蒙古高原湖泊的消失外文翻译资料

 2022-01-30 21:37:10

蒙古高原湖泊的消失

陶胜利，方精云，赵霞，赵淑清，沈海花，胡会峰，唐志尧，王志恒，郭庆华

摘要：蒙古高原主要由中国内蒙古和蒙古共和国组成，近几十年来由于人类活动密集和气候变化，湖泊经历了显着的萎缩。这项研究提供了一个全面的基于卫星的高原湖泊收缩评估，并发现内蒙古湖泊数量的下降速度比20世纪80年代末至2010年的蒙古（34.0％对17.6％）更大，主要是由于前者的不可持续的采矿热潮和农业灌溉。对自然系统造成的灾难性破坏正威胁着当地人民的生计，因此我们呼吁采取紧急行动，防止进一步恶化。

关键字：蒙古湖泊缩小；矿业；灌溉；气候变化。

1引言

湖泊广泛分布在蒙古高原上，并且作为重要的水源已经持续了数百年的蒙古牧场。然而，在过去几十年中，高原经历了显着的湖泊萎缩和草地退化。为了量化高原上所有湖泊的变化以及相关的驱动因素，我们使用从20世纪70年代到21世纪的多时相Landsat图像进行了基于卫星的调查，并结合了地面普查。我们的研究结果表明，过去几十年中高原湖泊迅速流失：水面面积gt; 1 km2的湖泊数量从20世纪80年代末的785个减少到2010年的577个，降幅更大（34.0％）在中国内蒙古比蒙古（17.6％）。自20世纪90年代末内蒙古以来，这种下降尤为明显，gt; 10平方公里的湖泊数量下降了30.0％。统计分析表明，蒙古降水是湖泊变化的主要驱动力，而内蒙古煤炭开采在草原地区最为重要，灌溉是其耕地面积的主导因素。预计未来几十年湖泊的恶化将不仅因为气候变化而且还会增加对高原地下矿产和地下水资源的开采。为了保护草原和土着游牧民，迫切需要采取有效行动，以使这些宝贵的湖泊免于进一步恶化。统计分析表明，蒙古降水是湖泊变化的主要驱动力，而内蒙古煤炭开采在草原地区最为重要，灌溉是其耕地面积的主导因素。预计未来几十年湖泊的恶化将不仅因为气候变化而且还会增加对高原地下矿产和地下水资源的开采。为了保护草原和土着游牧民，迫切需要采取有效行动，以使这些宝贵的湖泊免于进一步恶化。统计分析表明，蒙古降水是湖泊变化的主要驱动力，而内蒙古煤炭开采在草原地区最为重要，灌溉是其耕地面积的主导因素。预计未来几十年湖泊的恶化将不仅因为气候变化而且还会增加对高原地下矿产和地下水资源的开采。为了保护草原和土着游牧民，迫切需要采取有效行动，以使这些宝贵的湖泊免于进一步恶化。预计未来几十年湖泊的恶化将不仅因为气候变化而且还会增加对高原地下矿产和地下水资源的开采。为了保护草原和土着游牧民，迫切需要采取有效行动，以使这些宝贵的湖泊免于进一步恶化。预计未来几十年湖泊的恶化将不仅因为气候变化而且还会增加对高原地下矿产和地下水资源的开采。为了保护草原和土着游牧民，迫切需要采取有效行动，以使这些宝贵的湖泊免于进一步恶化。

