瑪納斯河流域植被覆蓋度隨地形因子的變化特征*

位 宏，徐麗萍**，李曉蕾，薛 凱

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瑪納斯河流域植被覆蓋度隨地形因子的變化特征*

位 宏1，徐麗萍1**，李曉蕾1，薛 凱2,3

（1．石河子大學理學院，石河子 832003；2．南京師范大學地理科學學院，南京 210023；3．虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室，南京 210023）

基于2000?2016年MODIS NDVI數(shù)據(jù)，利用像元二分模型和ArcGIS空間分析功能對瑪納斯河流域植被覆蓋度分布格局及動態(tài)變化特征進行研究，并分析植被覆蓋度變化在高程、坡度和坡向上的空間分布差異。結(jié)果表明：（1）瑪納斯河流域以低等級植被覆蓋為主，高等級植被覆蓋面積顯著增加，其它各等級面積波動較小，研究期內(nèi)植被覆蓋改善的面積比例（31.17%）遠大于退化的面積比例（16.1%），研究區(qū)總體植被覆蓋度增加，生態(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。（2）在海拔<800m，坡度<8°區(qū)域內(nèi)，植被覆蓋度明顯改善，植被顯著退化區(qū)主要分布在海拔1300?3400m，坡度>25°區(qū)域內(nèi)，植被覆蓋度未發(fā)生變化的區(qū)域主要集中在海拔>3600m范圍內(nèi)。（3）當海拔>2100m時，植被覆蓋度隨海拔增加呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，海拔低于2100m的地帶，植被覆蓋度隨海拔增加波動較大。（4）隨著坡度的增加，植被覆蓋度呈逐漸減小的趨勢，全流域0?5°坡度范圍內(nèi)植被覆蓋度最大（42.69%）。（5）在各坡向上，植被覆蓋度差異不明顯。流域內(nèi)平地上的植被覆蓋度最大（44.21%）；陰坡的植被覆蓋度優(yōu)于陽坡，植被變化趨勢除在平地區(qū)域較顯著外，其余坡向間差異不大。

植被覆蓋度；地形因子；像元二分模型；瑪納斯河流域

植被覆蓋度是表征陸表植被分布特征和反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標之一，對全球的氣候和環(huán)境變化具有重要的指示作用[1]。它不僅能反映自然環(huán)境的時空差異和演變過程，也是影響地球系統(tǒng)能量平衡的重要因子。植被覆蓋度對水土保持、水源保護、改善局部小氣候、大氣污染防治等一系列生態(tài)過程具有重要意義[2]。當前國內(nèi)外學者傾向于利用遙感手段提取植被覆蓋度，其中利用植被指數(shù)與像元二分模型相結(jié)合的植被覆蓋度遙感估算法更是得到了廣泛應(yīng)用[3?5]。歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）因其對地表植被生長狀況的強敏感性，被認為是監(jiān)測區(qū)域植被和生態(tài)環(huán)境變化的有效指標，在區(qū)域和全球范圍內(nèi)的土地覆被情況監(jiān)測、生態(tài)質(zhì)量評價、景觀格局分析等研究中得到了良好的應(yīng)用[6]。因此，本研究選用NDVI數(shù)據(jù)進行植被覆蓋度的估算。

當前關(guān)于植被覆蓋度方面的研究主要集中在兩個方面，一是區(qū)域植被覆蓋度時空變化及動態(tài)監(jiān)測研究[7?8]，另一個就是植被覆蓋度與自然人文因素間的相關(guān)關(guān)系研究[9?10]，但是從地形因子的角度探討植被覆蓋度的地形分異及變化特征的研究報道尚且不多。植被覆蓋度不僅受溫度、降水等自然因素的制約，坡度、坡向、高程等地形因子對植被覆蓋度變化的影響同樣不可忽視[11]?，敿{斯河流域地處新疆天山北麓經(jīng)濟帶的核心區(qū)，是中國典型的內(nèi)陸干旱生態(tài)脆弱區(qū)，流域地形因子復(fù)雜，地貌類型多樣，植被分布呈現(xiàn)出明顯的垂直地帶性特征[12]，受高程、坡度等地形因子的影響顯著。當前對該區(qū)域的研究主要集中在植被覆蓋度動態(tài)變化及其對氣象因子的響應(yīng)上[13?14]，關(guān)于植被覆蓋度與地形因子之間相關(guān)性的研究相對薄弱。本研究以2000?2016年MODIS NDVI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輔以數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM），利用GIS及相關(guān)統(tǒng)計方法，研究17a來瑪納斯河流域植被覆蓋度的時空變化特征，探討地形因子對植被覆蓋度的影響機制，旨在為該區(qū)域環(huán)境修復(fù)、生態(tài)文明建設(shè)提供科學基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

