王璐,丁建麗

(新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830046)

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艾比湖保護(hù)區(qū)荒漠植被時(shí)空過(guò)程變化及其植被指數(shù)影響因素分析

王璐,丁建麗*

(新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830046)

利用1990-2011年Landsat數(shù)據(jù)，結(jié)合了4個(gè)氣象站點(diǎn)的年降水量、年均溫?cái)?shù)據(jù)，基于垂直地帶性特征和荒漠植被指數(shù)對(duì)艾比湖保護(hù)區(qū)的遙感圖像進(jìn)行了專(zhuān)家知識(shí)決策樹(shù)分類(lèi)。研究了典型綠洲-荒漠交錯(cuò)帶的荒漠草地等地物近20年的面積變化、NDVI及其與氣候因子的關(guān)系。結(jié)果表明，1)近20年間植被類(lèi)型的NDVI值大致呈山前荒漠>荒漠草原>鹽生草甸>草本沼澤>荒漠的規(guī)律。2)近20年降水量與溫度都呈上升趨勢(shì)，植被NDVI和氣溫主體呈不顯著負(fù)相關(guān)，與降水主體呈顯著正相關(guān)。3)研究區(qū)在保護(hù)區(qū)建立前，荒漠植被退化十分嚴(yán)重，荒漠植被面積大量減小，大多向不可用地類(lèi)轉(zhuǎn)化，保護(hù)區(qū)建立后的生態(tài)環(huán)境有了很大改善?？梢?jiàn)政府的政策導(dǎo)向?qū)哪鷳B(tài)環(huán)境具有重要作用。

決策樹(shù)；草地遙感；NDVI；艾比湖保護(hù)區(qū)

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，是聯(lián)結(jié)土壤、大氣和水分等自然要素的紐帶[2]，在某種程度上可以表征土地覆蓋的變化，在全球變化的研究中具有指示器作用[3]。而草地資源在荒漠背景下，是干旱區(qū)的精華，也是干旱區(qū)中最敏感的部分[4]。作為干旱區(qū)的內(nèi)流區(qū)能流、物流最敏感的地方，近年來(lái)由于受到亞洲內(nèi)陸極端干旱氣候的影響，西北干旱區(qū)荒漠草地退化現(xiàn)象日益加劇，沙漠化、鹽堿化、嚴(yán)重退化的草地?cái)?shù)量日趨增加，退化速度也日益加快[5]。遙感技術(shù)的應(yīng)用使得范圍更廣、時(shí)間更長(zhǎng)的荒漠植被退化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和精確評(píng)價(jià)成為可能[6-7]。在眾多遙感信息分析的植被指數(shù)指標(biāo)中，植被覆蓋度是公認(rèn)的評(píng)價(jià)土地荒漠化最有效的指標(biāo)[8]，因此準(zhǔn)確檢測(cè)植被覆蓋度對(duì)于干旱區(qū)意義重大。干旱區(qū)蒸發(fā)強(qiáng)烈而降水稀少，植被生長(zhǎng)十分稀疏。而研究也證實(shí)，荒漠草地的植被生長(zhǎng)受到降水量的影響，其產(chǎn)量隨降水量多少擺動(dòng)劇烈[9-10]，人類(lèi)活動(dòng)已對(duì)草地植被產(chǎn)生了重大壓力與沖擊，成為了草地植被退化的重要驅(qū)動(dòng)因子，干旱區(qū)的草地植被已經(jīng)變得十分敏感與脆弱[11]。歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index,NDVI)與植被覆蓋度等植被的生物物理特征具有高度相關(guān)性[12]，是大尺度植被覆蓋研究的重要指標(biāo)，其與氣候因子的關(guān)系已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[13-15]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在分析NDVI的變化影響時(shí)，大多考慮了NDVI與氣溫和降水的響應(yīng)[16-18]或者單純對(duì)不同土地利用類(lèi)型對(duì)降水與溫度的響應(yīng)進(jìn)行研究[19-21]，而針對(duì)綠洲-荒漠交錯(cuò)帶，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間尺度的植被退化情況的監(jiān)測(cè)及其與溫度、降水的響應(yīng)關(guān)系的研究仍然較為缺乏。因此，本研究選用新疆艾比湖保護(hù)區(qū)為實(shí)驗(yàn)區(qū)，通過(guò)遙感與實(shí)測(cè)相結(jié)合的手段研究了各類(lèi)典型荒漠植被指數(shù)特征，同時(shí)結(jié)合各個(gè)荒漠植被的地理分布特征，采用基于專(zhuān)家知識(shí)的分類(lèi)模型對(duì)21年遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，同時(shí)通過(guò)對(duì)植被生長(zhǎng)最為重要的降水和氣溫因素[17,22]的進(jìn)一步分析，獲取荒漠植被的生長(zhǎng)對(duì)氣候因子的響應(yīng)，以期使得西北干旱區(qū)大面積的監(jiān)測(cè)評(píng)估研究更加細(xì)化，研究結(jié)果更有效地服務(wù)于區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)工作。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 The sketch map of study area

