基于高分影像的黃河源青海片區(qū)退化草地識(shí)別

張宇鵬，吳笑天，李希來(lái)，張 鋒，董心普，王 苑，張 輝

(1.青海大學(xué) 農(nóng)牧學(xué)院，西寧 810016；2.韶關(guān)學(xué)院 英東生物與農(nóng)業(yè)學(xué)院，廣東韶關(guān) 512005；3.青海省自然資源綜合調(diào)查監(jiān)測(cè)院，西寧 810001；4.青海省地理空間和自然資源大數(shù)據(jù)中心，西寧 810001)

草地是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)之一，是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，約占陸地表面的25%，儲(chǔ)存全球約34%的陸地碳儲(chǔ)量[1-2]。青藏高原是中國(guó)的重要牧區(qū)，高寒草地是高寒畜牧業(yè)的重要載體，但高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性也是不容忽視的生態(tài)問(wèn)題，由于高寒草地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性所導(dǎo)致的敏感性，也使其成為全球生態(tài)系統(tǒng)變化的“警報(bào)器”[3-5]。黃河源青海片區(qū)海拔高，氣候條件惡劣，日均、年均氣溫低，植被積溫不足，生物量低，再加上人為因素影響，近年來(lái)草地退化日趨明顯。“黑土灘”是高寒草地退化在黃河源乃至三江源區(qū)域特有的表現(xiàn)形式，其具體表現(xiàn)為草地覆蓋度降低，發(fā)生禿斑化，進(jìn)而導(dǎo)致水土流失。有關(guān)于“黑土灘”退化草地面積目前尚無(wú)明確而具體的結(jié)論，需要更詳細(xì)和精準(zhǔn)的調(diào)查工作。草地沙化也是黃河源草地退化的重要表現(xiàn)，黃河源青海片區(qū)沙化草地面積在20世紀(jì)80-90年代不斷擴(kuò)大，在90年代沙化草地由東南向西北逐步擴(kuò)張，主要集中在都蘭、共和、貴南、瑪多等縣域內(nèi)[6-8]，但目前沙化草地更為詳細(xì)的面積與分布狀況并不明確。草地退化的極端狀況是形成完全裸露的地表，據(jù)統(tǒng)計(jì)，青海省地表裸露化草地目前占全省國(guó)土面積不少于17.4%，主要分布在柴達(dá)木、共和、青海湖3 個(gè)盆地以及長(zhǎng)江、黃河源青海片區(qū)[9-12]，而退化程度不同所產(chǎn)生的不同類(lèi)型裸露地的面積及其分布也不明確。

前人研究多是基于草地監(jiān)測(cè)，從草地面積變化狀況分析草地變化趨勢(shì)，或者針對(duì)較小區(qū)域內(nèi)草地退化后所引發(fā)的一系列變化展開(kāi)研究，對(duì)較大區(qū)域內(nèi)草地退化類(lèi)型及分布研究較少。基于此，本研究結(jié)合遙感技術(shù)進(jìn)行快速、全面監(jiān)測(cè)退化高寒草地的分布狀況，開(kāi)展黃河源青海片區(qū)退化高寒草地類(lèi)型的識(shí)別研究，以期探明黃河源青海片區(qū)退化高寒草地的數(shù)量與分布狀況。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概括

研究區(qū)域?yàn)辄S河源青海片區(qū)(圖1)，涉及青海省東南部17個(gè)縣域(表1)，黃河源青海片區(qū)以高山為界，不以縣域行政界線，因此部分縣域只包含部分區(qū)域，總面積合計(jì)11.70萬(wàn) km2。區(qū)域內(nèi)自然資源種類(lèi)豐富，主要包括草地、濕地、林地、農(nóng)田、荒漠等生態(tài)系統(tǒng)。區(qū)域內(nèi)河流眾多，湖泊密布，濕地類(lèi)型主要有河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地。草地資源以高寒草甸、高寒草原為主，農(nóng)業(yè)區(qū)占比較少。大部分區(qū)域海拔在3 000 m以上，氣候寒冷干燥，多年平均溫度-3.98 ℃，多年平均降水量309.63 mm，牧草生長(zhǎng)期70～90 d。

