近５０年來呼倫貝爾草原沙漠化主要影響因素的定量分析

摘要 選取氣溫、降水因子以及反映人類社會經濟活動的人口、耕地、牲畜等影響因子的相對指標為分析因子，利用主成分分析與相關分析相結合的方法，定量分析近50年（1953-2004）來各影響因子與綜合影響因素對內蒙古呼倫貝爾草原沙漠化的作用強度。結果表明：在當地近50年的沙漠化過程中，驅動因素、抑制因素與影響因素的綜合作用力與沙漠化指數的相關系數分別為0.889 9，-0.403以及0.600 5；草原沙漠化程度呈現出隨人類活動強度增加日益加劇的趨勢，其中牲畜結構對草原沙漠化變化趨勢的改變有著重要作用；影響因素的綜合作用力與沙漠化指數的相關系數只有0.600 5，這是由于生態經濟系統各因素之間存在非線性作用機制，相關分析的線性假設在一定程度上低估了其作用強度，同時人類活動和自然因子的波動對草地生態系統的影響存在一個滯后期。

關鍵詞 呼倫貝爾草原；沙漠化;影響因素;定量分析

中圖分類號 F062.2 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2008)05-0200-05

關于沙漠化的主要影響因素，學術界普遍認為，在地質歷史時期地球表層的沙漠化由地球運動參數所決定，而近代地球表層沙漠化的主要驅動因子是人類活動［1］。但是包括人類在內的生態經濟系統是一個開放的復雜巨系統［2］，具有高度的時空異質性。目前不少學者以不同時期的不同沙化草原地區為研究對象，利用主成分分析方法、線性回歸分析與相關分析、殘差分析、系統動力學模型等模型技術和數學分析手段對草原沙漠化的多個影響因素的作用強度進行了定量分析［3～15］。從他們的研究結果看，不同地理單元的生態經濟系統對人類活動與自然因素的響應機制和敏感程度存在差異。呼倫貝爾草原是我國東北和整個東北亞的重要生態屏障，并且是一個生態脆弱的地理單元。在對其近50年來（1953-2004）的人類經濟活動和自然因素演化進行統計描述和指標合成的基礎上，定量分析其人類經濟活動和自然因素與草原沙漠化指數之間的關系，其結果能為該區域開展社會經濟活動以及制定資源利用政策提供科學依據。

1 研究區域概況

研究區域為呼倫貝爾草原的主體——海拉爾、滿洲里與呼倫貝爾的牧業四旗（鄂溫克族自治旗、新巴爾虎右旗、新巴爾虎左旗以及陳巴爾虎旗），面積近8.5萬km²，呼倫貝爾草原沙漠化土地主要分布在這一區域。

呼倫貝爾草原風蝕沙化地多為沙質高平原地貌，地勢由東南向西北逐漸傾斜，且南高北低，平均海拔600～800 m。沙丘多為固定或半固定蜂窩狀和梁窩狀沙丘，風蝕地貌發育明顯，并呈帶狀沙丘分布，地表物質組成主要為結構疏松的第四紀河湖相沉積砂層。該區氣候具有半濕潤——半干旱的過渡特點，冬季嚴寒漫長、春季多風干旱。從近50年來的平均情況看，因為地處緯度偏高，多年平均氣溫較低，為-2.5℃～0℃，絕對最低氣溫可達-49℃，年≥10℃積溫1 800℃～2 200℃；多年日照時數為2 900～3 200 ｈ，無霜期90～100 ｄ；多年平均降水280～400 ｍｍ，且多集中于夏秋節，年蒸發量1 400～1 900 ｍｍ，干燥度1.2～1 .5，相對濕度60%～70%，形成了較為明顯的干濕季。區域內年平均風速為3～4 ｍ/ｓ，大風主要集中在3～6月份，年大風日數20～40 ｄ。在以上的地理與氣候條件下，區域內植被以中生和旱生耐寒的根莖與叢生禾草及雜類草為主。

2 數據來源及變量的選擇

從目前對草原沙化、退化的影響因素定量分析的研究看，反映人為活動強度的耕地面積、人口密度和牲畜數量與代表自然狀況的年降水量、年均溫度是基本的分析因子［3～9，12］。在以這些因子為基本分析因子的基礎上，為更好地說明人類活動對草原沙化的影響，本文不再作總量指標上的分析，而以單位面積上的人類活動強度的相對指標，包括草原區人口密度（pd）、耕地指數（ci，耕地面積與6旗市土地面積的比例）、牲畜密度（ld，總牲畜羊單位與6旗市土地面積的比例）為分析因子。相應地，在因變量的選擇上，本文把目前文獻中普遍使用的沙漠化面積這一總量指標轉變為相對指標沙漠化指數（gdi，草原沙漠化面積占6旗市土地總面積的比重）。同時，考慮到小牲畜破壞草原帶來的后果更嚴重，本文加入了牲畜結構這一影響因子，用大牲畜羊單位在總牲畜羊單位中的比重來補充說明放牧對草原沙化的直接影響。

