气候变化及人为干扰对西藏地区草地退化的影响研究

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武爽^,¹^,², 冯险峰^,¹^,², 孔玲玲¹^,², 刘子川¹^,², 姚玄楚¹

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

Effects of climate variation and human activities on grassland degradation in Tibet

WU Shuang^,¹^,², FENG Xianfeng^,¹^,², KONG Lingling¹^,², LIU Zichuan¹^,², YAO Xuanchu¹

1. State Key Laboratory of Resources and Environmental Information on System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

通讯作者: 冯险峰（1970-）,女,河南新乡人,博士,副研究员,主要从事生态环境遥感应用与制图研究。E-mail:fengxf@lreis.ac.cn

收稿日期:2020-06-30接受日期:2020-12-10网络出版日期:2021-05-10

基金资助:

中国科学院战略性先导科技专项.XDA20040401

Received:2020-06-30Accepted:2020-12-10Online:2021-05-10
作者简介 About authors
武爽（1997-）,女,河北石家庄人,硕士,主要从事遥感地学分析研究。E-mail:wus.18s@igsnrr.ac.cn

摘要
随着草地保护政策的实施,气候及人为干扰对西藏地区草地退化的影响作用发生变化,明确草地退化的影响因素,评价草地保护政策对草地退化恢复的效用,是合理保护西藏地区草地生态平衡的基础。本文以西藏地区为研究区,基于1995—2015年GIMMS-NDVI及统计数据估测草地退化情况,并通过残差分析及回归分析评估了气候变化、人为干扰各自对草地退化的影响,确定出影响西藏地区草地退化的主要因素,并着重探究草地保护政策实施后,放牧干扰对于草地退化的影响情况变化。结果表明：① 1995—2015年西藏地区草地退化面积在908.52万~5207.06万hm²之间波动,整体呈先降后升,复降再升的反复变化过程,草地退化高值区域有由西北向东南方向转移的趋势。② 1995—2015年西藏地区草地区域气温上升显著,而降水方面未表现出明显的变化趋势,气候因素显著影响西藏草地退化区域面积占比为27.96%,温度主导草地退化的区域主要分布于藏南地区,降水主导草地退化的区域分布较为分散。③ 人为干扰对草地退化影响区域占比在2012年前后大体呈先减少后增加的趋势,放牧干扰在2012年后对草地退化影响减弱,表明草地保护政策有所成效,其中牧业县效果最为明显。④ 西藏地区草地退化的驱动因素以人为干扰作用为主,气候因素引起的草地退化较少,并且为恶化作用。
关键词： 西藏;草地退化;气候变化;人为干扰;放牧强度

Abstract

With the implementation of grassland protection policy, the effects of climate variation and human activities on grassland degradation in Tibet have changed. To identify the main factors of grassland degradation and evaluate the effectiveness of grassland protection policy on grassland recovery is the basis of reasonable protection of grassland ecological balance in Tibet. The grassland degradation of Tibet is estimated based on the data of GIMMS-NDVI and statistical data from 1995 to 2015. Then the paper evaluates the effects of climate variation and human activities on grassland degradation through residual analysis and regression analysis, in order to identify the main factors affecting grassland degradation in Tibet. And it emphatically explores what changes have taken place in the impact of grazing disturbance on grassland degradation after the implementation of grassland protection policy. Through the research and analysis, some conclusions can be drawn as follows. (1) From 1995 to 2015, the grassland degradation area in Tibet ranged from 908.52 ten thousand hectare to 5207.06 ten thousand hectare, and the change trend is a repeated process of first decreasing and then increasing. The high value area of grassland degradation shows the spatial distribution trend of transferring from northwest to southeast. (2) The temperature of grassland in Tibet increased significantly, but there was no obvious change in terms of the precipitation. Through the analysis of the impact of climate factors on grassland degradation, the results show that the proportion of grassland degradation area affected by climate is 27.96%, and the grassland degradation area dominated by temperature is mainly distributed in southern Tibet, while the area dominated by precipitation is scattered. (3) The proportion of the grassland degradation region affected by human activities generally decreased, followed by an increase after 2012. The grazing disturbance had a significant effect on grassland degradation, but the influence was weakened after 2012, suggesting that the grassland protection policy was effective, and the effect in pastoral counties was most obvious. (4) Human activities were the main driving factor of the significant change area of grassland degradation, and only a few grassland degradation areas were affected by climate factors alone, which had all exerted deteriorating effects.

