基于NDVI3g數(shù)據(jù)反演的青藏高原草地退化特征*

曹旭娟，干珠扎布，胡國錚，高清竹

?

基于NDVI3g數(shù)據(jù)反演的青藏高原草地退化特征*

曹旭娟1,2，干珠扎布1**，胡國錚1，高清竹1

（1．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2．山西省環(huán)境科學(xué)研究院，太原 030027）

利用NDVI3g數(shù)據(jù)反演青藏高原1986?2013年高寒草地植被蓋度，并計(jì)算草地退化指數(shù)，以了解青藏高原高寒草地退化狀況及其分布特征。結(jié)果表明，2011?2013年青藏高原草地退化指數(shù)為1.76，屬輕度退化等級；退化面積達(dá)到41%，與歷史平均水平（1986?2010）相比無顯著變化，但中等以上退化面積有所增加。其中，輕度退化面積為22%、中度退化面積為8%、重度和極重度退化面積分別為6%和5%，而歷史平均分別為28%、7%、4%和1%。從不同草地類型來看，高寒荒漠退化程度最嚴(yán)重，退化面積78%，退化指數(shù)為3.23，達(dá)到重度退化等級且表現(xiàn)出持續(xù)惡化趨勢；而高寒草甸和高寒草原退化面積分別為31%和38%，退化指數(shù)分別為1.49和1.57，均屬于輕度退化狀態(tài)。從不同省域看，2011?2013年青藏高原新疆自治區(qū)范圍內(nèi)草地退化程度最為嚴(yán)重，退化草地面積所占比例為71%；青海省和西藏自治區(qū)草地退化比例也較大，分別達(dá)到42%和41%；甘肅、四川和云南草地退化比例較小，分別為25%、10%和12%?？傮w來看，青藏高原草地退化存在空間差異，與歷史平均相比無顯著變化，但局部有惡化趨勢，尤其是高寒荒漠退化狀況較為嚴(yán)重。

草地退化；退化指數(shù)；草地類型；不同省域；青藏高原

草地是分布最廣的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型之一，其面積占全球陸地面積的1/5[1]。草地生態(tài)系統(tǒng)為人類提供了凈初級物質(zhì)生產(chǎn)、碳匯、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、水土保持、防風(fēng)固沙、改良土壤、維持生物多樣性等產(chǎn)品和服務(wù)功能[2]，在全球碳循環(huán)中扮演著重要的角色[3]。青藏高原高寒草地面積約為1.59×106km2，占青藏高原總面積的60%以上，涵養(yǎng)著黃河、長江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等五大水系[4]。草地資源是發(fā)展畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，支撐著包括傳統(tǒng)游牧和集約型畜牧在內(nèi)的畜牧業(yè)發(fā)展[5]。青藏高原牧草品質(zhì)優(yōu)良，是中國重要的草地畜牧業(yè)基地之一[6]。但近年來，在氣候變化和人類活動的雙重作用下青藏高原草地出現(xiàn)了大范圍退化，直接影響了其生態(tài)服務(wù)功能，也制約了高寒草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