圖1 研究區(qū)域區(qū)位圖

表1 研究區(qū)面積統(tǒng)計(jì)表

1.2 退化草地類(lèi)型釋義

黑土型“黑土灘”：原生植被覆蓋度<70%的禿斑化高寒草甸、低地草甸、山地草甸。

礫石型“黑土灘”：主要分布于高寒草甸、低地草甸、山地草甸區(qū)域內(nèi)，水土流失嚴(yán)重，土壤比例較少，以小塊狀礫石為主，幾乎無(wú)原生植被覆蓋的“黑土灘”。

巖石型“黑土灘”：主要分布于高寒草甸、低地草甸、山地草甸較大坡度區(qū)域內(nèi)，水土流失嚴(yán)重，無(wú)土壤，塊狀礫石較多，可見(jiàn)巖石且?guī)缀鯚o(wú)原生植被覆蓋的“黑土灘”。

沙化草地：原生植被覆蓋度<70%的禿斑化高寒草原、溫性草原。

重度沙化草地：主要分布于溫性草原、溫性荒漠草原區(qū)域內(nèi)，水土流失嚴(yán)重，土壤比例較少，以沙粒為主，幾乎無(wú)原生植被覆蓋的沙化草地。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

多源高分辨率遙感影像由青海省自然資源綜合調(diào)查監(jiān)測(cè)院提供，其中優(yōu)于1.0 m分辨率主影像為高分2號(hào)衛(wèi)星多源航空航天遙感影像數(shù)據(jù)，優(yōu)于2.0 m分辨率副影像來(lái)源于高分1號(hào)、資源3號(hào)、天繪1號(hào)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。航片由中海達(dá)V10型無(wú)人機(jī)拍攝，拍攝高度300 m，地面分辨率優(yōu)于0.1 m。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所使用的軟件版本為ArcGIS 10.7和ENVI 5.4/IDL 8.6，用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與制表。

1.5 退化草地識(shí)別方法

高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)經(jīng)幾何校正、影像融合等預(yù)處理，形成影像底圖，收集、整合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及多行業(yè)專(zhuān)題數(shù)據(jù)，形成輔助判讀知識(shí)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)地踏勘、典型地類(lèi)影像分析等方式建立不同類(lèi)型退化草地的典型解譯標(biāo)志。根據(jù)典型解譯標(biāo)志和輔助專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)，采用計(jì)算機(jī)算法自動(dòng)分類(lèi)識(shí)別和人機(jī)交互目視解譯相結(jié)合的方式，開(kāi)展不同類(lèi)型退化草地的內(nèi)業(yè)判讀和解譯；對(duì)內(nèi)業(yè)判讀解譯成果質(zhì)量及內(nèi)業(yè)判讀難度較大的區(qū)域，通過(guò)實(shí)地踏勘、拍照取證等方式進(jìn)行精度驗(yàn)證和補(bǔ)充判讀修正，得到退化草地地表覆蓋數(shù)據(jù)(圖2)。

圖2 退化草地識(shí)別流程圖

1.6 識(shí)別精度驗(yàn)證方法

基于2020年購(gòu)買(mǎi)的“珠海1號(hào)”優(yōu)于1.0 m高分辨率遙感影像，在研究區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取和劃分6個(gè)觀測(cè)樣區(qū)，每個(gè)樣區(qū)400 km2，通過(guò)目視解譯獲得草地退化圖斑主要驗(yàn)證數(shù)據(jù)集；選取研究區(qū)內(nèi)典型退化草地樣區(qū)，通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝獲得研究區(qū)內(nèi)優(yōu)于0.1 m高分辨率航拍影像，并進(jìn)行目視解譯獲得草地退化圖斑輔助驗(yàn)證數(shù)據(jù)集。將本研究所使用的退化草地覆蓋數(shù)據(jù)集與主要驗(yàn)證數(shù)據(jù)集和輔助驗(yàn)證數(shù)據(jù)集進(jìn)行比對(duì)以驗(yàn)證數(shù)據(jù)質(zhì)量(圖3)。

