基于NPP数据的锡林郭勒盟牧区草地资源承载力估算研究

锡林郭勒草原位于锡林郭勒盟境内,是内蒙古自治区主要天然草场之一,是华北地区重要的生态屏障,是距北京最近的草原牧区。

由于锡林郭勒盟的部分地区地处浑善达克沙地周边生态条件较为脆弱,加上草地开垦、过度放牧等不合理的人为活动使得锡林郭勒盟出现土地沙化、草场退化等问题。

草地资源是我国重要的生态资源,自改革开放以来,为了追求美好的生活,减少城乡差距,乡村地区居民开始扩大生产,导致出现土地问题,草地退化就是牧业地区出现的问题之一。

陈舒婷在研究青藏高原NPP 时空变化时发现青藏高原地区人类生活活动造成了部分地区NPP 值的衰退现象,并发现退耕还草、退牧还草对草地有修复作用[1];阿卜杜热合曼·吾斯曼通过对天山新疆段的分析,使用
MODIS NDVI 和气象遥感资料,计算草地退化指数发现天山新疆段地区34.04%的草地出现了不同程度的退化[2];闫俊杰通过NDVI 影像数据采用二分法模型对新疆伊犁河谷地区草地状况进行研究分析发现15年间占草地总面积的46.18%的草地出现退化情况[3];杨峰研究发现人类活动扰动是天山
北坡荒漠草原退化的主要影响因素之一[4,5];穆少杰对内蒙古草原系统研究认为过度放牧、草地开垦、药材的挖掘等因素是造成内蒙古草原退化的原因
[6]
;徐凤君认为畜牧业是该地区的主要土地利用形
式,家畜是生态系统中植被的主要控制者,系统内物流的出入失调和季节性的草-畜供求失衡是引起草地生态系统迅速退化的主要因素[7];陈乐乐在对草地系统的研究中发现草地的退化是植被覆盖度的变化,也包括了可利用草种的退化和优势物种的更替[8];方梓行通过对农牧交错带气候变化的分析,发现气候逐渐偏向暖干化是影响植被生长的重要因素[9];乌尼图采用最小二乘法研究了近20年内蒙古地区植被净初级生产力时空变化规律,结果显示内蒙古地区人类生活密集区草地退化较为严重,在
草地类型方面典型草原、荒漠草原、草甸草原等均有不同程度的退化[10]。

草原生态承载力是生态系统整体水平的表征,用于判断社会经济活动与资源环境、生态系统是否协调[11]。

随着经济不断发展,城镇发展较为迅速,牧业地区为了缩短差距而扩大生产,导致草地资源承
基于NPP 数据的锡林郭勒盟牧区草地资源承载力估算研究
张千羚
(内蒙古师范大学地理科学学院,内蒙古
呼和浩特010028)
摘要:锡林郭勒盟草地资源承载力受植被净初级生产力、草地类型等因素的影响,东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗等西部区域明显高于苏尼特左旗、苏尼特右旗等西部区域,在空间上形成东高西低的形式。

其中温性典型草原分布范围最广,占总草场的66.68%,载畜量占总量的78.537%,荒漠草原分布范围位于第二,占全区草场总面积的22.10%,但载畜量占总量的5.863%,温性典型草原占草场面积的7.64%,载畜量占总量的10.15%。

通过对牧业旗县苏尼特左旗的分析得出,苏尼特左旗赛罕高毕苏木、满都拉图镇和达来苏木三个苏木在草地资源承载力限制下牧业人口数尚未超载,巴彦乌拉苏木、洪格尔苏木处于临界状态,查干敖包镇、巴彦淖尔镇处于人口超载,表明赛罕高毕苏木、满都拉图镇和达来苏木这三个苏木尚有开发余地,而查干敖包镇、巴彦淖尔镇需要进行牧业人口的转型。

关键词:草地资源承载力;草畜平衡;人口规模;畜牧业中图分类号:S812.8
文献标识码:A
文章编号:1673-260X(2024)02-0001-05
收稿日期:2024-01-31
基金项目:国家自然科学基金项目(42361029)
Vol.40No.2Feb.2024
赤峰学院学报(自然科学版)
Journal of Chifeng University (Natural Science Edition)
第40卷第2期2024年2月
载力过度超载人地关系失衡加剧草场退化、土地沙
化等生态问题,从而也会引发沙尘暴等环境问题。

