內蒙古東部地區草地植被覆蓋時空變化遙感分析

歐陽玲，馬會瑤，武秀艷，張永生，賈明明

（1.赤峰學院 內蒙古國土空間規劃與災害應急管理重點實驗室，內蒙 古赤峰 024000；2.海圖信息中心，天津 300220；3.赤峰市第二實驗中學，內蒙古 赤峰 024000；4.赤峰市敖漢旗長勝鎮自然資源所，內蒙古 赤峰 024000；5.中國科學院東北地理與農業生態研究所，吉林 長春 130062）

土地利用／土地覆被變化（LUCC）是全球變化研究的重要內容，通過對土地覆被變化進行研究，分析其時空的變化規律，作為探討人地關系地域系統的切入點，對揭示人地關系具有指導作用[1,2]。我國學者關于土地利用／土地覆被變化的研究主要包括生態系統評估[3,4]、土地利用變化的時空動態監測[5,6]、驅動力研究[7]。草地植被覆蓋研究主要集中于NDVI[8]、草地植被覆蓋度[9]及對氣候變化的響應[10]研究。

草地生態系統是分布最廣的陸地生態系統類型之一，在全球氣候變化中具有重要作用。我國草地資源退化嚴重，雖然進行了治理，但并沒有扭轉草原整體退化的趨勢[11]。內蒙古東部地區生態系統脆弱，在全球氣候變化影響下，內蒙古東部草地面積呈退縮趨勢。目前，對內蒙古草地植被覆蓋的研究較少，本文通過對1990—2015年內蒙古東部草地植被覆蓋時空變化特征進行研究，揭示了內蒙古東部地區草地植被變化情況，提升內蒙古生態系統服務價值，為生態保護和修復目標、構筑我國北方重要生態安全屏障提供數據支持。

1 研究區概況

內蒙古東部區域地處內蒙古自治區的東北部，地理坐標為115°21'—126°04'E，41°17'—53°20'N，東、南部與黑龍江省、吉林省和遼寧三省相鄰，西南部與河北省和內蒙古自治區錫林郭勒盟相毗鄰，西部與俄羅斯和蒙古國接壤(圖1)。包括赤峰市、通遼市、興安盟和呼倫貝爾市，總面積約4.54×105km2。內蒙古東部大部分地區氣候為溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫－4.5—8℃，年降水量160—628mm，由東北向西南呈遞減趨勢，降水量主要集中在夏季。草原類型由西向東分別為草甸草原、典型草原和荒漠草原。內蒙古東部地區自然環境條件比較好，是內蒙古自治區經濟比較發達區，屬于國家實施中蒙俄經濟走廊核心樞紐地區，融入東北經濟圈，是一帶一路等戰略的規劃范圍。

圖1 研究區概況圖

2 數據處理

本文數據源為1990、2000、2015年LandsatTM/ETM/OLI遙感數據，提取土地覆被信息。為提高不同覆被類型的差異信息，選用6~10月的遙感影像，該期間是植被生長茂盛期。利用ENVI5.3對遙感影像預處理，利用eCogntion9.0多尺度分割軟件對內蒙古東部三期遙感影像進行分類，獲得土地覆被數據[11]。土地覆被分類精度野外驗證點共計2120個。

3 結果與分析

3.1 分類精度

土地覆被分類采用面向對象方法，再結合人工目視解譯，分類結果如圖2所示。2015年內蒙古東部地區草地的分類精度為94.84%；林地、耕地、濕地、建設用地和裸地的分類精度分別為98.43%、95.72%、88.94%、73.16%和77.78%，土地覆被分類總體精度為92.27%。因此，采用該方法獲取的數據能夠滿足本文需求。

3.2 不同時期內蒙古東部地區草地分布

1990、2000和2015年草地面積分別為15.90×104、15.47×104和15.25×104km2，分布見圖2，各盟市草地占有量見表1。2015年草地15.25×104km2，占土地總面積的33.61%。呼倫貝爾市西南部草地分布最為明顯，斑塊較為集中，面積最大（圖2）。從各盟市行政區分布來看，呼倫貝爾分布最多，其次為赤峰，通遼和興安盟較少。

圖2 1990年、2000年和2015年內蒙古東部地區草地空間分布圖

表1 1990年、2000年和2015年草地面積變化

3.3 內蒙古東部地區草地時空變化特征

獲得1990-2000年、2000-2015年內蒙古東部地區遙感影像草地動態圖斑，結果如圖3所示。1990-2015年間，內蒙古東部地區草地變化具有明顯的時空異質性。26a間，草地呈現持續減少的態勢，1990-2000年草地減少速度比2000-2015年高。1990-2000年草地凈減少0.45×104km2，每年平均減少4.48×102km2。從盟市分布情況來看，1990-2000年，呼倫貝爾草地凈減少量最多，為0.18×104km2；其次為興安盟，草地凈減少0.10×104km2。比較而言，2000-2015年草地凈減少量為0.20×104km2，主要發生在赤峰，為0.09×104km2；其次為呼倫貝爾，草地凈減少0.04×104km2（表1）。2000-2015年，耕地轉為草地的比例大幅增加。