目前，針對青藏高原草地退化的研究主要集中在樣地調(diào)查和遙感監(jiān)測兩個方面。其中，樣地尺度的調(diào)查研究有助于理解草地退化過程，劃分草地退化等級，厘清草地退化機(jī)理，提出草地退化理論。馬玉壽等[7]通過“黑土灘”型退化草地進(jìn)行調(diào)查，確定植被蓋度和產(chǎn)草量作為草地退化的重要指標(biāo)。Li等[8]分析了不同等級退化草地毒草以及土壤養(yǎng)分分布特征，認(rèn)為毒草和土壤養(yǎng)分是表征草地退化的重要指標(biāo)。董世魁等[9]基于樣地調(diào)查和收集資料，提出了青藏高原不同草地類型的退化狀況，并分析了其退化成因。但由于生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性和復(fù)雜性，在樣地調(diào)查尺度上很難提出統(tǒng)一的草地退化特征指標(biāo)。而遙感監(jiān)測具有范圍廣、時(shí)間序列長的特點(diǎn)，成為了大范圍研究草地退化特征的主要方法。目前，眾多學(xué)者針對青藏高原草地退化問題進(jìn)行了大尺度的遙感監(jiān)測研究，但結(jié)果不盡相同。梁四海等[10]發(fā)現(xiàn)在1992?2002年，青藏高原中部和西北地區(qū)呈現(xiàn)出大面積草地退化現(xiàn)象，強(qiáng)烈退化的地區(qū)集中在長江、黃河、瀾滄江和怒江的源頭、阿里等地區(qū)。邊多等[11]的研究表明，西藏草地退化、沙化面積已經(jīng)達(dá)到草地面積的40%，且仍在擴(kuò)張中，部分地區(qū)的草地退化率高達(dá)80%。王根緒等[12]發(fā)現(xiàn)，與1986年相比，2000年江河源區(qū)15a高寒草原與高寒草甸面積分別減少了15.82%與5.15%，高寒沼澤草甸面積則銳減24.36%。但也有研究表明，近幾年來青藏高原草地退化趨勢有所緩解，并且存在明顯的空間差異，呈現(xiàn)整體升高、局部退化的趨勢[13]。高清竹等[14]研究發(fā)現(xiàn)，藏北地區(qū)1981?2004年草地退化情況均較嚴(yán)重，草地退化年際間波動較大，但2001?2004年藏北西部地區(qū)的草地退化趨勢略有減緩。

截至目前，針對青藏高原草地退化的遙感監(jiān)測研究，多集中在高原內(nèi)某一區(qū)域，而針對整個高原長時(shí)間序列的草地退化面積和退化等級及其變化特征仍無定論。因此，本研究基于NDVI3g數(shù)據(jù)集，采用退化指數(shù)表征草地退化程度，確定整個高原草地退化狀況，提出退化草地面積，以期為制定青藏高原草地保護(hù)政策和畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

青藏高原（26°50′?39°19′N，78°25′?103°04′E）包括西藏自治區(qū)、青海省及四川省、甘肅省、新疆維吾爾自治區(qū)、云南省的部分地區(qū)（圖1），平均海拔4000m以上，有“世界屋脊”之稱。在獨(dú)特的高寒氣候條件下，青藏高原從東南到西北依次分布著高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠三種主要草地類型。

圖1 青藏高原高寒草地的空間分布

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

所用植被類型空間分布數(shù)據(jù)為1:100萬中國植被圖[15]。根據(jù)對1:100萬中國植被圖矢量化的結(jié)果，提取高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠三種青藏高原主要的草地植被類型作為研究對象（圖1）。

美國國家航天航空局（NASA）提供的第三代歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)集GIMMS NDVI3g，來自NOAA衛(wèi)星搭載的AVHRR傳感器。GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)集具有時(shí)間序列長的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于全球或區(qū)域尺度長時(shí)間序列植被變化動態(tài)監(jiān)測。該數(shù)據(jù)集時(shí)間跨度為1981?2013年，時(shí)間分辨率為15d，空間分辨率為8km，經(jīng)過幾何精校正、輻射校正、大氣校正、圖像增強(qiáng)等預(yù)處理。

使用ENVI軟件對GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、圖像鑲嵌、圖像裁剪、投影轉(zhuǎn)換等處理，形成青藏高原草地DNVI時(shí)空數(shù)據(jù)集。用最大值合成法（MVC，Maximum Value Composites）[16]對GIMMS NDVI3g序列數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，提取1981? 2013年青藏高原草地NDVI年最大值。最大值合成法可以進(jìn)一步消除云、氣溶膠和太陽高度角的干擾。

