木熱提江·阿不拉， 張曉萍?， 陳利利， 藺鵬飛， 孫艷萍

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌；2.中科院 水利部 水土保持研究所，712100，陜西楊凌；3.中國(guó)地震局蘭州地震研究所，730000，蘭州)

基于GIMMS NDVI的黃土高原地區(qū)荒漠化時(shí)空特征分析

木熱提江·阿不拉1,2， 張曉萍1,2?， 陳利利1,2， 藺鵬飛1,2， 孫艷萍3

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌；2.中科院 水利部 水土保持研究所，712100，陜西楊凌；3.中國(guó)地震局蘭州地震研究所，730000，蘭州)

氣候暖干化發(fā)展趨勢(shì)使干旱半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境受到荒漠化發(fā)展的脅迫，植被覆蓋度能有效地表達(dá)研究區(qū)植被分布狀況及荒漠化程度。利用遙感技術(shù)手段監(jiān)測(cè)區(qū)域植被覆蓋和荒漠化發(fā)展趨勢(shì)是非常有效的途徑。為了給黃土高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和荒漠化治理提供科技信息，利用1986—2006年的GIMMS AVHRR NDVI數(shù)據(jù)，采用像元二分法估算植被覆蓋度；借鑒水蝕風(fēng)蝕研究成果確定植被覆蓋度和荒漠化關(guān)系并進(jìn)行分級(jí)，對(duì)黃土高原地區(qū)荒漠化程度及時(shí)空變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明：1)黃土高原約64%的地區(qū)為植被覆蓋度為10%～50%的中度和重度荒漠化區(qū)；約1/3的地區(qū)為植被覆蓋度在50%以上的輕度和非荒漠化區(qū)；約3%的地區(qū)為植被覆蓋度<10%的強(qiáng)烈荒漠化區(qū)。2)1986—2006年間，黃土高原地區(qū)整體上荒漠化程度表現(xiàn)為降低趨勢(shì)，期間，中度和重度荒漠化面積顯著減少，非荒漠化面積明顯增加，而強(qiáng)烈荒漠化面積擴(kuò)大。荒漠化程度的時(shí)間變化具有10年尺度特征。3)中度和重度荒漠化的區(qū)域具有轉(zhuǎn)化頻繁和連片性特征，輕度和非荒漠化區(qū)域空間轉(zhuǎn)化零散破碎，強(qiáng)烈荒漠化擴(kuò)大區(qū)域主要在寧夏甘肅的沿黃兩岸。

荒漠化； 時(shí)空分布特征； 植被覆蓋度； 黃土高原

荒漠化是氣候變異和人類(lèi)活動(dòng)等多種因素影響下，干旱、半干旱和亞濕潤(rùn)干旱地區(qū)的土地生產(chǎn)力下降、土地資源喪失、地表出現(xiàn)類(lèi)似荒漠景觀的土地退化過(guò)程[1-3]。暖干化的氣候背景有利于荒漠化的發(fā)生與發(fā)展，人口的激增和對(duì)自然資源利用的不當(dāng)是導(dǎo)致土地荒漠化最活躍和最主要的因素[4-5]。我國(guó)是世界上受荒漠化危害最嚴(yán)重的國(guó)家之一[5]?；哪茐耐恋刭Y源，降低土地生產(chǎn)力，破壞生態(tài)環(huán)境，威脅人類(lèi)生存，還破壞交通、水利等生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，造成生態(tài)難民，形成社會(huì)不穩(wěn)定因素[2-3]。作為全球重大環(huán)境問(wèn)題之一，荒漠化研究受到社會(huì)和科學(xué)界的廣泛關(guān)注。

遙感技術(shù)以其準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性以及覆蓋區(qū)域的廣泛性和完整性，在荒漠化監(jiān)測(cè)中被廣泛采用，在過(guò)去的40年中，已逐漸成為土地荒漠化監(jiān)測(cè)的重要數(shù)據(jù)來(lái)源和技術(shù)手段[6]。國(guó)外利用衛(wèi)星遙感信息進(jìn)行荒漠化監(jiān)測(cè)研究始于20世紀(jì)70年代。80年代初，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始利用遙感技術(shù)進(jìn)行土地荒漠化的調(diào)查并對(duì)其開(kāi)展評(píng)價(jià)工作[7]。隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，各種遙感產(chǎn)品，尤其美國(guó)NASA為全球共享的NOAA/AVHRR等具有長(zhǎng)時(shí)間序列的影像數(shù)據(jù)，為及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握區(qū)域土地荒漠化的發(fā)生、發(fā)展以及防止和治理土地荒漠化，提供了可靠信息。

