周 沙,黃躍飛,王光謙

(清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084)

黑河流域中游地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化特征及驅(qū)動(dòng)力

周 沙,黃躍飛*,王光謙

(清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084)

多角度分析黑河流域中游地區(qū)植被覆蓋度時(shí)空變化特征,并建立基于演變過程的生態(tài)系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)度模型,分析生態(tài)環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)因子.研究表明：1)1999～2008年,平原旱地、低覆蓋草地、有林地年最大歸一化差異植被指數(shù)(NDVI)增幅較大,達(dá) 0.1～0.2,疏林地2004年后保持高速增長(zhǎng),年最大NDVI增幅0.208,增長(zhǎng)了77.6%; 2)張臨高盆地年最大植被覆蓋度線性擬合年均增幅0.0063,生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度在小幅波動(dòng)中呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì),擬合優(yōu)度達(dá) 0.74;甘州區(qū)生態(tài)治理成效最顯著,年增長(zhǎng)幅度集中在0.03～0.3;臨澤縣和高臺(tái)縣以增長(zhǎng)為主,但局部過渡帶地區(qū)下降幅度達(dá) 0.1～0.3; 3)植被 7～10月覆蓋度呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì),峰值從 6～7月延遲到7～8月,2007年達(dá)0.39;植被覆蓋度分級(jí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)優(yōu)化趨勢(shì),極低覆蓋度植被逐漸轉(zhuǎn)化為低覆蓋度植被,2007年相比2000年降低25%以上,高覆蓋度植被1998～2008年間增長(zhǎng)約16%; 4)根據(jù)3種植被覆蓋度變化與各驅(qū)動(dòng)因子關(guān)聯(lián)分析,氣象水文因子主要包括降雨量、蒸發(fā)量、徑流量,最大關(guān)聯(lián)度分別為 0.91、-0.83、0.76,社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子主要包括農(nóng)作物播種面積、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)科技水平,最大關(guān)聯(lián)度分別為-0.81、0.78、0.81.

黑河流域；植被覆蓋度；時(shí)空變化特征；灰色關(guān)聯(lián)度

20世紀(jì) 60年代以來,隨著人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,黑河流域水土資源開發(fā)過度,中游地區(qū)水資源短缺、水環(huán)境惡化、土壤鹽堿化嚴(yán)重.為了遏制黑河流域生態(tài)環(huán)境不斷惡化的趨勢(shì),21世紀(jì)初,國(guó)家實(shí)施了黑河流域近期治理工程.2001年 8月,甘肅省黑河流域近期治理工程項(xiàng)目陸續(xù)實(shí)施,加強(qiáng)黑河干流水資源統(tǒng)一管理,在中游地區(qū)提高用水效率,建設(shè)節(jié)水型社會(huì),改善生態(tài)環(huán)境.2010年10月,項(xiàng)目通過水利部總體竣工驗(yàn)收,實(shí)現(xiàn)了國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《黑河流域近期治理規(guī)劃》目標(biāo).

灰色關(guān)聯(lián)分析是根據(jù)比較因子與參考因子之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度,來判斷因子間關(guān)聯(lián)程度的一種方法[1].目前測(cè)算灰色關(guān)聯(lián)度的模型很多,如鄧氏關(guān)聯(lián)度[2]、斜率關(guān)聯(lián)度[3]、廣義灰色關(guān)聯(lián)度[4]、灰色綜合關(guān)聯(lián)度[5]等,但這些模型都存在一個(gè)共同的問題,不能反映正、負(fù)相關(guān)關(guān)系,且存在正負(fù)積分相互抵消而出現(xiàn)明顯不合理的結(jié)果.近年來,也有許多學(xué)者提出改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度模型[6-8],但都存在一定的局限性,難以統(tǒng)一評(píng)價(jià)氣候水文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多方面因素對(duì)于生態(tài)環(huán)境變化的影響大小.

