雷聲劍, 張福平, 燕玉超, 劉 筱

(陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院, 陜西 西安 710062)

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黑河上游植被覆蓋時(shí)空變化特征及其未來(lái)趨勢(shì)

雷聲劍, 張福平, 燕玉超, 劉 筱

(陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院, 陜西 西安 710062)

摘要：[目的] 分析黑河上游近14 a來(lái)植被覆蓋時(shí)空變化特征及其未來(lái)趨勢(shì)，為區(qū)域生態(tài)保護(hù)提供決策參考。[方法] 基于2001—2014年MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，采用線性趨勢(shì)和Hurst指數(shù)等數(shù)理方法進(jìn)行定量分析。[結(jié)果] 研究區(qū)植被覆蓋整體處于緩慢增加趨勢(shì)，年際變化呈現(xiàn)“波動(dòng)—改善”趨勢(shì)，空間分布呈現(xiàn)自東南向西北逐漸降低的分布特征，且具有明顯經(jīng)向地帶性；植被覆蓋改善區(qū)和退化區(qū)的面積分別占47.74%和21.81%，其中改善區(qū)主要分布在研究區(qū)中部和西北部，以高寒草原改善為主，退化區(qū)主要位于研究區(qū)東南部，以高寒草甸退化為主；未來(lái)的NDVI將向著改善的方向發(fā)展。[結(jié)論] 近14 a來(lái)黑河上游植被覆蓋良好，且未來(lái)向著改善趨勢(shì)發(fā)展，但對(duì)祁連、民樂(lè)和山丹縣境內(nèi)的持續(xù)退化區(qū)需要采取保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：黑河上游; NDVI; 時(shí)空變化

文獻(xiàn)參數(shù)： 雷聲劍, 張福平, 燕玉超, 等.黑河上游植被覆蓋時(shí)空變化特征及其未來(lái)趨勢(shì)[J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：159-164.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.029

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是土地覆蓋最主要的類型，其覆蓋變化是反映區(qū)域性環(huán)境狀況的重要指標(biāo)之一，對(duì)全球能量循環(huán)和物質(zhì)的生物化學(xué)循環(huán)具有重要的影響[1]。而作為表征地表覆蓋特征的重要參數(shù)，植被指數(shù)蘊(yùn)含著豐富的地表結(jié)構(gòu)和功能信息[2].常用的植被指數(shù)有歸一化植被指數(shù)，增強(qiáng)植被指數(shù)，比值植被指數(shù)，土壤調(diào)節(jié)指數(shù)等，其中，歸一化植被指數(shù)與植被覆蓋度、生長(zhǎng)狀況、生物量和光合作用強(qiáng)度等密切相關(guān)[3-4]，能夠在時(shí)空尺度上反映研究區(qū)的植被覆蓋情況[5-8]。運(yùn)用植被指數(shù)研究植被覆蓋變化，可快速監(jiān)測(cè)地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，為減緩?fù)嘶^(guò)程甚至恢復(fù)原有自然環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)和決策服務(wù)[9-10]。

西北地區(qū)氣候干旱，生態(tài)環(huán)境脆弱，是中國(guó)氣候變化的敏感地帶，地表植被覆蓋變化的研究對(duì)于該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)具有重要的意義[11-12]。而黑河作為西北干旱區(qū)第二大內(nèi)陸河，其植被覆蓋變化對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境影響重大。劉憲鋒等[13]運(yùn)用R/S方法研究三江源區(qū)植被覆蓋變化，得出長(zhǎng)江源區(qū)和黃河源區(qū)北部的植被未來(lái)將由改善轉(zhuǎn)為退化，而瀾滄江源區(qū)的植被未來(lái)將由退化轉(zhuǎn)為改善；張翀等[14]探討了黃土高原地區(qū)植被覆蓋變化的時(shí)空差異及未來(lái)趨勢(shì)，結(jié)果表明，未來(lái)的地表植被覆蓋改善區(qū)域有向北部擴(kuò)展的趨勢(shì)，退化區(qū)有向南部擴(kuò)展的趨勢(shì)；李芳等[15]探討了張掖地區(qū)植被覆蓋變化，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出近10 a來(lái)植被覆蓋呈增加趨勢(shì)，旱地和人工草地未來(lái)將會(huì)繼續(xù)增加；李旭譜等[16]通過(guò)NDVI(normalized difference vegetation index)變化度模型對(duì)黑河流域1999—2010年植被覆蓋變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明研究區(qū)植被覆蓋呈逐步改善趨勢(shì)，尤其是中游地區(qū)改善明顯，但流域植被覆蓋水平整體較差。趙銘石等[17]從時(shí)間和空間尺度上，對(duì)黑河流域25 a來(lái)植被覆蓋變化行研究，表明在年際尺度上NDVI的變化與溫度的變化關(guān)系更為密切，黑河中游年均NDVI對(duì)溫度的響應(yīng)明顯高于上、下游。

