陈琼^1,2, 张镱锂^3,4, 刘峰贵^,1,2, 周强^1,2, 汪生珍¹, 成艺¹, 郭蓉¹, 支泽民¹, 许寰戈¹1.青海师范大学地理科学学院,西宁 810008
2.高原科学与可持续发展研究院,西宁 810008
3.中国科学院地理科学与资源研究所,陆地表层格局与模拟重点实验室,北京 100101
4.中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心,北京 100101

A review of land use change and its influence in the source region of the Yellow River

CHEN Qiong^1,2, ZHANG Yili^3,4, LIU Fenggui^,1,2, ZHOU Qiang^1,2, WANG Shengzhen¹, CHENG Yi¹, GUO Rong¹, ZHI Zemin¹, XU Huange¹1.College of Geographic Sciences, Qinghai Normal University, Xining 810008, China
2.Institute of Plateau Science and Sustainable Development, Xining 810008, China
3.Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
4.Chinese Academy of Sciences Centerfor Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, CAS, Beijing 100101, China

通讯作者: 刘峰贵,教授,博士生导师,主要从事青藏高原区域地理与环境变化研究。E-mail： lfg_918@163.com

收稿日期:2019-12-12修回日期:2020-03-3网络出版日期:2020-03-25

基金资助:

第二次青藏高原综合考察研究项目.2019QZKK0603 国家重点研发计划项目.2019YFA0606900 中国科学院战略先导专项.XDA20040200

Received:2019-12-12Revised:2020-03-3Online:2020-03-25
作者简介 About authors
陈琼,女,博士,副教授,主要研究青藏高原土地资源和变化E-mail：qhchenqiong@163.com。











摘要
黄河流域河源区是国家生态屏障和“中华水塔”的重要组成部分,是生态保护优先的践行区。本文梳理了近40年来对黄河流域河源区土地利用格局和过程研究的相关文献,从土地利用现状、变化、效应及政策启示等方面进行了全面分析。研究发现：①黄河流域河源区土地利用格局相对稳定,草地面积占绝对优势。2000年是土地利用及其效应变化的重要转折点。2000年之前,草地、林地和湿地等生态用地减少,草地退化、沙化、土壤侵蚀等效应加剧。2000年之后,生态用地增加,植被指数增加,生态系统逐渐向良性方向转变,碳汇功能增强。②生态工程实施和气候变化使该区域土地利用及其效应极具复杂性。整体上土地退化面积有所减少,程度趋缓,草畜基本实现平衡。东部河湟谷地耕地面积减少,集约度提高,种植结构逐步优化;但局部恶化的态势依旧严峻,土壤侵蚀尤其高寒地带的冻融侵蚀加剧。建议应加强土地利用格局变化的影响因素、土地利用变化的生态效应以及生态保育区溢出价值与自然资产的评估研究,为黄河流域河源保护区可持续发展以供有力的科技支撑。
关键词： 黄河流域河源区;土地利用变化;影响;社会经济;生态优先;生态效应

Abstract
The upstream area of the Yellow River Basin in Qinghai Province is an important component of the national ecological barrier and the “water tower” of China, and a priority area for ecological protection. In this article, a set of relevant studies on land use pattern and process in this area over the past 40 years were reviewed, and the article comprehensively analyzed the current status, changes, and effects of land use and made policy recommendations. We found that: (1) There is a relatively stable land use pattern with grassland as the absolute dominant land-use type in the upstream area of the Yellow River Basin. An important turning point in land use occurred around 2000. Before then, ecological land such as grasslands, woodlands, and wetlands decreased and resulted in adverse effects such as land degradation, soil erosion, and desertification in the region. After 2000, ecological land and vegetation index increased, the ecosystem gradually changed to a healthier direction, and the carbon sink function is enhanced. (2) The implementation of a series of ecological projects and climate change make land use and its effects extremely complex. On the whole, the total area and degree of land degradation decreased to some extent, with grazing resources and livestock population largely balanced. The cultivated land area of the Yellow River-Huangshui River valley in the east has been decreasing, and agricultural intensification has increased significantly with the planting structure gradually optimized. Local deterioration is still severe, especially that soil erosion intensified in the freezing-thawing zone in alpine regions. (3) In the future, it is necessary to further research on the mechanism of ecological effects of land use, the contribution of environmental effects of ecological engineering and natural factors, and ecological service value to better understand the human-environment relationship in this study area.
Keywords：source region of Yellow River;land use change;influence;social economy;ecological priority;ecological effect


