陳 寬,楊晨晨,白力嘎,陳 瑜,劉 銳,潮洛濛,*

1 內(nèi)蒙古大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院, 呼和浩特 010021 2 內(nèi)蒙古草地生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 呼和浩特 010021 3 內(nèi)蒙古師范大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 呼和浩特 010022

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分[1],是陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞的重要樞紐[2]。植被覆蓋度變化表示著整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)一定程度上的波動(dòng)或變化[3]。特別是在干旱半干旱地區(qū),植被覆蓋度變化是監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境變化的一個(gè)重要指標(biāo)[4],所以定量分析區(qū)域植被覆蓋度變化并探尋其驅(qū)動(dòng)因素對(duì)于生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要的意義。利用歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)研究植被生長(zhǎng)狀況,已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用[5-9]。引起植被覆蓋度變化的影響因素主要分自然和人為因素,特別是在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展下,人為因素更加不可忽視[10]。

內(nèi)蒙古是典型的干旱、半干旱地區(qū),生態(tài)環(huán)境具有脆弱性和不穩(wěn)定性。該區(qū)是我國(guó)北部的重要生態(tài)屏障,也是我國(guó)重要的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)基地。目前較多學(xué)者在內(nèi)蒙古從不同的尺度和方法探索了自然或人為因素對(duì)于植被變化的研究[11-14]。Zhou等[15]用殘差趨勢(shì)分析法研究了蒙古高原植被變化驅(qū)動(dòng)力；李仕冀等[16]在縣級(jí)尺度上,利用多重線性回歸模型分析了整個(gè)內(nèi)蒙古地區(qū)鄉(xiāng)村人口遷出對(duì)植被NDVI的影響；史娜娜等[11]利用趨勢(shì)分析法研究了錫林郭勒植被NDVI時(shí)空變化；周錫飲等[17]基于GIMMS NDVI分析了1981—2006年蒙古高原植被覆蓋度變化。上述研究是以整個(gè)內(nèi)蒙古或者以部分盟市為研究區(qū),分析植被變化特征及單因子對(duì)植被的影響。并在因素分析方面,自然因素中以氣候因素為主,社會(huì)因素中以載畜量為主。而以盟市下一級(jí)行政單位旗縣區(qū)為研究對(duì)象,以及因子之間的交互作用對(duì)植被覆蓋度變化的影響研究較少。

內(nèi)蒙古自治區(qū)旗縣區(qū)按照產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)主要分為牧區(qū)、半農(nóng)半牧區(qū)、農(nóng)區(qū)和城區(qū)等類型。牧區(qū)以放牧為主,天然草地為主要植被類型,其余旗縣以非牧業(yè)為主[18]。不同的生活生產(chǎn)方式對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響也有所不同。本文以旗縣區(qū)為研究單位,分為牧業(yè)旗縣區(qū)和非牧業(yè)旗縣區(qū),利用地理探測(cè)器方法[19]分析自然因子(氣候、高程、土壤、植被類型、地貌類型)和人為因子(鄉(xiāng)村人口、鄉(xiāng)村勞動(dòng)力、鄉(xiāng)村戶數(shù)、糧食產(chǎn)量、農(nóng)牧民人均收入、牲畜數(shù)量)的單因子作用和雙因子交互作用對(duì)植被覆蓋度變化的影響。本研究進(jìn)一步認(rèn)清自然因子和人為因子對(duì)內(nèi)蒙古植被變化中的作用,并且為實(shí)施地方經(jīng)濟(jì)“生態(tài)優(yōu)先,綠色發(fā)展”提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于中國(guó)北部邊疆,界于37°24′—53°23′N, 97°12′—126°04′E之間,土地總面積約為118.3萬(wàn)km2。內(nèi)蒙古地域遼闊,地勢(shì)較高,全區(qū)地貌以蒙古高原為主體,具有復(fù)雜多樣的形態(tài)[20]。除東南部外,基本都是高原。內(nèi)蒙古是我國(guó)北部的重要生態(tài)屏障,屬于干旱、半干旱氣候,是全球變化最為敏感的區(qū)域之一[21]。

