内蒙古东部地区草地植被覆盖时空变化遥感分析
时间：2023-02-24 16:00:07 来源：千叶帆 本文已影响人
欧阳玲，马会瑶，武秀艳，张永生，贾明明
（1.赤峰学院 内蒙古国土空间规划与灾害应急管理重点实验室，内蒙 古赤峰 024000；
2.海图信息中心，天津 300220；
3.赤峰市第二实验中学，内蒙古 赤峰 024000；
4.赤峰市敖汉旗长胜镇自然资源所，内蒙古 赤峰 024000；
5.中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130062）
土地利用／土地覆被变化（LUCC）是全球变化研究的重要内容，通过对土地覆被变化进行研究，分析其时空的变化规律，作为探讨人地关系地域系统的切入点，对揭示人地关系具有指导作用[1,2]。我国学者关于土地利用／土地覆被变化的研究主要包括生态系统评估[3,4]、土地利用变化的时空动态监测[5,6]、驱动力研究[7]。草地植被覆盖研究主要集中于NDVI[8]、草地植被覆盖度[9]及对气候变化的响应[10]研究。
草地生态系统是分布最广的陆地生态系统类型之一，在全球气候变化中具有重要作用。我国草地资源退化严重，虽然进行了治理，但并没有扭转草原整体退化的趋势[11]。内蒙古东部地区生态系统脆弱，在全球气候变化影响下，内蒙古东部草地面积呈退缩趋势。目前，对内蒙古草地植被覆盖的研究较少，本文通过对1990—2015年内蒙古东部草地植被覆盖时空变化特征进行研究，揭示了内蒙古东部地区草地植被变化情况，提升内蒙古生态系统服务价值，为生态保护和修复目标、构筑我国北方重要生态安全屏障提供数据支持。
内蒙古东部区域地处内蒙古自治区的东北部，地理坐标为115°21"—126°04"E，41°17"—53°20"N，东、南部与黑龙江省、吉林省和辽宁三省相邻，西南部与河北省和内蒙古自治区锡林郭勒盟相毗邻，西部与俄罗斯和蒙古国接壤(图1)。包括赤峰市、通辽市、兴安盟和呼伦贝尔市，总面积约4.54×105km2。内蒙古东部大部分地区气候为温带大陆性季风气候，年均气温－4.5—8℃，年降水量160—628mm，由东北向西南呈递减趋势，降水量主要集中在夏季。草原类型由西向东分别为草甸草原、典型草原和荒漠草原。内蒙古东部地区自然环境条件比较好，是内蒙古自治区经济比较发达区，属于国家实施中蒙俄经济走廊核心枢纽地区，融入东北经济圈，是一带一路等战略的规划范围。
图1 研究区概况图
本文数据源为1990、2000、2015年LandsatTM/ETM/OLI遥感数据，提取土地覆被信息。为提高不同覆被类型的差异信息，选用6~10月的遥感影像，该期间是植被生长茂盛期。利用ENVI5.3对遥感影像预处理，利用eCogntion9.0多尺度分割软件对内蒙古东部三期遥感影像进行分类，获得土地覆被数据[11]。土地覆被分类精度野外验证点共计2120个。
3.1 分类精度
土地覆被分类采用面向对象方法，再结合人工目视解译，分类结果如图2所示。2015年内蒙古东部地区草地的分类精度为94.84%；
林地、耕地、湿地、建设用地和裸地的分类精度分别为98.43%、95.72%、88.94%、73.16%和77.78%，土地覆被分类总体精度为92.27%。因此，采用该方法获取的数据能够满足本文需求。
3.2 不同时期内蒙古东部地区草地分布
1990、2000和2015年草地面积分别为15.90×104、15.47×104和15.25×104km2，分布见图2，各盟市草地占有量见表1。2015年草地15.25×104km2，占土地总面积的33.61%。呼伦贝尔市西南部草地分布最为明显，斑块较为集中，面积最大（图2）。从各盟市行政区分布来看，呼伦贝尔分布最多，其次为赤峰，通辽和兴安盟较少。
图2 1990年、2000年和2015年内蒙古东部地区草地空间分布图
表1 1990年、2000年和2015年草地面积变化
3.3 内蒙古东部地区草地时空变化特征
获得1990-2000年、2000-2015年内蒙古东部地区遥感影像草地动态图斑，结果如图3所示。1990-2015年间，内蒙古东部地区草地变化具有明显的时空异质性。26a间，草地呈现持续减少的态势，1990-2000年草地减少速度比2000-2015年高。1990-2000年草地净减少0.45×104km2，每年平均减少4.48×102km2。从盟市分布情况来看，1990-2000年，呼伦贝尔草地净减少量最多，为0.18×104km2；
其次为兴安盟，草地净减少0.10×104km2。比较而言，2000-2015年草地净减少量为0.20×104km2，主要发生在赤峰，为0.09×104km2；
其次为呼伦贝尔，草地净减少0.04×104km2（表1）。2000-2015年，耕地转为草地的比例大幅增加。
图3 1990－2000年和2000－2015年内蒙古东部地区草地变化空间分布特征
3.3.1 内蒙古东部地区不同地类的转化特征及分析