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陈琼, 张镱锂, 刘峰贵, 周强, 汪生珍, 成艺, 郭蓉, 支泽民, 许寰戈. 黄河流域河源区土地利用变化及其影响研究综述. 资源科学[J], 2020, 42(3): 446-459 doi:10.18402/resci.2020.03.04
CHEN Qiong. A review of land use change and its influence in the source region of the Yellow River. RESOURCES SCIENCE[J], 2020, 42(3): 446-459 doi:10.18402/resci.2020.03.04

1 引言

黄河流域河源区是中国重要的水源地和生态屏障,是“中华水塔”和国家公园示范省建设的重要组成部分。自2005年以来,三江源生态保护等一系列重大生态工程在此实施,生态保护优先战略得以贯彻,推动人与自然和谐发展新格局。而区域土地利用变化及其社会、经济和生态效应,是理解人地关系的基础,也是实现区域资源可持续利用和生态环境保护的重要依据。

近几十年来,随着全球变暖和青藏高原人类活动的加剧,黄河流域河源区土地利用发生了显著变化^[1,2]。首先,温度、降水为主的自然气候因素的变化,对土地利用产生直接和间接的影响。气候变暖和降水增加一方面使该地区植被生长期延长,产草量增加,区域整体覆被好转^[3,4,5];另一方面,也致使冻土退化,为冻融侵蚀和水力侵蚀创造了条件,水土流失加剧,进而导致草地质量下降^[6,7,8,9,10]。其次,人为因素也对土地利用变化产生深刻影响。城镇化步伐加快和过度放牧等人类活动强度的增加导致该区域建设用地增加、耕地减少和草地质量下降^{[11,12,13,14]}。然而,退耕还林还草、三江源自然保护区建设等一系列生态工程的实施则又使得草地、林地等生态用地恢复和增加^[15,16]。受自然和人文因素的综合影响,黄河流域河源区的土地利用结构和土地利用质量均发生了一定程度的变化。

本文在系统梳理黄河流域河源区土地利用及其效应文献的基础上,通过部分数据分析与综合,解释该区域土地利用格局和质量变化,并进一步分析土地利用变化对自然系统和社会经济系统产生的影响,以期理解研究区特殊的人地关系,为黄河流域生态文明建设和可持续发展提供科学依据。

2 黄河流域河源区土地利用变化

考虑到生态优先重点实施区域完整性,本文以青海境内的黄河流域作为研究对象,本文简称为黄河流域河源区。该研究区范围从黄河源头至寺沟峡,包括龙羊峡以上的黄河源头区和龙羊峡至寺沟峡的高山峡谷区（图1）。黄河在青海境内干流总长为1694 km,流域面积约15.31万km²,占整个黄河流域总面积75.24万km²（未包含内流区面积）的20.34%。地处95°E—103°E,32°N—39°N。平均海拔3800 m,区域内地貌类型复杂,植被类型相对简单,主要为高寒草甸和高山草原化草甸,多年冻土发育。气候属高原大陆性高寒气候,寒冷干燥,水热同季。多年平均降水在250~800 mm之间,年内变化较大,6—9月降水较为集中。区内水资源丰富,海拔4260 m以上的扎陵湖、鄂陵湖是中国海拔最高的淡水湖,此外还有黄河上游第一座大型梯级电站——龙羊峡水库。黄河源头区是中华水塔重要组成部分,是黄河上游生态重点建设区,是青藏高原生态屏障的核心区域,生态环境脆弱。

图1

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图1黄河流域河源区

Figure 1Source region of the Yellow River



黄河流域河源区土地利用结构相对简单,形成了以草地为绝对优势、未利用土地和林地为主要类型,兼有比例较小的耕地、水域和城市建设用地的格局。根据中国科学院资源环境科学数据中心提供的3期（2000年、2005年和2015）中国土地利用遥感监测数据计算,研究区草地占土地总面积的71.02%,主要由高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原构成;未利用地主要以裸地、沙地等类型为主,其面积大小依次为裸岩石砾地>沙地>裸土地>戈壁>盐碱地,占土地总面积的12.29%;受海拔、气候的影响,林地主要以灌木林地为主,约占土地总面积的11.06%;耕地（3.45%）、水域（1.78%）和建设用地（0.41%）所占比例较小,但在黄河流域河源区发展中起着重要的作用。