艾比湖是新疆重要的濕地之一，也是新疆面積最大的咸水湖，于2008年被國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)列為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(圖1)。該湖地處準(zhǔn)噶爾盆地西南部，是博爾塔拉河、精河、奎屯河等多條內(nèi)流河的匯聚中心。研究區(qū)位于東經(jīng)82°33′47″-83°53′21″，北緯44°31′05″-45°09′35″，位于精河縣境內(nèi)，保護(hù)區(qū)總面積約2670.8 hm2，水域面積875.73 hm2，三面環(huán)山且遠(yuǎn)離海洋，年均氣溫6～8℃，干旱少雨，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，是典型的溫帶干旱大陸性氣候。艾比湖保護(hù)區(qū)位于生態(tài)脆弱帶，湖區(qū)范圍內(nèi)生物類(lèi)型十分豐富，是中國(guó)內(nèi)陸荒漠中為數(shù)不多的荒漠物種集中分布區(qū)，也是指征準(zhǔn)噶爾盆地生態(tài)環(huán)境變化的關(guān)鍵地區(qū)。研究區(qū)自成為保護(hù)區(qū)以來(lái)，較少受到人類(lèi)的干擾，其成為保護(hù)區(qū)后的植被變化可以排除人類(lèi)干擾因素，集中分析氣候因素對(duì)草地植被覆蓋的影響，這對(duì)于研究的準(zhǔn)確性具有重要意義。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

遙感數(shù)據(jù)為：研究區(qū)內(nèi)美國(guó)陸地衛(wèi)星 Landsat MSS(1990年)、TM (1998年)以及ETM+ (2011)年的影像; 選取比較有代表性的植被覆蓋信息全的9-10月影像利用ENVI軟件進(jìn)行預(yù)處理。包括輻射校正、大氣校正、消除比例、裁剪等過(guò)程。通過(guò)對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行波段運(yùn)算得到各年度NDVI。

氣象數(shù)據(jù)有：精河縣1953-2012年4個(gè)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)。運(yùn)用Arcgis軟件的Kriging方法對(duì)年均降水量、年均氣溫進(jìn)行插值，最終生成與NDVI數(shù)據(jù)相同投影和分辨率的柵格氣象數(shù)據(jù)。

其他數(shù)據(jù)有：艾比湖保護(hù)區(qū)植被分布1∶250000 地圖、精河縣統(tǒng)計(jì)資料(人口、土壤、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等)。

