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2017 , Vol. 19 >Issue 1: 50 - 58

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2017.00050

新时期中国土地利用/覆被变化时空特征与生态环境效应专栏

三江源生态工程实施以来草地恢复态势及现状分析

  • 徐新良 , 1 ,
  • 王靓 1, 2 ,
  • 李静 , 3*, * ,
  • 蔡红艳 1
展开
  • 1. 中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室,北京 100101
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049
  • 3. 环境保护部卫星环境应用中心,北京 100094
*通讯作者：李 静（1978-）,女,山东东营人,博士,高级工程师,主要从事生态环境遥感监测评估方面的研究。 E-mail: lijhappy@163.com

作者简介：徐新良（1972-）,男,山东青岛人,博士,研究员,硕士生导师,主要从事土地利用/土地覆被变化与陆地生态系统综合监测与评估研究。E-mail:

收稿日期: 2016-06-29

  要求修回日期: 2016-08-25

  网络出版日期: 2017-01-13

基金资助

中国科学院重点部署项目(KJZD-EW-TZ-G10)

中国科学院特色研究所培育建设服务项目（TSYJS03）

收起

Analysis of the Grassland Restoration Trend and Degradation Situation in the “Three-River Headwaters” Region since the Implementation of the Ecological Project

  • XU Xinliang , 1 ,
  • WANG Liang 1, 2 ,
  • LI Jing , 3, * ,
  • CAI Hongyan 1
Expand
  • 1. State Key Laboratory of Resources and Environmental Information Systems, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 3. Satellite Environment Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100094, China
*Corresponding author: LI Jing, E-mail:

Received date: 2016-06-29

  Request revised date: 2016-08-25

  Online published: 2017-01-13

Copyright

《地球信息科学学报》编辑部 所有
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摘要

三江源生态保护与建设工程实施以来,区域生态环境发生了明显的改善。为了正确认识该地区草地退化恢复的程度及其空间分布特征,本文通过对比分析2004年和2012年2期遥感影像,利用人工解译的手段获取了工程实施后三江源地区退化草地变化态势数据集,并在此基础上分析了退化草地的恢复态势,以及草地退化现状的空间格局特征。结果表明：① 2004-2012年三江源生态工程实施以后,该地区草地退化呈现不同程度的减缓态势,而且局部地区草地状况明显好转;② 三江源地区各县草地退化趋势基本得到控制,退化草地变化以轻微好转和明显好转为主,退化发生和退化加剧现象仅发生在极少数县;③ 2012年三江源退化草地面积比2004年降低了5.78%,其中中度退化草地的面积减少最显著,下降了5.35%。黄河源和长江源草地退化的形势依然比较严峻,玛多县、曲麻莱县、称多县北部和治多县东南部草地退化最明显。三江源生态工程自实施以来,草地恢复态势及现状分析对归纳总结三江源生态保护与建设一期工程的成功经验和基本教训,以及合理指导二期工程的实施具有重要的科学意义。

关键词： 三江源; 遥感; 草地退化; 生态工程

本文引用格式

徐新良 , 王靓 , 李静 , 蔡红艳 . 三江源生态工程实施以来草地恢复态势及现状分析[J]. 地球信息科学学报, 2017 , 19(1) : 50 -58 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2017.00050

Abstract

The implementation of ecological conservation and construction projects in the “Three-River Headwaters” region had a positive impact on its ecological environment. Through comparative analysis of remote sensing images in 2004 and 2012, the dataset of changes in degraded grassland after the implementation of ecological projects was acquired. Based on the dataset, we analyzed the grassland restoration trend and degradation situation in the “Three-River Headwaters” region. The results showed that the grassland presented a meliorated status at various degrees and the grassland situation improved obviously in local areas during 2004-2012 compared to the grassland degradation status in early time period of 1990-2004. The grassland degradation trend in counties of “Three-River Headwaters” region had been controlled during 2004-2012. Slight and obvious improvement dominated in all counties while occurring and intensified degradation took place in few counties. Compared with the degradation grassland area in 2004, the degradation grassland area in 2012 decreased by 5.78%, among which moderate degradation grassland decreased most obviously by 5.35%. There was a severe degradation in the source region of the Yellow River and the Yangtze River, including Maduo, Qumarlêb, southern Chindu, and southwestern Zhidoi. Analysis of the grassland restoration trend and degradation status in the “Three-River Headwaters” region after the implementation of ecological projects can not only summarize successful experience and lessons of the first-stage project, but also provide rational guidance on the implementation of a second-stage ecological project.