2.1 土地利用数量变化

土地利用的变化主要体现在各土地类型之间的转换,研究区土地利用变化主要发生在20世纪80年代以后。

根据已有研究结果的分析发现,1986—2000年间,由于该区域城镇化水平的提高和人口的增长,建设用地和耕地分别增加8.53%和5.90%;同时受过度放牧和气候变暖等因素影响,局部地区中低覆盖草地和沼泽湿地退化为荒漠地和沙地等,使未利用地增加6.46%,草地、林地、水域、湿地、冰川面积分别减少0.61%、0.88%、7.35%、13.41%和39.72%^[1,11,17,18]。这种由林地转向草地,草地转向未利用地的土地利用变化趋势一直持续至2004年^[11,18,19]。

2000—2005年是研究区实施退耕还林还草和三江源生态保护等工程的初期,本文根据中国土地利用遥感监测数据计算得出,该时期土地利用变化仍以草地的大量转出为主,转出面积为转入面积的3.40倍,其中转出草地的87.24%转向未利用地,草地、林地和耕地分别减少0.53%、0.11%和0.39%,未利用地增加3.11%。

2005—2015年,生态工程效应在土地利用中得到反映。虽然草地依然是土地利用转移中最为活跃的地类,但转移面积显著减少,并且转入与转出相对平衡,随着荒漠土地逐渐变为草地,由2005年前的草地转向未利用地为主转变为未利用地转向草地为主,草地、林地、耕地和未利用地分别减少0.11%、0.13%、0.72%和0.32%,建设用地增加33.42%。

由此可见,黄河流域河源区建设用地持续增加,2005年后林地、草地呈现生态转好趋势,反映出生态优先发展策略实施后生态用地面积明显增加,体现了生态建设和区域经济发展取得显著成效。

2.2 土地利用质量变化

2.2.1 草地退化

黄河流域河源区的草地退化具有显著的阶段性和区域性特征。

草地退化主要发生在20世纪70年代至21世纪初。据NDVI遥感数据研究表明,20世纪80年代至21世纪初黄河流域河源区植被指数呈下降趋势^{[20,21,22,23,24]}。如张镱锂等^[22]研究发现,1981—2001年间三江源地区有18.92%的面积植被指数呈现下降趋势,其中黄河源区占比达到32.51%,下降的主要植被类型占研究区总面积的比例分别为：灌丛22.15%、森林20.75%、草甸18.83%、高山稀疏植被18.73%和草原18.60%。植被指数下降率主要与人类活动有关,与居民点的相关系数高达0.78。赵新全等^[25]对20世纪50年代与21世纪初三江源区的草地进行对比研究发现,产草量和优质牧草比例均呈下降趋势。人类活动导致草地景观破碎,中度和轻度退化草地面积不断增加,草地变干、沙化等效应加剧,可能是牧草产量下降的主要原因^[26]。其中,源头区的玛多、曲麻莱和达日、玛沁和治多等地区的草地退化最为典型。据王根绪等^[27]研究,20世纪70年代至21世纪初,江河源区达日、玛多、玛沁、治多、曲麻莱、杂多6县退化草地面积占总草场面积的34.34%,其中重度退化草地占总草场面积的26.79%。张森琦等^[28]认为1990—1995年黄河源区草地退化程度达到最为显著时期,伴随出现显著的沼泽化草甸、沼泽湿地和沙化、盐碱化等现象。而源头区东部的兴海、泽库、同德等地区退化程度相对较弱,处于轻度退化^[26,29]。

21世纪以来,随着黄河流域河源区的草地退化受到国家、地方政府和学术界高度关注,一系列保护措施和保护工程得以实施,草地退化状况得到初步遏制。刘宪锋等^[30]研究表明,2000—2011年黄河流域河源区及周边地区植被指数呈增加趋势,增加面积占比高达64.06%。许茜等^[31]研究也发现,2000—2015年,三江源地区大面积未利用土地向低覆盖草地转变,转化面积为18973.89 km²,部分低覆盖草地转变为中等覆盖草地,中覆盖度草地面积基本不变,草地植被覆盖度呈现明显的增加趋势。

