京津風(fēng)沙源治理區(qū)植被變化的可持續(xù)性分析

楊艷麗，孫艷玲，王中良，康　杰，

（天津師范大學(xué)a.城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，b.天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

京津風(fēng)沙源治理區(qū)植被變化的可持續(xù)性分析

楊艷麗a，孫艷玲a，王中良b，康杰a，b

（天津師范大學(xué)a.城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，b.天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

利用京津風(fēng)沙源治理區(qū)1982—2011年的GIMMS/NDVI3g數(shù)據(jù)集，對(duì)治理區(qū)植被變化的可持續(xù)性進(jìn)行定量分析.結(jié)果表明：（1）歸一化植被指數(shù)（NDVI）時(shí)間變化方面，2001—2011年間研究區(qū)植被整體上呈增加趨勢(shì)，4大分區(qū)植被增速存在區(qū)域差異；（2）NDVI變化的可持續(xù)性方面，2001—2011年間整個(gè)研究區(qū)植被變化呈現(xiàn)出顯著的長(zhǎng)期持續(xù)性特征，且存在明顯的時(shí)空差異，自2000年治理工程實(shí)施以來(lái)，治理區(qū)植被明顯恢復(fù)，一期工程成效顯著，但局部地區(qū)植被仍在持續(xù)減少，因此有必要進(jìn)行二期工程以鞏固和提高一期工程的成果，進(jìn)一步改善環(huán)境；（3）NDVI變化趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)時(shí)間方面，整個(gè)治理區(qū)植被的未來(lái)變化狀況不容樂(lè)觀，4大分區(qū)中農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)植被的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)優(yōu)于其他3個(gè)治理區(qū)，工程治理效果也相對(duì)較好.

京津風(fēng)沙源治理區(qū)；歸一化植被指數(shù)；植被恢復(fù)；變化趨勢(shì)；可持續(xù)性

植被作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是連接自然界中各要素的紐帶和表征區(qū)域環(huán)境演變的敏感指示器［1］，在調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、維持地表能量平衡方面扮演著重要角色.植被變化作為生態(tài)環(huán)境變化的直接結(jié)果，能夠反映地表生境變化和區(qū)域環(huán)境總體狀況，在全球變化研究領(lǐng)域受到高度關(guān)注［2］.遙感數(shù)據(jù)為植被變化研究提供了重要的數(shù)據(jù)來(lái)源［3］.歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation index，NDVI）具有良好的植被信息表達(dá)能力和數(shù)據(jù)提取過(guò)程中較強(qiáng)的抗干擾能力，在植被變化研究中應(yīng)用廣泛［4］.目前常用的NDVI數(shù)據(jù)包括SPOT VGT/NDVI、MODIS/NDVI和GIMMS/NDVI等［5］.其中，GIMMS/NDVI數(shù)據(jù)時(shí)間序列最長(zhǎng)，覆蓋范圍廣，因此在長(zhǎng)時(shí)期、大尺度的植被宏觀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較廣［5-6］.與傳統(tǒng)的GIMMS/NDVI數(shù)據(jù)相比，GIMMS/NDVI3g數(shù)據(jù)精度更高，可以更加準(zhǔn)確地反映區(qū)域植被變化特征及生態(tài)環(huán)境狀況［7-9］.目前很多研究都基于NDVI序列數(shù)據(jù)，采用線性趨勢(shì)法、Sen+Mann-Kendall方法和Hurst指數(shù)對(duì)不同時(shí)空尺度上的植被變化趨勢(shì)進(jìn)行了探討分析［1-2］.