圖3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證流程圖

2 結(jié)果與分析

2.1 黃河源青海片區(qū)草地類(lèi)型識(shí)別

黃河源青海片區(qū)草地有溫性草原化荒漠類(lèi)、溫性荒漠類(lèi)、沼澤類(lèi)、高寒草甸類(lèi)、低地草甸類(lèi)、山地草甸類(lèi)、高寒草原類(lèi)、溫性草原類(lèi)等8個(gè)類(lèi)型。其中，高寒草甸類(lèi)面積最大，為 82 937.51 km2；其次為高寒草原類(lèi)和溫性草原類(lèi)，面積分別為 15 592.38 km2和9 386.52 km2；溫性荒漠類(lèi)和山地草甸類(lèi)面積分別為2 758.41 km2和 2 485.28 km2；低地草甸類(lèi)和溫性草原化荒漠類(lèi)面積分別為1 861.10 km2和1 693.46 km2；沼澤類(lèi)面積316.24 km2。高寒草甸類(lèi)在瑪沁縣、瑪多縣、達(dá)日縣分布面積最大，分別為12 526.88 km2、12 027.40 km2、11 268.44 km2；高寒草原類(lèi)在瑪多縣分布最多，為7 407.68 km2，其次為興海縣，為2 869.95 km2；溫性草原類(lèi)在共和縣分布最多，面積為4 291.36 km2，其次為貴南縣和興海縣，面積分別達(dá)到2 071.62 km2和1 343.27 km2；溫性荒漠類(lèi)在貴南縣最多，面積為1 377.37 km2；山地草甸類(lèi)在河南蒙古族自治縣分布最多，為683.70 km2；低地草甸類(lèi)在曲麻萊縣分布最多，為1 357.78 km2；溫性草原化荒漠類(lèi)在共和縣分布最多，為1 021.43 km2。沼澤類(lèi)僅分布于曲麻萊縣(圖4，表2)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，黃河源青海片區(qū)總面積117 030.92 km2，有植被覆蓋草地面積合計(jì)96 489.84 km2。

表2 黃河源青海片區(qū)草地分縣統(tǒng)計(jì)表

圖4 黃河源青海片區(qū)草地類(lèi)型圖

2.2 黑土型“黑土灘”識(shí)別

黃河源青海片區(qū)黑土型“黑土灘”退化草地斑塊合計(jì)45 804個(gè)，面積14 239.47 km2，占黃河源青海片區(qū)總面積的12.17%，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的14.76%。黃河源青海片區(qū)所涉及的17個(gè)縣域黑土型“黑土灘”均有分布，總體趨勢(shì)是區(qū)域內(nèi)西北和西南部明顯較東北和東南部分布廣(圖5)。其中瑪多縣分布最廣，斑塊10 482個(gè)，總面積4 245.47 km2，占黃河源青海片區(qū)黑土型“黑土灘”總面積的29.81%；其次是曲麻萊縣，斑塊2 823個(gè)，總面積3 338.19 km2。稱(chēng)多縣和達(dá)日縣面積分別為1 913.13 km2和1 677.98 km2，黑土型“黑土灘”分布范圍也較廣。河南蒙古族自治縣、同仁縣、久治縣分布最少(表3)。其分布與草地類(lèi)型(高寒草甸、低地草甸、山地草甸)、高程密切相關(guān)，分布范圍最低海拔3 117.50 m，最高海拔5 121.49 m，平均海拔(4 301.17± 1 456.98)m，主要分布在瑪多縣、曲麻萊縣、稱(chēng)多縣和達(dá)日縣等高海拔區(qū)域。