2.2.2 土壤侵蚀

黄河流域河源区多种土壤侵蚀类型并存：东南侧是高山峡谷地带,地势陡峭,海拔较低;中西部和北部呈山原状,地形起伏小,地势平坦,海拔较高,自东向西依次形成了水蚀—冻融—风蚀过渡的空间格局。区域内海拔介于1712~6235 m之间,不同海拔高度对应不同的土壤侵蚀类型：①海拔高度在4500 m以下的区域以水力侵蚀为主,其中最为严重的地区为河湟谷地,水力侵蚀面积7432 km²,占湟水流域水土流失面积的97.48%,占青海省水土流失总面积的22.5%^[32];②4500~5300 m之间为水蚀、冻融混合侵蚀带,其中黄河源头区自20世纪70年代以来,山地斜坡水蚀与山地冻融荒漠化导致水蚀、冻融侵蚀增强,每年新增侵蚀面积319.7 km^2[28];③5300 m以上地区以冻融和风力侵蚀为主。

总体来看,黄河流域河源区土壤侵蚀在生态工程实施后,却呈现增加态势。据曹巍等^[33]研究发现,生态保护和建设一期工程实施前8年（1997—2004年）,黄河源区平均年土壤侵蚀量为0.58×10⁸ t,而工程实施后8年（2005—2012年）,平均年土壤侵蚀量增大了47.1%。吴万贞等的研究也表明,自2000年以来,黄河流域河源区土壤侵蚀强度和面积呈增加态势^[34],2009年该地区土壤侵蚀总面积达到38791.09 km²,其中中度以上土壤侵蚀区域面积达到23.31%^[35]。导致这种现象发生的主要原因是气候变化,由于气温升高导致地表冻融作用加剧,冻融侵蚀的强度和面积增加^[33,34],同时极端降水增多,土壤水蚀作用加强。但气候变化使得植被盖度增加,进而在某种程度上又抑制了土壤侵蚀强度^[33],使该地区土壤侵蚀的作用机制进一步复杂化。总体来说该地区依然面临土壤侵蚀的严峻挑战。

2.2.3 土地荒漠化

近几十年,黄河流域河源区的荒漠化经历了先增加后减少的过程,并呈现出集中分布的特征,不同区域表现出显著的时空差异。

20世纪70年代至21世纪初,在气候变化和人类活动加剧背景下,黄河流域河源区荒漠化面积显著增加,且20世纪90年代发展趋势最为剧烈。李任时等^[36]研究发现,1975—2000年黄河流域河源区荒漠化面积增加了5768.95 km²,其中沙质荒漠化土地面积5623.41 km²,盐碱质荒漠化土地面积145.54 km²。荒漠化主要发生在玛多、共和等地区。

2000年之后,随着三江源生态保护工程实施,对土地荒漠化的治理力度加强,荒漠化强度总体呈现减弱的趋势。2000—2007年,黄河流域河源区荒漠化面积减少了2269.21 km²,其中中度以下的沙质荒漠化减少2203.07 km²,重度盐碱质荒漠化减少42.89 km²,共和盆地及其玛多县西部地区的重度沙质荒漠化类型显著减少^[36]。李晓英等^[37]研究发现,20世纪70年代末至2010年,共和盆地轻度和中度沙漠化面积虽然分别增加584.33 km²和215.74 km²,但重度和极重度沙漠化面积分别减少了710.59 km²和153.77 km²。综上所述,虽然研究时段和方法有所差别,但均显示出黄河流域河源区荒漠化趋势基本得到遏制,尤其重度荒漠化面积和趋势明显减弱。今后,要进一步加强该区域监测和研究,以及荒漠化治理力度。

3 土地利用变化对生态系统的影响

3.1 对生态系统格局的影响

土地利用变化可以显著改变生态系统格局,进而影响到过程和功能。黄河流域河源区生态系统类型的显著变化发生在20世纪70年代中后期至21世纪初。如徐新良等研究发现,20世纪70年代初至2004年,三江源地区草地、湿地、森林生态系统面积分别减少了0.59%、1.24%和0.28%,荒漠和其他生态系统面积分别增加了2.26%和1.26%,而耕地面积则增加了170%,说明人类活动强度急剧增大。该区域同德、兴海和达日等地的草地生态系统向耕地生态系统转移,黄河源头区玛多、曲麻莱等地区的草地生态系统向荒漠生态系统转移,高、中覆盖度草地生态系统面积总共减少了1232.59 km^2[38]。受气候变暖和人为活动双重影响,湿地生态系统转变为滩地和草地生态系统,仅黄河源区的曲麻莱县湿地生态系统面积就减少了159.43 km^2[38]。刘璐璐等的研究证明,2000年以来,随着生态保护和生态建设工程的实施,黄河源区草地和湿地生态系统恶化的局面开始扭转,至2012年,草地和湿地生态系统面积分别增加了127.51 km²和91.27 km²,荒漠生态系统面积减少了218.77 km^2[39],黄河流域河源区生态系统退化趋势得到遏制,并逐渐向良性方向发展。