近20年來(lái)，圍繞著荒漠化問(wèn)題，開(kāi)展了荒漠化形成機(jī)理[2-3]、發(fā)展過(guò)程[8-9]、評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)[10-12]等大量研究，取得了很多的研究成果。土地荒漠化發(fā)生的物理過(guò)程，實(shí)質(zhì)是在水蝕風(fēng)蝕作用下使土壤發(fā)生物質(zhì)流失，或沙漠化、鹽堿化的過(guò)程，導(dǎo)致土壤的理化和生物性質(zhì)退化，植被生產(chǎn)力降低[13-14]。土地生產(chǎn)力可以用植被蓋度來(lái)表達(dá)，因而植被指數(shù)，或基于植被指數(shù)的增強(qiáng)型指標(biāo)所反映的土地退化成為荒漠化監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)。如杜子濤等[15]利用MODIS NDVI對(duì)科爾沁沙地荒漠化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，劉愛(ài)霞等[7]用MODIS和NOAA/AVHRR對(duì)中國(guó)的荒漠化進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，認(rèn)為1995—2001年間，中國(guó)荒漠化的發(fā)展表現(xiàn)為整體擴(kuò)展，局部改善的態(tài)勢(shì)。

黃土高原地區(qū)為典型干旱半干旱地區(qū)，人口稠密，農(nóng)耕歷史悠久，水蝕風(fēng)蝕強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境脆弱[16]。近50年來(lái)的研究表明，降水量表現(xiàn)出總體下降趨勢(shì)和東南減少西北增加的蹺蹺板式空間格局[17]，氣溫呈明顯增加趨勢(shì)[18]，河川徑流量顯著減少[19]。雖然退耕還林(草)工程實(shí)施以來(lái)，植被有所改善，但區(qū)域差異顯著[18]。同時(shí)黃土高原地區(qū)礦藏資源豐富，為我國(guó)重要的能源化工基地。資源無(wú)序開(kāi)發(fā)，破壞地表生態(tài)，阻斷地下水和地表水的水文鏈接，使生態(tài)環(huán)境有惡化趨勢(shì)。氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)雙重影響下，其荒漠化演變方向和程度成為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化研究的重要內(nèi)容。許多學(xué)者從植被恢復(fù)和變化角度研究了黃土高原的生態(tài)現(xiàn)狀，而從荒漠化及其發(fā)展角度開(kāi)展研究較少。筆者從侵蝕發(fā)生原理建立植被覆蓋與水蝕風(fēng)蝕的關(guān)系，由此判斷荒漠化程度，并進(jìn)行分級(jí)，探討黃土高原荒漠化程度及趨勢(shì)，對(duì)該區(qū)荒漠化防治及對(duì)策制訂具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

黃土高原地區(qū)位于E 100°54′～114°33′，N 33°43′～41°16′，秦嶺山脈以北，陰山以南，太行山脈以西，青藏高原東緣以東，總面積約62萬(wàn)km2，如圖1所示。它屬溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)向溫帶干旱氣候區(qū)的過(guò)渡帶，年降水量300～650 mm，干濕分明，冬春多大風(fēng)，冬干春旱比較明顯。

圖1 黃土高原范圍及地理位置Fig.1 Geographical location and territory of the Loess Plateau

黃土高原地形破碎、溝壑縱橫，主要地貌類(lèi)型有丘陵、高塬、階地、平原、沙漠和土石山地等。東南部主要為黃土丘陵溝壑區(qū)，西北部主要為風(fēng)沙區(qū)。除石質(zhì)山嶺和沙漠以外，地面大部分為黃土覆蓋，土層厚度一般100～200 m。受氣候過(guò)渡性特征影響，自東南向西北分布著森林帶—森林草原帶—草原帶—荒漠草原和荒漠帶[20]。相應(yīng)地，由東南向西北依次分布著褐土、黑壚土、栗鈣土、灰鈣土和灰漠土。該區(qū)地處半濕潤(rùn)向干旱荒漠過(guò)渡的地帶，水資源先天不足且時(shí)空分布不均[21]。除具有北方河流水資源地區(qū)分布不均，年際、年內(nèi)變化大的特點(diǎn)外，更兼有水少、沙多、水沙異源及連續(xù)枯水段長(zhǎng)等突出特征[22]。水土流失嚴(yán)重，水力、風(fēng)力、重力侵蝕以及風(fēng)水復(fù)合侵蝕并存，土地質(zhì)量退化，出現(xiàn)大量荒漠化景觀[23]。

