草地資源空間布局的變化

草地資源空間布局的變化 1引言錫林郭勒草原位于內(nèi)蒙古高原東南緣，首都北京北側(cè)，是我國(guó)四大草原之一。由于獨(dú)特的地理位置及其區(qū)域氣候、土壤和生態(tài)特點(diǎn)，本區(qū)生態(tài)平衡功能脆弱，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定，區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾十分尖銳。20世紀(jì)50年代以來，由于人類活動(dòng)強(qiáng)度不斷加劇，加上區(qū)域氣候變化等因素影響，本區(qū)草地植被退化，生產(chǎn)力下降，土地風(fēng)蝕沙化，水土流失加劇，沙塵暴頻發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)日漸退化1,2。鑒于錫林郭勒盟及整個(gè)蒙古高原生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于首都北京乃至中國(guó)華北地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)安全的重要性，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者就該區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能展開了研究。例如：艷燕等對(duì)內(nèi)蒙古錫林浩特東部地區(qū)研究后發(fā)現(xiàn)：錫林郭勒盟東部地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)在2000年之前呈現(xiàn)持續(xù)、加速退化態(tài)勢(shì)，2000年之后草地退化態(tài)勢(shì)得到緩解和遏制3。岳書平等對(duì)內(nèi)蒙古巴林右旗草地退化進(jìn)行了研究，分析了道路、居民點(diǎn)等對(duì)草地退化的影響4。李興華5、王安琪6等基于遙感影像對(duì)內(nèi)蒙古不同地區(qū)的草地生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化都有研究。近年來，隨著遙感的發(fā)展及長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的積累，研究人員開始應(yīng)用國(guó)際共享的遙感生態(tài)參數(shù)（如NDVI、NPP等）和氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)蒙古高原植被結(jié)構(gòu)和功能特征及其與水熱因子的關(guān)系進(jìn)行研究7-9?？偨Y(jié)以上研究成果發(fā)現(xiàn)，雖然目前已經(jīng)有許多以遙感影像數(shù)據(jù)和GIS空間分析方法為支撐的應(yīng)用研究，但是這些研究所覆蓋的空間范圍、時(shí)間范圍以及數(shù)據(jù)空間精度和時(shí)間間隔等并不能完全盡如人意10,11。為此，本研究基于1975年MSS數(shù)據(jù)、1990年、2000年、2005年、2009年的LandsatTM遙感影像，首先構(gòu)建了內(nèi)蒙古錫林郭勒盟5期草地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)集、4期草地動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)庫；基于上述時(shí)空數(shù)據(jù)平臺(tái)，開展錫林郭勒盟草地資源現(xiàn)狀及20世紀(jì)70年代以來草地資源時(shí)空動(dòng)態(tài)變化分析。本研究試圖揭示錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律及其主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為錫林郭勒盟生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程成效評(píng)估及未來的生態(tài)規(guī)劃提供科學(xué)支撐。2研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源2.1研究區(qū)概況內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟（圖1）地處北緯43°02 -44°52 、東經(jīng)115°13 -117°06 之間，總面積約20.3萬km2。錫林郭勒盟屬于大陸性干旱、半干旱氣候；年均氣溫14，降水量150400mm，全年平均風(fēng)速為（3.55.3）m/s。錫林郭勒盟是一個(gè)以高平原為主體、兼有多種地貌的地理單元，海拔在8001800m之間，地勢(shì)南高北低。本區(qū)地帶性土壤有灰色森林土、黑鈣土、栗鈣土、灰褐土、棕鈣土,局部地區(qū)分布有風(fēng)沙土，隱域性土壤主要有草甸土、沼澤土及鹽堿土；草原類型主要包括草甸草原、典型草原和荒漠草原；植被組成主要以貝加爾針茅(S.baicalensis)、大針茅(S.grandis)、克氏針茅(S.krylovii)、戈壁針茅(S.gobica)、石生針茅(S.klemenzii)等旱生型禾草占優(yōu)勢(shì)。2.2數(shù)據(jù)來源研究使用了1975年MSS影像、1990年、2000年、2005年的LandsatTM影像以及2009年的HJ-1影像。在遙感軟件支持下，首先對(duì)遙感圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括幾何糾正，假彩色合成，鑲嵌裁剪等；而后采用計(jì)算機(jī)輔助人工目視判讀方法，對(duì)研究區(qū)土地利用和土地覆被類型進(jìn)行解譯。土地分類系統(tǒng)采用了中國(guó)科學(xué)院20世紀(jì)土地利用和土地覆被時(shí)空平臺(tái)的分類系統(tǒng)12；其中草地分為高覆蓋度、中覆蓋度和低覆蓋度草地等三種類型。