土地利用变化通过对生态系统的影响,会间接导致生物多样性发生变化。黄河流域河源区的高寒草地生态系统是高寒物种及遗传基因最丰富、最集中的生态系统^[40,41]。受全球变化、过度放牧和耕地开垦等因素影响,该地区草地生态系统退化,毒杂草入侵,导致生物多样性发生急剧变化^[42],物种丰富度与生产力从正相关突变为负相关关系,植物群落多样性指数和均匀度指数的拟合曲线呈驼峰式变化,而物种多样性与生物量关系拟合曲线呈“V”型变化^{[43,44,45,46]}。黄河源区“黑土型”重度退化草地单位面积的植被种数仅为原生植被种数的47.54%,植物种群和生物多样性随草地生态系统退化而减少^[47,48]。

土地利用变化还对关键物种产生影响。一方面,气候变暖导致高寒生态系统平衡被打破,高寒灌木侵占高寒草地,造成虫草等特殊生境植物种质资源的减少和消失^[49,50];另一方面,过度放牧和人类采挖活动导致高寒生态系统特殊植物资源急剧下降或种群退化、沙化以及毒杂草泛滥,不利于虫草等特殊物种的生长^[50,51]。2000年以来,人工草场等工程性措施的实施使草地生态系统得到恢复,促进土壤动物数量和类群增加。土壤动物的这一变化一定程度上反映了物种多样性提高以及群落组成的复杂度增加,进而体现出该区域的生物多样性在逐渐恢复^[52]。黄河流域河源区生态系统格局的变化主要受土地利用类型间的自然变化和人类活动的进一步加强所致。

3.2 对生态系统过程的影响

当前,土地利用与土地变化研究正朝着以人类与环境系统为对象的更加综合的方向发展,土地利用不但直接改变地表覆被及过程,同时也深刻影响着生态系统中的大气、水文循环、物质循环、能量交换、生物地球化学循环等生态过程,造成生态系统的结构和功能发生改变,进而对区域乃至全球生态环境带来影响^[53]。黄河流域河源区生态脆弱而敏感,土地利用变化对该地区的生态系统过程产生深刻影响。

3.2.1 对物质循环的影响

土地利用变化直接或间接通过生态系统变化而使净初级生产力发生变化^[54]。多项研究表明,黄河流域河源区生态系统的NPP呈波动增加趋势^[55,56,57]。据周秉荣等^[56]的研究,1961—2000年黄河源头区NPP变化趋势不明显,但2000—2014年呈明显增加趋势,其中,黄河源区的兴海、同德、泽库及达日4站显著增加,尤其是同德站每年增幅达0.756 g/m²;张岩等^[57]的研究发现,20世纪90年代末至21世纪初,三江源地区NPP每年增速为-31.00 g/m²,但2006年以后增速提高至每年13 g/m²,增幅非常明显,说明黄河流域河源区在全球变暖和生态保护双重作用下,生态系统的净初级生产力显著提高。其他****对青藏高原NPP的研究也表明^[58,59,60],黄河流域河源区乃至青藏高原全区的NPP在2002年以后出现明显的增加趋势,不过区域内部也存在一定的区域差异性。因此,气候变化、生态保护对NPP的贡献仍需要进一步区别研究,但总体判断黄河流域河源区生态保护和建设是区域NPP增加的主要原因。