2 數(shù)據(jù)選取及預(yù)處理

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，植被是影響水、碳等物質(zhì)循環(huán)及能量平衡的生命體，同時(shí)又受到氣候、水文等因素的制約；因此植被活度是研究環(huán)境變化的敏感性指標(biāo)[24]。自1981年以來(lái)，NOAA系列衛(wèi)星的歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index，NDVI)產(chǎn)品一直延續(xù)至今，具有近30年的時(shí)間序列，為區(qū)域植被變化監(jiān)測(cè)及量化研究提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文使用的植被指數(shù)資料是美國(guó)國(guó)家航天航空局(NASA)的GIMMS(Global Inventory Modeling and Mapping Studies)歸一化植被指數(shù)，來(lái)自NOAA系列衛(wèi)星的Advanced Very High Resolution Radiometers(AVHRR)的15天最大化合成數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)下載于中國(guó)西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，格式為ENVI標(biāo)準(zhǔn)格式，投影為ALBERS，空間分辨率為8 km，時(shí)間分辨率是15 d，時(shí)間跨度為1981年7月—2006年12月。

利用ENVI、ArcGIS等軟件，應(yīng)用NDVI最大化合成法和均值法，得到月NDVI，季節(jié)NDVI和年均NDVI數(shù)據(jù)。本文利用1986、1991、1996、2001、2006年5個(gè)不同時(shí)期的NDVI數(shù)據(jù)，利用像元分解法估算研究區(qū)的植被覆蓋度，獲取荒漠化度指數(shù)，從而分析植被覆蓋和荒漠化的時(shí)空發(fā)展特征。采用ArcGIS軟件中的空間分析功能，逐像元進(jìn)行分析，在研究區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分析要素統(tǒng)計(jì)，獲取多年平均值以及時(shí)間上的變化趨勢(shì)等特征。

3 荒漠化評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

從遙感NDVI數(shù)據(jù)，獲取植被覆蓋信息?；谒g風(fēng)蝕等的研究案例，建立侵蝕強(qiáng)度和形態(tài)等特征與植被覆蓋的關(guān)系，確定荒漠化程度(desertification degree，DD)，從而進(jìn)行分級(jí)以及評(píng)價(jià)。

3.1 植被覆蓋度與像元二分模型

植被覆蓋度是衡量地表植被狀況的重要指標(biāo)。根據(jù)遙感數(shù)據(jù)估算植被覆蓋度的方法有很多，常用的有植被指數(shù)法，回歸模型法及像元分解法等，植被指數(shù)法更具有普遍意義。通過(guò)植被指數(shù)計(jì)算出與其相應(yīng)的植被覆蓋度指數(shù)(vegetation cover index,IVC)，所使用的模型算法為像元二分模型[25]。

基于像元二分原理，由歸一化植被指數(shù)估算植被覆蓋度的公式為

IVC=(INDV-INDV,soil)/(INDV,veg-INDV,soil)。

(1)

式中：IVC為植被覆蓋度指數(shù)；INDV為所求像元的歸一化植被指數(shù)；INDV,veg為純植被像元的歸一化植被指數(shù)，INDV,soil為無(wú)植被像元的歸一化植被指數(shù)，分別為歸一化植被指數(shù)的最大值和最小值。INDV,soil理論上接近零，但受大氣和地表濕度條件的影響，INDV,soil會(huì)隨著時(shí)間而變化。此外，由于地表濕度、粗糙度、土壤類(lèi)型、土壤顏色等條件，INDV,soil也會(huì)隨著空間而變化。INDV,veg理論上為1，但受植被類(lèi)型等因素的影響，INDV,veg也會(huì)隨著時(shí)間和空間而改變。本文對(duì)其取值時(shí)，取給定置信度區(qū)間的最大值與最小值，分別選擇累積比例0.5%和99.5%為置信區(qū)間，累積比例<0.5%時(shí)的歸一化植被指數(shù)，為近似純土壤覆蓋，>99.5% 的為全植被覆蓋，并取對(duì)應(yīng)的歸一化植被指數(shù)代替。如表1所示。

表1 植被覆蓋度模型中INDV,veg和INDV,soil值

注：INDV,veg為最大歸一化植被指數(shù)；INDV,soil為最小歸一化植被指數(shù)。Note:INDV,vegrefers to the maximum value of normalized difference vegetation index,INDV,soilrefers to the minimum value of normalized difference vegetation index.