本文以張臨高盆地為研究區(qū),分析黑河流域中游地區(qū)近期治理項(xiàng)目對(duì)改善生態(tài)環(huán)境的作用效果,分別從不同植被覆蓋類型區(qū)NDVI變化特征、植被覆蓋度逐年變化特征、空間分布特征、時(shí)空統(tǒng)計(jì)特征4方面,多角度分析黑河流域中游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化特征.基于研究區(qū)的實(shí)際情況,在曹明霞[9]的基礎(chǔ)上,提出了基于演變過程的生態(tài)系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)度模型,適用于研究干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境變化與各影響因子間的關(guān)聯(lián)度,分析中游地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)力.

1 研究區(qū)概況

黑河流域中游張臨高盆地土地資源豐富,是我國(guó)西北地區(qū)重要的商品糧生產(chǎn)基地,也是黑河徑流的主要利用區(qū).本文研究區(qū)包括張掖地區(qū)的甘州區(qū)、臨澤縣和高臺(tái)縣(圖1).研究區(qū)屬溫帶大陸性干旱氣候,降雨少而集中于夏季,年均降水量50～250mm,日照充足,蒸發(fā)強(qiáng)烈,年均蒸發(fā)量2000～3500mm,晝夜溫差很大[10].20世紀(jì)90年代以來,張臨高盆地人口逐年增加,從1990年71.05萬人增加到2010年82.75萬人,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速,地區(qū)生產(chǎn)總值從1990年8.78億元增加到2010年147.01億元[11].

圖1 研究區(qū)示意Fig.1 The location map of the study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本次研究中,行政邊界、氣候、水文、植被等數(shù)據(jù)來源于國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)“中國(guó)西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心” (http∶//westdc. westgis.ac.cn),包括數(shù)據(jù)集有“黑河流域行政邊界數(shù)據(jù)集”、“黑河流域逐日水文觀測(cè)數(shù)據(jù)集”、“黑河流域逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)集”[12]、“黑河流域長(zhǎng)時(shí)間序列SPOT_Vegetation植被數(shù)據(jù)集(NDVI)”[13].其中,歸一化差異植被指數(shù)(NDVI)時(shí)間序列為1998年4月～2008年7月.社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》(1998-2008年)[14].

2.2 研究方法

基于NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù),估算有植被覆蓋區(qū)域的植被覆蓋度,計(jì)算植被覆蓋度變化趨勢(shì),研究生態(tài)環(huán)境變化特征,并建立生態(tài)系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)度模型,分析生態(tài)環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)力.

2.2.1 植被覆蓋度計(jì)算 植被覆蓋度是指植被(包括葉、莖、枝)在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比,常用于植被變化、生態(tài)環(huán)境研究[15].NDVI 是植被生長(zhǎng)狀態(tài)及植被覆蓋度的最佳指示因子,其范圍在-1～1之間變動(dòng)[16].選擇研究區(qū)內(nèi)多年平均年最大NDVI大于0.1的象元,作為有植被覆蓋的區(qū)域[17].

NDVI與植被覆蓋分布呈線性相關(guān),根據(jù)象元二分模型原理,每個(gè)象元的NDVI值可以表示為有植被覆蓋部分的 NDVI與無植被覆蓋部分的NDVI線性組合的形式[18].因此,計(jì)算植被覆蓋度(VFC)的公式可表示為∶

式中,N DVIsoil為無植被覆蓋象元的 NDVI,理論上接近 0,但受眾多因素影響,變化范圍一般在-0.1～0.2[19];N DVIveg表示純植被象元的NDVI,隨著植被類型和植被的時(shí)空分布而變化.本文采用李苗苗[20]的研究方法計(jì)算兩者的值.