Keywords：Tibet;grassland degradation;climate variation;human activities;grazing intensity

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本文引用格式
武爽, 冯险峰, 孔玲玲, 刘子川, 姚玄楚. 气候变化及人为干扰对西藏地区草地退化的影响研究. 地理研究[J], 2021, 40(5): 1265-1279 doi:10.11821/dlyj020200594
WU Shuang, FENG Xianfeng, KONG Lingling, LIU Zichuan, YAO Xuanchu. Effects of climate variation and human activities on grassland degradation in Tibet. Geographical Research[J], 2021, 40(5): 1265-1279 doi:10.11821/dlyj020200594

1 引言

在长期的草地退化研究中,国内外****根据各自的理解分别给出草地退化的定义^[1,2,3,4,5],目前通用的草地退化定义是指气候或人为干扰超出草地生态系统的自我调节阈值,使其难以恢复并出现逆向演替变化的现象^[6]。草地退化的定义主要分为生态学及草地经营学两种角度^[7],前者侧重于草原生态系统的逆向演替过程,而后者侧重于对草地利用价值的评价包括草场生产力降低、质量下降和生境变劣等^[8]。草地退化主要有植被退化与土壤退化两种表现,其中植被退化表现为草地覆盖度减少、草地高度降低、地上生物量降低、产草量降低等;土壤退化表现为土壤有机质含量下降、土壤容重比例增加、土壤养分含量下降等^[9]。植被退化属于地表特征,往往先于土壤退化发生^[8],本文主要针对植被退化,侧重草地覆盖度减少。

西藏位于青藏高原西南部,是地球第三极的核心,是中国乃至亚洲地区重要的生态安全屏障^[10,11]。近年来,随着全球气候变化及人类活动影响,西藏高原草原生态系统已遭到不同程度的破坏^[12],草地退化也逐渐引起了人们的重视^[13],2011年西藏全区退化草地总面积1960.9万 hm²,占草地总面积的22%^[14]235。草地退化导致西藏地区的草原生态失衡,也对西藏地区经济造成损失。

现有研究普遍认为西藏地区草地退化主要受到人为干扰以及气候变化的共同影响^[15],而随着退牧还草工程以及草地保护政策实施,西藏地区草地退化分布情况及驱动因素等均发生了改变^[16],为明确这些变化,本文基于GIMMS-NDVI及统计数据,以西藏地区为研究区,分析了西藏地区1995—2015年间草地退化的时空分布特征,利用残差分析从气候因素、人为干扰等角度明确了影响西藏地区草地退化的主要因素,探究放牧强度与草地退化之间的相关性,评价国家草地保护政策对草地退化恢复的效用,为合理保护西藏地区草地生态平衡提供理论依据。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究区概况

西藏自治区（26°50′N~36°53′N,78°25′E~99°06′E）是“世界屋脊”青藏高原的主体,平均海拔超过4000 m。西北严寒干燥,东南温暖湿润,形成了不同的区域气候和垂直气候带^[17]。西藏地区气温较低,降水分布不均匀,大部分地区多年平均降水量在500 mm以下^[18]。由于特殊的地形地貌及气候特征,西藏地区形成了独特的植被生态系统,其主要草地类型包括高寒草原、高寒草甸、山地草甸和高寒荒漠等。全区共计有8820.1万hm²不同类型的草地,草地总面积占全国的22%,占全区土地总面积的61%,其中可利用草地面积7716.6万hm²,约占全国草地总面积的19%^[14]3,[19]。西藏自治区下辖拉萨市、昌都市、日喀则市、林芝市、山南市、那曲市以及阿里地区（如图1所示）。

图1

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图1研究区范围示意

注：此图基于国家自然资源部标准地图服务系统的标准地图（审图号：GS(2019)3333号）绘制,底图无修改。
Fig. 1Location of Tibet autonomous region

