董 天,肖 洋,張 路,肖 燚,鄭 華,歐陽志云,*

1 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域國家重點實驗室,北京 100085 2 中國科學院大學,北京 100049

21世紀初,中國糧食生產(chǎn)的持續(xù)增長,已經(jīng)達到了世界紀錄[1]。全球都面臨著日益增長的人口需要充足的食物、充裕的生活空間,如何在農(nóng)業(yè)開墾、資源開采、經(jīng)濟發(fā)展的同時,維護區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展,成為國內(nèi)外學者關(guān)注的研究熱點問題。人類活動會影響生態(tài)系統(tǒng)的格局和質(zhì)量[2- 3],因而研究生態(tài)系統(tǒng)的格局與質(zhì)量是認識生態(tài)環(huán)境與人類活動關(guān)系的基礎(chǔ)[4- 5]。此外,生態(tài)保護是否會影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn),從而對人類福祉產(chǎn)生負面效果,成為生態(tài)學家關(guān)注的焦點。Malek等在地中海的研究表明擴大生態(tài)保護區(qū)域網(wǎng)絡,不會影響糧食生產(chǎn),在提高糧食產(chǎn)量的同時改善水資源狀況是可行的[6]。

2000年以來,中國實施了生態(tài)保護和恢復相關(guān)政策,這些生態(tài)政策和工程的實施,對生態(tài)環(huán)境的影響如何,成為研究者們關(guān)注的關(guān)鍵問題。Xie等研究了中國大規(guī)模退耕工程與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系,研究結(jié)果表明采用動態(tài)補貼的政策更有利于中國耕地的可持續(xù)利用[7]。Wang等的研究顯示,1984—2012年間,中國不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)格局變化差異性較大,而經(jīng)濟社會因素是導致生態(tài)系統(tǒng)格局變化的重要原因,土地利用政策也對生態(tài)系統(tǒng)格局的時空演變造成了一定影響[8]。如何根據(jù)區(qū)域特征,來有針對性的實施差異化土地政策和生態(tài)保護政策成為關(guān)鍵問題。但目前還缺乏相關(guān)量化研究。

生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ),因此,研究生態(tài)系統(tǒng)格局和質(zhì)量的時空動態(tài)演變特征十分重要。生態(tài)系統(tǒng)格局與質(zhì)量不僅直接影響生態(tài)系統(tǒng)服務功能的變化[9- 10],還將進一步影響人類福祉。所以,通過分析導致生態(tài)系統(tǒng)格局與質(zhì)量時空動態(tài)演變的驅(qū)動力因素[11- 12],有助于量化分析已有生態(tài)保護和生態(tài)恢復政策措施實施的具體效果[13],能夠為今后的區(qū)域生態(tài)保護和生態(tài)恢復政策研究、城市發(fā)展戰(zhàn)略制定提供可供參考的可靠科學依據(jù)[14]。

鄂爾多斯市位于中國北部的內(nèi)蒙古西南部地區(qū),是我國北部重要的生態(tài)屏障,同時也是我國重要的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)基地,因其豐富的煤炭資源,社會經(jīng)濟發(fā)展迅速,創(chuàng)造了“鄂爾多斯經(jīng)濟現(xiàn)象”[15]。與此同時,由于鄂爾多斯市生態(tài)環(huán)境十分脆弱,人類活動對土地利用、生態(tài)環(huán)境特征演變的影響成為研究熱點問題。鄂爾多斯市草地退化、土地沙化顯著,高覆蓋度草地轉(zhuǎn)化為中、低覆蓋度草地,中覆蓋度草地轉(zhuǎn)化為低覆蓋度草地和沙地,低覆蓋度草地轉(zhuǎn)化為沙地,降水、人口、牲畜數(shù)量增加,共同作用影響鄂爾多斯市生態(tài)環(huán)境變化[16- 17]。

