黄旗海流域生态系统状况及变化特征

赵志平+肖能文+全占军+李春辉+杨印+付梦娣+常明+

摘要：基于遥感图像解译的1990、2000和2010年3期土地覆被/利用结果，分析了21年间黄旗海流域生态系统状况及其变化过程，揭示其变化的气候和经济驱动因子。结果表明，1990—2010年黄旗海流域高覆盖草地面积不断减少，主要是降水量和湿润指数下降导致的；林地面积前期有所减少，后期增加较多，可能与降水量和湿润指数下降、京津风沙源治理工程开展有关；旱地面积不断减少，居民地和建设用地不断增加，可能与经济高速发展导致旱地被占用有关。1990—2010年黄旗海流域生态系统状况指数大幅下降，前期主要是由土地退化指数下降主导的，后期是由土地退化指数下降、生物丰度指数下降和植被覆盖指数下降共同主导的。2010年生态系统状况指数为36.73，属于一般级别中的较低水平。

关键词：土地利用；生态系统状况；黄旗海流域

中图分类号：F301.2文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０14）08－1779-03

Ecosystem Condition and Changing Characteristics of Huangqihai Basin

ZHAO Zhi-ping1，XIAO Neng-wen1，QUAN Zhan-jun1，LI Chun-hui2，YANG Yin2，FU Meng-di1，CHANG Ming1

(1.Insititute of ecological environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012, China; 2. Government of Chahar Right Front Banner, Ulanqab, Inner Mongolia Autonomous Region, Chahar Right Front Banner 012200, Inner Mongolia, China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ａｎｄ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ｈｕａｎｇｑｉｈａｉ ｂａｓｉｎ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅｓ ｉｎ １９９０， ２０００， ２０１０， ｔｈｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｈｕａｎｇｑｉｈａｉ ｂａｓｉｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｏ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｄｕｒｉｎｇ １９９０ ａｎｄ ２０１０， ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｄｅｎｓｅ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｉｎｄｅｘ ｄｅｃｌｉｎｉｎｇ． Ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｄｕｒｉｎｇ １９９０ ａｎｄ ２０００ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ２０００ ａｎｄ ２０１０， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｅｃｌｉｎｉｎｇ， ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｉｎｄｅｘ， ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ－Ｔｉａｎｊｉｎ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｓａｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｊｅｃｔ． Ｆｒｏｍ １９９０ ｔｏ ２０１０， ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｃｒｏｐｌａｎｄ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｒｅｓｉｄｅｎｔ ｌａｎｄ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ Ｈｕａｎｇｑｉｈａｉ ｂａｓｉｎ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ａｓ ｃｌｉｍａｔｅ ａｒｉｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｄ ｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙ ｉｎ Ｈｕａｎｇｑｉｈａｉ ｂａｓｉｎ． Ｔｈｉｓ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｃｌｉｎｅ ｏｆ ｌａｎｄ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｄｕｒｉｎｇ １９９０ ａｎｄ ２０００， ｗｈｉｌｅ ｉｔ ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｅｃｌｉｎｅ ｏｆ ｌａｎｄ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ， ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｉｎｄｅｘ ｄｕｒｉｎｇ ２０００ ａｎｄ ２０１０． Ｉｎ ２０１０， ｔｈｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｗａｓ ３６．７３， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｉｎ ａ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｎｄ ｕｓｅ； ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； Ｈｕａｎｇｑｉｈａｉ ｂａｓｉｎ

随着气候变化、人口增长、环境污染、能源短缺等诸多全球性问题的日益突出，人类活动与陆地生态系统之间的相互作用研究越来越受到重视［1］。人类正以前所未有的速度和规模改变着人类赖以生存的地球环境，从而产生了一系列的全球环境问题［2］。

