查尔斯·贝蒂戈尔 | 摩根·麦克卢尔 | 艾米蒂·威尔逊 | 谢兰·科洛德尼 | 克莱尔·卡赞斯基 | 萨沙·詹内特
斯基德莫尔学院，纽约州萨拉托加斯普林斯，美国
**摘要**
家养反刍动物的放牧是美国本土最广泛的土地利用方式之一。这些放牧土地提供了与土壤、水质、空气质量及生物多样性相关的生态系统服务，同时也是当地社区和食物系统的重要组成部分。尽管其重要性不言而喻，但由于负责记录放牧土地所有权和管理的联邦、州、部落及私人管理实体之间的复杂关系，关于放牧范围和分布的全国性数据仍然十分匮乏。本研究基于州土地委员会、联邦数据门户以及美国农业部国家农业统计服务局的数据，编制了美国本土各县的联邦、州、部落及私人拥有的放牧土地的全面地理空间数据集。与以往依赖土地覆盖类型（如草地、牧场）进行估算的方法不同，我们直接估算了放牧的具体位置。分析结果显示，美国本土共有280万平方公里（110万平方英里）的放牧土地，占全国土地总面积的36.5%：其中州属放牧土地为15万平方公里（6万平方英里，占5.9%），联邦放牧土地为94万平方公里（36万平方英里，占33.6%），部落放牧土地为17万平方公里（6万平方英里，占5.7%），私人拥有的放牧土地为153万平方公里（59万平方英里，占54.6%）。这一数值介于先前估计的240万平方公里（92万平方英里，占31%）到324万平方公里（125万平方英里，占43%）之间。我们还分析了放牧土地分布与生态恢复力及住宅开发模式之间的关系。空间分析表明，放牧土地与景观恢复力之间存在正相关关系，这凸显了这种土地利用方式对自然保护的重要性，尤其是在半干旱的西部山区以及联邦放牧土地占比较高的地区。研究结果还显示，密西西比河以西的许多县将新的住宅开发项目建在原本用于放牧的土地上；由于这些地区开发压力较大，其景观恢复力正面临威胁。该数据集为了解美国放牧土地的分布情况、生态价值以及它们所面临的气候变化和土地利用转换风险提供了新的见解。
**引言**
据估计，放牧土地是美国最广泛的土地利用类型，其面积范围在240万平方公里（92万平方英里，占土地总面积的31%）到324万平方公里（125万平方英里，占43%）之间（Asner等人，2004年）。放牧土地是指任何适合牲畜放牧的土地，包括天然草地、牧场、草地、管理良好的牧场以及森林（Allen等人，2011年）。当这些土地得到可持续管理时，它们能提供关键的生态系统服务，如碳储存与封存、生物多样性保护、水源涵养、空气质量改善及地表水质量提升（Havstad等人，2007年；DeLonge和Basche，2018年；Ratcliff等人，2023年）。全球每年约有25%的潜在土壤碳封存量依赖于放牧土地（Follett和Reed，2010年）。草地、牧场和森林系统中的放牧土地能够支持多种本地草本植物、灌木和树木的生长，从而减少害虫、促进授粉并降低水污染（Werling等人，2014年）。虽然良好的管理措施可以带来这些益处，但管理不善或过度放牧会导致径流增加、土壤侵蚀、土壤压实以及外来物种入侵（Franzluebbers等人，2012年；Centeri，2022年）。与灌溉农田或住宅开发等集约化土地利用方式相比，放牧土地对缓解气候变化和干旱具有更显著的作用（Bengtsson等人，2019年）。
许多作为放牧用地的自然生态系统（如天然草地或稀树草原）正面临人类活动与气候变化的威胁（Bardgett等人，2021年）。郊区及远郊地区的开发、能源开发以及向农作物种植的转变等因素导致大量放牧土地丧失（Allred等人，2015年；Lark等人，2020年）。过去300年间，全球已有超过60%的放牧土地（总计1920万平方公里，相当于澳大利亚的面积）被转为农田（ILRI等人，2021年）。仅2019年，美国和加拿大就有约10,500平方公里的草地被改用于小麦、玉米和大豆种植（世界自然基金会，2021年）；2008年至2016年间，美国每年平均有超过4,000平方公里的草地被转为农田（Lark等人，2020年）。随着放牧土地的减少，剩余土地需要承担更大的资源生产压力，同时仍面临被进一步转换的风险（Cameron等人，2014年）。此外，放牧土地的植被动态对气候变化和气候变异性极为敏感（MacMillan和Susan，2018年；Godde等人，2020年），这影响了植被生产力、牲畜和野生动物的承载能力以及野火风险（Flannigan等人，2000年；Stavros等人，2014年；Barbero等人，2015年）。尽管通过改进放牧管理和/或动物管理（如饲料、遗传或饲养措施）可以带来基于自然的气候解决方案，但反刍动物仍是全球温室气体排放的主要来源（Saunois等人，2020年）。因此，针对实际动物分布数据（而非模型数据）采取减排措施更有可能取得成功（Gerber等人，2014年；Poore和Nemecek，2018年；Chang等人，2021年；Pelton等人，2024年），无论是在集中饲养场还是放牧场中都是如此。