圖5 黃河源青海片區(qū)黑土型“黑土灘”分布圖

表3 黃河源青海片區(qū)黑土型“黑土灘”分縣統(tǒng)計(jì)表

2.3 礫石型“黑土灘”識(shí)別

礫石型“黑土灘”在黃河源青海片區(qū)17個(gè)縣域中均有分布，斑塊23 309個(gè)，面積2 445.37 km2，占黃河源青海片區(qū)總面積的2.09%，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的2.53%，在黃河源青海片區(qū)中部及東部區(qū)域分布較廣(圖6)。在興海縣與瑪沁縣分布最多，斑塊分別為2 696和3 017個(gè)，面積分別為715.75 km2和505.70 km2，占黃河源青海片區(qū)礫石型“黑土灘”總面積的29.27%和20.68%。其次是甘德縣，2 006個(gè)斑塊面積239.29 km2，占黃河源青海片區(qū)礫石型“黑土灘”總面積的9.79%。瑪多縣斑塊最多，達(dá)到3 100個(gè)，面積為190.22 km2，占黃河源青海片區(qū)礫石型“黑土灘”總面積的7.78%。貴德縣雖然斑塊為979個(gè)，面積157.25 km2。共和縣、澤庫(kù)縣、曲麻萊縣分布面積也達(dá)到103.78～145.97 km2，貴南縣、達(dá)日縣等9個(gè)其他縣域分布面積均少于85 km2，面積合計(jì)281.57 km2，合計(jì)占黃河源青海片區(qū)礫石型“黑土灘”總面積的11.51%(表4)。礫石型“黑土灘”分布范圍最低海拔3 010.75 m，最高海拔4 490.43 m，平均海拔(3 859.21± 1 094.65)m，其分布高程較黑土型“黑土灘”相對(duì)低，可能與分布區(qū)域人畜活動(dòng)頻率增加導(dǎo)致退化加劇有關(guān)。

圖6 黃河源青海片區(qū)礫石型“黑土灘”分布圖

表4 黃河源青海片區(qū)礫石型“黑土灘”分縣統(tǒng)計(jì)表

2.4 巖石型“黑土灘”識(shí)別

除班瑪縣、稱(chēng)多縣和曲麻萊縣之外的其他14個(gè)縣域均有巖石型“黑土灘”的分布。斑塊合計(jì) 1 841個(gè)，面積376.07 km2，占黃河源青海片區(qū)總面積的0.32%，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的0.39%，在區(qū)域內(nèi)分布較為分散，中部和東南部區(qū)域的分布相對(duì)較為集中(圖7)。分布最多的是瑪沁縣和久治縣，斑塊分別為566和181個(gè)，面積分別為139.50和118.68 km2，占黃河源青海片區(qū)巖石型“黑土灘”總面積的37.09%和31.56%。其次是興海縣和達(dá)日縣，面積分別為39.47 km2和36.47 km2，占黃河源青海片區(qū)巖石型“黑土灘”總面積的10.50%和9.70%。甘德縣分布面積為13.51 km2，其他縣域分布面積均小于9 km2，其中澤庫(kù)縣斑塊破碎化趨勢(shì)明顯，444個(gè)斑塊面積合計(jì)7.17 km2(表5)。巖石型“黑土灘”分布范圍最低海拔2 502.99 m，最高海拔5 432.99 m，平均海拔(4 377.99±1 568.56)m。分布海拔較黑土型“黑土灘”和礫石型“黑土灘”都高，但與礫石型“黑土灘”分布范圍重合度較高，可能與隨著高程增加坡度增大，礫石型“黑土灘”水土流失加劇有關(guān)。

