内蒙古草原退化状况及驱动因素对比分析——以锡林郭勒草原与呼伦贝尔草原为研究区域

李政海，鲍雅静，张 靖，王海梅，胡志超（.大连民族学院环境与资源学院，辽宁大连6605；.内蒙古自治区气象科学研究所，呼和浩特0005；.内蒙古呼和浩特市气象局，呼和浩特0000）

内蒙古草原退化状况及驱动因素对比分析
——以锡林郭勒草原与呼伦贝尔草原为研究区域

李政海1，鲍雅静1，张 靖1，王海梅2，胡志超3
（1.大连民族学院环境与资源学院，辽宁大连116605；2.内蒙古自治区气象科学研究所，呼和浩特010051；3.内蒙古呼和浩特市气象局，呼和浩特010020）

利用1980年以来的遥感数据、气象数据和牲畜头数数据，采用图形代数和统计分析方法，对比研究了锡林郭勒和呼伦贝尔两大草原退化状况及其驱动因素。研究结果表明，锡林郭勒草原目前已经发生了整体性的全面退化，中重度退化草原面积超过40％，呼伦贝尔草原退化面积为54.36％，以轻度退化类型为主；草原退化主要受气候旱化和放牧活动的影响，草原植被覆盖度的降低与降雨量减少及干旱程度提高之间存在高度一致的对应关系；而锡林郭勒草原退化程度显著高于呼伦贝尔草原，这与其自上世纪80年代以来一直处于高强度放牧利用密切相关。

锡林郭勒草原；呼伦贝尔草原；草原退化；气候旱化；过度放牧

草原重要的战略资源，是中国面积最大、分布 最广泛的绿色生态屏障。内蒙古的两大草原——锡林郭勒草原和呼伦贝尔草原是中国最典型的草原分布区，是环北京生态防护圈的重要组成部分，但由于地处中国北方地区，属于大陆性干旱半干旱气候区，气候本身的脆弱性、波动性和严酷性，再加上人类活动的作用，使得该地区的草原生态系统很容易发生退化。

草原大面积退化现已成为中国北方干旱、半干旱地区面临的重大生态问题［1-3］。草地退化最明显的标志是植被的退化［4］。特定区域特定时间段内草原植被覆盖变化可在一定程度上反映草原的退化状况与过程［5］，逐渐成为生态学研究的一个重点领域［6-7］。

草原退化不仅严重损伤草原生态系统的生态防护功能、生态环境保护，制约草地畜牧业的健康发展，而且威胁国家的生态安全。随着草地退化的加剧，对草地资源的退化过程进行动态监测、定量化描述与分析尤为必要，本文以3S技术为支撑，以草原地区长时间序列的气象数据、植被指数遥感数据以及社会经济统计数据为基础，全面分析锡林郭勒盟草原和呼伦贝尔草原退化状况，以及草地退化与气候变化、放牧压力的相互关系，以确定中国北方草原退化状态及其驱动因素，为制定草原区生态保护与合理利用途径，确定草原区应对气候旱化、实现经济社会可持续发展模式提供科学依据。

1 研究区概况

锡林郭勒盟位于中国北部内蒙古自治区中东部，北纬41°34＇～46°52＇；东经111°9＇～120°，总面积为20.3万km2。锡林郭勒盟地处中纬度，气候类型属中温带半干旱大陆性气候，冬季寒冷、夏季炎热，降水不均、雨热同期。锡林郭勒草原区的植被主要以典型草原和荒漠草原为主，同时包括部分草甸草原、森林、灌丛和农田。

呼伦贝尔市位于内蒙古自治区东北部，北纬47°05＇～53°20＇、东经115°31＇～126°04＇，总面积为25.3万km2。以大兴安岭为界，岭东区为季风气候区，年降水量在500mm～800mm，岭西为大陆气候区，年降水量为300mm～500mm。春季风大干燥，夏季雨热同行，秋季气温骤降，日夜温差大，冬季时间较长且寒冷。呼伦贝尔草原主要分布在岭西地区，植被类型以草甸草原和典型草原为主体。

2 数据与方法

2.1 数据

文章应用的数据主要有：1981年以来锡林郭勒盟各旗县和呼伦贝尔市年底的牲畜头数统计数据，将牲畜头数均折算为标准羊单位；锡林郭勒盟15个气象观测站点1981年以来的月累积降水量、月平均气温数据；1981～2001年NOAA/AVHRR分辨率为1.1km的旬NDVI数据，锡林郭勒盟2002～2007年和呼伦贝尔市2002～2012年分辨率为250m的MODIS NDVI数据，经空间重采样后，处理成与NOAA/AVHRR空间分辨率相匹配（1.1km）的数据。NDVI数据采用最大值合成法，拉伸范围为0～255。

