衛(wèi)潔,雷添杰，孔冬梅，王紅巖,武志濤*

(1.山西大學(xué) 黃土高原研究所,山西 太原 030006;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038;3.山西大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006；4.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所,北京 100101)

0 引言

植被不僅是人類賴以生存的重要自然資源,而且在維護(hù)環(huán)境安全方面發(fā)揮著非常重要的作用[1]。長(zhǎng)時(shí)序大尺度的植被變化(改善或退化)體現(xiàn)了自然因素和人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的作用。隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展,研究長(zhǎng)時(shí)間序列的植被指數(shù)(如NDVI)的變化成為研究植被變化的主要途徑。其基本思想是依據(jù)同一地區(qū)經(jīng)過校準(zhǔn)的不同時(shí)期遙感影像存在的光譜特征差異識(shí)別植物的內(nèi)部、外部條件和狀態(tài)變化[2-6]。近30 a北半球生長(zhǎng)季植被生長(zhǎng)狀況整體呈增加趨勢(shì),森林植被增長(zhǎng)速率較大;相比于20世紀(jì)80年代,20世紀(jì)90年代植被增加趨勢(shì)比較顯著,而從21世紀(jì)初開始,NDVI增長(zhǎng)速率有減緩趨勢(shì)[7]。

京津風(fēng)沙源區(qū)屬于典型的脆弱生態(tài)區(qū)[8]。為了改善和優(yōu)化北京及其周圍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境,2001年我國(guó)政府啟動(dòng)京津風(fēng)沙源治理工程,包括人工造林、封山育林、飛播造林、退耕還林、圍欄草地封育和“禁牧、輪牧和休牧”等多種生態(tài)恢復(fù)措施。因此,工程實(shí)施后,京津風(fēng)沙源區(qū)的植被發(fā)生了很大的變化[9-10]。京津風(fēng)沙源區(qū)是我國(guó)氣候變化一級(jí)、二級(jí)敏感地帶所在,目前國(guó)內(nèi)外已有一些相關(guān)研究,主要有:(1)選取不同的植被指數(shù),對(duì)不同植被指數(shù)提取植被信息的效果進(jìn)行比較,選擇適合研究區(qū)監(jiān)測(cè)植被動(dòng)態(tài)變化的指數(shù)。研究表明,NDVI是最佳的研究京津風(fēng)沙源區(qū)植被變化的指數(shù)[11]。(2)利用長(zhǎng)時(shí)序NDVI數(shù)據(jù)和趨勢(shì)分析法研究研究區(qū)的植被變化。嚴(yán)恩萍、裴亮以及吳丹近年來(lái)對(duì)研究區(qū)的植被變化進(jìn)行研究,研究發(fā)現(xiàn)工程實(shí)施后,植被覆蓋呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)[12-14]。(3)以研究區(qū)典型區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象,研究植被動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)因素。何晴等人利用Landsat TM數(shù)據(jù)以渾善達(dá)克沙地東部地區(qū)為研究區(qū)進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)降水是決定該區(qū)域植被生長(zhǎng)狀況的主要?dú)庀笠蜃?人類活動(dòng)(如京津風(fēng)沙源治理工程項(xiàng)目和禁牧政策等)對(duì)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)起到了關(guān)鍵的作用[15]。

雖然京津風(fēng)沙源地區(qū)的治理工程已實(shí)施15 a,開展多時(shí)相多尺度區(qū)域的植被變化的研究迫在眉睫。因此,本文采用MODIS NDVI數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析了京津風(fēng)沙源區(qū)2000～2014年的植被年際、季節(jié)和月變化特征。以期為京津風(fēng)沙源一期工程建設(shè)的生態(tài)效果評(píng)估和更加有效地進(jìn)行二期工程建設(shè)提供重要的科學(xué)依據(jù),具有很重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)簡(jiǎn)介