內(nèi)蒙古包括11個(gè)盟市,包括52個(gè)旗、17個(gè)縣、11個(gè)盟(市)轄縣級(jí)市、23個(gè)市轄區(qū)。牧業(yè)旗縣33個(gè),這些牧業(yè)旗縣生產(chǎn)方式主要以牧業(yè)為主[18]。非牧業(yè)旗縣包括市轄區(qū)、農(nóng)區(qū)或半農(nóng)半牧地區(qū),以非牧業(yè)產(chǎn)業(yè)為主(圖1)。牧業(yè)旗縣占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的67.75%,非牧業(yè)旗縣占32.25%。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

植被NDVI、自然因素和行政矢量邊界數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)(http://www.resdc.cn)。NDVI是年度植被指數(shù),是基于連續(xù)時(shí)間序列的SPOT/VEGETATION NDVI衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),采用最大值合成法生成。自然因素包括氣候、高程、土壤、植被、地貌類型。其中氣候數(shù)據(jù)是通過(guò)插值計(jì)算的分辨率為1 km×1 km的年降水量和年平均氣溫柵格圖。高程是基于最新的SRTM V4.1數(shù)據(jù)經(jīng)重采樣生成的1 km數(shù)據(jù)。土壤、地貌和植被類型分布數(shù)據(jù)分別來(lái)源于中國(guó)土壤普查辦公室1995年編制《1∶100萬(wàn)中華人民共和國(guó)土壤圖》、《中華人民共和國(guó)地貌圖集(1∶100萬(wàn))》和1∶100萬(wàn)植被圖數(shù)字化生成的圖,分辨率為1 km；坡度、坡向由分辨率為1 km 的DEM數(shù)據(jù)計(jì)算獲取。人為因素?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒,包括鄉(xiāng)村人口、鄉(xiāng)村勞動(dòng)力、鄉(xiāng)村戶數(shù)、糧食產(chǎn)量、農(nóng)牧民人均收入、牲畜數(shù)量(統(tǒng)一換算成羊單位：駱駝、馬、牛相當(dāng)于5只綿羊,山羊則1只)。本研究根據(jù)內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒進(jìn)行牧業(yè)旗縣與非牧業(yè)旗縣的劃分。

1.3 研究方法

1.3.1趨勢(shì)線分析

本研究采用趨勢(shì)線分析方法對(duì)研究時(shí)間段內(nèi)NDVI、氣候和人為因素的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析[22],即以時(shí)間t為自變量,分別對(duì) NDVI、年均氣溫、年降水量以及6個(gè)人為因素進(jìn)行一元線性回歸分析。計(jì)算公式如下：

(1)

式中,Slope是2000—2015年NDVI、氣候或人為要素的線性回歸系數(shù),即斜率,如果回歸系數(shù)為正,說(shuō)明該變量在研究時(shí)段呈上升趨勢(shì),反之,該變量呈下降趨勢(shì)；n為研究時(shí)段年數(shù),i表示1到n,n=16；x為待分析變量(分別為生長(zhǎng)季年均NDVI、年均溫、年降水量或人為因素)。

1.3.2植被NDVI變化等級(jí)劃分

為了更好地定量分析植被覆蓋度在時(shí)間上的變化,利用NDVI序列與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)r判斷了植被覆被變化程度和性質(zhì),并且利用相關(guān)系數(shù)的大小進(jìn)行顯著性判斷[23]。顯著性臨界值查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)臨界值表獲得(樣本數(shù)為16時(shí),顯著性水平在0.05和0.01時(shí)臨界值分別為 0.468,0.590)。根據(jù)NDVI變化趨勢(shì)斜率及顯著性臨界值,將植被變化類型分為極顯著退化(斜率<0,顯著性臨界值≥0.590)、顯著退化(斜率<0,0.590>顯著性臨界值≥0.468)、無(wú)顯著變化(斜率(-∞,+∞),0.468>顯著性臨界值)、顯著改善(斜率>0,0.590>顯著性臨界值≥0.468)、極顯著改善(斜率>0,顯著性臨界值≥0.590)五類。

