韋惠蘭，祁應軍

(蘭州大學經濟學院 社區(qū)與生物多樣性研究保護中心，甘肅 蘭州，730000)

后生物生產層

基于遙感監(jiān)測的青藏高原草地退化及其人文驅動力分析

韋惠蘭，祁應軍

(蘭州大學經濟學院 社區(qū)與生物多樣性研究保護中心，甘肅 蘭州，730000)

瑪曲作為青藏高原地區(qū)典型的生態(tài)脆弱區(qū)和敏感區(qū)，對不同自然因素和人文因素的影響非常敏感，為解決草地面臨的退化問題，實現(xiàn)瑪曲草地資源的可持續(xù)利用，本研究利用2004-2013年的MODIS-EVI數(shù)據和相關的社會統(tǒng)計數(shù)據反演了瑪曲草地退化的時空格局，發(fā)現(xiàn)10年間瑪曲草地退化主要從西北部高海拔地區(qū)逐漸轉向東南部低海拔地區(qū)，在此基礎上利用定量和定性的方法分析了不同人文因素對草地退化空間差異的影響。結果發(fā)現(xiàn)，1)人類活動對草地退化的影響比較大，距離牧民居住點1～3 km內植被的年際變化率比較高，而且自從2008年瑪曲實施了“牧民定居工程”后，居住點附近的草地退化更加嚴重了；2)草地資源利用強度是草地退化的直接誘發(fā)原因，不同地區(qū)的草原超載水平和牲畜密度與草地植被的年際變化率呈明顯的負相關；3)從博弈理論的視角分析了當前流行的聯(lián)戶經營模式下單個牧戶的超載動機，發(fā)現(xiàn)通過實施一定的生態(tài)補償政策和加強監(jiān)管力度可以轉變牧戶自身的博弈策略，最終達到一種以“不增加放牧量”為最優(yōu)策略的新型“納什均衡”；4)通過實地調研發(fā)現(xiàn)，近年來牧民生產生活方式的轉變、牧民安居工程的實施、道路等基礎設施建設、圍欄以及鼠患等都對瑪曲草地植被產生了一定的破壞。

遙感技術；草地退化；相關性分析；空間轉移；瑪曲

青藏高原地區(qū)天然草地面積占全國草地面積的1/3，是我國的主要牧區(qū)之一，由于特殊的地理因素，其生態(tài)系統(tǒng)不僅脆弱也很敏感[1]?，斍鷵碛腥吹貐^(qū)最大的濕地，其草地資源豐富，具有“亞洲第一牧場”的美譽[1]。但近年來隨著瑪曲社會經濟的發(fā)展，瑪曲草地出現(xiàn)諸如牧草產量和質量下降，草地沙化嚴重，濕地、河流萎縮，鼠害猖獗等草地退化現(xiàn)象。已有對瑪曲草地退化成因的研究主要偏重從自然因素的角度進行研究。如從氣候、土壤質量等因素的角度分析瑪曲草地退化的成因[2-4]，但發(fā)現(xiàn)自然因素對瑪曲草地退化的影響有限，尤其是時間越往后推移自然因素越不是主導因素；利用遙感技術對瑪曲草地退化的因素進行主成分分析發(fā)現(xiàn)，以人口、牧業(yè)活動等為主的人文因素已成為導致草地退化的主要成因[5]；從家庭支出因子、載畜因子以及牧業(yè)結構調整因子等角度分析發(fā)現(xiàn)，載畜因子和牧業(yè)結構是主導因子[6]。在草原牧區(qū)的研究中普遍認為，當一定區(qū)域內草地的實際載畜量超過理論載畜量時就屬于超載放牧[7]，呂少寧等[8]在瑪曲通過實地問卷調查發(fā)現(xiàn)，牧民為了增加收入而不得不超載放牧是造成瑪曲草原退化的主要原因，而且研究發(fā)現(xiàn)，長時間的過度放牧對草地退化的貢獻率達到39.35%，位居人文影響因素之首[9]。由此可見，人文因素已逐漸成為導致草地退化的重要因素，尤其是以放牧為主要形式的草地資源的利用強度。

遙感技術在時空分析方面具有獨特優(yōu)勢，尤其是利用時間序列的植被指數(shù)數(shù)據來研究區(qū)域內草地退化的空間分布已成為當前的主流，比如：利用NDVI數(shù)據研究那曲地區(qū)人類活動、過度放牧等人文因素對植被退化的影響[10]；利用NDVI數(shù)據分析發(fā)現(xiàn)，人口、經濟以及城市化等要素對長江三角洲植被覆蓋的時空變化呈負相關關系[11]。但目前，基于遙感監(jiān)測的對瑪曲草地退化成因的研究，主要集中在從靜態(tài)退化的視角分析植被退化的空間分布[5,12-13]，鮮有利用草地植被的年際變化率，從植被動態(tài)退化的視角分析瑪曲草地退化的時空格局，并結合相關的人文因素進行草地退化成因的分析。

瑪曲作為青藏高原地區(qū)典型的生態(tài)脆弱區(qū)和敏感區(qū)，對不同人文因素的響應非常敏感，當與其特殊的自然因素疊加在一起時，容易放大不同影響因素對環(huán)境產生的破壞度，以致部分草地加速退化。因此為了深入探析瑪曲草地面臨的復雜環(huán)境問題，實現(xiàn)草地資源的可持續(xù)利用，亟需了解不同的人文因素，分析其對草原退化的影響機制并探討相應的對策。本研究基于遙感監(jiān)測，利用瑪曲2004-2013年的遙感數(shù)據以及相應的社會經濟數(shù)據等，從植被靜態(tài)和動態(tài)的變化視角來分析草原植被退化的時空格局，然后結合相應的人文因素分析不同人文因素對植被年際變化的影響機制和程度，并根據不同的影響程度提供相應的政策建議。

