范澤孟

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100101

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100049

3 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,南京 210023

植物群落是植物與環(huán)境間相互作用的產(chǎn)物,其相互作用表現(xiàn)在植被對(duì)環(huán)境要素變化的適應(yīng)性和植被對(duì)環(huán)境要素的反饋?zhàn)饔肹1- 3]。植被類型的空間分布受到氣溫、降水、土壤、地形等多種環(huán)境因子的影響。針對(duì)如何分析植被與環(huán)境間的相關(guān)關(guān)系這一科學(xué)問題,目前主要采用包括主成分分析、多元統(tǒng)計(jì)分析、二歧指示種分析、典范對(duì)應(yīng)排序方法、最大熵模型等方法,結(jié)合植被類型分布、地理因子、氣候因子、能量因子等數(shù)據(jù),對(duì)植被類型的空間分布與環(huán)境因素間的關(guān)系進(jìn)行不同層次定量和定性的分析[4- 9]。植被分布的時(shí)空格局在氣候變化的驅(qū)動(dòng)下往往會(huì)發(fā)生系列空間移動(dòng),而這種植被分布的時(shí)空移動(dòng)狀態(tài)可作為氣候變化對(duì)植被變化影響,以及植被變化對(duì)氣候變化響應(yīng)定量分析的重要指標(biāo)[10-13]。目前,在利用平均降水、日照時(shí)長(zhǎng)、最熱最冷月均溫、高程、坡度、坡向、Kira溫暖指數(shù)、寒冷指數(shù)、平均生物溫度等氣候因子,對(duì)在植被分布與氣候變化相關(guān)性方面開展了大量的研究[14-15],但大部分研究主要集中運(yùn)用單一或者某幾個(gè)氣候要素來對(duì)其與植被分布的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析[16],或者主要對(duì)研究區(qū)域的植被覆蓋指數(shù)(NDVI)等時(shí)空變化進(jìn)行分析[17],以及定量求算植被覆蓋指數(shù)在某一海拔高程上的變化極值[18],尚缺乏不同海拔高程上的植被類型分布的差異對(duì)比及其與氣候要素的相關(guān)性的綜合分析。

黑河流域作為我國(guó)第二大內(nèi)陸河流域,總面積超過了14×104km2,為典型的大陸性干旱氣候。從黑河上游至下游,全流域的生物溫度逐漸升高,降雨量則逐漸減少。黑河上游主要為祁連山區(qū),地勢(shì)高寒,年降水量為250—500 mm,植被垂直分布規(guī)律性明顯。其中,高山墊狀植被帶主要分布海拔范圍為3900—4200 m,以蒿草和雜類草為主的高山草甸植被帶主要分布海拔范圍為3600—3900 m,以杜鵑(Rhododendronprzewalskii)灌叢、高山柳(Salixcupularis)灌叢和金露梅(Potentillafruticosa)矮灌叢為主的高山灌叢草甸帶主要分布海拔范圍為3300—3900 m,以青海云杉(Piceacrassifolia)和祁連圓柏(Sabinaprzewalskii)為主的山地森林帶主要分布海拔范圍為2400—3400 m,山地草原帶主要分布在2200—2600 m,荒漠草原帶主要分布在1900—2300 m。海拔在2000 m以下的黑河流域中下游地區(qū)的植被類型則主要為溫帶小灌木和半灌木荒漠植被類型。其中,中游除了自然生長(zhǎng)的溫帶小灌木和半灌木荒漠植被,主要分布綠洲地區(qū)人工栽培的農(nóng)作物和人工林植被類型。下游三角洲則以胡楊(Populuseuphratica)、梭梭(Haloxylonammodendron)、沙棗(Elaeagnusangustifolia)、檉柳(Tamarixchinensis)、白刺(Nitrariatangutorum)等荒漠植被為主[19]。