在美国西部许多州，土地所有权呈现出私人放牧土地、部落放牧土地以及租赁给州和联邦政府的放牧土地交错分布的模式。这种格局源于19世纪西部扩张时期的殖民活动、宅地法以及铁路建设相关的土地授予。土地管理局（BLM）和美国林业局（USFS）共租赁了1550万动物单位月（AUMs）的放牧权（Vincent，2017年）。在密西西比河以西的许多州，州土地委员会拥有每16块土地中的一块，并将其放牧权、木材开采权和矿产资源租赁出去。如今西部州的私人土地持有规模较大，平均每家农业企业拥有397公顷（981英亩）的土地（USDA，N.A.S.S.，2025年）。实际上，由于私人土地通常附带公共土地租赁权，实际面积可能更大。美国西部的原住民部落保留地面积庞大，主要由天然草地和牧场组成，部落和非部落生产者都在这里进行放牧。例如，纳瓦霍保留地面积超过7万平方公里（27,027平方英里），几乎全部为草地和牧场。总体而言，这些部落土地生态多样性丰富，为牲畜（包括多物种群）提供了夏季和冬季的放牧场所，并为野生动物提供了安全栖息地和南北迁徙通道（由于狩猎压力较低）。但由于复杂的土地使用权和基础设施投资差异，不同地区的管理条件和牧场状况差异显著（Brewer等人，2016年）；部落放牧土地的一个积极特点是很少受到化学物质、化肥或机械扰动等集约化管理的影响（Delane Atcitty，个人交流，2024年10月14日）。然而，联邦批准的能源基础设施（如输电线路和管道）阻碍了牧场管理，导致许多保留地出现生态碎片化（Delane Atcitty，个人交流，2024年10月14日）。
在美国东部，放牧土地的分布较为分散，主要集中在高价值的私人土地上，因为公共开放土地较少（Maher等人，2021年）。东部农场的规模大约是西部的五分之一（81公顷或200英亩），这得益于较高的降水量和相应的植被生产力。在东北部，放牧土地通常较小，主要用于奶牛养殖（Winsten等人，2010年）。在美国中北部地区，放牧主要发生在较大的草地上，主要草种为肯塔基蓝草（Poa pratensis）。在东南部，气候更为温暖湿润，放牧土地多为非本地热带暖季草种（如巴希草，Paspalum notatum）（Vough，1990年）。
大规模绘制放牧土地地图通常依赖于土地覆盖类型分析，将可放牧植被作为放牧的代理指标（Asner等人，2004年；Gilbert等人，2018年；Piipponen等人，2022年），这一方法得益于全球公开数据集（如Landsat、Sentinel 2）和云计算技术（如Google Earth Engine）的普及。虽然土地覆盖类型（如植被或水体）有助于识别长期景观变化和复杂景观特征，但在识别具体的人类土地利用模式方面效果较差（NOAA，2015年）。例如，放牧可能发生在天然草地、改良牧场、灌木丛、灌溉农田或沙漠中，但这些土地类型难以被统一归类为放牧用地。尽管一些研究成功地在精细空间尺度上估算了牲畜密度（Robinson等人，2014年；FAO，2022年），但这些估算更多关注的是集中饲养场的动物数量，而非实际的放牧土地面积。尽管土地使用制图能更准确地描述牲畜生产的空间分布，但由于数据缺乏和记录不足，这种方法实施起来较为困难。现有数据通常以粗略的分辨率（如全国、区域或州级）进行汇总（Kuemmerle等人，2013年；Maher等人，2021年）。
绘制美国本土放牧土地地图面临独特的数据管理和获取挑战。联邦放牧租赁信息分散在内政部（DOI）、农业部（USDA）和国防部（DOD）等多个政府部门，其中大部分由BLM和USFS负责管理。如前所述，西部各州的放牧土地由数十个土地委员会管理。全国范围内关于私人土地放牧的数据集较为有限。不过，美国农业部的农业普查提供了有关私人土地农业用途的统计信息，尽管最详细的分辨率仅达到县级。
部落土地上的牲畜放牧活动也难以量化，数百个部落由部落和非部落经营者共同管理放牧资源。在某些保留地（如Fort Peck保留地），多达三分之二的放牧土地被租赁给非部落经营者（USDA NASS，2022年）。许多部落经营者还租赁保留地外的州属和联邦土地，进一步增加了管理的复杂性。野生马匹在部落土地上也很常见；虽然它们具有文化意义，但会与牛、羊、山羊和野牛等牲畜争夺食物和水源（Delane Atcitty，个人交流，2024年10月14日）。农业普查与美国印第安人保留地普查（CAAIR）相结合，可以提供县级和保留地级别的放牧模式概览，但并非所有保留地都被纳入CAAIR统计范围。
