宋向陽(yáng) 邢啟明 常書(shū)娟 鄭淑華 楊勇 李蘭花

摘要 [目的]明確內(nèi)蒙古荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的變化情況。[方法]選定達(dá)茂旗為研究對(duì)象，運(yùn)用3S技術(shù)，對(duì)草地植被覆蓋度、草地生產(chǎn)力和載畜量30多年的變化進(jìn)行了研究。[結(jié)果]達(dá)茂旗草地植被覆蓋度相比2000年初期升高了2百分點(diǎn)；達(dá)茂旗草地生產(chǎn)力由南向北呈遞減趨勢(shì)，相比2003年有所升高；達(dá)茂旗草地載畜量相比20世紀(jì)80年代和2000年初期整體水平有所升高。[結(jié)論]該研究結(jié)果為內(nèi)蒙古制定生態(tài)管理決策提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 荒漠草原；草地覆蓋度；草地生產(chǎn)力；草地載畜量

中圖分類號(hào) S181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 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過(guò)渡的生態(tài)邊界帶，生態(tài)穩(wěn)定性較差，氣候與人類活動(dòng)的干擾作用容易使該生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生波動(dòng)。生態(tài)過(guò)渡帶獨(dú)有的特點(diǎn)及植被逆向演替的髙風(fēng)險(xiǎn)性使荒漠草原成為生態(tài)學(xué)關(guān)注的重要區(qū)域之一[1]。放牧是內(nèi)蒙古荒漠草原的主要生產(chǎn)方式，然而，20世紀(jì)80年代實(shí)行了牲畜承包制后，由于牧民盲目擴(kuò)增牲畜數(shù)量，草畜矛盾加重，荒漠草原植被出現(xiàn)較為嚴(yán)重的退化趨勢(shì)[2]。超載過(guò)牧是草原退化的主要原因[3-4]，如何防止草原退化，保持畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，調(diào)整生態(tài)與經(jīng)濟(jì)平衡，關(guān)鍵問(wèn)題是尋求草原合理的載畜率[5]。內(nèi)蒙古荒漠草原的生產(chǎn)力低，卻是內(nèi)蒙古中西部重要的畜牧業(yè)基地，因此，適宜載畜量的確定成為草原可持續(xù)發(fā)展的重中之重[6]。

達(dá)茂旗草原屬于典型的荒漠草原區(qū)，建國(guó)以來(lái)，達(dá)茂旗草原與生態(tài)環(huán)境總體呈現(xiàn)退化趨勢(shì)。具體表現(xiàn)為：地表水體萎縮，地下水位下降，土壤侵蝕加重，草場(chǎng)退化，土地沙化和鹽堿化面積擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致該區(qū)生物多樣性減少、土地生產(chǎn)力降低、草地載畜量下降、農(nóng)牧民生活貧困等現(xiàn)象[7-10]。鑒于達(dá)茂旗嚴(yán)峻的草原與生態(tài)惡化態(tài)勢(shì)，中央與地方政府實(shí)施了一系列的生態(tài)建設(shè)與恢復(fù)工程。為了從本質(zhì)上掌握該地區(qū)各類生態(tài)管理與生態(tài)建設(shè)工程的效應(yīng)，筆者以達(dá)茂旗作為研究示范區(qū)，運(yùn)用3S技術(shù)手段，分析近30年來(lái)該地區(qū)草原與生態(tài)系統(tǒng)宏觀結(jié)構(gòu)和服務(wù)功能的演變態(tài)勢(shì)，科學(xué)評(píng)價(jià)了各類生態(tài)建設(shè)工程的實(shí)際成效及其穩(wěn)定性，提煉面向區(qū)域主體功能的生態(tài)管理優(yōu)化模式，為地方政府的生態(tài)管理決策提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部包頭市境內(nèi)，陰山北麓的烏蘭察布高平原。地處109°16′～111°25′E、41°20′～42°40′N(xiāo)，東與四子王旗毗鄰，西靠巴彥淖爾市烏拉特中旗，南連武川、固陽(yáng)兩縣，北和蒙古人民共和國(guó)接壤，國(guó)境線在本旗綿延88.6 km。達(dá)茂旗地形特征南部高，北部低，由南向北傾斜，其間丘陵、低山、丘間盆地、波狀高平原交錯(cuò)分布。平均海拔1 376 m，東西跨度150 km，南北縱深160 km，總土地面積最新數(shù)據(jù)為17 913.41 km2。