綜上所述，運(yùn)用R/S分析法對(duì)西北地區(qū)植被未來(lái)變化的研究以取得一定成果，因此將其用于研究黑河上游植被未來(lái)變化有一定依據(jù)，加上黑河流域關(guān)于植被覆蓋的研究主要是集中在植被的時(shí)空變化特征，以及植被與氣候因子相關(guān)性的探討上，而關(guān)于黑河上游地區(qū)植被變化的未來(lái)趨勢(shì)尚不明確?；诖耍疚睦肕ODIS-NDVI數(shù)據(jù)，運(yùn)用最大值合成法(maximum value composites,MVC)、線性趨勢(shì)分析、Hurst指數(shù)分析方法，研究黑河上游近14 a來(lái)植被覆蓋的時(shí)空變化特征，并對(duì)植被未來(lái)的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一些理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

黑河流域是中國(guó)西北干旱區(qū)第2大內(nèi)陸河流，發(fā)源于祁連山脈，經(jīng)河西走廊，最后注入內(nèi)蒙古北部的額濟(jì)納旗。本文以黑河上游為研究區(qū)，地理位置位于37°30′—39°41′N，97°28′—101°16′E，包括祁連縣和肅南縣的大部分，民樂(lè)縣和山丹縣的小部分，總面積約為2.85×104km2，海拔介于1 618～5 544 m。研究區(qū)氣候陰濕寒冷，為典型的大陸性高寒半干旱氣候，多年平均氣溫-5～4 ℃，年降水量250～500 mm，年蒸發(fā)量700 mm左右。由于高寒氣候的影響，黑河上游植被類型主要以高寒草甸、高寒草原為主，另有部分灌叢、針葉林。土壤類型主要包括高山寒漠土、高山草甸土、亞高山草甸土、高山灌叢草甸土、亞高山灌叢草甸土、高山草原土、森林灰褐土、山地灰鈣土等。黑河上游社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，主要以牧業(yè)為主，人口8.61萬(wàn)人，牲畜250萬(wàn)頭，以細(xì)毛羊、藏羊和牦牛為主，是黑河流域重要的畜牧業(yè)基地[18]。

2數(shù)據(jù)和方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

研究采用的遙感數(shù)據(jù)為2001年1月到2014年12月的Terra/Modis NDVI數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)(http:∥ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html)下載的MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品MOD13 Q1，該數(shù)據(jù)為250 m分辨率的16 d合成植被指數(shù)產(chǎn)品。植被類型圖來(lái)自寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn/)的1∶100萬(wàn)黑河流域植被類型圖。

由表4可知，在相同負(fù)荷量和架空線型號(hào)的情況下，第④種配網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ图础柏?fù)荷全部集中于10 kV中壓線路的末端”時(shí)最大允許供電半徑最小，即在該種情形下線路輸送電能的能力最弱，認(rèn)為是“木桶效應(yīng)”中的“短板”，該短板將直接決定線路末端電壓質(zhì)量是否合格。因此，參考第④種配網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ拖碌淖畲笤试S供電半徑進(jìn)行中壓架空線路的選型將不會(huì)出現(xiàn)中壓線路末端低電壓?jiǎn)栴}，這里將該供電半徑定義為“合理供電半徑”，不同線徑及負(fù)荷下的合理供電半徑具體情況如表5所示。

