卓 靜,朱延年,何慧娟,王 娟,董金芳,權(quán)文婷

1 陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟(jì)作物氣象服務(wù)中心,西安 710014

2 陜西省氣象科學(xué)研究所, 西安 710014

陜北地區(qū)生態(tài)環(huán)境極端脆弱,水土流失、土壤沙化和水資源短缺等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題顯著。為改善以上生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,1999年開(kāi)始,各級(jí)政府針對(duì)該區(qū)域?qū)嵤┩烁€林、封山禁牧和天然林保護(hù)等一系列生態(tài)恢復(fù)工程,工程的實(shí)施會(huì)促使該地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)格局發(fā)生顯著變化。因此,通過(guò)研究生態(tài)系統(tǒng)格局演變規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)客觀評(píng)估陸地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)狀況,是生態(tài)恢復(fù)有效性評(píng)估的重要環(huán)節(jié),能夠揭示生態(tài)恢復(fù)工程所取得的成效,可為工程的實(shí)施提供科學(xué)的參考。

土地是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要保障[1],它受到自然和人文因素的綜合影響[2- 5]。自20世紀(jì)90年代起,土地利用/土地覆被變化(LUCC)已成為全球環(huán)境變化研究的核心問(wèn)題[6],其研究?jī)?nèi)容包括：土地覆被變化、土地利用的動(dòng)力機(jī)制和土地利用/覆被變化模型等三大方面[7- 9]。無(wú)論是大范圍(三江源[10]、黃河三角洲[11]、福建省[12]、新疆自治區(qū)[13- 14]、晉西北[15]、寧夏[16]等)還是小區(qū)域(市域[17- 22]、縣域[23- 24]、小流域[25]等)國(guó)內(nèi)學(xué)者都針對(duì)LUCC開(kāi)展了系列研究工作,研究結(jié)果均表明：人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及區(qū)域政策等人為因素是土地利用格局改變的主要驅(qū)動(dòng)力。陜北地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律和驅(qū)動(dòng)力也備受關(guān)注,國(guó)內(nèi)許多學(xué)者圍繞這一研究熱點(diǎn),以陜北地區(qū)及其局部區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象開(kāi)展了大量的研究工作,已有研究結(jié)果表明:陜北地區(qū)受退耕還林 (草) 政策的影響,土地利用類(lèi)型和土地景觀格局發(fā)生顯著變化,主要表現(xiàn)為耕地減少,林草增加[26- 28];降水等氣候因素引起年際間波動(dòng)[29],對(duì)土地利用格局變化起到了鞏固作用。神木縣[30]、延河流域[31]、吳起縣[32]、志丹縣[33]等小區(qū)域內(nèi)的林草面積增加,耕地面積減少這些土地利用結(jié)構(gòu)互動(dòng)變化的主要驅(qū)動(dòng)力也是國(guó)家的生態(tài)修復(fù)政策,住宅和交通用地的增加是城鎮(zhèn)化發(fā)展造成。

雖然現(xiàn)有研究成果對(duì)陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變有了一定深度的了解,但是也存在以下不足：一是以陜北地區(qū)為研究對(duì)象的研究成果普遍較早,最新研究結(jié)果為1990—2015年,研究的起始時(shí)間離生態(tài)恢復(fù)工程全面實(shí)施的1998年較遠(yuǎn),結(jié)論不能充分反映出工程實(shí)施對(duì)陜北地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。二是現(xiàn)有成果中驅(qū)動(dòng)力的分析內(nèi)容較少,多為對(duì)氣候條件和生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施數(shù)據(jù)的定性描述,未見(jiàn)對(duì)自然因素和人為因素詳細(xì)分析的相關(guān)研究。三是缺乏陜北地區(qū)內(nèi)部不同區(qū)域的陸表生態(tài)系統(tǒng)格局演變規(guī)律和驅(qū)動(dòng)力研究工作。因此,本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,以陜北地區(qū)為研究對(duì)象,在TM遙感影像基礎(chǔ)上,從土地轉(zhuǎn)移矩陣、單一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度等方面探索生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施20年來(lái)(1997—2018年)陜北地區(qū)及各市陸表生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律。同時(shí),利用最小二乘趨勢(shì)分析法和人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)分別研究氣候條件和生態(tài)恢復(fù)工程對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,從量化的角度客觀反映生態(tài)恢復(fù)工程的成效,為相關(guān)決策部門(mén)提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)主要為陜西北部黃土高原干旱、半干旱地區(qū),從北到南包括榆林、延安及銅川三個(gè)地級(jí)市(圖1),共25個(gè)縣4個(gè)市轄區(qū)。北與內(nèi)蒙古自治區(qū)、西與甘肅省、東與山西省毗鄰,南與渭南和咸陽(yáng)兩市相連接,面積為8.39×104km2,占陜西省土地總面積的41%。橫跨暖溫帶和溫帶兩個(gè)氣候區(qū),屬干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候。地貌類(lèi)型為黃土梁峁丘陵和溝谷深切的黃土塬,在風(fēng)和流水等外營(yíng)力作用下坡面侵蝕劇烈、溝谷發(fā)達(dá)、地面破碎,地形變化復(fù)雜。1999年開(kāi)始全面實(shí)施退耕還林、封山禁牧等一系列生態(tài)恢復(fù)工程,迄今正值20a之際。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of study area