黄旗海位于内蒙古自治区乌兰察布市察哈尔右翼前旗境内中部，该旗东接兴和县，南邻丰镇市，西靠卓资县，北与察哈尔右翼后旗相连接。黄旗海流域是封闭性内陆流域，分布有河流、湖泊、盐沼等湿地类型，是自然形成的多类型、多层次的复杂生态系统，具有水陆过渡性、系统脆弱性、功能多样性和结构复杂性特征，支撑着较高的生产力。黄旗海流域在中国西北生态安全中具有重要功能和作用，是京津生态屏障的重要组成部分，同时黄旗海及周边湿地是中国西北地区生物多样性较为丰富的区域之一，也是鸟类迁徙的重要栖息地。２０世纪５０年代，黄旗海湖面面积为１３０ ｋｍ２，６０年代黄旗海湖面面积减少至１１０ ｋｍ２。近年来，由于工农业用水量增大，黄旗海湖面面积逐步缩小，引发了包括植被退化、沿湖滩涂湿地碱化严重、动物栖息地频临丧失等一系列问题。２００８年黄旗海彻底干涸，直至２０１２年，由于较大的降水量湖面恢复至２６．７５ ｋｍ２。目前黄旗海流域的生态状况不容乐观，植被覆盖度下降、湿地功能退化等生态环境问题依然存在。

本研究基于遥感图像解译的１９９０、２０００和２０１０年３期土地覆被／利用结果，分析了２１年间黄旗海流域生态系统状况及其变化过程，揭示其变化的气候和经济驱动因子，为黄旗海流域土地可持续发展和生态环境改善提供科学依据。

１研究区域概况

黄旗海是内蒙古八大湖泊之一，是中国西北地区著名的湿地之一。黄旗海流域涉及察右中旗东南部、察右后旗西南角、卓资县东部、整个察右前旗以及丰镇市北部。平均海拔１ ５５８ ｍ，年平均气温３．７２ ℃，年降水量３８０．２３ ｍｍ。黄旗海流域总面积为４６３９．３１ ｋｍ２，以黄旗海为中心，流域内１１条主要河流汇入该湖泊，分别为泉玉林河、霸王河、老平地泉河、呼和乌素河、磨子山河、隆盛庄河、谢家沟河、清水河、乌拉哈河、大巴河和纳令沟河。黄旗海湖盆封闭，水质因矿物质沉淀而呈碱性。区内土壤类型以栗钙土、草甸土和灰褐土为主，土地覆盖／利用类型以高覆盖草地和旱地为主。

２数据来源与方法

２．１数据来源

研究中使用到的气象站点数据是由中国气象局气象科学数据共享服务网下载（ｈｔｔｐ：／／ｃｄｃ．ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ），数据项包括日平均温度、日最高温度、日最低温度、风速、相对湿度、降水和日照时间。经过进一步计算各气象站点湿润指数后，利用ＡＮＵＳＰＬＩＮ软件插值成１ ｋｍ分辨率空间栅格数据［３，４］。植被净初级生产力（ＮＰＰ）数据来源于美国ＭＯＤＩＳ １７Ａ３产品［５］；１∶１００ ０００土壤侵蚀强度数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心［６］。

２．２方法

２．２．１湿润指数法采用美国陆地卫星Ｌａｎｄｓａｔ １９９０、２０００和２０１０年ＴＭ遥感影像数据，根据刘纪远等［７，８］提出的中国土地利用／土地覆被遥感分类系统，结合野外调查人机交互的解译方法，生成黄旗海流域１９９０、２０００和２０１０年３期土地覆被／利用数据。湿润指数［９］计算方法如公式（１）所示。

Ｉ■＝■－１×１００％（１）

式（１）中，Ｉｍ为湿润指数；Ｐ为年降水量；ＥＴ０为潜在蒸散量，采用１９９８年联合国粮农组织修订后的Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式［１０－１３］计算，如公式（２）所示。

EＴ０＝■（２）

式（２）中，Ｒ■为净辐射照度；Ｇ为土壤通量；γ为干湿常数；Δ为饱和水汽压曲线斜率；Ｕ２为２ ｍ高处的风速；ｅａ为实际水汽压；ｅｓ为平均饱和水汽压。净辐射Ｒｎ的计算公式如公式（３）所示。

Ｒｎ＝０．７７×（０．２４8＋０．７５２■）Ｒｓｏ－σ■０．５６－０．２５■０．１＋０．９■（３）

式（３）中， σ为Ｓｔｅｆａｎ－Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ常数（４．９０３×１０－９ ＭＪ／（Ｋ４·ｍ２·ｄ）；Ｔｍａｘ，ｋ、Ｔｍｉｎ，ｋ分别为热力学温度的最高和最低值；ｎ为实际日照时间；Ｎ为可照射时间；Ｒｓｏ为晴天辐射照度。

２．２．２生态环境状况分级标准参考ＨＪ／Ｔ １９２—２００６标准［１４］，从生物丰度指数、植被覆盖指数、土地退化指数３个方面构建指标体系，对１９９０、２０００和２０１０年黄旗海流域生态系统状况进行评价。根据生态系统状况指数，将评价结果分为５级，即优、良、一般、较差和差（表１）。