利用MRT(modis reprojection tools)工具、ENVI軟件，對(duì)影像進(jìn)行拼接、重投影、裁剪等一系列預(yù)處理操作。為了消除云、大氣以及太陽(yáng)高度角的干擾，本文根據(jù)MVC計(jì)算求得月最大NDVI來(lái)代表相應(yīng)月份的NDVI值，并依據(jù)本文得出的植被覆蓋月歷圖，選取全區(qū)NDVI均值達(dá)到0.3時(shí)的6—9月為黑河上游植被的生長(zhǎng)季，再利用生長(zhǎng)季期間的月NDVI求均值得到每年的年NDVI，并根據(jù)年NDVI求均值得到14 a來(lái)黑河上游的年平均NDVI，以此來(lái)反映黑河上游植被覆蓋的空間分布特征。另根據(jù)植被類型圖，合并黑河上游荒漠和無(wú)植被地帶，并將其統(tǒng)稱為非植被區(qū)。

2.2研究方法

2.2.1線性趨勢(shì)分析一元線性回歸分析可以模擬每個(gè)柵格的變化趨勢(shì)，通過(guò)提取不同時(shí)期單個(gè)像元的變化特征，綜合反映一定時(shí)間序列的區(qū)域格局演變規(guī)律，其優(yōu)點(diǎn)在于利用不同時(shí)段數(shù)據(jù)值的擬合，消除異常因素對(duì)植被覆蓋的影響，真實(shí)地反映植被覆蓋的演化趨勢(shì)[19]。Slope反映了在14 a的時(shí)間序列中，黑河上游地區(qū)NDVI的變化趨勢(shì)。計(jì)算公式如下：

式中：Slope——單個(gè)像元NDVI回歸方程的斜率; NDVIi——第i年的NDVI值;n——研究時(shí)段跨度(2001—2014共14 a)。若Slope為正時(shí)，表明隨時(shí)間變化NDVI 升高，區(qū)域植被狀況趨于正向發(fā)展趨勢(shì)，且值越大正向趨勢(shì)越明顯;反之則為退化趨勢(shì)。

2.2.2R/S分析與Hurst指數(shù)自相似性和長(zhǎng)期依賴性是自然界普遍存在的現(xiàn)象，Hurst指數(shù)是定量描述時(shí)間序列信息的長(zhǎng)期依賴性的有效方法[20]?；谥貥?biāo)極差(R/S)分析方法的Hurst指數(shù)最早由英國(guó)水文學(xué)家Hurst在研究尼羅河水庫(kù)流量和存儲(chǔ)能力的關(guān)系時(shí)提出，在水文、氣候、地質(zhì)和地震等領(lǐng)域有著廣泛運(yùn)用，其基本原理如下[21]：

NDVI時(shí)間序列NDVIi，i=1,2,3，…，n，對(duì)于任意正整數(shù)m，定義該時(shí)間序列：

(1) 差分序列： ΔNDVIi=NDVIi-NDVIi-1

(4) 極差：R(m)(m=1,2,…,n)

(5) 標(biāo)準(zhǔn)差：S(m)(m=1,2，…,n)

考慮比值R(m)/S(m)≌R/S，若存在R/S∝mH,則說(shuō)明時(shí)間序列存在Hurst現(xiàn)象，H成為Hurst指數(shù)。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系(lni,lnR/S)下通過(guò)最小二乘法擬合得到。不同的Hurst指數(shù)取值范圍為H(0