2000年以來,鄂爾多斯市政府實施了生態(tài)保護工程,如退耕還林還草、禁牧和休牧等生態(tài)政策,鄂爾多斯市生態(tài)環(huán)境退化程度逐年減輕并向輕度改善轉(zhuǎn)變[18]。這些變化必然會影響鄂爾多斯市的生態(tài)系統(tǒng)格局與質(zhì)量狀況,進而影響鄂爾多斯市區(qū)域經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本研究試圖探索資源開發(fā)、城市化發(fā)展與生態(tài)保護等多重驅(qū)動因素對生態(tài)敏感脆弱區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律的具體作用,為生態(tài)系統(tǒng)恢復、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提高、中國北部地區(qū)的生態(tài)屏障構(gòu)建提供可信的科學數(shù)據(jù)、可實施的政策建議。

本研究的目的是：深入了解鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局與質(zhì)量狀況和十年間的時空演變趨勢[19- 25],客觀認識鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能,確定鄂爾多斯市目前存在的潛在生態(tài)威脅和生態(tài)問題,探討鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局和質(zhì)量變化的驅(qū)動因素,量化分析鄂爾多斯市生態(tài)保護工程和政策對鄂爾多斯市的實際影響,對實現(xiàn)鄂爾多斯市區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)保護的平衡具有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

鄂爾多斯市地處鄂爾多斯高原腹地,37°18′—40°17′N,106°27′—111°27E,總面積8.68萬km2,屬于溫帶大陸性氣候,年平均氣溫5.5—9.1℃,年降水量僅170—350 mm,蒸發(fā)量高達2000—3000 mm[26]。地形西高東低,平均海拔在1000—1500 m之間,北部為黃河沖積平原,東部為丘陵溝壑水土流失區(qū)和砒砂巖裸露區(qū),中部為毛烏素沙地和庫布其沙漠[18](圖1)。

圖1 鄂爾多斯市在全國的位置Fig.1 The position of erdos in China

鄂爾多斯市位于我國北方的農(nóng)牧交錯帶[27],主要生態(tài)系統(tǒng)類型有草地、荒漠裸地、農(nóng)田、濕地、森林、城鎮(zhèn)等。由于地處干旱地區(qū),具有生態(tài)承載力低、生態(tài)環(huán)境脆弱,沙漠化嚴重的特點,研究區(qū)域內(nèi)頻繁發(fā)生自然災害[17- 18,28]。

鄂爾多斯市還是典型的資源型城市,全市70%的地表下埋藏著煤,探明煤儲量約占全國總儲量的1/6[24],2015年天然氣供應量約占全國總量31.7%[29],羊絨質(zhì)量居全國之首,羊絨產(chǎn)量約占全國總產(chǎn)量的10.25%[30]。其中,煤炭開采約占鄂爾多斯市GDP的80%,煤炭與羊絨產(chǎn)業(yè)對鄂爾多斯市經(jīng)濟發(fā)展的影響巨大[24],對鄂爾多斯市的生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力?？臻g分布上,鄂爾多斯市中東部地區(qū)以煤礦開采為主,西部地區(qū)以畜牧業(yè)為主[24]。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)分類體系

鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)分類以全國生態(tài)環(huán)境調(diào)查評估的生態(tài)系統(tǒng)分類體系為基礎(chǔ)[31],根據(jù)鄂爾多斯市的生態(tài)系統(tǒng)特征進行分類,共分一級森林、灌叢、草地、濕地、荒漠裸地、農(nóng)田、城鎮(zhèn)共7類,在一級分類的基礎(chǔ)上將生態(tài)系統(tǒng)劃分二級共18類(表1)。

1.3 數(shù)據(jù)來源

鄂爾多斯市的生態(tài)系統(tǒng)類型、生物量、植被覆蓋數(shù)據(jù)來自“全國十年生態(tài)調(diào)查與評估”項目數(shù)據(jù)庫[32]。本研究使用面向?qū)ο蟮姆诸惣夹g(shù),基于Landsat TM數(shù)據(jù),采用了一級、二級生態(tài)系統(tǒng)分類數(shù)據(jù)得到了鄂爾多斯市2000年和2010年的生態(tài)系統(tǒng)類型分布圖,根據(jù)數(shù)據(jù)精度檢驗報告說明,鄂爾多斯市一級生態(tài)系統(tǒng)分類精度達到96%,二級生態(tài)系統(tǒng)分類精度達到90%。鄂爾多斯市DEM數(shù)字高程模型來自國際科學數(shù)據(jù)服務平臺,空間分辨率為30 m。

