2001-2016年毛烏素沙地植被的生長(zhǎng)狀況

曹艷萍, 龐營(yíng)軍, 賈曉紅

(1.河南大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 河南 開(kāi)封 475004； 2.黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 開(kāi)封 475004； 3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 荒漠化研究所, 北京 100091)

植被生長(zhǎng)狀況是自然和人類活動(dòng)交互作用的結(jié)果，尤其是人類活動(dòng)影響日益劇烈的今天，植被變化深刻記錄了人類活動(dòng)的烙印。國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者已從不同角度探討了植被對(duì)氣候變化、土地利用及植被建設(shè)等人類活動(dòng)的響應(yīng)[1-6]。已有研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)不同區(qū)域植被生長(zhǎng)狀態(tài)不同，驅(qū)動(dòng)因素不同。整個(gè)中國(guó)，生長(zhǎng)季的植被變化與氣溫變化一致；區(qū)域尺度，生長(zhǎng)季植被變化與降水相關(guān)[7]。中國(guó)蒙古高原的植被覆蓋在1998—2012年先退化后好轉(zhuǎn)；荒漠和草原植被的NDVI與降水呈正相關(guān)關(guān)系，與氣溫呈負(fù)相關(guān)[8]。受降水量和氣溫上升影響，新疆植被覆蓋好轉(zhuǎn)[9]；大量施肥、灌溉面積增加等生產(chǎn)活動(dòng)提高了農(nóng)田植被覆蓋，而載畜量的增加則降低了該區(qū)域部分草地的NDVI[10]；華北平原植被覆蓋呈上升趨勢(shì)，與年降水量的偏相關(guān)性高于其與年氣溫的偏相關(guān)性[11]；岷江上游流域低植被覆蓋區(qū)受坡度影響顯著，而極高度植被覆蓋區(qū)受海拔高度影響顯著[12]。

毛烏素沙地是我國(guó)四大沙地之一，該區(qū)域位于中國(guó)北方半干旱區(qū)的農(nóng)牧交錯(cuò)帶，處于森林—草原—荒漠的生態(tài)應(yīng)力帶上，是我國(guó)重要的生態(tài)屏障區(qū)，其生態(tài)環(huán)境具有較強(qiáng)的敏感性和脆弱性[13]。近年來(lái)，隨著全球氣候變化和人類活動(dòng)的不斷加劇，該地區(qū)植被覆蓋隨之發(fā)生變化[13]。深入研究21世紀(jì)以來(lái)毛烏素沙地的植被生長(zhǎng)狀況，對(duì)于客觀評(píng)價(jià)中國(guó)農(nóng)牧交錯(cuò)帶的荒漠化治理效果，及時(shí)制定對(duì)應(yīng)措施具有重要意義。閆峰等[13]利用MODIS EVI數(shù)據(jù)分析了2000—2011年毛烏素沙地植被生長(zhǎng)狀況，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域EVI指數(shù)在研究時(shí)段按0.002 5/a的速度遞增。劉靜等[14]利用NDVI和像元分解模型建立毛烏素沙地植被覆蓋度遙感定量模型，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域植被覆蓋狀態(tài)整體呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，局部區(qū)域在退化。

在氣候變化和人類活動(dòng)雙重作用下，植被在不同時(shí)段呈現(xiàn)不同變化特征，需要時(shí)時(shí)關(guān)注毛烏素沙地植被生長(zhǎng)狀況。本文采用MODIS EVI數(shù)據(jù)，探討2001—2016年的毛烏素沙地生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季的植被時(shí)空變化，在此基礎(chǔ)上探討氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)植被變化的影響，以期為該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供理論支持。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