1 數(shù)據來源與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

瑪曲縣位于甘肅省甘南藏族自治州西南部，地處甘、青、川三省的交界處(圖1)。其地理位置為33°06′30″-34°30′15″N，100°45′45″-102°29′00″ E，呈現(xiàn)“西北高東南低”地勢特征，縣內最高海拔為4 777 m，平均海拔在3 500～3 800 m，境內分布兩個主要的盆地：阿萬倉盆地(主要在阿萬倉鄉(xiāng))和東南部的瑪曲盆地(含概曼日瑪、采日瑪、齊哈瑪3個鄉(xiāng))。境內氣候以高寒濕潤為總體特征，屬青藏高原大陸性氣候，年均降水量為615.5 mm，年均溫在-8～13 ℃。全縣總面積為10 020 km2，境內草地資源豐富，在全縣858 667 hm2的天然草地中，可利用草地面積達96.7%，是青藏高原地區(qū)生產力較高、生物多樣性較豐富和保存較完整的地區(qū)之一[1]。同時，瑪曲縣水資源豐富，是黃河重要的補水區(qū)和蓄水池，也是維系黃河中下游地區(qū)生態(tài)安全的天然綠色屏障，黃河流經瑪曲433 km，其間凈增徑流量占整個黃河源區(qū)的58.7%，因此也有“黃河水塔”之稱。

1.2 數(shù)據來源

MODIS-EVI數(shù)據：在研究草地植被覆蓋時，利用衛(wèi)星不同波段探測數(shù)據組合而成的植被指數(shù)是反映地表植被狀況最佳的指標，目前計算植被覆蓋度(VFC)利用最普遍的植被指數(shù)為歸一化植被指數(shù)(NDVI)和增強型植被指數(shù)(EVI)，兩者相比而言，EVI指數(shù)在降低大氣、土壤噪音等的干擾以及反映植被生長狀況的精確度方面具有優(yōu)點[14]，同時EVI要比NDVI更能反映出研究區(qū)內植被覆蓋的空間差異性[15]。另外，每年的8月份是瑪曲草地植被生長最旺盛、氣候等條件最佳的時期。鑒于此本研究所用的遙感數(shù)據主要是2004-2013年10年期間瑪曲縣每年8月份的MODIS-EVI數(shù)據(全年第225天，即第14個16 d合成的數(shù)據，該數(shù)據由北京大學生命科學學院王昊老師提供)，分辨率為250 m。

社會經濟統(tǒng)計數(shù)據：反映瑪曲社會、經濟和畜牧業(yè)發(fā)展狀況的數(shù)據，主要是瑪曲縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)從事牧業(yè)活動的人口、牲畜存欄數(shù)、出欄數(shù)等10年期間的時間序數(shù)據，這部分數(shù)據均來自于2004-2013年《瑪曲縣統(tǒng)計年鑒》[16]。

其它數(shù)據：在分析人類活動因素對草地退化的影響程度時，采用了瑪曲縣牧民居住點以及主要交通路線的矢量數(shù)據圖，來自于瑪曲縣國土資源局提供的1∶150 000基本地形圖。

1.3 研究方法

首先，根據瑪曲植被覆蓋和土地利用類型的實際情況，在利用EVI指數(shù)反演植被覆蓋度時，依據李苗苗等[17]在像元二分模型基礎上改進已有的植被覆蓋度計算模型，對瑪曲縣植被覆蓋度進行了反演模擬，其中植被覆蓋度(vegetation fractional coverage,VFC)計算公式如下：

(1)

圖1 瑪曲縣高程示意圖Fig.1 A schematic elevation of Maqu

在計算得到植被覆蓋度(00.6，屬于優(yōu)質草地，草地生產能力高，植被質量優(yōu)等；二級草地：0.3

其次，提取2004、2008、2013年瑪曲縣的植被覆蓋區(qū)(VFC>0.3)，然后在ENVI 5.1中進行波段運算得出2004-2008年、2008-2013年瑪曲縣植被覆蓋區(qū)的空間變化ΔVFC，以此來模擬反演瑪曲草地植被的靜態(tài)退化過程。靜態(tài)退化過程是指在兩個時間節(jié)點上，同一地區(qū)植被覆蓋區(qū)的變化情況，反映的是一段時間后草地退化的結果。

第三，利用趨勢線分析法分析10年間瑪曲草地植被的動態(tài)退化過程。動態(tài)退化過程是指在一段時間內兩兩相鄰的時間地點上的植被EVI指數(shù)的年際變化情況，反映的是一段時間內的草地退化過程。趨勢線分析法是對一組具有連續(xù)時間序列的數(shù)據進行回歸分析，通過最小二乘法模擬每個柵格上的EVI指數(shù)的變化趨勢并預測逐年的趨勢變化率(即數(shù)據變化的斜率)，利用θslope表示數(shù)據年際變化率[10]。本研究利用Arcgis 10.2根據瑪曲縣10年的柵格數(shù)據(MODIS-EVI)計算EVI指數(shù)的年際變化趨勢，從而反演模擬瑪曲植被的動態(tài)退化過程，草地植被年際變化率(θslope)的具體計算公式為：

(2)