３结果与分析

３．１黄旗海流域年降水量和湿润指数

黄旗海流域年降水量和湿润指数变化如图１所示，由图１可知，１９９０—２００９年黄旗海流域年降水量和湿润指数在波动中整体呈下降趋势，气候变化趋于干旱。

3.2黄旗海流域土地覆被/利用变化

1990—2010年黄旗海流域旱地面积不断减少，居民地和建设用地不断增加，其中城市居民地和建设用地增加了6.12%，农村居民地和建设用地增加了3.61%。林地面积前期有所减少，后期增加较多。高覆盖草地面积不断减少，中覆盖和低覆盖草地面积先增加后减少。水体与沼泽面积先减少后增加，沙地、盐碱地和裸岩石质地面积前期增加，后期减少（表2）。

3.3黄旗海流域生态系统状况变化

1990—2010年黄旗海流域生态系统状况总体呈下降趋势（图2）。1990年该区生态系统状况指数为50.18，属于一般级别中的较高水平，植被覆盖度中等，生物多样性为一般水平，较适合人类生存，但有不适人类生存的制约性因子出现。其中土地退化指数最高，为78.29，表明该区内的生态系统在水土保持、防风固沙方面起着十分重要的作用；生物丰度指数最低，为33.15，表明该区生态系统结构类型中林地、高覆盖草地面积较少。2000年生态系统状况指数下降10.80%，主要原因是土地退化指数下降了18.68%。2010年生态系统状况指数比2000年下降17.95%，为36.73，属于一般级别中的较低水平，主要是由土地退化指数下降22.97%所导致的，同时生物丰度指数和植被覆盖指数下降幅度分别达到15.07%和13.37%。

4讨论

内蒙古自治区黄旗海流域属于半干旱地区，降水量对该区植被和生态系统十分重要。1990—2009年黄旗海流域年降水量和湿润指数整体呈下降趋势，气候变化愈加干旱，对该区林地和高覆盖草地植被生长十分不利。1990—2010年高覆盖草地面积不断下降可能与此有关。林地面积前期有所减少，后期增加较多，可能与降水量和湿润指数下降、京津风沙源治理工程开展有关。京津风沙源治理工程在黄旗海流域实施10年，取得了有目共睹的生态建设成效，其中人工造林234.87 km2，飞播造林48.67 km2，封山育林222.00 km2，人工种草75.33 km2，围栏封育天然草场106.53 km2，基本草牧场7.47 km2。1990—2010年黄旗海流域旱地面积不断减少，居民地和建设用地不断增加，并且城市居民地和建设用地增加速率大于农村居民地和建设用地，可能与该区经济高速发展、第二和第三产业生产总值不断升高有关，经济发展必然会导致城市扩展和耕地占用。1990—2009年内蒙古乌兰察布市GDP不断增加，至2009年达到500.01亿元，与此同时农业GDP比例不断下降，2009年下降至15.64%。在上述背景下，1990—2010年黄旗海流域生态系统状况指数大幅下降，前期主要是由土地退化指数下降主导的，后期是由土地退化指数下降、生物丰度指数下降和植被覆盖指数下降共同主导的。2010年生态系统状况指数为36.73，属于一般级别中的较低水平。

参考文献：

［１］ 刘纪远，邓祥征． ＬＵＣＣ时空过程研究的方法进展［Ｊ］． 科学通报，２００９，５４（２１）：３２５１－３２５８．

［２］ 赵捷，李兰维，左轶璆． 包头市土地利用变化及其经济驱动因素分析［Ｊ］． 江苏农业科学，２０１２，４０（１０）：４１６－４２０．

［３］ ＨＵＳＴＣＨＩＮＳＯＮ Ｍ Ｆ． Ａｎｕｓｐｌｉｎ Ｖｅｒｓｉｏｎ ４．２ Ｕｓｅｒ Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．Ｃａｎｂｅｒｒａ，Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ：Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２．

［４］ ＨＵＳＴＣＨＩＮＳＯＮ Ｍ Ｆ． Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｉｎｆａｌｌ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｔｈｉｎ ｐｌａｔｅ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｓｐｌｉｎｅｓ－ｐａｒｔ Ⅰ：Ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｏｆ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ，１９９８，２（２）：１３９－１５１．