國內(nèi)生產(chǎn)總值、人口、放牧等社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來自鄂爾多斯市統(tǒng)計年鑒,道路密度等數(shù)據(jù)來自相關(guān)政府部門,城市擴張、農(nóng)田開墾、退耕還林、草、濕、生態(tài)恢復、礦山開采、生態(tài)退化等數(shù)據(jù)通過遙感數(shù)據(jù)和實地調(diào)查獲得。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)格局分析方法

(1)生態(tài)系統(tǒng)類型面積比例

通過計算生態(tài)系統(tǒng)分類系統(tǒng)中各種類型生態(tài)系統(tǒng)面積(Sij)占總面積的比例得到鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)類型的面積比例[33]。

(1)

式中,Tij：土地利用類型中第i類生態(tài)系統(tǒng)在第j年的面積比例；Sij：生態(tài)系統(tǒng)類型中第i類生態(tài)系統(tǒng)在第j年的面積；TS：評價區(qū)域的總面積。

(2)生態(tài)系統(tǒng)類型變化方向

利用生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移矩陣[33]定量分析鄂爾多斯市2000年、2010年兩個時段生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成變化、轉(zhuǎn)變方向與相互轉(zhuǎn)變面積與數(shù)量。

(2)

(3)

(4)

式中,i：2000年生態(tài)系統(tǒng)類型；j：2010年生態(tài)系統(tǒng)類型；aij：生態(tài)系統(tǒng)類型的面積；Aij：2000年第i類生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)變?yōu)?010年第j類生態(tài)系統(tǒng)類型的比例；Bij：2000年的第i類生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)變?yōu)?010年第j類生態(tài)系統(tǒng)類型的比例；Rij：生態(tài)系統(tǒng)類型變化方向。

1.5 生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評估方法

以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)地上生物量與植被覆蓋度數(shù)據(jù),計算鄂爾多斯市相對生物量密度,評估2010年鄂爾多斯市的森林、灌叢與草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量。通過比較2000年與2010年鄂爾多斯市森林、灌叢與草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的時空變化趨勢,確定鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量改善與退化顯著的區(qū)域空間分布特征。

在評價鄂爾多斯市森林、灌叢、草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量時,使用基于像元的相對生物量密度方法[11]。使用植被指數(shù)-生物量法得到地上生物量數(shù),評價鄂爾多斯市森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量；使用累積NPP 法,基于像元二分模型通過MODIS影像反演得植被覆蓋度數(shù)據(jù)[34- 36],使用CASA 模型得到累積NPP法[37],通過累加草地生長期(開始生長與結(jié)束生長的時間段)內(nèi)的NPP估算植被覆蓋度, 評價鄂爾多斯市草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量。

(5)

(6)

式中,i：像元數(shù)量；j：生態(tài)系統(tǒng)類型；Qj：第j類生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量指數(shù)；Rij：第j類生態(tài)系統(tǒng)i像元的相對生物量密度；As：每個像元的面積；S：評價區(qū)域內(nèi)第j類生態(tài)系統(tǒng)的總面積。Bij：第j生態(tài)系統(tǒng)i像元的生物量,由鄂爾多斯市遙感數(shù)據(jù)得到；CBj：第j類生態(tài)系統(tǒng)頂級群落每像元的生物量,由鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測數(shù)據(jù)和樣地調(diào)查數(shù)據(jù)得到；F：植被覆蓋度；NDVI：由鄂爾多斯市遙感影像的近紅外波段、紅光波段的發(fā)射率計算得到。NDVIv：純植被像的NDVI值；NDVIs：完全無植被覆蓋像元的NDVI值。