式中：i為時間變量(第幾年)1,2,3,…,n；EVIi為第i年的EVI指數(shù)。當θslope>0時，說明瑪曲縣草地植被覆蓋狀況逐漸變好；反之，植被覆蓋狀況變差。同時為了排除時間變量對植被EVI指數(shù)年際變化分析結果的影響，用r來表示植被EVI指數(shù)隨時間變化的顯著程度，本研究設定當|r|≥0.5時，植被EVI指數(shù)年際變化趨勢顯著，否則不顯著，即為自然波動。同時，根據當前已有的草地退化分類的研究成果[10,19]和瑪曲草地退化的實際情況，對草地植被的靜態(tài)退化(ΔVFC)和動態(tài)退化(θslope)的過程進行等級分類(表1)。

表1 瑪曲植靜態(tài)和動態(tài)退化過程的等級分類Table 1 Classification scheme of the static and dynamic comparison of grassland degradation in Maqu

第四，對瑪曲草地理論載畜量的重新估計。所謂理論載畜量是指某一給定區(qū)域的草地生態(tài)系統(tǒng)在一定的利用水平上所能提供的生物產量對可滿足生理需求的牲畜規(guī)模的最大載負能力[20]，當草地的實際載畜量超過理論載畜量時，草地處于超載放牧。草地生態(tài)承載力一般指的是草地生態(tài)系統(tǒng)在某種意義上的載畜能力，但考慮到草地生態(tài)承載力計算的復雜性，本研究利用理論載畜量來代替草地生態(tài)承載力討論超載放牧對瑪曲草地退化的影響。

(3)

式中:Sk表示第k類草地的面積，Pk和Rk分別代表第k類草地的單位產草量和牧草利用率，d為一年的總天數(shù)(本研究取365 d)，θ為一只標準羊單位的日均食草量，本研究取θ=4 kg(鮮草量)。由于對理論載畜量的計算存在口徑、方法等不統(tǒng)一以及數(shù)據嚴重過期等因素，因此通過對已有文獻的分析[18]，利用遙感數(shù)據并結合實地調查發(fā)現(xiàn)，瑪曲草地平均生產力逐年下降，草地的沙化程度也逐年嚴重，故對可利用草地面積(Sk)和牧草利用率(Rk)進行了合理的調整，并根據瑪曲縣不同類型的草地面積[18]，計算不同類型草地的理論載畜量。

2 結果與分析

2.1 草地植被退化的空間分布

首先，計算并比較2004、2008和2013年瑪曲草地植被覆蓋度的空間分布，同時依據不同等級草地的標準獲取不同類型草地的面積比例，并分析10年期間瑪曲草地植被覆蓋度的空間變化情況(表2)。通過比較發(fā)現(xiàn)，10年期間瑪曲的一級草地減少了29.74%，二級草地增加了30.85%，三級草地尚未大規(guī)模變動，這說明10年期間瑪曲草地退化類型主要是一級草地向二級草地的大規(guī)模退化，即草地質量的退化，尤其以一級草地的退化最為嚴重，這揭示了草地退化的程度以及空間分布，在此分析基礎上，通過遙感軟件計算并獲取2004-2008年和2008-2013年兩個時期瑪曲草地靜態(tài)退化(ΔVFC)和動態(tài)退化(θslope)的情況(表3)。

表2 不同類型的草地在不同時期的面積比例Table 2 The proportion of different types of grassland in different years

表3 不同階段瑪曲草地靜態(tài)退化與動態(tài)退化的過程結果比較Table 3 The static and dynamic comparison of grassland degradation results for the different stages in Maqu

通過分析前4年和后5年草地植被ΔVFC和θslope的結果發(fā)現(xiàn)，從瑪曲草地植被覆蓋區(qū)的變化(靜態(tài)退化)來看：前4年嚴重退化的和輕度退化的比例分別為8.7%和49.8%，而后5年分別為7.1%和25.3%，即后5年的退化規(guī)模相比前4年有了明顯減弱，尤其是輕度退化的比例，這很可能是近年來瑪曲實施的一系列草原生態(tài)保護政策初見成效；同時，從草地植被EVI指數(shù)的θslope(動態(tài)退化)來看：前4年嚴重退化的和輕度退化的比例分別為10.1%和17.8%，而后5年分別為6.0%和10.5%，后5年的年際變化速率也比前4年的弱。

2004-2013年瑪曲植被靜態(tài)退化和動態(tài)退化的空間分布如圖2所示，從靜態(tài)退化的角度(ΔVFC)觀察，前4年瑪曲的草地退化主要集中在北部的木西合鄉(xiāng)、歐拉秀瑪鄉(xiāng)以及采日瑪鄉(xiāng)；而后5年瑪曲草地退化主要集中在南部海拔較低的尼瑪鎮(zhèn)、齊哈瑪鄉(xiāng)、曼日瑪鄉(xiāng)和采日瑪鄉(xiāng)。從動態(tài)退化的角度(θslope)觀察，前4年瑪曲的草地退化主要集中在北部的木西合鄉(xiāng)、歐拉秀瑪鄉(xiāng)以及采日瑪鄉(xiāng)；而后5年瑪曲草地退化主要集中在南部的阿萬倉鄉(xiāng)、曼日瑪鄉(xiāng)、采日瑪鄉(xiāng)和齊哈瑪鄉(xiāng)。草地植被靜態(tài)退化與動態(tài)退化的空間分布變化基本一致，10年間瑪曲草地退化主要是由北部的高海拔地區(qū)逐漸向東南部的低海拔地區(qū)轉移，而在環(huán)黃河流域以及阿尼瑪沁山等地區(qū)，草地植被出現(xiàn)了不同程度的恢復。 為何近10年以來瑪曲植被退化的空間分布會出現(xiàn)如此大的變化？筆者從定性的角度來分析，可能是因為近年來瑪曲“人-畜-草”的分配不平衡所致，比如：北部的木西合鄉(xiāng)、歐拉鄉(xiāng)以及歐拉秀瑪鄉(xiāng)人口密度和牲畜密度都相對較低，而瑪曲盆地一帶卻恰好相反；另外，截至2003年瑪曲全面落實草畜雙承包制度以來，草地的集體經營基本轉變?yōu)閱螒艚洜I，單個牧戶只能在自家草地上放牧，不能大規(guī)模的轉場游牧，從而引發(fā)了新一輪的“草地危機”。也就是說，2004-2013年瑪曲草地退化出現(xiàn)從北部的高海拔地區(qū)向南部的低海拔適宜放牧的地區(qū)轉移，極有可能與這些因素有關。