蒙古高原位于亚洲温带腹地，维系着欧亚草原的东部（1）。中国的内蒙古自治区（内蒙古下同）和蒙古全境（原蒙古人民共和国）构成了它的核心区域，面积约275万平方公里，人口约2800万（2 - 4）。高原湖泊星罗棋布，草原辽阔(图1)，滋养了蒙古族人民，创造了独特的蒙古游牧文明（5）。青藏高原上的许多湖泊是国际上重要的湿地，是濒危物种和迁徙水鸟的栖息地，其中13个被指定受“拉姆萨尔公约”保护（6）（SI附录，文本S1）。然而，由于密集的人类活动和气候变化，近几十年来一些湖泊显著缩小。湖泊的萎缩和干涸加剧了区域环境的恶化，直接威胁着当地人民的生活。由于湖泊和草原的退化，青藏高原已成为中国北方沙尘暴的主要来源之一（7，8），1998年甚至在北美发现了来自该地区的尘土（9）。虽然之前的几项工作已经研究了青藏高原上一些湖泊的变化(10,11)，但是还没有对整个青藏高原湖泊的变化进行整体研究。使用从20世纪70年代末到2010年的Landsat多光谱扫描仪（MSS），Thematic Mapper（TM）和增强型专题制图仪（ETM ）的1,240个多时相图像场景，以及有关气候，地形，土地利用，人类活动和在高分辨率的Google Earth图像中，我们为整个高原建立了蒙古湖泊（MONLAKE）数据库（详见材料和方法以及SI附录，文本S2和表S1）。使用这个数据库，我们探索了过去三十年来湖泊的变化，并研究了它们可能的驱动力。

2结果和讨论

2.1在20世纪80年代末到2010年左右面积gt; 1 平方千米的湖泊的变化

我们首先使用TM和ETM 图像研究了20世纪80年代末到2010年左右面积变化gt; 1 km 2的湖泊。使用的图像在雨季（6月至9月）持续获得。为了更好地描述了不同大小的湖泊的变化，将湖泊分为三类：小型湖泊(1-10平方公里)、中型湖泊(10-50平方公里)和大型湖泊(gt;50平方公里)（参考文献12，13，SI附录，文本S2）。20世纪80年代末(1987年前后)，青藏高原共探测到785个水面面积大于1平方公里的湖泊（427个在内蒙古，358个在蒙古）(图1)，其中小型，中型和大型湖泊分别占88.4％，7.1％和4.5％（图2A和表1）（有关所有湖泊的位置和水面面积的信息，请参阅SI附录，表S1 A）。在过去二十年中，大量湖泊已经枯竭。面积大于1平方公里的湖泊数量从1980年代后期的785个减少到2010年的577个（表1）），内蒙古145个湖泊和蒙古63个湖泊消失（分别下降34.0％和17.6％），表明前者比后者更严重。随着湖泊数量的减少，湖泊表面积也迅速缩小，尤其是在内蒙古：从20世纪80年代末湖泊的总水面面积为4,160.2平方公里缩小至2010年的2,900.6平方公里，缩小了30.3％（图2 B和C，表1）。

为了进一步了解湖泊的变化，使用70年代末和80年代初的MSS数据以及80年代末至2010年的TM/ETM 数据（SI附录，文本S2，图S1和表S1 B），对70年代末至2010年91个中型(10-50 平方公里)和大型湖泊(gt;50 平方公里)随时间的变化进行了研究。内蒙古大部分大中型湖泊水面面积明显下降，从上世纪80年代末的3136.4平方公里下降到2010年的2461.6平方公里，下降了21.5%。例如，呼伦湖(SI附录I20，图S1和表S1)，内蒙古最大的湖泊，中国五大淡水湖之一，自2000年以来已经缩小了357.2平方公里(17%)。在达利诺湖(I22，下降了14%)也观察到了类似的下降。自20世纪70年代以来，岱海湖(I24)和红涧湖(I27)分别缩小了78.8平方公里(53%)和21.3平方公里(38%)。桃力庙阿拉善湖(I11)、奈曼西湖(I17)和黄旗湖(I23)都干涸了(SI 附录，图S2)。所有这些湖泊都是全国乃至国际上重要的湿地。与这些萎缩的湖泊相比，由于人为的管理或干预，内蒙古一些湖泊的表面积有所增加。例如，图牧吉泡 (I16，国家自然保护区)从楚尔河(14)得到补给；东巨堰湖(I19)由黑河供水(15)；而乌梁素海（I26）从黄河（16）引入水源。相比之下，蒙古大中型湖泊的变化呈现出地理上的差异（SI附录，图S1）：东部干旱地区的一些湖泊下降或干涸，而西部地区的湖泊没有显着变化，甚至略有增加，这是由于山脉上游冰川加速融化所带来的补给水，例如，吉尔吉斯湖（M54）和乌布苏湖（M62）（17）。