將鄂爾多斯市森林、灌叢生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量分為5個等級[11]：(1)優(yōu)(相對生物量密度R值≥80%)；(2)良(60%≤相對生物量密度R值≤80%之間)；(3)中(40%≤相對生物量密度R值≤60%)；(4)低(20%≤相對生物量密度R值≤40%)；(5)差(相對生物量密度R值≤20%)。將鄂爾多斯市草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量分為5個等級[11]：(1)優(yōu)(植被覆蓋度F值≥80%)；(2)良(60%≤植被覆蓋度F值≤80%)；(3)中(40%≤植被覆蓋度F值≤60%)；(4)低(20%≤植被覆蓋度F值≤40%)；(5)差(植被覆蓋度F值≤20%)。

1.6 驅(qū)動力分析

為了探討氣候與人類活動對鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局與質(zhì)量的影響機制,以生態(tài)系統(tǒng)類型為單位對鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局驅(qū)動力進行分析,以縣域為單位使用SPSS軟件分析鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量驅(qū)動力。其中,氣候驅(qū)動力主要考慮溫度、降水,人類活動主要考慮國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP(Gross domestic product、GDP1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值、GDP2工業(yè)生產(chǎn)總值、GDP3服務業(yè)生產(chǎn)總值)、人口、放牧、道路密度、城市擴張、農(nóng)田開墾、退耕還林、草、濕、生態(tài)恢復、礦山開采、生態(tài)退化等因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)格局與演變

生態(tài)系統(tǒng)分布與構(gòu)成

2010年,鄂爾多斯市草地、荒漠裸地和農(nóng)田3類生態(tài)系統(tǒng)類型面積之和約占市域面積的91.73%。其中,草地是鄂爾多斯市面積最大的生態(tài)系統(tǒng)類型,面積為55971.34 hm2,約占市域面積的64.46%,包括草原、草甸,分別占草地面積的99.25%與0.75%,主要分布在鄂爾多斯市東北、西部、西南地區(qū)?；哪愕厣鷳B(tài)系統(tǒng)面積為18530.06 hm2,約占市域面積的21.34%,包括沙漠、荒漠裸巖、荒漠裸土,分別占荒漠面積的96.20%、0.01%、3.78%,主要分布在鄂爾多斯市北部、東南地區(qū)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)面積為5147.69 hm2,占市域面積的5.93%,以耕地為主,園地面積很少,主要分布在鄂爾多斯市北部、東北、東南地區(qū)(圖2)。

圖2 鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)分布(2000—2010年)Fig.2 Distribution of ordos ecosystem (2000—2010)

森林生態(tài)系統(tǒng)面積為1282.98 hm2,占市域面積的1.48%,包括落葉闊葉林、常綠針葉林,分別占鄂爾多斯市森林面積的99.97%、0.03%。灌叢生態(tài)系統(tǒng)面積為4299.18 hm2,占市域面積的4.95%,包括落葉闊葉灌木林、常綠針葉灌木林,分別占灌叢面積的99.80%、0.20%,分布在鄂爾多斯市東北、中部地區(qū)。濕地生態(tài)系統(tǒng)面積為489.73 hm2,僅占市域面積的0.56%,包括沼澤、湖泊、水庫3類,分別占濕地面積的13.17%、34.58%、52.25%,分布在鄂爾多斯市北部、中部地區(qū)。城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積為1107.76 hm2,占市域面積的1.28%,包括居住地、城市綠地、工業(yè)與交通用地3類,分別占城鎮(zhèn)面積的29.96%、2.98%、67.06%,分布在鄂爾多斯市北部、東北、中部地區(qū)(表1)。

表1 鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成(2010年)

(2)生態(tài)系統(tǒng)格局演變

2000—2010年,鄂爾多斯市城鎮(zhèn)、灌叢、森林面積有所增加,而草地、濕地、農(nóng)田、荒漠裸地面積有所下降。其中,城鎮(zhèn)面積增幅最大,增加33.37%,而草地面積降幅最大,減少0.78%,鄂爾多斯市灌叢、森林面積分別增加了了4.57%、3.51%,濕地、農(nóng)田、荒漠裸地分別減少了8.49%、0.18%、0.06%,市域內(nèi)發(fā)生了變化的生態(tài)系統(tǒng)面積為508.57 km2(表2)。