京津風(fēng)沙源一期工程區(qū)包括北京、天津、河北、內(nèi)蒙古及山西等75個(gè)縣,總面積4.582×107hm2。該研究區(qū)氣候復(fù)雜,包括2個(gè)氣候帶和5個(gè)氣候大區(qū):暖溫帶半濕潤(rùn)大區(qū)、溫帶半濕潤(rùn)大區(qū)、溫帶干旱大區(qū)、溫帶極干旱大區(qū)。植被類型多樣,包括溫帶、暖溫帶落葉闊葉林、灌草植被、大針茅、克氏針茅和黨花針茅以及以闊葉喬木和旱生灌木為主的人工植被。高尚玉等[16-17]根據(jù)京津風(fēng)沙源區(qū)治理工程的氣候,地貌及植被類型差異,將京津風(fēng)沙源區(qū)分為荒漠草原亞區(qū),渾善達(dá)克沙地亞區(qū),典型草原亞區(qū),科爾沁沙地亞區(qū),大興安嶺南部亞區(qū),晉北山地丘陵亞區(qū)、農(nóng)牧交錯(cuò)帶亞區(qū)和燕山丘陵山地水源保護(hù)亞區(qū)8個(gè)亞區(qū)。本文采用這一分區(qū)方法(圖1)。

Fig.1 Study area location圖1 研究區(qū)位置示意圖

1.2 數(shù)據(jù)

本研究采用的NDVI數(shù)據(jù)是從美國(guó)NASA的LP DAAC(Land Processes Distributed Archive Center)下載的2000～2014年的逐月1km NDVI產(chǎn)品數(shù)據(jù)(MOD13A3)。每個(gè)時(shí)段的MODIS數(shù)據(jù)包含5個(gè)tile數(shù)據(jù) (h25v04,h26v04,h27v04,h26v05,h27v05),采用MRT(Modis Reprojection Tool)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行批量的拼接和裁剪處理[18]。研究區(qū)的部分區(qū)域植被較為稀疏,如科爾沁沙地和渾善達(dá)克沙地。因此,參考相關(guān)研究,以0.05和0.1為閾值,將月NDVI小于0.05的地區(qū)和季節(jié)NDVI與年NDVI小于0.1的地區(qū)定義為無(wú)植被區(qū)[19-22]。氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。用阿巴嘎旗和錫林浩特市放牧壓力指數(shù)來(lái)反應(yīng)“禁牧、輪牧和休牧”等生態(tài)工程建設(shè)對(duì)區(qū)域植被變化的影響,其中計(jì)算NPP所用的氣溫、降水和地面向下短波輻射等要素?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所開發(fā)的一套近地面氣象與環(huán)境要素在分析數(shù)據(jù)集——中國(guó)區(qū)域高時(shí)空分辨率地面氣象要素驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)集,該數(shù)據(jù)集時(shí)間分辨率為 3 h,水平空間分辨率 0.1°。該數(shù)據(jù)集通過大規(guī)模的采樣,對(duì)CASA模型在研究區(qū)的適用性和NPP的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證[23-24]。年末牲畜頭數(shù)來(lái)自內(nèi)蒙古自治區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.3 方法

(1)植被變化率[17]是指某一時(shí)間段內(nèi)植被活動(dòng)整體趨勢(shì)的變化,其計(jì)算公式如下:

RCR=eslop/nmea×N×100% ，

(1)

其中:植被指標(biāo)為NDVI,RCR為植被的變化率,eslop為N年NDVI變化的斜率,nmea為N年的NDVI的平均值,N為NDVI的時(shí)間序列長(zhǎng)度。該變化率表示N年內(nèi)植被活動(dòng)整體的變化情況,在數(shù)值上相當(dāng)于N年內(nèi)年NDVI的初期値除以末期值與初期值之差。如果為正,表示植被的增加率,反之表示植被的減少率。