Key words： “; Three-River Headwaters”; region; remote sensing; grassland degradation; eco-restoration project

1 引言

“三江源”地处中国青海省南部,约占青海省总面积的43%,平均海拔为3500~4800 m。因其为长江、黄河和澜沧江三大河流的发源地而得名,具有重要的水源涵养功能。在作为中国重要的生态屏障的同时,位于“世界屋脊”青藏高原腹地的“三江源”也是生态系统最为脆弱和敏感的地区之一[1-5]。在气候变化、鼠虫害、过度放牧等自然和人为因素的共同作用下,三江源草地呈现出明显的退化趋势,草地退化的格局在20世纪70年代中后期已基本形成,70年代中后期至今,草地的退化过程持续发生[2]。三江源草地退化给当地的畜牧业可持续发展与生态安全造成了一定的威胁[6-10]。为了应对这种危机,及时恢复三江源草地的生态功能,我国政府2005年投资75亿元大力开展“三江源自然保护区生态保护和建设工程”,其实施内容包括退耕还林、退牧还草、黑土滩治理、鼠虫害防治等项目[1,5]。自2005年批准实施三江源一期工程以来,截至2013年,三江源生态保护和建设工程已累积安排资金65.13亿元,实现了785万hm2鼠虫害防治、治理黑土滩35万hm2、封山育林34万hm2、保护湿地11万hm2、治理沙漠化土地4万hm2,同时配套开展了小城镇、农村能源设施建设等工作。已有研究证实三江源生态保护和建设工程的实施卓有成效。邵全琴等[11]评价了工程实施后三江源自然保护区主要生态系统服务功能的变化,发现工程实施后,三江源区生态系统宏观状况好转,草地植被覆盖度增加,草地生产力提高,野生动物栖息地生境好转。张良侠等[12]研究发现生态工程实施后三江源草地平均产草量比工程实施前提高了30.31%,草地平均载畜压力指数比减畜措施实施前下降了36.1%。赖敏等[13]研究发现工程实施后三江源自然保护区生态系统服务价值得到了明显提升。目前,应用遥感手段对草地退化状况实施监测和评价的方法大致可分为直接法和间接法2大类。直接法是指通过综合目视判读或非监督分类的方法从经过主成分分析、植被指数或标准假彩色合成等特征变换后的遥感图像直接提取草地退化信息。直接法尽管耗费人力和物力,但在充分了解研究区域的基础上可以得到相对精确的结果[14]。刘纪远等[15]曾利用不同时相的遥感影像图,通过对比分析直接目视解译出草地退化类型斑块,并参照“天然草地退化、沙化、盐渍化分级指标”国家标准（GB19377-2003）制订了三江源草地退化遥感监测分类体系,分析了70年代以来青海三江源地区草地退化的主要时空特征。与以往研究不同的是,本研究更关注草地的改善态势,需要在已有的草地退化评价体系的基础上对草地恢复好转的评价指标和方法进行进一步的完善。
目前,三江源一期工程已经结束,作为该地区生态系统主体的草地生态系统在工程实施后退化的态势是否得到了有效遏制?草地生态系统退化的现状如何?科学回答这些问题对归纳总结三江源一期工程的成功经验和基本教训,合理地指导三江源生态保护和建设二期工程的实施具有重要的科学意义。基于此,本研究基于1990年代初至2004年三江源草地退化遥感解译数据,通过对比分析2004年和2012年的遥感影像,获取了工程实施后三江源退化草地变化态势数据集,并在此基础上分析了三江源草地恢复态势以及草地退化现状的空间分布格局。