圖3 1990－2000年和2000－2015年內蒙古東部地區草地變化空間分布特征

3.3.1 內蒙古東部地區不同地類的轉化特征及分析

內蒙古東部地區不同地類轉化呈現出顯著的空間分異特征，見表2和圖3。

（1）1990－2000年內蒙古東部地區草地與其他地類的相互轉化特征

草地新增加的來源主要為濕地，其次為林地、耕地、裸地和建設用地。對于新增耕地而言，最大的貢獻者為濕地。林地（11.31%）僅次于濕地，毀林區主要分布于大興安嶺地區。耕地轉化為草地區域分布較為零散。裸地和建設用地轉化為草地的面積相對較少，零星分布在內蒙古東部地區各盟市。

該時段草地減少的最主要去向是轉化為耕地（80.31%），主要分布在呼倫貝爾草原東部和興安盟東部。其次，草地減少的12.64%轉化為林地，主要分布在呼倫貝爾草原東部。草地轉化為濕地（2.86%）、建設用地（2.68%）和裸地（1.51%）的區域分布都較為零散。

（2）2000－2015年內蒙古東部地區草地與其他地類的相互轉化特征

草地新增量來源由多及少分別為耕地、林地、濕地、裸地和建設用地。赤峰市是退耕還草的主要分布區，林地轉草地主要分布在赤峰北部和通遼市西南部區域，濕地轉草地區域主要分布在通遼市東部和呼倫貝爾西南部地區。

草地減少量去向由多及少分別為耕地、林地、濕地、建設用地和裸地。草地開墾區主要位于赤峰市中部，草地轉化為林地的區域主要分布在呼倫貝爾市北部和通遼西北部地區。2000-2015年草地減少量比1990-2000年降低573.80km2，草地轉化為耕地的面積大幅減少，由1990-2000年的4332.28 km2減少到2000-2015年的1872.80km2（表2）。

表2 內蒙古東部地區草地與其他地類的相互轉化量

3.3.2 內蒙古東部地區不同地理環境背景下草地變化特征及分析

環境因素影響草地的空間分布，草地變化情況因地理環境不同存在明顯差異。環境要素疊加草地變化，得到不同環境因素中草地變化分布趨勢（圖4）。

圖4 1990-2000年和2000-2015年內蒙古東部地區變化草地在不同環境因素中的分布特征

1990-2000年草地減少量的89.83%和草地增加量的81.70%、2000-2015年草地減少量的92.50%和草地增加量的93.72%均發生在降水量為300～500mm區域。26a間，年均氣溫為6～8℃地區是草地變化頻繁區，1990-2000年草地增減率分別為38.79%和-35.24%，2000-2015年草地增減率分別為48.88%和-48.94%。在該區域內，2000-2015年比1990-2000年草地減少率和增加率都大。

26a間，草地變化活躍區集中分布在坡度小、高程較高、坡度小于3°的區域。1990-2000年草地增減率分別為73.56%和-65.02%，2000－2015年為87.02%和-83.09%。

可見，內蒙古東部地區草地變化顯著區域主要分布在降水量為300～500mm，年均氣溫為6～8℃，坡度小、高程較高的區域（圖4）。

2.4 內蒙古東部地區草地質心變化特征

利用ArcGIS10.1獲得到內蒙古東部地區草地質心分布位置（表4）。26a年間，草地質心偏移了4317.08km。1990-2000年和2000-2015年草地分別向西和西南偏移，偏移幅度分別為3375.76km和1325.90km，偏移幅度明顯變小。

表4 1990年、2000年和2015年內蒙古東部地區草地的質心位置

3 草地變化驅動因素

自然和人文驅動力系統屬于草地驅動力系統。在小尺度時間內，自然驅動力相對穩定，因此，驅動力的研究多集中在人文驅動力方面。人類活動是草地變化的重要影響因素之一，人文因素錯綜復雜，人口、經濟、科技和政策等社會因素對草地變化影響更為突出。隨著內蒙古東部人口數量的增加、經濟社會的發展，人類不斷加強對草原的利用，農業開墾轉為耕地，是導致草地面積大量減少的關鍵因素，研究區屬于我國重要的林區，草地轉為林地也是草地減少的主要原因，另外，采礦用地、居民地和交通用地的擴張等都占用草地，使草地面積減少。

4 結論

本文研究對象為內蒙古東部草地，基于LandsatTM/ETM/OLI遙感數據及野外調查數據，綜合運用面向對象分類方法、ArcGIS空間分析方法，提取三期內蒙古東部草地分布信息，探討草地覆被時空格局及動態變化特征。主要結論如下：

（1）1990、2000和2015年 草 地 面 積 分 別 為15.90×104、15.47×104和15.25×104km2，呈持續減少的態勢；1990-2000年，呼倫貝爾草地凈減少量最多，2000-2015年草地凈減少量為0.20×104km2，主要發生在赤峰。

（2）1990－2000年，草地新增量來源最大的貢獻者是濕地（78.71%），草地減少的最主要去向是轉化為耕地（80.31%）；2000－2015年，草地新增量來源主要為耕地，赤峰市是退耕還草的主要分布區，該時段草地減少量去向主要為耕地。

（3）26a間，草地變化活躍區集中分布在坡度小、高程較高的區域。1990-2000年和2000-2015年草地質心分別向西和西南偏移。