内蒙古荒漠草原承载力综合评价

宋向阳 邢启明 常书娟 郑淑华 杨勇 李兰花

摘要 [目的]明确内蒙古荒漠草原生态系统的结构和功能的变化情况。[方法]选定达茂旗为研究对象，运用3S技术，对草地植被覆盖度、草地生产力和载畜量30多年的变化进行了研究。[结果]达茂旗草地植被覆盖度相比2000年初期升高了2百分点；达茂旗草地生产力由南向北呈递减趋势，相比2003年有所升高；达茂旗草地载畜量相比20世纪80年代和2000年初期整体水平有所升高。[结论]该研究结果为内蒙古制定生态管理决策提供了理论依据。

关键词 荒漠草原；草地覆盖度；草地生产力；草地载畜量

中图分类号 S181 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2018）14-0093-04

Comprehensive Evaluation on Bearing Capacity of Desert Steppe in Inner Mongolia

SONG Xiangyang1， XING Qiming2， CHANG Shujuan1 et al （1.Institute of Grassland Survey and Planning of Inner Mongolia， Hohhot， Inner Mongolia 010051； 2. Inner Mongolia Meteorological Administration， Hohhot， Inner Mongolia 010051）

Abstract [Objective] The aim was to accurately and truly reflect the changes in structure and function of the desert steppe ecosystem in Inner Mongolia. [Method] The desert steppe in Damao Banner was taken as the object of study， the change of vegetation coverage， grassland productivity and carrying capacity in recent more than 30 years was studied by using 3S technology. [Result] The coverage of grassland vegetation in Damao Banner was increased by 2% compared with in the initial period of 2000； the productivity of grassland in Damao Banner decreased from south to north， which was higher than that in 2003； the carrying capacity of Damao Banner grassland was increasing compared with the 1980s and in the initial period of 2000. [Conclusion] The result provides theoretical basis for Inner Mongolia to make up ecological management decision.

Key words Desert steppe；Grassland coverage；Grassland productivity；Carrying capacity of grassland

荒漠草原是草原向荒漠过渡的生态边界带，生态稳定性较差，气候与人类活动的干扰作用容易使该生态系统产生波动。生态过渡带独有的特点及植被逆向演替的髙风险性使荒漠草原成为生态学关注的重要区域之一[1]。放牧是内蒙古荒漠草原的主要生产方式，然而，20世纪80年代实行了牲畜承包制后，由于牧民盲目扩增牲畜数量，草畜矛盾加重，荒漠草原植被出现较为严重的退化趋势[2]。超载过牧是草原退化的主要原因[3-4]，如何防止草原退化，保持畜牧业经济的发展，调整生态与经济平衡，关键问题是寻求草原合理的载畜率[5]。内蒙古荒漠草原的生产力低，却是内蒙古中西部重要的畜牧业基地，因此，适宜载畜量的确定成为草原可持续发展的重中之重[6]。

达茂旗草原属于典型的荒漠草原区，建国以来，达茂旗草原与生态环境总体呈现退化趋势。具体表现为：地表水体萎缩，地下水位下降，土壤侵蚀加重，草场退化，土地沙化和盐碱化面积扩大，进而导致该区生物多样性减少、土地生产力降低、草地载畜量下降、农牧民生活贫困等现象[7-10]。鉴于达茂旗严峻的草原与生态恶化态势，中央与地方政府实施了一系列的生态建设与恢复工程。为了从本质上掌握该地区各类生态管理与生态建设工程的效应，笔者以达茂旗作为研究示范区，运用3S技术手段，分析近30年来该地区草原与生态系统宏观结构和服务功能的演变态势，科学评价了各类生态建设工程的实际成效及其稳定性，提炼面向区域主体功能的生态管理优化模式，为地方政府的生态管理决策提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区中部包头市境内，阴山北麓的乌兰察布高平原。地处109°16′～111°25′E、41°20′～42°40′N，东与四子王旗毗邻，西靠巴彦淖尔市乌拉特中旗，南连武川、固阳两县，北和蒙古人民共和国接壤，国境线在本旗绵延88.6 km。達茂旗地形特征南部高，北部低，由南向北倾斜，其间丘陵、低山、丘间盆地、波状高平原交错分布。平均海拔1 376 m，东西跨度150 km，南北纵深160 km，总土地面积最新数据为17 913.41 km2。