李银鹏通过研究内蒙古地区草地生产力和载畜
量之间的关系发现内蒙古地区总体上存在超载
现象[12];张聪通过研究甘南地区的天然草场、饲料供给等多方面发现甘南地区仍旧有部分地区载畜
超载[13];朱丽梅在以苏尼特右旗为研究对象时发现苏尼特右旗个别的苏木出现超载现象[14];王翠萍对青海湖流域研究发现,青海湖流域出现不同程度的草地退化,在刚察、海晏、共和三个县出现了载畜量超载的状况[15];刘建红在对青海草畜平衡的研究中发现青海省部分县出现了超载现象,但仍有一部分县未达到饱和,可以通过区域内部调整达到区域草畜平衡[16]。

目前学者对草地资源承载力进行计算是通过
构建植被净初级生产力数据与草地产草量之间的
关系,推算出草地的承载能力。

例如王琪通过研究
植被净初级生产力和干草产量的关系得到了青海
湖流域草地载畜量,为青海湖流域畜牧业发展提供
了借鉴[17];苏日娜通过对内蒙古地区不同草地类型的研究,估算出各草地类型载畜量,对内蒙古放牧管理方面提出了建议[18];黄麟通过研究NPP数据和产草量的关系,以中国北方放牧区为研究对象,探讨了草地生态系统保护与修复方向[19];祝萍通过NPP 数据计算了草地承载能力,对北方农牧交错带的草地载畜压力演变进行了分析[20]。

牧区人地矛盾主要是人-畜-草之间的平衡问
题,根据区域植被净初级生产力可快速估算出当地
的载畜量从而计算出合理的牧业人口,依靠对牧业
地区生产空间的调整达到区域内人-畜-草之间的
平衡。

识别超载地区和未饱和地区、计算其合理载
畜量对生态保护和牧业可持续发展至关重要。

可以
有效避免畜牧业超载带来的草地退化、土地沙漠化
等问题的出现或加剧,也可以识别畜牧业发展不足
地区,避免资源浪费。

本文通过计算锡林郭勒盟草
地资源承载能力下的合理载畜量,推断合理的畜牧
业人口规模,为保护锡林郭勒盟草原生态和可持续
发展提供科学依据。

1研究区概况
锡林郭勒盟位于中国北部,其主要的牧区旗县包括锡林浩特市、东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、正蓝旗、正镶白旗、镶黄旗、阿巴嘎旗、二连浩特市、苏尼特左旗和苏尼特右旗等2个市8个旗,是内蒙古自治区最大的自然牧场和畜牧产业基地。

锡林郭勒盟地处内陆,降水量在140mm至410mm之间,降水分布不均,受海陆影响,东多西少。

地势南高北低,平均海拔1000m,植被类型为自西向东演替的荒漠草原、典型草原、草甸草原。

荒漠草原主要分布在锡林郭勒西部,典型草原主要分布于锡林郭勒盟中部,是锡林郭勒草原的主体,地形以平原和低山丘陵为主,草甸草原主要集中分布在锡林郭勒盟东北部和东部地区,以低山丘陵、高平原与宽谷平原地形为主,是森林向草原的过渡地段。

2草地退化计算
具体计算如公式(1)所示。

FVC=
0NDVI i<NDVI soil
NDVI i NDVI soil≤NDVI i≤NDVI veg
1NDVI i>NDVI veg
⎧
⎩
⏐⏐
⏐⏐
⏐⎨
⏐⏐
⏐⏐
⏐
式(1)
式中,FVC为植被覆盖度(无量纲);NDVI i为第i个像元的NDVI值;NDVI soil为完全裸土或无植被覆盖区域的NDVI,理论上,低植被覆盖像元的NDVI 最小值NDVI soil应接近于0,由于受地表下垫面属性差异等因素的影响,取NDVI soil=0.05;NDVI veg为完全被植被所覆盖像元的NDVI,取NDVI veg=0.7。

采用一元线性回归趋势SLOPE分析法模拟研究期间每个栅格植被覆盖度的变化,一元线性回归趋势分析定义为某时间段内植被覆盖度年际变化的一次方程的斜率,可反映植被覆盖度在时间序列内的变化趋势。