圖2 2004-2008年與2008-2013年瑪曲草地植被退化的空間分布Fig.2 The spatial distribution of grassland vegetation degradation from 2004-2008 and 2008-2013 in Maqu

2.2 植被退化與主要人文因素的相關性分析

本研究首先主要從人類活動(人口密度、聯(lián)戶比例)和草地利用強度(家庭草地經營面積、牲畜密度、養(yǎng)羊比容)兩個方面分析，其中，人口數(shù)量以從事牧業(yè)生產活動的牧民人口為準。由于2004-2013年10 年期間瑪曲草地退化的空間格局發(fā)生了明顯的轉變，因此需要分析不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的不同人文因素與其草地植被退化的相關性，以確定影響瑪曲草地退化的主要人文因素(表4)。

其中，聯(lián)戶比例、養(yǎng)羊比容和家庭草地面積與草地植被退化比例呈負相關關系，說明隨著這3個因素的增加，草地退化的比例將會減少，反之會增加；而人口密度和牲畜密度與草地植被退化比例呈正相關關系，說明隨著這兩個因素的增加，草地退化的比例將會增加，反之會減少。研究還發(fā)現(xiàn)，尼瑪鎮(zhèn)、齊哈瑪、采日瑪和曼日瑪?shù)南嚓P系數(shù)的絕對值相對其它4個鄉(xiāng)較高，且都高于瑪曲縣的平均水平，說明這4個地方不同因素對其植被退化的相關性比較高。因此，本研究便從人類活動因素和草地利用強度方面著手，分析不同人文因素對瑪曲草地退化空間差異性的影響機制。

表4 瑪曲不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)草地退化與不同因素的相關性分析Table 4 Correlation analysis of grassland degradation and different factors in different towns in Maqu

注：草地退化比例為瑪曲不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)2004-2013年草地植被EVI退化的比例，其它變量數(shù)值為2004-2013年瑪曲縣統(tǒng)計年鑒的均值數(shù)據。

Note: The proportions of grassland degradation are pastoral enhanced vegetation index(EVI) degradations ratios in Maqu towns from 2004 to 2013, Other variable value are the mean from the Statistical Yearbook during 2004-2013.

2.2.1 人類活動與草地植被退化 2013年年底瑪曲縣人口為5.57萬人，人口增長率為1.172%，人口主要集中在瑪曲縣東南部海拔較低地區(qū)的瑪曲盆地(曼日瑪、齊哈瑪以及采日瑪?shù)揉l(xiāng))和縣城所在地尼瑪鎮(zhèn)。通過比較歷年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農村人口密度變化趨勢發(fā)現(xiàn)：10年期間瑪曲縣的農村人口密度一直呈明顯的緩慢上升趨勢，從2009年開始加速上升，尤其是瑪曲盆地所在的3個鄉(xiāng)。2013年齊哈瑪鄉(xiāng)、尼瑪鎮(zhèn)、采日瑪鄉(xiāng)、曼日瑪鄉(xiāng)的農村人口密度依次為11.13、8.54、8.44、6.91人·km-2，高出了瑪曲縣的平均人口密度(5.39人·km-2)。在計算得到歷年不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度和植被退化比例后，利用相關性分析兩者之間的關系，發(fā)現(xiàn)瑪曲縣人口密度與草地退化呈顯著正相關關系(r=0.515，P<0.05)。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)歷年的人口密度與植被退化的相關系數(shù)變化如圖3所示，10年間瑪曲各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人口密度與對應鄉(xiāng)鎮(zhèn)植被退化的相關系數(shù)逐年增加，并且從2008年開始尼瑪鎮(zhèn)、齊哈瑪鄉(xiāng)、曼日瑪鄉(xiāng)以及采日瑪鄉(xiāng)的相關系數(shù)有了明顯的增幅，這與瑪曲縣草地退化空間分布轉移相符。

圖3 歷年瑪曲各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度與植被退化的相關系數(shù)Fig.3 The correlation coefficient between population density and vegetation degradation

表5 距中心點不同距離區(qū)域內植被EVI年際趨勢變化率Table 5 Inter-annual changes in enhanced vegetation index(EVI) at different distances from the center of the region