3結(jié)果與分析

3.1黑河上游NDVI時(shí)間變化特征

3.1.1植被NDVI年際變化特征為研究黑河上游植被NDVI隨年份變化的特點(diǎn)，取每年的年NDVI影像中區(qū)域的NDVI平均值，代表當(dāng)年植被覆蓋狀態(tài)，并作NDVI年際變化圖(圖1)。由圖1可知，在時(shí)間尺度上，近14 a來(lái)黑河上游的植被NDVI總體覆蓋呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，增速為0.022/10 a，略快于整個(gè)祁連山地區(qū)2000—2011年NDVI植被平均增長(zhǎng)速率0.015/10 a[22]。2001年NDVI處于14 a的最低值，為0.303，2014年NDVI值相比于2001年增加了0.054，其中2001—2002，2008—2010年NDVI表現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，且于2010年達(dá)到最大值0.364，植被覆蓋狀況整體以良性發(fā)展為主，并呈現(xiàn)出波動(dòng)緩慢發(fā)展態(tài)勢(shì)。

圖1　2001-2014年黑河上游NDVI均值變化趨勢(shì)

3.1.2植被NDVI月變化特征統(tǒng)計(jì)2001—2014年黑河上游所有像元逐月NDVI均值，并繪制NDVI月度變化圖(圖2)。圖中：每一行代表NDVI在1 a中各月的變化特征，每一列代表NDVI在14 a中對(duì)應(yīng)月的年際變化特征。從月NDVI年內(nèi)變化特征可知：每年的1—5，10—12月NDVI基本位于0.3以下，且隨月增長(zhǎng)緩慢，是植被生長(zhǎng)的緩慢季節(jié)，而從6月開(kāi)始，NDVI逐月增大，并在7或8月達(dá)到年內(nèi)NDVI峰值，介于0.4～0.44，而后又開(kāi)始逐月降低。從月NDVI年際變化特征可知：每年對(duì)應(yīng)月份的NDVI均存在一定程度上的波動(dòng)，且2002，2007，2010，2012年生長(zhǎng)季內(nèi)的NDVI明顯高于其他年份，與前文NDVI年際變化的4個(gè)波峰相互吻合。從總體上看，月尺度年內(nèi)NDVI的變化規(guī)律為6—9月是植被生長(zhǎng)的旺盛季節(jié)，10月到來(lái)年5月是植被生長(zhǎng)的緩慢季節(jié)。

3.2黑河上游NDVI空間差異特征

3.2.1NDVI空間分布特征利用2001—2014年的年均NDVI數(shù)據(jù)，計(jì)算14 a平均值求得NDVI均值空間分布圖(圖3a)，并以經(jīng)度0.5°為間隔統(tǒng)計(jì)每0.5°范圍內(nèi)所有像元的NDVI均值，得到NDVI經(jīng)向變化圖(圖3b)。從圖3a可知，黑河上游植被NDVI空間分布呈現(xiàn)出自東南向西北逐漸降低的分布特征。其中，NDVI高值區(qū)主要位于研究區(qū)的東南部，該區(qū)域廣泛分布著高寒草甸、高寒草原、灌叢以及部分針葉林，是黑河上游最重要的畜牧業(yè)基地；而低值區(qū)主要位于研究區(qū)西北部和北部，該區(qū)域多荒漠和極高山，且植被類型以半荒漠化草原為主，NDVI值較小，而極高山地區(qū)又終年冰雪覆蓋，植被無(wú)法生長(zhǎng)。從圖3b可知，從東經(jīng)97.3°向東到101°，黑河上游NDVI由0.041增長(zhǎng)到0.488，且隨經(jīng)度增大，NDVI值迅速增加，自東向西的變化規(guī)律為-0.115/1°，具有經(jīng)向地帶性(R2=0.936，p<0.001)，這是因?yàn)橹胁繕O高山的影響，阻滯了水汽的運(yùn)輸，導(dǎo)致了地區(qū)水熱條件的差異，并使自西向東的植被類型表現(xiàn)為由半荒漠草原，到高寒草原，再到高寒草甸及灌叢的特征。