2.2 研究方法

2.2.1 干燥度的计算方法

干燥度指数是表征一个地区干湿程度的指标，一般以某个地区水分收支与热量平衡的比值来表示。采用De Martonne于1926年提出的干燥度Idm计算方法：

式中，Idm即De Martonne干燥度，P为累积降水量（mm），T为平均气温值（℃）。由于是以降水量为分子，因此，干燥度值Idm越大，代表越湿润，Idm越小，代表越干旱。

2.2.2 草原退化程度的计算方法

本文以1980年以来历年最大NDVI参照体系和不同时期或具体年份NDVI之间的相对差距标识草原的相对退化程度，具体方法见胡志超、李政海等（2014）。其中，历年最大NDVI参照体系是在ArcGIS软件的Raster Calculator模块下利用最大值合成法MVC，将长时间序列中每个像元的最大值提取到一个图层上，代表植被曾经出现过的最佳生长状态，将每个像元不同时期或不同年代的NDVI最大值的平均值与其相比较，参照刘钟龄等［3］所划分的草原退化等级标准，将研究区植被覆盖变化幅度进行分级，并以此作为草原退化状况的表征（见表1），对草原退化状况进行分析研究。

表1 草原植被退化等级划分

3 结果分析

3.1 锡林郭勒草原与呼伦贝尔草原不同时期的退化状况

见表2。从20世纪80年代初至今，锡林郭勒盟草原退化状况发生了极其显著的变化，80年代与90年代相比，草原退化状况基本持平。但是进入21世纪以来，草原退化状况急剧恶化，未退化、轻度退化区域明显减少，而中度、重度退化区域明显增大，其中未退化区和轻度退化区面积比例降低15％左右，而中度退化区增加30％左右，中度退化逐渐成为草原退化的主体，整个区域范围内，草原退化程度明显恶化。

20世纪的80年代及90年代，呼伦贝尔草原区一直保持较为完好的原生植被状态，未退化区占总面积90％以上，没有出现中度和重度退化的情况，草原的退化状态呈散布的点状，主要集中在新巴尔虎右旗南部。21世纪初期，呼伦贝尔草原植被退化显著加重，退化草原面积为55％左右，以轻度退化（50％）为主，同时出现了小范围的中度退化和重度退化，除东部接近大兴安岭山地森林区的森林草原带植被状态较为完好以外，其他呈不同退化程度的草原已连成片状，其中，新巴尔虎右旗、新巴尔虎左旗、陈巴尔虎旗草原退化问题较为严重。

不同时期的对比分析结果表明，锡林郭勒草原的退化程度明显高于呼伦贝尔草原，在20世纪的80-90年代开始，在呼伦贝尔草原保持良好原生状态的情况下，锡林郭勒草原就出现了大面积的轻度退化和一定程度的中重度退化。进入21世纪后，锡林郭勒草原全域退化，中重度退化面积明显扩展，而呼伦贝尔草原则仅有50％左右的轻度退化。

表2 锡林郭勒草原与呼伦贝尔草原植被不同年代草原退化面积及比例

3.2 气候旱化对草原退化的影响

根据对锡林郭勒盟各年代平均降水量空间分布及图形代数统计分析，20世纪80年代与90年代，降水量的空间分布格局表现出良好的地带性变化，其中，年均降水量小于200mm、200mm ～300mm、300mm～400mm的区域占据锡林郭勒盟的主体区域，并成带状自西向东依次增加，80年代各分级所占的面积比例分别为18.77％、50.55％和26.21％，至90年代，降水量在锡林郭勒盟范围内表现出增加的趋势，少于300mm降水量的区域由80年代的69.32％减少到59％，而大于300mm的区域则由80年代的30.68％增加到90年代的41％。与这两个时期不同，进入21世纪后，锡林郭勒盟的年均降水量显著减少，300mm～400mm的降水量区域已经难以形成连续的区带，在东北角和东南角占据较少的区域，仅占锡林郭勒盟总面积的11.58％，与80、90年代相比，面积比例分别减少了14.63％和23.49％，而且，在锡林郭勒盟范围内大于400mm的区域已经消失不见，少于200mm降水量的区域面积显著扩大，由原来80、90年代不足20％猛增到34.06％。以上分析表明，进入21世纪以来，锡林郭勒盟大部分地区的降水量呈现明显的下降趋势。