氣候變化將引起土壤水文循環(huán)系統(tǒng)變化[20],導(dǎo)致植物生長(zhǎng)和分布環(huán)境發(fā)生改變[21],使得植被類型及分布呈現(xiàn)相應(yīng)的響應(yīng)變化[22]。尤其是氣溫和降水作為最主要的氣候要素, 其時(shí)空分布變化,將直接關(guān)系到植被類型的空間分布范圍及動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)[23]。近50年來,黑河流域的平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)[24]。隨著氣候變化和人類活動(dòng)強(qiáng)度的不斷加劇,黑河流域的生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)出系列退化現(xiàn)象。其中,黑河上游山地草場(chǎng)超載導(dǎo)致大面積草場(chǎng)、牧場(chǎng)退化,下游的額濟(jì)納旗由原來西北地區(qū)的生態(tài)屏障淪為沙塵暴的重要發(fā)源地[25],影響范圍涉及中國(guó)西北、華北甚至華東地區(qū)[26-27]。雖然目前在黑河流域范圍內(nèi),尤其是在小流域或者更小尺度上[28],開展了大量的黑河流域植被變化觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析研究[29-30]。然而在黑河流域植被類型空間分布特征及與氣候變化的關(guān)系目前主要集中在黑河流域上游地區(qū),缺乏對(duì)整個(gè)黑河流域植被類型的垂直分布及其與氣溫、降水等氣候要素的響應(yīng)差異分析[31]。

因此,該論文旨在結(jié)合1980s年代的黑河流域植被類型的空間分布數(shù)據(jù),以及大量的野外調(diào)研、歷史采樣、遙感影像等多源植被基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以及氣候觀測(cè)模擬數(shù)據(jù),在獲取的黑河流域2010s時(shí)段79個(gè)植被型組的空間分布數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,分別構(gòu)建氣候要素和植被類型垂直分布變化的空間統(tǒng)計(jì)分析模型,定量分析黑河流域不同海拔梯度上植被變化與平均生物溫度和降水變化的相關(guān)性,揭示黑河流域植被分布在不同的分布梯度帶上對(duì)平均生物溫度氣溫和降水變化的響應(yīng)差異。該研究不僅可為整個(gè)黑河流域的生態(tài)系統(tǒng)變化監(jiān)測(cè)和綜合評(píng)估提供重要數(shù)據(jù)與方法支持,而且能夠?yàn)殚_展黑河流域不同植被垂直帶的生態(tài)修復(fù)與管理等提供輔助決策支持。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集與處理

在黑河流域植被垂直分布變化及其對(duì)氣候變化響應(yīng)定量分析過程中涉及到植被數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)及地形高程數(shù)據(jù)。植被類型及分布的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站(http://westdc.westgis.ac.cn)的1980s年代的植被類型空間分布數(shù)據(jù)和2011—2015年間野外實(shí)地采樣的410個(gè)植被樣本數(shù)據(jù)?；?10個(gè)植被樣本數(shù)據(jù)、1980s年代的植被空間數(shù)據(jù),結(jié)合Google Earth平臺(tái)的多源高分影像數(shù)據(jù),采用ArcGIS空間制圖和分析方法,實(shí)現(xiàn)黑河流域植被空間分布數(shù)據(jù)的更新,獲得2010s年代黑河流域79種植被類型的空間分布數(shù)據(jù)(圖1)。氣候數(shù)據(jù)來源于黑河流域21個(gè)氣象常規(guī)觀測(cè)站及周邊區(qū)域內(nèi)13個(gè)的氣象觀測(cè)站的氣候觀測(cè)資料。在對(duì)每個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)1980s年和2010s年兩個(gè)時(shí)段的年平均降水和平均生物溫度進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上,利用高速度高精度曲面建模(HASM)方法,模擬得到黑河流域的空間分辨率為500 m×500 m的年平均降水和平均生物溫度的空間分布數(shù)據(jù)(圖2)[32-33]。地形數(shù)據(jù)采用美國(guó)的SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)90 m×90 m的DEM數(shù)據(jù)。