瑪納斯河流域位于新疆天山北麓、準噶爾盆地南緣，行政區(qū)劃包括石河子市、瑪納斯、沙灣兩縣，分布在兩縣境內(nèi)的新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團農(nóng)八師和農(nóng)六師的農(nóng)牧團場以及和布克賽爾蒙古自治縣、和靜縣和克拉瑪依市的部分地區(qū)。地理坐標43°27′?45°21′N、85°01′?86°32′E，海拔介于170?5258m，流域總面積為3.41×104km2。地貌由南向北依次為高山冰川、森林、草甸、干草原和荒漠草原，景觀垂直分異特征明顯。流域地處亞歐大陸腹地，遠離海洋，氣候干燥，屬典型的溫帶大陸性氣候，夏季炎熱干燥，冬季寒冷多風，多年平均氣溫為6.8℃，年降水量110～200mm，年蒸發(fā)量1700～2200mm[15]。流域內(nèi)農(nóng)田灌溉主要靠天山冰雪融水匯集的河流徑流水。目前該流域己成為新疆最大的綠洲農(nóng)耕區(qū)和中國第四大灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，也是新疆水資源利用效率較高的灌區(qū)[16]。流域內(nèi)有塔西河、瑪納斯河、寧家河等共7條獨立水系，其中瑪納斯河是徑流量最大，流程最長的河流。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

MODIS NDVI數(shù)據(jù)采用美國國家航空航天局地球觀測系統(tǒng)（http://ecocast.arc.nasa.gov/）下載的MOD13Q1級植被指數(shù)產(chǎn)品，空間分辨率250m，時間分辨率為16d，數(shù)據(jù)期限2000年2月?2016年12月，每年23景影像，共388期影像。利用MRT （MODIS Reprojection Tool）軟件對影像進行批量拼接、投影、格式轉(zhuǎn)換等預(yù)處理。然后以研究區(qū)矢量邊界掩膜裁剪，生成瑪納斯河流域2000?2016年NDVI影像數(shù)據(jù)集。采用國際通用的最大值合成法（MVC）排除云和大氣的干擾得到逐月NDVI產(chǎn)品。為了更好地反映年植被覆蓋情況并消除異常數(shù)據(jù)的干擾，采用2000?2016年研究區(qū)生長季（5?10月）內(nèi)植被覆蓋度均值與地形因子疊加，探究植被覆蓋度隨地形因子的變化特征。

DEM數(shù)據(jù)來源于美國航天局（NASA）與日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省（METI）共同推出的ASTER GDEM數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)投影為UTM，WGS84坐標系，分辨率為30m×30m。

1.3 研究方法

1.3.1 植被覆蓋度

像元二分模型是一種基于線性像元分解模型的植被覆蓋度計算方法，因其對影像輻射校正影響不敏感，計算簡便，而被廣泛應(yīng)用。它假設(shè)每個像元的NDVI值由純植被成分信息及純土壤成分信息構(gòu)成，該像元的NDVI值是兩部分植被指數(shù)值的加權(quán)平均和[17]。即

式中，NDVI為像元NDVI，NDVIV為純植被覆蓋部分NDVI，NDVIS為純土壤部分的NDVI，fc為植被覆蓋度。

根據(jù)式（1），植被覆蓋度fc的計算式為

理論上，純土壤部分的NDVIS值應(yīng)該接近0，純植被覆蓋部分NDVIV值應(yīng)該接近1。但實際上由于大氣、濕度以及太陽光照等因素的影響，NDVIS的值在?0.1～0.2區(qū)間波動[18]。對于純植被覆蓋像元，植被覆蓋類型及其構(gòu)成、植被的空間分布和植被生長的季相都會造成NDVIV值的差異，已有研究對NDVIv和NDVIS的取值方法也不盡相同[19]。本研究在實際計算過程中，先逐像元提取每個單元格中的NDVI值并計算其頻率累積值，取累積百分比0.5％作為純土壤像元值NDVIS，99.5％的為純植被像元值NDVIV[20]。