表2 鄂爾多斯市各類生態(tài)系統(tǒng)類型面積構(gòu)成變化(2000—2010年)

城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)中,居住地和工業(yè)與交通用地有所增加,城市綠地略有降低,變化面積分別為41.66、235.95、0.43 hm2。其中,城鎮(zhèn)新增面積主要來源于草地、荒漠裸地、農(nóng)田、灌叢,分別占總新增城鎮(zhèn)面積的49.39%、21.98%、12.98%、11.00%。新增居住地主要由二級生態(tài)系統(tǒng)類型中的耕地、草原、沙漠、闊葉灌叢轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化面積分別占新增居住地面積的39.78%、35.10%、14.19%、11.65%。城市綠地減少了0.43 hm2,轉(zhuǎn)化為居住地的面積占減少城市綠地面積的45.45%,新增城市綠地主要由居住地、耕地轉(zhuǎn)化而來。新增工業(yè)與交通用地主要由草原、沙漠、闊葉灌叢轉(zhuǎn)化,分別占新增工業(yè)與交通用地的51.82%、18.87%、10.77%(表3)。

草地減少面積最大,減少面積442.74 hm2,主要轉(zhuǎn)換為灌叢、城鎮(zhèn)、荒漠裸地、森林,分別占減少草地面積的49.40 %、30.92%、15.02%、14.01%。灌叢面積增加187.84 hm2,主要來源于草地,占新增面積的116.43%,而灌叢主要轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)。新增加森林主要從草地轉(zhuǎn)化而來,主要由草原轉(zhuǎn)化為闊葉林。減少的荒漠裸地主要轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)、濕地、草地,新增荒漠裸地主要由草地轉(zhuǎn)化。減少的農(nóng)田面積主要轉(zhuǎn)化成濕地、城鎮(zhèn)、草地,新增農(nóng)田主要由草地轉(zhuǎn)化。減少的濕地主要轉(zhuǎn)化為草地、農(nóng)田、新增濕地主要由農(nóng)田、荒漠裸地、草地轉(zhuǎn)化；減少的草地主要轉(zhuǎn)化為灌叢、城鎮(zhèn)、荒漠裸地(表3)。

表3 鄂爾多斯市各類生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移矩陣(2000—2010年)/hm2

鄂爾多斯市二級生態(tài)系統(tǒng)類型包括工業(yè)與交通用地、居住地、湖泊、落葉闊葉灌木林、落葉闊葉林、常綠針葉灌木林、草原、草甸等,相對變化率分別增加：46.55%、14.36%、7.29%、4.58%、3.52%、0.49%、0.21%,而沼澤、水庫、城市綠地、草原、根底、荒漠裸土、沙漠的相對變化率分別減少：18.30%、14.24%、1.27%、0.79%、0.48%、0.18%、0.05%,其中,園地、荒漠裸巖相對變化率很小(表4)。鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)變化主要集中在中部、東北部,大部分區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)變化率較低,變化率較高的生態(tài)系統(tǒng)是城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)中的工業(yè)與交通用地、灌叢生態(tài)系統(tǒng)中的落葉闊葉灌木林(圖3)。

表4 鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)變化面積及總體變化率(%)(2000—2010年)

圖3 鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)變化率(%)(2000—2010年)Fig.3 Change rate(%) of ordos ecosystem (2000—2010)

2.2 生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與演變

(1)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量

2010年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)總體質(zhì)量較低,優(yōu)、良、中等級生態(tài)系統(tǒng)面積占總面積比例分別為0.02%、0.06%、1.02%,低、差等級生態(tài)系統(tǒng)面積占總面積比例分別為37.21%、61.70%。其中,草地生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)、良、中、低、差等級的面積分別為8.94、36.63、649.00、23931.38、33201.69 km2,灌叢生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)、良等級的面積分別為1.50、1.00 km2,灌叢和森林生態(tài)系統(tǒng)低、差等級的面積較多,森林生態(tài)系統(tǒng)全部屬于低、差等級(圖4)。

