全 文 ：书犇犗犐：１０．１１６８６／犮狔狓犫２０１５４６９ 犺狋狋狆：／／犮狔狓犫．犾狕狌．犲犱狌．犮狀
张海燕，樊江文，邵全琴，张雅娴．２０００－２０１０年中国退牧还草工程区生态系统宏观结构和质量及其动态变化．草业学报，２０１６，２５（４）：１１５．
ＺＨＡＮＧＨａｉＹａｎ，ＦＡＮＪｉａｎｇＷｅｎ，ＳＨＡＯＱｕａｎＱｉｎ，ＺＨＡＮＧＹａＸｉａｎ．Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｄｙｎａｍｉｃｓｉｎｔｈｅ‘ＲｅｔｕｒｎｉｎｇＲａｎｇｅｌａｎｄｔｏＧｒａｓｓｌａｎｄ’ｐｒｏ
ｇｒａｍｓ，Ｃｈｉｎａ．ＡｃｔａＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒａｅＳｉｎｉｃａ，２０１６，２５（４）：１１５．
２０００－２０１０年中国退牧还草工程区生态系统
宏观结构和质量及其动态变化
张海燕１，２，樊江文１，邵全琴１，张雅娴１，２
（１．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；２．中国科学院大学，北京１０００４９）
摘要：本研究以生态学理论为基础，以空间信息技术为支撑，基于遥感数据、气象数据和地面观测数据，通过多源数
据融合、生态模型模拟和尺度转换手段，分析中国退牧还草综合治理工程区２０００－２０１０年生态系统宏观结构和质
量的时空分布及变化趋势，探讨生态系统变化的自然和人文驱动机制，为退牧还草工程的生态成效评估提供理论
依据。研究结果表明，１）２０００－２０１０年，草地生态系统面积保持平稳，生态系统宏观结构稳定，但局部区域仍存在
草地与农田、湿地和荒漠间的相互转化；２）研究区草地退化趋势已得到初步遏制，植被覆盖度略有增长，叶面积指
数略呈波动式增加，净初级生产力呈显著上升，草地植被呈现恢复转好态势，生态系统总体质量有所提高，生态环
境向良性演变；３）研究区生态状况具有空间差异性，总体转好，局部变差，各亚区整体水平排序为内蒙古东部退化
草原治理区＞青藏高原江河源退化草原治理区＞新疆退化草原治理区＞蒙甘宁西部退化草原治理区；４）退牧还草
工程的实施有利于草地保护，气候暖湿化促进植被生长与恢复，人类活动干扰局部地区生态系统，三者共同影响研
究区总体生态状况。
关键词：退牧还草工程；宏观结构；生态系统质量；时空分布；动态变化　　
犈犮狅狊狔狊狋犲犿犱狔狀犪犿犻犮狊犻狀狋犺犲‘犚犲狋狌狉狀犻狀犵犚犪狀犵犲犾犪狀犱狋狅犌狉犪狊狊犾犪狀犱’狆狉狅犵狉犪犿狊，犆犺犻狀犪
ＺＨＡＮＧＨａｉＹａｎ１，２，ＦＡＮＪｉａｎｇＷｅｎ１，ＳＨＡＯＱｕａｎＱｉｎ１，ＺＨＡＮＧＹａＸｉａｎ１，２
１．犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犔犪狀犱犛狌狉犳犪犮犲犘犪狋狋犲狉狀犪狀犱犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀，犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犌犲狅犵狉犪狆犺犻犮犛犮犻犲狀犮犲狊犪狀犱犖犪狋狌狉犪犾犚犲狊狅狌狉犮犲狊犚犲狊犲犪狉犮犺，
犆犃犛，犅犲犻犼犻狀犵１００１０１，犆犺犻狀犪；２．犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００４９，犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｇｒａｓｓｌａｎｄｉｎａｒｉｄ，ｓｅｍｉａｒｉｄａｎｄａｌｐｉｎｅａｒｅａｓｈａｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｓｅｖｅｒｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎｒｅｃｅｎｔｄｅｃａｄｅｓ．Ｔｏ
ｅｎａｂｌｅｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅＲｅｔｕｒｎｉｎｇＲａｎｇｅｌａｎｄｔｏＧｒａｓｓｌａｎｄ
（ＲＲＧ）ｐｒｏｇｒａｍｗａｓｉｎｉｔｉａｔｅｄｉｎ２００３．Ｂａｓｅｄｏｎｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｍａｇｅｓ，ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｄａｔａａｎｄｇｒｏｕｎｄｏｂ
ｓｅｒｖｅｄｄａｔａ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｕｔｉｌｉｚｅｄｄａｔａｆｕｓｉｏｎ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｃａｌｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔ
ｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌｍａｃｒｏｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｑｕａｌｉｔｙａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｎｒｅｇｉｏｎｓｈｏｓｔｉｎｇＲＲＧｐｒｏｇｒａｍｓ．
Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒ（ＦＶＣ），ｌｅａｆａｒｅａｉｎｄｅｘ（ＬＡＩ）ａｎｄｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ（ＮＰＰ）ｗｅｒｅｕｔｉｌｉｓｅｄｔｏ
ｉｎｄｉｃａｔｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍｑｕａｌｉｔｙ．Ｗｅｅｘａｍｉｎｅｄｔｈｅｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｃｏｓｙｓ
