2021-4-10 | 农业
1引言
锡林郭勒草原位于内蒙古高原东南缘，首都北京北侧，是我国四大草原之一。由于独特的地理位置及其区域气候、土壤和生态特点，本区生态平衡功能脆弱，农牧业生产不稳定，区域经济社会发展与生态环境保护之间的矛盾十分尖锐。20世纪50年代以来，由于人类活动强度不断加剧，加上区域气候变化等因素影响，本区草地植被退化，生产力下降，土地风蚀沙化，水土流失加剧，沙尘暴频发，生态系统日渐退化[1,2]。鉴于锡林郭勒盟及整个蒙古高原生态系统对于首都北京乃至中国华北地区生态环境质量和生态安全的重要性，国内外许多学者就该区草地生态系统结构和功能展开了研究。例如：艳燕等对内蒙古锡林浩特东部地区研究后发现：锡林郭勒盟东部地区草地生态系统在2000年之前呈现持续、加速退化态势，2000年之后草地退化态势得到缓解和遏制[3]。岳书平等对内蒙古巴林右旗草地退化进行了研究，分析了道路、居民点等对草地退化的影响[4]。李兴华[5]、王安琪[6]等基于遥感影像对内蒙古不同地区的草地生态系统的现状和动态变化都有研究。近年来，随着遥感的发展及长时间序列数据的积累，研究人员开始应用国际共享的遥感生态参数（如NDVI、NPP等）和气象站点数据对蒙古高原植被结构和功能特征及其与水热因子的关系进行研究[7-9]。总结以上研究成果发现，虽然目前已经有许多以遥感影像数据和GIS空间分析方法为支撑的应用研究，但是这些研究所覆盖的空间范围、时间范围以及数据空间精度和时间间隔等并不能完全尽如人意[10,11]。为此，本研究基于1975年MSS数据、1990年、2000年、2005年、2009年的LandsatTM遥感影像，首先构建了内蒙古锡林郭勒盟5期草地现状数据集、4期草地动态变化数据库；基于上述时空数据平台，开展锡林郭勒盟草地资源现状及20世纪70年代以来草地资源时空动态变化分析。本研究试图揭示锡林郭勒盟草地生态系统演变规律及其主要驱动机制，为锡林郭勒盟生态保护和建设工程成效评估及未来的生态规划提供科学支撑。
2研究区概况和数据来源
2.1研究区概况
内蒙古自治区锡林郭勒盟（图1）地处北纬43°02'-44°52'、东经115°13'-117°06'之间，总面积约20.3万km2。锡林郭勒盟属于大陆性干旱、半干旱气候；年均气温1~4℃，降水量150~400mm，全年平均风速为（3.5~5.3）m/s。锡林郭勒盟是一个以高平原为主体、兼有多种地貌的地理单元，海拔在800~1800m之间，地势南高北低。本区地带性土壤有灰色森林土、黑钙土、栗钙土、灰褐土、棕钙土,局部地区分布有风沙土，隐域性土壤主要有草甸土、沼泽土及盐碱土；草原类型主要包括草甸草原、典型草原和荒漠草原；植被组成主要以贝加尔针茅(S.baicalensis)、大针茅(S.grandis)、克氏针茅(S.krylovii)、戈壁针茅(S.gobica)、石生针茅(S.klemenzii)等旱生型禾草占优势。
2.2数据来源
研究使用了1975年MSS影像、1990年、2000年、2005年的LandsatTM影像以及2009年的HJ-1影像。在遥感软件支持下，首先对遥感图像进行预处理，包括几何纠正，假彩色合成，镶嵌裁剪等；而后采用计算机辅助人工目视判读方法，对研究区土地利用和土地覆被类型进行解译。土地分类系统采用了中国科学院20世纪土地利用和土地覆被时空平台的分类系统[12]；其中草地分为高覆盖度、中覆盖度和低覆盖度草地等三种类型。经过上述影像预处理和土地解译工作，构建形成了锡林郭勒盟1975年-2009年5期草地现状数据集、4期草地动态变化数据库；为了进一步分析草地生态系统内部草地亚类的变化，将上述基于覆盖度分级的草地数据与1∶100万草地类型数据进行空间叠加[13]，可以形成基于草地生态系统二级类型的长时间序列草地空间分布数据。以上述长时间序列（1975年-2009年）草地类型空间数据为基础，在ArcGIS等软件支持下，可以对锡林郭勒盟草地资源的空间格局及动态变化进行定性和定量分析。
3结果与分析
3.1草地资源总体特征
