内蒙古阿鲁科尔沁旗草地退化时空分布特征分析

萨其日拉　敖登高娃

摘 要： 本文以位于大兴安岭中山山地向科尔沁沙地过渡带的阿鲁科尔沁旗为研究对象，以1990年、2000年和2014年三期遥感影像数据为基础、结合阿鲁科尔沁旗统计年鉴、气象气候等资料，借助ENVI5.1和ARCGIS10.2软件，对阿鲁科尔沁旗草地退化现状特征、时空变化规律进行了研究，研究表明：2014年阿鲁科尔沁旗草地退化指数（GDI）为2.99，属于中度退化等级，研究区各个乡镇（苏木）草地退化指数（GDI）值在2.65～3.3之间，区域之间有一定的差异性，但整体上均处于中度退化的状态。草地退化状况空间分布特征为，南部和中南部地区草地退化较为严重，主要以中度退化草地为主，伴有重度退化草地；中部和中北部地势偏高的林牧区草地退化状况相对较轻，主要以轻度退化草地与中度退化草地相间分布，草地整体状况相对较好；最北端基本形成了无明显退化草地、轻度退化草地和中度退化草地相间分布的格局。

关键词： 草地退化； 草地退化指数（GDI）； 时空分布特征； 阿鲁科尔沁旗

1. 引言

内蒙古阿鲁科尔沁旗位于大兴安岭中山山地向科尔沁沙地的过渡带，是自治区畜牧业基地之一，在长期的农牧业生产过程中草地生态环境被严重破坏，草地退化较严重，基于此本文以阿鲁科尔沁旗为研究区域，以1990年、2000年和2014年三期遥感影像数据为基础，借助ENVI5.1和ARCGIS10.2软件，获取3期土地利用数据。以土地利用分类数据为基础，利用遥感反演的方法获得研究区1990年、2000年和2014年草地植被盖度，以植被盖度作为草地退化的遥感监测指标，分析研究近25年研究区草地退化的时空变化特征，拟为内蒙古自治区草地退化遥感监测和减缓草地退化提供参考依据。

2. 研究区概况

2.1 自然条件

阿鲁科尔沁旗（简称阿旗）位于内蒙古自治区中部，赤峰市东北部。地理位置在北纬43°21′43″～45°24′20″，东经119°02′15″～121°01′。东部与通辽市扎鲁特旗、开鲁县接壤，西与巴林左旗、巴林右旗为邻，南与开鲁县、翁牛特旗隔河相望，北和锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗、东乌珠穆沁旗毗连。阿鲁科尔沁旗南北狭长最长达232km，东西最宽约114km，总面积为14277km2。

阿鲁科尔沁旗地处大兴安岭南段山地东麓，地质构造系新華夏构造带东段、西拉沐沦河构造带北侧。地貌地势表现为山峦起伏、丘陵广布、平川狭长，总体为北西高、东南低，海拔最高1540m，最低261m，平均海拔430m，是大兴安岭中山山地向科尔沁沙地过渡带。年均气温5.5℃，年日照时数2760小时～3030小时，极端最高气温40.6℃，极端最低气温-32.7℃，年平均积温2900℃～3400℃，年均降雨量300mm～400mm，无霜期95天～140天，属典型的大陆型气候。

2.2 社会经济概况

阿鲁科尔沁旗下辖14个乡（苏木）镇和一个天山办事处，245个村（嘎查），总人口29.6万人，共有13个民族，蒙古族人口11.3万人，汉族人口17.6万人，形成蒙古族为主体，汉族占多数，以牧业为主，农牧结合多种经济兼营的蒙古民族聚居的农牧业地区。全旗有效灌溉面积41.5万亩，主要农作物以粮豆为主，玉米播种面积41万亩、谷子37万亩、绿豆106万亩。全旗大小畜存栏179万头（只）。

3. 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

本研究选用三期遥感影像即1990年生长季（5月份～9月份）和2000年生长季（5月份～9月份）以及2014年生长季（5月份～9月份）的LANDSATTM影像作为数据源。对其进行几何纠正、配准、融合、裁剪等预处理。

社会、经济统计数据，反映阿鲁科尔沁旗社会、经济、人口及畜牧业发展状况的数据，均来自1990年～2014年的“阿鲁科尔沁旗统计年鉴”。

3.2 研究方法

3.2.1 植被盖度的计算

植被盖度与归一化植被指数NDVI之间存在着极显著直线相关关系[4]。在遥感监测植被盖度中，通常利用植被盖度与NDVI之间关系估算区域植被盖度，其计算公式如下[5、6]：

（1）

式中：fI为植被覆盖度；I为像元NDVI值；Imin为裸土最小NDVI值，Imax为纯草地最大NDVI值。

3.2.2 草地退化遥感监测和评价指标体系的建立

草地退化遥感监测和评价指标体系的建立是以草地退化遥感监测的国家标准（GB19377-2003）[7]为依据，逐像元计算研究区1990年、2000年和2014年草地最大植被盖度作为未退化草地的植被盖度，在综合参考了相似区域的研究成果[8]的基础上将草地退化等级分为四级，分别为无明显退化、轻度退化、中度退化及重度退化，并确定草地退化遥感监测和评价指标、标准以及等级划分方法和评分（表1）[9]。