2.2.2 植被覆蓋度變化特征計(jì)算 計(jì)算研究區(qū)逐個(gè)像元1999～2007年各年的年平均、年最大、生長(zhǎng)季節(jié)平均的VFC,采用一元線性回歸法計(jì)算每個(gè)有植被覆蓋網(wǎng)格9年年平均、年最大、生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度的總體變化趨勢(shì),用SLOPE線性趨勢(shì)線估計(jì)其變化幅度,計(jì)算公式為[21]∶

式中,VFC可代表1999～2007逐年最大、年平均、年生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度,SLOPE表示1999～2007年年平均、年最大、生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度的增長(zhǎng)值,分別得到總增長(zhǎng)幅度及增長(zhǎng)百分率為[22]∶

2.2.3 基于演變過程的生態(tài)系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)度模型 由于干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境變化受到自然因素和人類活動(dòng)的共同影響,自然因素如氣候變化的波動(dòng)范圍較小,而社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展一般呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng),變化幅度較大.為了協(xié)調(diào)各驅(qū)動(dòng)因子變化趨勢(shì)對(duì)生態(tài)環(huán)境變化的影響,本文基于生態(tài)環(huán)境因子與驅(qū)動(dòng)因子在研究期內(nèi)變化的相對(duì)斜率,建立基于演變過程的生態(tài)系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)度模型.模型中定義了完全正相關(guān)(灰色關(guān)聯(lián)度為1)和完全負(fù)相關(guān)(灰色關(guān)聯(lián)度為-1)情況的內(nèi)涵,即參考序列和比較序列存在正、負(fù)相關(guān)關(guān)系(擬合優(yōu)度為1),能很好地反映因子間的正負(fù)相關(guān)關(guān)系.模型建立各驅(qū)動(dòng)因子與生態(tài)環(huán)境變化之間的相關(guān)程度,從而可以進(jìn)行生態(tài)環(huán)境變化的驅(qū)動(dòng)力分析.模型如下∶

說明∶序列X0和序列Xi的灰色關(guān)聯(lián)度滿足∶當(dāng)且僅當(dāng)Xi(t)=為常數(shù)),

3 結(jié)果與討論

3.1 不同植被覆蓋類型區(qū)NDVI變化特征

圖2中,除戈壁區(qū),各類型區(qū)年最大NDVI均呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì),且峰谷的波動(dòng)與鶯落峽徑流量存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如2003、2007年,多數(shù)類型區(qū)NDVI為波峰年.相比1999年(波谷),平原旱地、低覆蓋草地、有林地均有大幅增長(zhǎng),增長(zhǎng)幅度達(dá)0.1～0.2.疏林地NDVI在2004年后保持高速增長(zhǎng),4年間增長(zhǎng)幅度0.208,增長(zhǎng)了77.6%.總體來看,2004年以前,各類型區(qū) NDVI波動(dòng)較大,2004年后,在小幅波動(dòng)中呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì),這與黑河干流水量統(tǒng)一調(diào)度管理是分不開的.

圖2 各植被類型區(qū)年最大NDVI逐年變化Fig.2 The yearly changes of annual maximum NDVI in different vegetation types

分析不同植被覆蓋類型區(qū)多年平均 NDVI逐月變化(圖 3),可以看出,張臨高盆地植被的主要生長(zhǎng)季節(jié)為5～10月,各類型區(qū)生長(zhǎng)期長(zhǎng)度略有差異,但變化趨勢(shì)與鶯落峽逐月徑流量基本一致.有林地NDVI峰值最高,其次是高覆蓋草地、灌木林地、中覆蓋草地、平原旱地、低覆蓋度草地、疏林地,戈壁和鹽堿地NDVI全年較低,幾乎無植被覆蓋.峰值代表植被全年生長(zhǎng)最好時(shí)的情況,在一定程度上說明植被覆蓋狀況的好壞,也是生長(zhǎng)開始衰退的時(shí)間,除戈壁和鹽堿地,其余各類型區(qū)植被到達(dá)峰值的時(shí)間均為7月.其中,灌木林地非生長(zhǎng)季節(jié)(11～4月)NDVI最高,0.2左右,幾乎是其它植被類型的2～3倍,可以看出灌木林對(duì)改善生態(tài)環(huán)境的意義重大.平原旱地全年NDVI處于中等水平,且在7月收獲季節(jié)一過,NDVI迅速降低,對(duì)生態(tài)環(huán)境不利.