ｔｅｍｑｕａｌｉｔｙｉｎｒｅｇｉｏｎｓｗｈｅｒｅｔｈｅＲＲＧｐｒｏｇｒａｍｓｗｅｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１０．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｙ，ｗｅａｎａ
ｌｙｚｅｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｅｖｏｌｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｅｃｏｓｙｓｔｅｍｃｈａｎｇｅ．Ｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ
第２５卷　第４期
Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４
草　业　学　报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ 　　
１－１５
２０１６年４月
收稿日期：２０１５０９２９；改回日期：２０１６０１１４
基金项目：国家十二五科技支撑计划项目（２０１３ＢＡＣ０３Ｂ０４１２）资助。
作者简介：张海燕（１９８７），女，山东潍坊人，在读博士。Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｈｙ．１３ｂ＠ｉｇｓｎｒｒ．ａｃ．ｃｎ
通信作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｆａｎｊｗ＠ｉｇｓｎｒｒ．ａｃ．ｃｎ
ｗｅｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ．Ｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｓｔａｂｌｅ，ｂｕｔｇｒａｓｓｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｌｏｃａｌｃｈａｎｇｅ
ｉｎｆａｒｍｌａｎｄ，ｗｅｔｌａｎｄａｎｄｄｅｓｅｒｔ．ＦＶＣｓｈｏｗｅｄａｓｌｉｇｈｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄｆｏｒｇｒａｓｓｌａｎｄ；ＬＡＩｔｅｎｄｅｄｔｏｆｌｕｃｔｕａｔｅ
ｂｕｔｔｅｎｄｅｄｔｏａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅ；ＮＰＰｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｒａｎｇｉｎｇｆｒｏｍ２１８．２３ｇＣ／（ｍ２·ａ）ｉｎ２０００，ｔｏ２２６．３０ｇＣ／
（ｍ２·ａ）ｉｎ２０１０，ａ３．７％ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｄｉｆｆｅｒｅｄｓｐａｔｉａｌｙ；ｏｖｅｒａｌｔｈｅｒｅｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｂｕｔ
ｗｉｔｈａｒｅａｓｏｆｌｏｃａｌｉｚｅｄｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｌｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｓｕｂｒｅｇｉｏｎｗａｓ：ｔｈｅｄｅｇｒａｄｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄｒｅｇｉｏｎｏｆ
ｅａｓｔｅｒｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ＞ｔｈｅｒｉｖｅｒｈｅａｄｇｒａｓｓｌａｎｄｒｅｇｉｏｎｏｆｔｈｅＱｉｎｇｈａｉ－ＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ＞ｔｈｅｄｅｇｒａｄｅｄｇｒａｓｓ
ｌａｎｄｒｅｇｉｏｎｏｆＸｉｎｊｉａｎｇ＞ｔｈｅｄｅｓｅｒｔｇｒａｓｓｌａｎｄｒｅｇｉｏｎｏｆｗｅｓｔｅｒｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ－Ｇａｎｓｕ－Ｎｉｎｇｘｉａ．Ｔｈｅｓｐａｔｉｏ
ｔｅｍｐｏｒａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｗａｓｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｈｕ
ｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．ＴｈｅＲＲＧｐｒｏｇｒａｍｓｒｅｓｔｏｒｅｄｄｅｇｒａｄｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｄｎａｔｕｒａｌｇｒａｓｓｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．
Ｔｈｅｗａｒｍｉｎｇｗｅｔｔｉｎｇｔｒｅｎｄｏｂｓｅｒｖｅｄｏｖｅｒｔｈｉｓｔｉｍｅｐｒｏｍｏｔｅｄｔｈｅｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ．Ｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ
ｓｕｃｈａｓｏｖｅｒｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｉｎｔｏｆａｒｍｌａｎｄｉｎｓｏｍｅａｒｅａｓ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ＲｅｔｕｒｎｉｎｇＲａｎｇｅｌａｎｄｔｏＧｒａｓｓｌａｎｄｐｒｏｇｒａｍｓ；ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｑｕａｌｉｔｙ；ｔｅｍｐｏｒａｌ
ａｎｄｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅ
我国拥有各类草地３９２万ｋｍ２，居世界第二位，占国土面积的４１．７％［１］。草地是我国面积最大的陆地生态
系统和绿色生态屏障，具有防风固沙、涵养水源、固碳释氧、保持水土及维护生物多样性等生态服务功能。草地也