不同的土地利用类型承载不同类型的生态系统,而不同生态系统的物质循环过程具有较大差异。黄河流域河源区的土地利用类型变化对各生态系统有着明显的影响,并对生态系统的物质积累和循环过程产生影响。20世纪70年代至90年代末的草地生态系统恶化,导致草地生态系统优势种比例降低,毒杂草等物种入侵,土壤的通透性、坚实度变小,表面蒸发量增大,高原鼠兔等动物种群密度增加,地下生物量减少^[61],土壤中的有机质、速效磷、硝态氮、速效钾等的累积含量减少,碳、氮流失,土壤贫瘠化加剧,甚至发育旱生沙生植物等^[62,63]。王文颖等^[64]研究发现,2004年黄河源头区达日县退化草地的土壤有机质和速效氮的含量远低于未退化草地生态系统,由草地退化导致的根系碳、氮损失分别高达87.93%和70.42%。王根绪等^[65]研究表明,1972—2002年整个青藏高原草地生态系统退化引起的碳排放达到29.53×10⁸ tC,重度退化草地在生长季内表现出较高的CO₂排放通量。张继平等^[66]研究认为,2000年以来,黄河源头等地区的草地生态系统整体表现为碳汇,草地生态系统碳汇总量的多年平均值为0.4×10⁸ t,单位面积碳汇量为每年86.80 g/m²,总体呈现上升趋势,其空间分布呈现自西向东递减趋势。

3.2.2 对水文过程的影响

土地利用变化通过改变生态系统而直接或间接影响生态水文过程。土地利用变化对水文过程的间接影响主要因地表结构改变影响水分的下渗和蒸发能力,从而改变土壤水分的赋存状况,而植被覆盖度的变化影响降水的产流、下渗、蒸发等水循环环节,以及水源涵养功能,最终对区域水文和水资源造成影响。土地利用变化对水文的直接影响主要体现在湖泊水体面积变化和黄河干、支流的人工水库建设。

黄河源头区的湖泊面积从20世纪70年代以来就出现萎缩的状况：据肖晖等^[67]研究,1970—1990年,黄河源头区的星星海、扎陵湖、鄂陵湖和冬给错那湖等湖泊面积分别萎缩了4.10、10.77、7.15和16.24 km²。李林等^[68]对该区域湖泊的研究也发现,1990—2004年湖泊斑块数量减少了49块,沼泽湿地减少了近200.00 km²,湖泊、湿地等的萎缩导致水源涵养能力下降。

21世纪初湖泊面积开始回转并持续增长^[67,69],1976—2018年,青藏高原1 km²以上的湖泊总数由1080个增加至2018年的1424个。同时,黄河流域河源区自1986年以来兴建了龙羊峡、李家峡等大型水电站,水库库区面积增加了462.02 km²,导致该区域水文蒸发和地下水位发生明显变化,在某种程度上也改变了局地气候^[71]。

由于研究区土地利用质量的变化,不同植被覆盖度、冠层、根系及土壤理化性质等对降水、产流及蒸发均产生影响,致使降水资源重新分配,进而影响草地的生态水文过程^[72,73]。1981—1998年,由于植被覆盖率降低,地面蒸散量增加,黄河流域河源区蒸散量以32.50 mm/10a的速率上升^[74]。多位****认同气候变化和人类活动对黄河源头区河川径流的影响较大,如常国刚等^[75]研究认为,20世纪后半叶,黄河上游地区减少的径流70.00%是由气候变化所导致的,而30.00%则由于人口增加、过度放牧等原因造成;钱云平等^[76]、杨建平等^[77]认为,黄河源头区植被退化、水土流失加剧、湖泊干涸萎缩,源区来水量大幅减少,是造成黄河下游频繁断流的一个重要因素;李万寿等^[78]则认为,黄河源头水资源短缺、湖面蒸发是黄河断流的主要原因;而赵林等^[79]认为,黄河源头等地区冻土退化、产流减少,是黄河上游水量减少的主要成因。

李万志等发现,自2000年以来,随着禁牧休牧、退耕还林、围栏封育等生态保护工程和草地退化综合治理、防沙治沙、水土保持等生态修复工程的实施,人类活动对水文过程的影响程度逐步下降至26.39%^[80]。因此,土地利用变化对研究区内水文过程产生复杂影响,其中土地利用质量的变化对草地生态水文过程的影响较显著,以人类活动为主导的土地利用方式变化往往导致流域径流量的改变。

3.2.3 对温度的影响

土地利用变化是气候系统的胁迫因子之一^[81],通过改变地表粗糙度、反照率等导致地面温度的变化^[54,81-84]。由于太阳辐射的吸收率变化,未利用土地吸收率高,地表升温强烈,草地升温次之,高覆盖的林地升温最弱,即植被覆盖状况越好（差）,局地升温越弱（强）^[83,85-87]。近40年来,随着黄河流域河源区草地植被的破坏,局地增温幅度在0~1℃之间^[83],人类活动强烈的河湟谷地由于人口增加和建设用地扩张,城市“热岛效应”显著^[88]。2000—2010年,黄河流域河源区的西宁市交通用地、工业用地、居住地的地表温度分别升高了1.43、1.42和1.23℃,而城市绿地温度仅升高0.77℃^[89]。可见,以人类活动为主导的土地利用方式变化往往导致局部区域气候的改变,尤以气温的改变最为显著。