毛烏素沙地位于北緯37°27.5′—39°22.5′，東經(jīng)107°20′—111°30′之間，包括內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的南部，陜西省榆林市的北部以及寧夏回族自治區(qū)鹽池縣的東北部，總面積近4.00×104km2，約占中國(guó)沙漠沙地總面積的3.6%[15]。地處中緯度西風(fēng)帶，全年大部分時(shí)間為西北季風(fēng)控制，氣候寒冷干燥，具有明顯的季風(fēng)特征，多年平均氣溫為6.0～8.5 ℃，低于同緯度的華北平原地區(qū)；多年平均降水量為250～440 mm。降水在時(shí)間上集中分布在7—9月份，自東南向西北遞減[16]。毛烏素沙地植被種類較多，分為草原植被、荒漠植被和沙地植被，草原植被主要有大針茅、本氏針茅、冷蒿等；荒漠植被有紅砂、藏錦雞兒、檸條等；沙地植被有油蒿、柳葉鼠李、錦雞兒、油松、樟子松等[17]。

1.2 植被指數(shù)數(shù)據(jù)

MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)數(shù)據(jù)是目前應(yīng)用最廣泛的遙感影像數(shù)據(jù)之一，具有較高的光譜分辨率和時(shí)間分辨率。本文采用Terra MODIS傳感器的L3級(jí)16 d增強(qiáng)型植被指數(shù)(Enhanced vegetation index，EVI)，時(shí)間跨度為2001—2016年，空間分辨率為250 m，從美國(guó)國(guó)家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration， NASA)陸地分布式數(shù)據(jù)檔案中心(Land Processes Distributed Active Archive Center， LPDAAC, https:∥lpdaac.usgs.gov/)獲取。EVI計(jì)算過(guò)程引入藍(lán)光波段，增益因子及背景調(diào)整項(xiàng)，可有效消除大氣噪聲影響，且改善歸一化植被指數(shù)的紅光飽和和土壤背景干擾影響。

基于16 d EVI數(shù)據(jù)，根據(jù)國(guó)際通用的最大值合成法(maximum value composite， MVC)得到研究區(qū)域2001—2016年逐月EVI圖譜。基于月EVI時(shí)序圖譜，根據(jù)最大值合成法得到年EVI最大值序列圖譜，代表年內(nèi)生長(zhǎng)季(5—9月份)的植被生長(zhǎng)狀態(tài)?；谠翬VI時(shí)序圖譜，根據(jù)公式1[18]求研究區(qū)域逐格網(wǎng)的逐年EVI最小值序列圖譜，代表年內(nèi)非生長(zhǎng)季(10月至翌年4月)的植被生長(zhǎng)狀態(tài)。

EVIi=Min(EVIi,j)

(1)

式中：EVIi——第i年的EVI數(shù)據(jù)； EVIi,j——第i年的j(1—12月)月EVI數(shù)據(jù)。

基于2001—2016年MODIS EVI的每一像元的逐年均值，說(shuō)明毛烏素沙地植被覆蓋空間分布特征。當(dāng)EVI>0.1時(shí)，其代表的像元才是植被像元[19]，結(jié)合劉靜等[14]的植被覆蓋類型劃分標(biāo)準(zhǔn)將毛烏素植被覆蓋區(qū)域劃分為3級(jí)，0.10

1.3 氣象數(shù)據(jù)

本文采用的降水、氣溫?cái)?shù)據(jù)主要來(lái)源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)(http:∥data.cma.cn/)的“中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)”，時(shí)間跨度為1957—2016年。整個(gè)毛烏素沙地分布8個(gè)氣象站點(diǎn)。取同一時(shí)刻所有氣象站點(diǎn)的降水和氣溫均值作為研究區(qū)域的降水和氣溫值，基于此得到毛烏素沙地1957—2016年的年降水量和年氣溫時(shí)序數(shù)據(jù)集。

1.4 Theil-Sen median趨勢(shì)分析和非參數(shù)Mann-Kendall檢驗(yàn)方法

本文采用Theil-Sen median趨勢(shì)分析和非參數(shù)Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法(簡(jiǎn)稱MK趨勢(shì)檢驗(yàn)法)分析植被指數(shù)空間格網(wǎng)變化趨勢(shì)和顯著性檢驗(yàn)。該方法基于秩的非參數(shù)分析方法，不要求所分析數(shù)據(jù)遵循某一概論分布，也不受少數(shù)異常值干擾。Theil-Sen median趨勢(shì)計(jì)算n(n-1)/2個(gè)數(shù)據(jù)組合的斜率的中位數(shù)值，其計(jì)算公式為：