2.2 数据来源

（1）GIMMS数据。本次研究使用的NDVI数据是由GIMMS提供的时间序列为1981—2015年的数据集,时间分辨率为15 day,空间分辨率为8 km。研究基于ArcGIS软件平台,利用最大值合成法,得到研究区1995—2015年每年的最大植被指数。

（2）土地利用数据来自于中国土地利用现状遥感监测数据集,包括1990—2015年每五年的土地利用数据,利用重采样将其空间分辨率由100 m调整为8 km。

（3）气象数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心,包括年平均气温以及年降水量,单位分别为0.1 ℃及0.1 mm,利用重采样将其空间分辨率由1 km调整为8 km。

（4）统计数据。研究中所使用的统计数据包括1995—2015年西藏各县的牲畜存栏量数据,数据来源于《西藏统计年鉴》^[20],及2011—2014年西藏自治区草原普查数据,包括各县草地退化面积以及草地退化比例等数据,数据来源于西藏自治区农牧厅编写的《西藏自治区草原资源与生态统计资料》^[14]。

2.3 研究方法

2.3.1 植被覆盖度计算本文通过像元二分模型进行植被覆盖度的计算^[21]。像元二分模型假设陆地像元仅包括裸土或无植被覆盖区域以及完全植被覆盖区两种类型,模型公式为：

（1）

VFC = \frac{NDVI - NDV I_{\min}}{NDV I_{\max} - NDV I_{\min}}

式中：VFC表示植被覆盖度;

NDV I_{\max}

和

NDV I_{\min}

分别为研究区内出现概率为95%的NDVI值及出现概率为5%的NDVI值。

2.3.2 草地退化估测根据国家草地退化标准与草地退化程度分级标准^[22],本次研究以各像元1981—1985 年的年际最大草地植被盖度作为未退化草地的基准（见表1）,将各像元植被盖度达到未退化草地植被盖度（1981—1985年年最大草地植被盖度）90%以下的区域作为草地退化区域,将其所占面积作为草地退化面积,得到像元尺度的草地退化情况。

Tab. 1
表1
表1草地退化评价指标、标准及等级划分标准
Tab. 1Evaluation index, standard and grading standard of grassland degradation

评价指标	监测与评价标准	退化等级	草地退化等级划分标准
草地植被覆盖度	未退化草地植被覆盖（1981—1985年的草地最大植被覆盖度）	未退化	草地植被覆盖度达到未退化草地植被覆盖度的90%以上
		轻度退化	草地植被覆盖度达到未退化草地植被覆盖度的80%~90%
		中度退化	草地植被覆盖度达到未退化草地植被覆盖度的70%~80%
		重度退化	草地植被覆盖度达到未退化草地植被覆盖度的70%以下

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2.3.3 时间序列分析采用最小二乘法拟合变量随时间的变化速率,即变量随时间变化的线性回归系数,可采用一元线性回归方程表示。

（2）

y = at + b, t = 1,2, \dots, n (n \leq 50)

式中：y表示变量;t表示时间;a表示变量随时间的变化速率。

2.3.4 归一化多元线性回归分析利用草地退化变化与多气候因素的归一化多元线性回归分析,分析各气候因子对草地退化的共同作用及各自的权重。

（3）

\frac{y - \overset{ˉ}{y}}{σy} = β_{0} + β_{1} \frac{x_{p} - \overset{ˉ}{x_{p}}}{σ x_{p}} + β_{2} \frac{x_{t} - \overset{ˉ}{x_{t}}}{σ x_{t}}

式中：

\overset{ˉ}{y}

表示多年草地退化面积平均值;

σy

为多年草地退化面积的标准差;

\overset{ˉ}{x_{p}}

、

\overset{ˉ}{x_{t}}

分别为降水、温度因子的多年平均值;

σ x_{p}

、

σ x_{t}

为降水、温度因子的标准差;

β_{0}

、

β_{1}

、

β_{2}

为回归方程各项系数;其中

β_{0}

为常数项系数,

β_{1}

、

β_{2}

分别为降水、温度对草地退化变化的影响权重。利用F检验对公式（3）结果进行显著性检验,如果显著性水平指示因子P<0.05,认为该地区草地退化与气候因素的相关性显著。