1.3.3指標(biāo)選取與信息提取

(1)指標(biāo)選取。探究植被NDVI變化因素,應(yīng)該從自然和人為兩個(gè)方面綜合分析[24]。大量研究表明,內(nèi)蒙古植被的變化與氣候因素高度相關(guān),尤其是與降水量[25-26]。內(nèi)蒙古地域遼闊,從東到西在土壤、植被、地質(zhì)地貌上均有很大的差別,例如植被類型,從東部的針葉林到中部的草原,再到西部的荒漠[27]。所以本文選取了7類自然因素(年降水量、年平均氣溫、土壤類型、植被類型、地質(zhì)地貌類型、坡度和坡面)。近年來(lái)人為因素對(duì)內(nèi)蒙古植被NDVI的影響研究日趨見(jiàn)長(zhǎng)。本文重點(diǎn)考慮鄉(xiāng)村地區(qū)的因素對(duì)植被NDVI的影響,盡管內(nèi)蒙古城鎮(zhèn)人口不斷地在增長(zhǎng),但內(nèi)蒙古城鎮(zhèn)面積占比很小,而且城鎮(zhèn)人口對(duì)于植被的影響相比于鄉(xiāng)村地區(qū)人口對(duì)植被的影響小很多。根據(jù)以往的研究,鄉(xiāng)村地區(qū)的指標(biāo)大多數(shù)會(huì)選擇鄉(xiāng)村總?cè)丝?、鄉(xiāng)村勞動(dòng)力或牲畜數(shù)量。本文在以往研究的基礎(chǔ)上再加上了鄉(xiāng)村戶數(shù)、農(nóng)牧民人均純收入和糧食產(chǎn)量。戶是家庭單位,在鄉(xiāng)村地區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)生活均是由戶單位來(lái)進(jìn)行的,雖然內(nèi)蒙古鄉(xiāng)村人口減少顯著,但在縣級(jí)尺度上,有些旗縣呈現(xiàn)鄉(xiāng)村人口減少,但戶數(shù)不變或增加的現(xiàn)象。本文將用糧食產(chǎn)量的變化來(lái)代表農(nóng)業(yè)水平的發(fā)展程度。由于耕地在牧業(yè)旗縣里占比很少,所以本文踢出了在牧業(yè)旗縣里的糧食產(chǎn)量變化,以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以本文選取了6類人為因素(鄉(xiāng)村總?cè)丝?、鄉(xiāng)村勞動(dòng)力、鄉(xiāng)村戶數(shù)、農(nóng)牧民人均純收入、糧食產(chǎn)量和牲畜數(shù)量)。表1列出了全部因素及解釋。

表1 影響內(nèi)蒙古植被NDVI變化的自然因素和人為因素

(2)信息提取。利用ArcGIS 10.3的Create Random Points功能生成間隔為2 km的隨機(jī)點(diǎn),共19897隨機(jī)點(diǎn)。然后以隨機(jī)點(diǎn)來(lái)提取NDVI與各因素值(圖1)。

1.3.4地理探測(cè)器

地理探測(cè)器是王勁峰等人首次提出的一種探測(cè)空間分異性、揭示驅(qū)動(dòng)因子的一種新的空間統(tǒng)計(jì)方法。地理探測(cè)器由4部分組成,分別是因子探測(cè)、交互作用探測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)與生態(tài)探測(cè),本文應(yīng)用了前三個(gè)。

(1)空間分異及因子探測(cè)。探測(cè)y(NDVI)的空間分異性,以及探測(cè)各因子多大程度上解釋了屬性y(NDVI)的空間分異。用q值度量,表達(dá)式為：

(2)

(2)交互作用探測(cè)。識(shí)別不同自變量因子之間的交互作用,即評(píng)估因子x1和x2共同作用時(shí)是否會(huì)增加或減弱對(duì)因變量y的解釋力。評(píng)估的方法是首先分別計(jì)算兩種因子x1和x2對(duì)y的q值：q(x1)和q(x2),并且計(jì)算它們交互時(shí)的q值：q(x1∩x2),并對(duì)q(x1)、q(x2)與q(x1∩x2)進(jìn)行比較。表2展現(xiàn)出了兩個(gè)因子之間的關(guān)系。

表2 兩個(gè)自變量交互作用的類型

(3)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)探測(cè)。風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)用于判斷兩個(gè)影響因子(包括自然和人為因子)子區(qū)域間的屬性均值是否有顯著的差別,用于尋找植被覆蓋度退化或改善區(qū)域。風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)用t統(tǒng)計(jì)量來(lái)檢驗(yàn)：

(3)