2 数据基础及处理

本研究采用的数据包括2004年美国陆地卫星Landsat TM/ETM遥感影像（图1）、2012年环境小卫星遥感影像（图2）以及1990年代初至2004年三江源草地退化遥感解译数据集[2]。覆盖整个三江源地区的美国陆地卫星Landsat TM/ETM遥感影像和环境小卫星遥感影像分别涉及28景和15景。本研究选用7、8月的遥感影像,以便更好地反映草地的生长状况。通过对2期遥感影像进行单波段提取、假彩色合成、几何精纠正、图像镶嵌、图像切割等处理,形成了研究区的标准假彩色影像。相关研究表明,2004年和2012年三江源地区气象背景条件比较稳定,无干旱、高温等极端天气发生[16]。另外,2004年和2012年分别为三江源生态保护与建设工程实施的起始年和结束年,因此通过对比分析2期遥感影像可以比较准确地获取生态工程实施后的草地变化态势,这对于开展生态工程效益的评估具有较强的现实意义。研究中通过对比分析2004年和2012年2期影像可以发现,2004-2012年三江源地区草地好转态势明显。
Fig. 1 Landsat TM/ETM images in 2004 in the “Three-River Headwaters” region

图1 三江源2004年Landsat TM/ETM遥感影像

Fig. 2 HJ-1A /1B images in 2012 in the “Three-River Headwaters” region

图2 三江源2012年环境小卫星遥感影像

Fig. 3 The technical process of acquiring grasslandchanges in the “Three-River Headwaters” region

图3 三江源草地变化信息遥感获取技术流程图

然而,1990年代初至2004年三江源草地退化遥感解译数据集侧重于刻画草地退化状况。为了更好地反映三江源草地生态系统变化态势,尤其是草地生态系统的好转,本研究基于刘纪远等[3]提出的草地退化遥感分类体系,将草地退化变化态势分为退化发生、退化加剧、退化状态不变、轻微好转、明显好转5类。在20世纪90年代初至2004年草地退化遥感解译数据集的基础上,通过对比分析2004年TM/ETM遥感影像和2012年环境小卫星遥感影像,制作了2004-2012年三江源退化草地变化态势图,然后在此基础上分析了生态工程实施以来三江源草地生态系统的变化态势与现状。

3 结果分析

3.1 2004-2012年草地退化态势分析

通过对三江源地区草地退化态势的遥感解译,可以清楚地看到,20世纪90年代初至2004年三江源地区草地退化图斑在2004-2012年呈现不同程度的草地退化减缓态势,而且局部地区草地状况明显好转（图4）。从2004-2012年三江源地区草地退化态势的统计结果看,发生好转（包括轻微好转和明显好转）的草地面积为27 241.9 km2,占三江源草地总面积的31.02%。其中轻微好转类型的面积为 21 816.17 km2,占草地总面积的24.84%;明显好转类型的面积为5425.73 km2,占草地总面积的6.18%。退化状态不变的草地面积为60 181.1 km2,占三江源草地总面积的68.52%。退化发生类型的面积最少,为105.92 km2,仅占0.12%。发生退化加剧的草地面积为297.45 km2,占0.34%。
Fig. 4 Distribution of grassland degradation during 2004-2012 in the “Three-River Headwaters” region

图4 2004-2012年三江源地区草地退化态势图

Tab. 1 Grassland degradation area in each river basin in the “Three-River Headwaters” region during 2004-2014 (km2)