圖7 黃河源青海片區(qū)巖石型“黑土灘”分布圖

表5 黃河源青海片區(qū)巖石型“黑土灘”分縣統(tǒng)計(jì)表

2.5 沙化草地識(shí)別

黃河源青海片區(qū)沙化草地斑塊3 353個(gè)，面積合計(jì)5 739.75 km2，主要分布于黃河源青海片區(qū)東北部和西北部，涉及11個(gè)縣域，占黃河源青海片區(qū)總面積的4.90%，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的5.95%(圖8)。瑪多縣沙化草地分布最廣，面積達(dá)到2 086.29 km2，占黃河源青海片區(qū)沙化草地總面積的36.35%；其次是共和縣，沙化草地面積達(dá)到1 746.84 km2，占黃河源青海片區(qū)沙化草地總面積的30.43%；貴南縣和貴德縣面積分別為673.35 km2和498.09 km2，占黃河源青海片區(qū)沙化草地總面積的11.73%和8.68%；興海縣和曲麻萊縣縣域內(nèi)分布也較多，占黃河源青海片區(qū)沙化草地總面積的4.88%和4.69%。瑪沁縣、尖扎縣、同德縣、同仁縣、澤庫(kù)縣雖然也有一定的分布，但所占比例相對(duì)較小(表6)。其分布主要受到高寒草原、溫性草原分布的影響。分布最低海拔2 011.75 m，最高海拔4 833.24 m，平均海拔(3 478.05±1 368.84)m。

表6 黃河源青海片區(qū)沙化草地分縣統(tǒng)計(jì)表

圖8 黃河源青海片區(qū)沙化草地分布圖

2.6 重度沙化草地識(shí)別

識(shí)別黃河源青海片區(qū)重度沙化草地斑塊合計(jì)1 446個(gè)，面積合計(jì)1 516.35 km2，占黃河源青海片區(qū)總面積的1.30%，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的1.57%，涉及黃河源青海片區(qū)共和縣、貴南縣等11個(gè)縣域，主要分布于東北部的共和縣、貴南縣、澤庫(kù)縣，以及西北部的瑪多縣和瑪沁縣，主要沿黃河流域干流兩側(cè)區(qū)域分布(圖9)。分布最多的是共和縣，斑塊399個(gè)，總面積645.95 km2；其次是貴南縣，斑塊297個(gè)，總面積533.85 km2。瑪多縣與瑪沁縣沙化草地面積相近，分別為164.46和163.44 km2，但瑪多縣呈破碎化趨勢(shì)，斑塊達(dá)292個(gè)，瑪沁縣95個(gè)。雖然澤庫(kù)縣斑塊達(dá)324個(gè)，但面積為6.33 km2；貴德縣斑塊為24個(gè)，面積2.12 km2。雖然興海縣、河南蒙古族自治縣、同仁縣、尖扎縣、達(dá)日縣也有分布，但斑塊數(shù)量和面積均較小(表7)。重度沙化草地分布范圍最低海拔2 182.99 m，最高海拔4 492.62 m，平均海拔(2 489.58±1 156.98)m。主要分布于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域，可能與氣候以及人類(lèi)活動(dòng)關(guān)系較為密切。

表7 黃河源青海片區(qū)重度沙化草地分縣統(tǒng)計(jì)表

圖9 黃河源青海片區(qū)重度沙化草地分布圖

2.7 識(shí)別精度檢驗(yàn)