［５］ ＺＨＡＯ Ｍ Ｓ， ＲＵＮＮＩＮＧ Ｓ Ｗ． Ｄｒｏｕｇｈｔ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｇｌｏｂａｌ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｎｅｔ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ２０００ ｔｈｒｏｕｇｈ ２００９［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，３２９：９４０－９４３．

［６］ 赵晓丽，张增祥，刘斌，等． 基于遥感和ＧＩＳ的全国土壤侵蚀动态监测方法研究［Ｊ］． 水土保持通报，２００２，２２（４）：２９－３０．

［７］ 刘纪远，刘明亮，庄大方，等．中国近期土地利用变化的空间格局分析［Ｊ］．中国科学（Ｄ辑），２００２，３２（１２）：１０３３－１０３４．

［８］ 刘纪远，布和敖斯尔．中国土地利用变化现代过程时空特征的研究——基于卫星遥感数据［Ｊ］．第四纪研究，２０００，２０（３）：２３１－２３２．

［９］ ＴＨＯＲＮＴＨＷＡＩＴＥ Ｃ Ｗ． Ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏｗａｒｄ ａ ｒａｔｉｏｎａｌ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｅ［Ｊ］． Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ，１９４８，３８（１）：５５－９４．

［１０］ ＰＥＮＭＡＮ Ｈ Ｃ． Ｎａｔｕｒａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ ｗａｔｅｒ， ｂａｒｅ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｇｒａｓｓ［Ｊ］． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ ｏｆ Ｌｏｎｄｏｎ，Ｓｅｒｉｅｓ Ａ， Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ，１９４８，１９３（１０３２）：１２０－１４５．

［１１］ ＡＬＬＥＮ Ｒ Ｇ， ＰＥＲＥＩＲＡ Ｌ Ｓ， ＲＡＥＳ Ｄ， ｅｔ ａｌ． Ｃｒｏｐ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ－Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｒｏｐ ｗａｔｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ［ＥＢ／ＯＬ］． ｈｔｔｐ： ／／ｗｗｗ． ｆａｏ． ｏｒｇ ／ ｄｏｃｒｅｐ ／ ｘ０４９０ｅ ／ ｘ０４９０ｅ００．ｈｔｍ，１９９８－０５－０５．

［１２］ 尹云鹤，吴绍洪，郑度，等． 近３０年我国干湿状况变化的区域差异［Ｊ］． 科学通报，２００５，５０（１５）：１６３６－１６４２．

［１３］ 吴绍洪，尹云鹤，郑度，等． 近３０年中国陆地表层干湿状况研究［Ｊ］．中国科学（Ｄ辑），２００５，３５（３）：２７６－２８３．

［１４］ ＨＪ／Ｔ １９２—２００６，生态环境状况评价技术规范（试行）［Ｓ］．

２数据来源与方法

２．１数据来源

研究中使用到的气象站点数据是由中国气象局气象科学数据共享服务网下载（ｈｔｔｐ：／／ｃｄｃ．ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ），数据项包括日平均温度、日最高温度、日最低温度、风速、相对湿度、降水和日照时间。经过进一步计算各气象站点湿润指数后，利用ＡＮＵＳＰＬＩＮ软件插值成１ ｋｍ分辨率空间栅格数据［３，４］。植被净初级生产力（ＮＰＰ）数据来源于美国ＭＯＤＩＳ １７Ａ３产品［５］；１∶１００ ０００土壤侵蚀强度数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心［６］。

２．２方法

２．２．１湿润指数法采用美国陆地卫星Ｌａｎｄｓａｔ １９９０、２０００和２０１０年ＴＭ遥感影像数据，根据刘纪远等［７，８］提出的中国土地利用／土地覆被遥感分类系统，结合野外调查人机交互的解译方法，生成黄旗海流域１９９０、２０００和２０１０年３期土地覆被／利用数据。湿润指数［９］计算方法如公式（１）所示。

Ｉ■＝■－１×１００％（１）

式（１）中，Ｉｍ为湿润指数；Ｐ为年降水量；ＥＴ０为潜在蒸散量，采用１９９８年联合国粮农组织修订后的Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式［１０－１３］计算，如公式（２）所示。

EＴ０＝■（２）

式（２）中，Ｒ■为净辐射照度；Ｇ为土壤通量；γ为干湿常数；Δ为饱和水汽压曲线斜率；Ｕ２为２ ｍ高处的风速；ｅａ为实际水汽压；ｅｓ为平均饱和水汽压。净辐射Ｒｎ的计算公式如公式（３）所示。