2 結(jié)果與分析

2.1 荒漠植被指數(shù)比較

通過(guò)提取1990，1998，2011年的植被指數(shù)，分析了20多年研究區(qū)內(nèi)的天然草地的變化動(dòng)態(tài)。采用歸一化植被指數(shù)NDVI進(jìn)行了不同草地類(lèi)型之間的對(duì)比。通過(guò)NDVI計(jì)算，將NDVI值的高低程度分為6個(gè)等級(jí)，NDVI值較大的植被覆蓋較高。在空間分布上 NDVI極顯著減少主要分布在北部山區(qū)、艾比湖東部沙漠，NDVI顯著減少主要分布在艾比湖周邊，零星分布于湖東部沙漠中。而山前荒漠較高覆蓋區(qū)植被和高覆蓋植被大量減少，NDVI變化不顯著區(qū)分布于除核心綠洲部分外大部分地區(qū)。無(wú)值區(qū)主要是水體和其他類(lèi)(沙地、鹽漬地等)?？梢钥闯?，1990年NDVI明顯大于其他年份，1998年的NDVI顯著減少，到2011年NDVI有一定程度的改善(圖2)。

2.2 基于專(zhuān)家知識(shí)的草地分類(lèi)

通過(guò)對(duì)各年平均NDVI值的統(tǒng)計(jì)，可以得到NDVI1990>NDVI2011>NDVI1998的結(jié)果，同時(shí)通過(guò)基于專(zhuān)家知識(shí)的分類(lèi)，將保護(hù)區(qū)分為山前荒漠、荒漠草原、鹽生草甸、草本沼澤、荒漠、水體和其他(裸地等)地類(lèi)，同時(shí)，考慮到艾比湖保護(hù)區(qū)由于氣候與地理位置原因，草地比較稀疏，只通過(guò)NDVI取值較難界定類(lèi)別，同時(shí)其滿(mǎn)足的垂直性地帶分異規(guī)律，將DEM因子也加入到草地分類(lèi)的依據(jù)中。根據(jù)吳征鎰[23]主編的《中國(guó)植被》中的植被群落法進(jìn)行了5種地面植被的劃分，并通過(guò)優(yōu)化的過(guò)程，形成了基于專(zhuān)家知識(shí)分類(lèi)的決策樹(shù)。

2.3 荒漠植被時(shí)空動(dòng)態(tài)變化情況分析

通過(guò)NDVI的閾值結(jié)合DEM，利用基于專(zhuān)家知識(shí)分類(lèi)方法分別對(duì)3幅遙感影像進(jìn)行了基于分類(lèi)決策樹(shù)的荒漠植被分類(lèi)后，運(yùn)用ENVI軟件對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行了類(lèi)似分類(lèi)區(qū)聚類(lèi)并合并，將形態(tài)學(xué)算子大小設(shè)為3×3像素聚,最終得到分類(lèi)結(jié)果(圖3)。由于通過(guò)實(shí)際調(diào)查與多年對(duì)研究區(qū)植被覆蓋度的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行決策樹(shù)分類(lèi)時(shí)，NDVI的閾值為：荒漠草原：0.4～0.5；山前荒漠：0.2～0.3；鹽生草甸：0.15～0.2;荒漠：0.1～0.15；草本沼澤：0.1以下；水體<0; 其他類(lèi)：0～0.09。通過(guò)對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)分析后，得出1990，1998和2011年地表覆被的總體變化。