京津風(fēng)沙源治理區(qū)整體上屬于干旱與半干旱區(qū)，大部分處在我國(guó)的農(nóng)牧交錯(cuò)帶上，生態(tài)環(huán)境比較脆弱.京津風(fēng)沙源治理工程自2000年試點(diǎn)以來(lái)，已受到國(guó)家和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注.近年來(lái)，不斷有學(xué)者對(duì)治理區(qū)的植被變化狀況進(jìn)行調(diào)查與評(píng)估研究，如嚴(yán)恩萍等［10］和裴亮等［11］分別利用2000—2012年和2000—2008年的MODIS/NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)對(duì)京津風(fēng)沙源治理區(qū)植被覆蓋的時(shí)空變化特征及影響因子進(jìn)行了分析，得出研究區(qū)植被覆蓋總體呈上升趨勢(shì)、植被變化整體呈中強(qiáng)持續(xù)性特征的結(jié)論.但這些研究主要是對(duì)植被變化狀況及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的定性描述，難以準(zhǔn)確反映出植被在2000年以后的可持續(xù)性變化特征，也無(wú)法定量預(yù)測(cè)出植被變化趨勢(shì)在未來(lái)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度.由Lanfredi等［12］提出的計(jì)算植被變化可持續(xù)性的方法，不僅可以計(jì)算出植被在研究時(shí)間段內(nèi)的可持續(xù)性狀況，還能定量預(yù)測(cè)出植被變化趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度，目前已被很多學(xué)者用來(lái)分析植被變化的可持續(xù)性特征［13-15］.因此，本文利用京津風(fēng)沙源治理區(qū)1982—2011年的GIMMS/NDVI3g數(shù)據(jù)，采用Lanfredi等［12］的方法定量分析該地區(qū)植被變化的可持續(xù)性狀況，揭示研究區(qū)植被的可持續(xù)性變化特征和未來(lái)演變趨勢(shì)，評(píng)價(jià)工程區(qū)生態(tài)治理效果，為區(qū)域植被恢復(fù)工作與生態(tài)建設(shè)提供一定的決策支持.

1　資料來(lái)源和研究方法

1.1京津風(fēng)沙源治理區(qū)概況

研究區(qū)（109°30′～119°20′E、38°50′～46°40′N）西起內(nèi)蒙古達(dá)茂旗，東至河北省平泉縣，南起山西省代縣，北至內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗，涉及北京、天津、河北、山西及內(nèi)蒙古5?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的75個(gè)縣（旗、市、區(qū)），總面積45.8萬(wàn)km2，如圖1所示.

圖1　京津風(fēng)沙源治理區(qū)位置示意圖Fig.1　Location of Beijing-Tianjin Sandstorm Source Control Region of China

研究區(qū)由平原、山地、高原3大地貌類型組成.區(qū)內(nèi)氣候復(fù)雜，區(qū)域差異性明顯，氣候干旱、熱量偏低、多風(fēng)是本區(qū)氣候的典型特征.近30 a來(lái)，本區(qū)氣候呈現(xiàn)暖干化趨勢(shì)，干旱區(qū)和干旱亞濕潤(rùn)區(qū)的界限逐步向東推進(jìn)［16］.京津風(fēng)沙源治理工程于2000年試點(diǎn)，2002年全面實(shí)施，到2010年為止，工程區(qū)共完成退耕還林及造林6.0萬(wàn)km2，草地治理8.67萬(wàn)km2，生態(tài)環(huán)境得到顯著改善.按照國(guó)家規(guī)劃，工程治理區(qū)分為北部干旱草原治理區(qū)、農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)、燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)和渾善達(dá)克沙地治理區(qū).

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

采用京津風(fēng)沙源治理區(qū)1982—2011年的GIMMS/NDVI3g數(shù)據(jù)，這是由美國(guó)國(guó)家航天航空局（NASA）全球監(jiān)測(cè)與模型研究組（Global Inventory Modeling and MappingStudies，GIMMS）發(fā)布的第3代GIMMS時(shí)序NDVI數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.082 5°，時(shí)間分辨率為15d.該數(shù)據(jù)集是經(jīng)過(guò)天頂角、氣溶膠、云層覆蓋等因素的影響校正后發(fā)布的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，較其他的NDVI數(shù)據(jù)精度更高、誤差更小，適用于植被覆蓋變化的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)［7-9］.進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先對(duì)GIMMS/NDVI3g數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，然后借助ArcGIS10.2軟件利用研究區(qū)邊界對(duì)其進(jìn)行裁剪，再采用最大值合成法（MVC）分別對(duì)每年每半月的NDVI值進(jìn)行最大化處理，獲取每年的NDVI最大值，代表當(dāng)年的NDVI值.

