气候变化和人类活动对内蒙古高原草地生态系统关键服务功能的影响

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草地生态系统服务功能是当前生态学和地理学等领域的研究热点,但目前气候变化和人类活动对其相对贡献的厘定仍是重难点。内蒙古高原草地类型丰富,天然草地面积大,是我国重要的放牧基地,是研究草地牧草供给服务功能和草畜平衡的典型区域。该区长期遭受土壤风蚀侵扰,扬沙、浮尘、沙尘暴等对当地及京津甚至华北地区造成严重困扰。草地植被能有效抑制和固定风沙,草地生态系统是维持北方草地生态平衡的绿色生态屏障。牧草供给和防风固沙服务功能是内蒙古高原草地生态系统最为关键的两大服务功能。本文探讨气候变化和人类活动对两大关键服务功能的影响,对于理解草地生态系统服务功能的驱动机制具有重要的科学意义,同时有利于保障我国畜牧业的健康可持续发展和维持区域生态安全。  本文以内蒙古高原为研究区,基于多源遥感数据、气象数据、统计数据和野外采样数据,应用遥感-过程耦合模型GLOPEM-CEVSA和修正土壤风蚀方程RWEQ模拟草地生态系统的生产力和风蚀模数,开展了牧草供给和草畜平衡状况、土壤风蚀和植被防风固沙的时空变化分析。综合分析了气候变化和人类活动对草地生态系统牧草供给和防风固沙两大关键服务功能的影响,并量化了不同因子的相对贡献。主要研究结果如下:  (1)2000-2013年,内蒙古高原产草量多年均值为912.39kg/hm2,呈现由东到西逐渐递减的条带状空间分布。全区产草量呈波动上升的趋势,年增长率为4.15kg/hm2,其中60.09%草地面积表现为增加,39.91%草地面积表现为减少。在草地类型上,以温性草原和温性荒漠草原增幅较高;在地区上,以呼和浩特市和鄂尔多斯市增幅较高。产草量季节变化特征明显,多数地区最高值出现在8月。  (2)1945-2013年,内蒙古高原家畜数量经历了快速增长到平稳发展的变化历程,自2005年以后数量趋于平缓。2000-2013年,理论载畜量年均值在0.5~0.6标准羊单位/hm2范围内,略呈增长变化趋势;牧区各县理论载畜量整体高于半牧区理论载畜量,但半牧区的家畜密度明显高于牧区;载畜压力区域差异明显,牧区载畜较合理,半牧区超载较为严重;县域尺度载畜压力变化差异明显,季节性草畜矛盾主要集中在冬春季。  (3)1990-2013年,内蒙古高原多年平均土壤风蚀模数为34.65t·hm-2·a-1,呈现东低西高的分布格局,以轻度风蚀为主。土壤风蚀量多年均值为45.89亿吨,年际变化呈现先增后减的变化趋势,以2001年为变化拐点;季节变化差异明显,春季风蚀量最大,多年均值为23.35亿吨,约占全年风蚀总量的50%。内蒙古高原草地生态系统防风固沙服务功能量达到89.42亿吨,多年变化呈下降趋势。防风固沙服务功能保有率的多年均值为67.18%,总体呈现上升趋势。  (4)内蒙古高原牧草地生态系统的草供给和防风固沙两大关键服务功能受气候变化和人类活动影响程度不同。牧草供给服务功能变化主要受人类活动影响,防风固沙服务功能变化主要由气候变化影响。由人类活动引起的生产力变化面积为47%,由气候变化引起的草地生产力变化面积为39.73%。由人类活动引起的草地风蚀模数变化面积为27.48%,由气候变化引起的风蚀模数变化为67.78%。  (5)气候变化和人类活动各因素对内蒙古高原草地生态系统关键服务功能影响有所不同。服务功能的时空动态变化与气候变化密切相关,降水是影响产草量变化的主导因子,气温变化抑制局部地区产草量的增加,风速显著影响风蚀模数。超载放牧和草地开垦、矿产开采等不合理的土地利用对草地生态系统关键服务功能产生不良影响。退牧还草、京滓风沙源综合治理、草原生态保护补助奖励等生态工程的实施有效提高了草地植被覆盖度,稳定了牧草供给量,降低了草地载畜压力,扭转了风蚀增加趋势,增强了草地生态系统的牧草供给和防风固沙服务功能。
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