尽管BLM和USFS提供了详细的联邦放牧租赁数据，但收集州属、私人及部落数据仍面临诸多挑战，因此需要将牲畜放牧数据汇总到县级，以统一放牧土地的量化标准。虽然这种汇总方式会失去部分详细信息，但仍能揭示州级和国家级别的放牧管理模式。我们旨在更准确地描述美国本土放牧土地的规模，并强调其生态、社会和经济价值。在这项研究中，我们：1）合成了一个空间明确的数据集，涵盖了美国本土（CONUS）各县级别的放牧用地，包括联邦、州、部落和私人所有的土地；2）探讨了放牧用地、景观恢复力和开发压力之间的空间关系。我们在这里提供了一个数据集，可以作为未来理解、监测和分析放牧系统的基础。
**方法**
**数据收集**
我们从美国土地管理局（BLM）的表面管理机构（BLM 2024）和美国农业部森林服务局（USDA-Forest Service 2024）获取了联邦放牧用地数据以及活跃的放牧分配信息。通过与美国人口普查局提供的县级形状文件进行叠加，我们将这两个联邦数据集汇总到县级，并按县进行拆分处理，以便处理跨越多个县的放牧分配。我们使用NAD 1983连续美国阿尔伯斯投影（NAD 1983 Contiguous USA Albers projection）计算了每个县的联邦放牧总面积。
我们收集了密西西比河以西15个州的土地委员会记录（表S2）：放牧数据要么从公共门户网站（形状文件或CSV格式）获取，要么直接从州政府工作人员处获取。在适用的情况下，数据仅包括活跃的租赁协议。我们根据与联邦土地相同的模型（即叠加和拆分工具）来估算这些形状文件的面积。
对于私人放牧记录，我们使用了美国农业部国家农业统计局（NASS）的快速统计数据门户网站，该网站提供了2022年美国农业普查的数据。我们查询了数据集中的“农业用地，牧场——英亩”（Ag Land, Pastureland—Acres）部分，其中包括县级的放牧草地、牧场、永久性牧场和林地的面积估算。这包括了按英亩计的私有土地放牧面积，但不包括按年度使用量（AUM）租赁的放牧土地（例如，大多数联邦和州的放牧租赁）。因此，在我们分析的四个州——北达科他州、南达科他州、加利福尼亚州和德克萨斯州——可能存在私有土地和州土地之间的重叠。为了解决这个问题，我们从每个县的私有土地面积中减去了相应的州土地面积。尽管NASS尽力将面积估算分配给实际放牧发生的县，但在某些情况下，土地所有者可能在一个县报告放牧面积，而实际放牧发生在多个县。此外，由于响应率低或响应数据变化大（例如怀俄明州的变异系数为36%），NASS的估算可能存在偏差，导致某些县的私有土地放牧面积被高估或低估。在这些情况下，NASS数据集中某些县的放牧面积可能会被过度或低估。总共发现了21个案例，其中NASS的估算（加上州、部落和联邦的数据）表明某个县的放牧用地面积超过了100%。对于这些县，我们调整了NASS的估算值，以确保用于放牧的总面积不超过美国农业部森林服务局景观变化监测系统（LCMS）2022年土地使用数据中记录的牧场、草地、农田和森林的面积。
**估算部落土地上的放牧比例**面临一些挑战，我们通过多层次的过程解决了这些问题。NASS在其县级“农业用地，牧场——英亩”估算中包括了美洲原住民保留地的土地，但CAAIR并未提供基于面积的放牧估算。由于没有更精确的方法，我们根据保留地与县的交集，按面积权重分配了部落放牧土地。例如，亚利桑那州的阿帕奇县面积为29,057平方公里（11,218平方英里），其中19,852平方公里（7,665平方英里）属于保留地（纳瓦霍族、祖尼族和福特阿帕奇族），NASS报告的放牧土地面积为19,791平方公里（7,641平方英里）。因此，我们将13,522平方公里（5,221平方英里）归类为部落放牧土地，6,270平方公里（2,421平方英里）归类为私人放牧土地。
我们还采用了第二种方法来估算部落指定统计区域（TDSAs）内的美洲原住民放牧情况——这些区域不属于保留地或信托土地，但被部落和美国人口普查局共同认定为部落人口集中的地区。由于CAAIR没有这些地区的数据，我们根据NASS提供的部落与非部落生产者的比例来分配这些地区的放牧面积。在包含TDSAs的县中，NASS报告的私人土地放牧面积根据这一比例在部落和私人之间进行分配。
我们展示了几个按县划分的放牧用地可视化图表，包括一种基于面积比例的点密度图，该图根据县内放牧用地的比例随机在县界内放置点，同时避免在无法进行放牧的区域放置点。这些“非放牧”区域包括2023年美国农业部森林服务局土地使用层（USFS LCMS 2024）中的开发土地、开放水域和高海拔山区。
**评估放牧用地的生态恢复力**
为了了解放牧用地的生态重要性及其面临开发威胁的情况，我们将各县的放牧比例与美国人口普查的人口数据、自然保护协会（The Nature Conservancy）提供的生态恢复力数据（Anderson et al. 2023）以及国家土地覆盖数据库（NLCD）（Dewitz 2023）的土地覆盖变化数据进行了比较。自然保护协会的恢复力地图工具将地理空间变量（如景观多样性、生物多样性、破碎化、人类开发）纳入局部加权恢复力评分中，突出显示能够抵御气候变化和发展压力的区域。生物多样性高且生产力强的土地更有利于放牧活动；因此，具有恢复力的土地对于持续的放牧活动和其他相关生态系统服务非常重要。该数据集并未直接比较亚利桑那州的沙漠与纽约州阿迪朗达克山脉的恢复力，而是比较了生态相似区域内的恢复力。评分表示为相对于给定局部地理区域中位恢复力评分的偏差，我们将这些评分汇总到县级，并将其范围从-1（远低于中位数）到+1（远高于中位数）。