圖2　黑河上游植被覆蓋月歷

圖3　研究區(qū)NDVI均值空間分布及經(jīng)向變化規(guī)律

3.2.2NDVI變化趨勢(shì)性分析為了更好的評(píng)價(jià)黑河上游植被變化趨勢(shì)，參照已有研究[23]，將Slope分為7個(gè)等級(jí)：嚴(yán)重退化、中度退化、輕微退化、基本不變、輕微改善、中度改善、明顯改善(表1)，并得到NDVI變化趨勢(shì)圖(附圖9)。由附圖9可知，改善區(qū)域在空間上主要分布在研究區(qū)的中部和西北部，其中明顯改善區(qū)域一部分位于中部祁連縣境內(nèi)的高山地區(qū)，這與全球氣候變暖趨勢(shì)，導(dǎo)致高山地區(qū)溫度升高，高山植被長(zhǎng)勢(shì)變好有一定關(guān)系，另一部分位于肅南縣北部邊緣地帶，中度改善和輕微改善區(qū)域則主要分布在研究區(qū)西北部，退化區(qū)域主要分布在研究區(qū)的東南部和中部，以輕度退化為主，中度退化和嚴(yán)重退化占比較小，且該退化區(qū)正是黑河上游的NDVI高值區(qū)域，植被類型主要以半濕潤(rùn)的高寒草甸為主，是黑河流域的主要牧場(chǎng)，說(shuō)明該區(qū)域的人類活動(dòng)已經(jīng)嚴(yán)重危害著該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

為進(jìn)一步分析不同植被類型下NDVI的變化趨勢(shì)，將植被類型數(shù)據(jù)和NDVI變化趨勢(shì)圖進(jìn)行疊加，統(tǒng)計(jì)不同植被類型下退化與改善的面積及其比例(表1)。由表1可知，黑河上游NDVI整體呈現(xiàn)出改善趨勢(shì)，中度改善和輕微改善的區(qū)域所占比例分別為15.92%和28.45%，幾乎覆蓋全區(qū)面積1/2，明顯改善區(qū)域占比較小，僅為3.37%。其中，明顯改善和中度改善的植被均以高寒草地為主，輕微改善的植被是以高寒草甸為主。而NDVI退化區(qū)域占研究區(qū)的21.81%，且以輕度退化為主，但在3種退化等級(jí)下，均以高寒草甸的退化最為嚴(yán)重。

從植被類型看，研究區(qū)主要以高寒草甸分布為主，高寒草原次之，其余植被分布較少。其中，高寒草甸退化面積占其總面積的25.44%，改善面積占比40.57%，高寒草原退化面積占其總面積的11.38%，改善面積占比67.77%，說(shuō)明高寒草甸比高寒草原退化更為嚴(yán)重，這是因?yàn)橄啾雀吆菰瑔挝桓吆莸榈牟莸厣锪扛?，?dǎo)致人類對(duì)高寒草甸的放牧利用強(qiáng)度更大，對(duì)植被的破壞也越為嚴(yán)重。

3.2.3NDVI變化持續(xù)性分析利用研究區(qū)2001—2014年NDVI數(shù)據(jù)，基于R/S分析原理，運(yùn)用MATLAB軟件編程求得研究區(qū)每個(gè)像元的Hurst指數(shù)，根據(jù)已有研究[24]，將其劃分為6個(gè)等級(jí)，并獲得NDVI變化的Hurst指數(shù)空間分布圖(附圖10)。統(tǒng)計(jì)得知，研究區(qū)Hurst指數(shù)值域范圍為0.211～0.826，平均值為0.657，根據(jù)等間距原則將持續(xù)性和反持續(xù)性各分為弱、強(qiáng)、很強(qiáng)3種類別。其中，反持續(xù)序列僅占研究區(qū)NDVI比重的10.74%，持續(xù)性序列占到研究區(qū)NDVI比重的89.26%，表明黑河上游NDVI的正向持續(xù)性明顯強(qiáng)于反持續(xù)性。