(2)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化

2000—2010年,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量總體略有改善,東部、中部、南部大地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有所提高,僅有小部分地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有所降低。優(yōu)等級增加了2.63 km2,其中草地、灌叢增加了2.19 km2、0.38 km2；良等級減少了14.06 km2,其中草地減少了14.63 km2,而灌叢增加了0.59 km2；中等級增加了249.13 km2,其中草地、灌叢分別增加了252.56、1.25 km2,森林減少了0.31 km2；低等級面積增加了13262.88 km2,草地、灌叢、森林分別增加了13458.94、3.94、0.06 km2；差級的生態(tài)系統(tǒng)面積減少了13500.56 km2,草地、灌叢分別減少了13699.06、1.50 km2,僅森林增加了0.25 km2(圖4)。

圖4 鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量時空演變(2000—2010年)Fig.4 Spatiotemporal evolution of Ordos ecosystem (2000—2010)

2.3 生態(tài)系統(tǒng)格局和質(zhì)量變化的驅(qū)動力分析

在氣候變化與人類活動的共同影響下,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局和質(zhì)量發(fā)生了巨大變化。本文通過對有可能影響生態(tài)系統(tǒng)格局和質(zhì)量變化的驅(qū)動力因素進行相關(guān)性分析,研究發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局與城市擴張、農(nóng)田開墾、退耕還林、草、濕、生態(tài)恢復、礦山開采、生態(tài)退化相關(guān)性顯著(表5)；鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與降水、退耕還草工程、道路密度、溫度、GDP1、放牧因子相關(guān)性顯著(圖5)。

表5 鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)變化面積及總體變化率(2000—2010年)

鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與降水、退耕還草工程、道路密度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)(R2=0. 3159,P< 0.01；R2=0.0529,P< 0.01；R2=0.2494,P< 0.01)。然而,與溫度、GDP1、放牧呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)(R2=0. 6358,P< 0.01；R2=0.165,P< 0.01；R2=0.2575,P< 0.01)。其中,生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與退耕還草工程實施區(qū)域內(nèi)、外的相關(guān)性存在顯著差異。在實施退耕還草工程區(qū)內(nèi),生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化退耕還草、保護管理等措施密切相關(guān),而受溫度、降水、GDP1、放牧等其他驅(qū)動力的影響較??；而實施退耕還草工程區(qū)外,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的變化主要受降水、溫度、道路密度、GDP、放牧等驅(qū)動力的影響(圖5)。

2000—2010年間,鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的變化與溫度的相關(guān)性最大(R2=0.6358,P<0.01),是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化的主要驅(qū)動力(圖5)。由于鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)類型以草地為主,適宜的溫度有利于植被生長,因此溫度成為控制草地植被的生長情況的主要氣候因素。雖然降水與生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)系沒有溫度明顯,但鄂爾多斯市屬于干旱地區(qū),降水對研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量影響也比較重要。

在人類活動強度較低的區(qū)域,生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量主要受降水、溫度等氣候驅(qū)動力影響。而礦產(chǎn)資源開發(fā)、放牧等人類活動對生態(tài)系統(tǒng)有一定干擾作用,隨著道路密度的增加,城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)格局和質(zhì)量造成一定壓力。而退耕還林、退耕還濕、退耕還草等生態(tài)工程的實施,減輕了人類活動對鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)造成的負面影響,對鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的改善有積極作用。禁牧,合理利用草地資源,對鄂爾多斯市草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的恢復有所幫助。因此,需要從氣候、礦產(chǎn)資源開發(fā)、放牧、生態(tài)保護工程建設(shè)等多方面綜合考慮對鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局和質(zhì)量的影響。

圖5 鄂爾多斯市2000—2010年生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化驅(qū)動力分析 Fig.5 Relation between ecosystem quality and driving factors from 2000 to 2010 in Ordos