是畜牧业发展的重要物质基础和牧区农牧民赖以生存和发展的基本生产资料［２］。由于生态环境的脆弱，自然气
候因素的影响，开垦草原、超载放牧、破坏草原植被等人类活动的干扰，我国草地退化问题严峻［３］，全国９０％的草
原存在不同程度的退化、沙化和盐渍化。
２００３年初，针对西部地区草原生态环境持续恶化的严峻现实，国务院批准退牧还草工程，计划用５年时间先
期集中治理６．６７×１０７ｈｍ２ 严重退化草原，约占西部地区严重退化草原面积的４０％［４］。退牧还草工程是近年来
国家在草地建设史上投入规模最大、涉及面最广、受益群众最多、对草地生态环境影响最为长远的项目。退牧还
草工程涉及草地生态修复和牧区建设，坚持保护为先，建设和合理利用相结合，实行以草定畜，严格控制载畜量；
实行草场围栏封育，开展禁牧、休牧和划区轮牧措施；适当建设人工草地和饲草基地。旨在遏制天然草地的持续
恶化，优化草畜产业结构，恢复草原植被，提高草地生产力和载畜能力，促进与恢复草原生态平衡，实现畜牧业可
持续发展［５］。
退牧还草工程区的生态系统宏观结构与生态质量监测是生态工程研究的重要环节，现有研究仅是对于样点
或者局部区域地面采样，且主要集中在工程区内外牧草生长状况进行单一对比［６１０］，但对于中国退牧还草工程综
合治理区的生态系统宏观结构与质量各参数都还没有长时间序列系统完整的监测；其次，遥感数据、ＧＩＳ技术和
生态模型使用也不够深入，全区整体生态状况仍没有定量的描述。本文以中国退牧还草工程综合治理区作为监
测对象，基于遥感数据、气象数据和地面观测数据，通过多源数据融合、生态模型模拟和尺度转换手段，获取中国
退牧还草综合治理工程区的生态系统宏观结构与质量参数，定量评价１０年间研究区生态状况，为准确评价退牧
还草工程的生态成效提供科学依据，并进一步探讨导致生态系统发生变化的自然和人文驱动机制，凝练成功经
验，揭示存在问题，以便为草地生态系统的管理、生态工程的调整和中长期科学规划与部署，提供决策依据。
１　材料与方法
１．１　研究区概况
目前，退牧还草工程区实施范围按照有关原则进行调整，每年都有新增县和退出县，每年工程实施范围基本
为１２０多个县［１１］。２００３－２０１０年，退牧还草工程的实施范围主要包括内蒙古、四川、云南、西藏、甘肃、青海、宁
２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４
夏、新疆等省（区）及新疆生产建设兵团１９０余县／旗（团场），总面积达３１９．２１万ｋｍ２。退牧还草工程区主要集中
于北方干旱半干旱草原区和青藏高寒草原区，以荒漠草原和高寒草原为主，大部分区域年降水量在４００ｍｍ 以
下，超载严重，草原存在不同程度的退化、沙化和盐碱化，生态系统脆弱。根据区域性特点、存在主要问题和保护
建设利用等的需要，全国退牧还草综合治理工程区（以下简称为退牧还草工程区）分为内蒙古东部退化草原治理
区、蒙甘宁西部退化草原治理区、新疆退化草原治理区和青藏高原江河源退化草原治理区４个亚区［１２］（图１）。
据农业部统计材料显示，２００３－２０１０年，退牧还草工程共投入资金１８５．２２亿元，投资额呈先增加后减少
的趋势，以２００６年总投资额为最大。截止２０１０年，全国退牧还草工程围栏面积共５１５８．２７万ｈｍ２，其中禁牧围
栏２６０６．４７万ｈｍ２，休牧围栏２４６６．２０万ｈｍ２，划区轮牧围栏８５．６０万ｈｍ２；退化草原补播改良１２４０．８７万ｈｍ２；
同时，对项目区实施围栏封育的牧民给予饲料粮补贴。从各省建设情况来看，内蒙古、新疆围栏面积最大，分别为
１４３８．００万和１０８２．６７万ｈｍ２，云南省围栏面积最小，为３８．３３万ｈｍ２。从实施内容来看，禁牧围栏以内蒙古、
青海和新疆面积较大；休牧围栏、划区轮牧和草地补播均以内蒙古、新疆等面积较大，四川、甘肃、青海、西藏等
次之。
图１　退牧还草工程区空间分布
犉犻犵．１　犛狆犪狋犻犪犾犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狋犺犲犚犲狋狌狉狀犻狀犵犚犪狀犵犲犾犪狀犱狋狅犌狉犪狊狊犾犪狀犱狆狉狅犵狉犪犿狊犻狀犆犺犻狀犪
　
１．２　生态系统宏观结构
研究区生态系统的一级类型分为森林、灌丛、草地、湿地、农田、城镇、荒漠和冰川／永久积雪８类，二级类型分
为阔叶林、针叶林、针阔混交林、稀疏林、草甸、草原、草丛等１８类［１３１４］。以２０００－２０１０年的 ＭＯＤＩＳ数据、２０００
和２００５年的ＬａｎｄｓａｔＴＭ／ＥＴＭ数据以及２０１０年的 ＨＪ１卫星ＣＣＤ等多源遥感数据源为主，并辅以地形数据、
雷达数据、野外实地调查数据和长期生态系统监测资料进行修正与验证，利用各省提供的地面点位置建立解译标
志数据库，采用人机交互分类进行遥感解译得到生态系统数据。遥感精度验证采用随机抽样方法进行独立产品
精度评价，生态系统一级分类精度为９４％，二级分类精度达８６％以上［１３］。
本研究通过分析研究区２０００，２００５和２０１０年森林、草地、农田、湿地、荒漠等主要生态系统面积、所占比例、
空间分布，以及２０００－２０１０年主要生态系统变化状况，探讨生态系统宏观结构是否优化。借助生态系统类型转
移矩阵全面分析区域生态系统变化的结构特征和研究期初各类型的流失去向及研究期末各类型的来源与构成。
３第２５卷第４期 草业学报２０１６年
１．３　生态系统质量参数
本文以植被覆盖度（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒ，ＦＶＣ）、叶面积指数（ｌｅａｆａｒｅａｉｎｄｅｘ，ＬＡＩ）和净初级生产力
（ｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ＮＰＰ）３个参数作为生态系统质量是否改善的指示因子，通过遥感反演、生态模型模拟
和尺度转换等手段，最终获得研究区２５０ｍ空间分辨率的２０００－２０１０年连续１０年的每年数值、多年均值及变化
趋势的植被覆盖度、叶面积指数和净初级生产力空间数据。
１．３．１　植被覆盖度　　植被覆盖度以２５０ｍ分辨率的 ＭＯＤＩＳ数据为信息源，采用１６ｄ最大合成法，在时间域
上通过Ｓ－Ｇ滤波处理对数据集进行重构，从而进一步消除噪声影响，然后采用像元二分模型进行估算，借助土
地覆盖数据集，进行研究区植被覆盖度的估算。