2 研究資料和方法

2.1 研究資料及預(yù)處理

研究時(shí)間為1997年、2007年和2018年,數(shù)據(jù)源來(lái)源于Landsat 5 和Landsat 8,分辨率為30m,數(shù)據(jù)均為植被主要生長(zhǎng)季(5月至9月)無(wú)云覆蓋晴空遙感數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)輻射校正、幾何精校正和拼接等預(yù)處理工作。

遵循“全國(guó)遙感監(jiān)測(cè)土地利用/覆蓋分類(lèi)體系”,在一級(jí)分類(lèi)原則基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)際情況,將土地利用類(lèi)型分為林木、草地、居民地、工礦用地、未利用地、耕地和水體等7大類(lèi)。在野外調(diào)查樣本點(diǎn)支持下,使用人機(jī)交互的監(jiān)督分類(lèi)方法完成遙感圖像解譯過(guò)程,最終3期分類(lèi)結(jié)果的綜合分類(lèi)精度分別為86.0%、87.3%和84.0%,KAPPA系數(shù)0.81,0.80和0.78,均符合分類(lèi)精度要求。

2.2 研究方法

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)面積變化

在遙感分類(lèi)解譯的基礎(chǔ)上,提取各陸表生態(tài)系統(tǒng)的面積和分布特征數(shù)據(jù),通過(guò)分析不同生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)量變化,掌握生態(tài)系統(tǒng)空間分布特征和時(shí)空演化規(guī)律。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以有效的將兩個(gè)時(shí)期不同生態(tài)系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系通過(guò)矩陣形式加以列出,細(xì)致的反映生態(tài)系統(tǒng)的變化特征和各系統(tǒng)之間的流向,定量化各系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)化狀況。史培軍[34]等提出的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣具體公式如下：

(1)

按照公式1,對(duì)3期土地利用數(shù)據(jù)疊加分析,獲得1997—2018年陜北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,分析1997—2018年研究區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)的的轉(zhuǎn)變狀況。

2.2.3生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化測(cè)度

(1)單一生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型動(dòng)態(tài)度K[35],K可表達(dá)區(qū)域一定時(shí)間范圍內(nèi)某種生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型數(shù)量變化幅度。公式如下：

(2)

式中,Ua、Ub為研究期初及期末某一種土地利用類(lèi)型的數(shù)量;T為研究時(shí)段長(zhǎng)。當(dāng)T設(shè)定為年時(shí),K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類(lèi)型的年變化率。

(2)區(qū)域綜合生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型動(dòng)態(tài)度可描述區(qū)域土地利用變化的速度,公式[36]表達(dá)如下：

(3)

式中,LUi為監(jiān)測(cè)起始時(shí)間第i 類(lèi)土地利用類(lèi)型面積;ΔLUi-j為監(jiān)測(cè)時(shí)段第i類(lèi)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)為非i類(lèi)土地利用類(lèi)型面積的絕對(duì)值;T為監(jiān)測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度。當(dāng)T研究時(shí)段長(zhǎng),當(dāng)其為年時(shí),LC的值就是該研究區(qū)土地利用年變化率。

(3)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型相對(duì)變化率R是一種反映土地利用變化區(qū)域差異很好的方法,其計(jì)算公式如下[37]。

(4)