基于2020年優(yōu)于1.0 m“珠海1號(hào)”高分辨率遙感影像及優(yōu)于0.1 m無(wú)人機(jī)航拍影像，在研究區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取和劃分6個(gè)觀測(cè)樣區(qū)，通過(guò)目視解譯獲得草地退化圖斑主要驗(yàn)證數(shù)據(jù)集和輔助驗(yàn)證數(shù)據(jù)集(圖10、圖11)。選取地類(lèi)識(shí)別圖斑樣本，構(gòu)建感興趣區(qū)ROI，驗(yàn)證數(shù)據(jù)集包含49個(gè)沙化草地樣本、183個(gè)黑土型“黑土灘”樣本、161個(gè)礫石型“黑土灘”樣本、61個(gè)重度沙化草地樣本、40個(gè)巖石型“黑土灘”樣本。應(yīng)用ENVI 5.4/IDL 8.6平臺(tái)精度混淆矩陣(Confusion Matrix Using Ground Truth ROIs)進(jìn)行退化草地圖斑數(shù)據(jù)集精度評(píng)價(jià)，計(jì)算草地圖斑總體分類(lèi)結(jié)果精度(OA值)和Kappa系數(shù)。OA值是被正確分類(lèi)類(lèi)別像元數(shù)與總類(lèi)別個(gè)數(shù)的比值。Kappa系數(shù)是分類(lèi)與完全隨機(jī)分類(lèi)產(chǎn)生錯(cuò)誤減少的比例。kappa計(jì)算結(jié)果為-1～1，但通常是0～1，可分為5組來(lái)表示不同級(jí)別的一致性(表8)。本次識(shí)別總體分類(lèi)精度為98.93%，Kappa系數(shù)為0.9772，退化草地圖斑數(shù)據(jù)集的總體分類(lèi)精度較高，Kappa系數(shù)為 0.80～1.00，表明高寒退化草地圖斑分類(lèi)結(jié)果精度非常好。

圖10 驗(yàn)證樣地分布圖

圖11 輔助航拍影像解譯示意圖

表8 Kappa統(tǒng)計(jì)值與分類(lèi)精度對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 討 論

根據(jù)《青海省第二次草地資源調(diào)查》項(xiàng)目結(jié)果，青海省9個(gè)類(lèi)型草地類(lèi)面積3 636.97萬(wàn)hm2，其中高寒草甸類(lèi)面積最大，為2 366.16萬(wàn)hm2，其次為高寒草原類(lèi)，面積582.01萬(wàn)hm2，二者面積之和占全省草地面積的80.88%。本研究的結(jié)果也表明黃河源青海片區(qū)高寒草甸的面積最大，其次為高寒草原類(lèi)，二者面積合計(jì)占黃河源青海片區(qū)草地面積的84.19%。

關(guān)于退化草地的分類(lèi)，前人做了大量研究，大多根據(jù)植被覆蓋度劃分退化程度，不同程度退化草地的具體恢復(fù)措施有所不同，“禿斑化”退化草地注重植被群落的恢復(fù)，“裸露化”退化草地還需注重水土保持與恢復(fù)，根據(jù)恢復(fù)原則劃分退化草地類(lèi)型是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。關(guān)于退化草地的詳細(xì)分類(lèi)目前研究較少，多數(shù)以“退化草地”統(tǒng)稱(chēng)開(kāi)展研究，這不利于分類(lèi)指導(dǎo)黃河源區(qū)退化草地的恢復(fù)治理。本研究中礫石型“黑土灘”、巖石型“黑土灘”、重度沙化草地是“禿斑化”退化草地發(fā)展為“裸露化”退化草地后類(lèi)型的初步補(bǔ)充。