(2)回歸分析法在植被長(zhǎng)時(shí)序變化的研究中應(yīng)用廣泛。對(duì)于植被指標(biāo)的時(shí)序數(shù)據(jù),同一像元位置對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一組時(shí)間序列,采用最小二乘方法擬合得到相應(yīng)的線性方程。方程中的斜率k>0,說(shuō)明植被活動(dòng)呈增加趨勢(shì),k<0說(shuō)明植被活動(dòng)呈下降趨勢(shì)[25]。Stow等人在回歸分析法基礎(chǔ)上,提出了GRC(Greenness Rate of Change)方法,GRC的定義為某個(gè)時(shí)間段內(nèi)變量年際變化最小次方線性回歸方程的斜率[26],其表達(dá)式如下:

(2)

(3)放牧壓力指數(shù)

為了分析“禁牧、輪牧和休牧”等生態(tài)工程建設(shè)對(duì)區(qū)域植被變化的影響,引用了放牧壓力指數(shù)(Grazing Pressure Index,GPI)來(lái)表示草畜供需關(guān)系。GPI的趨勢(shì)變化與草原恢復(fù)基本一致[27],其表達(dá)式如下:

(3)

NPP估算選用常規(guī)的CASA(Carnegie Ames Stanford Approach model)模型[28]。

2 結(jié)果與分析

考慮到研究區(qū)內(nèi)冬季植被會(huì)被冰雪覆蓋,植被指數(shù)無(wú)法真實(shí)反映植被覆蓋情況,因此本研究在分析植被活動(dòng)季節(jié)變化特征時(shí),未考慮冬季植被活動(dòng)變化。春季(3～5月)、夏季(6～8月)和秋季(9～11月)的NDVI為相應(yīng)三個(gè)月份NDVI的平均值。

2.1 京津風(fēng)沙源區(qū)植被變化的時(shí)間特征

為了分析京津風(fēng)沙源植被變化的時(shí)間特征,從季節(jié)和年尺度計(jì)算2000～2014年NDVI的平均值(mean)、年變化趨勢(shì)(slop)和相對(duì)變化率(RCR)。其中季節(jié)NDVI為3個(gè)月NDVI的平均值,如春季NDVI為3、4、5月份3個(gè)月NDVI的平均值,年NDVI為1年12個(gè)月NDVI的平均值。結(jié)果表明,京津風(fēng)沙源工程實(shí)施15 a來(lái),研究區(qū)植被覆蓋整體呈顯著增加的趨勢(shì),年增加率為0.002 2/年,植被變化的增加率為11.79%(R2=0.31,P<0.05)(圖2)。從圖2中可以看出,2000～2014年NDVI年際波動(dòng)性較大。NDVI在2001年、2007年和2009年出現(xiàn)谷值,在2003年、2008年和2012年出現(xiàn)峰值。整個(gè)京津風(fēng)沙源區(qū)各個(gè)季節(jié)植被活動(dòng)均呈緩慢增加的趨勢(shì),但均未通過顯著性的檢驗(yàn)。各季節(jié)的增加趨勢(shì)存在一定的差異,其中夏季植被活動(dòng)的年增加速率為 0.003 5/年(R2=0.22,P=0.08)。其次是春季和秋季,年增加速率分別為0.001 3/年(R2=0.36,P<0.05)和0.001 7/年(R2=0.14,P=0.18)。春季、夏季和秋季相對(duì)增加率為分別為9.29%,12.50%和8.79%。整體來(lái)說(shuō),夏季植被活動(dòng)的增加對(duì)年植被活動(dòng)增加的貢獻(xiàn)率最大(12.50%>11.79%),秋季植被活動(dòng)增加對(duì)年植被活動(dòng)增加的貢獻(xiàn)率最小(表1)。相同年份不同季節(jié)的植被變化對(duì)該年的植被活動(dòng)變化貢獻(xiàn)也存在較大的差異。例如,2012年植被活動(dòng)的增加是該年春季、夏季和秋季NDVI 共同上升作用的結(jié)果,而2009年的年植被活動(dòng)的下降則主要?dú)w于該年夏季和秋季NDVI的下降。