4 土地利用变化对社会经济的影响

4.1 对畜牧业的影响

土地利用主要通过草地面积和质量变化对载畜量和放牧范围等产生较大影响。随着黄河流域河源区草地质量的变化和生态用地的扩大,畜牧业发展受到较大影响。

20世纪70年代至21世纪初,黄河流域河源区的草地退化严重,产草量和优质草场面积大幅度下降,从而导致牲畜数量显著下降^[16]。如黄河源头达日县植被盖度20世纪90年代中后期比60年代减少了69.30%,产草量下降86.77%,因草地退化损失可食牧草1.03×10⁸ kg,相当于7.06×10⁴羊单位1年的需草量^[47]。同德、贵南、兴海等县仅1996年因草地退化损失牧草2.34×10⁸ kg干物质,减少了10%的理论载畜量^[90]。青海全省1997年因草地退化损失鲜草0.12×10⁸ t/a,相当于减少家畜饲养量达0.08×10⁸羊单位^[91]。

为了保护和修复生态环境,遏制草地退化趋势,2003年黄河流域源头所在的三江源地区开始全面推行减畜工作^[30],并实施生态保护与建设工程,黄河流域河源区牲畜数量从2000—2005年的2.176×10⁷头（只）/a降至2006—2009年的1.980×10⁷头（只）/a,牲畜减幅达9.00%以上^[92],减畜工程效果显著。2005年以来该区域草地退化局面基本得到遏制;2008年,全面建设草地生态畜牧业,严格落实草原补助奖励政策,畜牧业发展的集约化、组织化、规模化程度显著提高,“草畜”矛盾得到妥善解决^[93],基本实现草畜平衡^[94]。

土地利用变化对农业的影响主要表现在耕地面积、农产品产量和种植结构方面。黄河上游地区的耕地主要集中分布在黄河谷地及其湟水、隆务等支流河谷地区。

自20世纪中叶以来,黄河流域河源区耕地面积经历了从增长到减少的变化过程,1949—2003年青海省耕地总面积增加了1500 km^2[94],绝大多数耕地集中在黄河流域的河湟谷地。随着21世纪初西部大开发战略、退耕还林（草）和生态保护建设工程的实施,一方面黄河流域河源区城镇建设步伐加快,建设用地增加;另一方面由于生态保护和退耕,使耕地面积大幅减少^[95],经作者计算,2015年黄河流域河源区耕地面积比2000年减少了0.72%,耕地大部分转变为生态用地、水域,少部分转变为建设用地。

随着耕地的减少,土地集约程度提高,种植结构发生了变化。黄河流域河源区东部河谷地区从城区、城乡过渡带到农业区的作物种植类型逐渐丰富,依次形成：花卉果蔬为主;粮食和油料作物、蔬菜、树苗为主;粮食和油料作物、蔬菜、树苗、牲畜饲料为主的种植结构。

2000年以来,黄河流域河源区耕地面积的减少对粮食产量的影响并不很大。由于农田基本设施建设以及优良品种和农业技术的推广,青海省黄河谷地粮食单产有了较大提高,从2000年的0.26×10⁴ kg/hm²增长至2018年的0.37×10⁴ kg/hm²,2000年青海省粮食总产量为8.27×10⁸ kg,2008年增长至10.18×10⁸ kg,至2018年底粮食总产量仍基本稳定在10.30×10⁸ kg^[96]。

总之,黄河流域河源区随着城镇化进程的加快和生态保护力度的加大,耕地面积呈现减少直至稳定的趋势,而耕地的减少同时促进了集约化程度提高及农产品产量增加,最终使得农业与生态呈现和谐发展的良好态势。

5 政策建议

黄河流域河源区作为国家生态屏障和“中华水塔”的重要地区,生态地位显著。三江源国家公园建设和生态保护工程等一系列重大项目的付诸实施,使生态环境得到有效保护。该区域土地利用格局的稳定和生态用地的优化,有效降低了人类活动对生态环境的扰动,保证了黄河流域河源区的青山绿水和水源涵养。近年来国家又确定了“坚持生态保护优先,推动高质量发展,创造高品质生活”的发展战略,在协调生态环境保护和社会经济发展方面提出了更高的要求。提出如下政策建议：