(2)

X指的是EVI植被指數(shù)，2001≤i0時(shí)，反映EVI呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，反之則反映EVI呈退化的趨勢(shì)。非參數(shù)Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法用來(lái)判斷趨勢(shì)的顯著性，被廣泛應(yīng)用于全球不同區(qū)域時(shí)間序列的趨勢(shì)特征分析過(guò)程中[20]。具體計(jì)算思路為：

設(shè)時(shí)間序列為X=(X1，X2，X3，…，Xn)，表示n個(gè)獨(dú)立的、隨機(jī)的同分布的樣本。檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量S的計(jì)算公式為：

(3)

(4)

這里UF為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，給定顯著性水平a，當(dāng)|UF|>U1-a/2(本文中a=0.05，U1-a/2=±1.96)，表明原假設(shè)不可接受，即時(shí)間序列的上升或下降趨勢(shì)通過(guò)95%的顯著性檢驗(yàn)，反之不通過(guò)。

將數(shù)據(jù)序列(X1，X2，X3，…，Xn)的逆序列按照上述過(guò)程再計(jì)算一次。同時(shí)使|UB|=-UF。若UF和UB兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)位于置信區(qū)間內(nèi)，該交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻即序列突變開(kāi)始的時(shí)刻。本文采用MK方法對(duì)1957—2016年的毛烏素沙地降水和氣溫進(jìn)行突變分析。

1.5 氣象要素趨勢(shì)分析

采用最小二乘擬合氣候要素(氣溫和降水)隨時(shí)間的變化速率，即氣候要素y隨時(shí)間t變化的線性回歸系數(shù)，可采用一元一次方程表示，并對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛烏素沙地氣候要素趨勢(shì)與突變分析

由1957—2016年毛烏素沙地降水量和氣溫的年際變化趨勢(shì)(圖1)可知，毛烏素沙地年均降水量在1957—2016年呈不顯著減少趨勢(shì)，傾向率約為-0.069 mm/a (p>0.05)。氣溫呈現(xiàn)顯著升高趨勢(shì)，傾向率約為0.029/a (p<0.01)。從氣溫和降水量的多年變化趨勢(shì)可知毛烏素沙地氣候變化有干熱化發(fā)展趨勢(shì)。

圖1 毛烏素沙地1957-2016年降水與氣溫?cái)?shù)據(jù)的時(shí)序分布

毛烏素沙地的氣候環(huán)境在1957—2016年內(nèi)經(jīng)歷了突變，尤其是氣溫的突變比較明顯(圖2)。MK突變檢驗(yàn)結(jié)果顯示：1957—2016年，UF和UB曲線在1993年相交，且交點(diǎn)在置信區(qū)間內(nèi)，說(shuō)明毛烏素沙地有明顯的突變現(xiàn)象，且自1993年起，毛烏素沙地氣溫開(kāi)始明顯的增暖趨勢(shì)，尤其是1998年以后，氣溫開(kāi)始顯著上升，趨勢(shì)顯著性水平超過(guò)0.05臨界線。毛烏素沙地年降水量的MK突變檢測(cè)結(jié)果顯示(圖2)，UF和UB曲線在置信水平內(nèi)有6個(gè)交點(diǎn)，說(shuō)明該地區(qū)降水量時(shí)序變化波蕩起伏，尤其是21世紀(jì)以來(lái)降水劇烈變化。