式中,R為某一土地利用類(lèi)型的相對(duì)變化率;Ua、Ub為某區(qū)域某一特定土地利用類(lèi)型研究期初及期末的面積;Ca、Cb全研究區(qū)某一特定土地利用類(lèi)型研究期初及研究期末的面積。如果R> 1 表示該局部區(qū)域土地利用變化幅度大于全區(qū)土地利用變化幅度,反之則局部區(qū)域土地利用變化幅度小于全區(qū)土地利用變化幅度。

2.2.4驅(qū)動(dòng)力因子分析

采用最小二乘法分析氣溫和降水等氣象要素的年際變化趨勢(shì)[38]。利用劉紀(jì)遠(yuǎn)[39]在西藏自治區(qū)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查中提出的土地利用程度模型,認(rèn)為人類(lèi)對(duì)各種生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的利用程度不同,人類(lèi)對(duì)未利用或難利用生態(tài)系統(tǒng)(沙地、戈壁、鹽堿地、裸土等)的擾動(dòng)程度較低,而對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、聚落生態(tài)系統(tǒng)(城鎮(zhèn)、居民地、工礦用地等)的擾動(dòng)程度很高。通過(guò)人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)評(píng)價(jià)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度,擾動(dòng)指數(shù)值越高,人類(lèi)擾動(dòng)程度越高。當(dāng)一個(gè)區(qū)域人類(lèi)擾動(dòng)程度下降時(shí),認(rèn)為人類(lèi)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的威脅程度減小。將生態(tài)系統(tǒng)分級(jí)賦值,由4級(jí)擾動(dòng)程度組成,如表1所示。

表1 人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)分級(jí)表Table 1 The classification of disturbance index

對(duì)于某一區(qū)域來(lái)說(shuō),常常是多種擾動(dòng)級(jí)別指數(shù)的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型共存。因此,根據(jù)不同類(lèi)型所占比例進(jìn)行加權(quán)求和,形成0—3之間分布的生態(tài)系統(tǒng)綜合人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù),計(jì)算方法如下：

(5)

式中,Ai表示第i級(jí)生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)程度分級(jí)指數(shù),Pi表示第i級(jí)擾動(dòng)程度分級(jí)面積所占百分比,D為人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型變化分析

不同生態(tài)系統(tǒng)面積總量的變化能反應(yīng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化的幅度和總的態(tài)勢(shì)。研究期內(nèi),研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)均發(fā)生了明顯變化(表2,圖2),主要變現(xiàn)為林木和草地生態(tài)系統(tǒng)面積大幅增加,耕地和未利用地生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)減少,研究區(qū)已由耕地生態(tài)系統(tǒng)占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)榱帜旧鷳B(tài)系統(tǒng)主導(dǎo)。1997—2018年林木面積表現(xiàn)為持續(xù)增加,前10a(1997—2007)面積增加7193.34km2,占比增加8.58%,后10a(2008—2018)面積仍增加,增加9016.11 km2,占比增加10.76%;草地面積呈現(xiàn)先增加后減少的態(tài)勢(shì),占比從25.22%增加至33.03%,2007年以后又小幅減少至32.13%;耕地面積持續(xù)性減少,3個(gè)監(jiān)測(cè)年份占比分別是36.52%、24.49%和14.37%,共計(jì)減少22.15%;未利用面積減少4194.07 km2,占比從6.84%減少至1.83%;居民地和工礦用地占比均持續(xù)性增加,分別由0.33%增加至1.11%,0.15%增加至0.4%;水體面積占比最小,呈現(xiàn)出持續(xù)性減少趨勢(shì),由最初的394.03 km2減少至280.22 km2。

表2 陜北地區(qū)1997—2018年各土地利用類(lèi)型面積和占比Table 2 Area and proportion of land use in the northern Shaanxi Province from 1997 to 2018

圖2 研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)分布圖Fig.2 Distribution Map of different ecosystems

