内蒙古草地生态系统质量评估

石 磊，孙海莲，王慧敏，谢 宇，王 洋，常 虹，刘亚红，维 拉，邱 晓

（内蒙古自治区农牧业科学院/生态草业可持续发展内蒙古自治区工程研究中心，内蒙古呼和浩特 010031）

草地是陆地生态系统的主体，是重要的生态系统之一，在维持全球生态平衡、经济发展、人文历史中发挥着极其重要的作用[1]。草地生态系统可以提供防风固沙、水源涵养、土壤保持、维持生物多样性、固碳、释氧和气候调节等重要的生态系统服务，在维护生态安全中发挥着不可替代的重要作用，是建设生态安全屏障与促进区域可持续发展的战略资源[2-3]。在过去的近百年中，气候变化和人类活动造成全球草地生态系统严重退化，草地面积由5 175.73 万km2减少到5 102.16 万km2；荒漠草地类组净初级生产力下降了2 498 万t/a、典型草地类组净初级生产力下降了11 574 万t/a、温带湿润草地类组净初级生产力下降了29 156 万t/a[4]。目前，草原保护工程与政策、生态红线划定等草原管理与保护措施在全国范围内实施，通过对已实施的草原保护工程与政策效果进行评价，分析保护工程、政策的合理性，进一步完善现有草原生态保护工程的措施和政策，逐渐成为草原生态保护领域的研究热点。

我国是草地资源大国，是欧亚大陆草原的重要组成部分，拥有各类天然草地近4 亿hm2，面积居世界第2 位，约占全球草地面积的13%，占国土面积的41.7%[5]。由于气候变化和人类活动我国草地退化严重，为了遏制草地退化，切实加强草原生态建设，国内草原保护政策与工程不断涌现。1999年开始实施的“退耕还林还草”工程和2011年开始实施的“草原生态保护补助奖励”政策，建设规模大、政策性强、民众参与程度高，生态效益、经济效益和社会效益正在显现。

内蒙古地区草原面积较大，大部分草原地区干旱少雨，放牧压力较大，加之人类活动过度干扰，草原退化严重。内蒙古草原一直是草原保护工程与政策的先行先试区与重点实施区，也是草原生态系统研究的热点区域。通过对区域草地生态系统状况的测算，系统评估草原保护工程及政策的实施效果，对于完善下一步的工程与政策具有参考意义[6-7]。本研究基于2000年、2010年和2015年3 期遥感影像数据，利用CASA 模型和草地载畜量评估模型，分析了草地面积、草地生态系统质量和草地生态系统服务能力，综合评估内蒙古草地生态系统状况，以期为草原生态恢复研究提供理论和方法参考，为未来草原保护与利用规划提供决策依据。

1 数据和方法

1.1 研究区介绍

内蒙古自治区位于祖国北部边疆，东西直线距离2 400 km，南北跨度1 700 km，土地总面积118.3 万km2，占全国总面积的12.3%。内蒙古是高原型地貌区，大部分地区海拔在1 000 m 以上，年降水量100～500 mm，无霜期80～150 d，年日照量2 700 h以上，属于温带大陆性季风气候。20 世纪50年代，内蒙古拥有天然草地8 800 万hm2，占自治区面积的74.4%，是耕地的12.4 倍、森林的4.2 倍，占全国草地总面积的22%[8]。根据20 世纪80年代全国草地资源普查结果，内蒙古天然草地可利用面积6 359.11 万hm2，占草地总面积的80.69%，居全国首位。

内蒙古草原是欧亚大陆草原的重要组成部分，以高平原为主体，草地类型多，草原植物资源种类丰富。依据水、热为中心的气候条件差异和植被类型，将内蒙古天然草地划分为8 个类、19 个亚类、134 个组、476 个型，草地型占全国草地型的58%。内蒙古草原由经纬度的差异引起的草地水平分布格局极其明显，东北—西南依次分布着温性草甸草原类、温性典型草原类、温性荒漠草原类、温性草原化荒漠类和温性荒漠类5 类地带性草地[9]。

1.2 遥感数据来源

本研究使用的内蒙古生态系统类型遥感数据来自“全国生态环境十年变化遥感调查与评估项目（2000—2010年）”[10]“全国生态环境五年变化遥感调查与评估项目（2010—2015年）”和中国科学院生态环境研究中心。内蒙古植被覆盖度计算使用的MODIS NDVI 产品数据，从NASA（美国国家航空航天局）网站下载[11-13]。计算内蒙古植被净初级生产力时，采用的气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网。

1.3 生态系统质量评估指标

生态系统质量评估指标选择植被覆盖度作为衡量指标。植被覆盖度（fractional vegetation cover，FVC）是指某一地域植物垂直投影面积与该地域面积之比，用百分数表示，常用于植被动态变化或土地覆被动态变化和生态环境监测研究。植被覆盖度与NDVI 存在极显著的相关性，一般可以用NDVI 计算，公式如下