具体计算公式如式(2)式(3)。

FVCslope i=n×
n
j=1
∑FVC ij-n j=1∑j×n j=1∑FVC ij
n×n
j=1
∑j2-(n j=1∑j)2式(2)
GLDI=|F slo(FVCslope i)-1|式(3)式中,FVCslope i为植被覆盖度变化趋势(无量纲),FVCslope i值的大小反映植被改善或退化的程度,当FVCslope i越大时植被覆盖程度存在增加的趋向,反之FVCslope i越小则表明植被覆盖程度出现减少趋向;FVC ij为第i个像元第j年的植被覆盖
度;j与n分别为年序列号及年份总数。

3草地资源承载能力计算
数据源依据草地资源类型数据,(1)100万《中国草地资源图(1996)》;(2)植被净初级生产力数据(NPP):NPP数据—MODIS/Terra植被净初级生产力8天合成产品(MOD17A3)。

Y m=NPP t×(1+r)式(4)为了识别牧区草地承载力计算出最大承载能力,选取公式(4)计算研究区干草产草量,式中Y m 为单位面积草地干草产草量(kg·ha-1),NPP为植被净初级生产力,r为草地植被地下/地上生物量比例。

t为生物量到生产力的转换系数,此处取值为
0.45。

C l=Y m×U t×C o×H a
S f×D f×G t式(5)采取公式(5)计算研究区的理论载畜量,式中C l为理论载畜量,U t为牧草利用率,C o为草地可利用率。

草地可利用率为某种类型草地可利用面积与该类草地总面积的比值,其中可利用面积定义为除去草地内的居民点、道路、水域、小块农田、林地、裸地等非草地及不可利用草地的面积,取值80%。

H a 为草地可食牧草比率按80%计算。

S f为羊单位家畜日食量,每日4kg鲜草计算。

D f为牧草干鲜比,按1:3计算;G t为放牧天数,按210天计算。

4结果与分析
4.1草地退化结果与分析
从整体看,锡林郭勒盟草地退化严重区域主要分布在苏尼特左旗、苏尼特右旗、阿巴嘎旗与锡林郭勒盟中部,苏尼特左旗与苏尼特右旗相对干旱,草地类型主要以荒漠草原为主,受气候的影响,草地较为脆弱,易发生退化现象。

阿巴嘎旗与锡林浩特市相连区域出现草地退化现象主要由于受人类活动的影响,城市与周边地区进行物质、信息等交流增速,人类活动强度上升导致土地退化。

牧区的生产方式主要通过畜牧业生产活动产生经济效益,苏尼特左旗、苏尼特右旗等西部区域气候干旱,部分地区受沙地的影响在草地退化时易造成土地沙化、荒漠化。

因此必须注意当地的人口规模与载畜规模。

4.2草地资源承载力分析
以旗县为研究对象,通过分析可以快速估算出锡林郭勒盟牧业旗县的理论载畜量,如表1所示,东乌珠穆沁旗最高,全旗县可承载2880169羊单位,其次以西乌珠穆沁旗、阿巴嘎旗、锡林浩特市、苏尼特左旗、苏尼特右旗、正蓝旗、镶黄旗、正镶白旗、二连浩特市以此排序。

从单位面积载畜量来看,东乌珠穆沁旗最高,单位面积载畜量可达0.633羊单位/ha,西乌珠穆沁旗、锡林浩特市、镶黄旗、阿巴嘎旗、正蓝旗、正镶白旗、苏尼特左旗、苏尼特右旗、二连浩特市以此排序,与载畜量排序稍有不同。

草地单位面积载畜量代表草地的种类和质量不同,东乌珠穆沁旗等东北部区域主要以典型草原和草甸草原为主,草地质量较好,是锡林郭勒盟产草量高值产区,对于放牧活动承载能力较强。

苏尼特左旗、苏尼特右旗等西部区域主要以荒漠草原为主,草场质量相对较差,承载能力较低,不同的草地类型和承载能力使得东西的文化也产生了差异,锡林郭勒盟东部以马文化为主,西部区域以驼文化为主。