由公式2和公式3計(jì)算獲取研究區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)的K值和LC值,結(jié)果表明：1997—2007年工礦用地的變化幅度(9.07)最高,隨后依次是未利用地(-6.94)、居民地(5.49)、耕地(-3.29)、草地(3.10)、林木(2.82)和水體(1.35);2007—2018年,居民地變化幅度位居第一(10.55),草地最小(-0.25);整個(gè)研究時(shí)段內(nèi),居民地(11.18)和工礦用地(7.63)的變化幅度位列第一和第二,隨后依次是未利用地(-3.49)、林木(3.02)、耕地(-2.89)、水體(-1.38)和草地(0.19)。1997—2018年陜北地區(qū)年均綜合土地利用動(dòng)態(tài)為1.34%,前10a和后11a分別為2.60%和2.18%,表明研究區(qū)2007年之前的土地利用變化速度較2007年后略快,這是由于在研究時(shí)段后期不同生態(tài)系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)化趨于平緩。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型變化方向

從1997—2007年和2007—2018年的轉(zhuǎn)移矩陣可以看出(表3、表4),這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi),居民地、工礦用地和林木這三種生態(tài)系統(tǒng)面積占比持續(xù)增加,居民地均主要占用草地和耕地;工礦用地均主要占用草地;林地主要是草地和耕地轉(zhuǎn)化而來(lái)。耕地和未利用持續(xù)減少,耕地主要轉(zhuǎn)化為林木和草地,未利用主要轉(zhuǎn)化為草地和耕地。

表3 1997—2007年陜北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Land use transition matrix of the northern Shaanxi Province from 1997 to 2007

表4 2007—2018年陜北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Land use transition matrix of the northern Shaanxi Province from 2007 to 2018

由圖3和表5可以看出：1997—2018年陜北地區(qū)耕地面積減少最多,減少18554.54 km2,減幅60.65%,主要轉(zhuǎn)換為林木和草地,分別流出11616.69 km2和11441.57 km2;耕地轉(zhuǎn)化為林木基本集中在黃土高原丘陵溝壑區(qū),這一轉(zhuǎn)變與“退耕還林”工程所采取的措施一致;耕地轉(zhuǎn)化為草地主要集中在黃土高原退耕還林區(qū)和毛烏素沙漠南緣風(fēng)沙治理區(qū),這一轉(zhuǎn)變分別于“退耕還林”工程和風(fēng)沙治理工程所采取的措施相對(duì)應(yīng)。未利用地面積減少次之,減少4194.07 km2,減幅73.19%,主要轉(zhuǎn)為草地,轉(zhuǎn)變區(qū)域集中在毛烏素沙漠地區(qū),這一改變與防風(fēng)固沙措施相對(duì)應(yīng)。

圖3 1997—2018年部分生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型轉(zhuǎn)變示意圖Fig.3 The ecosystem change from 1997 to 2018

表5 1997—2018年陜北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 5 Land use transition matrix of the northern Shaanxi Province from 1997 to 2018

3.3 生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型動(dòng)態(tài)變化的區(qū)域差異

陜北地區(qū)從北到南分別是榆林市、延安市和銅川市。通過(guò)公式4計(jì)算獲得3個(gè)市的土地利用變化率(表6),可以看出：北部榆林市研究時(shí)段內(nèi)林木、草地、居民地和工礦用地等四種生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的變化速度均高于整個(gè)研究區(qū),其中居民地是持續(xù)性高速變化,林木和工礦用地的快速變化集中在1997—2007年,草地的快速變化體現(xiàn)在2007—2018年。中部延安市的居民地和工礦用地變化速度明顯高于整個(gè)研究區(qū),這兩種類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)的快速變化分別體現(xiàn)在1997—2007年和2007—2018年。南部的銅川市草地、居民地、工礦用地和水體的變化速度明顯高于整個(gè)研究區(qū);草地的快速變化集中在2007—2018年,R值高達(dá)18.74;居民地和水體主要是1997—2007年時(shí)間段內(nèi)快速發(fā)展,工礦用地呈現(xiàn)持續(xù)性快速發(fā)展。

表6 不同地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化/%Table 6 Dynamic degree of land use at different region in the study area