為了進(jìn)一步研究月NDVI對(duì)全年NDVI變化的影響,本文研究了京津風(fēng)沙源區(qū)2000～2014 年各月份NDVI的平均值和月NDVI變化趨勢(shì)(圖3)。如圖所示,京津風(fēng)沙源區(qū)8月份NDVI的值最大,1月份NDVI的值最小。從月NDVI變化的趨勢(shì)中可以看出京津風(fēng)沙源區(qū)各個(gè)月植被均呈增加的趨勢(shì),其中6月NDVI增加趨勢(shì)最顯著,其次是5、7和10月,NDVI趨勢(shì)增加最緩慢的月份為12月。因此,夏季(6～8月)NDVI增加對(duì)全年NDVI的顯著增加貢獻(xiàn)最大,其次是春季(3～5月),而1、2和12月NDVI趨勢(shì)增加較為緩慢,對(duì)全年NDVI的顯著增加的影響較小。

表1 2000～2014年不同季節(jié)和年NDVI的平均值、年變化趨勢(shì)和相對(duì)變化率

Fig.2 Interannual variations of NDVI in spring,summer,autumn and year over the period 2000～2014 in the BTSSR圖2 研究區(qū)2000～2014年不同季節(jié)和年的植被變化

Fig.3 Fifth-year averaged monthly NDVI and its trend in the BTSSR from 2000 to 2014圖3 研究區(qū)2000～2014年月NDVI及變化趨勢(shì)

2.2 植被變化的空間特征

基于像元尺度分析了京津風(fēng)沙源區(qū)2000～2014年NDVI的空間變化特征(圖4和圖5),其中圖5中顯著增加和顯著減少(P<0.05)的百分比為通過顯著性水平為0.05的像元個(gè)數(shù)占總區(qū)域像元個(gè)數(shù)的百分比。采用NDVI和年的相關(guān)系數(shù)R來(lái)判斷植被變化是否通過顯著性檢驗(yàn),其中R> 0.514為植被呈顯著增加趨勢(shì),R<-0.514為植被顯著減少趨勢(shì)。京津風(fēng)沙源區(qū)84.51%的NDVI呈增加的趨勢(shì),其中呈顯著增加趨勢(shì)的區(qū)域占29.04%,呈顯著下降的區(qū)域僅占0.81%。其中NDVI顯著增加的區(qū)域集中在晉北山地丘陵亞區(qū)、燕山丘陵山地水源保護(hù)亞區(qū)、大興安嶺南部亞區(qū)南部、科爾沁沙地亞區(qū)的南部和典型草原亞區(qū)的部分地區(qū)。這是由于晉北山地丘陵亞區(qū)、燕山丘陵山地水源保護(hù)亞區(qū)等地方降水充足,且營(yíng)林造林、草地治理面積大,植被整體恢復(fù)速度快,“草場(chǎng)建設(shè)”、“沙地治理”等生態(tài)工程的正向作用。NDVI顯著下降的區(qū)域主要集中在農(nóng)牧交錯(cuò)帶草原亞區(qū)西部、典型草原亞區(qū)的東南部和大興安嶺南部亞區(qū)的東北部,這可能與人類活動(dòng)有一定的關(guān)系,部分地區(qū)存在過度放牧,田灌面積減少,植被破壞的現(xiàn)象。

Fig.4 Spatial patterns of mean NDVI trends for (a) year (1～12),(b) spring (3～5),(c) summer (6～8),and (d) autumn (9～11) over the period 2000～2014 in the BTSSR.圖4 研究區(qū)2000～2014年(a)年、(b)春季、(c)夏季和(d)秋季植被變化空間分布