在划分研究区草地退化等级的基础上，采用草地退化指数（GDI）来表示研究区地区草地退化状况。草地退化指数计算公式为[9]：

（2）

式中：GDI为草地退化指数；为草地退化等级的评分；为草地退化等级的分布面积（ha）；为研究区草地总面积（ha）。

表2 阿鲁科尔沁旗草地退化遥感监测与评价指标综合判别

[草地退化指数＼&草地退化状态＼&GDI≤1.5＼&无明显退化＼&1.5

GDI值越大，表明草地退化程度越严重，草地退化指数共划分为以下4个区间，分别对应不同的草地退化程度（表2）[10]。

4. 草地退化现状总体特征分析

阿鲁科尔沁旗2014年草地总面积978519ha，草地退化等级分为重度退化草地、中度退化草地、轻度退化草地和无明显退化草地4级。各等级退化草地所占比例差别较大，研究区无明显退化草地仅占草地总面积的1.23%，其面积约为12067ha；轻度退化草地占15.98%，其面积约156347ha；中度退化草地占65.10%，分布面积约636977ha；重度退化草地面积占17.69%，分布面积约为173128ha。

从2014年草地退化状况的总体特征来看，阿鲁科尔沁旗草地退化指数（GDI）为2.99，属于中度退化等级，研究区各个乡镇（苏木）草地退化指数（GDI）值在2.65～3.3之间，区域之间有一定的差异性。其中，巴拉奇如德苏木草地退化最为严重，草地退化指数为3.3，草地处于中度退化到接近于重度退化的状态，赛罕塔拉苏木草地退化最轻，草地退化指数为2.65，属于中度退化接近于轻度退化的状态，其他各乡镇（苏木）草地退化情况均处于中度退化的状态。

阿鲁科尔沁旗2014年草地退化状况空间分布特征为（图1），阿鲁科尔沁旗南部地区草地退化较为严重，其中接近于科尔沁沙地一带的巴拉奇如德苏木、绍根镇以及地处阿鲁科尔沁旗中西部农林区的先锋乡、天山口镇草地退化较为严重，主要以中度退化草地为主，伴有重度退化草地；相对而言中部和中北部地势偏高的林牧区草地退化状况相对较轻，其中中部和中东部地区轻度退化草地与中度退化草地相间分布，草地整体状况较好，中西部地区退化较严重，以重度退化草地与中度退化草地相间分布，中北部及北段基本形成了无明显退化草地、轻度退化草地和中度退化草地相间分布的格局。由此可见，研究区沙地及其周围气候变化较为敏感区域和交通要道沿线等人类活动较为频繁区域的草地退化相对严重。

5. 草地退化指数及其变化特征分析

1990年至2014年的25年期间，阿魯科尔沁旗整体草地退化指数（GDI）的多年平均值为3.28，处于草地中度退化等级，阿鲁科尔沁旗草地退化指数的最大值达到3.94（1990年），最小值为2.65（2014年），变化率也达到了-15.96%。可见，阿鲁科尔沁旗草地退化总体情况整体变化较大，并在中度退化至重度退化等级之间波动。在1990年，研究区整体草地退化指数（GDI）为3.56，处于草地重度退化等级，到2000年，研究区草地退化情况略有缓解，整体草地退化指数（GDI）为3.25，处于草地中度退化等级，与1990年相比，草地退化指数下降了0.31，降幅达到-8.68%。从2000开始，研究区区草地退化态势继续缓减，到2014时，研究区整体草地退化指数变为2.99，比1990年下降了0.57，约下降了16%，比2000年下降了0.26，约下降了15.96%，草地退化状态也处于中度退化等级，草地退化虽然有所缓减但整体情况依然很严重。在总体上，近25年以来阿鲁科尔沁旗草地退化情况一直很严重，但是有进一步缓解趋势。

在1990年至2014的25年期间，阿鲁科尔沁旗草地退化情况地区差异较明显。南部及中南部地区草地退化程度较为严重。1990年南部及中南这几个乡镇草地退化指数值都大于3.5，整个区域草地退化指数平均值为3.73，草地退化等级处于重度退化状态。到2000年草地退化状态有所缓减，区域草地退化指数平均值为3.46，草地由重度退化缓减为中度退化状态。到2014年草地退化状态进一步缓减，区域草地退化指数平均值降低为3.05。1990年中部地区草地退化平均值为3.57，属于重度退化状态。2000年区域草地退化指数平均值降低至3.09，区域草地总体上属于中度退化状况，与1990年相比有了一定好转。2014年区域草地退化指数平均值为2.91，因此草地植被恢复情况在2000年的基础上有进一步的好转。25年间中部地区所属各乡镇苏木草地退化指数逐年变小，草地总体上呈现出逐年恢复的态势；北部地区草地退化状况呈现出逐年恢复的趋势，草地退化指数由1990年的3.22减缓到2000年的2.71和2014年的2.8，整体上也处于中度退化状态，但其退化程度与中部、中南部及南部比较相对较好，属于全旗草地整体状况最好的地带。总体上近25年以来阿鲁科尔沁旗草地退化情况由重度退化缓减为中度退化，草地退化情况具有缓解的趋势，但整体草地退化程度都处于中度退化等级，草地退化形势依然很严峻。草地退化区域之间差异较明显，南部和中南部退化最严重且草地退化指数值也最高，北部草地退化程度相对最轻，草地退化指数值相对较小，中部草地退化程度介于前两者之间，总体呈现出由北向南草地退化程度逐渐加剧的趋势。

6. 结论

近25年以来，阿鲁科尔沁旗草地退化指数由1990年的3.56下降到2000年的3.25，最后到2014年的2.99，草地退化情况由重度退化缓减为中度退化，草地退化情况具有缓解的趋势，但整体草地退化程度都处于中度退化等级，草地退化形势依然较严峻。草地退化区域之间差异较明显，南部和中南部退化最严重且草地退化指数值也最高，北部草地退化程度相对最轻，草地退化指数值相对较小，中部草地退化程度介于前两者之间，总体呈现出由北向南草地退化程度逐渐加剧的趋势。

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