我们通过2010年至2020年十年一次的人口普查数据，评估了各县人口变化的百分比，以此作为住宅开发导致土地损失的代理指标（美国人口普查局2020）。为了进一步补充人口增长数据，我们测量了2001年至2022年间NLCD数据库中的新增开发土地覆盖面积，并评估了每个县的主要土地覆盖变化是否来自草地/牧场、农田或森林。虽然这一指标不能完美反映土地使用情况，但它提供了开发趋势的总体概况。
我们使用局部双变量关系分析来评估放牧与恢复力之间的局部关系模式——该分析使用逆距离加权（IDW）方法对相邻县进行线性拟合，置信度为90%（Local Bivariate Analysis ArcGIS Pro 2.3）。局部模型的显著性是通过199次自助法建模得出的。此外，我们还使用IDW对各县进行了Getis-Ord热点分析（ArcGIS Pro 2.3），考虑了放牧比例、平均恢复力评分和2000-2020年人口变化数据，并将结果以双变量热图的形式可视化。最后，我们在R语言中进行了多项方差分析（ANOVA），评估了不同土地所有权群体和陆地生态区域之间的放牧和恢复力模式差异。对于属于二级生态区域（EPA 2024）的县（例如温带草原、地中海加州）——这些区域的生物物理特征相似——我们测试了每个生态区域中放牧比例高于中位数的县是否比低于中位数的县具有更高的恢复力。在分析这部分数据时，我们过滤掉了开发用地面积占比低于5%的县，以确保县之间的比较相对不受开发影响，并进行了方差分析以评估不同县组之间的差异。
**全国和区域模式**
我们的分析结果显示，美国本土共有155,526平方公里（60,048平方英里）的州属放牧用地、941,218平方公里（363,406平方英里）的联邦放牧用地、166,481平方公里（64,287平方英里）的部落土地以及1,527,484平方公里（589,764平方英里）的私人放牧用地，总计2,798,283平方公里（1,080,422平方英里）的放牧用地。这表明大约36.5%的美国本土土地用于放牧目的。其中，5.6%属于州政府所有，33.6%属于联邦政府，5.7%属于部落，54.6%属于私人所有。放牧用地比例较高的县主要集中在西部山区、西部大平原和南部大平原，此外佛罗里达州、密苏里州和肯塔基州也有聚集现象（图1）。
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**图1. 放牧用地的地理分布。**
A. 联合联邦、州、部落和私人放牧用地的渐变色地图，表示为占全县土地面积的百分比。
B. 根据放牧用地比例随机在县界内放置点的等密度点图，每个点代表2,000公顷（4,942英亩）。点不会放置在无法进行放牧的区域，如水域、城市景观或荒凉的高山地带。颜色与饼图图例相匹配。
C. 按所有权类型（部落、联邦、州和私人）划分的放牧用地饼图。图表大小与每个州的放牧总面积相对应。
尽管每个州都有放牧用地，但所有权模式和用于放牧的土地面积差异很大（图1和表S1）。德克萨斯州的放牧用地最多，面积为389,883平方公里（150,535平方英里，占该州土地面积的56%），其中98.9%为私人所有。怀俄明州的土地面积中用于放牧的比例最高，为81.5%，其中46.1%为联邦所有，45.3%为私人所有，6.5%为州政府所有，1.8%为部落所有。亚利桑那州（图2）的州属放牧用地比例最高，占放牧总面积的22.7%——联邦所有面积为40.3%，部落所有面积为26.4%，私人所有面积为10.6%，这使得放牧土地管理尤为复杂。内华达州的放牧用地占该州土地面积的74%，其中91.2%为联邦所有。由于大部分联邦公共土地和州信托土地位于美国本土西部且海拔较高，因此从西部公共放牧向东部私人放牧发生了显著转变（图3）。总体而言，私人放牧用地比例较高的县通常用于放牧的土地面积较少，联邦土地比例较高的县通常用于放牧的土地面积较多，而部落和州土地比例较高的县通常用于放牧的土地面积较少，尽管部落土地的比例在平均值附近存在显著波动（图4A）。
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**图2. 亚利桑那州的放牧用地地理分布。**
该图显示了按所有权类型划分的放牧用地（联邦、州、部落和私人）的县级分布。上面叠加了一个等密度点图，每个点代表该县3,000公顷（7,413英亩）的放牧用地，不包括人口中心、水域和荒凉的高山地带。保留地用红色标出。