式中，FVC 为植被覆盖度；NDVIveg为纯植被覆盖像元的NDVI 值；NDVIsoil为完全无植被覆盖像元的NDVI 值[14]。

1.4 生态系统服务评估指标

生态系统服务评估指标选择植被净初级生产力（NPP）和草地载畜能力作为衡量指标。本研究植被净初级生产力（NPP）值，以遥感数据和气象数据作为主要参数，采用CASA 模型运算得到2000—2015年内蒙古草地NPP[15-17]。草地载畜能力计算，参照中华人民共和国农业行业标准《天然草地合理载畜量的计算》（NY/T 635—2015）。

2 结果与分析

2.1 内蒙古草地分布和面积变化

内蒙古从西部到东部均有草地分布，分布集中的地区为中部的锡林郭勒盟、鄂尔多斯市及乌兰察布市。从各盟（市）看，锡林郭勒盟草地面积最大，占区域土地总面积的比例也最大，达88.17%；东部呼伦贝尔市草地面积也相对较大，草地面积占区域土地总面积的38.53%；西部阿拉善盟草地面积占区域土地总面积的比例最少，为18.01%（图1）。

图1 2015年内蒙古各盟（市）草地面积及占区域土地总面积比例

2000—2015年，内蒙古各土地利用类型面积变化见表1。2000—2010年，草地面积增加了1 498.18 km2，增加速率为149.82 km2/a；2010—2015年，草地面积减少了2 680.17 km2，减少速率为536.04 km2/a；2000—2015年，草地面积减少1 181.99 km2。2000—2010年，耕地面积减少了3 008.51 km2，减少速率为300.85 km2/a；2010—2015年，耕地面积增加了1 168.17 km2，增加速率为233.63 km2/a。2000—2010年，建筑用地面积增加了2 587.10 km2，增加速率为258.71 km2/a；2010—2015年，建筑用地面积增加了1 516.35 km2，增加速率为303.27 km2/a。

表1 2000—2015年内蒙古土地覆被变化

草地生态保护工程实施后，2000—2010年草地面积有所增加，退耕还草对草地面积增加贡献最高；但2010—2015年草地面积又在减少，草地面积减少的趋势没有得到根本遏制。耕地和建筑用地的增加是草地减少的主要原因，城镇化对草地面积减少的贡献程度最高。

2.2 生态系统质量变化

由表2 可知，内蒙古全域植被覆盖度和草地植被覆盖度从东部到西部逐渐递减。东北部大兴安岭地区植被覆盖度最高，以林地为主；呼伦贝尔市、兴安盟植被覆盖度均值在80%左右。中部通辽市、赤峰市、锡林郭勒盟、乌兰察布市、呼和浩特市以林地、草地为主，植被覆盖度均值40%～70%。西部包头市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市、乌海市植被覆盖度均值20%～30%；阿拉善盟植被覆盖度最低，降水稀少，以荒漠为主，植被覆盖度均值仅为10%。

表2 2000年、2015年内蒙古各盟（市）植被覆盖度变化 单位：%

由表3 可知，2000—2015年内蒙古全域植被覆盖度和草地植被覆盖度均有所提高，并且内蒙古全域植被覆盖度大于内蒙古草地植被覆盖度。内蒙古草地植被覆盖度从2000年的42.52%提高到2015年的46.50%，表明内蒙古草地生态系统质量有所提升。

表3 2000—2015年内蒙古植被覆盖度变化 单位：%

由图2 可知，2000—2015年内蒙古各盟（市）草地生态系统植被覆盖度均有所提升。2015年草地生态系统植被覆盖度高于全区平均水平的盟（市）有兴安盟、呼伦贝尔市、通辽市、赤峰市、呼和浩特市，低于全区平均水平的盟（市）有锡林郭勒盟、乌兰察布市、鄂尔多斯市、包头市、巴彦淖尔市、乌海市、阿拉善盟。兴安盟和呼伦贝尔市草地生态系统植被覆盖度相对较高，分别为79.85%和73.18%，表明草地质量相对较高；阿拉善盟草地生态系统植被覆盖度最低，仅为13.97%，表明草地质量相对较低。

图2 2000年和2015年内蒙古各盟（市）草地植被覆盖度

2.3 生态系统服务能力变化

2.3.1 植被净初级生产力（NPP） 由表4 可知，内蒙古全域和草地NPP 自东北部盟市向西南部盟市逐渐减少。2015年东北部呼伦贝尔市的NPP 最高，为418.96 g C/m2；西部阿拉善盟NPP 最低，为32.57 g C/m2。