1.3.5數(shù)據(jù)的離散化

為了定量評(píng)價(jià)并且揭示自然和人為因子對(duì)植被覆蓋度的影響本文應(yīng)用了地理探測(cè)器,地理探測(cè)器是針對(duì)離散數(shù)據(jù)的算法,所以對(duì)連續(xù)變量(本文13個(gè)自變量中,除了植被類型、土壤類型、地貌類型、坡向,其它均是連續(xù)變量)進(jìn)行了離散化處理。本文采取自然斷點(diǎn)法[28],將坡度分為9類,其余因素分為10類(圖2，圖3)。

圖2 2000—2015年自然因子空間分布Fig.2 The spatial distribution of natural factors in 2000—2015

圖3 2000—2015年人為因子空間分布Fig.3 The spatial distribution of anthropogenic factor in 2000—2015

2 結(jié)果分析

2.1 植被NDVI時(shí)空變化

2000—2015年,16年間整個(gè)研究區(qū)NDVI在空間上增加和減少共存,總體上呈增加趨勢(shì)?？臻g上顯現(xiàn)出西部減少,東部與南部增加的趨勢(shì),其余地區(qū)變化較小。研究時(shí)段內(nèi)植被改善面積大于植被退化面積,其中極顯著改善面積達(dá)到了249842.65 km2,占整個(gè)內(nèi)蒙古總面積的21.88%,顯著改善面積占10.88%,無(wú)變化64.38%,顯著退化1.88%,極顯著退化1.00%(表3)。在空間上植被退化與植被改善區(qū)域分布不均勻,退化區(qū)域主要分布在阿拉善盟的西北部和個(gè)別城鎮(zhèn)周圍(圖4)。牧業(yè)旗縣植被極顯著改善面積占比達(dá)到了9.65%,顯著改善7.24%,無(wú)變化79.34%,顯著退化2.56%,極顯著退化1.20%(表3)。牧業(yè)旗縣植被退化面積占比超過(guò)了整個(gè)研究區(qū)植被退化面積占比,表明牧業(yè)旗縣植被退化相對(duì)于整個(gè)研究區(qū)較嚴(yán)重；植被改善面積占比低于整個(gè)研究區(qū)改善面積占比,表明相對(duì)于整個(gè)研究區(qū)改善水平低于全局改善水平。非牧業(yè)旗縣植被極顯著改善面積占比達(dá)到了47.54%,顯著改善18.52%,無(wú)變化33.00%,顯著退化0.35%,極顯著退化0.57%(表3),可以看出植被改善區(qū)域主要分布在非牧業(yè)旗縣。

圖4 2000—2015年內(nèi)蒙古基于NDVI年際變化趨勢(shì)及其顯著性的植被變化狀況空間分布Fig.4 Spatial distribution of vegetation change in Inner Mongolia from 2000 to 2015 based on the interannual variation trend of NDVI and its significance

表3 NDVI不同變化等級(jí)面積及占比

2.2 探測(cè)因子單因素分析

從整個(gè)研究區(qū)尺度來(lái)看,自然因素對(duì)植被NDVI變化的影響高于人為因素,各因子對(duì)植被NDVI變化影響程度排序?yàn)椋耗杲邓?土壤類型>植被類型>糧食產(chǎn)量>牲畜數(shù)量>農(nóng)牧民人均純收入>鄉(xiāng)村戶數(shù)>鄉(xiāng)村人口>地貌類型>鄉(xiāng)村勞動(dòng)力>年平均氣溫>坡度>坡向。自然因素中年降水量、土壤類型及植被類型的影響最為顯著,年降水量與土壤類型的q值分別是0.2244和0.2232,解釋率在22%以上,植被類型q值為0.1720,解釋率在17%以上。人為因素中糧食產(chǎn)量和牲畜數(shù)量對(duì)植被NDVI變化的影響較大,其q值分別是0.1186和0.1182,解釋力在11%以上(表4)。

在牧業(yè)旗縣,自然因素對(duì)植被NDVI變化的影響高于人為因素。各因子q值從大到小排序依次為：年降水量>土壤類型>植被類型>農(nóng)牧民人均純收入>牲畜數(shù)量>鄉(xiāng)村戶數(shù)>地貌類型>鄉(xiāng)村人口>鄉(xiāng)村勞動(dòng)力>年平均氣溫>坡面>坡度。自然因素中年降水量、土壤類型q值較大,分別達(dá)到了0.2638和0.2346,解釋率均在23%以上,其次為植被類型,q值為0.1800,解釋率在18%以上。人為因素而言,農(nóng)牧民人均純收入和牲畜數(shù)量影響較大,q值分別為0.1435和0.1167,解釋率在11%以上(表4)。