經(jīng)過上述影像預(yù)處理和土地解譯工作，構(gòu)建形成了錫林郭勒盟1975年-2009年5期草地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)集、4期草地動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)庫；為了進(jìn)一步分析草地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部草地亞類的變化，將上述基于覆蓋度分級(jí)的草地?cái)?shù)據(jù)與1100萬草地類型數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加13，可以形成基于草地生態(tài)系統(tǒng)二級(jí)類型的長(zhǎng)時(shí)間序列草地空間分布數(shù)據(jù)。以上述長(zhǎng)時(shí)間序列（1975年-2009年）草地類型空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ArcGIS等軟件支持下，可以對(duì)錫林郭勒盟草地資源的空間格局及動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行定性和定量分析。3結(jié)果與分析3.1草地資源總體特征對(duì)1975年-2009年錫林郭勒盟草地資源的統(tǒng)計(jì)分析表明，過去30余年來錫林郭勒盟草地資源總體特征并沒有發(fā)生重大變化。草地是錫林郭勒盟的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)，草地總面積約為17.6萬km2，占國(guó)土面積的比例始終在86%以上。其中，1975年為17.75萬km2，1990年為17.63萬km2，2000年為17.40萬km2，2005年為17.49萬km2，2009年為17.71萬km2。錫林郭勒盟草地生態(tài)系統(tǒng)的空間分布具有明顯的徑向地帶性變化規(guī)律。從東向西，草地類型依次為溫性草甸草原、溫性草原、溫性荒漠草原（圖2）。其中，溫性草甸草原主要分布于錫林郭勒盟東部，總面積為2.2萬km2；溫性草原是錫林郭勒盟面積最大的草原類型，主要分布在錫林郭勒盟中部和南部，總面積為8.7萬km2；溫性荒漠草原類主要分布在錫林郭勒盟西部，總面積達(dá)4.4萬km2，為錫林郭勒盟草原面積第二大植被類型。除此之外，研究區(qū)還分布有少量低地鹽化草甸、溫性山地草甸、溫性草原化荒漠以及溫性荒漠。其中低地鹽化草甸多零星分布于錫林郭勒盟東部和中部的河流、沼澤等低洼地區(qū)，溫性山地草甸主要分布在錫林郭勒盟東部低山丘陵地區(qū)，溫性草原化荒漠主要分布于錫林郭勒盟西部及南部；溫性荒漠類草地在錫林郭勒盟東部有零星分布。從草地覆蓋程度上看，錫林郭勒盟草地覆蓋程度總體特征是東高西低（圖3）。高覆蓋度草地總面積約7.1萬km2，主要分布與錫林郭勒盟東部和南部地區(qū)，即錫林浩特市、東烏珠穆沁旗、西烏珠穆沁旗、正藍(lán)旗、多倫縣、太仆寺旗等；中覆蓋度草地總面積約7.8萬km2，主要分布于錫林郭勒盟中部地區(qū)，即阿巴嘎旗、錫林浩特市、鑲黃旗、正鑲白旗等地區(qū)；低覆蓋度草地總面積約2.8萬km2，主要分布在錫林郭勒盟西部，即蘇尼特左旗、蘇尼特右旗以及二連浩特等地區(qū)。3.2草地資源時(shí)空變化1975年-2010年間，盡管草地生態(tài)系統(tǒng)總面積變化不大，但草地生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在時(shí)間序列上發(fā)生了較大變化。從草地覆蓋度方面上看（圖4，圖5），1975年-1990年間，草地生態(tài)系統(tǒng)總面積減少0.11萬km2。其中，高覆蓋度草地減少0.22萬km2，發(fā)生變化的區(qū)域主要集中在錫林浩特市、阿巴嘎旗、東烏珠穆沁旗和西烏珠穆沁旗；中覆蓋度草地增加0.13萬km2，變化區(qū)域主要是錫林郭勒盟中部地區(qū)的錫林浩特市、阿巴嘎旗、東烏珠穆沁旗、蘇尼特左旗、正藍(lán)旗；低覆蓋度草地減少0.02萬km2，變化區(qū)域主要分布在錫林郭勒盟西部地區(qū)，如蘇尼特右旗、蘇尼特左旗，阿巴嘎旗和東烏珠穆沁旗，烏珠穆沁旗也有少量變化。1990年-2000年間，草地生態(tài)系統(tǒng)總面積減少0.25萬km2。其中，高覆蓋度草地減少最多，達(dá)到0.42萬km2，在錫林郭勒盟各地區(qū)均有發(fā)生，尤其是錫林浩特市、西烏珠穆沁旗、烏珠穆沁旗和正鑲白旗；中覆蓋度草地和低覆蓋度草地均有增加，變化主要發(fā)生在東烏珠穆沁旗、西烏珠穆沁旗、蘇尼特左旗和蘇尼特右旗。2000年-2005年期間，草地生態(tài)系統(tǒng)面積開始扭轉(zhuǎn)了持續(xù)減少的態(tài)勢(shì)，高、中、低覆蓋度草原面積均有所增加。其中，高覆蓋度草地增加最多，主要集中在錫林郭勒盟的中部、東部區(qū)域，如錫林浩特市、西烏珠穆沁旗和東烏珠穆沁旗；中覆蓋度草地增加主要集中在錫林郭勒盟東北部和西南部；低覆蓋度草地增加廣泛分布于錫林郭勒盟各地。2005年-2009年，錫林郭勒盟草地面積保持持續(xù)增長(zhǎng)。其中，高覆蓋度草地面積增加了0.24萬km2，增加區(qū)域主要集中在東烏珠穆沁旗和錫林浩特市；中覆蓋度草地面積也增加了0.3萬km2，發(fā)生區(qū)域主要集中在錫林郭勒盟中部和西部地區(qū)，如阿巴嘎旗、蘇尼特左旗、錫林浩特市；低覆蓋度草地減少約為0.01萬km2就草地生態(tài)系統(tǒng)二級(jí)類型變化而言（圖6），在2000年之前，各種草地二級(jí)類型面積都在減少，其中，溫性荒漠草原和溫性草原減少最多，分別減少0.12萬km2和0.11萬km2；低地鹽化草地和溫性草甸草原減少面積次之，分別減少了0.38萬km2和0.07萬km2。2000年之后，各種草地二級(jí)類型草地面積都呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，其中，低地鹽化草甸和溫性草原增加最多，分別增加0.11萬km2和0.09萬km2；溫性荒漠草原和溫性荒漠草原增加面積次之，分別增加了0.08萬km2和0.578萬km2。