对1975年-2009年锡林郭勒盟草地资源的统计分析表明，过去30余年来锡林郭勒盟草地资源总体特征并没有发生重大变化。草地是锡林郭勒盟的主导生态系统，草地总面积约为17.6万km2，占国土面积的比例始终在86%以上。其中，1975年为17.75万km2，1990年为17.63万km2，2000年为17.40万km2，2005年为17.49万km2，2009年为17.71万km2。锡林郭勒盟草地生态系统的空间分布具有明显的径向地带性变化规律。从东向西，草地类型依次为温性草甸草原、温性草原、温性荒漠草原（图2）。其中，温性草甸草原主要分布于锡林郭勒盟东部，总面积为2.2万km2；温性草原是锡林郭勒盟面积最大的草原类型，主要分布在锡林郭勒盟中部和南部，总面积为8.7万km2；温性荒漠草原类主要分布在锡林郭勒盟西部，总面积达4.4万km2，为锡林郭勒盟草原面积第二大植被类型。除此之外，研究区还分布有少量低地盐化草甸、温性山地草甸、温性草原化荒漠以及温性荒漠。其中低地盐化草甸多零星分布于锡林郭勒盟东部和中部的河流、沼泽等低洼地区，温性山地草甸主要分布在锡林郭勒盟东部低山丘陵地区，温性草原化荒漠主要分布于锡林郭勒盟西部及南部；温性荒漠类草地在锡林郭勒盟东部有零星分布。从草地覆盖程度上看，锡林郭勒盟草地覆盖程度总体特征是东高西低（图3）。高覆盖度草地总面积约7.1万km2，主要分布与锡林郭勒盟东部和南部地区，即锡林浩特市、东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、正蓝旗、多伦县、太仆寺旗等；中覆盖度草地总面积约7.8万km2，主要分布于锡林郭勒盟中部地区，即阿巴嘎旗、锡林浩特市、镶黄旗、正镶白旗等地区；低覆盖度草地总面积约2.8万km2，主要分布在锡林郭勒盟西部，即苏尼特左旗、苏尼特右旗以及二连浩特等地区。
3.2草地资源时空变化
1975年-2010年间，尽管草地生态系统总面积变化不大，但草地生态系统的内部结构在时间序列上发生了较大变化。从草地覆盖度方面上看（图4，图5），1975年-1990年间，草地生态系统总面积减少0.11万km2。其中，高覆盖度草地减少0.22万km2，发生变化的区域主要集中在锡林浩特市、阿巴嘎旗、东乌珠穆沁旗和西乌珠穆沁旗；中覆盖度草地增加0.13万km2，变化区域主要是锡林郭勒盟中部地区的锡林浩特市、阿巴嘎旗、东乌珠穆沁旗、苏尼特左旗、正蓝旗；低覆盖度草地减少0.02万km2，变化区域主要分布在锡林郭勒盟西部地区，如苏尼特右旗、苏尼特左旗，阿巴嘎旗和东乌珠穆沁旗，乌珠穆沁旗也有少量变化。1990年-2000年间，草地生态系统总面积减少0.25万km2。其中，高覆盖度草地减少最多，达到0.42万km2，在锡林郭勒盟各地区均有发生，尤其是锡林浩特市、西乌珠穆沁旗、乌珠穆沁旗和正镶白旗；中覆盖度草地和低覆盖度草地均有增加，变化主要发生在东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、苏尼特左旗和苏尼特右旗。2000年-2005年期间，草地生态系统面积开始扭转了持续减少的态势，高、中、低覆盖度草原面积均有所增加。其中，高覆盖度草地增加最多，主要集中在锡林郭勒盟的中部、东部区域，如锡林浩特市、西乌珠穆沁旗和东乌珠穆沁旗；中覆盖度草地增加主要集中在锡林郭勒盟东北部和西南部；低覆盖度草地增加广泛分布于锡林郭勒盟各地。2005年-2009年，锡林郭勒盟草地面积保持持续增长。其中，高覆盖度草地面积增加了0.24万km2，增加区域主要集中在东乌珠穆沁旗和锡林浩特市；中覆盖度草地面积也增加了0.3万km2，发生区域主要集中在锡林郭勒盟中部和西部地区，如阿巴嘎旗、苏尼特左旗、锡林浩特市；低覆盖度草地减少约为0.01万km2．就草地生态系统二级类型变化而言（图6），在2000年之前，各种草地二级类型面积都在减少，其中，温性荒漠草原和温性草原减少最多，分别减少0.12万km2和0.11万km2；低地盐化草地和温性草甸草原减少面积次之，分别减少了0.38万km2和0.07万km2。2000年之后，各种草地二级类型草地面积都呈现增加的趋势，其中，低地盐化草甸和温性草原增加最多，分别增加0.11万km2和0.09万km2；温性荒漠草原和温性荒漠草原增加面积次之，分别增加了0.08万km2和0.578万km2。