降水量從南往北遞減，分布不均。年平均降水量230～260 mm，南北相差近110 mm。同時(shí)季節(jié)分配和年際變化懸殊，保證率低。6—9月降水量占全年降水量的80%以上。春季降水量過(guò)少，常常出現(xiàn)春旱，影響牧草返青和農(nóng)作物播種。

達(dá)茂旗是包頭市唯一的純牧業(yè)旗縣，擁有草原總面積16 498.27 km2，占國(guó)土面積的92.1%，是烏蘭察布草原的重要組成部分。主要草原類型有典型草原、荒漠草原和低平地草甸類，其中荒漠草原面積最大，占草原總面積的48.64%。達(dá)茂旗屬于北方干旱氣候條件，生態(tài)條件嚴(yán)酷，環(huán)境脆弱，再加上人為因素干擾和長(zhǎng)期超載過(guò)牧影響，導(dǎo)致草原生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了逆向演替，生態(tài)環(huán)境逐步惡化，沙塵暴天氣肆虐，嚴(yán)重影響了牧民的生產(chǎn)和生活。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 利用20世紀(jì)80年代和2000年初期草地資源狀況為本底，和2017年進(jìn)行比較，根據(jù)不同草原類型的生產(chǎn)力、植被蓋度和承載力的對(duì)比，運(yùn)用3S技術(shù)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)時(shí)間序列不同載畜率水平的草 地植被變化，通過(guò)分析，揭示荒漠草原承載能力以及放牧對(duì)草原的影響作用，可為草-畜平衡管理及生態(tài)保護(hù)提供有效、直觀的數(shù)據(jù)支持，有助于科學(xué)地調(diào)控草-畜平衡，對(duì)提高牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)平衡具有科學(xué)指導(dǎo)作用。

1.3 調(diào)查方法

草原植被蓋度采用像元二分模型計(jì)算得出，像元二分模型是假設(shè)像元是由土壤與植被兩部分組成，即傳感器所觀測(cè)到的像元信息可表達(dá)為由綠色植被成分所貢獻(xiàn)的信息與由土壤成分所貢獻(xiàn)的信息之和。對(duì)于上述混合像元，其中植被所占比例可用模型表達(dá)如下：

C=（S-S0）/（Sg-S0） （1）

式中，Sg為純植被覆蓋像元的遙感信息量；S0為純土壤覆蓋像元的遙感信息量；C為植被蓋度。因?yàn)镹DVI在植被的長(zhǎng)勢(shì)、覆蓋度等方面被廣泛應(yīng)用，所以在該模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用NDVI來(lái)估測(cè)覆蓋度。將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為完全是裸土或者無(wú)植被覆蓋區(qū)域的NDVI；NDVIveg則代表完全被植被覆蓋像元的NDVI值。

草原植被生產(chǎn)力采用CASA模型計(jì)算得出。CASA模型是一個(gè)充分考慮環(huán)境條件和植被本身特征的光能利用率模型。該模型主要由植被吸收的光合有效輻射和光能轉(zhuǎn)化率2個(gè)變量確定。公式如下：

NPP（x，t）=APAR（x，t）×ε（x，t） （3）

式中，APAR為光合有效輻射，ε為光能利用率，x表示空間位置；t表示時(shí)間。由太陽(yáng)總輻射中的光合有效輻射和植被對(duì)光合有效輻射的吸收比例（FPAR）決定，F(xiàn)PAR利用NDVI和植被類型表示，ε是植被把吸收的光合有效輻射（FPAR）轉(zhuǎn)換為有機(jī)碳的效率，主要受溫度和降水的影響。

1.4 計(jì)算方法 運(yùn)用Arcgis和ENVI等遙感軟件對(duì)影像進(jìn)行校正和配準(zhǔn)處理，投影采用阿爾伯斯投影，投影區(qū)域面積保持與實(shí)地相等；草地載畜量采用農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《天然草地合理載畜量的計(jì)算》來(lái)計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 達(dá)茂旗草原植被覆蓋度現(xiàn)狀與變化