2.3.5 残差分析通过降水因子和温度因子拟合出NDVI的估测值,即气候变化的影响量,计算其与NDVI真实值之间的差,可作为人为干扰的影响,该方法即为残差分析^{[23,24,25,26]}。本文基于1995—2015年的NDVI数据和气象数据,建立NDVI与气候因子间的回归方程,得到每个像元的NDVI预测值,并在此基础上估算植被覆盖度,以相同未退化草地标准,计算草地退化面积,并与实际NDVI估算得到的草地退化面积进行差值计算。

（4）

ε = 退化面积估测值 - 退化面积实际值 \{\begin{array}{l} \approx 0, 气候主导退化 \\ > 0, 人为对退化有改善作用 \\ < 0, 人为对退 化有恶化作用 \end{array}

式中：

ε

表示人为干扰对草地退化影响的残差值。

3 草地退化时空变化特征

3.1 草地退化估测精度检验

本文以1981—1985年的年际最大草地植被盖度作为未退化草地的基准,将植被盖度达到未退化草地植被盖度90%以下的区域作为草地退化区域,利用植被盖度计算得到退化面积,将草地退化面积与草地面积的比值作为草地退化比例。将估测得到的1995—2015年西藏地区各县域草地退化比例数据与西藏自治区农牧厅2011—2014年草原普查中的实测草地退化数据进行比较,利用绝对误差及相对误差对估测值进行精度验证,绝对误差平均值为8.47,相对误差平均值为29.33%,结合图2可得,总体估测结果可信度较高,但存在估测值偏低的情况。

图2

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图2草地退化估测值与实际值对比趋势

注：图中县域编号如表2所示。
Fig. 2Comparison of estimated and actual values of grassland degradation

Tab. 2
表2
表2西藏地区县域编号
Tab. 2The county serial number of Tibet

县域编号	县域名称	县域编号	县域名称	县域编号	县域名称
1	城关区	26	措美县	51	嘉黎县
2	林周县	27	洛扎县	52	比如县
3	当雄县	28	加查县	53	聂荣县
4	尼木县	29	隆子县	54	安多县
5	曲水县	30	错那县	55	申扎县
6	堆龙德庆区	31	浪卡子县	56	索县
7	达孜区	32	桑珠孜区	57	班戈县
8	墨竹工卡县	33	南木林县	58	巴青县
9	卡若区	34	定日县	59	尼玛县
10	江达县	35	萨迦县	60	普兰县
11	贡觉县	36	拉孜县	61	札达县
12	类乌齐县	37	昂仁县	62	噶尔县
13	丁青县	38	谢通门县	63	日土县
14	察雅县	39	定结县	64	革吉县
15	八宿县	40	仲巴县	65	改则县
16	左贡县	41	吉隆县	66	措勤县
17	芒康县	42	聂拉木县	67	巴宜区
18	洛隆县	43	萨嘎县	68	工布江达县
19	边坝县	44	江孜县	69	米林县
20	乃东区	45	白朗县	70	墨脱县
21	扎囊县	46	仁布县	71	波密县
22	贡嘎县	47	康马县	72	察隅县
23	桑日县	48	亚东县	73	朗县
24	琼结县	49	岗巴县
25	曲松县	50	色尼区

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3.2 草地退化的时间变化特征

对1995—2015年西藏地区各辖市区内草地退化面积进行统计,结果如图3（见第1270页）所示,西藏全区草地退化面积在908.52万~5207.06万hm²之间波动,呈现为先降后升,复降再升的变化过程。日喀则市、那曲市及阿里地区草地退化面积较大,各辖区草地退化情况有所差异,总体可以分为3种变化趋势：草地退化面积初始变化波动平缓,2005—2007年退化面积突增,到达峰值,之后波动变化幅度较大,如拉萨市、那曲市及昌都市等;草地退化面积呈波动上升的变化趋势,如山南市及林芝市等;草地退化面积波动频繁,某些年份退化面积激增,但无总体变化趋势,如日喀则市及阿里地区等。