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**图3. 按所有权状态划分的放牧用地东西梯度。**
按县中心经度显示放牧用地分布。虚线反映了x轴上经度的平均海拔。注意西经102°（私人放牧用地比例高）和西经110°（联邦放牧用地比例高）处的放牧高峰。插图提供了各县的放牧比例以及参考经度线。
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**图4. 按所有者类型划分的放牧用地面积和恢复力。**
A. 不同所有权类型的土地分布。每个类别包含至少有40公顷（100英亩）该类型土地且放牧面积占比超过5%的县的数据。在联邦土地上放牧的县，其用于放牧的土地面积通常较大。
B. 按每个县的主要土地管理者划分的恢复力评分分布。请注意，联邦放牧土地（最高韧性）与州/部落土地（中等韧性）和私人土地（最低韧性）之间的显著差异。通过对放牧土地、韧性和人口变化的热点分析（图5），我们发现了几种模式。拥有大量放牧土地的县主要集中在美国西部各州，而美国东部大部分地区的放牧土地密度较低，中部大平原、坎伯兰高原和佛罗里达州的聚集现象不明显（图5B）。在韧性方面，热点区域出现在上大平原和中大平原、太平洋西北地区、加利福尼亚州的内华达山脉、北部和南部阿巴拉契亚山脉以及密歇根州的上半岛（图5C）。在人口变化方面，热点区域集中在近期人口增长迅速的地区，包括太平洋西北地区、丹佛、盐湖城、北加州、巴肯油田、坎伯兰高原和北乔治亚州、东部大都市区、明尼阿波利斯以及佛罗里达州的大部分地区。这三个变量（放牧土地面积、韧性和人口变化）在科罗拉多州大部分地区、犹他州北部、内华达山脉北部和德克萨斯州东南部有重叠——这些地区拥有大量面临开发压力的韧性放牧土地（图5A）。
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图5. 美国放牧土地分析地图。
A. 放牧热点与韧性热点的双变量地图。绿色区域表示高放牧量和高韧性；蓝色表示低放牧量和高韧性；黄色表示高放牧量但低韧性；橙色多边形表示2010年至2020年间人口增长的热点县。
B. 放牧热点县（深黄色表示周围县放牧量高）/冷点县（浅蓝色表示周围县放牧量低）。
C. 韧性热点县（深蓝色表示周围县韧性高）与冷点县（浅黄色表示周围县韧性低）。
D. 局部双变量回归结果显示，大平原和上中西部地区的放牧与韧性呈正相关（红色），而在阿巴拉契亚地区、佛罗里达州、威斯康星州北部和纽约州则呈负相关（蓝色）。
E. 主要从牧场/草地（棕褐色）、耕地（黄色）和森林（绿色）转变为开发用途的县——2001年至2022年间开发面积超过200平方公里的县用黑色标出并加粗。
同样，通过局部双变量分析，放牧土地与韧性之间的空间相关性在大平原、犹他州和怀俄明州西南部、加利福尼亚州中部以及爱荷华州、威斯康星州和明尼苏达州的上中西部地区显示出正相关（图5D）。而在密歇根州上半岛、南部阿巴拉契亚山脉和佛罗里达州南部，放牧量较高的县韧性较低（负相关）。
主要在联邦和部落土地上从事放牧的县，其韧性得分显著高于主要在州或私人土地上从事放牧的县（P<0.0005）（图4B）。在全国范围内，大部分土地用于放牧的县（>50%）的韧性得分显著高于仅少量土地用于放牧的县（P<0.0005），尽管这一趋势并非在所有生态区都成立——某些生态区没有显著差异——例如奥扎克-阿巴拉契亚生态区（密苏里州和阿肯色州的南部阿巴拉契亚山脉和奥扎克山脉）中，放牧量较低的县韧性反而较高（图6）。
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图6. 各生态区的韧性。值1表示高韧性（高于平均韧性1个标准差），值0表示平均韧性，值-1表示低韧性（低于平均韧性1个标准差）。绿色（“上方”）图表显示的县韧性值高于该生态区的平均放牧百分比；黄色（“下方”）图表显示的县韧性值低于该平均值。星号表示高放牧县与低放牧县之间存在显著差异（ANOVA）。总体而言，放牧土地较多的县韧性较高，而奥扎克和瓦奇塔-阿巴拉契亚森林地区的韧性较低，温暖沙漠和西部科迪勒拉地区的结果不显著。
土地转变为郊区/城郊开发的现象在全国范围内呈聚集分布：美国西部大部分地区以草地/牧场为主，大平原和中西部地区以农业为主，太平洋西北部、德克萨斯州东部/洛杉矶和上中西部地区则以森林为主（图5E）。与上述模式相比，在放牧量高、韧性高且开发压力大的地区（如科罗拉多州），主要转变为开发的土地通常是用于放牧的土地。