3.5 生態(tài)系統(tǒng)格局變化驅(qū)動(dòng)力分析

3.5.1氣候因素分析

陜北地區(qū)干旱少雨,水資源欠缺,地表植被的生長(zhǎng)狀況受自然因素影響較大,氣溫和降水中又尤以降水和氣溫影響最為重要。因此,分析自然因子對(duì)研究區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)格局演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制十分必要。1997—2018年陜北地區(qū)年均氣溫基本無(wú)變化(圖4),僅降低0.06℃,減幅0.58%;年降水量增加197mm,增幅57%,呈現(xiàn)出波動(dòng)中顯著增加趨勢(shì)(P<0.01)(圖5);整體氣候條件向濕潤(rùn)化轉(zhuǎn)變,有利于地表植被的生長(zhǎng)和恢復(fù)。但是,氣候條件年際變化差異明顯,且存在明顯的階段化差異。1997—2007年年均氣溫基本無(wú)變化;年降水量呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)(P<0.01),增加210 mm,增幅61%;2007—2018年,年均氣溫和年降水量均呈現(xiàn)出不顯著增加趨勢(shì),年均氣溫增加0.77℃,增幅7.78%,年降水量增加118mm,增幅27.85%。

圖4 陜北地區(qū)年均氣溫Fig.4 Average annual temperature in northern Shaanxi Province

圖5 陜北地區(qū)年降水量Fig.5 Annual rainfall in northern Shaanxi Province

研究區(qū)內(nèi)氣候背景變化也存在著較明顯的地域間差異。研究區(qū)北部的榆林市和中部的延安市氣候背景變化基本一致,1997—2018年年均氣溫基本無(wú)變化,年降水量分別呈現(xiàn)極顯著(P<0.001)和顯著(P<0.01)增加趨勢(shì),氣候呈現(xiàn)濕潤(rùn)化;其中1997—2007年兩市年均氣溫基本無(wú)變化,榆林市年降水量增加趨勢(shì)仍不顯著性,延安市年降水量顯著增加(P<0.01);2007—2018年榆林和延安兩市的年均氣溫和年降水量增加趨勢(shì)均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。因此,總體來(lái)看榆林和延安兩市不管在哪個(gè)時(shí)間段內(nèi)氣候條件均有利于植被生長(zhǎng)和恢復(fù)。

南部的銅川市1997—2018年和1997—2007年兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)年均氣溫和年降水量均呈現(xiàn)不顯著增加趨勢(shì);2007—2018年年均氣溫呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì),年降水量呈現(xiàn)不顯著減少趨勢(shì);因此,銅川市整體氣候條件也有利于植被生長(zhǎng)和恢復(fù),但與榆林和延安兩市比較,氣候條件略差。

3.5.2人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)程度分析

1997—2018年陜北地區(qū)整體人類(lèi)擾動(dòng)程度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)(表7),人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)程度變化量和變化率分別為-0.08和-16.06%,造成人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)降低的主要原因是擾動(dòng)級(jí)別較高的耕地轉(zhuǎn)換成擾動(dòng)程度較低的草地和林木,同時(shí)生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施前10a和后11a,人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)一直在持續(xù)性降低。

表7 1997—2018年陜北地區(qū)人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)變化表Table 7 The change of disturbance index in northern Shaanxi Province from 1997 to 2018

北部的榆林市和中部的延安市是退耕還林、防風(fēng)治沙等生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施的重點(diǎn)區(qū)域,兩市林木和草地面積大幅增加,耕地面積減少明顯,生態(tài)恢復(fù)工程促使兩市1997—2018年人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)指數(shù)均呈現(xiàn)降低趨勢(shì),其中1997—2008年變化量和變化率均大于2007—2018年,這是由于研究前期主要以生態(tài)系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)化為主,后期生態(tài)系統(tǒng)之間相互轉(zhuǎn)化減少,主要以對(duì)前期轉(zhuǎn)化成效的鞏固為主。

南部的銅川市1997—2018年人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)指數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì),增加主要集中在1997—2007年這一時(shí)段,2007—2018年人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)有所減少。究其原因,研究前期工礦用地和居民地增速快造成人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)增加;后期草地和林木這兩類(lèi)人類(lèi)擾動(dòng)級(jí)別低的類(lèi)型增速較高,成功促使人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)降低。

綜上所述,陜北地區(qū)從北到南氣候變化雖然存在一定差異,但是總體均向有利于地表植被生長(zhǎng)和恢復(fù)的方向變化,但是陜北地區(qū)不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)格局變化卻存在顯著差別,說(shuō)明生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施才是陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化的主要驅(qū)動(dòng)力,氣候變化只是輔助驅(qū)動(dòng)力,起到了促進(jìn)作用。