图3

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图31995—2015年西藏地区草地退化时间变化特征

Fig. 3Temporal patterns of grassland degradation in Tibet from 1995 to 2015

3.3 草地退化的空间变化特征

基于像元尺度分析,西藏地区草地退化空间分布情况如图4（见第1270页）所示,1995年草地退化面积较大的像元集中分布于那曲市的东南部分、拉萨市等地区,而阿里地区、那曲市的西北部分、日喀则市的西部等地区范围内的像元草地退化面积均在20 km²以下;2000年西藏地区草地退化区域显著减少,大部分像元的草地退化面积在20 km²以内,仅有部分高值区域零星分布于西藏地区的东南部分区域;2007年西藏地区草地退化区域显著增加,在空间分布上与1995年差异不大,但是高值区域相较于1995年增多,尤其是昌都市范围内草地退化区域显著增加,并且像元草地退化面积多在40 km²以上;2015年西藏地区草地退化区域仍较多,除阿里地区出现了退化区域减少的情况以外,其他地区内草地退化区域均出现了增加,昌都市及山南市增加显著。

图4

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图41995—2015年西藏地区草地退化空间分布情况

注：此图基于国家自然资源部标准地图服务系统的标准地图（审图号：GS(2019)3266号）绘制,底图无修改。
Fig. 4Spatial patterns of grassland degradation in Tibet from 1995 to 2015

1995—2015年西藏地区西北部分草地退化区域较多,但是其像元草地退化面积多在20 km²以下,西藏中部草地退化区域较多并且面积值较大,以40 km²左右为主,西藏东南部由1995年的草地退化少量分布变为2015年的密集分布,表明西藏地区草地退化空间上有由西北向东南方向转移的趋势。

4 气候和人为干扰与草地退化变化关系

4.1 气候与草地退化关系

4.1.1 气候因素变化趋势利用1995—2015年西藏地区草地区域的温度、降水数据,通过时间序列分析,计算得到西藏地区草地20年来各气候因子的变化趋势和显著性水平（图5,见第1271页）。近20年来,西藏草地区域温度显著上升的区域面积占比为51.13%,降水显著下降的区域所占比例为10.94%,比例较低。这说明1995—2015年西藏地区草地区域气温上升显著,而降水方面没有明显的整体变化趋势。温度显著上升的区域主要集中分布于高原亚寒带以及高原温带地区,降水显著下降的区域主要集中于半干旱、干旱地区。

图5

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图51995—2015年西藏地区气温与降水变化趋势

注：此图基于国家自然资源部标准地图服务系统的标准地图（审图号：GS(2019)3266号）绘制,底图无修改;图中县域编号如表2所示。
Fig. 5Trends of temperature and precipitation in Tibet from 1995 to 2015

4.1.2 草地退化变化主导气候因素温度与降水通过相互作用、共同影响植被生长。本文利用归一化多元线性回归分析,通过计算温度、降水两个气候因子与草地退化间的归一化多元线性回归系数及显著性水平,分析了多种气候因子对草地退化的共同影响。当回归分析的显著性水平满足p<0.05时,则认为该地区草地退化受气候因素影响显著,另外回归系数相对较高的因素为该地区草地退化的主导气候因素。最终得到了1995—2015年西藏地区草地退化的主导气候因素分布（图6,见第1272页）。研究结果表明：对于西藏地区而言,温度是影响草地退化变化的主导气候因素的区域面积占比为12.92%,降水是影响草地退化变化的主导气候因素的区域面积占比为15.04%。

图6

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图61995—2015 年西藏地区草地退化变化主导气候因子分布

注：此图基于国家自然资源部标准地图服务系统的标准地图（审图号：GS(2019)3266号）绘制,底图无修改;图中县域编号如表2所示。
Fig. 6Spatial patterns of climate factors affecting grassland degradation in Tibet from 1995 to 2015

说明在1995—2015年间,气候因素对于西藏地区草地退化影响区域较少,面积占比为27.96%,其中温度为主导气候因素的区域主要分布在藏南地区,降水为主导气候因素的区域零星分布在日喀则市、昌都市东部以及山南市和那曲市的部分地区。