2.3.1 荒漠植被動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移變化 通過(guò)分類(lèi)結(jié)果，結(jié)合轉(zhuǎn)移矩陣可以得出:1) 1990-1998年，荒漠植被之間的轉(zhuǎn)移變化十分突出，總體來(lái)看，轉(zhuǎn)化不明顯的是水體、荒漠草原、荒漠和其他類(lèi)，整個(gè)研究區(qū)的山前荒漠和草本沼澤的變化十分劇烈，湖面周?chē)荼菊訚珊望}生草甸轉(zhuǎn)化十分劇烈，尤其是有大面積草本沼澤都轉(zhuǎn)化為鹽生草甸。從位置來(lái)看，位于湖區(qū)西北部區(qū)域許多草本沼澤明顯轉(zhuǎn)化為鹽生草甸和荒漠，而位于湖泊東南部山前荒漠明顯減少，轉(zhuǎn)化為荒漠草原，西北部荒漠草原與荒漠的劇烈轉(zhuǎn)化也十分明顯。從轉(zhuǎn)化來(lái)源來(lái)看，東南部荒漠的大幅度增加主要來(lái)源于荒漠草原。而西北部荒漠與鹽生草甸的增加主要來(lái)源于草本沼澤。這一系列的轉(zhuǎn)化都可以看出，研究區(qū)的荒漠植被退化十分嚴(yán)重，荒漠植被大多向荒漠、鹽漬化地類(lèi)等不可用地類(lèi)轉(zhuǎn)化。2) 1998-2011年研究區(qū)荒漠、水體和其他類(lèi)轉(zhuǎn)化不明顯，荒漠草原轉(zhuǎn)化十分劇烈，而草本沼澤有很大一部分轉(zhuǎn)化為鹽生草甸。西北部荒漠大多轉(zhuǎn)化為鹽生草甸。而東南部有大量山前荒漠向鹽生草甸的轉(zhuǎn)化?；哪参锵螓}生草甸的轉(zhuǎn)化都比較劇烈，說(shuō)明土地的鹽堿化程度加重，變?yōu)辂}漬地等不可利用地類(lèi)的趨勢(shì)越發(fā)明顯。

圖2 艾比湖保護(hù)區(qū)1990-2011年NDVI分布變化Fig.2 NDVI variation in the Ebinur Lake Nature Reserve in 1990-2011

圖3 1990,1998,2011年的遙感影像分類(lèi)Fig.3 Classification of remote sensing images in 1990, 1998 and 2011

2.3.2 荒漠植被面積變化 利用ENVI軟件對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)一步分析，計(jì)算各個(gè)地類(lèi)的面積變化，由圖4可知，1)從遙感影像的解譯得到的1990，1998和2011年的鹽生草甸面積分別為580，703 和965 km2，總體呈上升趨勢(shì)且增幅較大，增幅分別為21.2%和37.3%，這一結(jié)果與圖2的目視解譯結(jié)果相吻合。2) 1990，1999和2011年的草本沼澤面積分別為740,212,695 km2，在1999年大面積減少，從轉(zhuǎn)移矩陣中可以看出有很大一部分轉(zhuǎn)化成為鹽生草甸。3)雖然山前荒漠和荒漠草原的面積在3個(gè)年份中變化不穩(wěn)定，但是兩者在時(shí)空上呈年季間互補(bǔ)的規(guī)律，且兩者面積總和在1990，1998和2011年分別為512,443,294 km2，總體呈下降的趨勢(shì)。4)研究中將各種裸土都?xì)w為其他類(lèi)，1990，1998和2008年的其他類(lèi)面積分別為139，374和333 km2，其中1998年其他類(lèi)相比其他年份增多是由于遙感影像團(tuán)狀云朵覆蓋，造成部分地面植被誤分為其他類(lèi)，但影響面積不大。

圖4 1990-2011年地類(lèi)面積變化Fig.4 Changes of surface type during 1990-2011

綜上所述，近21年間研究區(qū)主要荒漠植被面積變化顯著，其中鹽生草甸面積大量增長(zhǎng)，山前荒漠與草本沼澤在21年內(nèi)有先減后增的趨勢(shì)，荒漠草原、荒漠和其他類(lèi)則呈先增加后減少的趨勢(shì)，而其中的荒漠草原在研究時(shí)段內(nèi)先少量增加再大幅下降，水體的變化幅度最小。

2.4 影響因子對(duì)荒漠植被的作用

氣候變化、人類(lèi)活動(dòng)以及大氣中CO2的含量等都會(huì)對(duì)植被覆蓋變化產(chǎn)生影響[24-25]，其中以氣溫和降水對(duì)植被生長(zhǎng)的影響最為直接和重要[17,22]，他們是植被活動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力[26]。