目前關(guān)于草地退化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也并不統(tǒng)一。《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級(jí)指標(biāo)》(GB 19377-2003)中，植被覆蓋度為80%～90%時(shí)為輕度退化，植被覆蓋度為70%～80%時(shí)為中度退化，植被覆蓋度為小于70%時(shí)為重度退化。《地理國(guó)情監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)指南》中，高覆蓋度草地一般指覆蓋度大于50%的天然草地，中覆蓋度草地一般指覆蓋度為 20%～50%的天然草地，低覆蓋度草地是指覆蓋度為10%～20%的天然草地，認(rèn)為草地覆蓋度>50%時(shí)一般水分條件較好，草被生長(zhǎng)茂密。《內(nèi)蒙古天然草地退化標(biāo)準(zhǔn)》(DB15/T 321999)中，植被覆蓋度為>70%時(shí)為輕度退化，植被覆蓋度為40%～70%時(shí)為中度退化，植被覆蓋度為<40%時(shí)為重度退化。關(guān)于“黑土灘”退化草地的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，馬玉壽等[13]根據(jù)江河源區(qū)草地現(xiàn)狀初步擬定了草地退化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，植被覆蓋度為70%～85%時(shí)為輕度退化，植被覆蓋度為 50%～70%時(shí)為中度退化，植被覆蓋度30%～50%時(shí)為重度退化，植被覆蓋度為<30%時(shí)為極度退化。Xue等[14]劃分標(biāo)準(zhǔn)則是植被覆蓋度為70%～80%時(shí)為輕度退化，植被覆蓋度為50%～80%時(shí)為中度退化，植被覆蓋度15%～50%時(shí)為重度退化，植被覆蓋度<15%時(shí)為極度退化。李希來(lái)等[9]認(rèn)為植被覆蓋度為50%～80%時(shí)為輕度退化，植被覆蓋度為20%～50%時(shí)為重度退化，植被覆蓋度<20%時(shí)為極度退化。而關(guān)于沙化退化草地，同樣以植被覆蓋度作為草地沙化程度劃分標(biāo)準(zhǔn),將植被覆蓋率為70%～100%、50%～70%、30%～50%、10%～30%、0～10%分別劃分為未沙化地、輕度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地、極度沙化草地[15-16]。由于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，因此目前關(guān)于黃河源青海片區(qū)內(nèi)退化草地的面積與比例暫時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)果，不同學(xué)者根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)所得出的結(jié)論有所不同。因此，本研究通過(guò)綜合各方面的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，選擇植被覆蓋度<70%作為禿斑化“黑土灘”退化高寒草甸識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)和禿斑化沙化草地的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，植被覆蓋度為0%作為裸露化退化草地識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)《青海省第二次草地資源調(diào)查》項(xiàng)目結(jié)果也表明青海省輕度退化草地面積為1 318.10萬(wàn) hm2，占天然草地的36.24%，是第一次調(diào)查時(shí)的3.61倍；中度退化草地面積為805.36萬(wàn) hm2，占全省天然草地總面積的22.14%，是第一次調(diào)查時(shí)的4.20倍；重度退化草地面積為1 010.59萬(wàn) hm2，占天然草地總面積的27.79%，是第一次調(diào)查時(shí)的6.48倍[17]。李積蘭等[18]的研究結(jié)果表明青海省“黑土灘”退化草地占可利用草地總面積的15%，本研究結(jié)果表明，黃河源青海片區(qū)黑土型“黑土灘”退化高寒草地面積14 239.47 km2，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的14.76%，與其結(jié)果基本吻合。黃河源地處青藏高原東南端，氣候條件相對(duì)長(zhǎng)江源與瀾滄江源較好，因此“黑土灘”面積與比例近年來(lái)變化不顯著。黃河源青海片區(qū)所涉及的17個(gè)縣域均有黑土型“黑土灘”分布，總體趨勢(shì)是分布于黃河源青海片區(qū)的西北和西南部高海拔區(qū)域，一方面與高寒草甸、低地草甸、山地草甸草地類(lèi)型分布區(qū)域有關(guān)，另一方面可能與海拔越高氣候越惡劣有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)青海全省沙化土地面積 1 246.2萬(wàn)公頃，主要集中于青海湖沿岸地區(qū)，占青海全省國(guó)土面積的17.4%[19]，而本研究結(jié)果表明黃河源青海片區(qū)沙化草地面積合計(jì) 5 739.75 km2，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的 5.95%。

“禿斑化”退化草地進(jìn)一步發(fā)展可成為幾乎無(wú)植被覆蓋且水土流失嚴(yán)重的“裸露化”退化草地，本研究結(jié)果顯示黃河源青海片區(qū)幾乎無(wú)植被覆蓋的退化草地類(lèi)型主要有礫石型“黑土灘”、巖石型“黑土灘”、重度沙化草地。其中礫石型“黑土灘”面積合計(jì)2 445.37 km2，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的2.53%；巖石型“黑土灘”面積376.07 km2，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的0.39%；重度沙化草地面積1 516.35 km2，占黃河源青海片區(qū)草地總面積的1.57%。由此可見(jiàn)對(duì)黃河源青海片區(qū)影響較大的幾乎無(wú)植被覆蓋的退化草地類(lèi)型主要是礫石型“黑土灘”。這可能主要是由于黑土型“黑土灘”形成后，在低海拔人類(lèi)活動(dòng)頻繁區(qū)域退化進(jìn)一步加劇形成礫石型“黑土灘”，而巖石型“黑土灘”是礫石型“黑土灘”進(jìn)一步退化的結(jié)果；重度沙化草地是沙化草地進(jìn)一步退化的結(jié)果，二者面積與比例較“黑土灘”型退化草地小。