圖3 各植被類型區(qū)年最大NDVI逐月變化Fig.3 The monthly changes of annual maximum NDVI in different vegetation types

3.2 植被覆蓋度逐年變化特征

圖4 植被覆蓋度逐年變化Fig.4 The yearly changes of vegetation coverage

分析研究區(qū)內(nèi)年最大、生長(zhǎng)季節(jié)平均、年平均植被覆蓋度逐年變化情況(圖 4).其中,年最大植被覆蓋度增長(zhǎng)速度最快,線性擬合年均增幅0.0063,波動(dòng)也最大;生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度在小幅波動(dòng)中呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì),擬合優(yōu)度達(dá)0.74.年平均植被覆蓋度略有增長(zhǎng),波動(dòng)幅度較小.總體來看,經(jīng)過一系列生態(tài)治理,張臨高盆地植被覆蓋度增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯,生態(tài)環(huán)境逐漸得到改善.

3.3 植被覆蓋度空間分布特征

采用一元線性回歸分析方法計(jì)算研究區(qū)各象元1999～2007年各年年平均、年最大、生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度的變化趨勢(shì)線,根據(jù)趨勢(shì)線斜率計(jì)算植被覆蓋度增長(zhǎng)幅度和增長(zhǎng)百分率,并繪制空間分布圖.其中,生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度變化幅度和變化百分率空間分布如圖4所示,未計(jì)算區(qū)域?yàn)槎嗄昶骄曜畲驨DVI值小于0.1的區(qū)域,作為荒漠區(qū)處理.

由圖5可見,生態(tài)治理成效最顯著的是張掖市甘州區(qū),植被覆蓋度增加明顯,年增長(zhǎng)幅度集中在 0.03～0.3,其后依次是臨澤縣和高臺(tái)縣.從植被覆蓋度變化情況來看,高臺(tái)縣和臨澤縣北部被荒漠包圍的過渡帶地區(qū),以及沿黑河分布的部分耕地地區(qū),局部年下降幅度達(dá) 0.1～0.3,年降低百分率為 20%～60%.隨著過渡帶地區(qū)由于可利用的徑流性水資源減少,對(duì)降雨性水資源依賴程度大,使得植被生長(zhǎng)的峰值情況受到降雨量的限制.

圖5 張臨高盆地1999～2007生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度變化幅度及變化百分率Fig.5 The changes in amplitude and percentage changes of growth season average vegetation cover in the study area (1999～2007)

3.4 植被覆蓋度時(shí)空統(tǒng)計(jì)特征

比較 3種植被覆蓋度的變化度(圖 6),年最大、生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度的好轉(zhuǎn)趨勢(shì)較明顯,分別有70%、65%以上分布在0.03～0.3,而年平均植被覆蓋度變化 80%以上分布在 0～0.1,因?yàn)橹脖桓采w度的變化主要體現(xiàn)在生長(zhǎng)季節(jié).從變化百分率來看,年最大植被覆蓋度和生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度的變化分布基本一致,兩者的增長(zhǎng)百分率分布在20%～60%的比例占50%以上,而年平均植被覆蓋度的好轉(zhuǎn)趨勢(shì)相對(duì)較差些.

從生長(zhǎng)季節(jié)植被覆蓋度變化規(guī)律來看(圖7),各年植被覆蓋度到達(dá)峰值的時(shí)間并不一致,2002年之前,植被覆蓋度偏低,峰值到來時(shí)間較早,6～7月植被覆蓋度較高,8月植被覆蓋度已處于明顯下降階段.2002年及之后,植被覆蓋度較高,峰值到達(dá)時(shí)間較晚,7～8月植被覆蓋度較高,在0.35左右,2003年和2006年峰值出現(xiàn)在8月,2007年峰值達(dá)到 0.3924.隨著張臨高盆地灌溉條件的改善,7～10月植被覆蓋度呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì),同時(shí)生長(zhǎng)季節(jié)時(shí)間長(zhǎng)度有增加趨勢(shì),而植被覆蓋度峰值提高、生長(zhǎng)期延長(zhǎng),是區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善的標(biāo)志.