因此，研究降水和溫度對(duì)干旱半干旱區(qū)荒漠植被生長(zhǎng)的作用，探求NDVI與降水和溫度的關(guān)系，對(duì)于干旱半干旱區(qū)域陸地植被生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)機(jī)理的理解具有非常重要的意義，有助于發(fā)現(xiàn)控制陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的關(guān)鍵因子，更重要的是有助于分析和預(yù)測(cè)未來(lái)陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)[7]。

近百年來(lái)，中國(guó)氣溫上升了0.4～0.5℃，而中國(guó)西部尤其是西北的新疆與陜甘寧地區(qū)變暖的強(qiáng)度明顯的高于全國(guó)平均值[27]。而相關(guān)的研究指出氣溫對(duì)荒漠植被的生長(zhǎng)起到了一定的抑制性作用[25]，而西北地區(qū)尤其是荒漠地區(qū)面臨更為嚴(yán)重的問(wèn)題。

2.4.1 研究區(qū)年均氣溫的距平分析 通過(guò)對(duì)研究區(qū)年均氣溫的距平分析(圖5)可以看出，近21年來(lái)，氣溫的年際變化呈升高趨勢(shì)。同時(shí)通過(guò)多項(xiàng)式擬合進(jìn)行分析，21年間，研究區(qū)氣溫呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。尤其在研究中采用的1990年，氣溫距平為負(fù)，氣溫較低。1998年氣溫有了一定程度的增加，但增加幅度不明顯，到2011年，氣溫有了很大幅度的提高。通過(guò)對(duì)1990-2011年多年年均氣溫的插值結(jié)果(圖6)，同時(shí)結(jié)合NDVI與氣溫的相關(guān)性分析可知：近21年，溫度分布有了很大變化，但總體趨勢(shì)依然不變，海拔高的地區(qū)溫度小于海拔較低的地區(qū)，1990-1998年的溫度分布除了最低溫和最高溫有了一些變化以外，溫度分布基本不變，從東南部到西北部溫度逐漸遞減，氣溫最低值分布在東南部。而2011年，溫度分布趨勢(shì)雖然不變，依然是東南到西北部的逐步遞減，但氣溫的最低值則轉(zhuǎn)移到了西北部，而植被NDVI和氣溫主體呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)分別為-0.3028，-0.3500，-0.3971。研究時(shí)段都為夏季，相關(guān)性并不顯著，這是由于夏季新疆高溫，蒸發(fā)量大，研究區(qū)大部分地區(qū)海拔較低，而研究區(qū)內(nèi)海拔較高但面積較小的山前荒漠，其植被覆蓋度則受溫度影響較大，但從研究區(qū)總體來(lái)看，溫度與植被覆蓋度的相關(guān)性不顯著。

圖5 1990-2011年均氣溫距平隨時(shí)間的變化Fig.5 Change of the annual tempreture anomaly (Y) with the time (X) in the whole region from 1990 to 2011

圖6 研究區(qū)1990-2011年的氣溫(上)、降水(下)多年平均空間分布Fig.6 Spatial distribution of average temperature (up) and precipitation (down) in the Ebinur Lake Nature Reserve in 1990-2011

2.4.2 研究區(qū)年均降水量的距平分析 通過(guò)對(duì)年均降水量距平分析圖(圖7)可知，21年來(lái)，降水量大幅度增加。進(jìn)入1990年后，降水偏多，累計(jì)距平呈明顯上升趨勢(shì)，這與相關(guān)的研究吻合,中國(guó)大范圍明顯的降水增加主要發(fā)生在西部地區(qū)，其中以西北地區(qū)尤為顯著[28]。