圖2 毛烏素沙地氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù)的MK突變分析

2.2 毛烏素沙地植被覆蓋的空間分布與變化趨勢(shì)特征

2.2.1 空間分布特征 對(duì)2001—2016年的MODIS EVI年最大值求平均得到EVI多年平均值的空間分布(圖3)，用以說(shuō)明毛烏素沙地植被覆蓋格局分布特征。毛烏素沙地植被指數(shù)多年平均值為0.22，植被覆蓋度偏低，整個(gè)區(qū)域EVI值分布在0.03～0.78之間，EVI高值區(qū)與低值區(qū)呈鑲嵌狀分布，且EVI低值區(qū)呈西北—東南走向的長(zhǎng)條狀，與區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)向一致。毛烏素沙地南部EVI值明顯比北部高。將毛烏素EVI值范圍分為4級(jí)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。毛烏素沙地?zé)o植被覆蓋區(qū)域(EVI值小于等于0.10)占毛烏素總面積的1.35%，植被覆蓋區(qū)域(EVI值大于0.10)占整個(gè)沙地總面積98.65%。植被低覆蓋區(qū)域(EVI值在0.10～0.30)占總面積的84.89%；中覆蓋區(qū)域(EVI值在0.30～0.60)占總面積的13.63%，集中分布在鄂托克前旗和烏審旗南部，和定邊縣和靖邊縣等地區(qū)；高覆蓋區(qū)域稀少。

圖3 毛烏素沙地EVI 2001-2016年平均值空間分布

EVI分級(jí) 占總面積比例/%≤0.101.350.100.600.13

2.2.2 變化趨勢(shì)特征 利用Theil-Sen median趨勢(shì)分析方法統(tǒng)計(jì)2001—2016年毛烏素沙地逐像素EVI年最大值的變化趨勢(shì)，正值表示該格網(wǎng)植被覆蓋呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，負(fù)值表示減少趨勢(shì)，0值表示植被覆蓋穩(wěn)定不變。EVI年最大值變化趨勢(shì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖4)表明，EVI年最大值格網(wǎng)年變化率介于-0.044～0.054/a之間，其中整個(gè)研究區(qū)域的0.01%格網(wǎng)的植被指數(shù)EVI年最大值穩(wěn)定不變，9.27%格網(wǎng)的EVI年最大值呈減少趨勢(shì)，90.72%格網(wǎng)的EVI年最大值呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。整體上，毛烏素沙地生長(zhǎng)季的植被以增長(zhǎng)趨勢(shì)為主。整個(gè)研究區(qū)域4.83%格網(wǎng)的EVI年最大值的年變化速率介于0.01～0.054/a之間，集中分布在毛烏素沙地南部區(qū)域；63.4%格網(wǎng)EVI年最大值的年變化率介于0～0.005/a之間，呈微弱增長(zhǎng)趨勢(shì)；22.3%格網(wǎng)EVI年最大值的年變化率介于0.005～0.01/a之間。研究區(qū)域4.93%格網(wǎng)EVI年最大值的年變化率介于-0.044～-0.001/a之間，植被覆蓋呈快速退化狀態(tài)；集中連片分布在毛烏素南部、中部及東部區(qū)域的局部地區(qū)；4.34%格網(wǎng)EVI年最大值的年變化率介于-0.001～0/a之間，主要分布在嚴(yán)重退化區(qū)域的周邊地區(qū)。對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行MK顯著性檢驗(yàn)可知，EVI年最大值呈減少趨勢(shì)的格網(wǎng)中僅有10.32%通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，零星地分布在定邊縣和靖邊縣北部，榆林市南部和東部，及烏審旗中部局部區(qū)域；66.72%的EVI年最大值增長(zhǎng)趨勢(shì)格網(wǎng)通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。整體上，2001—2016年毛烏素沙地生長(zhǎng)旺季的植被覆蓋度呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)；南部和東部地區(qū)植被覆蓋度變化速率大于中部和北部地區(qū)。

圖4 毛烏素沙地EVI年最大值變化趨勢(shì)及顯著性檢驗(yàn)