參考《土壤侵蝕分級標準》中的植被覆蓋度等級劃分標準，并結(jié)合研究區(qū)的實際植被覆蓋情況，將瑪納斯河流域植被覆蓋度劃分為5個等級：Ⅰ級為低植被覆蓋（fc＜30%），Ⅱ級為中低植被覆蓋（30%≤fc＜45%），Ⅲ級為中等植被覆蓋（45%≤fc＜60%），Ⅳ級為中高植被覆蓋（60%≤fc＜75%），Ⅴ級為高植被覆蓋（fc≥75%）。為了分析研究期內(nèi)植被覆蓋度的動態(tài)變化規(guī)律，將2000年與2016年的植被覆蓋度柵格圖進行差值計算，參考張詩羽等[21]的研究，將差值計算結(jié)果d劃分為7級，即嚴重退化區(qū)（d＜?30百分點）、中等退化區(qū)（?30百分點≤d＜?10百分點）、輕微退化區(qū)（?10百分點≤d＜?5百分點）、穩(wěn)定區(qū)（?5百分點≤d＜5百分點）、輕微改善區(qū)（5百分點≤d＜10百分點）、中等改善區(qū)（10百分點≤d＜30百分點）和顯著改善區(qū)（d＞30百分點）。

1.3.2 地形因子的提取

利用ArcGIS10.3軟件對瑪納斯河流域DEM數(shù)據(jù)鑲嵌剪裁后，提取研究區(qū)的高程、坡度、坡向等地形因子并劃分等級（圖1）。

（1）高程：據(jù)統(tǒng)計，瑪納斯河流域70%左右面積的高程<1000m，最大高程5258m，相對高差5088m，為了更好地表現(xiàn)高程對植被覆蓋度的影響，以100m為間距將研究區(qū)高程進行等級劃分，統(tǒng)計各高程等級內(nèi)所有柵格上植被覆蓋度平均值的變化情況。

圖1 瑪納斯河流域地形圖

（2）坡度：研究區(qū)坡度范圍為0?87.5°，借鑒水土保持工作中普遍采用的8°作為緩坡和斜坡這一分級標準[22]，并參考《水土保持綜合治理規(guī)劃通則》規(guī)范，將分級標準定為0?5°、5°?8°、8?15°、15?25°、25?35°、＞35°共6級。

（3）坡向：參考相關(guān)研究[23]，以正北方向為0°，22.5°為步長，將研究區(qū)分為平地（?1°），北（0?22.5°，337.5°?360°），東北（22.5°?67.5°），東（67.5°?112.5°），東南（112.5°?157.5°），南（157.5°?202.5°），西南（202.5°?247.5°），西（247.5°?292.5°），西北（292.5°? 337.5°）9個坡向帶，通常將北坡、東北坡稱為陰坡；西北坡、東坡稱為半陰坡；將南坡、西南坡稱為陽坡；東南坡、西坡稱為半陽坡。各等級地形因子劃分情況見表1。

將各地形因子專題圖與植被覆蓋度等級圖進行空間疊加分析，統(tǒng)計各級地形因子上對應(yīng)的平均植被覆蓋度及其面積比例，并分析不同植被覆蓋度隨地形因子等級變化的特征。

表1 研究區(qū)內(nèi)各地形因子分級及其面積比例

2 結(jié)果與分析

2.1 瑪納斯河流域植被覆蓋度時空變化

2.1.1 時間變化

由圖2可見，2000?2016年瑪納斯河流域以低植被覆蓋等級為主，高等級植被覆蓋面積顯著增加，其它各等級面積比例均有不同程度的減少。低植被覆蓋等級面積比例在38.28%～53.70%之間波動，2000年其面積比例最大（53.70%），2010年達到最低值（38.28%），其變化趨勢大體可以分為兩個階段：2000? 2010年波動下降，2010?2016年波動上升，但總體呈下降趨勢；中低植被覆蓋等級面積變化平穩(wěn)，2001年達到最大值（15.87%），2014年達到最小值（9.72%）；中等植被覆蓋等級和中高植被覆蓋等級的面積變化波動都很小，中等植被覆蓋等級面積比例在8.52%～14.77%之間波動，中高植被覆蓋等級面積比例在9.91%～15.52%之間波動；高等級植被覆蓋面積比例波動幅度較大，在2003、2005、2014年出現(xiàn)峰值，最大值出現(xiàn)在2014年（24.94%）?？傮w來看，瑪納斯河流域植被覆蓋度呈上升趨勢，生態(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。