1.3研究方法

1.3.1趨勢(shì)分析

利用一元線性回歸方法，逐像元分別計(jì)算1982—2000年、1982—2001年、…、1982—2011年間的NDVI變化趨勢(shì)，即Slope值，來(lái)反映研究區(qū)各時(shí)段內(nèi)的植被變化趨勢(shì)［4］.其計(jì)算公式為：

式中：Slope為像元NDVI的斜率值，若Slope＞0，表示區(qū)域植被呈增加趨勢(shì)，且值愈大表明植被增加趨勢(shì)愈明顯，反之則呈減少趨勢(shì)；若值為0，表示植被沒(méi)有變化；n為研究時(shí)段的長(zhǎng)度；i代表年份；為平均年份；NDVIi為第i年的NDVI值；為NDVI多年平均值.

1.3.2可持續(xù)性分析

Lanfredi等［12］的方法計(jì)算的前提是要選取一個(gè)參考時(shí)間段，也稱為初始時(shí)間段.首先，根據(jù)研究區(qū)情況，選取1982—2000年作為研究的初始時(shí)間段，用來(lái)分析2001—2011年間研究區(qū)植被變化的可持續(xù)性特征；之后采用一元線性回歸方法逐像元分別計(jì)算1982—2000、1982—2001、1982—2002、1982—2003、1982—2004、…、1982—2011年的NDVI變化趨勢(shì)，用s（x，y，t）表示，其中（x，y）代表研究區(qū)內(nèi)每個(gè)像元的坐標(biāo)位置，t代表時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分別為2000、2001、…、2011.如果植被呈增加趨勢(shì)，則s（x，y，t）=1，否則s（x，y，t）= -1.在此基礎(chǔ)上，逐像元依次計(jì)算1982—2000、1982—2001、1982—2002、1982—2003、1982—2004、…、1982—2011年的植被變化的可持續(xù)性.用p（x，y，t）表示，其中（x，y）代表研究區(qū)內(nèi)每個(gè)像元的坐標(biāo)位置，t代表時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分別為2000、2001、…、2011.其計(jì)算公式為：

其中，1982—2000年間的p（x，y）值與該時(shí)間段的s（x，y）值相等，其他時(shí)間段的p（x，y）值根據(jù)公式（2）確定.以1982—2001年為例，假定某像元上1982—2000年間s（x，y）=1，則1982—2000年間的p（x，y）=1.若1982—2001年間s（x，y）=1，那么1982—2001年間的p（x，y）=1；若1982—2001年s（x，y）=-1，那么該時(shí)段的p（x，y）=0.以此類推.

將1982—2001、1982—2002、1982—2003、…、1982—2011年11個(gè)時(shí)間段的p（x，y）相加，得到研究區(qū)NDVI變化的可持續(xù)性累加圖，以此來(lái)分析整個(gè)研究區(qū)在2001—2011年間植被變化的可持續(xù)性狀況.其計(jì)算公式為：

接著分別計(jì)算研究區(qū)各時(shí)段內(nèi)NDVI增加（減少）趨勢(shì)的持續(xù)性概率q（t），即1982—2001、1982—2002、1982—2003、…、1982—2011年的NDVI增加（減少）趨勢(shì)的柵格數(shù)與1982—2000年NDVI增加（減少）趨勢(shì)的柵格數(shù)之比.

再分別計(jì)算各時(shí)段內(nèi)NDVI增加（減少）趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)的時(shí)間，計(jì)算公式為：

式中：τ代表NDVI增加（減少）趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度；1982—2001、1982—2002、1982—2003、…、1982—2011對(duì)應(yīng)的t值分別為1、2、3、…、11.τ值越大，說(shuō)明這種趨勢(shì)持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)，可持續(xù)性愈強(qiáng).

最后，將各時(shí)段內(nèi)NDVI增加（減少）趨勢(shì)的τ值相加求平均值，得到NDVI增加（減少）趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)的平均時(shí)間.

2　結(jié)果與分析

2.1NDVI時(shí)間變化特征

通過(guò)分別統(tǒng)計(jì)京津風(fēng)沙源治理區(qū)及4大分區(qū)2001—2011年的逐年NDVI值，制作NDVI年際變化圖，分析其植被的時(shí)間變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖2所示.