表1　不同植被類型下NDVI變化面積及比例

從空間分布上看，黑河上游地區(qū)正向持續(xù)性序列幾乎遍布全區(qū)，其中大于0.6的中高值區(qū)主要分布在研究區(qū)的東南部和西北部，而介于0.5～0.6之間的弱持續(xù)性區(qū)域則廣泛分布于全區(qū)，加之2001—2014年呈退化趨勢(shì)的面積占全區(qū)的21.81%，由此預(yù)測(cè)黑河上游大部分區(qū)域植被覆蓋變化仍將得到改善。反持續(xù)性序列主要集中分布于研究區(qū)中部，以肅南縣分布居多，且均為弱反持續(xù)性，強(qiáng)反持續(xù)性和很強(qiáng)反持續(xù)性序列分布極少，說(shuō)明這些地區(qū)的植被變化仍具有反向特征，但由于比重較少，并不能改變研究區(qū)當(dāng)前植被改善的大趨勢(shì)。

3.2.4NDVI變化的未來(lái)趨勢(shì)分析為了進(jìn)一步研究黑河上游NDVI變化的未來(lái)趨勢(shì)，對(duì)一元線性回歸的slope值與Hurst指數(shù)進(jìn)行疊加分析(overlay)，得出研究區(qū)退化或者改善趨勢(shì)與可持續(xù)性的耦合結(jié)果，合并得到6種黑河上游NDVI的未來(lái)變化趨勢(shì)(附圖11)，再將其和植被類型圖疊加分析，得到不同植被類型下的未來(lái)變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)表(表2)。

表2　研究區(qū)不同植被類型下NDVI未來(lái)變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)

結(jié)合附圖9可看出，未來(lái)的黑河上游NDVI持續(xù)改善面積占研究區(qū)比重的51.26%，主要分布在研究區(qū)的中部和西北部，以肅南縣居多；而持續(xù)退化區(qū)僅占比13.20%，主要分布在研究區(qū)東南的祁連、民樂(lè)和山丹境內(nèi)，另有少量零星分布研究區(qū)中部；保持不變區(qū)域占比23.50%，主要在研究區(qū)西北部的無(wú)植被地帶周邊聚集分布，這些地區(qū)多為半荒漠和極高山地區(qū)，植被覆蓋很少，NDVI值較低，變化不大；一部分地區(qū)未來(lái)將由改善轉(zhuǎn)為退化區(qū)，該區(qū)占比6.33%，主要分布在肅南縣東北部；而退化轉(zhuǎn)為改善區(qū)僅占研究區(qū)的1.24%；另有一分部地區(qū)是未來(lái)趨勢(shì)無(wú)法確定，即不確定是退化還是改善，其比例占研究區(qū)的4.47%。

從植被類型看，草甸持續(xù)改善面積為5 292.56 km2，占其總面積的47.21%，持續(xù)改善面積比例升高，退化面積比例降低。而高寒草原持續(xù)改善面積比例則由當(dāng)前的67.77%下降到64.14%，呈微弱降低趨勢(shì)。又有灌叢、針葉林、栽培植物和高山植被的改善面積均明顯高于其他變化趨勢(shì)，說(shuō)明黑河上游植被未來(lái)變化仍將以改善為主。但是持續(xù)退化面積仍然是以高寒草甸和高寒草原為主，對(duì)于以畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)為主的地區(qū)來(lái)說(shuō)，高寒草甸和高寒草地的持續(xù)退化都將成為該地區(qū)良好發(fā)展的制約性因素。

因此建議相關(guān)人員能對(duì)黑河上游東南區(qū)的持續(xù)退化區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，限制該區(qū)域的牲畜數(shù)量，縮短夏季放牧?xí)r間，延長(zhǎng)禁牧?xí)r間，降低東南區(qū)的放牧強(qiáng)度，引導(dǎo)牧戶向西北域持續(xù)改善區(qū)域進(jìn)行放牧，緩解東南區(qū)群落界面上的資源競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)對(duì)于由改善轉(zhuǎn)為退化區(qū)和未來(lái)趨勢(shì)不確定區(qū)域也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一定程度的保護(hù)，從而起到恢復(fù)和保護(hù)草原的作用。