通過(guò)多項(xiàng)式擬合進(jìn)行分析可知,21年間，研究區(qū)降水量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。研究采用的1990年，降水距平為負(fù)，降水量較少，1998年，降水量有一定程度的上升，而到了2011年，降水量有了大幅的提高。結(jié)合降水量的插值(圖6)結(jié)果與NDVI圖的相關(guān)性分析可知：1990與2011年的降水量分布一致，最低值分布在西南部，最高值分布在東南部，由西南向東南遞增，但2011年的年降水量明顯高于1990年。1998年的分布趨勢(shì)和其他年相比有很大的差異，由西北向東南遞增，東南部始終是降水量最大值的分布處，這是由海拔因素造成的，東南部地處山區(qū)，濕度較大，溫度較低，也分布著山前荒漠。植被NDVI和降水量主體呈顯著正相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)分別為0.69，0.59，0.67，都通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)(P<0.01或P<0.05)，可見(jiàn)，NDVI與降水量相關(guān)性十分密切。這與李秀花和郭凱[29]在研究西北地區(qū)NDVI與氣候因子相關(guān)關(guān)系得出的降水是西北干旱區(qū)植被生長(zhǎng)最重要因子的研究結(jié)論相一致。且1998年，降水量與NDVI相關(guān)性系數(shù)最大，從NDVI值來(lái)看，1990年的NDVI平均值也明顯大于其他年份。從地類(lèi)變化來(lái)看，1990年的植被生長(zhǎng)狀況較好，雖然研究區(qū)還未成為保護(hù)區(qū)，但這一時(shí)期，研究區(qū)受人為干擾較少，年降水量雖然距平為負(fù)，但溫度也比較低，蒸發(fā)量較小，同時(shí)各個(gè)地類(lèi)，尤其是NDVI貢獻(xiàn)較大的山前荒漠等地物面積較大。而1998年，NDVI值較低，同時(shí)降水量和蒸發(fā)量都不大，然而這一時(shí)期的荒漠類(lèi)型明顯變化，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，這是由于政府出臺(tái)了“大力發(fā)展林果業(yè)”的政策，此期間新開(kāi)墾了萬(wàn)畝田地種植葡萄(Vitisvinifera)和枸杞(Lyciumchincnse)[29],使得研究區(qū)內(nèi)環(huán)境大面積被破壞，可利用地向不可利用地的轉(zhuǎn)化逐漸劇烈。而到了2011年，由于保護(hù)區(qū)的建立，原有的耕地被退耕，研究區(qū)受到人類(lèi)的干擾逐漸減小，同時(shí)2011年降水量有了大幅度的提高，使得NDVI明顯高于1998年。可見(jiàn)研究區(qū)在成為保護(hù)區(qū)后，環(huán)境有了很大的改善。

圖7 1990-2011年降水量距平隨時(shí)間的變化Fig.7 Change of the annual precipitation anomaly (Y) with the time (X) in the whole region during 1990 to 2011

3 討論

3.1 降水是影響干旱荒漠區(qū)植被生長(zhǎng)的重要因素

在干旱荒漠區(qū)，尤其是綠洲荒漠交錯(cuò)帶，降水量很大程度上決定了植被覆蓋量，而對(duì)于干旱區(qū)而言，植被和水分的重要性是不言而喻的[1-2]。另一方面，干旱脅迫又使得植物部分的物候延遲，影響植物的生長(zhǎng)，進(jìn)一步影響生態(tài)環(huán)境[8]。因此，由于氣候變暖造成的干旱與荒漠地區(qū)植物的物候之間的相互作用，是今后荒漠區(qū)植物物候?qū)W亟待解決的問(wèn)題之一。

