近20年蒙古高原荒漠化演变趋势、驱动机制及生态效应

【摘要】：荒漠化作为土地退化主要类型之一,是全球土地退化与恢复中的研究热点,已引起UN、IPBES、IPCC等国际组织与平台的广泛关注。蒙古高原作为干旱、半干旱地区的典型代表,其荒漠化演变对气候变化、全球碳循环、生物多样性等全球重大问题息息相关。然而,该地区荒漠化的趋势、驱动机制及其生态效应尚不清楚。我国政府高度重视生态退化与恢复,人类不合理的行为与积极的生态恢复活动共存,同时近年来气候变化越来越剧烈,在这些背景下蒙古高原荒漠化如何演变?驱动机制是什么?荒漠化演变有何生态效应?这些问题的探索对丰富荒漠化研究有重要理论意义,对我国“山水林田湖草沙一体化保护修复”、“美丽中国”建设及实现碳达峰和碳中和、2030年土地退化零增长、联合国生态系统恢复十年计划与联合国可持续发展目标有重要现实意义。本研究以典型干旱半干旱地区蒙古高原为研究区,探究其荒漠化演变的趋势、驱动机制及生态效应。首先以植被数据为基础,运用谷歌地球引擎平台、马尔可夫模型研究荒漠化演变过程、趋势。然后基于社会经济和气候变化数据,利用相关分析、时间滞后互相关和一般线性模型探讨其演变的驱动机制。最后利用多源数据,包括植被、土地利用、气候气象、DEM、土壤数据等,采用集成模型,结合In VEST模型碳模块、RUSLE模型、RWEQ模型等探索荒漠化演变生态效应(包括固碳、生物多样性、净化环境、食物生产、土壤保持和防风固沙)及其对当地、区域、全球的贡献。通过研究,得出以下主要结论:(1)近20年蒙古高原荒漠化土地呈减少趋势荒漠化面积减少,严重程度降低:近20年蒙古高原荒漠化面积显著减少,减少了67623 km~2,内蒙古对研究区荒漠化减少贡献最大(58.56%)。蒙古高原荒漠化最显著的变化是相邻等级之间从高等级荒漠化到低等级的转化。与蒙古相比,内蒙古荒漠化呈现更为明显的逆转趋势,各荒漠化等级平均下降幅度(37.5%)超过蒙古近10%。但内蒙古极重度荒漠化到重度荒漠化的转化率(32%)低于蒙古(39%),其他等级荒漠化向相邻低等级荒漠化转化率均高于蒙古。荒漠化演变空间异质性显著:蒙古高原大部分荒漠化的减少分布在北部和东部。在内蒙古,东南部的赤峰荒漠化面积减少的最多(23460 km~2),西部的乌海荒漠化面积减少的最少,仅为42.84 km~2。在蒙古,东方省(东北部)净减少最多,而南部的南戈壁省减少量极少。然而,考虑到荒漠化等级,极重度荒漠化的减少通常发生在蒙古高原西部。(2)蒙古高原荒漠化演变驱动机制复杂气候变化对研究区荒漠化面积的减少起主导作用,降水的作用优于气温。内蒙古和蒙古的荒漠化减少分别有77.98%和74.44%归因于气候驱动因素。随着人类活动的增加,气候变化的作用会被削弱,人类活动对荒漠化演变的作用相对滞后且复杂。荒漠化演变是自然因素和人类活动共同驱动的结果,气候变化是荒漠化演变的基本机制,人类活动是干预机制,二者相互作用,通过生物物理、社会经济、植被-气候-水文反馈导致荒漠化面积缩减或增加。降水、气温、风速等的变化对荒漠化演变具有显著的(正负)驱动作用。但在人类活动加剧下,气候变化的作用逐渐减弱,城市化、农业生产、放牧、开矿等人类活动的变化通过直接或间接作用对荒漠化演变产生正负反馈,成为荒漠化演变的外在驱动。(3)蒙古高原荒漠化演变导致生态效应增强从时间上看,由于荒漠化面积减少,近20年蒙古高原各单项生态系统服务价值都有所增加,总量增加了1190.94亿元,增长了6.39%。其中,土壤保持价值增幅最大,增长74.35%,净化环境增长幅度最小,增长2.12%。从区域内部看,内蒙古生态系统服务价值总量的增加值和增长率均高于蒙古。蒙古高原各单项生态系服务价值所占比重差异大。蒙古高原生物多样性和固碳占比最大,均超过30%,防风固沙所占比重最小(1.98%)。近20年除土壤保持和防风固沙比重略有增加外,其他生态系统服务价值比重均有所下降。整体上来讲,蒙古高原生态系统服务价值给全球带来的益处最大,约是总价值的63%,其次为生态系统服务价值对当地的贡献,约是30%,生态系统服务价值对区域的影响相对较小,约是7%。