正如预期的那样，这项分析显示，大多数放牧土地位于密西西比河以西。在美国本土，放牧主要发生在私人土地上（54.6%），其次是联邦土地上（33.6%）、部落土地上（5.9%）和州立土地上（5.6%）。然而，各州之间的放牧土地所有权分布存在很大差异，历史上的联邦和州政策以及部落条约决定了所有权结构。密西西比河以西，19世纪联邦政府的土地分配形成了由各州管理的棋盘状格局，有些州保留了大部分州立土地（如亚利桑那州、蒙大拿州），而有些州则将其出售给私人市场（如堪萨斯州、加利福尼亚州、德克萨斯州）（Souder和Fairfax 1996；Culp等人2015）。西部州立信托土地较少的州（如德克萨斯州）几乎所有放牧资源都归私人所有。由于几乎没有联邦或州立信托土地，美国东部几乎完全由私人拥有的放牧土地主导（图1）。
对于熟悉美国放牧系统研究的人来说，这些数据和综合分析的结果并不令人意外（Merrill和Leatherby 2018；USDA NASS 2019）。然而，之前的放牧土地使用制图工作主要集中在州级数据汇总上，依赖于土地覆盖制图（Merrill和Leatherby 2018），或者没有包含州立土地放牧租赁或部落土地的空间明确估计（Reeves和Mitchell 2012）。我们的县级、空间明确的数据集将作为理解美国本土放牧土地空间模式的基准。
大多数拥有大量放牧土地的县具有很高的生态韧性（图5A）。这表明这些景观在全国范围内的不可替代的生态重要性。这里的“高韧性”是根据“代表性原则、韧性、连通性和公认的生物多样性价值”来确定的，每个因素都考虑了气候变化的影响（Anderson等人2023），突显了它们在更广泛景观中的保护和生态价值。这种生态韧性没有考虑土地转换的风险（见下文）或保护和演替的运营规划。毫不奇怪，在放牧土地较多的地区，北部大平原的部分地区表现出很高的韧性（图5C）。这些景观的土壤中含有大量有机碳（Ramcharan等人2018），对野生动物栖息地和连通性非常重要（Derner等人2009；Gennet等人2017）。北部大平原也是全国快速转变为耕地的地区之一（Lark等人2020）。我们在科罗拉多州前缘地区（美国发展最快的地区之一）、堪萨斯州的弗林特山和德克萨斯州中部也发现了其他高放牧量和高韧性的小区域（图5A）。
分析显示，基于放牧土地所有权的县级韧性存在显著差异：主要在联邦或部落土地上从事放牧的县比在私人或州立土地上从事放牧的县韧性更高（图4B）。虽然我们无法从分析中明确这些差异的原因，但可能包括联邦对这些土地的管理和监测投资（例如Herrick等人2005），或这些土地的固有特征（例如许多联邦土地的海拔较高）。这些县的高分也可能与这些联邦土地已经受到保护有关（Anderson等人2023），尤其是在高海拔地区（图3）。州立土地通常是为了财务回报而管理的，因为它们通常是为了特定的公共支出（如学校）而持有的信托土地，而联邦土地则是为了多种长期公共用途和利益而管理的，且经常处于亏损状态（Fretwell和Regan 2015）。竞争性投标过程可能导致州立土地的生态结果下降。此外，这些土地可能在定居者占领后分配的，定居者会选择具有高生态价值的土地（如淡水）。此外，主要在州立土地上的县大多位于亚利桑那州和新墨西哥州（图1、图2），这些县的韧性得分通常低于邻近州，表明州立土地的地理位置可能是影响韧性的关键因素。同样，联邦土地——尤其是美国林业局的土地——所在的地区的景观韧性得分较高，可能是由于保护区地位、土壤碳储量、地形或植被动态等因素。
在美洲原住民保留地上进行放牧的县似乎具有更高的韧性得分。虽然这可能表明这些土地的生态价值和重要性，并且可能源于较低的管理强度（包括相对较低的放牧密度），但与一些研究表明部落土地的位置使其处于生态劣势的情况相反（Farrell等人2021）。尽管有文献指出某些部落土地上存在过度放牧的情况，但补救措施存在争议（Weisiger和Cronon 2009），这超出了本研究的范围。鉴于主要在部落土地上从事放牧的县样本量较小（n=25），需要进一步的研究和与部落的合作来理解这些模式。
私人土地上的放牧管理缺乏一致性，数百万个个体决策影响着生态结果。私人农场管理者往往为了最大化生产力或利润而做出决策，有时很少考虑环境公共利益（Cocklin等人2007）。尽管可能有更多原因，但我们的数据显示，主要在私人土地上从事放牧的县韧性较低，且韧性变化最大。
总之，与联邦和部落土地相比，私人及州立放牧土地的管理方式不一定不可持续。主要在私人土地上从事放牧的县对景观变化的抵抗力较低，而主要在联邦土地上从事放牧的县则具有更高的韧性。主要在联邦或部落土地上从事放牧的县，人类为了住宅、商业和农业目的改造的土地较少，且更多土地受到永久保护，不易被开发——这些都是衡量景观韧性的关键指标。
放牧和韧性的热点区域是放牧土地丧失可能对景观韧性产生重大影响的地方。虽然我们使用的TNC韧性数据综合了许多变量，但我们知道，当放牧土地得到良好管理时，它们在景观韧性中起着关键作用，为气候（DeLonge和Basche 2018）、水质/水量（Franzluebbers等人2012）和野生动物栖息地连通性（尤其是迁徙鸟类）带来诸多生态效益（Boyce等人2021）提供了重要支持。在这些高度韧性的放牧系统占主导地位的地区，放牧土地转变为其他用途会导致韧性下降。保护这些地区的放牧系统对于确保生态系统功能和粮食系统安全具有重要意义。