圖1 1980s和2010s黑河流域植被類型的空間分布

1.2 模型與方法

根據(jù)黑河流域的氣溫、降水、土壤及植被的空間分布格局及其垂直分異特征,結(jié)合黑河流域海拔高程范圍(800—5400 m),將黑河流域植被分布從低海拔到高海拔依次劃分為6級(jí)植被垂直分布梯度帶：即,綠洲農(nóng)田和荒漠帶(≤1700 m)、荒漠草原植被帶(1700—2100 m)、干性灌叢草原植被帶(2100—2500 m)、山地森林草原植被帶(2500—3300m)、高山灌叢草甸植被帶(3300—3800 m)和高山寒漠草甸植被帶(≥3800 m)。利用ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)方法,分別對(duì)每個(gè)植被垂直分布梯度帶內(nèi)的平均生物溫度、平均降水及植被類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并定量計(jì)算1980s和2010s兩個(gè)時(shí)段內(nèi)的植被垂直分布梯度帶內(nèi)平均生物溫度、平均降水及植被類型的變化強(qiáng)度,解析黑河流域植被類型對(duì)氣候變化響應(yīng)的梯度差異。

其中,采用黑河流域1980s(t0)和2010s(t1)兩個(gè)時(shí)段內(nèi)植被垂直分布梯度帶內(nèi)的平均生物溫度和平均降水的空間變化速率,表征兩個(gè)時(shí)段內(nèi)各植被垂直分布梯度帶的氣候要素變化強(qiáng)度的垂直差異性,其計(jì)算公式為：

DMABk=(AveMAB,k,t1-AveMAB,k,t0)/AveMAB,k,t1×100%

(1)

DTAPk=(AveTAP,k,t1-AveTAP,k,t0)/AveTAP,k,t1×100%

(2)

式中,DMABk、DTAPk分別為t0和t1兩個(gè)時(shí)段內(nèi)第k個(gè)植被垂直分布梯度帶內(nèi)的平均生物溫度和平均降水的變化強(qiáng)度；AveMAB,k,t0和AveMAB,k,t1分別為t0和t1兩個(gè)時(shí)段內(nèi)第k個(gè)植被垂直分布梯度帶內(nèi)的平均生物溫度；AveTAP,k,t0和AveTAP,k,t1分別為t0和t1兩個(gè)時(shí)段內(nèi)第k個(gè)植被垂直分布梯度帶內(nèi)的平均降水；k=1,2,3,4,5,6分別表示綠洲農(nóng)田和荒漠帶、荒漠草原植被帶、干性灌叢草原植被帶、山地森林草原植被帶、高山灌叢草甸植被帶和高山寒漠草甸植被帶6個(gè)植被垂直分布帶的編碼。

根據(jù)黑河流域1980s(t0)和2010s(t1)兩個(gè)時(shí)段內(nèi)植被垂直分布梯度帶內(nèi)的各種植被類型的空間分布數(shù)據(jù),求算每一種植被類型及所有植被類型在各個(gè)植被垂直梯度帶內(nèi)的變化率,進(jìn)而表征兩個(gè)時(shí)段內(nèi)各植被垂直分布梯度帶的植被類型的變化差異性,其計(jì)算公式為：

DVegi,k=ΔSi,k,t0-t1/Sk×100%

(3)

DVegk=∑ΔSi,k,t0-t1/Sk×100%

(4)

式中,ΔSi,k,t0-t1表示t0和t1兩個(gè)時(shí)段內(nèi)第k個(gè)植被垂直分布帶內(nèi)第i種植被類型的變化面積；DVegi,k表示t0和t1兩個(gè)時(shí)段內(nèi)第k個(gè)植被垂直分布帶內(nèi)第i種植被類型的變化率；Sk表示第k個(gè)植被垂直分布帶的總面積；其余參數(shù)同上。