在非牧業(yè)旗縣,人為因素對(duì)植被NDVI變化的影響高于自然因素。各因素q值從大到小排列依次為：糧食產(chǎn)量>鄉(xiāng)村勞動(dòng)力>年平均氣溫>土壤類型>年降水量>鄉(xiāng)村戶數(shù)>農(nóng)牧民人均純收入>牲畜數(shù)量>鄉(xiāng)村總?cè)丝?地貌類型>坡度>植被類型>坡向。人為因素中糧食產(chǎn)量的影響最大,q值為0.1131,解釋率在11%以上；其次為鄉(xiāng)村勞動(dòng)力,q值為0.0896,解釋率為7%以上。自然因素中年平均氣溫、土壤類型和年降水量的影響較大,q值依次為0.0875、0.0871和0.0781,解釋率均在7%以上(表4)。

表4 導(dǎo)致內(nèi)蒙古牧業(yè)旗縣和非牧業(yè)旗縣植被NDVI變化的主要影響因素及q值

2.3 探測(cè)因子交互作用分析

在研究區(qū)植被NDVI變化中,雙因子之間的交互作用呈現(xiàn)出兩種關(guān)系,即非線性增強(qiáng)和雙因子增強(qiáng),不存在獨(dú)立起作用的因子。

在牧業(yè)旗,雙因子之間的交互作用對(duì)植被NDVI變化的解釋率高的6組為(圖5)：鄉(xiāng)村戶數(shù)∩牲畜數(shù)量(0.480)>年降水量∩牲畜數(shù)量(0.439)>土壤類型∩農(nóng)牧民人均純收入(0.422)>年降水量∩鄉(xiāng)村戶數(shù)(0.414)>鄉(xiāng)村勞動(dòng)力∩牲畜數(shù)量(0.411)>年降水量∩鄉(xiāng)村戶數(shù)(0.403)。表明雙因子之間的交互作用中,鄉(xiāng)村戶數(shù)和牲畜數(shù)量因子之間交互作用的影響為最大,其次為年降水量和牲畜數(shù)量的自然因素和人為因素的交互作用。這與單因子分析的自然因子作用大人為因子作用的結(jié)果有所不同。

圖5 2000—2015年導(dǎo)致植被NDVI變化的因子之間交互作用探測(cè)Fig.5 Interaction detection between the factors leading to NDVI changes in vegetation from 2000 to 2015

在非牧業(yè)旗縣,因子之間的交互作用均呈現(xiàn)出非線性增強(qiáng)關(guān)系。雙因子之間的交互作用對(duì)植被NDVI變化的解釋率高的6組為(圖5)：土壤類型∩糧食產(chǎn)量(0.311)>年降水量∩土壤類型(0.296)>年降水量∩農(nóng)牧民人均純收入(0.274)>年平均氣溫∩土壤類型(0.269)>鄉(xiāng)村勞動(dòng)力∩農(nóng)牧民人均純收入(0.266)>農(nóng)牧民人均純收入∩糧食產(chǎn)量(0.265)?？梢园l(fā)現(xiàn),因子之間的交互影響中,植被NDVI變化受糧食產(chǎn)量和土壤類型的雙因子交互作用最大,其次為年降水量和土壤類型的雙因子交互作用。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)探測(cè)

由于本文選取的影響植被NDVI變化的因素較多,所以風(fēng)險(xiǎn)區(qū)探測(cè)只列出了前6個(gè)主要因素(圖6)。將2000—2015年的年降水量變化趨勢(shì)、年平均氣溫變化趨勢(shì)、糧食產(chǎn)量趨勢(shì)和鄉(xiāng)村勞動(dòng)力變化趨勢(shì)分10個(gè)分區(qū),用數(shù)字1—10來(lái)表示。

從圖6可以看出隨著年降水量的增加趨勢(shì)NDVI呈增加趨勢(shì),在牧業(yè)旗和非牧業(yè)旗縣NDVI變化趨勢(shì)達(dá)到5類型時(shí)達(dá)到最高值。還可以看出,植被NDVI變化趨勢(shì)隨著年降水量的增加趨勢(shì)也呈增加,這進(jìn)一步證明了在內(nèi)蒙古干旱半干旱地區(qū)降水是植被變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