因植被指数与植被覆盖度有较好的相关性，本文利用归一化植被指数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎ
ｄｅｘ，ＮＤＶＩ），根据像元二分模型理论来计算植被覆盖度。像元二分模型是一种简单实用的遥感估算模型，假设
一个像元的ＮＤＶＩ值是由绿色植被部分所贡献的信息犖犇犞犐ｖｅｇ，与无植被覆盖（裸土）部分贡献的信息犖犇犞犐ｓｏｉｌ
组合而成，植被覆盖度的计算公式为：
犉犞犆＝（犖犇犞犐－犖犇犞犐ｓｏｉｌ）／（犖犇犞犐ｖｅｇ－犖犇犞犐ｓｏｉｌ） （１）
式中，犖犇犞犐通过遥感影像近红外波段与红光波段的反射率来计算；犖犇犞犐ｖｅｇ为纯植被像元的ＮＤＶＩ值；犖犇犞犐ｓｏｉｌ
为完全无植被覆盖像元的ＮＤＶＩ值。
１．３．２　叶面积指数　　反演ＬＡＩ是目前植被遥感重要研究内容之一，大范围ＬＡＩ一般通过遥感反演和机理模
型模拟获得。本文叶面积指数来源于已有的 ＭＯＤＩＳＭＯＤ１５Ａ２产品，通过时空滤波算法及尺度下推方法得到。
为填补 ＭＯＤＩＳＭＯＤ１５Ａ２产品时空不连续性，利用Ｆａｎｇ等［１５］发展的时空滤波算法（ｔｅｍｐｏｒａｌｓｐａｔｉａｌｆｉｌｔｅｒ，
ＴＳＦ）提高ＬＡＩ数据质量，通过临近像元法重采样，得到空间分辨率为５００ｍ 的ＬＡＩ滤波产品。假定ＬＡＩ与
ＮＤＶＩ间存在线性关系，并且特定空间尺度下该线性关系也相同，而且大尺度ＮＤＶＩ像元值等于组成它的小像元
值的平均，将５００ｍ的ＬＡＩ重采样为２５０ｍ，选择５×５的滑动窗口逐像元移动，计算窗口中心像元处ＮＤＶＩ与
窗口内ＮＤＶＩ均值的比值，再与重采样后的ＬＡＩ相乘，最终得到２５０ｍ分辨率的ＬＡＩ数据。
１．３．３　净初级生产力　　ＮＰＰ基于资源平衡观点的ＣＡＳＡ模型［１６］估算得到，且模拟结果采用大样地调查数据
和样方调查数据进行验证。光合有效辐射（ＰＡＲ）是植被光合作用的驱动力，是植被ＮＰＰ的一个决定因子，而植
物吸收的光合有效辐射（ＡＰＡＲ）尤为重要，因此估算ＮＰＰ可用ＡＰＡＲ和实际光能利用率（ε）表示，公式为：
犖犘犘＝犃犘犃犚（狓，狋）＋ε（狓，狋） （２）
式中，犃犘犃犚（狓，狋）表示像元狓在狋月份吸收的光合有效辐射（单位：ＭＪ／ｍ２·旬）；ε（狓，狋）表示像元狓在狋月份的
实际光能利用率（单位：ｇＣ／ＭＪ）。
ＰＡＲ主要从资料文档、气象数据中得到太阳总辐射量及日照时数等信息，然后结合研究区中像元经纬度计
算得到。ＦＰＡＲ利用 ＭＯＤＩＳＮＤＶＩ产品计算得到比值指数ＳＲ，然后通过ＦＰＡＲ与比值指数ＳＲ之间存在
关系，得到ＦＰＡＲ。ε指植被将吸收的光合有效辐射（ＡＰＡＲ）通过光合作用转化为有机碳的效率，其获取方法如
下：
ε（狋）＝ε×犜１（狋）×犜２（狋）×犠（狋） （３）
式中，ε指的是最大光利用率（单位：ｇＣ／ＭＪ），犜１ 和犜２ 表示环境温度对光利用的抑制影响，犠 则为水分影响胁
迫系数。犜１ 和犜２ 及犠 均为无量纲参数。其中犜１ 和犜２ 及犠 分别由下面公式计算获得。
犜１＝－０．０００５（犜ｏｐｔ－２０）２＋１ （４）
犜２＝ １１＋ｅｘｐ［０．２（犜ｏｐｔ－１０－犜ｍｏｎ）］
× １１＋ｅｘｐ［０．３（－犜ｏｐｔ－１０＋犜ｍｏｎ）］
（５）
式中，犜ｏｐｔ表示植被生长季内ＮＤＶＩ值达到最高时的月平均气温（单位：℃），犜ｍｏｎ表示月平均气温（单位：℃）。
犠（狋）＝犈犈犜
（狋）
犘犈犜（狋）
（６）
式中，犈犈犜（狋）表示研究区月实际蒸散量（单位：ｍｍ），犘犈犜（狋）表示研究区月潜在蒸散量（单位：ｍｍ），通过ＥＴ
４ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４
Ｗａｔｃｈ计算获得。
１．３．４　数据验证　　因ＦＶＣ、ＬＡＩ和ＮＰＰ的空间分辨率均为２５０ｍ，数据精度验证除借助地面调查样点外，并
咨询草原相关主管部门和参考草原监测报告。ＦＶＣ和ＬＡＩ数据通过对全国范围内８个典型生态类型选取样点，
提取变化曲线进行对比分析。ＮＰＰ数据主要通过典型样区尺度森林、草地、农田生态系统的野外观测站及历史
地面观测数据开展模型校验与精度验证。农业部对内蒙古、四川、西藏、甘肃、青海、宁夏、新疆、云南等省（区）和
新疆生产建设兵团的４００多个县／旗（团场）开展草原地面调查，设置３４００个样地，得到６９００个样方数据，结果表
明工程区内的植被均逐步恢复，草地质量得到一定改善，植被覆盖度和鲜草产量比工程实施前分别提高５％和
３．４５％。２０１０年农业部监测结果，工程区平均植被盖度为７１％，比非工程区高出１２％，草群高度、产草量和可食
鲜草产量分别比非工程区高出３７．９０％，４３．９０％，４９．１０％［１７］。
１．４　其他数据
１９９０－２０１０年研究区１ｋｍ的年降水量和年均温空间分布数据是基于气象观测数据２１０个国家气象台站
（图１），获取的站点气象数据经过质量检查和控制，消除异常值，缺测值利用临近站点的观测值进行线性内插方
式替换；ＤＥＭ数据来自国家基础地理信息中心，重采样为１ｋｍ。利用Ａｎｕｓｐｌｉｎ软件采用ＤＥＭ为协变量的方法
对日尺度降水量和温度数据插值所得，通过日降水量和温度获得年尺度研究区的降水量和温度。
基于人类对各生态系统类型的利用程度不同，构建研究区的人类扰动指数。根据刘纪远［１８］提出的土地利用
程度模型，Ｚｈａｏ等［１９］依据不同生态系统类型不同级别的扰动程度构建生物多样性人类扰动指数（取值范围０～
１，无量纲），用于反映人类活动对生态系统的影响程度。基于不同生态系统类型的扰动程度对各生态系统类型进
行分级赋值，得到４种扰动程度的分级指数。根据研究区各扰动类型占有不同比例，加权求和运算后，得到０～３
之间的人类扰动指数，在此基础上进行标准化处理，形成０～１的人类扰动指数。其值反映某一区域人类活动的
扰动程度，其值越高，人类扰动程度越高；其值下降时，则认为人类对生态系统的威胁程度减小。
２　结果与分析
２．１　生态系统宏观结构与演变
从表１可见，退牧还草工程区的生态系统类型以草地生态系统为主，占整个工程区的面积５４％以上。其次
是荒漠生态系统，占全区面积的２３％以上。森林、灌丛、湿地和农田生态系统的面积较小，均占全区面积的３％～
７％之间。冰川／永久积雪分布的面积更少，占全区面积的１．２２％。城镇分布的面积最少，仅占全区面积的
０．４３％。
从生态系统空间分布来看（图２），草地在整个工程区内分布较广，包括草甸、草原和草丛３种，其中草原面积