4.2 人为干扰与草地退化关系

4.2.1 人为干扰对草地退化影响气候变化是引起西藏地区草地退化的重要影响因素,但人为干扰也是不可忽视的重要驱动因素。本文利用残差分析识别草地退化变化过程中人为干扰的影响并对其进行量化。通过分析西藏地区年均草地退化比例在1995—2015年范围内的变化特征,本文以1995—2000、2000—2007、2007—2012、2012—2015年等四个草地退化变化趋势较为明显的时间段进行人为干扰与草地退化变化关系的分析,可以看出不同时间范围内人为干扰对草地退化的影响也不尽相同（图7,见1273页）,整体来看1995—2012年间受人为干扰影响的草地退化区域占比呈现减少趋势,并且人为干扰对草地退化的影响主要是改善作用,而2012—2015年间影响区域再度增加,且呈恶化作用。

图7

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图71995—2015年西藏地区人为干扰对草地退化影响分布

注：此图基于国家自然资源部标准地图服务系统的标准地图（审图号：GS(2019)3266号）绘制,底图无修改。
Fig. 7Spatial patterns of human activities and grazing leading to grassland degradation in Tibet from 1995 to 2015

1995—2000年间人为干扰对草地退化的影响区域主要分布于藏北的那曲市和阿里地区,2000—2012年分布于藏中的那曲市、日喀则市及昌都市、林芝市等地区,2012—2015年间主要分布在日喀则市、那曲市、山南市等地区,改善作用集中分布于阿里地区及拉萨市部分地区。4.2.2 放牧干扰与人为引起草地退化的相关关系草地畜牧业一直是西藏最重要的经济支柱,其产值几十年来一直占农业总产值的60%左右,占工农业产值的50%左右,草地畜牧业在农业中的占比居全国各省、市、自治区之冠。各辖区中阿里地区、那曲市牧业县及半农半牧县面积占比均达到25%以上,是西藏地区畜牧业主要辖区;日喀则市、山南市、昌都市面积占比在5%~10%范围内,而林芝市与拉萨市牧业相关县面积占比极小,只有1%左右。放牧强度是单位草地面积在一定时间内放牧家畜的头数,其在很大程度上决定了放牧对高寒草地的影响作用,适当的放牧强度有利于草地植被生长、提高土壤肥力,过度的放牧强度会影响草地植被生物量和土壤紧实度^[27]。为研究放牧干扰在人为干扰影响草地退化中的作用,本文根据西藏地区牲畜存栏量、草地面积以及单位面积草地载畜能力等三个指标计算出1995—2015年各县的放牧强度,并根据时间序列分析得到1995—2015年不同时间范围内西藏各县域的归一化放牧强度变化趋势（图8,见第1274页）。

图8

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图81995—2015年西藏地区各县域归一化放牧强度变化趋势

注：图中县域编号如表2所示。
Fig. 8Trends of normalized grazing intensity in Tibet from 1995 to 2015

2000—2012年间西藏地区放牧强度变化浮动较大,以2007年为界线,之前放牧强度以增加为主,之后则以减少为主。2000—2007年间,除阿里地区以外,其余地区放牧强度均有所增加,那曲市的巴青县、聂荣县放牧强度变化斜率大于0.2;2007—2012年间,放牧强度以减少为主,其中拉萨市、日喀则市、那曲市最为显著。1995—2000年各县域放牧强度变化幅度不大,以减少为主,贡觉县、措美县、索县等3个县域有较为明显的浮动变化;2012—2015年阿里地区放牧强度有明显的减少,拉萨市有所增加,其余地区变化不显著。通过计算放牧强度与草地退化面积残差值之间相关系数,并进行显著性检验,得到1995—2015年间西藏地区放牧干扰与人为引起的草地退化间显著相关地区的空间分布情况（图7）,并根据西藏地区的区县分类,统计放牧干扰与人为草地退化显著相关区域面积占比情况可知（图9）,1995—2012年间人为干扰影响的草地退化区域占比逐渐减小,由最初的61.97%降为2012年的46.73%,其中与放牧干扰显著相关的区域占比逐渐增加,不同类别区县的占比结构未发生明显变化,仍是以牧业县、半农半牧县为主,非牧业县占比较少的情况;2012—2015年间人为干扰影响的草地退化区域占比增加至57.25%,其中与放牧干扰显著相关区域占比明显减少,牧业县占比降为20.20%,与放牧干扰无关区域占比增至19.53%。结果表明在1995—2012年间放牧干扰是影响西藏地区草地退化的主要人为干扰形式,而2012年国家开始实施草原生态保护补助奖励政策、退牧还草政策等草地保护政策,放牧干扰对于草地退化影响减弱,其中以牧业县变化最为明显。