相反，在韧性高但放牧集中度低的地区，或者放牧与韧性呈负相关关系的地区（图5D），放牧土地的丧失可能不会显著改变整体景观韧性。此外，值得注意的是，放牧土地的生产力差异很大——例如，怀俄明州某些地区的年降水量可能低于300毫米，而佛蒙特州的一些放牧土地年降水量可能超过1000毫米。通过生态区层面的韧性与放牧关系研究（图6），我们可以进一步识别出驱动这一趋势的模式。在脆弱的生态系统中（例如，亚利桑那州和内华达州的温暖沙漠），放牧可能对生态系统造成的危害大于益处。在那些具有高价值且/或难以进入、目前未被放牧的土地上（例如，蒙大拿州和爱达荷州西部山脉的高山地区），放牧地在生态系统恢复力中的作用可能较小。最后，在某些地区，森林土地可能比开阔土地具有更重要的生态价值（如奥扎克和瓦奇塔-阿巴拉契亚地区）。这提醒我们不要简单地假设，在美国不同气候和生物物理条件下，进行放牧的土地普遍比其他土地利用方式更具恢复力。尽管关于放牧实践的生态后果的研究将持续数十年，但我们指出，在美国西部等地，放牧土地对于自然群落、生态系统过程、牲畜生产以及其他自然效益具有不可否认的重要性。
**转换威胁**
许多放牧土地，尤其是位于美国西部边缘的土地，面临着过去、现在和未来的土地转换压力。在北部大平原地区，每年有近200万平方公里（781平方英里）的放牧土地被转换为耕地（世界自然基金会2021年数据）。美国西部的住宅开发达到了历史最高水平，许多大都市区（如丹佛、菲尼克斯、盐湖城、拉斯维加斯）的年增长率超过10%（美国人口普查局2020年数据）。由于现有城镇住房条件较差以及人们希望更接近自然，一些保留地的住宅也在不断扩张（Delane Atcitty，个人通讯，2024年10月14日）。在过去二十年里，美国本土被转换为耕地的土地中，88%原本是草地（Lark等人2020年）。在美国西部15个州中，过去十年人口增长率最高的100个县往往也是放牧面积较大的地区——这些县平均有40%的土地用于放牧（91,611平方公里）。根据我们的NLCD分析（图5E），在那些放牧比例已经很高的县中，草地/牧场很可能是首先被转换的土地类型，要么直接转为开发用途，要么转为种植作物以养活不断增长的人口。
随着住宅开发向西部农村地区进一步推进，土地价值更多地反映了开发价值而非农业价值，这表明当前的土地农业收入与改变土地利用方式后的潜在收入之间存在差距（Briske等人2023年）。这意味着新生产者进入市场的障碍增加，现有经营者的税收和运营成本上升，同时生产者在农业与房地产开发收益之间的财务权衡也变得更加不平衡（Wittman和Bennett 2024年）。这种人口增长导致郊区和远郊开发的反馈循环，进一步加剧了放牧土地丧失的风险，并且这种风险会随着时间的推移而增强。
我们的数据显示，人口增长热点集中在几个西部城市周围，这些城市也恰好拥有大量的放牧土地——包括丹佛、盐湖城、博伊西、米苏拉，以及德克萨斯州的达拉斯、奥斯汀和休斯顿等城市，还包括北达科他州的巴肯油田地区（图5A）。随着开发在郊区和远郊地区的持续进行，放牧土地通常是首先被转换的土地类型，因为相比清除森林或转换耕地，这种转换的障碍较少（Carrion-Flores和Irwin 2004年）。在我们的NLCD分析中，我们发现密西西比河以西的大多数县将新的住宅开发集中在以前主要用于放牧的土地上。虽然上述一些地区可能会经历大规模的住宅土地转换，但总体而言，美国本土的土地转换率自1997年达到峰值后已经有所放缓（Bigelow等人2022年）。
无论采取何种管理措施，放牧土地通常比住宅开发或耕种的土地更具气候适应性。开发活动，包括挖掘、铺路和建造不透水表面，会导致土壤系统中的碳和养分一次性释放，同时降低相对于自然状态的年固碳潜力（McGill等人2022年）。同样，转换为耕地会导致野生动物栖息地的丧失、侵蚀加剧以及土壤有机碳和有益微生物生物量的减少（Lark等人2020年；Cai等人2025年）。这些高人口增长区域周围的许多（但不是全部）放牧土地属于私人所有（图5E），这使得放牧土地转换及其生态影响成为一种可能且现实的风险。
**局限性与下一步行动**
由于我们的分析主要依赖于NASS提供的数据，因此我们在估算私人拥有的放牧土地及其数据更新周期（每5年一次）时依赖于他们的方法。在美国某些地区的放牧土地上，每次5年的数据周期可能会伴随着显著的变化，从而无法提供足够的早期预警。NASS的数据可能对部落土地的反映不如对私人土地准确。此外，尽管NASS进行的是人口普查而非调查，但全国范围内仍存在大量的未回应情况。县级的估算往往存在较高的不确定性，导致某些县放牧土地面积占比超过100%。拥有多个县物业的人口普查受访者可能在某个县高估放牧面积，而在另一个县则低估。此外，受访者可能会误报租赁的公共（联邦或州）土地上的放牧面积，即使这些土地是按动物单位而非面积计算的。这种高估现象也可能导致某些县显示放牧面积接近或超过100%。NASS有许多统计方法来处理未回应的情况，我们获得的数据可能是县级放牧土地面积的最佳估计值。