利用Theil-Sen median趨勢(shì)分析方法統(tǒng)計(jì)毛烏素沙地逐像素EVI逐年最小值在2001—2016年的變化趨勢(shì)(圖5)，由圖5可知，EVI逐年最小值的格網(wǎng)年變化率介于-0.006～0.009/a之間，變化幅度明顯小于EVI逐年最大值的變化速率。研究區(qū)域83.18%格網(wǎng)的EVI逐年最小值呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，區(qū)域總格網(wǎng)的59.27%年變化速率介于0.000 3～0.006/a之間，主要分布在毛烏素沙地南部地區(qū)。區(qū)域總格網(wǎng)的16.54%的EVI年最小值呈減少趨勢(shì)，5.08%的EVI年最小值的年變化率介于-0.006～-0.000 3/a之間，集中分布在毛烏素沙地的西部和東部地區(qū)；11.46%的EVI年最小值的年變化率介于-0.000 3～0/a之間，主要分布在年變化率為-0.006～-0.000 3/a的格網(wǎng)周邊，及毛烏素沙地的中部和北部地區(qū)。對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行MK顯著性檢驗(yàn)可知，EVI減少格網(wǎng)中的8.77%通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，主要分布在鄂托克前旗和榆林市北部，及神木縣區(qū)域；EVI增長(zhǎng)趨勢(shì)格網(wǎng)中的42.41%通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，主要分布在毛烏素南部區(qū)域。整體上，2001—2016年毛烏素沙地非生長(zhǎng)季的植被覆蓋度呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)的格網(wǎng)大于顯著減小趨勢(shì)的格網(wǎng)，其中南部地區(qū)以顯著增加為主。

圖5 毛烏素沙地EVI年最小值變化趨勢(shì)及顯著性檢驗(yàn)

2.3 毛烏素沙地植被覆蓋度的時(shí)間變化特征

2.3.1 年變化特征 為研究毛烏素沙地植被覆蓋區(qū)域EVI隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，取2001—2016年EVI的區(qū)域格網(wǎng)均值進(jìn)行時(shí)序上的分析，代表逐年的植被覆蓋狀況，其年際變化如圖6所示。2001—2016年，毛烏素EVI年最大值的年際值分布在0.18～0.26之間；最小值出現(xiàn)在2001年，最大值出現(xiàn)在2016年；年變化速率為0.003 8/a(p=0.000 1)。從年際變化來(lái)看，2001—2016年EVI年最大值呈逐年極顯著增加趨勢(shì)，即植被生長(zhǎng)季的植被覆蓋呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。EVI年最小值的逐年均值平穩(wěn)分布在0.05～0.08之間，最小值出現(xiàn)在2011年，最大值出現(xiàn)在2013年，年變化速率為0.000 3/a(p=0.547 5)。EVI年最小值變化幅度小。整體上，2001—2016年毛烏素沙地植被狀況有明顯的好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，且生長(zhǎng)旺季呈極顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖6 毛烏素沙地EVI年最大值、年最小值時(shí)序分布

2.3.2 月變化特征 從月植被指數(shù)EVI的變化趨勢(shì)來(lái)看(圖7)，毛烏素沙地月EVI在0.08～0.21之間波動(dòng)，年內(nèi)變化趨勢(shì)明顯，呈典型的單峰分布，月平均EVI最低值在1月，最高值在8月。月EVI峰區(qū)出現(xiàn)在7～8月，約0.20左右；谷值區(qū)出現(xiàn)在12月至翌年3月，約0.084左右。月降水量年內(nèi)變化也呈典型單峰分布，8月份降水峰值為84 mm。月EVI與毛烏素沙地的月降水分布同步，二者相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.99。