表1 2004-2012年三江源地区各流域草地退化面积统计表（km2）

流域名称 退化加剧 退化发生 退化状态不变 轻微好转 明显好转
黄河流域 77.65 13.73 16 771.3 6610.18 2535.73
长江流域 206.75 86.34 30 267.5 8763.27 1987.22
澜沧江流域 11.59 0.00 8243.04 1304.94 104.74
合计 295.99 100.07 55 281.84 16 678.39 4627.69
从三江源地区各流域草地退化态势看（表1）,2004-2012年黄河、长江和澜沧江三大流域草地好转的趋势基本一致,好转草地面积分别为9145.91、10 750.49和1409.68 km2,分别占三大流域草地好转总面积的42.93%、50.46%和6.62%。此外,三大流域也存在轻微的草地退化,其中长江流域草地退化加剧的面积为206.75 km2,占三大流域草地退化加剧总面积的69.85%,草地退化发生的面积为86.34 km2,占三大流域草地退化发生总面积的86.28%。可见在三大流域中长江流域草地退化最为明显。
Tab. 2 Grassland degradation area in each degeneration zone in the “Three-River Headwaters”region during 2004-2012 (km2)

表2 2004-2012年三江源地区各草地退化区草地退化面积统计表（km2）

退化区名称 退化发生 退化加剧 退化状态不变 轻微好转 明显好转
1区 东部八县草地小范围轻度连续退化区 4.63 40.02 3361.87 2214.78 574.18
2区 玛多南部、达日全县草地中等范围中轻度持续退化区 0.24 21.17 3836.46 641.45 141.41
3区 玛多北部、称多北部、曲麻莱大部草地大范围中度持续退化沙化区 38.29 30.89 23 142.20 15 858.26 4311.49
4区 称多南部、玉树、囊谦、杂多东部草地中等范围中轻度连续退化区 1.25 19.74 8618.43 1256.83 236.34
5区 治多中东部、曲麻莱南端较大范围轻中度持续退化区 47.64 56.29 10 667.48 289.37 106.73
6区 杂多中西部、唐古拉山乡东部草地中小范围轻度退化局部好转区 0.00 119.82 6513.78 997.01 47.44
7区 治多西部、唐古拉山乡中西部草地小范围轻度连续荒漠化区 13.87 9.52 4040.88 558.47 8.14
合计 105.92 297.45 60 181.10 21 816.17 5425.73
从三江源地区七大草地退化区草地退化态势看（表2）,2004-2012年3区（玛多北部、称多北部、曲麻莱大部草地大范围中度持续退化沙化区）草地好转最明显,有20 169.75 km2草地发生好转,占整个三江源地区草地好转总面积的74.04%,其中轻微好转的面积占整个三江源地区草地好转总面积的58.21%,明显好转的面积占整个三江源地区草地好转总面积的15.83%。此外,1区（东部八县草地小范围轻度连续退化区）草地好转态势也比较明显,好转草地面积为2788.96 km2,占整个三江源地区草地好转总面积的10.24%,其中轻微好转的面积占整个三江源地区草地好转总面积的8.13%,明显好转的面积占整个三江源地区草地好转总面积的2.11%。从草地退化加剧的分布看,5区（治多中东部、曲麻莱南端较大范围轻中度持续退化区）和4区（称多南部、玉树、囊谦、杂多东部草地中等范围中轻度连续退化区）发生退化加剧的草地较多,其中5区退化加剧草地的面积占三江源地区退化加剧草地总面积的18.9%,4区退化加剧草地的面积占三江源地区退化加剧草地总面积的6.6%。
从各县草地退化态势看（表3）,2004-2012年三江源地区各县草地退化趋势基本得到了控制,退化草地呈明显好转趋势,各县退化草地变化以轻微好转和明显好转为主,退化发生和退化加剧现象仅 发生在极少数县。新发生退化草地的面积仅为105.92 km2,主要发生在治多县和称多县。退化加剧草地的面积为297.45 km2,主要发生在杂多县和治多县,占三江源地区退化加剧草地总面积的60.28%。
Tab. 3 Grassland degradation area in each county in the “Three-River Headwaters” region during 2004-2012 (km2)