最大，约占草地总面积的８１％，主要分布在内蒙古呼伦贝尔草地、科尔沁草地、鄂尔多斯高原、青藏高原和新疆的
西北部；草甸次之，约占草地总面积的１８％，主要分布在青藏高原东部、新疆的阿勒泰地区；草丛最少，低于草地
总面积的１％。荒漠主要分布在新疆治理区的塔克拉玛干沙漠南端及西部的哈顺戈壁，蒙甘宁治理区西部的中
央戈壁、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠等。森林主要分布在内蒙古东部治理区的大兴安岭附近。灌丛在新疆治理
区中北部、青藏高原江河源治理区和内蒙古东部等均有分布。
１０年间，城镇、农田和湿地生态系统呈增加趋势，而森林、灌丛、草地、荒漠和冰川／永久积雪生态系统呈减少
趋势（表１和表２）。其中，草地生态系统净减少１０５００ｋｍ２，占２０００年草地生态系统总面积的０．６０％。其中：１）
草地生态系统增加面积为６１１２ｋｍ２，减少面积为１６６１２ｋｍ２。草地增加以农田、湿地和荒漠转入为主，农田转入
草地的面积最大，占转变为草地总面积的４４．１９％；湿地转入草地的面积次之，占转变为草地总面积的２８．５２％；
荒漠转入草地的面积第三，占转变为草地总面积的２１．７１％。草地减少以转入为农田和湿地为主，草地转入农田
最多，占草地转出总面积的５４．９８％；草地转入湿地的面积次之，占草地转出总面积的２０．６８％。此外，草地转为
城镇和荒漠的面积分别占草地转出总面积的９．９５％和９．７１％。２）农田生态系统增加面积为８１４７ｋｍ２，主要由
草地转化而来。３）城镇生态系统增加面积为３０２１ｋｍ２，增加面积占２０００年城镇生态系统总面积的２７．９４％，是
该区增幅最大的生态系统类型。４）其他各类生态系统虽有变化趋势，但变化面积和幅度均较小。
５第２５卷第４期 草业学报２０１６年
表１　研究区２０００，２００５和２０１０年的生态系统一级类型面积统计
犜犪犫犾犲１　犈犮狅狊狔狊狋犲犿犮狅狀犳犻犵狌狉犪狋犻狅狀狊狅犳狋犺犲犔犲狏犲犾犐犮犾犪狊狊犻狀狋犺犲狊狋狌犱狔犪狉犲犪
类型Ｔｙｐｅｓ
２０００
面积
Ａｒｅａ（ｋｍ２）
比例
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ（％）
２００５
面积
Ａｒｅａ（ｋｍ２）
比例
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ（％）
２０１０
面积
Ａｒｅａ（ｋｍ２）
比例
Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ（％）
森林Ｆｏｒｅｓｔ １９９３５８ ６．２５ １９９４４２ ６．２５ １９９２６３ ６．２４
灌丛Ｓｈｒｕｂ １９１６９６ ６．０１ １９１０９９ ５．９９ １９０７１９ ５．９７
草地Ｇｒａｓｓｌａｎｄ １７４０２６３ ５４．５２ １７３５４８７ ５４．３７ １７２９７６３ ５４．１９
湿地 Ｗｅｔｌａｎｄ １２２４７２ ３．８４ １２３９５８ ３．８８ １２４７７７ ３．９１
农田Ｆａｒｍｌａｎｄ １３１０９０ ４．１１ １３５０６７ ４．２３ １３９２３７ ４．３６
城镇Ｕｒｂａｎ １０８１１ ０．３４ １２１１４ ０．３８ １３８３２ ０．４３
荒漠Ｄｅｓｅｒｔ ７５７０２１ ２３．７１ ７５６１３８ ２３．６９ ７５５６９４ ２３．６７
冰川／永久积雪Ｇｌａｃｉｅｒａｎｄｓｎｏｗ ３９４６７ １．２４ ３８８７３ １．２２ ３８８９３ １．２２
表２　研究区生态系统一级类型转移矩阵（２０００－２０１０）
犜犪犫犾犲２　犜狉犪狀狊犳犲狉狉犻狀犵犿犪狋狉犻狓狅犳狋犺犲犾犲狏犲犾犐犮犾犪狊狊犲犮狅狊狔狊狋犲犿狊犻狀狋犺犲狊狋狌犱狔犪狉犲犪犱狌狉犻狀犵２０００－２０１０ ｋｍ２
类型
Ｔｙｐｅｓ
森林
Ｆｏｒｅｓｔ
灌丛
Ｓｈｒｕｂ
草地
Ｇｒａｓｓｌａｎｄ
湿地
Ｗｅｔｌａｎｄ
农田
Ｆａｒｍｌａｎｄ
城镇
Ｕｒｂａｎ
荒漠
Ｄｅｓｅｒｔ
冰川／永久积雪
Ｇｌａｃｉｅｒａｎｄｓｎｏｗ
森林Ｆｏｒｅｓｔ １９８７３９ ２３ ３２７ ３０ １３７ ０ ７ ０
灌丛Ｓｈｒｕｂ ３６９ １８９１３２ ４２５ ３３ ３７５ ５ ３８０ ０
草地Ｇｒａｓｓｌａｎｄ ４８ １３５ １７２３６５１ １７４３ ２７０１ ３３ １３２７ １２５
湿地 Ｗｅｔｌａｎｄ ６２ １６１ ３４３６ １１９４０５ ２８０ ４ １４２８ １
农田Ｆａｒｍｌａｎｄ １１８ １８６２ ９１３４ ４４７ １２６４１９ １７６ １０８１ ０
城镇Ｕｒｂａｎ ２２ １４５ １６５３ １３０ ９３１ １０５８８ ３６３ ０
荒漠Ｄｅｓｅｒｔ ０ ２３８ １６１３ ６８３ ２４７ ５ ７５２２１０ ６９８
冰川／永久积雪Ｇｌａｃｉｅｒａｎｄｓｎｏｗ ０ ０ ２４ １ ０ ０ ２２５ ３８６４３
２０００－２０１０年１０年间生态类型变化较大的区域主要集中在新疆北部的准噶尔盆地西南边缘、阿尔泰山西
南部，宁夏回族自治区，内蒙古东北部的呼伦贝尔草原及其周边区域（图３）。其中新疆治理区草地转化为农田的
面积最大，为８１７６ｋｍ２，占草地转出总面积的４９．２２％；草地转化为荒漠的面积为１０９３ｋｍ２，占草地转出总面积
的６．５８％；草地转化为湿地的面积为８１１ｋｍ２，占草地转出总面积的４．８８％。此外，该亚区还有１７７０ｋｍ２ 的灌
丛转化为农田。青藏高原江河源治理区草地转化为湿地的面积最大，为２１２４ｋｍ２，占草地转出总面积的
１２．７９％。蒙甘宁西部治理区农田转化为草地的面积最大，为１３５１ｋｍ２，占转变为草地总面积的２２．１０％，其中
６０％以上面积位于宁夏回族自治区内；草地转化为农田和城镇的面积分别为５６６和４７７ｋｍ２。内蒙古东部治理
区湿地转化为草地的面积最大，为６７０ｋｍ２，占转变为草地总面积的１０．９６％。
２．２　生态系统质量遥感监测
研究区２０００－２０１０年植被覆盖度（ＦＶＣ）、叶面积指数（ＬＡＩ）和净初级生产力（ＮＰＰ）各年的变化趋势如图４
所示，全区各参数年际波动特征明显，并呈现微弱上升趋势。１０年间，研究区年均ＦＶＣ在２０．５％～２１．３％，年均
ＬＡＩ为０．７５～０．８５，年均ＮＰＰ为２００～２３０ｇＣ／（ｍ２·ａ）。
２．２．１　植被覆盖度　　２０００－２０１０年，研究区多年平均植被覆盖度为２０．８９％。从各生态系统来看（图５），１０