在牧業(yè)旗和非牧業(yè)旗縣,年平均氣溫對(duì)植被NDVI的影響截然不同。在牧業(yè)旗縣,植被NDVI變化趨勢(shì)在1類型時(shí)年均溫變化趨勢(shì)達(dá)到最高值,而且隨著年均溫的增加趨勢(shì)植被NDVI變化趨勢(shì)呈減少。在非牧業(yè)旗縣,植被NDVI變化趨勢(shì)在10類型時(shí)年均溫變化趨勢(shì)達(dá)到最高值,而且隨著年均溫的增加趨勢(shì)植被NDVI變化趨勢(shì)呈增加(圖6)。

在非牧業(yè)旗縣,9類型糧食產(chǎn)量變化趨勢(shì)時(shí)植被NDVI變化趨勢(shì)最高,而且隨著糧食產(chǎn)量的增加趨勢(shì)植被NDVI也呈增加趨勢(shì)(圖6)。已有研究表明,內(nèi)蒙古農(nóng)區(qū)植被的改善與農(nóng)業(yè)種植水平的提高有很大的關(guān)系[29]。

圖6 不同分區(qū)植被NDVI變化趨勢(shì)Fig.6 NDVI variation trend of vegetation in different zones

在非牧業(yè)旗縣,隨著鄉(xiāng)村勞動(dòng)力的增加植被NDVI變化趨勢(shì)也呈增加。研究表明,鄉(xiāng)村勞動(dòng)力遷出對(duì)植被NDVI具有正影響[16]。但本文認(rèn)為在內(nèi)蒙古牧業(yè)旗以外的非牧業(yè)旗縣,隨著鄉(xiāng)村勞動(dòng)力的增加趨勢(shì)植被NDVI變化趨勢(shì)也隨之增加。

在內(nèi)蒙古全區(qū)包括有34種土類類型,另外還有江河、湖泊以及城區(qū)。在牧業(yè)旗縣大多數(shù)土壤類型的植被NDVI變化呈增加趨勢(shì),其中湖泊NDVI增加趨勢(shì)最明顯,達(dá)到了0.0083。這可能是內(nèi)蒙古湖泊退化導(dǎo)致的結(jié)果。已有研究表明農(nóng)業(yè)開(kāi)墾是內(nèi)蒙古湖泊面積縮小的重要原因[30],耕地侵占湖泊水域,NDVI必然會(huì)增加,因?yàn)樗w的NDVI值在0以下?；易啬痢⒛雏}土、龜裂土和荒漠風(fēng)沙土的植被NDVI呈下降趨勢(shì),這幾種土壤類型都屬于干旱區(qū)土壤,植被生境惡劣,易受各種因素的影響。

按植被大類把內(nèi)蒙古植被分成針葉林、闊葉林、灌叢、荒漠、草原、草叢和草甸等。大部分植被類型的NDVI呈增加趨勢(shì)。在牧業(yè)旗縣和非牧業(yè)旗縣荒漠的植被NDVI變化趨勢(shì)始終最低。在牧業(yè)旗縣更是低于0,這表示荒漠植被退化顯著。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

(1)自然因素對(duì)研究區(qū)植被變化的影響。在本項(xiàng)研究中牧業(yè)旗縣植被覆蓋變化的主要影響因素為降水量。牧業(yè)旗縣面積是研究區(qū)總面積的67.75%,主要以放牧為主,草地為主要土地覆被/覆蓋類型。內(nèi)蒙古自治區(qū)位于中國(guó)干旱半干旱區(qū),主要植被為草原[31],草原區(qū)熱量條件相對(duì)充足,能夠滿足植被生長(zhǎng)需要,降水量是植被生長(zhǎng)狀況的主要?dú)夂蛞蛩?溫度的作用不如降水量那樣明顯[32-33]。土壤對(duì)植被的影響在降水為主要限制因素的地區(qū)顯著[34-36],這與本文研究結(jié)果一致。土壤類型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力產(chǎn)生起到?jīng)Q定作用,并且直接影響植被覆蓋度。非牧業(yè)旗縣植被覆蓋度變化主體為耕地。耕地地力與植被指數(shù)之間存在著較高的相關(guān)性[37]。土壤類型影響耕地生產(chǎn)潛力,而植物的光合效率和水分狀況決定了耕地產(chǎn)量,因此年降水量、土壤類型和年均溫為主要影響自然因子。