圖6 植被覆蓋度變化幅度、變化百分率分級(jí)百分比統(tǒng)計(jì)Fig.6 The statistical results of vegetation cover change classification

利用年最大植被覆蓋度(植被覆蓋度峰值數(shù)據(jù),采用6級(jí)表示法(0～15%、15%～30%、30%～45%、45%～60%、60～75%、75%～100%)進(jìn)行植被覆蓋度分級(jí)統(tǒng)計(jì),研究各級(jí)覆蓋度植被面積百分比逐年變化情況.根據(jù)分級(jí)情況,將植被覆蓋度分為極低、低、中低、中、高中、高植被覆蓋度區(qū).由圖8可以看出,植被覆蓋度變化主要發(fā)生在低覆蓋度和極低覆蓋度區(qū),兩者波動(dòng)幅度較大,互為增減關(guān)系,累積面積比占50%以上.高覆蓋度植被呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì),10年間增長(zhǎng)了約 16%.中高、中、中低覆蓋度比例在波動(dòng)中略有下降,三者比例基本相同,累積比例約 34%.整體而言,植被覆蓋度結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)優(yōu)化趨勢(shì),主要體現(xiàn)在高覆蓋度植被比例的增長(zhǎng)和極低覆蓋度植被逐漸轉(zhuǎn)化為低覆蓋度植被,可見張掖市節(jié)水灌溉、退耕還林還草等一系列工程措施取得了不錯(cuò)的成效.

圖7 生長(zhǎng)季節(jié)植被覆蓋度逐年變化Fig.7 The changes of the vegetation cover from May to October(1998～2007)

圖8 年最大植被覆蓋度分級(jí)統(tǒng)計(jì)逐年變化Fig.8 The statistical results of yearly maximum vegetation cover classification (1998～2008)

3.5 關(guān)聯(lián)度計(jì)算

應(yīng)用基于演變過程的生態(tài)系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)度模型,計(jì)算 3種植被覆蓋度與各氣候水文、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子之間的關(guān)聯(lián)度,結(jié)果如表1所示.

從年最大、年平均、生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度與各影響因子關(guān)聯(lián)度分析可知,3種植被覆蓋度與各影響因子關(guān)聯(lián)度基本一致.

針對(duì)關(guān)聯(lián)度 0.5以上的影響因子,根據(jù)生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度進(jìn)行排序,正相關(guān)影響因子∶降水量>農(nóng)村用電量>化肥施用折純量>第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>人均生產(chǎn)總值>鶯落峽徑流量>農(nóng)業(yè)人口;負(fù)相關(guān)影響因素∶農(nóng)作物播種面積>蒸發(fā)量>第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值.

表1 年最大、年平均、生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度與各影響因子關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果Table 1 The calculation results of correlation between vegetation coverage and driving factors

圖9 年最大、年平均、生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度與各影響因子關(guān)聯(lián)度分析Fig.9 The calculation results of correlation between vegetation coverage and driving factors

分析各水文氣象因素對(duì)植被覆蓋度的影響,蒸發(fā)量和降雨量影響較大,其中,蒸發(fā)量與年平均植被覆蓋度呈顯著負(fù)相關(guān),關(guān)聯(lián)度達(dá)-0.8264;降雨量與生長(zhǎng)季節(jié)植被覆蓋度顯著正相關(guān),關(guān)聯(lián)度達(dá)0.9071,這與干旱區(qū)的氣候特點(diǎn)密不可分,因?yàn)橹脖桓采w度變化主要發(fā)生在以降雨性水資源補(bǔ)給為主的極低、低植被覆蓋區(qū),且植被覆蓋度變化集中在生長(zhǎng)季節(jié).實(shí)施水量統(tǒng)一調(diào)度工程后,徑流量的利用效率提高,鶯落峽來水量與植被覆蓋度的關(guān)聯(lián)性也較強(qiáng).