与降雨量的变化相对应，从20世纪80年代初至今，锡林郭勒草原的植被状况发生了极其显著的变化。如果以植被覆盖状况作为草原生态地理区划的一项指标，21世纪初，荒漠草原区与典型草原区的生态地理界线都发生了明显的东移，草原化荒漠状况的稀覆盖植被区的面积比80、90年代扩展了4～5倍，尽管与荒漠草原相对应的低覆盖植被区的面积比例没有发生变化，但在前者的影响下，低覆盖植被区的东部界线向东推移了1个经度，与此相似，对应于草甸草原与林地灌丛植被的高植被覆盖区也向东收缩了一个经度，高覆盖植被区面积极度萎缩，降雨量的减少是草原植被退化的一个重要原因。

在ArcGIS软件的支持下，对27年干燥度平均值进行等级的划分，等级间隔为0.8，然后对应着提取干燥度分级区内27年的草原相对退化率的平均值，两者做一元线性回归，如图1。从27年平均干燥度值与相对草原退化率的线性回归斜率推算，变化速率为-0.9736，相关系数为0.8569，呈高度的负相关，锡林郭勒草原1981～2007年27年的平均相对退化率的变化范围为 14.92～55.45，表明随着干燥度的增加草原退化程度减轻，即在气候干旱地区草原退化程度更为严重。

图1（右）反映了不同时期草原退化与干燥度的相互关系，20世纪80、90年代和21世纪初的相关系数依次为0.795、0.900 2、0.875，均达到高度相关，在气候相对湿润地区，各个时期草原退化程度较低，气候越干旱地区的草原退化程度越严重。20世纪80、90年代草原的退化程度接近，进入21世纪以来，草原退化程度明显加剧。

图1 锡林郭勒草原在不同干燥度区间内草原退化程度

3.3 过度放牧对草原退化的影响

根据不同时期锡林郭勒草原和呼伦贝尔草原牲畜头数的统计分析，过度放牧是导致草原退化的重要原因。如图2的研究结果表明，锡林郭勒盟自20世纪80年代开始，草原的退化面积就达到80％以上，这与该地区从1980年以来的高强度放牧利用有直接关系。在西部地区分布有大面积荒漠草原和草原化荒漠以及流动沙地的锡林郭勒草原地区，1980～2007年草原平均牲畜密度高达64.5只标准羊单位/km2，1989年更是达到最高的85只标准羊单位/km2。相比较而言，拥有大面积草甸草原和优良的典型草原的呼伦贝尔市西部草原地区，在全市牲畜头数最多的2012年，草原地区的牲畜密度只有62.3只标准羊单位/km2，而在放牧强度较高的2001～2012年，平均牲畜密度也仅为45.4只/km2。锡林郭勒草原整体全面退化，而呼伦贝尔草原退化面积只有50％左右且以轻度退化为主的事实，充分说明了过度放牧是导致草原退化的一个重要原因。

图2 锡林郭勒盟与呼伦贝尔市历年牲畜头数

4 结论与讨论

（1）自20世纪80年代以来，锡林郭勒草原退化问题比较严重，80、90年代期间，草原退化率已经达到80％以上，进入21世纪后，草原更是表现出整体全面退化，而且中重度退化面积超过40％。比较而言，80、90年代呼伦贝尔草原的退化面积仅为8％左右，而在21世纪初期退化面积达到50％以上，但主要以轻度退化为主。

（2）降水量减少、干旱程度提高是导致草原退化的一个重要原因，降水量减少与植被覆盖度降低存在高度一致的对应变化规律，说明干旱程度加重是导致草原退化加剧的重要原因之一。

（3）过度放牧是造成草原退化的重要因素。20世纪80年代以来，锡林郭勒草原的高强度放牧利用导致草原全面退化，而较高的草原生产力和较低的放牧强度使得呼伦贝尔草原仅有50％左右发生轻度退化。

对比分析的结果表明，中国北方草原地区植被退化问题严重，而且，无论是轻度退化还是中重度退化，草原的退化均经历着从小面积的点状退化到草原区域性整体退化的变化历程。为了遏制草原退化的进一步发展，首先，要做好整个草原区的整体生态调控工作，坚决执行以草定畜、草畜平衡工作，防止与减轻草原退化问题。其次，必须把草原的年际即时调控管理提到议事日程，建议草原监理部门、环保部门会同气象部门，根据不同年份的气候状况和草原生长状况，在实施季节畜牧业的区域，对放牧的起始时间和终止时间进行即时调控管理，切实把草畜平衡落到实处，促进草地资源的保护与可持续利用。

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（责任编辑 刘敏）

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

环境保护部公益性行业科研专项（201109025-3）；国家自然科学基金（30970494，31170402）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（DC140468，DC110105，DC120101142，DC120101141）；大连民族学院创新团队项目（118081）；国家火炬计划项目（2012GH231899）。

李政海（1962-），河北秦皇岛人，教授，博士，学校优秀学术带头人，主要从事区域生态学与生态规划研究。