内蒙古草地面积的变化及其成因分析<br/>——以锡林郭勒盟多伦县为例

内蒙古草地面积的变化及其成因分析
——以锡林郭勒盟多伦县为例

2012-03-13李兴华魏玉荣张存厚

草业科学 2012年1期

李兴华，魏玉荣，张存厚

(内蒙古生态与农业气象中心,内蒙古呼和浩特 010051)

内蒙古典型草原处于干旱半干旱地区，区域生态环境脆弱易变，降水波动性大，对全球气候变化响应敏感。近百年来，地球气候正经历着以全球变暖为主要特征的显著变化[1-2]，变暖的趋势正在并将持续地对自然生态系统和社会经济系统产生多方面、多层次的影响[3-5]。气候变化对内蒙古天然草地的影响主要体现在草地植被生长状况、植被组成变化、牧草的物候期和产量等。已有的研究表明，降水正常年份，气候变暖使牧草的返青期普遍提前5～15 d，黄枯期推后5～18 d，青草期延长10～30 d，东部草原延长最明显[6]。牧草生长期延长，使草地耗水量增加，土壤变干，肥力降低，土壤侵蚀加剧, 大部分草原的初级生产力下降。如近20年来，锡林郭勒典型草原0～40 cm土层的土壤重量含水量平均减少1.9%[7]，产草量减少约500 kg·hm-2；温度升高使草原类型发生变化，草甸草原和典型草原面积减小，荒漠草原面积扩大[8-9]。伴随草地退化，可食牧草比重下降，轻度退化草地可食牧草产量减少20%～40%，植被覆盖度减少20%；中度退化草地可食牧草产量减少40%～60%，植被覆盖度减少20%～50%；重度退化草地可食牧草产量及植被覆盖度减少60%以上[10-12]。

草地面积变化最大的区域在农牧交错区[13-14]，而天然草地的实际面积变化并不明显，弄清农牧交错区草原面积的演变和成因，可以探讨影响草地面积变化的主导因子。因此，本研究以多伦县为研究区，利用TM陆地卫星资料，通过实地调查和图像人工解译确定研究区植被覆盖的分布和面积，开展草地面积的演变和成因研究。

1 研究区概况及研究方法

1.1研究区概况多伦县位于内蒙古自治区锡林郭勒盟东南端，浑善达克沙地南缘，总面积3 871 km2。属中温带半干旱大陆性季风气候，年平均气温1.6 ℃，年降水量385 mm，无霜期100 d，拥有天然草地27.53万hm2[15]。

1.2资料来源和研究方法

1.2.1遥感资料的来源和处理方法本研究的遥感数据为中国科学院对地观测与数字地球科学中心提供的1981-2007年的资料，每个年代选出一组代表资料。20世纪80年代选择TM数据1988和1989年的影像；20世纪90年代选择TM数据1999和2000年影像；2000年以后采用2005年TM影像；卫星资料时间选8月下旬和9月初晴空区多，植被长势茂盛的时期；轨道选择123-31和124-31两景资料。利用“3S”技术，通过对遥感图像的粗纠正、精纠正和融合等技术处理，结合地面光谱调查，采用4、3、2通道的假彩色合成影像，建立解译标志，提供对遥感影像进行解译的依据，输出流动沙地、半流动沙地、湿地、湖泊、农田、碱斑、外边界等图层[16]。各地表类型的遥感影像特征见表1。

表1 不同地表类型的遥感影像特征

1.2.2气候资料来源和分析方法气象资料选多伦县气象站的年平均气温和年降水量，时间变化为1971-2007年，空间分布采用30年平均(1976-2007年)资料。年代际分4个，20世纪70年代(1971-1980年)、80年代(1981-1990年)、90年代(1991-2000年)、2001-2007年(图中用00年代表示)。气候资料的分析方法采用5年滑动平均和多项式回归分析法。

2 结果与分析

2.1多伦县草地面积演变状况通过对各年代遥感图像解译可知(表2)，近30年来，多伦县草地面积呈波动性变化，20世纪80年代面积为227 640.93 hm2，90年代面积最小，为166 929.43 hm2，2000年以后随着退耕还林还草工程的实施，草地面积得到逐步恢复，2005年面积为227 956.53 hm2，与20世纪80年代末持平。多伦县草地面积的变化主要是在气候变暖的背景下，人为过度放牧和开垦造成草地沙化退化严重，尤其2000年以后的连续高温干旱，草地地上生物量鲜质量减少500 kg·hm-2，牧草高度降低了8～10 cm，牧草盖度下降了10%～15%；从草地群落结构变化看，由于多伦县的气候属于半干旱向半湿润的过渡地带，尽管气候有变干的趋势，但降水仍能够满足群落的繁衍，因此，草地群落结构没有北部典型草原区变化明显，仍以羊草(Leymuschinensis)为主。