为了确定这些中型和大型湖泊变化的总体趋势，我们计算了从20世纪70年代末到2010年的9个时期这些湖泊的相对水域面积（RWA，以百分比表示）：1976-1980,1981-1985,1986- 1990,1991-1993,1994-1997,1998-2000,2001-2003,2004-07和2008-2010，使用以下等式（18）：

其中 n是湖泊数量， Ai代表这九个时期之一的第 i个湖泊的平均表面积， Ais是基准期内第 i个湖泊的水面面积（1986-1990）。使用1986 - 1990年期间被用作基准期，因为在此期间所有中型和大型湖泊都有卫星图像。

内蒙古湖泊的水面总面积在20世纪90年代中期之前呈上升趋势，但随后迅速下降（图3）。2010年，湖泊总面积仅为20世纪80年代后期的60％，中型和大型湖泊的面积分别为57％和61％。与这种快速的湖泊流失相比，蒙古中型和大型湖泊的总面积没有显着变化。注意，我们在图3中分别给出了内蒙古和蒙古的RWA值的变化，因为这两个地区湖泊变化趋势不同。

2.2区域气候和人类活动对湖泊变化的影响。

我们分析了区域气候和人类活动对湖泊变化的影响，探讨了可能的驱动因素。我们使用年平均温度（AMT，以摄氏度为单位），年降水量（AP，以毫米为单位）和Thornthwaite的潜在蒸散量（PET）（19）作为区域气候的测量，以及放牧，采煤和灌溉作为人类的指标活动。

在过去的30年中，观察到内蒙古和蒙古的AMT和PET持续增加（P lt;0.001）和20世纪90年代后AP的下降趋势（前者P = 0.056，P = 0.009）后者）（图4A -C）。这些可能在20世纪90年代后加剧了高原的干旱化，并成为湖泊萎缩的可能原因。

在研究期间，两个地区的放牧强度都有所增加，尽管2005年后增长趋势放缓（图4D）。过度放牧导致草地退化，进而导致草地的土壤功能和保水功能下降，从而影响湖泊的供水(17,20)。自20世纪90年代末以来，煤炭开采在内蒙古广泛开展，特别是在草原地区（SI附录，图S3）。采矿企业数量从2000年的156个急剧增加到2010年的865个，相关的煤炭产量从72增加到789 Tg（1 Tg = 10 12g）（图4 E）（3））。煤矿开采是一个极度耗水的行业（参考文献21，22 ; SI附录，图S4），它切割河流，破坏地下含水层(23,24)，每开采1吨煤消耗2.54 m3水(25)。在内蒙古农田区（SI附录，图S3和S4），使用地下水和河流进行农业灌溉可能是湖泊收缩的另一个驱动力。在过去的几十年里，内蒙古的灌溉农田面积从1970年代后期的66万公顷增加到2010年的303万公顷（图4F））（3）。在内蒙古东南部地区（传统上，年降水量为300-400毫米的农牧交错带），草原大部分被开垦为农田（26）（SI附录，图S3），灌溉造成了地下水和河水的迅速枯竭。例如，内蒙古东南部通辽市的地下水深度从1980年的2.5米下降到2009年的5.2米（SI附录，图S5）（27）。与内蒙古农田的快速扩张相比，蒙古的耕地分布在有少数湖泊的北部地区（SI附录，图S6）A）。此外，自20世纪90年代末以来，蒙古的农田面积有所减少（SI附录，图S6 B），表明灌溉对湖泊变化的影响可以忽略不计。