3.2 荒漠化程度確定

許多學(xué)者認(rèn)為地表的水蝕風(fēng)蝕程度與植被覆蓋度有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如丁國(guó)棟[26]認(rèn)為，相應(yīng)于沙丘的流動(dòng)、半流動(dòng)、半固定和固定特征，植被蓋度閾值為<10%、10%～40%、40%～50%和>50%。劉艷等[27]和李金桐等[28]將中國(guó)北方荒漠化分布類(lèi)型和分級(jí)指標(biāo)，劃分為4個(gè)級(jí)別，即重度荒漠化、中度荒漠化、輕度荒漠化和非荒漠化，認(rèn)為4種程度的荒漠化對(duì)應(yīng)的植被覆蓋度閾值分別為<10%、10%～20%、20%～50%和>50%。水力侵蝕研究中，一般認(rèn)為植被覆蓋度<30%時(shí)，侵蝕模數(shù)急劇增加，即控制侵蝕作用不大[29]。候喜祿等[30]和張光輝等[31]認(rèn)為60%～70%為有效控制侵蝕的植被覆蓋度。李斌等[32]研究認(rèn)為：黃土高原植被覆蓋度>70%的地區(qū)，植被較好，土壤侵蝕相對(duì)輕微；植被覆蓋度介于10%～70%之間的地區(qū)植被覆蓋度較差，土壤侵蝕相對(duì)強(qiáng)烈；而植被覆蓋度<10%的地區(qū)，喪失天然植被，土壤侵蝕劇烈。水利部2008年頒布的SL 190—2007《土壤侵蝕分類(lèi)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[33]中，也基于植被覆蓋度，確定了水蝕與風(fēng)蝕的強(qiáng)度級(jí)別。本文綜合上述風(fēng)蝕和水蝕研究結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)黃土高原地區(qū)水力侵蝕強(qiáng)烈，風(fēng)蝕嚴(yán)重等特點(diǎn)，確定植被覆蓋度和荒漠化程度間的相應(yīng)關(guān)系(表2)，進(jìn)行黃土高原地區(qū)荒漠化研究。

荒漠化程度和植被覆蓋度為非線性的負(fù)相關(guān)關(guān)系。依據(jù)植被覆蓋度，荒漠化程度基本分成5個(gè)級(jí)別，即強(qiáng)烈、重度、中度、輕度和非荒漠化，其生態(tài)指示意義如表2所示。

4 結(jié)果與分析

4.1 黃土高原植被覆蓋特征

多年平均狀態(tài)下，黃土高原地區(qū)植被覆蓋度空間分布(圖2)表明，黃土高原地區(qū)植被覆蓋度空間分布總體特征是從西南向東北逐漸遞減趨勢(shì)，與該區(qū)降水量從東南向西北遞減的空間分布趨勢(shì)十分吻合。

植被覆蓋度<10%和10%～30%之間的區(qū)域，面積分別為2.01萬(wàn)和22.34萬(wàn)km2，占黃土高原地區(qū)總面積比例分別為3.21%和35.64%，主要分布在寧夏、甘肅黃河沿岸，以及廣袤的毛烏素沙地，和寧夏與甘肅交界的廣大荒漠和荒漠草原分布區(qū)域。植被覆蓋30%～50%之間的區(qū)域面積為17.49萬(wàn)km2，比例為27.90%，主要分布在子午嶺、六盤(pán)山以北和毛烏沙地以南，以及山西高原北部的草原和森林草原區(qū)。植被覆蓋在50%～70%之間和>70%的區(qū)域面積分別為14.33和6.51 km2，比例分別為22.86%和10.38%，主要分布在黃土高原地區(qū)南部子午嶺、六盤(pán)山、秦嶺、呂梁和太行山等山脈及渭河盆地和汾河盆地南部區(qū)域。