以多年月平均EVI為基準(zhǔn)，2001—2016年各月EVI值減去對(duì)應(yīng)月份的EVI的多年平均狀態(tài)，得到該地區(qū)的相對(duì)EVI指數(shù)。當(dāng)相對(duì)EVI指數(shù)結(jié)果為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明本月EVI少于EVI的平均狀態(tài)，植被處于退化狀態(tài)；當(dāng)結(jié)果為正值時(shí)，說(shuō)明本月EVI多于EVI的平均狀態(tài)，植被處于好轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)結(jié)果為0時(shí)，表示本月EVI和EVI平均狀態(tài)相當(dāng)，植被處于穩(wěn)定狀態(tài)。由相對(duì)EVI指數(shù)月時(shí)序分布圖(圖7)可知，相對(duì)EVI指數(shù)在-0.05～0.04間波動(dòng)變化，最小值發(fā)生在2001年7月，最大值發(fā)生在2016年9月。毛烏素沙地植被分布可分為兩個(gè)階段，2001年1月至2008年8月相對(duì)EVI指數(shù)多為負(fù)值，說(shuō)明該時(shí)段毛烏素沙地植被以退化狀態(tài)為主；2008年9月之后相對(duì)EVI指數(shù)以正值為主，說(shuō)明毛烏素沙地植被處于好轉(zhuǎn)狀態(tài)。

圖7 毛烏素沙地EVI月變化

3 討 論

毛烏素沙地在沙漠化過(guò)程中植被的穩(wěn)定性會(huì)降低[21]；而氣候因素和人為因素是導(dǎo)致毛烏素沙地植被覆蓋變化的決定因素[22]。本文重點(diǎn)討論氣候因子和人類活動(dòng)與區(qū)域植被指數(shù)EVI之間的關(guān)系。

3.1 氣候因子與植被生長(zhǎng)狀況的關(guān)系

由圖8毛烏素沙地2001—2016年降水、氣溫時(shí)序分布圖可知，該時(shí)段區(qū)域降水和氣溫均呈上升趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。經(jīng)偏相關(guān)性分析可知，EVI年最大值與降水(r=0.43)和氣溫(r=-0.12)的相關(guān)性較弱，EVI年最小值與氣溫呈強(qiáng)正相關(guān)性(r=0.71)，與降水呈弱正相關(guān)性(r=0.24)。

該時(shí)段極端氣候特征影響植被生長(zhǎng)狀況，例如，2005年降水量為230.76 mm，較2001—2016多年平均降水量(375.42 mm)少144.66 mm，為枯水年；該年氣溫為8.53 ℃，較2001—2016多年平均氣溫(8.92 ℃)低0.39 ℃；2005年EVI年最大值為0.21，較2001—2016 EVI多年平均值(0.22)低0.01；2005年EVI年最小值為0.06，較2001—2016 EVI多年平均值(0.07)低0.01，嚴(yán)重的干旱低溫環(huán)境使毛烏素沙地生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季的植被生長(zhǎng)狀況較差。2012年降水量較多年平均降水量多61.23 mm，為豐水年，植被生長(zhǎng)季的植被指數(shù)較多年平均值高0.03；該年氣溫較多年平均氣溫低0.95 ℃，非生長(zhǎng)季的植被指數(shù)較多年平均值低0.02。