西部区域因受草地承载力的限制应注意载畜平衡,避免造成土地沙漠化、草场退化等问题的出现或加重。

不同的草地类型产草量不同,载畜量也不同。

如表2所示,温性典型草原生态系统在区域内覆盖面积广泛,且单位面积产草量较高,面积占全区草地面积的66.68%,载畜量也最高,可承载620万余羊单位占理论载畜量总量78.537%;温性荒漠草原生态系统占全区草地面积的22.10%,但载畜量只旗县名称
草地单位面积
载畜量（羊单位）/ha
理论载畜量
（羊单位）正镶白旗0.316197334
正蓝旗0.349356106
镶黄旗0.425218154
锡林浩特市0.532785571
西乌珠穆沁旗0.5951337075
苏尼特左旗0.178609666
苏尼特右旗0.166373814
阿巴嘎旗0.4171147286
东乌珠穆沁旗0.6332880169
二连浩特市0.04718932表1各旗县单位面积载畜量与理论载畜量
草地生态系统类型面积（km 2）面积百分比
（%）理论载畜量（羊单位）理论载畜量百分比
（%）典型草甸生态系统1794.40 1.05%146761.7 1.185%温性草甸草原生态系统13000.847.64%804307.610.150%温性典型草原生态系统113506.8566.68%6223382.378.537%温性荒漠草原生态系统37624.1822.10%464603.2 5.863%盐生性草甸生态系统39.640.02%1578.40.020%沼泽化草甸生态系统
4255.56
2.50%
283475.2
3.578%
表2
各草地类型草地承载力苏木名称理论人口实际人口巴彦乌拉苏木27282953查干敖包镇10961598赛罕高毕苏木24841704巴彦淖尔镇43486313洪格尔苏木18542063满都拉图镇36303489达来苏木2681
2282
表3
苏尼特左旗各苏木理论人口与实际人口
占理论载畜量总量5.863%。

由此看出,荒漠草原生态系统范围内,草地产草量较低,载畜能力较弱。

荒漠草原生态系统较为脆弱,易发生草地退化,土地荒漠化等问题,在此区域内的旗县虽然草地面积较大,但要注意草畜平衡问题,避免出现因严重的超载,导致生态环境问题的发生与加剧。

以苏尼特左旗为例,苏尼特左旗是典型的牧业旗县,下设4个苏木3个镇,区域内部相对干旱,草地类型以荒漠草原为主,草地承载能力相对东部区的东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗较低,全旗平均载畜量在0.178羊单位/ha,经计算全旗大约可承载609666羊单位,按照苏尼特左旗牧民人均可支配收入12949元/年作为最低人均可支配收入进行计算,将人口超过理论人口20%的地区作为畜牧业人口承载超载地区,可以发现,目前苏尼特左旗的赛罕高毕苏木、满都拉图镇和达来苏木人口尚未饱和,理论人口大于实际人口,巴彦乌拉苏木、洪格尔苏木超载量不足20%在理论承载范围之内,查干敖包镇、巴彦淖尔镇出现人口超载现象,如表3所示。

牧区的人地矛盾主要出现在人-畜-草之间的不平衡,从旗县整体上看为了保证苏尼特左旗草地的质量,避免草地退化、土壤沙化等问题的出现,应主动
采取引入草饲料的方式在保证牧业产品质量的前提下部分牲畜采用草饲料喂养的方式或由畜牧业逐步向服务畜牧业生产、旅游等方面进行开发,将一部分劳动力由畜牧业逐步向服务业、旅游业等方面进行转型,进而减轻人口-畜-草这一链条中人口这一关键节点,减轻人地矛盾。

5结论
(1)锡林郭勒盟整体产草量在空间分布上呈现
东高西低的分布形式,其中东乌珠穆沁旗在草地资源承载力影响下载畜量最高可达288万余羊单位,单位草地面积载畜量也最高,为0.633羊单位/ha。

(2)锡林郭勒盟不同草地类型中,温性典型草原分布面积最广,占总草场面积的66.68%,载畜量可达620万余羊单位,占总载畜量的78.537%。

温性荒漠草原分布面积位居第二,占总草场面积的22.10%,载畜量只有46万余羊单位,占总载畜量的5.863%。

温性草甸草原分布面积位居第三,占总草场面积的7.64%,载畜量达80万余羊单位占总载畜量的10.150%,由此可见,草地类型不同,产草量和载畜量也不同。

(3)以苏尼特左旗为例,通过计算草地承
载能力可以推算出理论载畜量,通过估算牲畜经济价值可算出各苏木镇理论牧业人口,通过计算赛罕高毕苏木、满都拉图镇和达来苏木牧业人口未达到饱和,巴彦乌拉苏木、洪格尔苏木达到临界状态,查干敖包镇、巴彦淖尔镇出现人口超载现象。

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