基于逐年的植被蓋度均值，可以獲取黃土高原地區(qū)植被蓋度的時(shí)間變化趨勢(shì)。黃土高原地區(qū)植被蓋度整體上呈穩(wěn)定態(tài)勢(shì)下的增加趨勢(shì)，平均每5年植被覆蓋度增加0.38%，與孫艷萍等[16]和郭敏杰[18]的研究結(jié)果一致。植被覆蓋度的增加表明了黃土高原地區(qū)荒漠化程度總體上表現(xiàn)為降低態(tài)勢(shì)。

表2 黃土高原地區(qū)荒漠化程度與植被覆蓋度相應(yīng)關(guān)系

圖2 黃土高原地區(qū)21年來(lái)平均植被覆蓋分布特征Fig.2 Distribution of mean average vegetation cover index over 21 years on the Loess Plateau

4.2 黃土高原地區(qū)荒漠化程度時(shí)間變化趨勢(shì)

各時(shí)期荒漠化面積及級(jí)別的數(shù)量特征見(jiàn)表3，分析其變化趨勢(shì)，可以看出，多年平均狀態(tài)下，中度、重度和強(qiáng)烈荒漠化面積共41.84萬(wàn)km2，約占黃土高原地區(qū)總面積的66.75%，表明黃土高原的廣大地區(qū)生態(tài)環(huán)境比較惡劣，系統(tǒng)比較脆弱。其中強(qiáng)烈荒漠化面積為2.01萬(wàn)km2，約為黃土高原總面積的3%。黃土高原地區(qū)輕度和非荒漠化面積共20.84萬(wàn)km2，約占總面積的1/3。

對(duì)比5個(gè)時(shí)期的荒漠化等級(jí)數(shù)量特征可知，1986—2006年間，植被蓋度在10%～30%的輕度荒漠化面積時(shí)間序列上相對(duì)穩(wěn)定，平均變率為每5年大約僅增加0.1%。植被蓋度在70%以上的非荒漠化級(jí)別則呈明顯增加趨勢(shì)(P<0.1)，平均變率為每5年增加0.45%。而植被蓋度在10%～30%和30%～50%的重度和中度荒漠化面積均呈波動(dòng)中顯著減少趨勢(shì)(P<0.1)，平均變率分別為每5年減少0.30%和1.50%。而植被蓋度<10%的強(qiáng)烈荒漠化面積則為顯著增加趨勢(shì)(P<0.05)，平均變率為每5年增加0.95%?？傮w上看，雖然強(qiáng)烈荒漠化面積有擴(kuò)大趨勢(shì)，但由于中度和重度荒漠化面積的較大幅度縮小，以及輕度和非荒漠化面積的擴(kuò)大，黃土高原地區(qū)表現(xiàn)出荒漠化程度降低態(tài)勢(shì)。

表3 黃土高原地區(qū)研究時(shí)期不同荒漠化程度數(shù)量對(duì)比

各荒漠化級(jí)別在時(shí)期內(nèi)的波動(dòng)，具有10年尺度的變化特征，且大致表現(xiàn)出數(shù)量上的互補(bǔ)。如中度荒漠化面積分別在1986年、1996年和2006年為低值期，1991年和2001年呈高值期，而重度荒漠化面積則分別在相應(yīng)時(shí)期表現(xiàn)為相反的波動(dòng)特征，分別在1986年、1996年和2006年表現(xiàn)為高值期，而1991年和2001年為低值期。中度和重度荒漠化面積，在均表現(xiàn)為下降態(tài)勢(shì)條件下，不同時(shí)期間基本形成此消彼長(zhǎng)的數(shù)量互補(bǔ)特征。

4.3 黃土高原地區(qū)荒漠化趨勢(shì)空間分布特征

1986年以來(lái)5個(gè)時(shí)期黃土高原地區(qū)荒漠化級(jí)別的空間分布及轉(zhuǎn)化如表4所示，可以發(fā)現(xiàn)，各級(jí)別荒漠化程度的空間分布符合由東南向西北遞變的趨勢(shì)特征，5年尺度上荒漠化程度的空間分布演變差異較大。

植被覆蓋高，侵蝕在容許范圍內(nèi)的非荒漠化區(qū)域，主要以黃土高原南部的秦嶺山脈，子午嶺、黃龍山林區(qū)，太行、呂梁山脈等為中心的區(qū)域。由表4可以清晰地看出，非荒漠化面積在1986—1991年期間，以減少為主，而1996—2006年期間以增加為主，增加區(qū)域主要由渭河盆地西部的植被變化引起。