2.1.2 空間變化

研究區(qū)內(nèi)各植被覆蓋等級在空間分布上表現(xiàn)出一定的規(guī)律性（圖3）。低植被覆蓋區(qū)主要分布在研究區(qū)北部及南部高海拔山區(qū)，這一區(qū)域地表多為裸土或冰川永久積雪，植被覆蓋度低，受自然環(huán)境的限制，其植被覆蓋并未發(fā)生明顯改善；中低植被覆蓋區(qū)主要分布在流域中南部，土地利用以草地為主，部分區(qū)域植被覆蓋度有輕微改善的趨勢，但總體變化還是以穩(wěn)定為主；中等植被覆蓋區(qū)域分布較零散，大多圍繞中高植被覆蓋區(qū)域分布；中高植被覆蓋區(qū)和高植被覆蓋區(qū)分布較集中，主要分布在流域中部及中南部，土地利用方式以耕地和林地為主，二者的分布態(tài)勢呈“嵌套”式，中高植被覆蓋區(qū)環(huán)繞分布在高植被覆蓋區(qū)周圍。研究區(qū)植被覆蓋度明顯改善區(qū)主要分布在流域中部農(nóng)耕區(qū)，主要是由于中等植被覆蓋等級和中高植被覆蓋等級轉(zhuǎn)化為了高植被覆蓋等級，明顯退化區(qū)域主要分布在流域南部。全區(qū)52.73%的面積植被覆蓋度無明顯變化，植被覆蓋退化的總面積所占比例為16.1%，植被覆蓋改善的總面積所占比例為31.17%，說明研究區(qū)總體植被覆蓋度增加，這與流域內(nèi)不斷推進生態(tài)保護及退耕還林等政策的實施密不可分；但植被覆蓋度仍有一定的波動，可能與氣候、自然災(zāi)害等有關(guān)。

圖2 2000?2016年瑪納斯河流域各等級植被覆蓋度的年際變化

注：Ⅰ為低植被覆蓋（fc＜30%），Ⅱ為中低植被覆蓋（30%≤fc＜45%），Ⅲ為中等植被覆蓋（45%≤fc＜60%），Ⅳ為中高植被覆蓋（60%≤fc＜75%），Ⅴ為高植被覆蓋（fc≥75%）。下同。

Note: I is low vegetation coverage level(fc<30%), II is low to medium vegetation coverage level (30%≤fc<45%), III is medium vegetation coverage level (45%≤fc<60%), IV is medium to high vegetation coverage level (60%≤fc<75%), and V is high vegetation coverage level (fc≥75%).The same as below.

圖3 2000年和2016年研究區(qū)植被覆蓋分布及空間演變

注：（c）圖為按2016年與2000年各像元植被覆蓋度差值（d，個百分點）的分類結(jié)果，d＜?30為嚴重退化區(qū)、?30≤d＜?10為中等退化區(qū)、?10≤d＜?5為輕微退化區(qū)、?5≤d＜5為穩(wěn)定區(qū)、5≤d＜10為輕微改善區(qū)、10≤d＜30為中等改善區(qū)，d＞30為顯著改善區(qū)。下同。

Note:The figure (c) shows the results of classification by pixel vegetation coverage difference (d, percentage points) between 2016 and 2000, d30 is a significant improvement area. The same as below.

2.2 瑪納斯河流域植被覆蓋度隨地形的變化

2.2.1 隨高程變化

由圖4可見，全流域植被覆蓋度隨著柵格高程的變化表現(xiàn)出一定的特點，在400?600m和1300?2900m高程范圍內(nèi)植被覆蓋度較高，均超過50%，其中2000?2100m區(qū)域植被覆蓋度最大，達到74.57%，而其余高程范圍內(nèi)植被覆蓋度相對較小。從變化過程看，在200?300m區(qū)域植被覆蓋度較低，僅23.62%，

圖4 2000?2016年各高程范圍平均植被覆蓋度值的變化

隨著海拔的增加植被覆蓋度急劇升高，海拔500?800m區(qū)域植被覆蓋度隨海拔升高迅速下降，海拔800?2100m范圍內(nèi)隨海拔升高植被覆蓋度緩慢提升，海拔超過2100m后植被覆蓋度又隨海拔升高持續(xù)下降，在海拔最高處（5100?5200m）植被覆蓋度最低，僅1.18%。