基于近50年來呼倫貝爾草原沙漠化面積存在較大的變異系數以及沙漠化面積數據的可得性，本文以該區域1958，1963，1975，1985，1994，1999，2000與2004年作為樣本年度。其中，土地總面積與所有的自變量數據都來源于當年的呼倫貝爾市統計年鑒；90年代以前的草原沙漠化面積數據來源于文獻資料，90年代以后的草原沙漠化面積數據來源于第一、二、三次全國荒漠化監測公布的數據。為了簡化自變量的協方差結構，分析變量中存在的復雜關系，本文對各分析因子利用主成分分析法進行了指標合成。其中，牲畜中不含生豬，大畜包括牛、馬、驢、騾、駱駝，小畜包括山羊和綿羊，畜牧業數據為牧業年度（6月末）數；反映自然因素的變量（年平均溫度和年平均降水）選取的是海拉爾氣象站當地的數據（因為海拉爾氣象站位于呼倫貝爾草原中心，能體現呼倫貝爾草原氣候的基本情況）；考慮到草原的沙化是人類經濟活動與自然因素在連續數年內的累加作用所致，本文對人口、牲畜、耕地面積等在進行了取10年平均值的處理后再得到各變量的值。變量的主要統計指標見表1。

3 計算結果及其討論

在草原沙漠化影響因素的定量研究中，關于變量間的函數關系形式并沒有得到廣泛認可的模型形式可以遵循。事實上，草原生態經濟系統中自然因素與人為因素內部各因子間及所有因子間都有著錯綜復雜的相互關系，是一個深受人類經濟活動影響的開放復雜巨系統［2］。從表2可以看出，影響呼倫貝爾草原沙漠化的各影響因子之間存在不同程度的相關性，彼此間具有時空耦合的相互作用。

因此，要把這種包括多種影響因子的時空耦合的作用方式以一簡單的模型函數形式表述出來目前是不現實的。為了定量分析各因素對草原沙漠化的作用強度，本文利用主成分分析與相關分析相結合的方法，在對各影響因子進行指標合成的基礎上，利用相關分析方法定量研究各影響因子對呼倫貝爾草原沙漠化的作用強度，并分析了它們近50年來的變化趨勢。

3．1 計算結果

主成分分析采用的統計軟件為spss11.5。為均等地對待每一個變量，消除各變量計量單位不同可能帶來的不合理影響，本文對pd，ci，ld，propc，avtem，avrain變量進行了標準化，分別記為x1～x6，同時從其相關矩陣出發來求主因子，提取所取主成分的特征向量建立因子載荷陣，作正交旋轉，結果如表3所示。從特征根看：前2個主因子的累計方差貢獻率達94.66%，這表明僅用主成分F1，F2就可以反映本文所選呼倫貝爾草原沙漠化主要影響因素全部信息的94.66%，因此，本文用2個新變量F1、F2來代替原來的6個指標。從特征向量看，第一特征向量在pd，ci，ld與avtem上有較大的負荷，說明第一特征向量是人口密度、耕地指數、牲畜密度與年均氣溫的綜合指標，而且從理論上看，這些指標與草原沙漠化指數呈正相關關系，所以可以把F1看成是草原沙漠化的綜合驅動因素。第二特征向量只在propc與avrain上有較大負荷，說明第二向量主要反映的是牲畜結構以及年均降水，且理論上這兩個指標與草原沙漠化指數呈負相關關系，所以可以把F2看成是草原沙漠化的綜合抑制因素。主因子F1，F2的線性組合為:

F1=0.317x1+0.246x2+0.205x3+0.033x4+0.301x5+0.183x6

F2=0.171x1-0.005x2-0.112x3+0.457x4+0.126x5+0.597x6

由于前兩個主因子反映了原變量的大部分信息，其累積貢獻率達94.66%，因此可以用因子的方差貢獻率作為綜合評價草原沙漠化總影響因素得分的權重，綜合驅動因素（F1）、綜合抑制因素（F2）按其各自的方差貢獻率加權相加便得草原沙漠化總影響因素的綜合得分，即草原沙漠化影響因素的綜合作用力。其計算公式為： F=0.6237F１+0.3229F2。單個影響因子變量與綜合因子變量F1，F2，