4討論與結(jié)論

(1) 在時(shí)間上，黑河上游NDVI在年尺度上呈現(xiàn)出“波動(dòng)—緩慢改善”趨勢(shì)；在月尺度年內(nèi)NDVI在6—9月是植被生長(zhǎng)的旺盛季節(jié)。在空間上，多年NDVI均值有自東南向西北逐漸降低的分布特征。

(2) 近14 a黑河上游NDVI整體呈現(xiàn)改善趨勢(shì)，改善區(qū)域占比47.74%，主要分布在研究區(qū)中部和西北部，以高寒草原和高山植被改善為主，而退化區(qū)域占比21.81%，集中分布于研究區(qū)東南部，以高寒草甸退化為主。

(3) 研究區(qū)Hurst指數(shù)介于0.211～0.826之間，均值為0.657，正向持續(xù)性較強(qiáng)，并散布全區(qū)，反持續(xù)性較弱，主要分布于肅南縣東北部。

(4) 黑河上游未來(lái)的NDVI變化將向著改善的大方向發(fā)展，持續(xù)改善面積將占比51.26%，集中分布在研究區(qū)的中部和西北部，以肅南縣居多，但仍存在13.20%持續(xù)退化區(qū)域，以高寒草甸退化為主，同時(shí)該區(qū)域又是黑河上游的優(yōu)質(zhì)牧場(chǎng)，其退化所帶來(lái)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題不可估量，因此引導(dǎo)牧戶合理放牧，保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境將是當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)人員亟待解決的問(wèn)題。

文本通過(guò)Slope值和Hurst指數(shù)的疊加分析對(duì)研究區(qū)的NDVI改善與退化趨勢(shì)進(jìn)行定量研究，將其植被未來(lái)變化趨勢(shì)成圖顯示，有助于促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，具有一定實(shí)用價(jià)值。但本研究也存在一定局限性，沒(méi)有深入考慮不同植被類型的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，以便進(jìn)一步估算不同植被退化所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失；也缺少對(duì)植被覆蓋變化的原因分析。

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收稿日期：2015-03-26修回日期：2015-06-15

通訊作者：張福平(1973—),男(漢族),山西省呂梁縣人,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事資源環(huán)境遙感與GIS應(yīng)用研究。E-mail:laolei220@126.com。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0159-06

中圖分類號(hào)：Q948.1

Spatial-temporal Changes and Future Trends of Vegetation Cover in Upper Reaches of Heihe River

LEI Shengjian, ZHANG Fuping, YAN Yuchao, LIU Xiao

(CollegeofTourismandEnvironment,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an,Shaanxi710062,China)

Abstract：[Objective] To study the spatial-temporal changes of vegetation cover in the past 14 years and its future trend in the upper reaches of the Heihe river in order to provide a support for the regional ecological protection. [Methods] Based on the MODSI-NDVI data from 2001 to 2014, we did the quantitative analysis by linear trend analysis and Hurst index. [Results] The vegetation cover in the study area had been improving slowly, showing a “volatility-improvement” trend on year scale, the mean NDVI decreased gradually from southeast to northwest and shows a meridional zonality. The area with increased vegetation cover accounted for 47.74%, whereas the area with deceased vegetation cover accounted for 21.81%. The improved areas are mainly distributed in the central and northwestern parts of study area with alpine steppe significantly improved. The degraded areas are mainly located in the southeast of study area with alpine meadow significantly degenerated. The vegetation cover in the upper reaches of the Heihe river will increase in the future. [Conclusion] The vegetation cover in the upper reaches of the Heihe river is high and the future trends of the vegetation cover is toward improving, but we need to take measures to protect areas still degenerating in Qilian, Minle and Shandan County.

Keywords:upper reaches of the Heihe river; NDVI; spatial-temporal changes

資助項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“敦煌生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(2012BAC08B07); 陜西師范大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(GK201101002)

第一作者：雷聲劍(1989—),男(漢族),湖北省襄陽(yáng)市人,碩士研究生,研究方向?yàn)橘Y源環(huán)境遙感與GIS應(yīng)用。E-mail:laolei220@126.com。