分析各社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)植被覆蓋度的影響,第一產(chǎn)業(yè)總值、人均生產(chǎn)總值與年最大植被覆蓋度呈現(xiàn)顯著正相關(guān),均為0.75以上,而農(nóng)作物播種面積與生長(zhǎng)季節(jié)植被覆蓋度負(fù)相關(guān)達(dá) 0.8以上.2000年之后,張掖市節(jié)水型社會(huì)建設(shè),不斷優(yōu)化水資源利用效率,開展退耕還林還草工程,農(nóng)作物播種面積下降,林牧業(yè)得到發(fā)展,高覆蓋度植被面積增加約 16%,在第一產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的同時(shí)促進(jìn)了生態(tài)環(huán)境的整體改善.代表農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步的農(nóng)村用電量和化肥施用折純量與生長(zhǎng)季節(jié)植被覆蓋度呈顯著正相關(guān)關(guān)系,關(guān)聯(lián)度分別達(dá) 0.8121、0.7948,這進(jìn)一步證明了農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步有利于耕地乃至區(qū)域植被覆蓋度的提高.而第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與植被覆蓋度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),說明工礦、建筑業(yè)等的發(fā)展對(duì)區(qū)域植被覆蓋度有一定的負(fù)面影響.

基于生態(tài)環(huán)境變化特征和驅(qū)動(dòng)力分析,中游地區(qū)生態(tài)環(huán)境在整體改善的基礎(chǔ)上,仍存在不可忽視的問題,比如北部荒漠包圍的過渡帶地區(qū)、中部沿黑河分布的條帶狀耕地覆蓋度呈降低趨勢(shì).因此,有必要通過水資源合理配置和調(diào)度管理,在不引起耕地區(qū)植被覆蓋度降低和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量減少的基礎(chǔ)上,保證過渡帶植被生態(tài)用水,進(jìn)一步改善中游地區(qū)生態(tài)環(huán)境.

4 結(jié)論

4.1 不同植被覆蓋類型區(qū)年最大NDVI呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì).平原旱地、低覆蓋草地、有林地增幅較大,達(dá)0.1～0.2,疏林地在2004年后保持高速增長(zhǎng),增幅 0.208,增長(zhǎng)了 77.6%.各類型區(qū) NDVI逐月變化趨勢(shì)與鶯落峽徑流量基本一致,生長(zhǎng)季節(jié)集中在5～10月,峰值集中在7月.其中,灌木林地非生長(zhǎng)季節(jié) NDVI最高,幾乎是其他類型的2～3倍,對(duì)改善生態(tài)環(huán)境意義重大,而平原旱地在7月收獲季節(jié)一過,NDVI迅速降低,對(duì)生態(tài)環(huán)境不利.

4.2 張臨高盆地植被覆蓋度增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯,其中,甘州區(qū)生態(tài)治理成效最顯著.研究區(qū)年最大植被覆蓋度線性擬合年均幅度 0.0063,生長(zhǎng)季節(jié)平均植被覆蓋度在小幅波動(dòng)中呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì),擬合優(yōu)度達(dá)0.74.張掖市甘州區(qū),年增長(zhǎng)幅度集中在0.03～0.3,其后依次是臨澤縣和高臺(tái)縣.其中,高臺(tái)縣和臨澤縣北部被荒漠包圍的地區(qū),荒漠化趨勢(shì)明顯,局部年下降幅度達(dá) 0.1～0.3,年降低百分率達(dá)20%～60%.