表3 2004-2012年三江源地区各县草地退化面积统计表（km2）

县名 退化发生 退化加剧 退化状态不变 轻微好转 明显好转
治多县 59.44 55.63 10 750.96 362.82 106.74
曲麻莱县 0.00 5.65 13 176.11 13 024.88 3273.66
兴海县 0.00 0.00 693.73 179.00 18.14
唐古拉山乡 2.07 9.52 3223.77 784.33 8.83
玛多县 2.34 7.81 9360.88 1226.90 558.67
同德县 0.00 0.00 36.89 10.93 1.87
泽库县 0.00 0.00 357.97 85.11 14.04
玛沁县 0.00 36.73 1361.06 278.03 162.86
称多县 37.20 33.00 4965.95 1956.67 706.73
河南 0.00 0.00 353.92 4.30 7.63
杂多县 0.00 123.68 7511.86 834.93 69.82
甘德县 0.00 0.00 432.45 490.87 76.15
达日县 0.24 20.69 1807.78 403.14 63.34
玉树县 0.00 0.00 2863.39 189.81 19.23
久治县 3.75 3.29 110.03 602.25 218.79
班玛县 0.88 0.00 15.58 564.28 74.70
囊谦县 0.00 1.45 3159.16 818.58 44.54
合计 105.92 297.45 60 181.49 21 816.83 5425.74

3.2 2012年草地退化现状分析

基于1990-2004年草地退化状况以及2004-2012年退化草地变化态势,本文制作了2012年三江源地区草地退化现状空间分布图（图5）。2012年三江源地区退化草地面积从20世纪90年代初至2004年的84 102.66 km2减少到70 633.03 km2,占全区草地面积的比重下降了5.78 %。从全区草地退化程度看（表4）,轻度、中度和重度退化草地的面积较20世纪90年代初至2004年均有明显减少,其中中度退化草地的面积减少最突出,面积减少了12 473.33 km2,下降了5.35%,而轻度和重度退化草地的面积仅分别下降了0.33%和0.09%。
从退化草地分布的空间格局看,黄河源和长江源草地退化的形势依然比较严峻,其中玛多县、曲麻莱县、称多县北部和治多县东南部,草地退化最为明显。
Fig. 5 Spatial pattern of grassland degradation in the “Three-River Headwaters” region in 2012

图5 2012年三江源地区草地退化现状空间格局

从三江源地区各县退化草地面积统计结果看（表5）,各县退化草地面积较20世纪90年代初至2004年均有所减少,其中曲麻莱县退化草地面积减少最突出,面积减少17 342.80 km2,下降了37.46%;其次为称多县,退化草地面积减少7084.72 km2,下降了22.26%。
三江源生态保护和建设工程自2005年实施以来,尽管三江源草地整体获得了改善,但草地退化的局面并没有得到根本扭转。草地改善成果的巩固和退化草地的治理,仍然是一项长期的艰巨 任务。
Tab. 4 Comparison among grassland areas at different degradation degree in the “Three-River Headwaters” region

表4 三江源地区草地退化程度面积统计对比

退化程度 20世纪90年代初至2004年 2012年退化现状 2004-2012年
面积/km2 比例/% 面积/km2 比例/% 面积/km2 比例/%
轻度退化 55 724.05 23.93 54 948.62 23.60 -775.43 -0.33
中度退化 27 347.79 11.74 14 874.46 6.39 -12 473.33 -5.35
重度退化 1030.82 0.44 809.95 0.35 -220.87 -0.09
合计 84 102.66 36.08 70 633.03 30.30 -13 469.63 -5.78
Tab. 5 Grassland degradation area in each county in the “Three-River Headwaters” region