2.2多伦县草地面积演变的成因由于半固定沙地是草地和沙地的过渡地带，半固定沙地植被盖度增加可以演变成草地，植被减少将逐渐演变为流动沙地。多伦县半固定沙地面积呈逐年下降趋势。20世纪80年代受降水偏少和干旱的影响，半固定沙地面积最大，为40 955.99 hm2。20世纪90年代随着降水的增加，半固定沙地的植被得到恢复，植被盖度增加，半固定沙地面积减少了6 551.75 hm2(表2)。从20世纪90年代末期国家开始实施生态治理和环境保护工程，半固定沙地得到治理。因此，尽管2000年以后比较旱，但半固定沙地的面积仍然呈减少趋势，2005年面积降至19 701.35 hm2，比90年代末减少了14 702.89 hm2(表2)。因此，在人为的治理下，半固定沙地植被增加，逐步变成草地或固定沙地，使草地面积增加。

表2 遥感图像解译的多伦县各年代地表类型面积变化

草地面积变化与农田面积的增减息息相关，由于草地和农田是两个相邻的生态系统，农田的增减影响草地的减增。近30年来，多伦县农田面积增加较大。20世纪80年代农田面积仅42 830.1 hm2；20世纪90年代随着降水的增加，区域水热匹配好，有利于农作物生长，草地和湿地开垦短时间内能够获得很高的产量和经济效益，因此大量的草地和湿地被开垦成农田，农田面积直线上升为70 360.79 hm2，比80年代增加了64.3%；草地面积却减少了60 711.5 hm2。进入21世纪，尽管区域气候暖干化趋势明显，但20世纪90年代末期国家实施的退耕还林还草等生态治理工程成效显著，使区域农田面积下降为60 823.48 hm2，但仍比20世纪80年代高42%(表2)。

湖沼湿地退化使草地面积增加。近30年来，多伦县湿地面积波动较大。20世纪80年代湿地面积为17 251.04 hm2；20世纪90年代由于降水偏多，有利于湿地的保存和恢复，尽管部分湿地被开垦成农田，但湿地面积仍最大，达到22 375.27 hm2；2000年以后，区域连续6年干旱异常，使湿地大面积萎缩，尽管国家实施了湿地保护政策，使部分湿地得到恢复，但在气候暖干化的背景下，多伦的湿地面积仍比90年代减少了10 468.81 hm2(表2)。

山地的治理使草地面积增加。多伦县山地面积呈逐渐减少趋势，20世纪80年代山地面积32 579.78 hm2，20世纪90年代面积为31 198.42 hm2，2005年面积为30 684.37 hm2(表2)。山地面积的减少，主要受人为扰动的影响，20世纪90年代大量坡地开垦成农田，2000年以后许多山地植树种草，变成林地和草地；在封山育林的政策下，大部分林地变成了可开发利用的草地。

流动沙地面积的扩大，使草原面积减小。多伦县流动沙地面积呈逐年略增加趋势，20世纪80年代尽管降水偏少，但其面积仅23 802.94 hm2；20世纪90年代尽管降水明显增加，但受大风沙尘暴频发、人为破坏和过度放牧的影响，植被盖度明显降低，半固定沙地和草地退化演变成流动沙地，流动沙地面积增加为57 191.73 hm2。进入21世纪，尽管气候暖干化趋势明显，但20世纪90年代末期国家实施的生态治理工程成效显著，区域植被逐步得到恢复，流动沙地逐步向半固定沙地演变，到2005年流动沙地面积下降为31 273.03 hm2，但仍比20世纪80年代大7 470.09 hm2(表2)。

总体来看，影响草地面积变化的主要因素是气候暖干化背景下的人为扰动和干预。其中农田、半固定沙地和山地面积的变化主要在人为扰动和干预下使草地面积增减；而湖沼湿地退化和流动沙地面积的扩大则受气候变化的影响较多。