圖2　2001—2011年研究區(qū)NDVI年際變化Fig.2　Inter-annual variation of NDVI for study areas from 2001 to 2011

由圖2可以看出，2001—2011年間研究區(qū)植被整體上呈增加趨勢(shì)，平均增速為每10 a增加0.02.4大分區(qū)在2001—2011年間植被也都呈增加趨勢(shì)，但增速存在區(qū)域差異.其中，燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)的植被增加速度最快，平均增速為每10 a增加0.05；農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)和北部干旱草原治理區(qū)次之，平均增速分別為每10 a增加0.02和0.01；渾善達(dá)克沙地治理區(qū)的植被平均增速最小，每10 a增加0.003.

2.2NDVI變化的可持續(xù)性特征

利用京津風(fēng)沙源治理區(qū) 1982—2011年的GIMMS/NDVI3g數(shù)據(jù)集，采用可持續(xù)性分析方法將1982—2001、1982—2002、1982—2003、…、1982—2011年的持續(xù)性相加，計(jì)算得到NDVI變化趨勢(shì)的持續(xù)性疊加圖，以此來(lái)反映研究區(qū)2001—2011年間植被變化趨勢(shì)持續(xù)性的時(shí)空特征，結(jié)果如圖3所示.

圖3　2001—2011年研究區(qū)NDVI變化趨勢(shì)的可持續(xù)性疊加圖Fig.3　Cumulative persistence map of NDVI change trends for study areas from 2001 to 2011

從圖3可以看出，在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)，植被變化可持續(xù)性累加值為11的區(qū)域分布面積最大，占研究區(qū)總面積的34.91%，集中分布在農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)的幾乎全部區(qū)域、渾善達(dá)克沙地治理區(qū)和燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)的南部、北部干旱草原治理區(qū)的西北部和西南部，這些區(qū)域在2001—2011年間植被呈增加趨勢(shì)，表明其植被恢復(fù)效果顯著.累加值為-11的區(qū)域分布面積次之，占12.17%，主要分布在北部干旱草原治理區(qū)東北部的東烏珠穆沁旗和西烏珠穆沁旗、燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)的北部和西北部、渾善達(dá)克沙地治理區(qū)北部和中西部部分區(qū)域，這些區(qū)域在2000—2011年間植被呈減少趨勢(shì)，表明其植被在持續(xù)退化，盡管在這些區(qū)域?qū)嵤┝酥脖换謴?fù)治理措施，但仍未收到良好效果，有關(guān)部門應(yīng)予以足夠重視.累加值為0的區(qū)域占9.89%，零星分布在北部干旱草原治理區(qū)的東部和西部部分區(qū)域、渾善達(dá)克沙地治理區(qū)的北部和西部小部分地區(qū)、燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)北部的局部地區(qū)，這些區(qū)域在2001—2011年間植被變化趨勢(shì)的持續(xù)性無(wú)法確定.在所有正值中，累加值為7的區(qū)域所占面積比例最小，為1.19%，呈散點(diǎn)狀分布在燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)、渾善達(dá)克沙地治理區(qū)的小部分區(qū)域，這些區(qū)域在2001—2007年間植被呈增加趨勢(shì)，從2008年開始這一趨勢(shì)發(fā)生改變，說(shuō)明2008年在該區(qū)域?qū)嵤┑纳鷳B(tài)治理工程效果欠佳，也可能是由于這一年該區(qū)域的一些不合理人類活動(dòng)干擾了植被生長(zhǎng).在所有負(fù)值中，值為-6的區(qū)域分布面積最少，占0.06%，只出現(xiàn)在北部干旱草原治理區(qū)的包頭市市轄區(qū)內(nèi)和燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)的豐寧滿族自治縣極小部分區(qū)域，這些區(qū)域植被減少趨勢(shì)一直持續(xù)了6 a，直到2007年這一趨勢(shì)才發(fā)生改變，表明2007年該地區(qū)植被生長(zhǎng)狀況發(fā)生好轉(zhuǎn)，生態(tài)治理工作效益凸顯.應(yīng)該指出的是，增加（減少）趨勢(shì)持續(xù)性并不表示在2001—2011年間植被一定是逐年增加（減少）的，而是說(shuō)明植被變化的可持續(xù)性較好，仍保持著最初的增加（減少）趨勢(shì).