2 結(jié)果分析

2.1 黑河流域氣候要素的空間分布變化及垂直分異

根據(jù)對(duì)1980s和2010s兩個(gè)時(shí)期的黑河流域年平均生物溫度和平均降水兩個(gè)關(guān)鍵氣候要素的空間分布變化數(shù)據(jù)(圖2)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),平均降水量增長(zhǎng)最顯著的區(qū)域集中在黑河流域上游東部,祁連山脈段為減少趨勢(shì)并呈帶狀分布；平均生物溫度的增長(zhǎng)主要集中在中游地帶,增長(zhǎng)強(qiáng)度往南側(cè)隨緯度下降逐漸減緩,在祁連山區(qū)的增長(zhǎng)幅度小且呈帶狀分布。結(jié)合DEM數(shù)據(jù),對(duì)黑河流域的6個(gè)植被垂直分布帶的平均生物溫度和平均降水的變化強(qiáng)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析表明(表1)：隨著海拔高度的增加,整個(gè)黑流域的平均生物溫度逐漸降低,而平均降水量則逐漸升高。從1980s時(shí)段到2010s時(shí)段,整個(gè)黑河流域的平均降水量增加了7.57 mm,增加幅度為2.39%。其中,荒漠草原植被帶增量最大(增加12.48 mm),綠洲農(nóng)田與荒漠沙漠帶增幅最快(增加了14.64%),而高山寒漠草甸植被帶的增量和增加幅度均為最小,分別為2.58 mm和0.43%。另外,整個(gè)黑河流域的平均生物溫度在兩個(gè)時(shí)段內(nèi)上升0.62℃,上升幅度為11.42%。其中,綠洲農(nóng)田和沙漠荒漠帶的平均生物溫度增加最大(上升0.80℃),但其增加幅度最小(增加7.50%)；高山寒漠草甸植被帶的平均生物溫度增加最小(上升0.30℃),但其上升幅度最快(上升37.97%)。

表1 黑河流域平均生物溫度和降水的垂直梯度變化

圖2 1980s—2010s黑河流域平均生物溫度和平均降水的空間變化

2.2 黑河流域植被類型的空間分布及其整體動(dòng)態(tài)變化

根據(jù)1980s和2010s兩個(gè)時(shí)段的黑河流域植被類型空間分布數(shù)據(jù),對(duì)兩個(gè)時(shí)段內(nèi)黑河流域的植被動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析表明(圖1)：在整個(gè)黑河流域范圍內(nèi),祁連山區(qū)、俄博灘、野牛溝地區(qū)等上游區(qū)域植被類型的豐富度高于其他區(qū)域。河西走廊、阿拉善平原及狼心山西麓的植被類型分布相對(duì)單一,主要以荒漠/半荒漠植被類型為主。中游山丹、民樂地區(qū)的青海云杉植被類型呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì),上游祁連山區(qū)地區(qū)的西北針茅(S.sareptanavar.krylovii)植被類型呈現(xiàn)退縮趨勢(shì),而中游肅南縣地區(qū)的矮禾草草原植被類型呈現(xiàn)消亡變化趨勢(shì)?；哪吧衬脖活愋?、人工經(jīng)濟(jì)作物田及果園、大型喬木、中高海拔耐寒灌叢類型的面積呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì),而部分草原、草甸類型出現(xiàn)了不同程度的退化。1) 從動(dòng)態(tài)變化速度上看,整個(gè)黑河流域植被空間分布的動(dòng)態(tài)變化率為25.75%。其中,毛枝山居柳(S.oritrepha)灌叢減少速度最快,在1980s—2010s期間減少了95%,青海云杉林增加速度最快,在1980s到2010s期間增加了96%。另外,苔草(Carexsp.)-雜類草草甸植被類型、吉拉柳(S.gilashanica)灌叢、祁連圓柏林、青海云杉林、金露梅灌叢等植被類型呈快速增加趨勢(shì)；毛枝山居柳灌叢、拂子茅(Calamagrostisepigeios)高禾草草甸、蒙古巖黃芪(Hedysarummonogolicum)-籽蒿(Artemisiasphaerocephala)-沙竹(Psammochloavillosa)荒漠、圓穗蓼(Polygonummacrophyllum)-珠芽蓼(P.viviparum)草甸等植被類型呈快速減少趨勢(shì)；2)從動(dòng)態(tài)變化面積上看,在1980s—2010s期間整個(gè)黑河流域植被分布發(fā)生變化的總面積為203.12萬hm2。其中,春小麥-水稻-糖甜菜-向日葵-枸杞田-梨園代表的經(jīng)濟(jì)作物類型增加面積最多,從1980s到2010s增加了20.03萬hm2,體現(xiàn)了人工植被中經(jīng)濟(jì)作物類型占主要變化的人工植被變化趨勢(shì),其次是青海云杉林,增加了14.83萬hm2。籽蒿荒漠減少面積最多,在1980s—2010s期間減少了16.61萬hm2,其次是矮嵩草草甸,減少了15.23萬hm2。另外,雖然吉拉柳灌叢凈增長(zhǎng)的面積僅為1.24萬hm2,但其在各海拔梯度上的變化趨勢(shì)差異性明顯,表明了該植被類型在垂直分布上對(duì)氣候變化具有非常高的敏感性。