2000～2014年京津風(fēng)沙源區(qū)82.05%的區(qū)域春季NDVI呈增加的趨勢(shì),其中26.91%的區(qū)域呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì),植被活動(dòng)下降的區(qū)域較少。從整體上看,春季研究區(qū)東南區(qū)域的植被增加趨勢(shì)大于西北部植被增加的趨勢(shì),且主要集中在燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)(圖4b)這主要是由于荒漠草原亞區(qū)、渾善達(dá)克沙地亞區(qū)等北部地區(qū)屬于干旱地區(qū),降水少,導(dǎo)致植被增長(zhǎng)緩慢。而燕山丘陵山地水源保護(hù)亞區(qū)屬于暖溫帶半濕潤(rùn)氣候,降水較充足,且這一地區(qū)植被主要為林地,結(jié)合京津風(fēng)沙源區(qū)一期的治理,植被增加趨勢(shì)明顯;2000～2014京津風(fēng)沙源區(qū)82.36%的區(qū)域夏季NDVI呈增加的趨勢(shì),但空間差異很大,呈明顯的條帶狀。NDVI顯著增加區(qū)域分布在典型草原亞區(qū)的西北部和南部、晉北山地丘陵亞區(qū)、燕山丘陵山地水源保護(hù)亞區(qū)西部、大興安嶺南部亞區(qū)的南部、科爾沁沙地亞區(qū)的南部。NDVI下降的區(qū)域呈現(xiàn)出明顯的西南東北條帶,主要集中在荒漠草原亞區(qū)的南部、渾善達(dá)克沙地亞區(qū)的東部,農(nóng)牧交錯(cuò)帶亞區(qū)西北部、大興安嶺南部亞區(qū)東北部和典型草原亞區(qū)的東南部。與春季相比,植被活動(dòng)大面積增強(qiáng),但以荒漠草原亞區(qū)為主的西部地區(qū)植被變化仍處于下降趨勢(shì)(圖4c)。夏季是植被增長(zhǎng)最旺盛的時(shí)期,因此植被活動(dòng)普遍增強(qiáng),而以荒漠草原亞區(qū)為主的西部地區(qū)屬于溫帶及干旱大區(qū),降水不足,植被稀疏,因此植被活動(dòng)微弱。NDVI下降呈明顯的西南東北條帶,這很可能與溫度降水等氣候因素以及人類活動(dòng)有關(guān);受到夏季NDVI的影響,京津風(fēng)沙源區(qū)2000～2014秋季NDVI空間分布也呈現(xiàn)一定的條帶狀,植被活動(dòng)顯著下降的區(qū)域集中在條帶的東北部,整體上植被活動(dòng)減弱,植被活動(dòng)呈增加趨勢(shì)的區(qū)域占74.22%,其中植被顯著增加的區(qū)域占18.23%(圖 4d)。以上分析表明三個(gè)季節(jié)植被活動(dòng)的增加導(dǎo)致了該區(qū)域年植被活動(dòng)的增加(圖4a)。整個(gè)研究區(qū)的年植被活動(dòng)下降的區(qū)域呈現(xiàn)明顯的西南東北條帶。從整個(gè)條帶分析,夏季和秋季植被活動(dòng)的顯著下降造成了整體的植被活動(dòng)的下降。

Fig.5 NDVI increase or decrease on the area for the year and different seasons in the BTSSR圖5 研究區(qū)2000～2014年不同季節(jié)和年不同等級(jí)植被變化的百分比