綜上可見，京津風(fēng)沙源治理區(qū)在2001—2011年間植被增加趨勢(shì)持續(xù)了11 a的區(qū)域分布最廣，表明自2000年治理工程實(shí)施以來(lái)，研究區(qū)植被明顯恢復(fù)，生態(tài)環(huán)境得到改善.但是減少趨勢(shì)持續(xù)了11 a的區(qū)域占研究區(qū)總面積的12.17%，說(shuō)明雖然一期治理工程已取得顯著成效，但是治理區(qū)仍存在一些問(wèn)題，局部地區(qū)植被仍在持續(xù)減少.因此，有必要在二期工程實(shí)施中加強(qiáng)植被恢復(fù)工作來(lái)鞏固和提升一期工程建設(shè)效果，進(jìn)一步改善環(huán)境.此外，值為11和-11的區(qū)域占整個(gè)研究區(qū)的47.09%，表明整個(gè)研究區(qū)植被變化呈現(xiàn)出顯著的長(zhǎng)期持續(xù)性特征且存在明顯的時(shí)空差異，因此生態(tài)治理工作應(yīng)結(jié)合治理區(qū)內(nèi)部差異，分階段、分地域進(jìn)行，積極關(guān)注植被持續(xù)減少區(qū)域，及時(shí)采取措施，提高研究區(qū)整體生態(tài)效益.

2.3NDVI變化趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)時(shí)間特征

2.3.1整個(gè)研究區(qū)NDVI變化趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)時(shí)間

植被變化趨勢(shì)的持續(xù)性概率圖可以反映植被增加（減少）趨勢(shì)持續(xù)性的概率和時(shí)間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及植被變化趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度.本研究分別計(jì)算了研究區(qū)各時(shí)段內(nèi)NDVI增加（減少）趨勢(shì)持續(xù)的時(shí)間，將其相加求平均值得到整個(gè)研究區(qū)NDVI增加（減少）趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)的平均時(shí)間，以此來(lái)評(píng)估植被變化趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)時(shí)間特征，結(jié)果如圖4所示.由圖4可以看出，整個(gè)研究區(qū)植被增加趨勢(shì)持續(xù)性概率在每個(gè)時(shí)間段都小于減少趨勢(shì)持續(xù)性概率，而且下降幅度也大于減少趨勢(shì)持續(xù)性概率.對(duì)于生長(zhǎng)狀態(tài)良好的植被，其增加趨勢(shì)要比減少趨勢(shì)持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng).整個(gè)研究區(qū)植被減少趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)的平均時(shí)間τ-為29 a，增加趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)的平均時(shí)間τ+為12 a，增加趨勢(shì)比減少趨勢(shì)持續(xù)時(shí)間更短，說(shuō)明從整體上來(lái)看研究區(qū)未來(lái)植被變化狀況不容樂(lè)觀，系統(tǒng)的穩(wěn)定性仍較差.因此，京津風(fēng)沙源區(qū)治理工作還有待進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)施，以延長(zhǎng)植被增加趨勢(shì)的持續(xù)時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，保證區(qū)域生態(tài)安全.

圖4　研究區(qū)植被變化趨勢(shì)的持續(xù)性概率Fig.4　Persistence probability of vegetation change trends for the whole study area

2.3.24大治理區(qū)NDVI變化趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)時(shí)間

分別分析京津風(fēng)沙源治理區(qū)內(nèi)4大分區(qū)的NDVI變化趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)時(shí)間，結(jié)果如圖5所示.