表5 三江源地区各县草地退化面积统计表

县 20世纪90年代初至2004年 2012年退化现状 2004-2012年变化
面积/km2 比例/% 面积/km2 比例/% 面积/km2 比例/%
班玛县 655.37 14.85 6345.58 0.90 5690.21 -13.95
称多县 7503.58 63.58 14 588.30 41.32 7084.72 -22.26
达日县 2201.24 20.45 14 486.73 14.00 12 285.49 -6.45
甘德县 1002.07 19.97 7101.75 7.20 6099.68 -12.77
河南县 359.89 6.85 6687.70 5.30 6327.81 -1.55
久治县 938.28 15.52 8255.90 2.79 7317.62 -12.73
玛多县 10 565.78 55.42 24 450.29 41.70 13 884.51 -13.72
玛沁县 1848.35 23.70 13 471.37 10.78 11 623.02 -12.92
囊谦县 4025.00 44.58 12 072.35 26.63 8047.35 -17.95
曲麻莱县 29 322.30 81.41 46 665.10 43.95 17 342.80 -37.46
唐古拉山乡 3546.84 13.88 47 703.41 6.89 44 156.57 -6.99
同德县 191.06 6.10 4589.61 3.89 4398.55 -2.21
兴海县 890.89 10.60 12 106.10 5.73 11 215.21 -4.87
玉树县 3045.66 27.22 15 316.77 19.03 12 271.11 -8.19
杂多县 6489.90 27.14 35 436.80 21.64 28 946.90 -5.50
泽库县 382.69 7.02 6697.97 5.52 6315.28 -1.50
治多县 11 133.76 27.66 80 670.88 13.55 69 537.12 -14.11

4 结论与讨论

2005年以来三江源生态保护和建设工程的实施,使三江源草地生态系统整体呈现出好转的态势。本文通过2004年和2012年遥感影像的对比分析,在获取三江源生态保护和建设工程实施以来退化草地变化态势数据集的基础上分析了三江源草地退化与恢复的基本态势以及三江源草地退化的现状格局特征。结果表明：① 20世纪90年代初至2004年三江源地区草地退化图斑在2004-2012年生态工程实施以后呈现不同程度的草地退化减缓态势,而且局部地区草地状况好转明显,其中发生好转的草地面积为27 241.9 km2,占三江源草地总面积的31.02%;② 2004-2012年三江源地区各县草地退化趋势基本得以控制,各县退化草地变化以轻微好转和明显好转为主,退化发生和退化加剧现象仅发生在极少数县;③ 2012年黄河源和长江源草地退化的形势依然比较严峻,玛多县、曲麻莱县、称多县北部和治多县的东南部草地退化最为明显,其中,曲麻莱县退化草地面积减少最突出。
三江源地区是中国重要的天然生态屏障,该地区退化草地生态系统的恢复及重建不仅关系到源区人民的切身利益,更关系到整个中国社会、经济的可持续发展。2005-2012年三江源生态保护和建设工程的实施,使连续多年来草地退化的趋势初步得到遏制,严重退化区（黑土滩）草地生态恢复明 显[1]。三江源地区草地植被不同程度的恢复,使草地涵养水源能力提高,水土流失得到基本控制,植被群落多样性增加,草地生产力提高,草畜矛盾趋缓,草地承载压力有所减轻[1,12]。三江源区的生态系统朝着正向演替,这对整个青藏高原乃至全国的气候的调节也具有重要意义[17]。但已有研究表明,近年来三江源地区气候暖湿化,冰川融水增多,有助于草地生态系统恢复[18-19]。因此,三江源草地生态系统的恢复和好转是自然气候因素和生态工程因素共同作用的结果,三江源地区通过生态保护与建设工程的实施,草地生态系统总体上表现出“初步遏制,局部好转”的态势,但是草地生态系统的恢复远未达到理想的状态,草地生态系统退化的现状依然不容乐观。三江源生态工程实施以来草地恢复态势及退化现状分析不仅对归纳总结一期工程实施后产生的生态成效和存在的问题形成了客观的认识,而且对科学合理的部署二期工程有重要的指导意义。

The authors have declared that no competing interests exist.

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