圖8 毛烏素沙地2001-2016年降水、氣溫時(shí)序分布

依據(jù)降水和氣溫時(shí)序分布規(guī)律，可將2001—2016年氣候特征劃分為兩個(gè)階段：2001—2006階段和2007—2016階段?；谠陆邓?、月氣溫分別計(jì)算2001—2016年的生長(zhǎng)季(5—9月份)和非生長(zhǎng)季(10月至翌年4月)降水累積量和月平均氣溫。分別分析生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季的降水累積量、平均氣溫，及對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)EVI年最大值和EVI年最小值的關(guān)系。由生長(zhǎng)季(10月至翌年4月)植被生長(zhǎng)狀況(EVI年最大值)、降水、氣溫年時(shí)序分布特征(圖9)可知，毛烏素生長(zhǎng)季多年平均降水量為307.85 mm，2001—2006階段年平均降水量(298.80 mm)低于多年平均值，2007—2016階段年平均降水量(315.08 mm)高于多年平均值。毛烏素生長(zhǎng)季多年平均氣溫為19.86 ℃，2001—2006階段年平均氣溫(20.03 ℃)高于多年平均值，2007—2016階段年平均氣溫(19.75 ℃)低于多年平均值。毛烏素生長(zhǎng)季植被指數(shù)多年平均EVI為0.223 5，2001—2006階段年EVI平均值(0.204 3)低于多年平均值，2007—2016階段年EVI平均值(0.235 0)高于多年平均值。整體上，毛烏素沙地生長(zhǎng)季的植被生長(zhǎng)狀況與降水變化呈正相關(guān)關(guān)系，均由低于多年平均值轉(zhuǎn)向高于多年平均值，而與氣溫變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(氣溫分布由高于多年平均值轉(zhuǎn)向低于多年平均值)。毛烏素沙地生長(zhǎng)季植被生長(zhǎng)狀況與降水呈正相關(guān)性，與氣溫呈負(fù)相關(guān)性，即生長(zhǎng)季降水增多、氣溫降低有利于植被生長(zhǎng)。閆峰等[13]分析2000—2011年毛烏素沙地植被生長(zhǎng)狀況時(shí)亦發(fā)現(xiàn)該區(qū)域植被生長(zhǎng)狀況好轉(zhuǎn)與降水增多趨勢(shì)，與氣溫降低趨勢(shì)相一致，該結(jié)論與本文研究結(jié)果相同；烏蘭吐雅等[23]發(fā)現(xiàn)毛烏素沙地NDVI與累積降水量有正相關(guān)，與氣溫的關(guān)系不顯著；王立新等[24]指出毛烏素沙地植被蓋度變化與氣候變化密切相關(guān)。受基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、研究方法、分析時(shí)段等多種因素影響，不同學(xué)者分析同一區(qū)域時(shí)研究結(jié)果存在異同。而不同沙地的植被覆蓋變化影響因素亦存在異同，例如呼倫貝爾沙地和科爾沁沙地NDVI與累積氣候因子關(guān)系不顯著[23]；而渾善達(dá)克沙地生長(zhǎng)季的植被覆蓋度的變化趨勢(shì)與降水量呈正相關(guān)，與氣溫呈負(fù)相關(guān)[25]。

圖9 毛烏素2001-2016年EVI年最大值、生長(zhǎng)季降水、生長(zhǎng)季氣溫時(shí)序分布

分析非生長(zhǎng)季(10月至翌年4月)植被生長(zhǎng)狀況(EVI年最小值)、降水、氣溫年時(shí)序分布特征(圖10)可知，毛烏素非生長(zhǎng)季降水量較少，多年平均降水量為64.96 mm，2001—2006階段年平均降水量(50.21 mm)低于多年平均值，2007—2016階段年平均降水量(73.81 mm)高于多年平均值。毛烏素非生長(zhǎng)季氣溫很低，多年平均氣溫為1.05 ℃，2001—2006階段年平均氣溫(1.02 ℃)低于多年平均值，2007—2016階段年平均氣溫(1.07℃)高于多年平均值。毛烏素非生長(zhǎng)季植被指數(shù)較低，多年平均EVI為0.071 9，2001—2006階段年EVI平均值(0.070 6)低于多年平均值，2007—2016階段年EVI平均值(0.072 7)高于多年平均值。整體上，毛烏素沙地非生長(zhǎng)季的植被生長(zhǎng)狀況與降水、氣溫變化呈正相關(guān)關(guān)系，均由低于多年平均值轉(zhuǎn)向高于多年平均值。毛烏素沙地非生長(zhǎng)季的降水增多、氣溫升高，有利于植被生長(zhǎng)好轉(zhuǎn)。

毛烏素沙地生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季植被生長(zhǎng)狀況受氣候要素影響，整體上降水增多有利于植被生長(zhǎng)；生長(zhǎng)季的氣溫增長(zhǎng)抑制植被生長(zhǎng)，而非生長(zhǎng)季的氣溫增長(zhǎng)促進(jìn)植被生長(zhǎng)。