4 討論和結(jié)論

4.1 討論

本文的研究結(jié)果表明：生態(tài)恢復(fù)工程促使研究區(qū)的耕地和未利用地大幅減少,林木和草地大幅增加,工程實(shí)施是主要驅(qū)動(dòng)力,氣候變化是輔助驅(qū)動(dòng)力,這一研究結(jié)果和現(xiàn)有研究結(jié)論一致。但是本文并未實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)因子各自貢獻(xiàn)率的定量化評(píng)估,這也是今后研究工作的重點(diǎn)方向。同時(shí),在本研究過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)近10年來(lái),在北部榆林市的毛烏素沙漠地區(qū)出現(xiàn)了兩類(lèi)變化現(xiàn)象,一是已經(jīng)被治理恢復(fù)成草地的沙地又被大型農(nóng)場(chǎng)建設(shè)轉(zhuǎn)化為耕地,大型農(nóng)業(yè)的發(fā)展對(duì)當(dāng)?shù)氐募Z食產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展會(huì)起到一定促進(jìn)作用,但是這一改變會(huì)對(duì)沙漠治理已取得的成效產(chǎn)生多大的影響有待進(jìn)一步深入研究。而且,對(duì)于該區(qū)域而言,大型農(nóng)場(chǎng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和治沙取的生態(tài)效益哪個(gè)更有利于當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展,哪個(gè)更為重要都值得研究和商榷。另外,陸表生態(tài)系統(tǒng)格局的變化會(huì)促使生態(tài)質(zhì)量和生態(tài)服務(wù)價(jià)值發(fā)生一定程度的改變,本文由于篇幅限制,生態(tài)系統(tǒng)格局變化引起的生態(tài)服務(wù)價(jià)值和質(zhì)量變化將另行研究加以論述。最后,本文使用的遙感圖像空間分辨率為30m,這一因素限制了生態(tài)系統(tǒng)空間分布數(shù)據(jù)的解譯精度,在各生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣中,會(huì)出現(xiàn)一些不合乎常理的轉(zhuǎn)化方向,這一問(wèn)題,隨著未來(lái)高精度遙感圖像的使用將得到很大程度的改善。

4.2 結(jié)論

本文利用TM遙感影像解譯研究區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)分布特征,并分別從生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣、單一生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)度和綜合生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)度等方面探索了生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施20年來(lái)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空演變規(guī)律,并分析了變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,得到以下結(jié)論：

(1)1997—2018年陜北地區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)格局變化的根本原因是退耕還林、防風(fēng)治沙以及封山禁牧等生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施。退耕還林草工程促使黃土高原丘陵溝壑區(qū)的耕地向林木和草地的轉(zhuǎn)化;防風(fēng)固沙工程促使研究區(qū)北部的毛烏素沙漠區(qū)域的未利用地向草地轉(zhuǎn)化。擾動(dòng)級(jí)別較高的耕地轉(zhuǎn)換為擾動(dòng)程度較低的草地和林木,促使人類(lèi)擾動(dòng)指數(shù)降低。氣候條件整體向濕潤(rùn)化變化,有利于植被的生長(zhǎng)和恢復(fù)。因此,氣候變化對(duì)地表生態(tài)系統(tǒng)格局變化起到促進(jìn)作用。值得關(guān)注的是,2007—2018年毛烏素沙漠區(qū)域建立了很多大型集中式農(nóng)場(chǎng),使局部地區(qū)草地轉(zhuǎn)化成了耕地。

(2)陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變化的區(qū)域差異顯著。榆林市林木、草地、居民地和工礦用地變化快于整個(gè)研究區(qū),延安市林木、居民地和工礦用地變化速度快于研究區(qū),銅川市草地、居民地和工礦用地變化速度快于研究區(qū)。三個(gè)市的氣候條件整體有利于植被生長(zhǎng)和恢復(fù),但三市相比較,銅川市的氣候條件略差。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域間變化差異也說(shuō)明生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施才是陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局發(fā)生的主導(dǎo)因素,氣候背景只是輔助因素。

文章分析了生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施前后陜北地區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)格局的時(shí)空演變規(guī)律,客觀評(píng)估了工程實(shí)施在研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局演變過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,研究結(jié)論在及時(shí)和準(zhǔn)確的反映工程成效的同時(shí),也發(fā)現(xiàn)了工程實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題,研究結(jié)論可以為生態(tài)恢復(fù)工程的成效評(píng)估和未來(lái)規(guī)劃提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和參考。