1.3 研究方法

1.3.1 植被蓋度反演

植被蓋度是區(qū)域生態(tài)變化的重要指標(biāo)，可以直觀反映植被豐度。區(qū)域尺度研究中，常利用植被指數(shù)反演植被蓋度。由于采用的NDVI數(shù)據(jù)分辨率較低，因此采用亞像元模型法計(jì)算植被蓋度，該方法認(rèn)為所有像元均為混合像元，有土壤和植被兩部分，其植被蓋度與NDVI存在如下關(guān)系[17]

式中，VC為某像元的植被蓋度，NDVIS為研究區(qū)所有像元中最小NDVI值即裸土的NDVI值，NDVIV為研究區(qū)域最大NDVI值即純植被像元的NDVI值。

NDVIS作為裸土的NDVI值，理論上應(yīng)該趨近于0，但由于遙感影像受大氣環(huán)境和地表粗糙度、土壤顏色、土壤地表濕度等因素影響，NDVIs值不是固定值，會在一定范圍內(nèi)變化，一般為?0.1～0.2[18]。NDVIV為研究區(qū)域像元最大NDVI值，但該值也會受到植被類型和研究區(qū)域的影響。鑒于此，基于對研究區(qū)內(nèi)像元NDVI灰度值的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，截取置信區(qū)間累計(jì)頻率在5%～95%[19]對應(yīng)的NDVI值分別作為NDVI最大值與最小值，對應(yīng)式（1）中的NDVIV和NDVIS，得到研究區(qū)植被蓋度像元分布數(shù)據(jù)。

1.3.2 像元草地退化等級

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB19377?2003 天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標(biāo)，20世紀(jì)80年代初期相同監(jiān)測區(qū)域相同草地類型的草地植被特征可以作為未退化草地的基準(zhǔn)。因此，以1981?1985年每個像元的年際最大植被蓋度作為基準(zhǔn)，將其退化程度分為未退化、輕度退化、中度退化、重度退化和極重度退化5個級別[20]。具體見表1。

表1 基于像元植被蓋度（VC）劃分退化等級的標(biāo)準(zhǔn)

注：VC1981?1985為各像元1981?1985年的年際最大植被蓋度。

Note: VC1981?1985is maximum vegetation coverage for each pixel in 1981?1985.

1.3.3 區(qū)域草地退化指數(shù)

在草地退化等級劃分的基礎(chǔ)上，采用Gao等[20]提出的草地退化指數(shù)（Grassland Degradation Index, GDI）按草地類型、省份分別計(jì)算不同研究區(qū)域的草地退化情況。草地退化指數(shù)的計(jì)算公式為

（2）

式中，GDI為區(qū)域草地退化指數(shù)；Di為草地退化等級i的評分（表1）；Ai為草地退化等級i的分布面積；A為研究區(qū)草地總面積。依據(jù)退化指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)（表2）[20]分析草地退化情況。

為了消除年份特征對結(jié)果的影響，以1986?2010年平均退化水平代表草地歷史退化狀況，以2011?2013年的平均退化水平代表退化近況。區(qū)域草地退化指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)見表2[20]。

表2 區(qū)域草地退化指數(shù)分級

2 結(jié)果與分析

2.1 青藏高原草地退化特征

由圖2可見，1986?2013年，青藏高原高寒草地退化指數(shù)具有較大的年際波動。退化指數(shù)最高出現(xiàn)在1995年，達(dá)到1.98；最低值出現(xiàn)在1988年，為1.36，整體屬于輕度退化范圍。青藏高原退化草地面積占全區(qū)草地總面積的41%，其中，輕度退化、中度退化、重度退化和極重度退化草地面積比例分別為22%、8%、6%和5%。2011?2013年退化草地面積與歷史平均（1986?2010年）相比較無明顯變化，但呈現(xiàn)出輕度退化比例減少、中度以上退化面積增加的趨勢，具體表現(xiàn)為輕度退化草地面積比例下降6個百分點(diǎn)，而中度退化、重度退化和極重度退化草地面積比例分別增長1個、2個和4個百分點(diǎn)（圖2b）。由輕度退化等級變?yōu)橹卸韧嘶燃壍膮^(qū)域主要分布在高原西部，而由輕度退化等級變?yōu)橹囟群蜆O重度退化等級的區(qū)域則主要分布在高原北部邊緣（圖3）。