为了量化上述自然因素和人为因素对湖泊面积变化的相对贡献，我们进行了相关分析和多元一般线性模型（GLM）回归。由于内蒙古草原和农田地区的主要人类活动不同，由于采矿主要发生在草原地区，灌溉普遍应用于农田地区(SI 附录，图S3)，我们进一步分别确定了草原和农田地区湖泊收缩的主要驱动因素(表2)。GLM结果显示，蒙古地区AP占湖泊面积变化的70.4％，放牧强度占21.6%，而内蒙古煤炭开采占整个地区变化的66.5％，AP和放牧强度分别占20.4％和8.0％。进一步分析表明，在内蒙古草原地区，煤炭开采占湖泊面积变化的64.6％，其次是AP（18.3％）和放牧强度（13.8％），而在内蒙古的农田区，灌溉占绝大部分变化（80.0％）。

为了通过GLM分析验证结果（表2），我们使用信息理论方法（28）来减少模型选择偏差并进一步开发多个GLM回归以量化每个所选变量的独立解释力。信息理论方法与表2中列出的多个GLM分析完全一致（SI附录，文本S3和表S2和S3））。这证实了蒙古高原不同地区湖泊变化的驱动力不同：蒙古自然因子（降水）是主导驱动力，而内蒙古整个地区的采矿是最重要的因素。此外，在内蒙古草原地区，煤炭开采是主要因素，但在其农田区，灌溉是湖泊面积变化的主要因素。

内蒙古(20.9人/平方公里)和蒙古(1.9人/平方公里)人口密度差异 (3,4)，导致这两个地区在人为因素方面存在巨大差异，进一步证明了人类活动导致了内蒙古湖泊的变化。因此，尽管内蒙古和蒙古的气候趋于干燥和温暖，但湖泊面积的变化趋势却大不相同（图3））：前者迅速下降，而后者没有明显变化。此外，内蒙古的许多湖泊都是由于采矿和灌溉引起的湖泊收缩。例如，在草原地区，采矿业导致鄂尔多斯湖群和大里诺尔湖群(29-31)迅速萎缩，乌拉盖湖群(23)甚至干涸(详见SI附录，文本S4)。在农田地区，通过抽取地下水、截流等方式增加灌溉，导致黄旗湖(32)、岱海湖(33)、东巨堰湖(34)、奈曼西湖(35)退化严重，甚至干涸。与内蒙古相比，蒙古的人类活动强度相对较低（图4E和SI附录，图S6），只有在蒙古西部的少数湖泊受到过度放牧的影响（17）。

3结论和观点

尽管有着相似的干燥和温暖的气候（图4A -C），但蒙古和内蒙古的湖泊面积变化有明显的差异（图3）：前者由于降水减少，湖泊面积略有减少，而后者由于人类活动密集，湖泊面积迅速减少。蒙古高原地下矿产资源丰富，如煤、石油、铜、金等多种有色金属(36)。随着中国，蒙古和其他邻国对能源和食品的需求不断增加，这些矿产和地下水资源的开采可能会在未来几十年继续开展（37）。例如，中国和蒙古政府正在加强在煤炭开采方面的合作（37）。再加上预期的干旱和温暖气候(38,39)，将加剧干旱，从而导致这些湖泊进一步缩小。虽然两国政府都在努力防止生态退化，如控制放牧、退耕还草、通过引水工程给一些湖泊供水(40,41)，但迫切需要采取更有效的行动来拯救这些宝贵的湖泊。如果不采取更有效的行动，湖泊的减少将对自然系统、游牧文化和高原文明造成灾难性的破坏。因此，消除这些破坏性影响是一项巨大的挑战，需要决策者的智慧(21)。

4材料和方法

4.1Landsat图像

本研究中使用的遥感数据来自美国地质调查局网站（www.usgs.go

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