圖10 毛烏素2001-2016年EVI年最小值、非生長(zhǎng)季降水、非生長(zhǎng)季氣溫時(shí)序分布

3.2 人類活動(dòng)對(duì)植被生長(zhǎng)狀況的影響

植被覆蓋的時(shí)空變化是自然因素和人類活動(dòng)交互作用的結(jié)果。毛烏素沙地氣候暖干化發(fā)展趨勢(shì)明顯，21世紀(jì)以來(lái)國(guó)家“退耕還林”工程以及后期的飛播造林、沙區(qū)封育等生物和工程措施相繼在毛烏素沙地實(shí)施，故農(nóng)業(yè)活動(dòng)、生態(tài)建設(shè)等人類活動(dòng)也在不斷加強(qiáng)?？紤]到毛烏素沙地主要包括內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的南部，陜西省榆林市的北部，整理收集了鄂爾多斯市和榆林市統(tǒng)計(jì)年鑒中兩地區(qū)近十來(lái)年的農(nóng)作物播種面積、造林面積和大牧畜數(shù)量分布情況。由圖11可知，2000年以來(lái)鄂爾多斯市和榆林市農(nóng)作物播種面積逐年增多；2001—2016年，鄂爾多斯市累計(jì)造林1.63×106hm2，榆林市累計(jì)造林6.92×105hm2。地方政府的“禁牧、休牧、輪牧”政策促使牧區(qū)牧畜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，鄂爾多斯市2001—2006年大牧畜存欄頭數(shù)直線上升，2006年牛、馬、驢、騾、駱駝等大牧畜數(shù)量達(dá)到高峰(39.47萬(wàn)頭)，之后2007—2016年階段快速減少；榆林市2002—2006年大牧畜數(shù)量較多，2007—2016年相對(duì)2002—2006年階段減少較多。

整體上，2007—2016年大畜牧數(shù)量減少一定程度上緩解了毛烏素沙區(qū)草場(chǎng)的放牧壓力，故2007—2016年植被指數(shù)較2001—2006年植被指數(shù)高。農(nóng)業(yè)活動(dòng)、大范圍的造林工程及“禁牧、休牧、輪牧”政策等均對(duì)毛烏素沙地植被的生長(zhǎng)狀況改善產(chǎn)生了積極的影響，植被覆蓋不斷提高。相關(guān)研究指出封禁保護(hù)措施[26]、土地利用變化與沙地的植被覆蓋度變化有密切的關(guān)系，例如元志輝等[25]研究發(fā)現(xiàn)渾善達(dá)克沙地合理的土地利用是影響其植被覆蓋度出現(xiàn)增加趨勢(shì)的重要影響因素之一。2000—2010年毛烏素沙地高中覆蓋草地、林地面積增加[27]，有助于該區(qū)域植被覆蓋度的增加。

圖11 毛烏素沙地2001-2016年造林和農(nóng)作物總播種面積和大牧畜情況

4 結(jié) 論

(1) 毛烏素沙地多年平均EVI值介于0.03～0.78之間，區(qū)域平均值為0.22，表明該區(qū)域植被覆蓋度偏低；空間分布不均，南部EVI值高于北部。

(2) 毛烏素沙地生長(zhǎng)季的植被覆蓋度以顯著增長(zhǎng)為主。非生長(zhǎng)季的植被覆蓋顯著增長(zhǎng)的格網(wǎng)主要分布在毛烏素沙地南部，顯著減少的格網(wǎng)主要分布在鄂托克前旗和榆林市北部，及神木縣區(qū)域。整體上，毛烏素沙地2001—2016年植被覆蓋好轉(zhuǎn)趨勢(shì)明顯，生態(tài)環(huán)境有所改善。

(3) 毛烏素沙地EVI年最大值與降水呈正相關(guān)，與氣溫呈弱負(fù)相關(guān)；EVI年最小值與降水呈強(qiáng)正相關(guān)，與氣溫呈弱正相關(guān)。農(nóng)作物種植面積的增加、大規(guī)模人工造林、以及大牲畜規(guī)模的控制等人類活動(dòng)有助于緩解生態(tài)環(huán)境壓力，提高植被覆蓋度。