2.3 植被覆蓋變化的歸因分析

2.3.1 氣候變化對(duì)NDVI變化的影響

以氣溫和降水為核心的氣候因素是影響植被變化的最主要自然因素。圖6為2000～2014年NDVI、氣溫和降水的季節(jié)和年際變化特征。2000～2014年NDVI呈顯著增加的趨勢(shì),年增加速率為0.002 2/年(R2=0.30,P<0.05),降水呈增加的趨勢(shì),年增速率為3.83 mm/年(R2=0.14,P=0.18),而溫度則呈略微下降的趨勢(shì),年下降速率為-0.022 6℃/年(R2=0.03,P=0.55),但氣溫與降水均未通過統(tǒng)計(jì)意義的顯著性檢驗(yàn)。從圖6a中可以看出,降水變化與NDVI變化趨勢(shì)基本一致,降水上升的年份,NDVI在增加,降水減少的年份,NDVI也在下降。為了進(jìn)一步分析溫度和降水與NDVI的相關(guān)性,首先分別計(jì)算2000～2014年整個(gè)研究區(qū)的溫度、降水、NDVI平均值,然后采用相關(guān)系數(shù)分別對(duì)不同季節(jié)、年的溫度和降水與NDVI進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果如表2所示,NDVI與降水呈顯著的正相關(guān)(R=0.85,P<0.01),NDVI與溫度呈負(fù)相關(guān)(R=-0.48,P>0.05),這一結(jié)果表明降水對(duì)植被變化影響較大(表2)。本文進(jìn)一步分析了不同季節(jié)NDVI與氣溫、降水的變化(圖6b-d)。與年降水的變化趨勢(shì)類似,春季、夏季和秋季的降水均呈上升的趨勢(shì),年增加率分別為0.288 mm/a,1.84 mm/a和1.86 mm/a。而三個(gè)季節(jié)溫度變化則呈現(xiàn)出不一致的變化,其中春季和夏季溫度呈下降的趨勢(shì),秋季溫度則呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),年變化率分別為-0.051 ℃/a,-0.050℃/a和0.020℃/a。表2為三個(gè)季節(jié)NDVI與氣溫、降水的相關(guān)系數(shù),從表中可知,三個(gè)季節(jié)NDVI與降水均呈正相關(guān)的關(guān)系,與溫度均呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系,夏季降水與NDVI呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(R=0.74,P<0.01),夏季氣溫與NDVI呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(R=-0.74,P<0.01)。

表2 京津風(fēng)沙源區(qū)不同季節(jié)和年溫度、降水和NDVI的相關(guān)系數(shù)

2000～2014年不同月溫度、降水的平均值及趨勢(shì)變化(圖7)。從圖7可以看出,降水量和溫度平均值的最高值都發(fā)生在7月。7月降水顯著增加的趨勢(shì)最為明顯,9月溫度下降最為明顯。從圖7和圖3可以看出,各月NDVI的變化趨勢(shì)與各月降水變化趨勢(shì)基本一致,進(jìn)一步表明降水是限制研究區(qū)植被變化的主要因素。NDVI最大值出現(xiàn)在8月,降水的最大值出現(xiàn)在7月,因此NDVI變化對(duì)降水變化的響應(yīng)可能存在1個(gè)月的滯后效應(yīng),這需要進(jìn)一步的研究論證。

Fig.6 The seasonal and annual variations of temperature,precipitation and NDVI over the period 2000～2010圖6 2000～2014年氣溫、降水和NDVI的季節(jié)和年際變化

Fig.7 Fifteen-year averaged monthly precipitation and temperature and its trend in the BTSSR from 2000 to 2014圖7 京津風(fēng)沙源區(qū)2000～2014年不同月份溫度、降水平均值和趨勢(shì)變化

2.3.2 “禁牧、輪牧和休牧”等生態(tài)工程措施對(duì)NDVI變化的影響

京津風(fēng)沙源工程實(shí)施以來(lái),實(shí)施了如“圍欄、禁牧、休牧和輪牧”等一系列措施和相應(yīng)的配套政策。這些措施和政策的實(shí)施,必然會(huì)對(duì)研究區(qū)牲畜的數(shù)量產(chǎn)生一定的影響。由于很難通過一些定量的指標(biāo)來(lái)刻畫這些措施和配套政策,因此,通過放牧壓力指數(shù)來(lái)反映這些措施和政策,從而來(lái)分析這些措施和政策對(duì)草地植被變化的影響。圖8為阿巴嘎旗和錫林浩特市2000～2010年放牧壓力指數(shù)的變化,其中錫林浩特市放牧壓力指數(shù)的年下降速度為0.010 3/a(R2=0.325 6,P<0.05),阿巴嘎旗的年下降速度為0.027 8/a(R2=0.409 5,P<0.01),兩旗市的研究結(jié)果均表明放牧壓力指數(shù)呈顯著下降趨勢(shì),結(jié)果表明這一系列措施和政策的實(shí)施對(duì)研究區(qū)的植被變化起到了一定的促進(jìn)作用。劉國(guó)榮等人以內(nèi)蒙古赤峰市巴林右旗(京津風(fēng)沙源區(qū)的東部)為研究區(qū),研究了禁牧與放牧管理下典型草地的植被變化,通過野外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在實(shí)施禁牧措施后,典型草地的植被狀況整體有一定程度的好轉(zhuǎn)[29]。