图9

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图91995—2015年西藏地区人为干扰与草地退化显著相关区域面积占比

Fig. 9Area proportion of significant correlation between human disturbance and grassland degradation in Tibet from 1995 to 2015

4.3 草地退化显著变化驱动因素

本文通过归一化回归分析、残差分析法分别确定了气候因素、人为干扰对草地退化变化的影响,之后对草地退化显著变化区域确定了6种驱动因素（表3,见第1275页）：① 气候和人为干扰引起的退化改善,对应的是时间段内草地退化显著减少,气候与草地退化变化之间归一化回归关系显著,并且人为干扰对草地退化起到显著改善作用。② 气候引起的退化改善,对应的是时间段内草地退化显著减少,气候与草地退化变化之间归一化回归关系显著,并且人为干扰对草地退化无显著作用,即残差变化不显著。③ 人为干扰引起的退化改善,对应的是时间段内草地退化显著减少,人为干扰对草地退化起到显著改善作用,而气候与草地退化变化之间无显著关系。④ 气候和人为干扰引起的退化恶化,对应的是时间段内草地退化显著增加,气候与草地退化变化之间归一化回归关系显著,并且人为干扰对草地退化起到显著恶化作用。⑤ 气候引起的退化恶化,对应的是时间段内草地退化显著增加,气候与草地退化变化之间归一化回归关系显著,并且人为干扰对草地退化无显著作用,即残差变化不显著。⑥ 人为干扰引起的退化恶化,对应的是时间段内草地退化显著增加,人为干扰对草地退化起到显著恶化作用,而气候与草地退化变化之间无显著关系。根据这6种驱动因素,可以研究西藏地区1995—2000年、2000—2007年、2007—2012年、2012—2015年这四个草地退化显著变化时间段内各草地退化显著变化区域的不同驱动因素。

Tab. 3
表3
表3基于草地退化与气候因子的归一化回归分析和残差分析方法判定草地退化显著变化驱动因素的标准
Tab. 3Criteria for determining driving factors of significant changes in grassland degradation based on normalized regression analysis and residual analysis of grassland degradation change and multi climatic factors

	草地退化变化趋势（P<0.05）	草地退化与气候因子归一化多元回归显著水平	草地退化残差变化趋势
气候和人为引起的退化改善	-	P<0.05	+(P<0.05)
气候引起的退化改善	-	P<0.05	P>0.05
人为引起的退化改善	-	P>0.05	+(P<0.05)
气候和人为引起的退化恶化	+	P<0.05	-(P<0.05)
气候引起的退化恶化	+	P<0.05	P>0.05
人为引起的退化恶化	+	P>0.05	-(P<0.05)

注：+、-代表增加或减少。

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研究结果如图10所示,1995—2000年间,面积占比为44.16%的地区草地退化为显著改善,10.01%地区为显著恶化,恶化与改善的主要驱动原因均为人为干扰作用,气候对这一时间段内的草地退化变化影响不大;2000—2007年间,面积占比为6.30%的地区草地退化为显著改善,67.60%地区为显著恶化,改善的主要驱动原因为人为干扰,恶化的主要驱动原因为气候与人为干扰共同作用以及人为干扰作用的单独影响;2007—2012年间,面积占比为36.58%的地区草地退化为显著改善,3.52%地区为显著恶化,恶化与改善的主要驱动原因均为人为干扰作用;2012—2015年间,面积占比为14.86%的地区草地退化为显著改善,43.86%地区为显著恶化,恶化与改善的主要驱动原因均为人为干扰作用。

图10

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图101995—2015年西藏地区草地退化主要驱动因素分布