降水量从南往北递减，分布不均。年平均降水量230～260 mm，南北相差近110 mm。同时季节分配和年际变化悬殊，保证率低。6—9月降水量占全年降水量的80%以上。春季降水量过少，常常出现春旱，影响牧草返青和农作物播种。

达茂旗是包头市唯一的纯牧业旗县，拥有草原总面积16 498.27 km2，占国土面积的92.1%，是乌兰察布草原的重要组成部分。主要草原类型有典型草原、荒漠草原和低平地草甸类，其中荒漠草原面积最大，占草原总面积的48.64%。达茂旗属于北方干旱气候条件，生态条件严酷，环境脆弱，再加上人为因素干扰和长期超载过牧影响，导致草原生态系统发生了逆向演替，生态环境逐步恶化，沙尘暴天气肆虐，严重影响了牧民的生产和生活。

1.2 试验设计 利用20世纪80年代和2000年初期草地资源状况为本底，和2017年进行比较，根据不同草原类型的生产力、植被盖度和承载力的对比，运用3S技术监测长时间序列不同载畜率水平的草 地植被变化，通过分析，揭示荒漠草原承载能力以及放牧对草原的影响作用，可为草-畜平衡管理及生态保护提供有效、直观的数据支持，有助于科学地调控草-畜平衡，对提高牧场经济与生态平衡具有科学指导作用。

1.3 调查方法

草原植被盖度采用像元二分模型计算得出，像元二分模型是假设像元是由土壤与植被两部分组成，即传感器所观测到的像元信息可表达为由绿色植被成分所贡献的信息与由土壤成分所贡献的信息之和。对于上述混合像元，其中植被所占比例可用模型表达如下：

C=（S-S0）/（Sg-S0） （1）

式中，Sg为纯植被覆盖像元的遥感信息量；S0为纯土壤覆盖像元的遥感信息量；C为植被盖度。因为NDVI在植被的长势、覆盖度等方面被广泛应用，所以在该模型的基础上，运用NDVI来估测覆盖度。将NDVI代入公式（1），得到基于NDVI的像元二分模型：

C=（NDVI-NDVIsoil）/（NDVIveg-NDVIsoil） （2）

式中，NDVIsoil為完全是裸土或者无植被覆盖区域的NDVI；NDVIveg则代表完全被植被覆盖像元的NDVI值。

草原植被生产力采用CASA模型计算得出。CASA模型是一个充分考虑环境条件和植被本身特征的光能利用率模型。该模型主要由植被吸收的光合有效辐射和光能转化率2个变量确定。公式如下：

NPP（x，t）=APAR（x，t）×ε（x，t） （3）

式中，APAR为光合有效辐射，ε为光能利用率，x表示空间位置；t表示时间。由太阳总辐射中的光合有效辐射和植被对光合有效辐射的吸收比例（FPAR）决定，FPAR利用NDVI和植被类型表示，ε是植被把吸收的光合有效辐射（FPAR）转换为有机碳的效率，主要受温度和降水的影响。

1.4 计算方法 运用Arcgis和ENVI等遥感软件对影像进行校正和配准处理，投影采用阿尔伯斯投影，投影区域面积保持与实地相等；草地载畜量采用农业行业标准《天然草地合理载畜量的计算》来计算。

2 结果与分析

2.1 达茂旗草原植被覆盖度现状与变化

用20世纪初期草地资源状况为本底进行比较，运用3S技术，通过对2003和2017年达茂旗草原植被盖度建立像元二分模型，比较分析得出2003年达茂旗草原平均盖度为24%，2017年草原平均盖度为26%，平均升高了2百分点（图1）。达茂旗降水量从南向北递减，蒸发量则由南到北递增，由于受水热条件的影响，草原植被盖度也呈现出由南向北递减的局势，在南部希拉穆仁镇、石宝镇、乌克忽洞镇、明安镇的覆盖度分别有不同程度的增加，百灵庙镇的北部和巴音花镇的南部从2003年的20%左右增加到2017年的30%左右，在达茂旗的北部满都拉镇，植被覆盖度基本无变化，而在达尔罕苏木中部的植被覆盖度有降低的趋势，这可能与季节性降水分布不均匀有关。