年间草地植被覆盖度均值为２０％～２１％，其中位于内蒙古东部治理区呼伦贝尔高原附近、青藏高原江河源治理
区东部地区和新疆治理区塔里木河流域及鄂尔奇斯河流域的草地植被覆盖度较高，集中于５０％～９０％；荒漠的
６ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４
图２　研究区２０００，２００５和２０１０年生态系统二级类型空间分布图
犉犻犵．２　犈犮狅狊狔狊狋犲犿犿犪狆狊狅犳狋犺犲犾犲狏犲犾Ⅱ犮犾犪狊狊狅犳狋犺犲狊狋狌犱狔犪狉犲犪犻狀２０００，２００５犪狀犱２０１０
　
图３　２０００－２０１０年生态系统一级主要类型转换空间分布特征
犉犻犵．３　犜犺犲犱狔狀犪犿犻犮犿犪狆狅犳狋犺犲犾犲狏犲犾犐犿犪犻狀犮犾犪狊狊犻狀狋犺犲狊狋狌犱狔犪狉犲犪犳狉狅犿２０００狋狅２０１０　
７第２５卷第４期 草业学报２０１６年
植被覆盖度最低，集中于１０％以下；森林的植被覆盖度
图４　２０００－２０１０年退牧还草工程区植被覆盖度、叶面积
指数和净初级生产力的变化趋势
犉犻犵．４　犐狀狋犲狉犪狀狀狌犪犾狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳犪狀狀狌犪犾犉犞犆，
犔犃犐犪狀犱犖犘犘犱狌狉犻狀犵２０００－２０１０
　
最高，全区均值维持在６５％左右；灌丛和农田均值为
３２％～３６％。从各亚区分布来看（图５），内蒙古东部
治理区植被覆盖度最高，多年均值为４１．９３％；其次是
青藏高原江河源治理区，多年均值为３９．４７％；而新疆
治理区和蒙甘宁西部治理区植被覆盖度较低，多年均
值分别为２０．８０％和１８．７９％。
从１０年来研究区植被覆盖度的变化情况看（图
６），全区多年倾斜率变化为０．１９９％／ａ，即植被覆盖度
平均每年增加０．１９９％，多年增加１．９９％。全区草地
植被覆盖度均值从２０００年的２０．２６％增加到２０１０年
的２０．７４％，升幅为２．３７％。其中草地的植被覆盖度
有约３０％持续转好，有约２０％不同程度的下降，有约
５０％在１０年中变化不大。蒙甘宁西部治理区和青藏
高原江河源治理区的增加趋势相对较为明显，平均每
年增加０．１１％和０．０３％；内蒙古东部治理区和新疆治
理区则保持较平稳的态势。
２．２．２　叶面积指数　　２０００－２０１０年，研究区叶面
积指数多年平均值为０．８１０。从各生态系统来看（图
７），草地的叶面积指数较低，全区草地多年均值在０．７
左右，呼伦贝尔高原附近、准噶尔盆地四周和四川省西
北部的草地叶面积指数较高，分布在１～４间，其他区
域草地的叶面积指数多数低于０．５；森林的叶面积指
数最高，多年均值为３．５４４；农田的叶面积指数次之，多年均值为１．６１４；灌丛的叶面积指数多年均值为１．３２７。从
各亚区分布来看（图８），近１０年叶面积指数最高的亚区是内蒙古东部治理区，多年均值达到２．５８２；其次是青藏
高原江河源治理区，多年均值为０．９３２；新疆治理区和蒙甘宁西部治理区的叶面积指数较低，多年均值分别为
０．３９６和０．３３１。
图５　２０００－２０１０年主要生态系统及各亚区的植被覆盖度
犉犻犵．５　犜犺犲犪狏犲狉犪犵犲犉犞犆犳狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犲犮狅狊狔狊狋犲犿狋狔狆犲狊犪狀犱狊狌犫狉犲犵犻狅狀狊犳狉狅犿２０００狋狅２０１０
８ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４
图６　２０００－２０１０年多年平均植被覆盖度及其变化趋势
犉犻犵．６　犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊犪狀犱犪狀狀狌犪犾狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳犪狏犲狉犪犵犲犉犞犆犳狉狅犿２０００狋狅２０１０
图７　２０００－２０１０年主要生态系统及各亚区的叶面积指数
犉犻犵．７　犜犺犲犪狏犲狉犪犵犲犔犃犐犳狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犲犮狅狊狔狊狋犲犿狋狔狆犲狊犪狀犱狊狌犫狉犲犵犻狅狀狊犳狉狅犿２０００狋狅２０１０
图８　２０００－２０１０年多年平均叶面积指数及其变化趋势
犉犻犵．８　犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊犪狀犱犪狀狀狌犪犾狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳犪狏犲狉犪犵犲犔犃犐犳狉狅犿２０００狋狅２０１０
从１０年来研究区叶面积指数的变化情况看（图８），变化斜率为０．００１７／ａ，略呈增加趋势。其中，草地ＬＡＩ
均值从２０００年的０．６９３增加至２０１０年的０．７３７，升幅为６．４２％。青藏高原江河源治理区和蒙甘宁西部治理区
９第２５卷第４期 草业学报２０１６年
的ＬＡＩ呈增长趋势，增长率分别为０．００３１／ａ和０．００３６／ａ；内蒙古东部治理区ＬＡＩ基本保持不变；新疆治理区叶
面积指数出现轻微下降趋势，下降斜率为０．００１９／ａ。
２．２．３　净初级生产力　　２０００－２０１０年，研究区植被净初级生产力多年均值为２１５．５１ｇＣ／（ｍ２·ａ）。从各生
态系统来看（图９），１０年间草地的净初级生产力多年均值为２０２．２６ｇＣ／（ｍ２·ａ），呼伦贝尔高原附近、天山北麓
和四川省西北部的草地净初级生产力较高，集中于４００～７００ｇＣ／（ｍ２·ａ），位于准噶尔盆地、塔里木盆地和青藏
高原中大部分草地净初级生产力较低，低于２００ｇＣ／（ｍ２·ａ）；森林的净初级生产力最高，多年均值为８１７．３７ｇ
Ｃ／（ｍ２·ａ）；农田的净初级生产力次之，多年均值为４０８．２０ｇＣ／（ｍ２·ａ）；灌丛的净初级生产力多年均值为
３８３．４７ｇＣ／（ｍ２·ａ）。从各亚区分布来看，内蒙古东部退化草原治理区的多年平均ＮＰＰ最高，为４２６．７６ｇＣ／
（ｍ２·ａ）；青藏高原江河源退化草原治理区的ＮＰＰ略低，多年均值为２７０．４８ｇＣ／（ｍ２·ａ）；新疆治理区和蒙甘宁
西部退化草原治理区的ＮＰＰ较低，多年均值分别为１２８．１３和１１２．４８ｇＣ／（ｍ２·ａ）（图１０）。
图９　２０００－２０１０年主要生态系统及各亚区的净初级生产力