（1）需针对黄河流域河源区的区域差异性,合理划分可利用草地和生态用地功能区,黄河源头区应依托三江源国家公园建设,创新国家公园管理体制,在加强生态保育和管护的同时,深入研究当地牧民的可持续生计,努力实现草畜平衡,促进有机畜牧业发展,妥善解决生态保护与牧民高质量发展的需求;河湟谷地地区应强化土地集约利用,加大水土流失和地质灾害防治力度,提高生态环境质量,推进城乡一体化综合高质量发展。

（2）针对黄河流域河源区多项重大生态治理和建设工程的实施,部分地区存在多项工程重叠治理、过度治理现象,个别地区为了争取生态项目,国家、地方多项生态治理工程集中在一个特定的生态区域,缺乏生态治理和保护的精准识别和针对性措施,过度生态,导致治理对象的盲目性和国有资产的严重浪费。因此,政府要强化顶层设计,充分利用现代遥感监测技术和地面调查,精准识别生态环境问题,有的放矢,精准立项,区块推进,加强监管和评估力度,确实推进生态建设成效。

（3）黄河流域河源区是黄河流域重要的水源涵养区,其生态保护和水资源保障为主的功能,使当地经济发展受到较大制约,但从整个流域来看,该地区为中、下游地区提供了较高的生态溢出价值,尤其是黄河源区生态用地增加的碳汇效应,目前还没有得到系统研究,其碳汇价值远远被低估。因此,政府应组织科研力量,深入研究流域生态补偿机制,使其成为区域生态屏障保护建设和高质量发展的保障。

6 研究展望

6.1 加强土地利用格局变化的影响因素研究

黄河流域河源区是青藏高原生态系统最为脆弱而敏感的区域,其土地利用格局变化既受人类活动的影响,更多地还是受到自然因素的驱动,且驱动机制相对复杂,未来土地利用格局变化存在较多的不确定性。因此,在加强生态保护,减少人类活动的同时,通过长时间序列数据和土地退化机制的实验研究,在精细尺度上监测和获取气候、蒸发、产流、冻土退化等地表过程数据,强化诸影响因素对土地利用格局变化的作用机理的模拟分析,正确理解土地利用格局变化和自然-人为因素之间的关系,为寻求有效的生态治理措施提供科学依据。

6.2 推进土地利用变化生态效应研究

土地利用格局变化的生态效应是国际土地计划研究的重点,不同地区已有大量研究成果发表,但是对于高寒脆弱区土地利用生态效应的研究还十分薄弱。黄河流域河源区高寒草甸、沼泽草甸等具有特殊的生境,其生态效应也在高寒地区具有特殊意义,高寒草甸、沼泽草甸的固碳能力、水源涵养能力、水土保持能力等尚不十分清楚。同时,该地区相对单一的土地利用结构下,如何使其生态效应发挥最大潜能,保证草地生态系统物质流、能量流得到优化,均是目前亟待解决的科学问题。因此,应加强该区域土地利用生态效应研究,将分散的针对不同效应的研究,通过综合集成和系统化,提高黄河流域河源区土地变化整体生态效应的集成研究水平。

6.3 深化生态服务价值评估与自然资产估算

黄河流域河源区是中国生态安全屏障的重要组成部分,该地区实施的生态优先策略已经取得显著成就,投入大量资金和人力,有效改善了生态环境质量和保证了“一江清水向东流”。然而,目前对该区域自然资产的认识不清,比如碳、水资源储量、高寒草甸和高寒草原、荒漠草原等分布面积等尚不十分清楚;由气候变化导致的冻土变化、草地退化、湖泊面积变化、湿地变化、冰川退缩等影响土地利用格局变化的趋势仍具有较大的不确定性;使得生态服务价值评估版本众多,缺乏统一的、具有说服力的自然资产核算和生态服务价值评估的指标体系。因此,随着各方面研究的不断深入和评价技术的不断提高,有必要组织力量加强对黄河流域河源区自然资产的核算和生态服务价值的评估,正确理解土地利用变化的关键过程,重视土地利用变化引起的生态系统服务价值变化,系统评价土地利用变化对社会、经济和环境的影响,为黄河流域河源区生态补偿和全流域高质量发展提供政策依据。

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