既然人口密度與草地退化呈正相關關系，那么人口活動是如何加劇草地退化的？人口密度大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)必然導致人類活動密集且相對頻繁，因此,本研究選擇瑪曲東部4個人口密度較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)尼瑪鎮(zhèn)、齊哈瑪鄉(xiāng)、采日瑪鄉(xiāng)、曼日瑪鄉(xiāng)，以這4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地以及非鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地的居民居住點為中心，利用遙感軟件的密度分析方法分別對距離中心點1、1～3以及3～6 km的不同環(huán)形區(qū)域內的植被年際變化率進行對比(表5)。分析發(fā)現(xiàn)，距離駐地中心1～3 km內，植被呈現(xiàn)嚴重退化，距離駐地中心1 km以內和3～6 km范圍內，植被呈現(xiàn)輕度退化。同時發(fā)現(xiàn)2008-2013年間，隨著瑪曲縣“牧民定居工程”的實施，人類活動越發(fā)頻繁，有加劇草地退化的趨勢，尤其是在3 km以內的正常活動區(qū)，人類活動相對最為頻繁，并隨著人口密度的增加，活動區(qū)內的草地退化加重。

2.2.2 草地資源利用強度與草地植被退化 對瑪曲牲畜的存欄量按照馬∶?！醚?5∶5∶1進行折算[21-22]，發(fā)現(xiàn)從2000-2013年瑪曲牲畜存欄數(shù)從207.34萬只標準羊增長至355.6萬只標準羊，呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢。同時，根據已有的研究成果[18]，利用調整后的草地理論載畜量計算公式，計算得到了瑪曲歷年的理論載畜量，并與實際載畜量進行對比(表6)。結果發(fā)現(xiàn)，隨著草地植被退化造成的草地平均生產力下降，草地的理論載畜量也在逐年遞減，相反草地的實際載畜量卻逐年增加，尤其從2008年開始，瑪曲實際載畜量大幅上升，到了2009年，瑪曲草地的超載水平達148.24%，2013年達到227.68%，2008-2013年實際載畜量增加了159.53萬只標準羊，增加量已經超過了2013年的理論載畜量。通過分析發(fā)現(xiàn)，歷年瑪曲草地的超載水平與植被EVI指數(shù)的平均年際變化率呈顯著負相關關系(r=-0.634，P<0.05)，說明超強度的草地資源利用強度明顯加劇了當?shù)夭莸刂脖坏耐嘶?/p>

表6 瑪曲縣歷年草地承載力變動趨勢Table 6 Trends of grassland carrying capacity in Maqu from 2000 to 2013

注：實際載畜量數(shù)據來源于瑪曲縣歷年統(tǒng)計年鑒。

Note: Actual stocking rate data from the Statistical Yearbook of Maqu.

對2004-2008年與2008-2013年瑪曲各鄉(xiāng)鎮(zhèn)草地牲畜密度的比較發(fā)現(xiàn)，縣城所在地尼瑪鎮(zhèn)的草地牲畜密度最高，為657.8只標準羊·km-2，其次是齊哈瑪、采日瑪、曼日瑪，分別為551.0、475.9和496.9只標準羊·km-2，而瑪曲的平均密度為369.3只標準羊·km-2。通過分析發(fā)現(xiàn)，齊哈瑪、采日瑪、曼日瑪3個鄉(xiāng)的牲畜密度與其植被EVI指數(shù)平均年際趨勢變化率呈現(xiàn)顯著的負相關關系(r=-0.876，P<0.05)，由此可見，以超載放牧為主要形式的草地利用強度已然成為瑪曲草地退化的主要人文因素。

2.2.3 聯(lián)戶對牧戶放牧數(shù)量的影響 從2003年瑪曲縣全面落實了草畜雙承包制度以來，不僅沒能夠遏制草地退化，反而弱化了牧民以往的內生協(xié)助制度，從而使得這種不當?shù)闹贫劝才胖饾u成為造成瑪曲草地退化的一種新的制度因素[21]，但在實際調查中發(fā)現(xiàn)，當?shù)啬撩褡园l(fā)的采取了聯(lián)戶經營模式，若干個牧民自主聯(lián)合起來集體放牧，從而實現(xiàn)了輪牧。相關分析發(fā)現(xiàn)，聯(lián)戶比例與草地退化呈負相關關系，即聯(lián)戶有助于緩解當前瑪曲的草地退化趨勢，但在這種聯(lián)戶模式下也存在使單個牧民采取超載放牧的動機。

從博弈理論的視角分析聯(lián)戶模式是如何影響牧民選擇放牧數(shù)量，假設某個聯(lián)戶是個兩聯(lián)戶(牧民甲、牧民乙)，在進行集體放牧時雖然有一定的合約規(guī)范，但是為了提高自己私人利益，單個牧民會在私下偷偷違反聯(lián)戶的合約進而增加放牧數(shù)量(表7)。

如果牧民乙按照合約正常放牧，牧民甲違反合約增加放牧量，當0≤θ<0.5時，牧民甲增加放牧量而獲得的額外收益0

表7 聯(lián)戶內集體放牧時牧民之間的博弈矩陣Table 7 The game matrix between pastoralists within collective grazing

注：R為聯(lián)戶內甲乙兩牧民都不違規(guī)時獲得的總收益；P為牧民違規(guī)后獲得的額外收益；F為牧民違規(guī)被發(fā)現(xiàn)后受到的處罰；θ為牧民違規(guī)被發(fā)現(xiàn)的概率。

Note：R represents the total income of both pastoralists in the joint-household when they do not violate the rules; P represents the additional income that the pastoralists receive after the violation; F represents pastoralists suffer punishments after violations are found; θ represents probability of herders’ violations.