Ｒｎ＝０．７７×（０．２４8＋０．７５２■）Ｒｓｏ－σ■０．５６－０．２５■０．１＋０．９■（３）

式（３）中， σ为Ｓｔｅｆａｎ－Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ常数（４．９０３×１０－９ ＭＪ／（Ｋ４·ｍ２·ｄ）；Ｔｍａｘ，ｋ、Ｔｍｉｎ，ｋ分别为热力学温度的最高和最低值；ｎ为实际日照时间；Ｎ为可照射时间；Ｒｓｏ为晴天辐射照度。

２．２．２生态环境状况分级标准参考ＨＪ／Ｔ １９２—２００６标准［１４］，从生物丰度指数、植被覆盖指数、土地退化指数３个方面构建指标体系，对１９９０、２０００和２０１０年黄旗海流域生态系统状况进行评价。根据生态系统状况指数，将评价结果分为５级，即优、良、一般、较差和差（表１）。

３结果与分析

３．１黄旗海流域年降水量和湿润指数

黄旗海流域年降水量和湿润指数变化如图１所示，由图１可知，１９９０—２００９年黄旗海流域年降水量和湿润指数在波动中整体呈下降趋势，气候变化趋于干旱。

3.2黄旗海流域土地覆被/利用变化

1990—2010年黄旗海流域旱地面积不断减少，居民地和建设用地不断增加，其中城市居民地和建设用地增加了6.12%，农村居民地和建设用地增加了3.61%。林地面积前期有所减少，后期增加较多。高覆盖草地面积不断减少，中覆盖和低覆盖草地面积先增加后减少。水体与沼泽面积先减少后增加，沙地、盐碱地和裸岩石质地面积前期增加，后期减少（表2）。

3.3黄旗海流域生态系统状况变化

1990—2010年黄旗海流域生态系统状况总体呈下降趋势（图2）。1990年该区生态系统状况指数为50.18，属于一般级别中的较高水平，植被覆盖度中等，生物多样性为一般水平，较适合人类生存，但有不适人类生存的制约性因子出现。其中土地退化指数最高，为78.29，表明该区内的生态系统在水土保持、防风固沙方面起着十分重要的作用；生物丰度指数最低，为33.15，表明该区生态系统结构类型中林地、高覆盖草地面积较少。2000年生态系统状况指数下降10.80%，主要原因是土地退化指数下降了18.68%。2010年生态系统状况指数比2000年下降17.95%，为36.73，属于一般级别中的较低水平，主要是由土地退化指数下降22.97%所导致的，同时生物丰度指数和植被覆盖指数下降幅度分别达到15.07%和13.37%。

4讨论

内蒙古自治区黄旗海流域属于半干旱地区，降水量对该区植被和生态系统十分重要。1990—2009年黄旗海流域年降水量和湿润指数整体呈下降趋势，气候变化愈加干旱，对该区林地和高覆盖草地植被生长十分不利。1990—2010年高覆盖草地面积不断下降可能与此有关。林地面积前期有所减少，后期增加较多，可能与降水量和湿润指数下降、京津风沙源治理工程开展有关。京津风沙源治理工程在黄旗海流域实施10年，取得了有目共睹的生态建设成效，其中人工造林234.87 km2，飞播造林48.67 km2，封山育林222.00 km2，人工种草75.33 km2，围栏封育天然草场106.53 km2，基本草牧场7.47 km2。1990—2010年黄旗海流域旱地面积不断减少，居民地和建设用地不断增加，并且城市居民地和建设用地增加速率大于农村居民地和建设用地，可能与该区经济高速发展、第二和第三产业生产总值不断升高有关，经济发展必然会导致城市扩展和耕地占用。1990—2009年内蒙古乌兰察布市GDP不断增加，至2009年达到500.01亿元，与此同时农业GDP比例不断下降，2009年下降至15.64%。在上述背景下，1990—2010年黄旗海流域生态系统状况指数大幅下降，前期主要是由土地退化指数下降主导的，后期是由土地退化指数下降、生物丰度指数下降和植被覆盖指数下降共同主导的。2010年生态系统状况指数为36.73，属于一般级别中的较低水平。