4.3 從生長(zhǎng)季節(jié)植被覆蓋度變化規(guī)律來看,植被7～10月覆蓋度呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì),峰值從6～7月延遲到7～8月,2007年達(dá)0.3924,植被覆蓋度峰值提高、生長(zhǎng)期延長(zhǎng),表明區(qū)域生態(tài)環(huán)境有所改善.從年最大植被覆蓋度分級(jí)統(tǒng)計(jì)來看,植被覆蓋度分級(jí)組成結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)優(yōu)化趨勢(shì),極低覆蓋度植被逐漸轉(zhuǎn)化為低覆蓋度植被,2007年相比2000年降低了25%以上,高覆蓋度植被比例的10年間增長(zhǎng)約 16%,可以看出張掖市節(jié)水灌溉、退耕還林還草等一系列工程取得了不錯(cuò)的成效.

4.4 根據(jù)關(guān)聯(lián)度模型分析結(jié)果,正相關(guān)驅(qū)動(dòng)因子主要有降水量、代表農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步的用電量及化肥施用折純量,代表社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、人均生產(chǎn)總值,和徑流性水資源鶯落峽徑流量等;負(fù)相關(guān)驅(qū)動(dòng)因子主要有農(nóng)作物播種面積、蒸發(fā)量和第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值.氣象水文驅(qū)動(dòng)因子主要是與植被生長(zhǎng)可利用水資源相關(guān)的降雨量、蒸發(fā)量、徑流量等,與3種植被覆蓋度最大關(guān)聯(lián)度分別為 0.9071、-0.8264、0.7553,社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子主要是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的農(nóng)作物播種面積、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)科技水平等,最大關(guān)聯(lián)度分別為-0.8052、0.7810、0.8121.

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Changes in the ecological environment and there determining factors in the middle Heihe River Basin.

ZHOU Sha, HUANG Yue-fei*, WANG Guang-qian
(State Key Laboratory of Hydroscience and Engieering, Tsinghua University, Beijing 100084, China). China Environmental Science, 2014,34(3)：766～773

This paper analyzed several aspects of the spatio-temporal variations in the vegetation cover in the middle Heihe River Basin, and developed a grey correlation model of ecosystem to identify the determining factors. The results demonstrated that 1) the annual maximum normalized difference vegetation index (NDVI) increased considerably in upland, grassland with low vegetation cover, and forested area, by about 0.1～0.2; while sparse woodland has maintained a rapid growth since 2004with the annual maximum NDVI increased by 0.21; 2) the annual maximum vegetation cover for the study area as a whole has increased by 0.0063per annum, the change is most significant in Ganzhou District, where the annual growth was mostly around 0.03～0.3, however, for some oasis-desert transition zones in Linze and Gaotai, the vegetation cover decreased by 0.1～0.3; 3) the vegetation cover from July to October showed significant growth trends, the peak increased and delayed about one month, reaching 0.39in 2007; the hierarchical structure of the annual maximum vegetation cover optimized, the lowest vegetation cover gradually transformed into low vegetation cover, decreased by 25% from 2000to 2007, and the highest vegetation cover increased approximately 16% from 1998to 2008; 4) the results of correlation analysis showed that the main meteorological and hydrological factors were rainfall, evaporation and runoff ,with the maximum correlations of 0.91, -0.83, 0.76, respectively, and that the main socio-economic factors were agricultural acreage, primary industry and the level of agricultural science and technology, with the maximum correlation were -0.81, 0.78, 0.81, respectively.

Heihe River Basin；vegetation cover；spatiotemporal variation；grey correlation model

X171

：A

：1000-6923(2014)03-0766-08

周 沙(1991-),女,湖北孝感人,清華大學(xué)博士研究生,主要從事干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境與水資源管理研究.發(fā)表論文2篇.

2013-07-29

國(guó)家自然科學(xué)基金(91125018);國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2013BAB05B03);水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201301081)

* 責(zé)任作者, 教授, yuefeihuang@tsinghua.edu.cn