3 結(jié)論與討論

本文基于鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)類型、生物量、植被覆蓋遙感數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù),分析了2000—2010年鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局與質(zhì)量狀況,量化評價了氣候變化和人類活動對鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局與質(zhì)量演變的影響。

研究結(jié)果表明：(1)2000—2010年,鄂爾多斯市城鎮(zhèn)、灌叢、森林面積有所增加,草地、濕地、農(nóng)田、荒漠裸地面積有所下降。其中,城鎮(zhèn)面積增幅最大,草地面積降幅最大。生態(tài)系統(tǒng)變化主要集中在鄂爾多斯市中部、東北部地區(qū),大部分區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)變化率較低,而城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)中的工業(yè)與交通用地、灌叢生態(tài)系統(tǒng)中的落葉闊葉灌木林變化率較高。

(2)鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量總體略有改善,東部、中部、南部大地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有所提高,僅有小部分地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量有所降低。其中,優(yōu)、中等級增加了251.76 km2,良等級減少了14.06 km2,低等級面積增加了13262.88 km2。

(3)鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局變化的主要驅(qū)動力有城市擴張、農(nóng)田開墾、退耕還林、草、濕、生態(tài)恢復、礦山開采、生態(tài)退化等因素。鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與降水、退耕還草工程、道路密度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān),與溫度、GDP1、放牧呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)。生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與退耕還草工程實施區(qū)域內(nèi)、外的相關(guān)性存在顯著差異。

(4)鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)受到氣候變化和人類活動的雙重影響,退耕還林、草、濕,禁牧、輪牧等措施對鄂爾多斯市草地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的恢復起到了積極作用,而城市發(fā)展、礦產(chǎn)開發(fā)對生態(tài)環(huán)境造成了較大壓力。

為了更合理保護鄂爾多斯市生態(tài)環(huán)境并提高生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量,實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,本研究從以下三方面提出政策建議與保護對策：

(1)從區(qū)域尺度而言,可以根據(jù)鄂爾多斯市目前的生態(tài)系統(tǒng)格局和質(zhì)量變化情況,對鄂爾多斯市生態(tài)脆弱敏感區(qū)(包括：達拉特旗西南部,杭錦旗中部、南部,鄂托克旗西北部、鄂托克前旗西北部區(qū)域的草地生態(tài)系統(tǒng))進行生態(tài)恢復與重建,在實現(xiàn)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的同時,改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

(2)從產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言,畜牧業(yè)的禁牧措施、放牧區(qū)域限制仍需進行。對草地退化極嚴重,生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量為差的區(qū)域(包括：達拉特旗西南部,杭錦旗中部、南部,鄂托克旗西北部、鄂托克前旗西北部區(qū)域的草地生態(tài)系統(tǒng))禁止放牧；對于草地退化有所減緩,生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量為中等水平以上的區(qū)域可以適當放牧(包括：準格爾旗東南部,烏審旗中部、東南部,鄂托克前旗東南部區(qū)域的草地生態(tài)系統(tǒng))。農(nóng)業(yè)發(fā)展、沙產(chǎn)業(yè)、礦產(chǎn)業(yè)仍需控制,讓生態(tài)環(huán)境恢復的同時進行合理適度經(jīng)濟發(fā)展,達到經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)保護的平衡。

(3)從政策實施而言,退耕還林、草、濕,生態(tài)恢復等生態(tài)保護工程仍需進行,結(jié)合鄂爾多斯市自然地理環(huán)境和氣候條件特點,對于局部生態(tài)問題突出的典型地區(qū),瀕危動物棲息地等生態(tài)敏感脆弱區(qū)域仍需重點加強生態(tài)保護和恢復工程建設(shè),有利于鄂爾多斯市生態(tài)環(huán)境的恢復及生態(tài)質(zhì)量的優(yōu)化。具體包括：對礦山開采嚴重的區(qū)域,進行生態(tài)恢復工程；對于生態(tài)退化嚴重,生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量極差的生態(tài)敏感區(qū)進行退耕還林、草、濕。