(2)人為因子對(duì)研究區(qū)植被覆蓋度的影響。內(nèi)蒙古地區(qū)植被覆蓋度變化是由氣候變化和人類活動(dòng)引起[38]。在內(nèi)蒙古地區(qū)牧業(yè)旗縣植被覆蓋度的主要人為影響因素為戶數(shù)和牲畜數(shù)量。內(nèi)蒙古地區(qū)“家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制”以后,草場(chǎng)以家庭戶(牧戶)為單元進(jìn)行承包。兒女成家以后,從父母處獲取(分割)草場(chǎng)(通常是用網(wǎng)圍欄),滿足需求。相關(guān)的政府扶持政策都是按牧戶為單位進(jìn)行分配,從而增加了牧戶數(shù)量,產(chǎn)生很多中小牧戶,而草場(chǎng)超載過(guò)牧的主體是中小牧戶[39]。此外草場(chǎng)承包和圍欄建設(shè)可能會(huì)產(chǎn)生 “狹地制約”的問(wèn)題,使得牧戶的草場(chǎng)經(jīng)營(yíng)規(guī)模變得狹小,帶來(lái)草場(chǎng)的破碎化經(jīng)營(yíng)[40],草場(chǎng)經(jīng)營(yíng)面積越小,載畜量的草地面積單位越低[41]。在內(nèi)蒙古地區(qū)牲畜密度的增加造成草地地上生物量減少引起植被覆蓋度變化[15]。在內(nèi)蒙古地區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展在一定程度上增加了該區(qū)域植被的恢復(fù)[33],因此在非牧業(yè)旗縣中,糧食產(chǎn)量是植被覆蓋度變化主要影響因素。

(3)研究區(qū)植被NDVI變化影響因素而言,政府實(shí)施的政策因子也起到了重要作用。自2000年以來(lái)我國(guó)在內(nèi)蒙古地區(qū)實(shí)施了一系列生態(tài)恢復(fù)政策項(xiàng)目,包括退耕還林還草、天然草地保護(hù)、京津風(fēng)沙源治理等生態(tài)保護(hù)工程,人工種草、生態(tài)補(bǔ)償、輪牧、鼠害防治等。這些生態(tài)項(xiàng)目的實(shí)施也很大程度上加速了植被NDVI的恢復(fù)和改善,其效果不可忽視[13]。在未來(lái)研究中,應(yīng)該在人為因素中增加政策因子,更深入研究植被NDVI變化的驅(qū)動(dòng)因素。

3.2 結(jié)論

(1)2000—2015年內(nèi)蒙古植被覆蓋度時(shí)空變化明顯,總體上呈增加趨勢(shì)。在空間上呈現(xiàn)出西部減少,東部與南部增加趨勢(shì),其余地區(qū)變化不明顯。不管在牧業(yè)旗縣還是非牧業(yè)旗縣植被NDVI都呈增加趨勢(shì),但非牧業(yè)旗縣的植被NDVI改善區(qū)面積大于牧業(yè)旗縣的改善面積。

(2)整個(gè)研究區(qū),年降水量和土壤類型是影響植被NDVI的主要驅(qū)動(dòng)因素,解釋率在22%以上。在牧業(yè)旗縣和非牧業(yè)旗縣,前者也是年降水量和土壤類型是主要驅(qū)動(dòng)因素,但在后者糧食產(chǎn)量是最主要的驅(qū)動(dòng)因素。

(3)因子之間的交互影響均高于單因子的影響。在牧業(yè)旗,因子之間的交互作用呈現(xiàn)出非線性增強(qiáng)和雙因子增強(qiáng)關(guān)系,植被NDVI變化受鄉(xiāng)村戶數(shù)∩牲畜數(shù)量的交互影響最為突出。非牧業(yè)旗縣因子之間呈現(xiàn)出非線性增強(qiáng)的交互作用關(guān)系,植被NDVI變化受土壤類型∩糧食產(chǎn)量的交互影響最為明顯。