（1）呼倫貝爾草原沙漠化程度呈現出隨人類活動強度增加而日益加劇的趨勢。表征土地利用強度的耕地指數、牲畜密度因子在主成分中具有很高的負荷量及其與草原沙漠化指數具有很高的相關系數，這反映了呼倫貝爾草原近50年來的牲畜超載與開墾活動直接作用于草原植被后對草原生態帶來了明顯破壞，土地的過度利用是當地草原沙漠化的主要人為因素。人口密度與草原沙漠化的作用也較強，接近0.9的相關系數及其在第一主成分中超過一半的特征向量系數反映了近50年來增長了9倍的草原區人口及增長了3倍的草原區農村人口作為在草原上生活的主體對草原沙化帶來的直接或間接的作用。牲畜結構與草原沙漠化指數呈現較強的負相關關系，即在一定的牲畜密度下，大牲畜（折合成羊單位）在總牲畜中所占的份額越大，對草原的破壞性相對越小。但從呼倫貝爾草原近50年的牲畜結構看，小牲畜在總牲畜中的比重近50年間上升了近20%，在總牲畜中占到了65%以上，偏好放養投入少、見效快、簡便省事的小牲畜導致牲畜結構相對偏倚，即使在牲畜總量沒有變化的情況下，大量增長的小牲畜因其刨、啃草根等行為帶來的對草原沙化的作用也很明顯。結果中反映人類社會經濟活動的指標與當地草原沙漠化指數間的相關關系既符合生態經濟理論，當地草原沙化日趨嚴重的現實情況也為其提供了佐證。

（2）當地近50年來草原沙漠化的驅動因素的作用強度要大于抑制因素的作用強度。雖然從當地近50年來草原沙漠化形勢總體上日趨嚴峻的情況出發，這一結論非常明顯，但本文從各影響因素出發在計量上對這一結論提供了驗證。盡管由于樣本量限制，本文沒能對驅動因素、抑制因素通過與草原沙漠化指數建立回歸模型來分離兩者在綜合作用于草原沙漠化時的具體作用強度，但以下兩方面已經足以對此進行說明。一方面，從兩者在草原沙漠化總影響因素得分中權重的比較看，當地近50年來草原沙漠化的驅動因素的權重比抑制因素的權重大了0.3以上；另一方面，從影響因素的綜合作用力與草原沙漠化指數的相關系數看，影響因素的綜合作用力與草原沙漠化指數呈現出正相關關系，綜合作用力促進了當地草原的沙漠化。

（3）影響因素的綜合作用力與沙漠化指數的相關系數只有0.600 5，這是由于生態經濟系統是開放的復雜巨系統，各因素之間存在非線性作用機制，相關分析的線性假設在一定程度上低估了其作用強度，同時人類活動和自然因子的波動對生態系統的影響存在一個滯后期，從圖2可以看出，草原沙漠化影響因素的綜合作用力（F）與草原沙漠化指數存在一個基本平行的關系，但是F值在20世紀70年代中期的低值，作用于生態系統后，直到20世紀90年中期才反映出來。由此可以解釋為什么20世紀90年代末開始呼倫貝爾草原沙漠化影響因素的綜合作用力（F）開始下降，但是草原沙漠化指數還在上升。

由于數據限制，本文所選擇的主要影響因素指標還只能比較粗糙地反映最近50來年的現實情況，有關人工種草狀況、圍欄狀況、地下水利用狀況、草原交通發展狀況、礁采狀況等指標都應補充進影響因子以全面地反映當地近50來年草原沙漠化影響因素的作用。

4 結論與對策建議

（1）由人口密度、耕地指數、牲畜密度等變量綜合形成的驅動因素是呼倫貝爾草原近50年來沙漠化擴展的主要原因。而在各個驅動因子中，人口的迅速膨脹及與之相關的土地的過度利用是草原沙漠化的主要因素。因此，在短期內不能顯著而有效地控制人口數量的前提下，積極發展教育文化事業，促進大批人員外出務工，有效引導牧民合理利用土地等措施有利于緩和當地草原沙漠化的壓力。

（2）牲畜結構對草原沙漠化變化趨勢的改變有著重要作用。有關部門與基層在生態較脆弱的地區要提倡少養甚至禁止養羊，采取積極措施引導牧民改善牲畜結構，從而降低因牲畜結構不合理造成的對當地草原的破壞。

（3）過牧與開墾對草原沙漠化具有顯著的影響。隨著市場經濟的發展，牧民為追求收入的最大化常常會盡量增加放牧的牲畜數量，開荒地種植農作物，從而增強草原沙漠化驅動因素的作用強度。牧民的經濟利益我們不能不重視，強制性地要求牧民減少牲畜數量、停止開荒的做法不現實且收效甚微。草地資源是一個綜合體，但目前我們還只注重其作為飼草資源和土地資源這兩個方面，而忽視了草地資源的其他方面，如草地景觀資源、草地文化資源、草地有花植物資源、草原藥用植物資源、草原菌類資源等。草原沙漠化的防治亟待開發高科技含量、高附加值、低生態壓力的新型產業。

(編輯：溫武軍)

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