對(duì)于黃河源區(qū)草地退化的過(guò)程和原因，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已有較多研究和分析。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，自然因素和人為因素是導(dǎo)致草地退化的主要原因。在自然因素中以氣候因素對(duì)草地影響最大，大量研究表明溫度、降水量、蒸發(fā)量是影響黃河源區(qū)草地退化的重要因素[20-21]。鼠害對(duì)天然草地退化的影響主要體現(xiàn)為與家畜進(jìn)行食物爭(zhēng)奪，特別是在造穴打洞時(shí)刨掘產(chǎn)生的沙石泥土掩埋牧草，同時(shí)挖掘洞穴時(shí)致使地表土壤疏松，引起水土大量流失造成土壤侵蝕[22-25]。本研究的結(jié)果也表明，黃河源青海片區(qū)東北、西北、西南高海拔區(qū)域由于氣候條件的影響退化草地分布較多，而東南部低海拔區(qū)域雖然退化草地分布面積與比例較少，但隨著區(qū)域人口數(shù)量增加，加劇了片面追求牲畜數(shù)量而不考慮出欄率，致使區(qū)域內(nèi)家畜數(shù)量超過(guò)草地的承載力，質(zhì)量變劣，進(jìn)而導(dǎo)致退化、沙化草地的退化程度進(jìn)一步加劇。

黃河源區(qū)域內(nèi)河流密布，不同流域內(nèi)由于氣候等條件的影響導(dǎo)致流域內(nèi)生態(tài)景觀的多樣性和多變性，在探討生態(tài)問(wèn)題時(shí)需要將以往平面層次的研究擴(kuò)展到將流域內(nèi)各個(gè)要素聯(lián)系起來(lái)的立體空間范疇內(nèi)的研究。因此黃河源區(qū)草地退化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制需要在以后的研究中基于“流域單元”開(kāi)展。而不同區(qū)域不同類(lèi)型的退化草地必然需要不同的恢復(fù)措施，對(duì)于“禿斑化”類(lèi)型的退化高寒草地，人工補(bǔ)播等措施可能可以達(dá)到遏制其進(jìn)一步退化的趨勢(shì)[26]，但對(duì)于“裸露化”等類(lèi)型的退化高寒草地則可能需要工程措施才可以使其逐步恢復(fù)。

4 結(jié) 論

受草地類(lèi)型影響，黃河源青海片區(qū)在高寒草甸、低地草甸、山地草甸等草地類(lèi)型中發(fā)生“黑土灘”退化，而在高寒草原、溫性草原等草地類(lèi)型中發(fā)生“沙化”退化。根據(jù)退化程度，黃河源青海片區(qū)退化高寒草地可分為“禿斑化”和“裸露化”兩個(gè)類(lèi)型，“禿斑化”退化高寒草地主要包括黑土型“黑土灘”和沙化草地兩個(gè)類(lèi)型，而“裸露化”退化高寒草地主要包括礫石型“黑土灘”、巖石型“黑土灘”和重度沙化草地 3 個(gè)類(lèi)型。

受草地類(lèi)型面積分布影響，黃河源青海片區(qū)“禿斑化”退化高寒草地黑土型“黑土灘”面積是沙化草地的2.48倍，“裸露化”退化高寒草地主要以礫石型“黑土灘”為主，其次為重度沙化草地，巖石型“黑土灘”面積相對(duì)較小。