基于牧户的草地退化及其对生态系统服务的影响研究——以锡林浩特市为例

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我国是世界草地资源大国,草地生态系统在我国生态安全中占据着重要的地位。长期以来,由于气候变化及人类活动的影响,大面积草地发生了退化,严重影响区域社会经济发展与北方生态屏障构筑。锡林浩特市位于锡林郭勒盟中部,地处欧亚草原东端的典型区域,近几十年来其草地生态系统经历了退化与恢复的过程,因此,研究该地区的草地退化及动态,明确其驱动力,刻画生态系统服务时空动态,探究草地恢复/退化过程中其生态系统服务变化,具有重要的理论与实践价值。
  本文以锡林浩特市为研究区域,基于2000年、2017年遥感植被解译结果,利用草地退化指数(GDI)对141户家庭牧场的草地退化情况进行了计算;结合牧户调查数据、气候数据、地形数据等,通过方差分解与随机森林方法明确了草地退化现状与动态的关键驱动因子;利用遥感估产模型、RUSLE模型、InVEST模型等量化了产草量、土壤保持、水源涵养、碳储量等草地生态系统服务,分析了不同生态系统服务间的关系,探讨了草地退化现状与动态对生态系统服务的影响。主要结果如下:
  1.2000年锡林浩特市北部牧户草场退化程度较高,南部部分牧户草场退化程度较低;截至2017年,锡林浩特市中部及北部牧户草场恢复明显,南部草场呈现轻度退化。
  2.气候因子、地形因子、牧户社会经济因子三者协同对草地退化产生影响。对牧户草地退化现状而言,气候、海拔等是主要的影响因子,同时还受到打草量等社会经济因子的影响;对牧户草地恢复/退化动态而言,海拔、年日照时数、化石燃料使用总金额、畜牧业技术培训次数、土地流转次数等因子产生的影响较大。
  3.2000年牧户草场的产草量、土壤保持、水源涵养、碳储量水平均较低,空间上呈现从东南到西北递减的趋势。截至2017年,锡林浩特市中部及中西部牧户草场的产草量、土壤保持、水源涵养、碳储量上升明显,南部及北部部分牧户草场上述生态系统服务出现下降。
  4.2017年牧户草场的产草量、土壤保持、水源涵养、碳储量均呈现出协同关系;就动态而言,碳储量与土壤保持在2000年呈现权衡关系,2017年则转化为协同关系。产草量与土壤保持由2000年的不显著协同关系转变为2017年的极显著协同关系(p<0.01)。其他生态系统服务之间的关系在2000年也为极显著协同关系(p<0.01),在2017年没有发生转化。
  5.相关分析表明,2000年至2017年间,草地退化指数(GDI)变化与牧户草场的产草量、土壤保持、水源涵养、碳储量等生态系统服务的增量具有负相关关系,表明草地恢复/退化过程对草地生态系统服务具有重要影响。
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