租赁的州立信托土地在每个州的管理方式不同，州土地管理者在追求最大回报的同时还需考虑各种区域社会和经济压力（Culp等人2015年）。许多最初获得大量土地拨款的州后来将其全部出售以设立永久性学校基金（例如堪萨斯州），或者只保留部分拨款（例如加利福尼亚州）。虽然许多州积极维护公开可访问的在线数据集，但有些州需要通过公开请求或个别联系才能获取数据。虽然大多数州提供了可供公众使用的地理空间数据集，但许多州只能提供汇总统计数据（表S2）。这些西部州在数据管理上的不一致性使得难以快速更新包含农业和放牧租赁信息的全国级数据集。虽然州立土地被纳入国家级数据集（例如Lands Dataset、GAP），但活跃放牧租赁的具体位置信息并未包含在内。许多州（如科罗拉多州、亚利桑那州、犹他州）已经调整了州立信托土地的管理优先事项（Culp等人2015年），未来统一数据访问方式可能成为一个优先事项。
联邦放牧租赁信息是最可靠且空间信息最详细的放牧面积估算来源。数据可以在线轻松获取，但更新并不总是定期进行，而且不同数据源的空间层存在差异（尤其是BLM的租赁数据）。我们包括了部落土地上的放牧面积估算，但需注意这些估算可能与保留地边界不完全吻合。由于我们主要使用NASS的数据（基于县级数据）来估算保留地上的放牧面积，因此存在一定的误差来源。此外，这一指标并未说明放牧活动是由美洲原住民还是非部落生产者管理的。CAAIR中包含了保留地规模农业的估算数据，但这些数据在县级层面不可用，也不是所有保留地都有的（2017年仅有76个保留地有相关数据）。我们希望未来能够通过与部落领导层的合作，按照CARE原则（Carroll等人2020年）改进这些估算。
综合这些不同的数据集非常耗时，并且存在用户操作错误的空间。一些数据集（如NASS的数据）定期更新，而其他数据集则更新不规律。一些数据集在空间上非常详细（如USFS/BLM的租赁数据），而另一些则仅在县级层面进行汇总（NASS数据）。遥感技术在放牧土地估算方面存在挑战，因为放牧活动可能发生在多种土地覆盖类型上；在许多类型（如天然草地和牧场）上较为可靠，但在其他类型（如林地、灌溉耕地）上则不可预测。我们看到未来可以通过以下方式提高放牧土地估算的效率：1）标准化州立信托土地上放牧租赁的空间数据管理和访问；2）支持部落对自身数据的主权管理；3）继续获取NASS数据，也许可以提供比县级更精细的空间分辨率。我们希望在2027年NASS数据下次发布时能够简化这些数据层的整合过程。
**结论**
放牧土地——包括天然牧场、草地、牧场和森林等——是美国本土最广泛的土地利用类型。本文基于放牧用途而非土地覆盖类型，提供了放牧土地的空间范围和所有权类型的详细视图。虽然这种方法不如基于土地覆盖类型的估算方法具有可扩展性和重复性，但它提高了面积估算的准确性和放牧土地的精确分配。尽管全国范围内牲畜的密度和分布各不相同，但大量放牧土地位于私人土地上，因此无法永久免受土地利用转换的影响。许多放牧比例高的地区也具有很高的生态恢复力，进一步强调了这种土地利用在碳储存、水质、生物多样性和栖息地连通性方面的关键作用。
**数据声明**
数据将通过此存储库（zenodo.org/records/17610119）公开。
**作者贡献声明**
Charles Bettigole：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、项目监督、方法论、调查、正式分析、概念化。
Morgan McClure：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论、正式分析、数据管理。
Amity Wilson：撰写——初稿撰写、方法论、正式分析、数据管理。
Shaylan Kolodney：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论、正式分析、数据管理。
Clare Kazanski：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、方法论、概念化。
Sasha Gennet：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、方法论、概念化。
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