用20世紀(jì)初期草地資源狀況為本底進(jìn)行比較，運(yùn)用3S技術(shù)，通過(guò)對(duì)2003和2017年達(dá)茂旗草原植被蓋度建立像元二分模型，比較分析得出2003年達(dá)茂旗草原平均蓋度為24%，2017年草原平均蓋度為26%，平均升高了2百分點(diǎn)（圖1）。達(dá)茂旗降水量從南向北遞減，蒸發(fā)量則由南到北遞增，由于受水熱條件的影響，草原植被蓋度也呈現(xiàn)出由南向北遞減的局勢(shì)，在南部希拉穆仁鎮(zhèn)、石寶鎮(zhèn)、烏克忽洞鎮(zhèn)、明安鎮(zhèn)的覆蓋度分別有不同程度的增加，百靈廟鎮(zhèn)的北部和巴音花鎮(zhèn)的南部從2003年的20%左右增加到2017年的30%左右，在達(dá)茂旗的北部滿都拉鎮(zhèn)，植被覆蓋度基本無(wú)變化，而在達(dá)爾罕蘇木中部的植被覆蓋度有降低的趨勢(shì)，這可能與季節(jié)性降水分布不均勻有關(guān)。

2.2 達(dá)茂旗草地生產(chǎn)力現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

運(yùn)用3S技術(shù)，通過(guò)對(duì)達(dá)茂旗溫度、降水、日照等綜合參數(shù)建立CASA模型，通過(guò)模型分別計(jì)算2003和2017年的地上生物量，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，2017年達(dá)茂旗天然草地生產(chǎn)力呈現(xiàn)出南高北低的趨勢(shì)，北部草原相對(duì)較差，這里主要分布荒漠草原類和草原化荒漠類。而在南部主要分布有溫性草原類（圖2），南部的希拉穆仁鎮(zhèn)產(chǎn)量最高，有個(gè)別的地方干草產(chǎn)量在800 kg/hm2以上，烏克忽洞鎮(zhèn)、石寶鎮(zhèn)的干草產(chǎn)量在600 kg/hm2左右，相比2003年，北部滿都拉鎮(zhèn)較差的草原在減少，南部較好的草原變得更好，這與工程項(xiàng)目的實(shí)施是分不開(kāi)的。

由表1可知，2017年達(dá)茂旗天然草原牧草平均產(chǎn)干草304.01 kg/hm2，相比2003年和20世紀(jì)80年代分別提高了3.53%和2.13%，其中溫性草原化荒漠類提高幅度最大，相比2003年和20世紀(jì)80年代分別提高了23.26%和29.55%，這主要由于20世紀(jì)80年代初期人為活動(dòng)頻繁，草場(chǎng)長(zhǎng)期超載過(guò)牧，破壞嚴(yán)重，直到2002年以后開(kāi)始實(shí)施休牧，2008年全面實(shí)施禁牧，嚴(yán)格執(zhí)行舍飼圈養(yǎng)政策，以前破壞較嚴(yán)重的地區(qū)得到了有效控制，天然草原正在逐步恢復(fù)。

2.3 達(dá)茂旗草地載畜量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

天然草地載畜量根據(jù)天然草地產(chǎn)草量的多少，按牲畜日食量計(jì)算出天然草地實(shí)際可飼養(yǎng)的牲畜頭數(shù)。由表2可知，2017年達(dá)茂旗天然草原全年可飼養(yǎng)218.24萬(wàn)頭綿羊單位，而2003年和20世紀(jì)80年代全養(yǎng)178.27萬(wàn)頭和207.84萬(wàn)頭羊單位，2017年載畜能力整體水平在升高，與2003年和20世紀(jì)80年代相比分別提高了22.42百分點(diǎn)和5.0百分點(diǎn)，其中溫性草原類載畜能力水平提高幅度最大，2017年溫性草原類全年可飼養(yǎng)79.69萬(wàn)頭羊單位，與2003年和20世紀(jì)80年代草地載畜能力相比分別提高了64.28百分點(diǎn)和12.61百分點(diǎn)，溫性荒漠是達(dá)茂旗草原的主體，2017年其全年可飼養(yǎng)92.98萬(wàn)頭羊單位，與2003年相比提高了7.2百分點(diǎn)。草地載畜能力的提高主要同達(dá)茂旗近年來(lái)實(shí)施草原生態(tài)治理工程、移民項(xiàng)目、封育草場(chǎng)有關(guān)。