2.2 达茂旗草地生产力现状评价

运用3S技术，通过对达茂旗温度、降水、日照等综合参数建立CASA模型，通过模型分别计算2003和2017年的地上生物量，监测结果显示，2017年达茂旗天然草地生产力呈现出南高北低的趋势，北部草原相对较差，这里主要分布荒漠草原类和草原化荒漠类。而在南部主要分布有温性草原类（图2），南部的希拉穆仁镇产量最高，有个别的地方干草产量在800 kg/hm2以上，乌克忽洞镇、石宝镇的干草产量在600 kg/hm2左右，相比2003年，北部满都拉镇较差的草原在减少，南部较好的草原变得更好，这与工程项目的实施是分不开的。

由表1可知，2017年达茂旗天然草原牧草平均产干草304.01 kg/hm2，相比2003年和20世纪80年代分别提高了3.53%和2.13%，其中温性草原化荒漠类提高幅度最大，相比2003年和20世纪80年代分别提高了23.26%和29.55%，这主要由于20世纪80年代初期人为活动频繁，草场长期超载过牧，破坏严重，直到2002年以后开始实施休牧，2008年全面实施禁牧，严格执行舍饲圈养政策，以前破坏较严重的地区得到了有效控制，天然草原正在逐步恢复。

2.3 达茂旗草地载畜量现状评价

天然草地载畜量根据天然草地产草量的多少，按牲畜日食量计算出天然草地实际可饲养的牲畜头数。由表2可知，2017年达茂旗天然草原全年可饲养218.24万头绵羊单位，而2003年和20世纪80年代全养178.27万头和207.84万头羊单位，2017年载畜能力整体水平在升高，与2003年和20世纪80年代相比分别提高了22.42百分点和5.0百分点，其中温性草原类载畜能力水平提高幅度最大，2017年温性草原类全年可饲养79.69万头羊单位，与2003年和20世纪80年代草地载畜能力相比分别提高了64.28百分点和12.61百分点，温性荒漠是达茂旗草原的主体，2017年其全年可饲养92.98万头羊单位，与2003年相比提高了7.2百分点。草地载畜能力的提高主要同达茂旗近年来实施草原生态治理工程、移民项目、封育草场有关。

3 结论与讨论

该研究表明，达茂旗草地植被覆盖度相比2003年升高了2百分点；在全旗由南向北呈递减趋势，这主要是受水热条件影响；达茂旗草地生产力由南向北呈递减趋势，相比2003年有所升高，这与工程项目的实施是分不开的；

达茂旗草地载畜量相比20世纪80年代和2000年初期整体水平有所升高，这主要与近年来实施草原生态治理工程、移民项目、封育草场有关。

根据达茂旗草原生产力南高北低的局势，制定利用方案。北部满都拉镇和蒙古国接壤，常年受蒙古高原高气压影响，是该区域生态环境最恶劣的地区，根据遥感监测，平均盖度不到25%，平均产量每公顷产200 kg左右干草，针对该区域实施休牧措施，对于重度沙化的地区要采取补播，重度退化的地区要实施禁牧，同时当地并不适合饲养小畜，由于小畜行走消耗与采食积累的能量几乎相同，所以适合可远距离放牧并能适合荒漠草原环境的骆驼[11]。

对于南部草原平均盖度在50%左右，有个别区域的干草产量达800 kg/hm2，是该地区发展草原畜牧业潜力最大的区域，这一区域地势相对平坦，交通方便，应逐步压缩以至取消放牧山羊，而以放牧或半舍饲绵羊为主，同时加强人工草场的建设，种植优良牧草，增加饲草料的供应[12]。

草原超载过牧是造成草原退化的一个很重要的原因[13]，草原超载过牧严重，使草原得不到休养生息的机会，造成草原生产力下降和草原生态环境不断恶化[14]。同时，由于草原退化，草原承载能力进一步下降，加剧了草畜矛盾，形成一个恶性循环。实现草畜平衡是促进草原生态系统良性循环，实现草原畜牧业持续发展的基础[15]。

在20世纪80年代初期，达茂旗人口不断增加，带动了牲畜头数不断增长，致使草原出现超载现象。随着人们对草原生态保护的认识，牲畜头数逐年降低，直到2003年基本达到草畜平衡，后来随着禁牧围封措施的实施，生态移民政策也开始实施，牧区牲畜头数不断降低，到2010年达到草大于畜。针对达茂旗草畜平衡问题，并非简单地降低家畜头数或者载畜量，还牵涉到复杂的社会问题，特别是牧民的生活和增收，牧民要维持生活水平，就必然要增加牲畜头数，因此，草畜平衡实质上是“人-畜-草”的平衡问题[16]。

参考文献

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