2.3 植被類型在垂直梯度上的變化趨勢(shì)

對(duì)黑河流域1980s—2010s期間植被類型垂直分布的變化趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖1,表2)表明,綠洲農(nóng)田和荒漠帶、荒漠草原植被帶、干性灌叢草原植被帶、山地森林草原植被帶、高山灌叢草甸植被帶和高山寒漠草甸植被帶6個(gè)垂直帶內(nèi)的優(yōu)勢(shì)植被類型呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。其中,綠洲農(nóng)田荒漠帶的優(yōu)勢(shì)植被類型為紅砂(Reaumuriasongorica)荒漠,面積減少7.95萬hm2；荒漠草原植被帶的優(yōu)勢(shì)植被類型為合頭草(Sympegmaregelii)荒漠,面積減少0.39萬hm2；干性灌叢草原植被帶的優(yōu)勢(shì)植被類型為短花針茅(Stipabreviflora)-長(zhǎng)茅草(Imperatacylindrica)草原,面積減少5.74萬hm2；山地森林草原植被帶的優(yōu)勢(shì)植被類型為西北針茅(S.sareptanavar.krylovii)草原,面積減少6.36萬hm2；亞高山灌叢草甸植被帶的優(yōu)勢(shì)植被類型為小蒿草(Kobresiapygmaea)草甸,面積減少1.54萬hm2；高山寒漠草甸植被帶的優(yōu)勢(shì)植被類型也是小蒿草草甸,面積減少0.31萬hm2。干性灌叢草原植被帶內(nèi)的優(yōu)勢(shì)植被類型短花針茅-長(zhǎng)茅草草原,其面積減少速度最快,在1980s—2010s期間減少了45.45%。

在1980s和2010s兩個(gè)時(shí)段內(nèi),山地森林草原植被帶內(nèi)的植被動(dòng)態(tài)變化率最高(表2),達(dá)56.93%,綠洲農(nóng)田荒漠帶內(nèi)的植被動(dòng)態(tài)變化率最小,為7.73%。綠洲農(nóng)田荒漠帶的春小麥-水稻-糖甜菜-向日葵-枸杞田-梨園等人工植被面積增加最多(增加16.58萬hm2),籽蒿荒漠面積減少最多(減少16.61萬hm2)；荒漠草原植被帶和干性灌叢草原植被帶內(nèi)的吉拉柳灌叢面積增加最多(分別增加5.88和4.30萬hm2),而兩個(gè)垂直帶內(nèi)的短花針茅-長(zhǎng)茅草草原面積均減少最多(分別減少1.07萬hm2和6.89萬hm2)；山地森林草原植被帶的青海云杉林面積增加最多(12.22萬hm2),西北針茅草原面積減少最多(減少6.36萬hm2)；亞高山灌叢草甸植被帶的合頭草荒漠面積增加最多(增加1.84hm2),矮蒿草(K.humilis)草甸面積減少最多(減少4.93萬hm2)；高山寒漠草甸植被帶的水母雪蓮-風(fēng)毛菊稀疏植被面積增加最多(增加3.68萬hm2),其矮蒿草草甸的面積減少最多(減少13.86萬hm2)。