輕度荒漠化區(qū)域主要以青海達(dá)坂山、渭河盆地、六盤(pán)山、子午嶺、太行和呂梁山外緣區(qū)域?yàn)橹?，植被較好，侵蝕輕微。研究期間增減幅度較小，比較零散，沒(méi)有大面積轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。符合時(shí)間序列上微弱增加趨勢(shì)的特征。

中度荒漠化區(qū)域主要分布在毛烏素沙地以南，子午嶺、六盤(pán)山林區(qū)以北，山西汾河兩岸和北部，河套平原等地。研究期間增加和減少波動(dòng)變化的范圍，主要以北緣與重度荒漠化接界處為主，且面積較大，成片分布，與其顯著減少的時(shí)間變化趨勢(shì)特征相吻合。

重度荒漠化區(qū)域主要分布區(qū)域以毛烏素沙地、寧夏自治區(qū)中南部、甘肅沿黃河兩岸為主。重度荒漠化面積在時(shí)期間的波動(dòng)，以與中度荒漠化區(qū)域的交界處最為頻繁，且面積廣泛，成片特征顯著。其波動(dòng)趨勢(shì)體現(xiàn)出：1991年、2001年重度荒漠化分布范圍南緣增加，1996年和2006年在同一分布區(qū)域減少的特征。

強(qiáng)烈荒漠化區(qū)域主要分布在黃河河套地區(qū)的庫(kù)布齊沙漠腹地，以流動(dòng)沙丘為主，植被覆蓋很低。1986—2001年間，強(qiáng)烈荒漠化級(jí)別面積的波動(dòng)中增加，主要以庫(kù)布齊沙漠外圍和寧夏境內(nèi)沿黃河兩岸區(qū)域?yàn)橹鳌?001—2006年，可以看到在寧夏-甘肅境內(nèi)的沿黃河兩岸，植被覆蓋度顯著降低，強(qiáng)烈荒漠化級(jí)別面積顯著增加，占黃土高原地區(qū)面積比例，從2001年的3.63%，增加到2006年的5.72%，如表3所示。

表4 黃土高原地區(qū)不同荒漠化級(jí)別轉(zhuǎn)化特征

Tab.4 Variation between different desertification degrees among study periods on the Loss Plateau

注：深紅色為屬性維持，黃色表示轉(zhuǎn)為其他級(jí)別，綠色表示其他級(jí)別轉(zhuǎn)入。Note：Dark red color represents non-variation, yellow is to turn to other degrees, green is to turn from other degrees; Degrees in the first column include non-desertification, slight desertification, moderate desertification, severe desertification, and extreme desertification, respectively.

黃土高原地區(qū)植被的變化，基本可以歸因?yàn)闅夂蜃兓叭祟?lèi)活動(dòng)2方面[2-4]。全球氣候變化背景下，黃土高原區(qū)域的降水量總體上呈減少趨勢(shì)，但空間差異顯著，具有東南部大面積的區(qū)域減少，而西北部小范圍地域增加的特征[17]。為了治理嚴(yán)重的土壤侵蝕，從20世紀(jì)70年代起，黃土高原地區(qū)開(kāi)展了大規(guī)模的水土流失治理活動(dòng)，尤其1999年后，在西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略中實(shí)施了退耕還林(草)措施，局部區(qū)市縣，如東勝地區(qū)的綠化，吳起的退耕等，表現(xiàn)得更加徹底和突出[16]。 對(duì)黃土高原地區(qū)植被覆蓋度變化進(jìn)行氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)要素貢獻(xiàn)率的區(qū)分，可知，在全球氣候變化背景下，人類(lèi)活動(dòng)的影響達(dá)到20%之多[18]。

黃土高原地區(qū)降水量的時(shí)空分布，以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋度的影響方向，基本可以解釋文章中輕度荒漠化波動(dòng)中增加，而中度和重度荒漠化面積波動(dòng)中呈減少趨勢(shì)的結(jié)論，而強(qiáng)烈荒漠化范圍波動(dòng)中呈增加趨勢(shì)，可能也由人類(lèi)活動(dòng)的負(fù)效應(yīng)引起。