從持續(xù)性概率來(lái)看，4大治理分區(qū)中，北部干旱草原治理區(qū)、燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)、渾善達(dá)克沙地治理區(qū)這3個(gè)治理區(qū)的植被減少趨勢(shì)持續(xù)性概率都大于同時(shí)段內(nèi)的增加趨勢(shì)持續(xù)性概率；而農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)從2002年開始，增加趨勢(shì)的持續(xù)性概率都大于同時(shí)段的減少趨勢(shì)持續(xù)性概率，這與京津風(fēng)沙源一期治理工程全面實(shí)施時(shí)間正好吻合，說(shuō)明該治理工程對(duì)農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)的植被恢復(fù)起到了立竿見影的效果.從植被變化趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)時(shí)間來(lái)看，除農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)外，其余3個(gè)治理區(qū)的植被減少趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)時(shí)間都大于增加趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)時(shí)間.增加趨勢(shì)未來(lái)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)，達(dá)到36 a.而減少趨勢(shì)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是渾善達(dá)克沙地治理區(qū)，達(dá)到40 a.說(shuō)明4大治理區(qū)中，農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)的植被恢復(fù)效果最好，工程治理效果最優(yōu).而其余3個(gè)治理區(qū)可能受城市化、人類活動(dòng)等因素的干擾，工程治理效果和植被恢復(fù)狀況相對(duì)較差，積極恢復(fù)治理這些區(qū)域的植被是維持整個(gè)京津風(fēng)沙源治理區(qū)系統(tǒng)持久性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵.因此，應(yīng)從整體和系統(tǒng)的角度出發(fā)，重點(diǎn)加強(qiáng)北部干旱草原治理區(qū)、燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)、渾善達(dá)克沙地治理區(qū)這3個(gè)治理區(qū)植被的改善工作，以從整體上提高研究區(qū)的生態(tài)治理效果，促進(jìn)區(qū)域整體的可持續(xù)發(fā)展.

圖5　4大治理區(qū)植被變化趨勢(shì)的持續(xù)性概率Fig.5　Persistence probability of vegetation change trends for four subregions

3　討論與結(jié)論

3.1討論

本文基于京津風(fēng)沙源治理區(qū)1982—2011年的GIMMS/NDVI3g數(shù)據(jù)集，采用植被變化可持續(xù)性分析方法，定量分析了該區(qū)植被變化的可持續(xù)性特征及未來(lái)持續(xù)時(shí)間.京津風(fēng)沙源治理區(qū)2001—2011年植被呈增加趨勢(shì)，表明治理工程正向作用顯著，但研究區(qū)內(nèi)4大分區(qū)植被變化的可持續(xù)性存在差異.植被變化是氣候變化和人類活動(dòng)綜合作用的結(jié)果［1］.研究區(qū)氣候干旱，因此降水是影響其植被變化的主要?dú)夂蛞蜃?，尤其是以干旱為主的北部干旱草原治理區(qū).已有研究發(fā)現(xiàn)，近30 a來(lái)，京津風(fēng)沙源治理區(qū)氣溫顯著上升，降水和濕潤(rùn)指數(shù)總體下降，位于本區(qū)東部的部分區(qū)域已經(jīng)由亞濕潤(rùn)干旱區(qū)變?yōu)楦珊祬^(qū)［16］.再加上不合理的人類活動(dòng)和土地利用方式的轉(zhuǎn)變，如渾善達(dá)克沙地治理區(qū)東部林地變草地和耕地、北部干旱草原治理區(qū)的過(guò)度放牧和工礦建設(shè)等導(dǎo)致的草地退化、燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)草地開墾和居民地?cái)U(kuò)張侵占耕地［3］等.因此，北部干旱草原治理區(qū)、燕山丘陵山地水源保護(hù)區(qū)和渾善達(dá)克沙地治理區(qū)的植被增加趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)時(shí)間較短，工程治理效果不顯著；而農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)是京津風(fēng)沙源工程的重點(diǎn)治理區(qū)域［10］，在營(yíng)造農(nóng)田防護(hù)林、變放牧為圈養(yǎng)、退耕還林等工程建設(shè)的推動(dòng)下，植被增加趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好.這些結(jié)果可為研究區(qū)制定生態(tài)保護(hù)政策提供有效參考.另一方面，由于該工程涉及不同省市，工程治理措施和側(cè)重點(diǎn)因地而異，植被變化也相應(yīng)地存在一定地域差異.因此應(yīng)加強(qiáng)小尺度的植被調(diào)查研究，為京津風(fēng)沙源治理工程提供實(shí)用的實(shí)施對(duì)策和建議，以保證該治理工程實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益和社會(huì)效益的最大化，促進(jìn)區(qū)域整體的可持續(xù)發(fā)展.