表2 黑河流域植被垂分布動(dòng)態(tài)變化

2.4 典型植被類型垂直分布的動(dòng)態(tài)變化

為了更好地揭示黑河流域植被的垂直分布變化趨勢(shì),結(jié)合各植被垂直帶類的主要植被類型及分布狀況,篩選了分布垂直跨度大于等于兩個(gè)植被垂直帶的10種典型植被類型,并對(duì)其在1980s和2010s兩個(gè)時(shí)段內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)(表3)。分析結(jié)果顯示,綠洲農(nóng)田荒漠帶內(nèi)的尖葉鹽爪爪(Kalidiumcuspidatum)荒漠和人工植被(春小麥-水稻-糖甜菜-向日葵-枸杞田-梨園)增加速度最快,分別為39.92%和38.28,均遠(yuǎn)高于該植被帶內(nèi)所有類型動(dòng)態(tài)變化的7.73%；荒漠草原植被帶內(nèi)的人工植被(春小麥-水稻-糖甜菜-向日葵-枸杞田-梨園)增加速度最快,1980s—2010s期間增加了62.06%, 而該植被帶內(nèi)的青海云杉林則全部消失；干性灌叢草原植被帶內(nèi)的合頭草荒漠增加速度最快,增加了82.41%；山地森林草原植被帶內(nèi)的合頭草荒漠增加最快,其次青海云杉林和金露梅灌叢,增加幅度分別高達(dá)774.34%、197.06%和169.84%；高山灌叢草甸植被帶內(nèi)的膜果麻黃荒漠增加最快,增加了228.00%,而毛枝山居柳-金露梅-箭葉錦雞兒(Caragana jubata)灌叢則減少100%；高山寒漠草甸植被帶內(nèi)的金露梅灌叢增加最快,增加了54.50%,而青海云杉林減少了88.32%。

表3 典型植被類型在各植被帶內(nèi)的變化率

另外,尖葉鹽爪爪荒漠和人工植被(春小麥-水稻-糖甜菜-向日葵-枸杞田-梨園)在綠洲農(nóng)田荒漠帶、荒漠草原植被帶和干性灌叢草原植被帶均呈增長(zhǎng)趨勢(shì),在其他垂直植被帶內(nèi)則總體呈減少趨勢(shì)。毛枝山居柳-金露梅-箭葉錦雞兒灌叢、水母雪蓮-風(fēng)毛菊稀疏植被、藏亞菊墊狀植被和金露梅灌叢在山地森林草原植被帶、高山灌叢草甸植被帶和高山寒漠草甸植被帶呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。青海云杉林在荒漠草原植被帶、高山灌叢草甸植被帶和高山寒漠草甸植被帶呈減少趨勢(shì),在山地森林草原植被帶呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。高山灌叢草甸植被帶的合頭草荒漠呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2.5 植被類型垂直分布對(duì)氣候要素的響應(yīng)分析

表4 黑河流域植被垂分布動(dòng)態(tài)變化與氣候要素的相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

2010s年代黑河流域植被類型空間分布數(shù)據(jù)的獲取結(jié)果表明,結(jié)合多源高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)、野外實(shí)地調(diào)研采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)、歷史采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)、氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)、黑河流域矢量邊界數(shù)據(jù),運(yùn)用Google Earth平臺(tái)和ArcGIS空間制圖和分析方法,不僅可以高效地實(shí)現(xiàn)黑河流域植被類型空間分布數(shù)據(jù)的快速更新,而且能夠有效彌補(bǔ)目前僅基于某一植被指數(shù)(如NDVI)對(duì)黑河流域植被變化進(jìn)行分析的算法缺陷[17]。1980s和2010s兩個(gè)時(shí)段的黑河流域不同垂直梯度帶上的植被變化差異的分析表明,基于氣候要素?cái)?shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)及植被分布數(shù)據(jù)構(gòu)建的黑河流域植被類型與氣候要素在不同垂直帶上的空間分析模型,可以有效地對(duì)黑河流域不同垂直梯度帶上的植被類型動(dòng)態(tài)變化及其與氣候要素變化的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行定量解析。譬如,荒漠草原植被帶和干性灌叢草原植被帶的植被動(dòng)態(tài)變化與年平均生物溫度和降水的相關(guān)性高于其他植被帶,有效證實(shí)了這兩個(gè)植被帶類的植被變化對(duì)氣候變化的敏感性高于其他植被帶內(nèi)植被變化對(duì)氣候變化的敏感性的相關(guān)研究結(jié)論[34-35]；分布于綠洲農(nóng)田荒漠帶、荒漠草原植被帶、干性灌叢草原植被帶和山地森林草原植被帶的(森林、草地及荒漠綠洲等)植被生態(tài)系統(tǒng)在1980s和2010s時(shí)段內(nèi)的變化幅度高于其他的植被帶,進(jìn)一步表明了人類活動(dòng)對(duì)位于黑河流域中下游植被變化的干擾強(qiáng)度大于對(duì)高海拔植被變化的干擾強(qiáng)度[36]