犉犻犵．９　犜犺犲犪狏犲狉犪犵犲犖犘犘犳狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犲犮狅狊狔狊狋犲犿狋狔狆犲狊犪狀犱狊狌犫狉犲犵犻狅狀狊犳狉狅犿２０００狋狅２０１０
　
图１０　２０００－２０１０年多年平均净初级生产力及其变化趋势
犉犻犵．１０　犜犺犲犮犺犪狀犵犲狊犪狀犱犪狀狀狌犪犾狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳犪狏犲狉犪犵犲犖犘犘犳狉狅犿２０００狋狅２０１０　
１０年间，全区ＮＰＰ由最低的２００１年２０１．８１ｇＣ／（ｍ２·ａ）上升至最高的２０１０年２２６．３０ｇＣ／（ｍ２·ａ），变化
斜率为０．５８７ｇＣ／（ｍ２·ａ），总体呈增加趋势。其中，草地 ＮＰＰ均值从２０００年的１９８．２５ｇＣ／（ｍ２·ａ）增加至
２０１０年的２０３．７９ｇＣ／（ｍ２·ａ），升幅为２．７９％。各亚区的变化趋势与全区一致，均呈增加趋势，其中蒙甘宁西
部、内蒙古东部治理区和青藏高原江河源退化区的增速较快，增加速率分别为０．９４８，０．７９４和０．６４６ｇＣ／
０１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４
（ｍ２·ａ）；新疆治理区略有增加趋势，增加速率仅为０．０２５ｇＣ／（ｍ２·ａ）（图１０）。
３　讨论
３．１　生态工程影响
通过对退牧还草工程区２０００－２０１０年生态系统宏观结构和质量参数的分析，表明了全区及各亚区生态系统
状况具有转好趋势，扭转了以往草地持续恶化的状况。２００３年始启动实施的退牧还草工程对草地植被恢复起到
积极作用，通过推行禁牧、休牧、划区轮牧、草地补播等，对草地生态恢复、退化趋势的遏制和生态系统良性发展做
出了积极的贡献。短中期的围栏封育对提高天然草地的植被盖度和产草量等方面具有一定的效果，促进生产力
的提高，提高草地的理论载畜量，从而减轻草地的载畜压力。禁牧和草畜平衡措施，不仅减轻了人类扰动对草地
的影响，而且使工程区的家畜数量减少，草地载畜压力减轻，草地得到休养生息，利于植被恢复，因而研究区植被
覆盖度、净初级生产力和叶面积指数均得以提高。退牧还草工程中采取围栏封育、补播改良、合理施肥、控制放牧
等途径，重点治理了严重退化草地、石漠化草地、岩溶草地和黑土滩退化草地，有利于退化草地的恢复和防止新的
草地退化发生。
此外，研究区内部分区域还同时实施了退耕还林还草、京津风沙源治理工程、西南岩溶地区草地治理试点工
程、生态移民和鼠害防治工程等其他生态工程，这些工程的实施也对该区生态状况改善起到促进作用。
３．２　区域气候驱动
图１１　１９９０－２０１０年退牧还草工程区年均温和年降水量变化
犉犻犵．１１　犜犻犿犲狊狊犲狉犻犲狊狅犳犪狀狀狌犪犾犿犲犪狀犪犻狉狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲
犪狀犱狆狉犲犮犻狆犻狋犪狋犻狅狀犱狌狉犻狀犵１９９０－２０１０
　
气候因素是植被活动年际变化的重要影响因
素［２０］，气温和降水量是影响植被生长的主要非生物
因素［２１］。气候变暖已导致北半球中高纬度地区植
被活动显著增强，在我国，大部分地区的植被活动也
呈增强趋势［２２２３］。气候的干湿状况和水资源供需平
衡会对植被的生长产生较大影响，尤其是干旱、半干
旱地区，降水是生态系统的重要水分来源，是植被生
长的主要制约因素。研究区１９９０－２０１０年２０年间
年均温和年降水量的空间数据变化趋势（图１１）表
明：退牧还草工程区近期气候趋于暖湿化，气温增
加，降水增多，有助于生态系统恢复。研究区２０年
间，年均温呈显著上升趋势，增温达到０．５７℃，且伴
有明显的年际变化特征；年降水量无显著线性变化，１９９０年最高，２００６年最低。其中，近１０年工程区多年均温为
１．８９℃，且变化斜率为０．０６３℃／ａ；降水多年均值为３４１．０１ｍｍ，且变化斜率为０．７２６ｍｍ／ａ。气温的增高使植被
返青期提前，促进植被生产力提高。降水增加不仅满足植被生长需要，而且还使湖泊河流等水体面积扩大，促进
牧草产量提高。温度和降水量的增加，还能使荒漠速度减缓，荒漠面积减少，湿地生态系统增加，减缓了生态系统
结构的变化，并促使其朝着合理化的方向发展。从图４生态系统质量各参数可以看到，２０００－２００６年植被覆盖
度、叶面积指数和净初级生产力的年际变化趋势与降水量一致，如２００２和２００５年各参数波峰与降水量的波峰值
相对应，而２００６年ＦＶＣ和ＮＰＰ波谷与降水量波谷相对应，表明除了生态工程的保护和恢复效果外，降水量也是
生态系统改善的主要原因。温度的持续上升未对研究区生态系统改善起到明显促进作用，研究区多数区域位于
北方干旱半干旱区内，较高温度反而导致水分蒸发迅速，在一定程度上加剧了干旱，从而不利于植被生长和生态
系统状况改善。但２００７－２０１０年随着降水量对植被生长影响作用减弱，ＦＶＣ、ＬＡＩ和ＮＰＰ的变化趋势开始与温
度接近，可以推断未来情景内，研究区的生态系统状况将受温度和降水的双重影响。
但同时局部区域发生暖干化的变化趋势，影响着局部地区的生态状况。西北地区对气候变化极为敏感，如新
疆阿勒泰地区大部分区域气温呈升高且降水呈降低趋势，整个阿勒泰地区１９６１－２０１２年５２年间旱情持续严重，
年和季节的干旱发生频繁，且多年存在重旱和特旱［２４］，气候的不良变化对当地的牧草和农作物的生长、发育和产
１１第２５卷第４期 草业学报２０１６年
量等都产生不利影响，ＦＶＣ、ＬＡＩ和ＮＰＰ均出现下降趋势。此外，长江黄河源区因气温升高引起的区域暖干化也
导致高寒草地生态系统退化的格局［２５］。
３．３　人类活动扰动
２０００－２０１０年研究区的生态工程实施和气候暖湿化趋势改良了生态系统宏观结构，同时促进研究区ＦＶＣ、
ＬＡＩ和ＮＰＰ的提高，全区的人类活动扰动较小，但人类活动对局部区域存在一定影响。
在１０年间研究区的人类干扰指数在０．２～０．４之间，多年均值约为０．３４，变化微小。工程区虽存在着局部
的农田开垦和撂荒等人类活动干扰，导致部分草地与农田生态系统之间的相互转化，但人类活动对生态系统的影
响减小，整体上促进了生态系统宏观结构的改善，草地退化趋势也得到一定遏制。
根据生态系统宏观结构和质量的变化（图３，６，８，１０）和统计结果均可得知，１０年间，研究区内农田的面积增
幅较大，与其他生态系统转化较活跃，且ＦＶＣ、ＬＡＩ和ＮＰＰ参数的变化趋势显著，从而推断研究区内可能存在开
