（市）有興安盟、呼倫貝爾市、赤峰市、通遼市，低于全區(qū)平均水平的盟（市）有呼和浩特市、錫林郭勒盟、烏蘭察布市、鄂爾多斯市、包頭市、烏海市、巴彥淖爾市、阿拉善盟；興安盟和呼倫貝爾市草地NPP 相對較高，分別為356.52、289.41 g C/m2，表明草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力相對較高；阿拉善盟、巴彥淖爾市和烏海市草地NPP 相對較低，分別為30.99、54.36、56.99 g C/m2，表明西部地區(qū)干旱少雨的盟（市）草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力相對較低。

表4 2000—2015年內(nèi)蒙古各盟（市）植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）變化 單位：g C/m2

由表5 可知，2000—2015年內(nèi)蒙古全域NPP 和草地NPP 均呈增加趨勢。內(nèi)蒙古草地NPP 從2000年的147.45 g C/m2增加到2015年的169.73 g C/m2，提高了15.11%。結(jié)果表明，2000—2015年雖然內(nèi)蒙古草地面積減少，但單位面積草地植被的生產(chǎn)能力有所增加。

表5 2000—2015年內(nèi)蒙古植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）變化 單位：g C/m2

2.3.2 載畜能力 由表6 可知，內(nèi)蒙古草地理論載畜能力在空間上呈從東部盟（市）向西部盟（市）逐漸降低的趨勢。2000年和2015年內(nèi)蒙古草地單位面積理論載畜量分別為75.01 羊單位/km2和86.34 羊單位/km2。

表6 2000—2015年內(nèi)蒙古草地載畜能力變化

由表7 可知，2000—2015年內(nèi)蒙古草地載畜能力好的面積明顯增加，載畜能力差的面積明顯減少。內(nèi)蒙古草地載畜能力>100 羊單位/km2的面積顯著增加，由2000年的140 231.81 km2增加至2015年的192 739.57 km2，增加了52 507.76 km2；草地載畜能力<15 羊單位/km2的面積有所減少，由2000年的44 949.23 km2減少至2015年的37 869.04 km2，減少了7080.19 km2。2000—2015年內(nèi)蒙古草地載畜能力>50 羊單位/km2的面積占區(qū)域草地總面積比例由2000年的55.38%提高至2015年的60.76%，而載畜能力<50 羊單位/km2的面積占區(qū)域草地總面積比例由2000年的44.62%降低至2015年的39.24%，表明內(nèi)蒙古草地載畜能力有較大的提升。

表7 2000—2015年內(nèi)蒙古草地不同載畜能力的面積 單位：km2

由圖3 可知，2015年內(nèi)蒙古各盟（市）中，呼倫貝爾市、錫林郭勒盟、興安盟、赤峰市、通遼市等盟（市）草地載畜能力>100 羊單位/km2的面積較大，阿拉善盟、巴彥淖爾市、烏海市等盟（市）草地載畜能力<15 羊單位/km2的面積較大。

圖3 2015年內(nèi)蒙古各盟（市）草地不同載畜能力的面積

3 討論與結(jié)論

從20 世紀80年代到2000年，內(nèi)蒙古草地退化嚴重。自2000年以來，內(nèi)蒙古為了保障草原地區(qū)生態(tài)安全，陸續(xù)實施了“三北防護林保護”“京津風沙源治理”“退牧還草”“草畜平衡”等多個重大生態(tài)保護與建設(shè)工程，以及草原生態(tài)保護補助獎勵政策，隨著這些保護工程與政策的實施，內(nèi)蒙古生態(tài)環(huán)境整體遏制、局部好轉(zhuǎn)。已有研究表明，到2010年內(nèi)蒙古草原的面積有一定增加，將近50%的草原植被得到明顯恢復，草原生態(tài)整體退化趨勢得到有效遏制。內(nèi)蒙古地區(qū)從2000年到2015年，草原牧草產(chǎn)量增加了0.12 kg/hm2，草原生物多樣性增加了1～3 種/m2，退化草原的比重減少了4.1%，表明在草原保護區(qū)域與治理地區(qū)，草原生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)[18]。肖洋等[19]對內(nèi)蒙古生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評估結(jié)果表明，2000—2010年內(nèi)蒙古生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提高面積約為120 900.43 km2，總體上呈現(xiàn)緩慢增長趨勢。本研究以多期遙感數(shù)據(jù)源作為基礎(chǔ)，從內(nèi)蒙古草地面積、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力3 個方面，對內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量進行了初步評估，結(jié)果表明，2000—2015年內(nèi)蒙古植被覆蓋度有一定程度提高，說明生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有一定提升；草地植被凈初級生產(chǎn)力有所增加，載畜能力明顯提高；2000—2015年載畜能力好的面積明顯增加，載畜能力差的面積有所減少，表明內(nèi)蒙古的草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量在逐漸好轉(zhuǎn)。2000—2015年內(nèi)蒙古草地面積減少趨勢沒有得到有效遏制，退耕還草是2000—2010年草地面積增加的主要原因，但隨著社會發(fā)展、人口增加與城鎮(zhèn)化加速，2010—2015年草地面積小幅減少。

本研究結(jié)果表明，2000—2015年內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有一定程度的提升，并促進草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的提高，說明這些年實施的草原保護政策與工程遏制了草原生態(tài)系統(tǒng)的退化趨勢，對于內(nèi)蒙古草地生態(tài)起到了有效的保護作用。草原生態(tài)保護與合理利用仍是內(nèi)蒙古北方生態(tài)安全屏障建設(shè)的重點內(nèi)容，還應繼續(xù)通過實施草原生態(tài)恢復工程、草原生態(tài)補獎?wù)摺⒉菰鷳B(tài)保護項目，促進草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量逐步提升，有效保護草地資源，改善草地生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)草地生態(tài)系統(tǒng)向良性循環(huán)發(fā)展。