另外,國(guó)內(nèi)外大量研究表明,生態(tài)過渡帶是對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)最為敏感的區(qū)域[37-39]。在生態(tài)過渡帶區(qū)域內(nèi),植被類型及其多樣性的分布更容易受到平均生物溫度和降水等氣候要素變化的影響而發(fā)生改變[40-42]。因此,黑河流域作為我國(guó)典型的生態(tài)過渡帶,定量解析黑河流域不同垂直梯度上的植被類型的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及其對(duì)不同氣候要素變化響應(yīng)的梯度差異,不僅對(duì)開展其他生態(tài)過渡帶的植被類型動(dòng)態(tài)變化及氣候變化響應(yīng)具有借鑒意義,而且開展大尺度下植被分布對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究也極具代表性[43-44]。

在后續(xù)的研究工作中,將進(jìn)一步結(jié)合更高分辨率的遙感數(shù)據(jù),數(shù)量更多、分布更均勻的實(shí)地樣點(diǎn)數(shù)據(jù),考慮陰坡和陽(yáng)坡的地形影響差異,對(duì)流域內(nèi)各植被類型進(jìn)行識(shí)別和提取,進(jìn)而在提高各植被類型邊界劃分精度的基礎(chǔ)上,對(duì)黑河流域未來植被類型及其垂直分布的變化情景進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。

3.2 主要結(jié)論

黑河流域綠洲農(nóng)田荒漠帶、荒漠草原植被帶、干性灌叢草原植被帶、山地森林草原植被帶、高山灌叢草甸植被帶和高山寒漠草甸植被帶六個(gè)植被垂直帶內(nèi)的平均生物溫度和平均降水在1980s—2010s間整體上均呈增加趨勢(shì)。其中,降水的增長(zhǎng)率隨海拔升高呈下降趨勢(shì),而平均生物溫度的增長(zhǎng)率則隨海拔升高呈持續(xù)上升趨勢(shì)。

在1980s和2010s兩個(gè)時(shí)段內(nèi),黑河流域植被類型分布發(fā)生變化的面積高達(dá)203.12萬hm2,動(dòng)態(tài)變化率為25.75%。其中,春小麥-水稻-糖甜菜-向日葵-枸杞田-梨園代表的經(jīng)濟(jì)作物類型增加面積最多(增加20.03萬hm2),毛枝山居柳灌叢減少速度最快(減少95%)。不同植被垂直帶的對(duì)比分析表明,山地森林草原植被帶(2500—3300m)的變化最快,變化率為56.93%；綠洲農(nóng)田荒漠沙漠植被帶(1700m以下)的變化最慢,變化率僅為7.73%,而中低海拔植被帶內(nèi)的植被動(dòng)態(tài)變化率與年平均生物溫度和平均降水的相關(guān)系數(shù)整體上高于其他植被帶。

總之,隨海拔升高,黑河流域植被類型的總面積變化率逐漸降低。其中,中低海拔段的荒漠化和人工經(jīng)濟(jì)作物面積呈快速增加趨勢(shì),草原和灌叢面積呈減少趨勢(shì)；；中高海拔段的耐寒灌叢、荒漠類型植被和部分稀疏植被類型的面積整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；喬木類型在中海拔段呈增長(zhǎng)趨勢(shì),高海拔則顯著減少趨勢(shì)。極高海拔段主要是永久冰川、常年積雪和稀疏植被,無明顯變化。