5 結(jié)論

1)過(guò)去21年中，黃土高原地區(qū)荒漠化程度總體為降低態(tài)勢(shì)。黃土高原地區(qū)大部分地區(qū)屬植被覆蓋度在10%～50%的中度和重度荒漠化區(qū)，占黃土高原土地面積的63.54%。植被覆蓋度<10%的強(qiáng)烈荒漠化區(qū)域，約占3%。植被覆蓋度在50%以上的輕度和非荒漠化區(qū)域，約占黃土高原的1/3。

2)21年中，中度和重度荒漠化面積呈顯著減少趨勢(shì)，同時(shí)，非荒漠化面積和強(qiáng)烈荒漠化面積均表現(xiàn)為顯著增加趨勢(shì)。各荒漠化級(jí)別時(shí)期內(nèi)的波動(dòng)具有10年尺度特征。

3)中度和重度荒漠化區(qū)域在空間上的轉(zhuǎn)換比較頻繁且具有連片性特征，數(shù)量上互補(bǔ)效應(yīng)顯著。輕度和非荒漠化區(qū)域的空間轉(zhuǎn)化比較零散破碎。強(qiáng)烈荒漠化區(qū)域在寧夏、甘肅沿黃兩岸的有顯著蔓延趨勢(shì)。

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(責(zé)任編輯：程 云)

Spatial-temporal distribution of desertification on the Loess Plateau using the GIMMS NDVI data

Murat Abla1, 2, Zhang Xiaoping1,2, Chen Lili1,2, Lin Pengfei1,2, Sun Yanping3

(1.College of Natural Resources and Environment,Northwest A&F University, 712100, Yangling, Shaanxi, China; 2.Institute of Soil and Water Conservation, CAS& MWR, 712100, Yangling, Shaanxi, China; 3.Lanzhou Institute of Seismology, China Earthquake Administration, 730000, Lanzhou, China)

Under global warming, desertification has brought threats to the ecological environment of arid and semi-arid regions like the Loess Plateau. It is helpful to understand the spatial-temporal trend of desertification for ecological environment projects and desertification management in these regions. The vegetation cover and its spatial distribution can reflect the degree of desertification effectively. It is an efficient way using the remote sensing techniques to observe the trend of vegetation cover and subsequently the development of desertification. The data of GIMMS AVHRR NDVI from 1986 to 2006 on the Loess Plateau were used, and the vegetation cover index was then calculated based on the principle of the dimidiate pixel model. The correlation between degree of desertification and vegetation cover was determined based on researches of wind and water erosion in the study area. The results showed that about 64% of the plateau presented moderate and severe degrees of desertification with 10%-50% vegetation cover. A third of total plateau belonged to the slight and non-desertification degrees with vegetation cover greater than 50%, and only 3% areas were subjected to extreme desertification with vegetation cover less than 10%. From 1986 to 2006, desertification generally showed a decreasing trend on the Loess Plateau. The areas with moderate and severe degrees of desertification decreased significantly, while the areas without desertification had an apparent increase. However, the area with extreme degree of desertification expanded. The degree of desertification showed a changing rule with a decadal interval. The moderately and severely desertified areas shifted reciprocally and frequently. The areas transferred between slight and non-desertification degrees were sparsely scattered. The extremely desertified areas appeared mainly along the Yellow River of Ningxia and Gansu provinces.

desertification； temporal and spatial distribution; vegetation cover index； Loess Plateau

2014-07-17

2015-03-17

項(xiàng)目名稱(chēng)： 中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新項(xiàng)目“晉陜蒙能源基地受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建關(guān)鍵技術(shù)與示范”(KZCX2- XB3- 13)；中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目“近百年黃土高原侵蝕環(huán)境與水沙變化”(KZZD- EW- 04- 03- 03)；國(guó)家自然科學(xué)基金“典型中尺度流域水沙行為對(duì)土地利用/覆被變化響應(yīng)規(guī)律”(41440012)；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“氣候變化背景下黃土高原土地利用影響徑流的空間尺度效應(yīng)”(41230852)和“典型流域水沙動(dòng)態(tài)過(guò)程及對(duì)退耕還林(草)響應(yīng)機(jī)理” (41101265)

木熱提江·阿不拉(1987—)，男，碩士研究生。主要研究方向：資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。E-mail: murat@nwsuaf.edu.com

?通信作者簡(jiǎn)介： 張曉萍(1971—)，女，博士，研究員。主要研究方向：區(qū)域水土流失規(guī)律及水土保持。E-mail: zhangxp@ms.iswc.ac.cn.

S157

A

1672-3007(2015)03-0024-08