另外，隨著全球變暖，植物生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，氣溫對(duì)干旱區(qū)植被生長(zhǎng)具有明顯的負(fù)面作用[28]，研究區(qū)處于干旱半干旱的敏感地區(qū)，這一區(qū)域氣候的微弱變化將對(duì)生態(tài)環(huán)境變化帶來(lái)劇烈的影響。而近年來(lái)全球變暖的大趨勢(shì)下，研究區(qū)的溫度也呈上升趨勢(shì)，更應(yīng)防患于未然，采取措施防止干旱與極端氣候事件，比如輪作輪耕，對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)的植被進(jìn)行進(jìn)一步保護(hù)，維持其生物多樣性與物種多樣性，遵循“人草畜協(xié)同進(jìn)化”的原則。另外嚴(yán)格控制牲畜對(duì)這一區(qū)域牧草的破壞，尤其是荒漠地區(qū)，改良天然草地，通過(guò)將牧民定居牧草種植飼養(yǎng)牲畜，最終達(dá)到使得牧民擺脫越窮越墾，越墾越窮的惡性循環(huán)，降低陡坡墾殖率，從根本上改變游耕陋習(xí)和燒荒陋習(xí)，這才是草地“三化”治理的根本途徑[30]。

3.2 政府導(dǎo)向?qū)哪鷳B(tài)環(huán)境具有重要作用

研究區(qū)從1990年以來(lái)，荒漠植被呈逐漸退化的趨勢(shì)，這是由于國(guó)家在這一時(shí)期的“大力發(fā)展林果業(yè)”政策有關(guān)，研究區(qū)受到人類(lèi)開(kāi)墾開(kāi)荒干擾越來(lái)越大，本來(lái)就敏感脆弱的環(huán)境受到了很大破壞，這是盲目發(fā)展經(jīng)濟(jì)而忽視長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，沒(méi)有遵循可持續(xù)發(fā)展的結(jié)果。而在研究區(qū)成為保護(hù)區(qū)以后，人類(lèi)活動(dòng)受到了限制，天然草地有所恢復(fù)，這主要?dú)w功于國(guó)家的退耕還林、還草政策的實(shí)施以及荒漠交錯(cuò)帶對(duì)生態(tài)環(huán)境重要性的認(rèn)識(shí)，建立了保護(hù)區(qū)，減緩了環(huán)境進(jìn)一步惡化。同時(shí)國(guó)家近年來(lái)的大力宣傳與教育，使人們保護(hù)草地的意識(shí)得到了很大提升?？梢?jiàn)決策者對(duì)保護(hù)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要性的權(quán)衡對(duì)荒漠生態(tài)環(huán)境具有舉足輕重的作用，因此，政府應(yīng)在發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的同時(shí)，合理制定政策，考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，達(dá)到人與自然和諧發(fā)展的目標(biāo)。

3.3 氣候因子對(duì)植被覆蓋度的影響仍需進(jìn)一步深入

植被生長(zhǎng)是土壤水分與土壤中養(yǎng)分供給共同作用的結(jié)果。NDVI對(duì)溫度以及降水的響應(yīng)與所在氣候區(qū)植被類(lèi)型與土壤質(zhì)地等密切相關(guān)，研究時(shí)間、數(shù)據(jù)源研究范圍方法的不同均會(huì)造成結(jié)果的差異。因此，植被的季節(jié)性變化與氣候因子的關(guān)系、氣候因子對(duì)植被覆蓋影響的效應(yīng)以及降水、氣溫月序列對(duì)植被覆蓋的細(xì)化研究是下一步工作的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

1)本研究運(yùn)用1990，1998和2011年同時(shí)相TM/ETM+遙感影像，同時(shí)結(jié)合地物光譜特征分析以及數(shù)字高程的分析結(jié)果，建立了基于專(zhuān)家知識(shí)的分類(lèi)決策樹(shù)，從中提取研究區(qū)內(nèi)以荒漠植被為主體的地物近20年間的時(shí)空變化特征。近21年間植被類(lèi)型的NDVI值大致呈山前荒漠>荒漠草原>鹽生草甸>草本沼澤>荒漠的規(guī)律。且研究區(qū)的荒漠植被退化十分嚴(yán)重，荒漠植被大多向荒漠、鹽漬化地類(lèi)等不可用地類(lèi)轉(zhuǎn)化，土地的鹽堿化程度加重，變?yōu)辂}漬地等不可利用地的趨勢(shì)越發(fā)明顯。同時(shí)，隨著保護(hù)區(qū)的建立，原有的耕地被退耕，研究區(qū)受到人類(lèi)的干擾逐漸減小，環(huán)境有了很大的改善。各年NDVI分布情況為NDVI1990>NDVI2011>NDVI1998。