2.3气候对草地面积的影响

2.3.1温度对草地面积的影响研究表明，近40年来多伦县的年平均气温呈上升趋势(图1)，40年增温1.33 ℃；而近百年全球平均气温只上升了(0.6±0.2) ℃[17]，全国上升了0.5～0.8 ℃[1]；由此可见，多伦县变暖趋势十分显著。年代分布上，20世纪90年代增温幅度最大(0.80 ℃)，其次是本世纪前7年的增温幅度(0.36 ℃)；通过平均气温距平五年滑动平均得出，1986年及以前为负距平，为偏冷期，之后升温显著，转为正距平，1998-2007年为升温最高时期，并且1998年和2007年为有气象记录以来最暖的年份。气候变暖对草原面积的影响很大，但很难被直接地表现出来尤其20世纪90年代暖湿的气候条件，有利于农作物生长，因此大量草地被开恳，农田面积大范围增加。草地面积与年代平均气温的相关系数为-0.210，说明随着温度的升高，草地面积呈减小趋势。这主要是由于温度升高，草地蒸发和蒸散量增大，区域干旱发生的频次增加，促进了草地的沙化和退化，使草地面积减小，沙地面积增大。

图1 多伦县年平均气温变化

2.3.2降水对草地面积的影响近40年多伦县年降水呈波动略减少分布(图2)。20世纪80年代和21世纪前7年为少雨期，90年代为多雨期。通过年降水量距平五年滑动平均，1977年及以前为负距平，为干期；1978-1986年降水为正距平，为湿期；1987-1990年降水为负距平，期间为干湿交换期；1991-1999年降水为正距平，为湿期；2000年以后降水为负距平，为干期。年降水量的多少决定了区域植被长势和空间分布，多伦县草地面积与年代平均降水量相关系数达到-0.978，也就是随着降水量的增多，草地面积呈减少趋势。这主要是在降水较多的20世纪90年代，温暖湿润的气候条件，为农作物的生长创造了优良的环境，而草地和农田是两个相邻的生态系统，因此大量草地被开垦成农田，使草地面积减少；另外草地和湿地是相融的两个生态系统，降水增加，湖沼和湿地面积扩大侵蚀草地，也使草地面积减少。而在降水较少的20世纪80年代，人为对草地的破坏还比较小，草地面积变化的主要原因是降水减少，干旱频发，草地的沙化和退化加剧，使草地演变成为流动和半流动沙地。2000年以后尽管降水减少，但人为治理对草地面积的稳定增长起到了积极的作用，使农田、半固定沙地和山地面积减小，草地面积得到逐步恢复。

图2 多伦县年平均降水量变化

3 讨论与结论

1971-2007年，多伦县草地面积在气候暖干化的背景下，呈现波动性变化，20世纪80年代面积为227 640.93 hm2，90年代面积最小，为166 929.43 hm2，2000年以后随着退耕还林还草工程的实施，草地面积得到逐步恢复，2005年面积与20世纪80年代末持平。

以往的研究认为，草地过牧和人为的过度利用是草地面积变化和草原生态环境恶化的主要原因[18]。而本研究通过年代对比分析得出，影响草地面积变化的主要因素是气候暖干化背景下的人为干预和扰动。其中农田、半固定沙地和山地面积的变化主要在人为干预和扰动下使草地面积增减；湖沼湿地退化和流动沙地面积的扩大则受气候变化的影响较多。温暖湿润的20世纪90年代，大量草地被开垦成农田，湖沼和湿地面积扩大侵蚀草地面积，使草地面积减少；在降水较少的20世纪80年代，草地沙化和退化加剧，使草地演变成为流动和半流动沙地。2000年以后尽管降水减少，但人为治理使农田、半固定沙地和山地面积减小，草地面积得到逐步恢复。因此，草原保护应当合理的利用人为治理和政策调节等手段。

在草地保护的过程中，要坚持“保护优先，适度利用”的原则；通过围封、季节性休牧、退耕和人工种草等措施对草地逐步进行治理；因地制宜地加强草原水利建设，在有条件的地方积极发展节水灌溉饲草料基地。有研究表明[19-20]，建设1 hm2高产饲料基地可使10～15 hm2天然草地得到修养生息。因此，可以通过提高单位面积上的饲草产量，缓解天然草地过牧压力；积极开展有效的人工影响天气作业，增加降水量，促进植被生长，使草地面积不断扩大。

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