参考文献：

［１］ 刘纪远，邓祥征． ＬＵＣＣ时空过程研究的方法进展［Ｊ］． 科学通报，２００９，５４（２１）：３２５１－３２５８．

［２］ 赵捷，李兰维，左轶璆． 包头市土地利用变化及其经济驱动因素分析［Ｊ］． 江苏农业科学，２０１２，４０（１０）：４１６－４２０．

［３］ ＨＵＳＴＣＨＩＮＳＯＮ Ｍ Ｆ． Ａｎｕｓｐｌｉｎ Ｖｅｒｓｉｏｎ ４．２ Ｕｓｅｒ Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．Ｃａｎｂｅｒｒａ，Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ：Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２．

［４］ ＨＵＳＴＣＨＩＮＳＯＮ Ｍ Ｆ． Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｉｎｆａｌｌ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｔｈｉｎ ｐｌａｔｅ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｓｐｌｉｎｅｓ－ｐａｒｔ Ⅰ：Ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｏｆ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ，１９９８，２（２）：１３９－１５１．

［５］ ＺＨＡＯ Ｍ Ｓ， ＲＵＮＮＩＮＧ Ｓ Ｗ． Ｄｒｏｕｇｈｔ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｇｌｏｂａｌ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｎｅｔ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ２０００ ｔｈｒｏｕｇｈ ２００９［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，３２９：９４０－９４３．

［６］ 赵晓丽，张增祥，刘斌，等． 基于遥感和ＧＩＳ的全国土壤侵蚀动态监测方法研究［Ｊ］． 水土保持通报，２００２，２２（４）：２９－３０．

［７］ 刘纪远，刘明亮，庄大方，等．中国近期土地利用变化的空间格局分析［Ｊ］．中国科学（Ｄ辑），２００２，３２（１２）：１０３３－１０３４．

［８］ 刘纪远，布和敖斯尔．中国土地利用变化现代过程时空特征的研究——基于卫星遥感数据［Ｊ］．第四纪研究，２０００，２０（３）：２３１－２３２．

［９］ ＴＨＯＲＮＴＨＷＡＩＴＥ Ｃ Ｗ． Ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏｗａｒｄ ａ ｒａｔｉｏｎａｌ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｅ［Ｊ］． Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ，１９４８，３８（１）：５５－９４．

［１０］ ＰＥＮＭＡＮ Ｈ Ｃ． Ｎａｔｕｒａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ ｗａｔｅｒ， ｂａｒｅ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｇｒａｓｓ［Ｊ］． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ ｏｆ Ｌｏｎｄｏｎ，Ｓｅｒｉｅｓ Ａ， Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ，１９４８，１９３（１０３２）：１２０－１４５．

［１１］ ＡＬＬＥＮ Ｒ Ｇ， ＰＥＲＥＩＲＡ Ｌ Ｓ， ＲＡＥＳ Ｄ， ｅｔ ａｌ． Ｃｒｏｐ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ－Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｒｏｐ ｗａｔｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ［ＥＢ／ＯＬ］． ｈｔｔｐ： ／／ｗｗｗ． ｆａｏ． ｏｒｇ ／ ｄｏｃｒｅｐ ／ ｘ０４９０ｅ ／ ｘ０４９０ｅ００．ｈｔｍ，１９９８－０５－０５．

［１２］ 尹云鹤，吴绍洪，郑度，等． 近３０年我国干湿状况变化的区域差异［Ｊ］． 科学通报，２００５，５０（１５）：１６３６－１６４２．

［１３］ 吴绍洪，尹云鹤，郑度，等． 近３０年中国陆地表层干湿状况研究［Ｊ］．中国科学（Ｄ辑），２００５，３５（３）：２７６－２８３．

［１４］ ＨＪ／Ｔ １９２—２００６，生态环境状况评价技术规范（试行）［Ｓ］．

２数据来源与方法

２．１数据来源

研究中使用到的气象站点数据是由中国气象局气象科学数据共享服务网下载（ｈｔｔｐ：／／ｃｄｃ．ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ），数据项包括日平均温度、日最高温度、日最低温度、风速、相对湿度、降水和日照时间。经过进一步计算各气象站点湿润指数后，利用ＡＮＵＳＰＬＩＮ软件插值成１ ｋｍ分辨率空间栅格数据［３，４］。植被净初级生产力（ＮＰＰ）数据来源于美国ＭＯＤＩＳ １７Ａ３产品［５］；１∶１００ ０００土壤侵蚀强度数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心［６］。