2) 通過(guò)研究區(qū)氣溫的距平分析與插值分析可知，研究區(qū)氣溫呈逐年升高的趨勢(shì)，與全球變暖的趨勢(shì)一致。通過(guò)對(duì)溫度的插值與相關(guān)性分析可知，植被NDVI和氣溫主體呈負(fù)相關(guān)，且溫度與植被覆蓋度的相關(guān)性不顯著。氣溫的最低值點(diǎn)始終在山區(qū)附近，最低值分布區(qū)由東南向西北處轉(zhuǎn)移。

3) 通過(guò)對(duì)研究區(qū)降水的距平分析與插值分析可知，近21年，降水量呈逐年增加的趨勢(shì)，東南部由于海拔因素，地處山區(qū)，始終是降水量最大值的分布處，降水量的最低值由西南轉(zhuǎn)移到西北再回到西南。植被NDVI和降水量主體呈顯著正相關(guān)。

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Vegetation index feature change and its influencing factors and spatial-temporal process analysis of desert grassland in the Ebinur Lake Nature Reserve, Xinjiang

WANG Lu, DING Jian-Li*

CollegeofResourcesandEnvironmentScience，XinjiangUniversity，KeyLaboratoryofOasisEcosystemofEducationMinistry，XinjiangUniversity，Urumqi830046，China

This research investigated the vegetation of the Ebinur Lake Nature Reserve, Xinjiang, a typical desert-oasis ecotonein northen China. After radiometric and geometric correction, Landsat remote sensing images from 1990, 1998 and 2011 were used for the study. The classification of land cover based on a decision tree approach was implemented using the normalized difference vegetation index (NDVI) and the vertical zonal vegetation distribution. Annual rainfall and the average annual temperature data of four meteorological stations were utilized. The NDVI was generally highest in the piedmont desert grass and lowest in desert areas; piedmont desert grass>desert steppe>saline meadow>herbaceous swamp>desert. The area of land influenced by salinization appeared to be increasing. Over the 20 year period mean temperatures showed an increasing trend, consistent with the global warming trend. Temperature did not influence NDVI but rainfall was positively correlated with NDVI. It was concluded that the establishment of the Ebinur Lake Nature Reserve has significantly reduced land degradation and that government policy plays a significant role in the protection of desert environments.

decision tree; grassland remote sensing; NDVI (normalized difference vegetation index); Ebinur Lake Nature Reserve

10.11686/cyxb20150502

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-05-08；改回日期：2014-06-22

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41130531)，新疆維吾爾自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程(2013711014)，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(NCET-12-1075)， 霍英東青年教師基金項(xiàng)目(121018)，教育部長(zhǎng)江學(xué)者計(jì)劃創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃(IRT1180)和新疆研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(XJGRI2013026)資助。

王璐(1989-)，女，新疆石河子人，在讀碩士。E-mail:1449916683@qq.com *通訊作者Corresponding author. E-mail: watarid@xju.edu.cn

王璐, 丁建麗. 艾比湖保護(hù)區(qū)荒漠植被時(shí)空過(guò)程變化及其植被指數(shù)影響因素分析. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(5): 4-11.

Wang L, Ding J L. Vegetation index feature change and its influencing factors and spatial-temporal process analysis of desert grassland in the Ebinur Lake Nature Reserve, Xinjiang. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(5): 4-11.