3 結(jié)論與討論

該研究表明，達(dá)茂旗草地植被覆蓋度相比2003年升高了2百分點(diǎn)；在全旗由南向北呈遞減趨勢(shì)，這主要是受水熱條件影響；達(dá)茂旗草地生產(chǎn)力由南向北呈遞減趨勢(shì)，相比2003年有所升高，這與工程項(xiàng)目的實(shí)施是分不開(kāi)的；

達(dá)茂旗草地載畜量相比20世紀(jì)80年代和2000年初期整體水平有所升高，這主要與近年來(lái)實(shí)施草原生態(tài)治理工程、移民項(xiàng)目、封育草場(chǎng)有關(guān)。

根據(jù)達(dá)茂旗草原生產(chǎn)力南高北低的局勢(shì)，制定利用方案。北部滿都拉鎮(zhèn)和蒙古國(guó)接壤，常年受蒙古高原高氣壓影響，是該區(qū)域生態(tài)環(huán)境最惡劣的地區(qū)，根據(jù)遙感監(jiān)測(cè)，平均蓋度不到25%，平均產(chǎn)量每公頃產(chǎn)200 kg左右干草，針對(duì)該區(qū)域?qū)嵤┬菽链胧?，?duì)于重度沙化的地區(qū)要采取補(bǔ)播，重度退化的地區(qū)要實(shí)施禁牧，同時(shí)當(dāng)?shù)夭⒉贿m合飼養(yǎng)小畜，由于小畜行走消耗與采食積累的能量幾乎相同，所以適合可遠(yuǎn)距離放牧并能適合荒漠草原環(huán)境的駱駝[11]。

對(duì)于南部草原平均蓋度在50%左右，有個(gè)別區(qū)域的干草產(chǎn)量達(dá)800 kg/hm2，是該地區(qū)發(fā)展草原畜牧業(yè)潛力最大的區(qū)域，這一區(qū)域地勢(shì)相對(duì)平坦，交通方便，應(yīng)逐步壓縮以至取消放牧山羊，而以放牧或半舍飼綿羊?yàn)橹鳎瑫r(shí)加強(qiáng)人工草場(chǎng)的建設(shè)，種植優(yōu)良牧草，增加飼草料的供應(yīng)[12]。

草原超載過(guò)牧是造成草原退化的一個(gè)很重要的原因[13]，草原超載過(guò)牧嚴(yán)重，使草原得不到休養(yǎng)生息的機(jī)會(huì)，造成草原生產(chǎn)力下降和草原生態(tài)環(huán)境不斷惡化[14]。同時(shí)，由于草原退化，草原承載能力進(jìn)一步下降，加劇了草畜矛盾，形成一個(gè)惡性循環(huán)。實(shí)現(xiàn)草畜平衡是促進(jìn)草原生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)草原畜牧業(yè)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[15]。

在20世紀(jì)80年代初期，達(dá)茂旗人口不斷增加，帶動(dòng)了牲畜頭數(shù)不斷增長(zhǎng)，致使草原出現(xiàn)超載現(xiàn)象。隨著人們對(duì)草原生態(tài)保護(hù)的認(rèn)識(shí)，牲畜頭數(shù)逐年降低，直到2003年基本達(dá)到草畜平衡，后來(lái)隨著禁牧圍封措施的實(shí)施，生態(tài)移民政策也開(kāi)始實(shí)施，牧區(qū)牲畜頭數(shù)不斷降低，到2010年達(dá)到草大于畜。針對(duì)達(dá)茂旗草畜平衡問(wèn)題，并非簡(jiǎn)單地降低家畜頭數(shù)或者載畜量，還牽涉到復(fù)雜的社會(huì)問(wèn)題，特別是牧民的生活和增收，牧民要維持生活水平，就必然要增加牲畜頭數(shù)，因此，草畜平衡實(shí)質(zhì)上是“人-畜-草”的平衡問(wèn)題[16]。

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