２．２方法

２．２．１湿润指数法采用美国陆地卫星Ｌａｎｄｓａｔ １９９０、２０００和２０１０年ＴＭ遥感影像数据，根据刘纪远等［７，８］提出的中国土地利用／土地覆被遥感分类系统，结合野外调查人机交互的解译方法，生成黄旗海流域１９９０、２０００和２０１０年３期土地覆被／利用数据。湿润指数［９］计算方法如公式（１）所示。

Ｉ■＝■－１×１００％（１）

式（１）中，Ｉｍ为湿润指数；Ｐ为年降水量；ＥＴ０为潜在蒸散量，采用１９９８年联合国粮农组织修订后的Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式［１０－１３］计算，如公式（２）所示。

EＴ０＝■（２）

式（２）中，Ｒ■为净辐射照度；Ｇ为土壤通量；γ为干湿常数；Δ为饱和水汽压曲线斜率；Ｕ２为２ ｍ高处的风速；ｅａ为实际水汽压；ｅｓ为平均饱和水汽压。净辐射Ｒｎ的计算公式如公式（３）所示。

Ｒｎ＝０．７７×（０．２４8＋０．７５２■）Ｒｓｏ－σ■０．５６－０．２５■０．１＋０．９■（３）

式（３）中， σ为Ｓｔｅｆａｎ－Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ常数（４．９０３×１０－９ ＭＪ／（Ｋ４·ｍ２·ｄ）；Ｔｍａｘ，ｋ、Ｔｍｉｎ，ｋ分别为热力学温度的最高和最低值；ｎ为实际日照时间；Ｎ为可照射时间；Ｒｓｏ为晴天辐射照度。

２．２．２生态环境状况分级标准参考ＨＪ／Ｔ １９２—２００６标准［１４］，从生物丰度指数、植被覆盖指数、土地退化指数３个方面构建指标体系，对１９９０、２０００和２０１０年黄旗海流域生态系统状况进行评价。根据生态系统状况指数，将评价结果分为５级，即优、良、一般、较差和差（表１）。

３结果与分析

３．１黄旗海流域年降水量和湿润指数

黄旗海流域年降水量和湿润指数变化如图１所示，由图１可知，１９９０—２００９年黄旗海流域年降水量和湿润指数在波动中整体呈下降趋势，气候变化趋于干旱。

3.2黄旗海流域土地覆被/利用变化

1990—2010年黄旗海流域旱地面积不断减少，居民地和建设用地不断增加，其中城市居民地和建设用地增加了6.12%，农村居民地和建设用地增加了3.61%。林地面积前期有所减少，后期增加较多。高覆盖草地面积不断减少，中覆盖和低覆盖草地面积先增加后减少。水体与沼泽面积先减少后增加，沙地、盐碱地和裸岩石质地面积前期增加，后期减少（表2）。

3.3黄旗海流域生态系统状况变化

1990—2010年黄旗海流域生态系统状况总体呈下降趋势（图2）。1990年该区生态系统状况指数为50.18，属于一般级别中的较高水平，植被覆盖度中等，生物多样性为一般水平，较适合人类生存，但有不适人类生存的制约性因子出现。其中土地退化指数最高，为78.29，表明该区内的生态系统在水土保持、防风固沙方面起着十分重要的作用；生物丰度指数最低，为33.15，表明该区生态系统结构类型中林地、高覆盖草地面积较少。2000年生态系统状况指数下降10.80%，主要原因是土地退化指数下降了18.68%。2010年生态系统状况指数比2000年下降17.95%，为36.73，属于一般级别中的较低水平，主要是由土地退化指数下降22.97%所导致的，同时生物丰度指数和植被覆盖指数下降幅度分别达到15.07%和13.37%。

4讨论

内蒙古自治区黄旗海流域属于半干旱地区，降水量对该区植被和生态系统十分重要。1990—2009年黄旗海流域年降水量和湿润指数整体呈下降趋势，气候变化愈加干旱，对该区林地和高覆盖草地植被生长十分不利。1990—2010年高覆盖草地面积不断下降可能与此有关。林地面积前期有所减少，后期增加较多，可能与降水量和湿润指数下降、京津风沙源治理工程开展有关。京津风沙源治理工程在黄旗海流域实施10年，取得了有目共睹的生态建设成效，其中人工造林234.87 km2，飞播造林48.67 km2，封山育林222.00 km2，人工种草75.33 km2，围栏封育天然草场106.53 km2，基本草牧场7.47 km2。1990—2010年黄旗海流域旱地面积不断减少，居民地和建设用地不断增加，并且城市居民地和建设用地增加速率大于农村居民地和建设用地，可能与该区经济高速发展、第二和第三产业生产总值不断升高有关，经济发展必然会导致城市扩展和耕地占用。1990—2009年内蒙古乌兰察布市GDP不断增加，至2009年达到500.01亿元，与此同时农业GDP比例不断下降，2009年下降至15.64%。在上述背景下，1990—2010年黄旗海流域生态系统状况指数大幅下降，前期主要是由土地退化指数下降主导的，后期是由土地退化指数下降、生物丰度指数下降和植被覆盖指数下降共同主导的。2010年生态系统状况指数为36.73，属于一般级别中的较低水平。