3.2結(jié)論

（1）從NDVI時(shí)間變化特征來(lái)看，2001—2011年間京津風(fēng)沙源治理區(qū)植被整體上呈增加趨勢(shì)，平均增速為每10 a增加0.02.4大分區(qū)植被也呈增加趨勢(shì)，但增速存在區(qū)域差異.

（2）從NDVI變化的可持續(xù)性特征來(lái)看，研究區(qū)植被變化呈現(xiàn)出顯著的長(zhǎng)期持續(xù)性特征，且存在明顯的時(shí)空差異.2001—2011年間，植被增加趨勢(shì)持續(xù)了11 a的區(qū)域占總面積的34.91%，減少趨勢(shì)持續(xù)了11 a的區(qū)域占12.17%，表明自2000年京津風(fēng)沙源治理工程實(shí)施以來(lái)，治理區(qū)植被明顯恢復(fù)，一期工程已取得顯著成效.但是治理區(qū)仍存在一些問(wèn)題，局部地區(qū)植被仍在持續(xù)減少.

（3）從NDVI變化趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)時(shí)間來(lái)看，整個(gè)治理區(qū)植被減少趨勢(shì)持續(xù)的平均時(shí)間為29 a，增加趨勢(shì)持續(xù)的平均時(shí)間為12 a，說(shuō)明從整體上來(lái)看治理區(qū)植被未來(lái)變化狀況不容樂(lè)觀.4大分區(qū)中，除農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)外，其余3個(gè)治理區(qū)的減少趨勢(shì)持續(xù)時(shí)間都長(zhǎng)于增加趨勢(shì)持續(xù)時(shí)間，說(shuō)明農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙化土地治理區(qū)植被的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)優(yōu)于其他3個(gè)治理區(qū)，工程治理效果也相對(duì)較好.

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（責(zé)任編校紀(jì)翠榮）

Persistence in vegetation cover changes in Beijing-Tianjin Sandstorm Source Control Region

YANG Yanlia，SUN Yanlinga，WANG Zhongliangb，KANG Jiea，b
（a.College of Urban and Environment Science，b.Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Environment，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

Based on the GIMMS/NDVI3g data set of Beijing-Tianjin Sandstorm Source Control Region from 1982 to 2011，the persistence in vegetation cover changes in this region was quantitatively analyzed.The results showed that：（1）As for the temporal variation of normalized difference vegetation index（NDVI），the vegetation showed an increasing trend on the whole in Beijing-Tianjin Sandstorm Source Control Region from 2000 to 2011.And there were regional differences in the vegetation growth rate among four regions；（2）As for the persistence in NDVI changes，the vegetation changes in the whole study area showed significant long-time persistence characteristics，and there were obvious differences in time and space for the persistence from 2000 to 2011.Since the Beijing-Tianjin Sandstorm Source Control Project was implemented from 2000，the vegetation in the study area had significantly restored and the first phase project had achieved remarkable results.But the vegetation in some areas still continued decreasing.So it is necessary to adopt the second phase project to consolidate and enhance the construction effect of the first phase project，and further improve the environment；（3）As for the future duration of NDVI change trends，the vegetation future change situation was not optimistic on the whole.In the four sandstorm source control regions，the vegetation future change trends and the project treatment effect in the pastoral transitional zone desertified land control region were better than those in the other three sandstorm source control regions.

Beijing-Tianjin Sandstorm Source Control Region；normalized difference vegetation index；vegetation restoration；change trend；persistence

Q146

A

1671-1114（2016）02-0047-07

2015-11-09

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41001022，31270510）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（2012BAC07B02）；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目（NCET-10-0954）；天津師范大學(xué)市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研究基金資助項(xiàng)目（YF11700102）.

楊艷麗（1992—），女，碩士研究生．

孫艷玲（1977—），女，副教授，主要從事資源環(huán)境遙感與全球變化方面的研究.