Fig.8 The Grazing Pressure Index(GPI) of Obaga and Xilinhot from 2000 to 2014圖8 錫林浩特(a)和阿巴嘎旗(b)2000～2014放牧壓力指數(shù)

3 結(jié)論與討論

采用2000～2014年的MODIS NDVI數(shù)據(jù)、運(yùn)用線性趨勢(shì)分析方法,系統(tǒng)的研究了京津風(fēng)沙源區(qū) 2000～2014年的年、季節(jié)和月植被變化時(shí)空特征。在此基礎(chǔ)上,從年、季節(jié)和月三個(gè)尺度系統(tǒng)研究了引起區(qū)域植被變化的驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)果表明,京津風(fēng)沙源治理工程實(shí)施以來(lái),研究區(qū)的植被呈逐漸改善的趨勢(shì)。主要結(jié)論如下:

(1)從區(qū)域上看,2000～2014年NDVI呈逐漸增加的趨勢(shì),其中植被活動(dòng)增加最大的季節(jié)為夏季,相對(duì)增加率為12.50%,植被增加最為緩慢的為秋季,相對(duì)增加率為 8.79%。6月份NDVI的增加率最大,12月份的NDVI的增加率相對(duì)較慢。

(2)從空間上看,京津風(fēng)沙源區(qū)84.51%的植被活動(dòng)呈增加的趨勢(shì),29.04%的區(qū)域植被活動(dòng)呈顯著增加的趨勢(shì),0.81%的區(qū)域呈顯著的下降的趨勢(shì)。植被活動(dòng)的增加主要是由于春、夏和秋三個(gè)季節(jié)植被活動(dòng)的共同增加;植被活動(dòng)下降的區(qū)域呈現(xiàn)明顯的西南東北的條帶狀,其中夏季和秋季NDVI的顯著下降是造成該區(qū)域年NDVI下降的主要原因。統(tǒng)計(jì)表明,春季、夏季和秋季植被活動(dòng)呈增加趨勢(shì)的面積百分比分別為 82.05%、82.36%和 74.22%,其中顯著增加分別為 26.91%、19.91%和 18.23%,顯著下降分別為 0.86%、0.79%和1.48%。

(3)從年、季節(jié)和月尺度研究發(fā)現(xiàn),降水與NDVI呈顯著的正相關(guān)的關(guān)系,溫度與NDVI呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系,表明限制京津風(fēng)沙源區(qū)植被生長(zhǎng)的主要?dú)夂蛞蜃邮墙邓?。其中夏季降水和溫度變化?duì)研究區(qū)植被變化影響最大。本研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)外學(xué)者在干旱半干旱地區(qū)的研究結(jié)論一致。Herrmann分析了非洲薩赫勒地區(qū)的NDVI變化與降水變化的關(guān)系,表明降水是干旱和半干旱區(qū)植被生長(zhǎng)的限制因子[30]。Piao等研究發(fā)現(xiàn)在全國(guó)尺度上大部分干旱區(qū)的NDVI與降水成正相關(guān)關(guān)系[31],表明了本文的研究結(jié)果與前人一致。王思如[32]等對(duì)科爾沁沙地亞區(qū)的研究進(jìn)一步證明了降水的年際變化是導(dǎo)致植被變化的主要因素。大規(guī)模的生態(tài)工程建設(shè)是研究區(qū)2000～2014年植被改善的主要原因。