然而，實際聯(lián)戶規(guī)模以2～15戶為主，當規(guī)模越大時，聯(lián)戶體內單個牧戶違規(guī)放牧被發(fā)現(xiàn)的概率就越小，即降低了違規(guī)的成本。因此,政府實施了一系列的草地生態(tài)補償政策(M為政府給單個牧戶的生態(tài)補償額)，但只有當監(jiān)督力度和處罰力度增加(提升F與θ，且M≥P-θ×F)時，才能轉變牧戶自身的博弈策略，最終達到以“不增加放牧量”為最優(yōu)策略的新型“納什均衡”(此時單個牧戶的總收益為R/2+M)。相比無生態(tài)補償時牧戶選擇不增加或增加放牧數(shù)量時的收益來看(R/2+M>R/2+P-θ×F>R/2)，實施草原生態(tài)補償會提升牧戶的生計水平，降低牧戶的放牧數(shù)量，從而緩解草地退化的趨勢。

2.3 其它人文因素與草地植被退化

導致瑪曲草地退化格局出現(xiàn)空間差異的因素，除了從定量角度論述的牧民人口與居民點、超載與牲畜密度以及聯(lián)戶模式等之外，還存在許多其它人文因素。實施草畜雙承包制度，不僅改變了瑪曲牧民原有的以游牧為主的生活方式，更改變了原有的集體放牧方式，從而導致單個牧民只能對其承包草地的超強度、重復利用，引發(fā)草地退化，進而使得這種不當?shù)闹贫劝才胖饾u成為草地退化的制度因素[18]。通過調查發(fā)現(xiàn)，從2000年以來，牧區(qū)發(fā)生的最明顯的變化還有：牧民從以前的游牧狀態(tài)逐漸轉變?yōu)槎ň訝顟B(tài)，進而大面積修建定居點；為了滿足瑪曲畜牧業(yè)的發(fā)展需要，國家大規(guī)模的投資修建交通道路已成為牧區(qū)的主要基礎設施建設，而這些活動必然會改變草原的使用方式，大肆破壞草原地表植被，改變原有的草原地貌，對草原產生嚴重的破壞；同時，牧民放牧的方式由以前的騎馬放牧轉變?yōu)楝F(xiàn)在騎摩托或開車放牧，而草原沒有專門的放牧道路，加之牲畜的移動有隨機性，因此機動車輛在草原上來回行駛必然會破壞草原植被；此外，牧區(qū)普遍的圍欄方式，雖然在一定程度上遏制了植被退化，但也破壞了草原原有的生態(tài)系統(tǒng)，產生了一些生態(tài)外部性問題，比如：當前瑪曲鼠害猖獗，大面積的草原被挖洞筑窩，從而產生大量松土，破壞了地表植被。

3 結論

瑪曲草地退化是自然因素與人文因素長期綜合影響的結果，但在短期內能對草地退化產生較大影響的還是人文因素。本研究在分析不同人文因素對草地退化的影響時，只從人類活動和草原利用強度兩方面入手，并未考慮制度等人文因素，也未考慮氣候、土壤等自然因素。畢竟從2004-2013年的10年期間瑪曲的自然因素未曾出現(xiàn)較大的變化，并只從宏觀角度分析了經濟發(fā)展等因素與草地退化的相關性，而尚未從微觀角度分析牧戶的經濟活動對草地植被退化的影響，這將是筆者的后續(xù)研究內容；由于缺乏歷年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的聯(lián)戶數(shù)據，本研究只利用博弈模型從理論上探討了聯(lián)戶模式對草地退化的影響機制；對當前實施的草原生態(tài)保護政策可能對草地退化產生的影響也未進行深入研究，但政策制度作為經濟發(fā)展的驅動力，不僅能促進經濟的發(fā)展，同時也能影響環(huán)境變化，因此這也將是筆者后續(xù)的研究內容。

本研究利用2004-2013年的遙感數(shù)據反演了瑪曲草地退化的時空格局，發(fā)現(xiàn)10年間瑪曲草地退化分布主要從西北部高海拔地區(qū)逐漸轉向東南部的低海拔地區(qū)；在此基礎上利用定量和定性的方法分析了不同人文因素對草地退化的影響，發(fā)現(xiàn)草地退化與以人類活動和草地利用強度為主的人文因素密切相關，并得出結論：1)人類活動對草地退化的影響比較大，距離牧民居住點1～3 km內植被的年際變化率比較高，而且從2008年瑪曲實施了“牧民定居工程”開始，居住點附近的草地退化明顯加??；2)草地資源利用強度是草地退化的直接誘發(fā)原因，不同地區(qū)的草原超載程度和牲畜密度與草地植被的年際趨勢變化率呈明顯的負相關關系；3)從博弈理論的視角分析了聯(lián)戶模式下單個牧戶的超載動機，發(fā)現(xiàn)通過實施一定的生態(tài)補償政策和加強監(jiān)管力度可以轉變牧戶自身的博弈策略，最終達到一種新型的“納什均衡”。4)此外，通過實地調研發(fā)現(xiàn)，近年來牧民的生產和生活方式的轉變、牧民安居工程的實施、道路等基礎設施的建設、圍欄以及鼠患等都對瑪曲草地植被產生了一定的破壞，加速了草地退化的趨勢。

為實現(xiàn)對草地資源的可持續(xù)利用，緩解當前瑪曲的草地退化趨勢，提出以下幾點建議：1)科學、嚴謹?shù)膶Σ莸刭Y源進行合理的調研與評估，確定不同地區(qū)草地的合理載畜水平，全面實施草畜平衡政策；2)嚴格管理和控制草原地區(qū)的土地利用方式，進行科學統(tǒng)籌規(guī)劃；3)鼓勵社區(qū)共管草地資源，提倡牧民聯(lián)戶經營，同時政府應給予政策、資金等方面的支持；4)完善草原生態(tài)補償政策，在保護生態(tài)的同時促進牧民增收。

References:

[1] 曹建軍.青藏高原地區(qū)草地管理利用研究.蘭州:蘭州大學出版社,2010:70-95.