從各海拔等級內(nèi)植被變化類型所占的面積百分比來看（圖5），不同海拔范圍內(nèi)，植被變化情況較復(fù)雜。植被改善區(qū)域的比例在300?800m海拔范圍內(nèi)最大（約50%），其余各海拔區(qū)段內(nèi)所占比例較小，表明在海拔較低（＜800m）處，植被改善情況較好，植被退化區(qū)域的比例在1300?3400m海拔范圍內(nèi)最大，均超過50%，隨著海拔的升高，植被不變類型的比例開始持續(xù)上升。

導致上述變化的原因是，海拔200?300m位于流域北部的裸土區(qū)，土地覆被類型多為戈壁灘或荒漠，僅零星分布少量草本植物，因此，這一海拔高程內(nèi)植被覆蓋度較低，植被改善狀況也不明顯；海拔400?700m是瑪納斯縣、石河子市及沙灣縣的城市建成區(qū)和農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，是流域內(nèi)人類活動的主要聚集地，耕地擴張和城市化建設(shè)等人為活動致使這一區(qū)域植被覆蓋度明顯改善，因此，這一海拔范圍內(nèi)植被覆蓋度明顯高于周圍地區(qū)；當海拔>700m時，隨著海拔的增高，越靠近流域上游水源區(qū)，水資源越多，植被覆蓋度逐漸增加；海拔1800?2200m主要位于山前平原帶，山區(qū)冰雪融水主要匯聚于此，水資源豐富，熱量和水分都適合植被生長，地表植被主要為生長茂密的草地和林地，所以全區(qū)植被覆蓋度在這一海拔范圍內(nèi)最高，植被覆蓋度超過70%；當海拔高度＞2200m時，隨著海拔的繼續(xù)抬升，溫度明顯降低，降雨量減少，植被生長所必須的熱量和水分條件受到限制，植被覆蓋度逐漸下降[24]。

圖5 2016年與2000年相比各高程等級上植被變化情況統(tǒng)計

2.2.2 隨坡度變化

坡度能反映地表的傾斜程度，直接影響地表的物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量流動，在一定程度上也影響地表植被的分布[25]。由研究區(qū)坡度與植被覆蓋度的空間疊加分析結(jié)果可知（圖6），瑪納斯河流域70%以上的坡度都在0?5°之間，地勢相對平坦，起伏不大。整個流域在0?5°坡度范圍內(nèi)植被覆蓋度最大，達到42.69%，隨著坡度的增加，植被覆蓋度呈逐漸減小的趨勢，但是在15°?25°區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋度（40.86%）稍大于8°?15°區(qū)域（40.73%）。

圖6 2000?2016年各坡度范圍平均植被覆蓋度的變化

不同坡度范圍內(nèi)，植被覆蓋度以不變?yōu)橹鳎▓D7）?？傮w上，植被改善的區(qū)域面積隨著坡度增加而逐漸減少，植被退化類型區(qū)域面積則隨著坡度增加而逐漸增加。其中，植被退化類型在25°?35°區(qū)域面積比例最大，為47.74%，在0?5°坡度范圍內(nèi)最小，為7.64%；各坡度等級內(nèi)，植被不變類型比例均在47%左右；植被改善類型面積所占比例在8.64%～45.97%范圍波動，在0?5°坡度范圍內(nèi)最大，在25°?35°區(qū)域面積比例最小。綜合來看，瑪納斯河流域植被覆蓋度明顯改善區(qū)域主要位于0?8°坡度范圍內(nèi)，明顯退化區(qū)域主要位于坡度>25°范圍內(nèi)。

圖7 2016年與2000年相比各坡度等級上植被變化情況統(tǒng)計

導致這種變化的原因主要是由于在0?15°范圍內(nèi)，地表坡度相對較小，地勢較平坦，人類活動頻繁，城市化建設(shè)及耕地擴張等一系列活動致使該區(qū)域植被覆蓋度較高，植被覆蓋度改善明顯；坡度15°?25°的地區(qū)靠近流域山前平原區(qū)，水資源豐富，多為植被生長茂密的林地，植被覆蓋度也較高，但是由于人類活動的影響，植被覆蓋度稍有退化；坡度在>25°范圍內(nèi)，這一區(qū)域的地勢已不再平坦，且海拔較高，過于陡峭的地形使得降雨無法保存，土壤養(yǎng)分也易流失，植被生長受限，因此植被覆蓋度隨坡度的繼續(xù)增加而逐漸降低。另一方面，不同坡度上水熱因素的分配也存在差異，坡度大的區(qū)域積溫較少，單位面積上的平均降水量也??；同時不同坡度的土地持水性也不同，坡度越小的區(qū)域水分越容易被土壤吸收，坡度越高降水越容易流失。因此植被覆蓋隨著坡度的升高而減小[26]。