参考文献：

［１］ 刘纪远，邓祥征． ＬＵＣＣ时空过程研究的方法进展［Ｊ］． 科学通报，２００９，５４（２１）：３２５１－３２５８．

［２］ 赵捷，李兰维，左轶璆． 包头市土地利用变化及其经济驱动因素分析［Ｊ］． 江苏农业科学，２０１２，４０（１０）：４１６－４２０．

［３］ ＨＵＳＴＣＨＩＮＳＯＮ Ｍ Ｆ． Ａｎｕｓｐｌｉｎ Ｖｅｒｓｉｏｎ ４．２ Ｕｓｅｒ Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．Ｃａｎｂｅｒｒａ，Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ：Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２．

［４］ ＨＵＳＴＣＨＩＮＳＯＮ Ｍ Ｆ． Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｉｎｆａｌｌ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｔｈｉｎ ｐｌａｔｅ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｓｐｌｉｎｅｓ－ｐａｒｔ Ⅰ：Ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｏｆ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ，１９９８，２（２）：１３９－１５１．

［５］ ＺＨＡＯ Ｍ Ｓ， ＲＵＮＮＩＮＧ Ｓ Ｗ． Ｄｒｏｕｇｈｔ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｇｌｏｂａｌ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｎｅｔ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ２０００ ｔｈｒｏｕｇｈ ２００９［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，３２９：９４０－９４３．

［６］ 赵晓丽，张增祥，刘斌，等． 基于遥感和ＧＩＳ的全国土壤侵蚀动态监测方法研究［Ｊ］． 水土保持通报，２００２，２２（４）：２９－３０．

［７］ 刘纪远，刘明亮，庄大方，等．中国近期土地利用变化的空间格局分析［Ｊ］．中国科学（Ｄ辑），２００２，３２（１２）：１０３３－１０３４．

［８］ 刘纪远，布和敖斯尔．中国土地利用变化现代过程时空特征的研究——基于卫星遥感数据［Ｊ］．第四纪研究，２０００，２０（３）：２３１－２３２．

［９］ ＴＨＯＲＮＴＨＷＡＩＴＥ Ｃ Ｗ． Ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏｗａｒｄ ａ ｒａｔｉｏｎａｌ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｅ［Ｊ］． Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ，１９４８，３８（１）：５５－９４．

［１０］ ＰＥＮＭＡＮ Ｈ Ｃ． Ｎａｔｕｒａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｐｅｎ ｗａｔｅｒ， ｂａｒｅ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｇｒａｓｓ［Ｊ］． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ ｏｆ Ｌｏｎｄｏｎ，Ｓｅｒｉｅｓ Ａ， Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ，１９４８，１９３（１０３２）：１２０－１４５．

［１１］ ＡＬＬＥＮ Ｒ Ｇ， ＰＥＲＥＩＲＡ Ｌ Ｓ， ＲＡＥＳ Ｄ， ｅｔ ａｌ． Ｃｒｏｐ ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ－Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｒｏｐ ｗａｔｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ［ＥＢ／ＯＬ］． ｈｔｔｐ： ／／ｗｗｗ． ｆａｏ． ｏｒｇ ／ ｄｏｃｒｅｐ ／ ｘ０４９０ｅ ／ ｘ０４９０ｅ００．ｈｔｍ，１９９８－０５－０５．

［１２］ 尹云鹤，吴绍洪，郑度，等． 近３０年我国干湿状况变化的区域差异［Ｊ］． 科学通报，２００５，５０（１５）：１６３６－１６４２．

［１３］ 吴绍洪，尹云鹤，郑度，等． 近３０年中国陆地表层干湿状况研究［Ｊ］．中国科学（Ｄ辑），２００５，３５（３）：２７６－２８３．

［１４］ ＨＪ／Ｔ １９２—２００６，生态环境状况评价技术规范（试行）［Ｓ］．