[2] 楊蘭芳,李宗義,王勁松.氣候變化對甘肅瑪曲草原生態(tài)的影響.中國草地學報,2008,30(8):14-21. Yang L F,Li Z Y,Wang J S.Effect of climatic change on the ecologic environment in Maqu grassland of Gansu Province.Chinese Journal of Grassland,2008,30(8):14-21.(in Chinese)

[3] 王建兵,王振國,呂虹.黃河重要水源補給區(qū)草地退化的氣候背景分析——以瑪曲縣為例.草業(yè)科學,2008,25(4):23-27. Wang J B,Wang Z G,Lyu H.Climate background analysis of grassland degradation in the Yellow River important water source supply area——A case study of Maqu County.Pratacultural Science,2008,25(4):23-27.(in Chinese)

[4] 戚登臣,李廣宇.黃河上游瑪曲濕地退化現(xiàn)狀,成因及保護對策.濕地科學,2007,5(4):341-347. Qi D C,Li G Y.Causes and protection counter measures of wetland degradation in Maqu County in the upper Yellow River.Wetland Science,2007,5(4):341-347.(in Chinese)

[5] 李文龍,薛中正,郭述茂,徐丹丹,范成勇,張晶.基于3S技術的瑪曲縣草地植被覆蓋度變化及其驅動力.蘭州大學學報:自然科學版,2010,46(1):85-90. Li W L,Xue Z Z,Guo S M,Xu D D,Fan C Y,Zhang J.Vegetation coverage changes and analysis of the driving forces in Maqu County based on 3S technology.Journal of Lanzhou University:Natural Sciences,2010,46(1):85-90.(in Chinese)

[6] 趙雪雁.高寒牧區(qū)草地退化的人文因素研究:以甘南牧區(qū)瑪曲縣為例.草業(yè)學報,2007,16(6):113-120. Zhao X Y.Research on human dimensions of grassland degradation in high,cold pasture areas:A case of Maqu County in Gannan pasture area.Acta Prataculturae Sinica,2007,16(6):113-120.(in Chinese)

[7] 張倩,李文軍.分布型過牧:一個被忽視的內蒙古草原退化的原因.干旱區(qū)資源與環(huán)境,2008,22(12):8-16. Zhang Q,Li W J.Distributed overgrazing a neglected cause of grassland degradation in Inner Mongolia.Journal of Arid Land Resources and Environment,2008,22(12):8-16.(in Chinese)

[8] 呂少寧,文軍,康悅.黃河源區(qū)瑪曲草原草場退化原因調查分析.生態(tài)經濟,2011,27(2):166-170. Lyu S N,Wen J,Kang Y.A survey study on grassland degradation over the source water region of the Yellow River.Ecological Economy,2011,2(2):166-170.(in Chinese)

[9] 陳文業(yè),鄭華平,戚登臣,李廣宇,柴春山,劉正恒,宗文杰,楊鑫光,陳煒青.瑪曲縣生態(tài)環(huán)境退化,恢復重建及畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展.草業(yè)與畜牧,2008(5):36-40.

[10] 宋春橋,游松財,劉高煥,柯靈紅,鐘新科.那曲地區(qū)草地植被時空格局與變化及其人文因素影響研究.草業(yè)學報,2012,21(3):1-10. Song C Q,You S C,Liu G H,Ke L H,Zhong X K.Spatio-temporal pattern and change of Nagqu grassland and the influence of human factors.Acta Prataculturae Sinica,2012,21(3):1-10.(in Chinese)

[11] 韓貴鋒,徐建華.長江三角洲地區(qū)城市化與植被活動之間的時空相關性.生態(tài)科學,2008,27(1):1-5. Han G F,Xu J H.Spatio-temporal correlation between urbanization and vegetation vigor in the Delta of Yangtze River.Ecological Science,2008,27(1):1-5.(in Chinese)

[12] 孫斌，王炳煜，馮今，姜佳昌，潘冬榮，王惠，王紅霞，韓天虎． 甘肅省草原產草量動態(tài)監(jiān)測模型．草業(yè)科學，2015，32( 12) :1988-1996． Sun B，Wang B Y，F(xiàn)eng J，Jiang J C，Pan D R，Wang H，Wang H X，Han T H．Monitoring models of the grass yield for grassland in Gansu Province．Pratacultural Science，2015,32(12):1988-1996．(in Chinese)

[13] 褚琳,黃翀,劉高煥,劉慶生.2000-2010年黃河源瑪曲高寒濕地生態(tài)格局變化.地理科學進展,2014,33(3):326-335. Chu L,Huang C,Liu G H,Liu Q S.Changes in ecological patterns of Maqu alpine wetland in Yellow River Source Area during 2000-2010.Progress in Geography,2014,33(3):326-335.