注：此图基于国家自然资源部标准地图服务系统的标准地图（审图号：GS(2019)3266号）绘制,底图无修改。
Fig. 10Spatial patterns of factors leading to grassland degradation of Tibet from 1995 to 2015

总体来看,四个草地退化显著变化时间段内,草地退化显著变化区域的驱动因素以人为干扰作用为主,部分区域为气候与人为干扰共同影响作用,单独由气候因素引起的草地退化显著变化区域较少,并且主要是恶化作用,不存在由气候因素驱动引起的草地退化显著改善区域。

5 结论与讨论

5.1 讨论

针对西藏地区草地退化,已有****对其分布特征^[28]以及驱动因素进行了研究^[13,29-32],其中关于驱动因素方面的研究认为^[33,34],西藏草地退化的成因主要是自然条件恶劣、气候变化异常以及超载放牧。相比已有研究,本文的贡献在于：一是相比以往研究对西藏部分地区草地退化分布特征分析,本文结合草地退化标准估测了整个西藏地区的草地退化分布情况,有助于全面分析草地退化趋势;二是通过应用残差分析法,从气候变化及人为干扰角度分析草地退化的主要驱动因素变化。

近年来随着国家政策支持,以及当地居民草地保护意识的增强^[35],西藏部分地区过牧现象减少,人为干扰影响有所减弱,针对这一变化,有研究认为驱动草地退化的主要因素已经由人为干扰转变为气候变化^[36],另有****认为人为干扰仍是草地退化的主要驱动因素^[37],本文研究结果表明人为干扰对草地退化影响作用仍较为明显,放牧干扰作为西藏地区影响草地退化传统的人为干扰方式在2012年后对于草地退化影响减弱,而人口增加、城镇化进程加快等引发的人地矛盾对于西藏地区草地退化的影响情况,需要引起关注和重视。

本文也存在一些不足之处,有待进一步完善和深化：一是以单一的植被覆盖度变化作为草地退化标准可能存在一定的不足,未来需要复合多项指标估测草地退化;二是侧重分析草地退化面积变化,未考虑不同程度的草地退化变化情况;三是所选用的GIMMS数据,仅能进行2015年之前的分析,而2015年至今正是西藏地区城镇化发展迅速的时间段,影响草地退化的其他人为干扰形式作用难以体现,如何将GIMMS数据与目前的数据产品进行结合,以实现时效性更佳的分析同样值得研究。

5.2 结论

本文利用GIMMS-NDVI数据,探究1995—2015年西藏地区草地退化时空变化特征,结合气候数据、社会经济数据及土地利用数据等分析气候及人为干扰对西藏地区草地退化的影响,初步得出以下研究结论：

（1）1995—2015年西藏地区草地退化面积整体呈先降后升,复降再升的反复变化过程。拉萨市及昌都市等地区自2007年后草地退化有所恶化,日喀则市、那曲市有所改善,其余地区变化不显著。空间上,草地退化高值区域有由西北向东南方向转移的趋势。

（2）1995—2015年间西藏地区温度呈显著上升趋势,降水仅有少部分区域呈显著下降趋势,其他区域变化趋势不显著。气候因素对西藏地区草地退化变化的影响区域占比为27.96%,温度为主导气候因素的区域主要分布于藏南地区,降水为主导气候因素的区域分布较为分散。

（3）1995—2015年间人为干扰对草地退化影响区域占比大体呈减小趋势,且影响作用主要为改善作用,仅在2012年后影响区域占比再度增加,且为恶化作用。放牧干扰对于人为草地退化影响显著,但2012年后放牧干扰对草地退化影响减弱,表明退牧还草、奖励补偿等草地保护政策有所成效,其中牧业县效果最为明显。

（4）1995—2015年间草地退化显著变化区域的驱动因素以人为干扰作用为主,部分区域驱动因素为气候与人为干扰共同作用,气候因素单独引起的草地退化显著变化区域较少,并且为恶化作用。

致谢

真诚感谢二位匿名评审专家在论文评审中所付出的时间和精力,评审专家对本文研究思路、草地退化估测研究方法选择、结果分析及讨论方面的修改意见,使本文获益匪浅。

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文献年度倒序
文中引用次数倒序
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