2.2.3 隨坡向變化

坡向表示了每一個柵格高程值變化量的改變方向，不同坡向地表所接收到的太陽輻射能量和土壤水分含量差異很大，進而決定了地表植被的分布態(tài)勢[27]。由圖8可知，不同坡向上的植被覆蓋度差異不明顯。平地上的植被覆蓋度最大，達到44.21%；西南坡向上的植被覆蓋度最小，為39.06%，各個坡向上的植被覆蓋度均值總體表現(xiàn)為平地>陰坡（北、東北）>半陰坡（東、西北）>半陽坡（東南、西）>陽坡（南、西南）。

不同坡向上，植被覆蓋度變化特征以不變類型為主（圖9），其面積所占比例均在45%左右。植被改善類型的面積比例在平地上最高，為46.21%，其余坡向間差異不大，植被退化類型的面積比例在平地上最低，為11.72%，其余坡向間差異不大。各個坡向上，植被改善的面積比例均大于植被退化的面積比例，這也說明研究期內(nèi)植被覆蓋度總體呈增加趨勢。

導致這種分布差異的原因是坡向通過影響各個坡面接受的太陽輻射以及水、熱、光、土等自然資源，陽坡接受的太陽輻射總量要高于陰坡[28]，在干旱半干旱地區(qū)，過高的太陽輻射反而抑制了植物的光合速率，同時也加速了地表水分的蒸散發(fā)，因此，陰坡的植被覆蓋度優(yōu)于陽坡。

圖8 2000?2016年各坡向范圍平均植被覆蓋度的變化

圖9 2016年與2000年相比各種坡向上植被變化情況統(tǒng)計

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）2000?2016年，瑪納斯河流域以低植被覆蓋等級為主，其面積所占比例在39.72%～53.02%范圍波動，低植被覆蓋等級面積減少了11.08%，高植被覆蓋等級面積增幅最大，其它各等級植被覆蓋變化幅度較小；空間分布上，植被覆蓋顯著改善區(qū)主要分布在研究區(qū)中部農(nóng)耕區(qū)，植被退化較顯著區(qū)主要分布在流域南部，研究區(qū)超過50%的面積（52.73%）植被覆蓋度沒有發(fā)生明顯改善，植被覆蓋度改善的總面積（31.17%）遠大于植被覆蓋度退化的總面積（16.1%），說明研究區(qū)總體植被覆蓋度增加，生態(tài)環(huán)境有所改善。

（2）瑪納斯河流域植被覆蓋度隨高程的增加呈現(xiàn)先升高后下降然后緩慢抬升，到達最高點后開始持續(xù)下降的趨勢，共出現(xiàn)2次峰值，植被覆蓋度最大值出現(xiàn)在2000?2100m高度范圍內(nèi)，達到74.57%。在海拔低于2100m的地帶，植被覆蓋度隨海拔增加變化較復(fù)雜，當海拔>2100m時，植被覆蓋度隨海拔增加呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢。植被覆蓋度明顯改善區(qū)主要分布在海拔300?800m的范圍內(nèi)，顯著退化區(qū)主要分布在海拔1300?3400m的范圍內(nèi)，植被覆蓋度不變類型主要集中在海拔3600m以上。

（3）整個流域在0?5°坡度范圍內(nèi)植被覆蓋度最大，達到42.69%，隨著坡度的增加，植被覆蓋度呈逐漸減小的趨勢。在植被覆蓋度變化上，不同坡度范圍內(nèi)，植被覆蓋度均以不變?yōu)橹鳎脖桓采w度明顯改善區(qū)域主要位于0?8°內(nèi)，明顯退化區(qū)域主要位于坡度>25°范圍內(nèi)。

（4）各坡向等級間植被覆蓋度分布差異不明顯，平地上的植被覆蓋度最大（44.21%）；西南坡向上的植被覆蓋度最小，為39.06%。植被覆蓋度變化在各坡向間差異不大，各坡向上植被覆蓋度變化特征均以不變類型為主?？偟膩碚f，平地的植被覆蓋度最高，陰坡的植被覆蓋度優(yōu)于陽坡。

