新疆草地社会—生态系统脆弱性评估与时空演化

《Agronomy》：Vulnerability Assessment and Spatiotemporal Evolution of Grassland Social–Ecological Systems in Xinjiang

　　

新疆草地是主要的生态屏障与牧业基地，面临气候变率、放牧、土地利用变化及社会经济压力。研究人员基于2001—2020年新疆81个县数据，集成驱动—压力—状态—影响—响应（DPSIR）框架、CRITIC权重法与逼近理想解排序（TOPSIS）模型评估草地社会—生态系统脆弱性，并采用Sen斜率估计与Mann–Kendall检验探测时间趋势，利用障碍度模型识别关键约束。平均脆弱性指数由55.82降至50.27，低或较低脆弱性县域显著增加；南疆脆弱性最高，高脆弱县集中分布于人口密集的绿洲农业区；81县中80县显著下降。响应、状态与压力维度障碍度最高，财政自给率、农机总动力、草耕比、经济密度与遥感生态指数（RSEI）为主要障碍因子。脆弱性下降伴随放牧强度降低、裸地比例减少及经济密度、农村可支配收入与农机总动力提升；南疆较高脆弱性关联于有限财政能力、较低生态质量与干旱条件。上述发现支撑差异化县域治理与区域适配草地保护。

研究背景方面，新疆草地作为干旱区生态屏障与牧业生产基础，对增温、降水波动、放牧及土地利用变化高度敏感，部分区域出现植被覆盖下降与裸地扩张，影响载畜量与牧户收入。既有评估多聚焦归一化差分植被指数（NDVI）、地上生物量、净初级生产力（NPP）等生态指标，对社会因素如人口集聚、牧业依赖、经济应对与治理响应刻画不足。社会—生态系统视角强调生态过程、人类活动与治理响应的互赖，适宜县域尺度揭示草地利用、生态变迁与社会经济发展的交互。因此，研究人员以新疆81县（排除兵团及自治区直管县级市）为单元，开展2001—2020年草地社会—生态系统脆弱性时空评估与障碍诊断。

关键技术方法上，研究人员构建含17项指标的DPSIR五维指标体系，指标涵盖经济密度、人口密度、牧业产值占比、年均温、年降水量、放牧强度、裸地比例、草耕比、遥感生态指数（RSEI）、生物多样性完整性指数、景观生态风险、碳利用效率、农村人均可支配收入、基础教育支撑、农机总动力、财政自给率与家庭财务缓冲能力；数据源自?《新疆统计年鉴》、1 km气温栅格、CHM_PRE V2降水集、中国土地覆盖数据集（CLCD）、Global Pasture Watch畜产分布及MODIS派生RSEI等，统一重采样至县域。权重采用维度等权（各0.2）下CRITIC法确定指标权，TOPSIS计算贴近度并×100得脆弱性指数，Jenks自然断点分五级，Sen斜率与Mann–Kendall检验（α=0.05）判趋势，障碍度模型分解维度与指标贡献，全部流程由Python 3.10实现。

研究结果部分，3.1节系统特征与权重显示，经济密度由35.41×10⁴ yuan/km²升至226.10×10⁴ yuan/km²，农村人均可支配收入由1875元增至14797元，放牧强度由239.60降至188.12，裸地比例由62.34%降至59.79%，但草耕比、RSEI、生物多样性完整性下降，景观生态风险上升；CRITIC权重最高者为农村人均可支配收入（8.29%）、财政自给率（8.11%）、RSEI（7.79%）、经济密度（7.53%）与碳利用效率（7.46%）。3.2节时空演化表明，均值脆弱性由55.82降至50.27，低及较低脆弱县由6个增至44个，高及较高由57个减至11个；南疆多年均值为53.71，高于东疆51.44与北疆50.98，高脆弱县集中分布于和田市、喀什市、疏勒县、博湖县等南疆绿洲；南疆组内变异系数（CV）0.0762最大。3.3节趋势检验中，81县Sen斜率全为负（?0.61至?0.03，均?0.32），80县通过Mann–Kendall显著性检验，仅鄯善县降幅不显著。3.4节障碍诊断指出响应层障碍度最高（0.3097），其后为状态层0.2244与压力层0.1987；指标层以财政自给率（0.1210）、农机总动力（0.1034）、草耕比（0.0887）、经济密度（0.0882）、RSEI（0.0850）为主，且响应、状态、压力层障碍度随时间上升。

讨论部分，研究人员指出脆弱性下降源于经济密度、收入与农机动力提升叠加放牧与裸地压力减轻，但增温与降水减少构成持续气候约束，草耕比与生态指数下行反映生态状态仍承压。南疆呈现财政、裸地、RSEI、草耕比复合约束重叠；北疆整体低脆弱但存局部生态状态与响应不均；东疆受降水少蒸发强的水约束典型。治理上建议南疆优先绿洲边缘裸地整治与退化草地围封、北疆严控草地转用、东疆强化防风固沙与持续监测鄯善县等缓降单元，并建立“障碍识别—措施匹配—年度评估”闭环。局限性包括统计口径差异、遥感产品分辨率与混合像元误差、县域均值平滑内部差异、部分指标方向判断（如经济密度在高开发强度下生态效应复杂）及CRITIC–TOPSIS非因果识别。

结论部分翻译如下：本研究以新疆81县为单元，基于DPSIR框架、CRITIC–TOPSIS模型、Sen斜率、Mann–Kendall检验与障碍度模型分析2001—2020年草地社会—生态系统脆弱性时空变化。（1）均值脆弱性指数由55.82降至50.27，低及较低脆弱县由6个增至44个，较高及高脆弱县由57个降至11个。（2）空间分异显著，南疆多年均值53.71高于东疆51.44与北疆50.98，高脆弱县集中南疆且组内差异更大。（3）县域趋势以下降主导，81县Sen斜率均负，80县显著，仅鄯善县不显著。（4）响应、状态、压力维度障碍度最高；财政自给率、农机总动力、草耕比、经济密度、RSEI贡献最大；脆弱性下降伴放牧强度与裸地比例降低及经济密度、收入、农机动力上升，但草耕比、RSEI、生物多样性完整性下降与景观风险上升显示生态条件持续受压。该文发表于《Agronomy》。