2000—2015年内蒙古各盟（市）草地NPP 均有所提升。由表4 可知，2015年草地NPP 高于全区平均水平的盟（市）有兴安盟、呼伦贝尔市、赤峰市、通辽市，低于全区平均水平的盟（市）有呼和浩特市、锡林郭勒盟、乌兰察布市、鄂尔多斯市、包头市、乌海市、巴彦淖尔市、阿拉善盟；兴安盟和呼伦贝尔市草地NPP 相对较高，分别为356.52、289.41 g C/m2，表明草地生态系统服务能力相对较高；阿拉善盟、巴彦淖尔市和乌海市草地NPP 相对较低，分别为30.99、54.36、56.99 g C/m2，表明西部地区干旱少雨的盟（市）草地生态系统服务能力相对较低。

表4 2000—2015年内蒙古各盟（市）植被净初级生产力（NPP）变化 单位：g C/m2

由表5 可知，2000—2015年内蒙古全域NPP 和草地NPP 均呈增加趋势。内蒙古草地NPP 从2000年的147.45 g C/m2增加到2015年的169.73 g C/m2，提高了15.11%。结果表明，2000—2015年虽然内蒙古草地面积减少，但单位面积草地植被的生产能力有所增加。

表5 2000—2015年内蒙古植被净初级生产力（NPP）变化 单位：g C/m2

2.3.2 载畜能力 由表6 可知，内蒙古草地理论载畜能力在空间上呈从东部盟（市）向西部盟（市）逐渐降低的趋势。2000年和2015年内蒙古草地单位面积理论载畜量分别为75.01 羊单位/km2和86.34 羊单位/km2。

表6 2000—2015年内蒙古草地载畜能力变化

由表7 可知，2000—2015年内蒙古草地载畜能力好的面积明显增加，载畜能力差的面积明显减少。内蒙古草地载畜能力>100 羊单位/km2的面积显著增加，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；草地载畜能力<15 羊单位/km2的面积有所减少，由2000年的44 949.23 km2减少至2015年的37 869.04 km2，减少了7080.19 km2。2000—2015年内蒙古草地载畜能力>50 羊单位/km2的面积占区域草地总面积比例由2000年的55.38%提高至2015年的60.76%，而载畜能力<50 羊单位/km2的面积占区域草地总面积比例由2000年的44.62%降低至2015年的39.24%，表明内蒙古草地载畜能力有较大的提升。

表7 2000—2015年内蒙古草地不同载畜能力的面积 单位：km2

由图3 可知，2015年内蒙古各盟（市）中，呼伦贝尔市、锡林郭勒盟、兴安盟、赤峰市、通辽市等盟（市）草地载畜能力>100 羊单位/km2的面积较大，阿拉善盟、巴彦淖尔市、乌海市等盟（市）草地载畜能力<15 羊单位/km2的面积较大。

图3 2015年内蒙古各盟（市）草地不同载畜能力的面积

3 讨论与结论

从20 世纪80年代到2000年，内蒙古草地退化严重。自2000年以来，内蒙古为了保障草原地区生态安全，陆续实施了“三北防护林保护”“京津风沙源治理”“退牧还草”“草畜平衡”等多个重大生态保护与建设工程，以及草原生态保护补助奖励政策，随着这些保护工程与政策的实施，内蒙古生态环境整体遏制、局部好转。已有研究表明，到2010年内蒙古草原的面积有一定增加，将近50%的草原植被得到明显恢复，草原生态整体退化趋势得到有效遏制。内蒙古地区从2000年到2015年，草原牧草产量增加了0.12 kg/hm2，草原生物多样性增加了1～3 种/m2，退化草原的比重减少了4.1%，表明在草原保护区域与治理地区，草原生态环境明显好转[18]。肖洋等[19]对内蒙古生态系统质量评估结果表明，2000—2010年内蒙古生态系统质量提高面积约为120 900.43 km2，总体上呈现缓慢增长趋势。本研究以多期遥感数据源作为基础，从内蒙古草地面积、生态系统质量、生态系统服务能力3 个方面，对内蒙古草地生态系统质量进行了初步评估，结果表明，2000—2015年内蒙古植被覆盖度有一定程度提高，说明生态系统质量有一定提升；草地植被净初级生产力有所增加，载畜能力明显提高；2000—2015年载畜能力好的面积明显增加，载畜能力差的面积有所减少，表明内蒙古的草地生态系统质量在逐渐好转。2000—2015年内蒙古草地面积减少趋势没有得到有效遏制，退耕还草是2000—2010年草地面积增加的主要原因，但随着社会发展、人口增加与城镇化加速，2010—2015年草地面积小幅减少。

本研究结果表明，2000—2015年内蒙古草地生态系统质量有一定程度的提升，并促进草地生态系统服务能力的提高，说明这些年实施的草原保护政策与工程遏制了草原生态系统的退化趋势，对于内蒙古草地生态起到了有效的保护作用。草原生态保护与合理利用仍是内蒙古北方生态安全屏障建设的重点内容，还应继续通过实施草原生态恢复工程、草原生态补奖政策、草原生态保护项目，促进草地生态系统质量逐步提升，有效保护草地资源，改善草地生态环境，实现草地生态系统向良性循环发展。