[14] 李文梅,覃志豪,李文娟,楊強.MODIS NDVI與MODIS EVI的比較分析.遙感信息,2010,25(6):73-78. Li W M,Qin Z H,Li W J,Yang Q.Comparison and analysis of MODIS NDVI and MODIS EVI.Remote Sensing Information,2010,25(6):73-78.(in Chinese)

[15] 李紅軍,鄭力,雷玉平,李春強,周戡.基于EOS/MODIS數(shù)據的NDVI與EVI比較研究.地理科學進展,2007,26(1):26-32. Li H J,Zheng L,Lei Y P,Li C Q,Zhou K.Comparison of NDVI and EVI based on EOS/MODIS data.Progress in Geography,2007,26(1):26-32.(in Chinese)

[16] 瑪曲縣統(tǒng)計局.2003-2010瑪曲縣統(tǒng)計年鑒.瑪曲：瑪曲縣統(tǒng)計局,2005-2014.

[17] 李苗苗,吳炳方,顏長珍,周為峰.密云水庫上游植被覆蓋度的遙感估算.資源科學,2004,26(4):153-159. Li M M,Wu B F,Yan C Z,Zhou W F.Estimation of vegetation fraction in the Upper Basin of Miyun Reservoir by remote sensing.Resources Science,2004,26(4):153-159.(in Chinese)

[18] 伍光和.甘南高原的自然條件與生態(tài)保護.蘭州:甘肅人民出版社,2010:116-119.

[19] 樸世龍,方精云.1982-1999年我國陸地植被活動對氣候變化響應的季節(jié)差異.地理學報,2003,58(1):119-125. Piao S L,Fang J Y.Seasonal changes in vegetation activity in response to climate changes in china between 1982 and 1999.Acta Geographica Sinica,2003,58(1):119-125.(in Chinese)

[20] 陳全功.關鍵場與季節(jié)放牧及草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展.草業(yè)學報,2005,14(4):29-34. Chen Q G.Key pasture,seasonal grazing and sustainable development of grassland animal husbandry production in China.Acta Prataculturae Sinica,2005,14(4):29-34.(in Chinese)

[21] 任繼周,胡自治,牟新待.關于草原生產能力及其評定的新指標:畜產品單位.中國畜牧雜志,1979(2):18-21.

[22] 黃富祥,高瓊,趙世勇.生態(tài)學視角下的草地載畜量概念.草業(yè)學報,2000,9(3):48-57. Huang F X,Gao Q,Zhao S Y.The concept of carrying capacity on ecological angle of view.Acta Prataculturae Sinica,2000,9(3):48-57.(in Chinese)

(責任編輯 王芳)

Analysis of grassland degradation of the Tibet Plateau and human driving forces based on remote sensing

Wei Hui-lan1, Qi Ying-jun2

(College of Economics, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)

Maqu is a typical ecologically fragile area in the Tibetan Plateau, and is very sensitive to the impacts of various natural and human factors. To elucidate the reasons for grassland degradation and achieve sustainable utilization of grassland resources in Maqu, it is important to analyse the influences of various human factors on grassland degradation, and the underlying mechanisms. We used MODIS-EVI data and related social statistics from 2004 to 2013 to detect the temporal patterns of grassland degradation in Maqu. The distribution of grassland degradation gradually moved from the northwest at high altitudes to the southeast at low altitudes in Maqu. We used quantitative and qualitative methods to analyse the impact of human factors on various spatial differences in grassland degradation. We found that: 1) The impact of human activities on grassland degradation was relatively large, and the inter-annual rate of change in grassland vegetation where the distance to settlements of herders was 1-3 km was relatively high, and degradation was particularly serious near settlements after implementation of the “pastoral settlement project” in Maqu in 2008; 2) The intensity of use of grassland resources was the primary reason for degradation; overgrazing and high livestock density in various areas was significantly negatively correlated with the inter-annual rate of change in grassland vegetation; 3) From the perspective of game theory, we analysed herders' motivation for overgrazing under the current popular operational mode of the joint household, and found that implementing certain policies of eco-compensation and strengthening supervision could change their game strategy, and ultimately achieve a “do not increase grazing capacity” as the optimal strategy of the new “Nash equilibrium”; 4) Through field surveys, we found that herder production style and life style changed in recent years; implementation of housing projects for herders, construction of roads and other infrastructures, fencing, and rodent infestation, among other factors, seriously damaged grassland vegetation in Maqu.

remote sensing techniques; vegetation degradation; quantitative and qualitative methods; spatial transfer; Maqu

Qi Ying-jun E-mail:qiyingjun@sina.cn

2015-12-12接受日期：2016-03-14

甘肅省沙化土地封禁保護補助試點區(qū)經濟效益監(jiān)測與評估項目(406/071200006)；公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項經費項目“青藏高原社區(qū)天然草場草地保護與合理利用技術研究與示范”(20120300610)；中央高?；究蒲袠I(yè)務專項資金(15LZUJBEYJ015)

韋惠蘭(1952-)，女，陜西蒲城人，教授，博導，博士，主要從事人口資源環(huán)境經濟學與生態(tài)經濟學研究。 E-mail：huilanwei2010@sina.com

祁應軍(1991-)，男，甘肅渭源人，在讀碩士生，主要從事生態(tài)經濟學研究。E-mail:qiyingjun@sina.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0697

S812.6+8

A

1001-0629(2016)12-2576-11*

韋惠蘭，祁應軍.基于遙感監(jiān)測的青藏高原草地退化及其人文驅動力分析.草業(yè)科學,2016,33(12)：2576-2586.

Wei H L,Qi Y J.Analysis of grassland degradation of the Tibet Plateau and human driving forces based on remote sensing.Pratacultural Science，2016,33(12)：2576-2586.