3.2 討論

本研究采用遙感和GIS技術(shù)相結(jié)合的方法分析了瑪納斯河流域植被覆蓋度隨地形要素的分布特征及變化規(guī)律，與傳統(tǒng)的實地考察監(jiān)測方法相比更具有時效性，也提高了效率[29]。但是像元二分模型作為當前反演植被覆蓋度的主流模型，其根據(jù)影像 NDVI灰度分布，以置信度截取上下限閾值來近似代替純植被像元和非植被像元信息具有一定的局限性，雖然反演結(jié)果精度檢驗符合要求，但植被覆蓋度估算值與實測值間仍有一定的誤差，如何進一步提高模型的反演精度仍待進一步研究。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)地形因子與植被覆蓋度之間并不是單一的線性關(guān)系，植被覆蓋度隨各地形因子的變化也并非是單一的變化趨勢，各地形因子對植被覆蓋度的作用程度也不盡相同。各地形因子對植被覆蓋度的影響并不是單獨作用的，它們對植被覆蓋度的影響是一個復(fù)雜的綜合過程，這與蔡宏等[22]對赤水河流域的研究結(jié)果相一致?，敿{斯河流域地形復(fù)雜，地貌類型多樣，其植被覆蓋度的時空變化不僅與地形要素有關(guān)，還受自然因素、人文因素等的共同制約[3]，本研究僅從地形角度探討了其與植被覆蓋度變化的相互關(guān)系，在以后的研究中，還可從其它角度進一步探討。比如植被覆蓋度對氣象因子的響應(yīng)；更長時間序列的植被覆蓋度時空變化特征，植被覆蓋度變化的驅(qū)動因素分析等。

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Variation Characteristics of Vegetation Coverage Based on Terrain Factors in the Manas River Basin

WEI Hong1, XU Li-ping1, LI Xiao-lei1, XUE Kai2,3

(1.College of Science, Shihezi University, Shihezi 832003, China; 2.School of Geography Science, Nanjing Normal University, Nanjing, 210023; 3. Key Laboratory of Virtual Geographical Environment, Nanjing 210023)

Based on MODIS NDVI data from 2000 to 2016, the distribution pattern and dynamic change characteristics of vegetation coverage in the Manas River Basin of Xinjiang were studied by using the dimidiate pixel model and the spatial analysis of ArcGIS, and the spatial distribution differences of vegetation cover change in elevation, slope and aspect were analyzed. The results showed that: (1) the Manas River Basin was dominated by low vegetation cover, the area of high-level vegetation coverage was significantly increased, and the other levels were less volatile. The area ratio of vegetation cover improvement (31.17%) was much larger than the proportion of degraded area (16.1%) during the study period, the overall vegetation coverage of the study area increased, and the ecological environment improved. (2)In the area of elevation <800m and slope <8°, the vegetation coverage was obviously improved. The vegetation significantly degraded areas were mainly distributed in the elevation of 1300?3400m, the slope was >25°, and the area where the vegetation coverage had not changed was mainly concentrated in the elevation > 3600m. (3)When the elevation was >2100m, the vegetation coverage tended to decrease with the increase of elevation. In the area below 2100m, the vegetation coverage fluctuated greatly with the increase of elevation. (4)With the increase of slope, the vegetation coverage gradually decreased. The vegetation coverage was the largest (42.69%) in the 0?5 degree slope of the whole basin. (5)The difference of vegetation coverage was not significant in all aspects. The vegetation coverage on the flat ground was the largest (44.21%), and the vegetation coverage on the shade aspect was better than the sunny aspect. There was no obvious difference of the vegetation coverage change except in the flat ground.

Vegetation coverage; Topography factor; Dimidiate pixel model; Manas River Basin

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.12.006

位宏,徐麗萍,李曉蕾,等.瑪納斯河流域植被覆蓋度隨地形因子的變化特征[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(12):814-824

收稿日期：2018?05?24

通訊作者。E-mail：xlpalw@sina.com

新疆維吾爾自治區(qū)研究生科研創(chuàng)新項目（XJGRI2017044）；國家自然科學基金項目（31760151）

位宏（1992?），碩士生，主要從事GIS應(yīng)用、景觀格局研究。E-mail：hnwh12012@163.com