内蒙古东部地区不同地类转化呈现出显著的空间分异特征，见表2和图3。
（1）1990－2000年内蒙古东部地区草地与其他地类的相互转化特征
草地新增加的来源主要为湿地，其次为林地、耕地、裸地和建设用地。对于新增耕地而言，最大的贡献者为湿地。林地（11.31%）仅次于湿地，毁林区主要分布于大兴安岭地区。耕地转化为草地区域分布较为零散。裸地和建设用地转化为草地的面积相对较少，零星分布在内蒙古东部地区各盟市。
该时段草地减少的最主要去向是转化为耕地（80.31%），主要分布在呼伦贝尔草原东部和兴安盟东部。其次，草地减少的12.64%转化为林地，主要分布在呼伦贝尔草原东部。草地转化为湿地（2.86%）、建设用地（2.68%）和裸地（1.51%）的区域分布都较为零散。
（2）2000－2015年内蒙古东部地区草地与其他地类的相互转化特征
草地新增量来源由多及少分别为耕地、林地、湿地、裸地和建设用地。赤峰市是退耕还草的主要分布区，林地转草地主要分布在赤峰北部和通辽市西南部区域，湿地转草地区域主要分布在通辽市东部和呼伦贝尔西南部地区。
草地减少量去向由多及少分别为耕地、林地、湿地、建设用地和裸地。草地开垦区主要位于赤峰市中部，草地转化为林地的区域主要分布在呼伦贝尔市北部和通辽西北部地区。2000-2015年草地减少量比1990-2000年降低573.80km2，草地转化为耕地的面积大幅减少，由1990-2000年的4332.28 km2减少到2000-2015年的1872.80km2（表2）。
表2 内蒙古东部地区草地与其他地类的相互转化量
3.3.2 内蒙古东部地区不同地理环境背景下草地变化特征及分析
环境因素影响草地的空间分布，草地变化情况因地理环境不同存在明显差异。环境要素叠加草地变化，得到不同环境因素中草地变化分布趋势（图4）。
图4 1990-2000年和2000-2015年内蒙古东部地区变化草地在不同环境因素中的分布特征
1990-2000年草地减少量的89.83%和草地增加量的81.70%、2000-2015年草地减少量的92.50%和草地增加量的93.72%均发生在降水量为300～500mm区域。26a间，年均气温为6～8℃地区是草地变化频繁区，1990-2000年草地增减率分别为38.79%和-35.24%，2000-2015年草地增减率分别为48.88%和-48.94%。在该区域内，2000-2015年比1990-2000年草地减少率和增加率都大。
26a间，草地变化活跃区集中分布在坡度小、高程较高、坡度小于3°的区域。1990-2000年草地增减率分别为73.56%和-65.02%，2000－2015年为87.02%和-83.09%。
可见，内蒙古东部地区草地变化显著区域主要分布在降水量为300～500mm，年均气温为6～8℃，坡度小、高程较高的区域（图4）。
2.4 内蒙古东部地区草地质心变化特征
利用ArcGIS10.1获得到内蒙古东部地区草地质心分布位置（表4）。26a年间，草地质心偏移了4317.08km。1990-2000年和2000-2015年草地分别向西和西南偏移，偏移幅度分别为3375.76km和1325.90km，偏移幅度明显变小。
表4 1990年、2000年和2015年内蒙古东部地区草地的质心位置
自然和人文驱动力系统属于草地驱动力系统。在小尺度时间内，自然驱动力相对稳定，因此，驱动力的研究多集中在人文驱动力方面。人类活动是草地变化的重要影响因素之一，人文因素错综复杂，人口、经济、科技和政策等社会因素对草地变化影响更为突出。随着内蒙古东部人口数量的增加、经济社会的发展，人类不断加强对草原的利用，农业开垦转为耕地，是导致草地面积大量减少的关键因素，研究区属于我国重要的林区，草地转为林地也是草地减少的主要原因，另外，采矿用地、居民地和交通用地的扩张等都占用草地，使草地面积减少。
本文研究对象为内蒙古东部草地，基于LandsatTM/ETM/OLI遥感数据及野外调查数据，综合运用面向对象分类方法、ArcGIS空间分析方法，提取三期内蒙古东部草地分布信息，探讨草地覆被时空格局及动态变化特征。主要结论如下：
（1）1990、2000和2015年 草 地 面 积 分 别 为15.90×104、15.47×104和15.25×104km2，呈持续减少的态势；
1990-2000年，呼伦贝尔草地净减少量最多，2000-2015年草地净减少量为0.20×104km2，主要发生在赤峰。
（2）1990－2000年，草地新增量来源最大的贡献者是湿地（78.71%），草地减少的最主要去向是转化为耕地（80.31%）；
2000－2015年，草地新增量来源主要为耕地，赤峰市是退耕还草的主要分布区，该时段草地减少量去向主要为耕地。
（3）26a间，草地变化活跃区集中分布在坡度小、高程较高的区域。1990-2000年和2000-2015年草地质心分别向西和西南偏移。
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