垦现象。已有学者研究表明：过去５０年内，新疆存在大规模土地开垦，森林和草地发生较强烈的转变，农田迅速
增加，导致土地退化和沙化现象［２６］，本研究结果与此一致。另，根据全国分县统计年鉴，研究区总人口从２０００年
的２５１４．１１万增加至２０１０年的２７７７．４３万，增幅为１０．４７％；１０年间研究区的经济强度有了大幅增长，从２０００
年的３．７９万元／ｋｍ２ 增至２０１０年的２５．５５万元／ｋｍ２，增长部分是２０００年经济强度的５．７４倍。受经济效益驱
使，农牧民可能在荒地、盐碱地及河漫滩地进行农业开垦，这也导致了其他各类生态系统向农田生态系统的转变。
同时草地被侵占为建设用地，草地退化为裸土地、沙地、盐碱地等现象发生。如，阿勒泰地区主要分布着草地和灌
丛（图２和图３），１０年间草地减少１６９１ｋｍ２，减幅为１．４４％；城镇略有增加，增幅为１．１７％。此外，超载放牧是
草原退化的重要因素，青藏高原江河源退化草原治理区的南部大部分地区的ＦＶＣ、ＬＡＩ和ＮＰＰ数值偏低且呈降
低态势，其中以西藏为主。已有学者研究表明：西藏除林芝地区外，其余地区牲畜超载率均较高［２７］；过度放牧和
人类不合理的开发是导致长江黄河源区高寒草地退化加剧的重要因素［２５］。
３．４　存在的问题及建议
生态恢复是一项长期、复杂的系统工作，是自然气候因素和工程因素共同作用的结果，退牧还草工程区的生
态恢复的状态仍未达到理想状况，还需持续的努力［２８］。虽然通过退牧还草工程的实施，草地植被得到一定恢复，
ＦＶＣ增长较持续，ＬＡＩ和ＮＰＰ呈波动增长。但部分区域（尤其是人工饲草地）牧草种类单一，一年生牧草居多，
尚未形成稳定的植物群落，生态条件仍十分脆弱，加之当地牧民对草地的索取和依赖程度仍较高，一旦再次利用，
极易造成二次退化，保护治理成果仍面临严重的考验。其次，气候不断增暖会导致虫鼠害增加的范围和频率。此
外，退牧还草工程治理规模远小于我国草地总面积，目前我国大部分草原仍存在超载过牧状态和退化、沙化、盐碱
化、石漠化现象，局部地区水蚀、风蚀、自然灾害等有所加剧，尚需治理的草地面积仍很大。因此，建议继续推进退
牧还草工程，巩固已有建设成果，建立长期有效的生态建设和恢复机制。建议完善草地生态奖补机制，加大草地
生态工程建设力度。围栏建设是退牧还草工程的核心内容，也是禁牧、休牧和轮牧能够顺利进行的前提条件和必
要手段，但部分地区存在围栏质量参差不齐，缩短围栏使用年限，建议加强基础设施建设，加大配套设施的投入，
规范工程施工，确保工程质量。将退牧还草工程与草原生态奖补机制、风沙源治理工程、生态移民工程、退耕还林
还草工程等有机结合，实施区域综合治理。
根据区域社会自然资源条件，因地制宜对各亚区实施不同的保护和发展战略。内蒙古东部退化草原治理区
降水充沛，湿润度高，以草甸和草原为主，但存在草地退化和超载现象，建议适当发展人工草地，补播优良牧草，在
稳定生态系统的同时，提高牧民的经济收入；充分借助区域暖湿化变化趋势的契机，积极恢复草地生态。蒙甘宁
西部退化草原治理区气候温和，水资源短缺，生态系统以荒漠为主，草地类型以草原为主，超载过牧严重，还存在
沙化现象，应严格实施禁牧、休牧和适宜轮牧，实施草地封育，控制草地载畜量，保证荒漠草地的生态用水，应重点
发展优势生态畜牧业。新疆退化草原治理区光热丰富，降水稀少，植被较少，以草丛、湿性荒漠草原和荒漠为主，
荒漠化和盐渍化严重，生态系统脆弱，应予以重点保护，增大草地保护的面积和力度，实施草地禁牧、休牧、改良等
措施，实现农牧互补，着力发展生态牧业。青藏高原江河源退化草原治理区海拔高，水热条件较差，自然灾害较频
繁，草地易退化为“黑土滩”，草地类型以草甸和草原为主，应增加多元化生态补偿，优化家畜种群规模与结构，促
２１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１６） Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４
进天然草地的恢复，发展特色生态畜牧业，科学利用草地资源，实现青藏高原草地生态屏障保护与社会经济的协
调发展。
４　结论
本文从生态宏观结构和生态系统质量两方面分析全国退牧还草工程区１０年间的总体生态状况，主要结论如
下：１）生态系统的宏观结构基本稳定。研究区最主要的生态系统是草地生态系统，其次是荒漠。生态系统的转变
主要发生在草地、湿地、荒漠和农田，表现为农田增加，湿地扩张，荒漠向草地过渡，草地总面积持平。湿地扩大反
映工程区水热条件转好，草地未出现大幅下降趋势反映草地持续退化得到减缓，荒漠的减少反映生态系统结构改
善。２）生态系统质量总体上升。２０００－２０１０年，研究区整体植被覆盖度略有增长趋势，叶面积指数略呈波动式
增加，净初级生产力呈显著上升，草地植被呈恢复转好态势，草地生态环境逐年向良性演变，但区域差异较大，局
部地区草地持续退化。３）全区生态状况具有较明显空间差异性，从四大亚区来看，根据生态系统宏观结构的演变
与稳定状况和各生态系统质量参数的空间分布与变化程度，内蒙古东部退化草原治理区＞青藏高原江河源退化
草原治理区＞新疆退化草原治理区＞蒙甘宁西部退化草原治理区；此外，通过本研究发现：生态状况本身较好的
区域，生态系统宏观结构较稳定，且多向有利生态系统转化，生态系统质量各参数变化幅度较小；生态状况本身较
差的区域，生态系统宏观结构变化较活跃，生态系统质量各参数变化幅度也相应较大。４）研究区的生态系统状况
受生态工程、区域气候和人类活动的综合影响，研究区生态环境呈“全区转好，局部变差”。退牧还草工程的实施
促进了生态系统宏观结构的良性发展和生态系统质量参数的提高，气候全区暖湿化发展利于植被生长和恢复，人
类干扰指数整体较小且变化不大，但局部地区仍受气候暖干化影响和人类活动扰动，仍有草地遭到破坏的现象，
区域生态状况恶化。
研究区草地植被得到一定程度恢复，草地退化趋势减弱，草原生态环境持续恶化的势头得到初步遏制，并出
现逐步改善，为巩固工程成效，建议继续推进退牧还草工程，完善草原生态奖补机制，实现生态保护与经济协调发
展。本研究为评价退牧还草工程对区域生态系统恢复、管理和利用提供理论依据，为草地资源的合理可持续利用
提供有价值的科学信息。
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