圖2 1986?2013年青藏高原草地退化指數(shù)的年際變化（a）及不同程度退化草地面積比例（b）

圖3 1986?2010年（a）和2011?2013年（b）青藏高原草地退化情況

2.2 不同類型草地退化特征

1986?2013年，青藏高原不同類型高寒草地退化指數(shù)均呈現(xiàn)較大的年際波動（圖4）。其中高寒荒漠年際波動最大，最低值為1.75（1988年），最高值為3.42（2013年），在輕度退化和重度退化之間波動。高寒草甸和高寒草原的年際波動趨勢相似，最低值均大于1，最高值均超過2，即均屬于輕度退化狀態(tài)（圖4）。

圖4 1986?2013年青藏高原不同類型草地退化指數(shù)的年際變化

2011?2013年整個青藏高原草地退化指數(shù)為1.76，歷史平均為1.56，均處在輕度退化等級。高寒草甸退化指數(shù)在1986?2010和2011?2013年分別為1.37和1.49，均處在輕度退化等級且低于整個高原平均。高寒草原退化指數(shù)在1986?2010和2011?2013年分別為1.49和1.57，也屬于輕度退化等級。高寒荒漠在1986?2010年退化指數(shù)為2.38，而2011?2013年則達(dá)到3.23，表現(xiàn)出由中度退化轉(zhuǎn)為重度退化的趨勢（圖5）。比較不同類型草地退化面積發(fā)現(xiàn)，總體上高寒草甸退化比例較低，在1986?2010年退化面積為29%，2011?2013年為31%；高寒荒漠退化比例最高，在1986?2010年退化面積為68%，2011?2013年為78%；高寒草原退化面積比例在1986?2010為40%，2011?2013年為38%（圖5）。從退化比例變化趨勢來看，高寒草甸和高寒草原退化面積變化趨勢并不明顯，但呈現(xiàn)出顯著的年際波動，且兩者變化趨勢相近。1986?2013年，青藏高原高寒荒漠退化比例呈顯著升高態(tài)勢，由1988年的39%增至2013年的83%（圖6）。

2.3 不同階段各省域草地退化特征

對比青藏高原不同省域草地退化指數(shù)表明，1986?2013年，新疆自治區(qū)退化指數(shù)最高，新疆自治區(qū)和青海省草地退化指數(shù)呈極顯著增高趨勢（P＜0.01）。比較兩個不同階段（1986?2010和2011?2013年），青海省草地退化指數(shù)分別為1.78和2.00，接近中度退化水平；西藏自治區(qū)草地退化指數(shù)分別為1.64和1.71，屬輕度退化等級；新疆自治區(qū)草地退化指數(shù)分別為2.31和2.97，已接近重度退化級別。甘肅省草地退化指數(shù)分別為1.59和1.51，屬輕度退化范圍，且退化情況有所好轉(zhuǎn)；四川和云南草地退化指數(shù)歷史平均均為1.12，2011?2013年分別為1.14和1.15，屬于輕度退化且接近未退化等級（圖7）。

圖5 兩個階段不同草地類型草地退化指數(shù)GDI（a）和退化比例（b）的比較

圖6 高寒草甸（a）、高寒草原（b）和高寒荒漠（c）退化面積比例的年際變化（1986?2013）

圖7 1986?2013年青藏高原不同省域草地退化指數(shù)的年際變化（a）及與歷史平均的比較（b）

2011?2013年，從各省區(qū)退化面積比例來看（圖8），從大到小依次為新疆、青海、西藏、甘肅、云南和四川。研究區(qū)內(nèi)新疆自治區(qū)草地退化面積占其草地總面積的比例達(dá)到71%，較歷史平均（1986?2010年）退化水平相比未退化草地面積比例減少11個百分點(diǎn)，輕度退化面積比例下降14個百分點(diǎn)，中度退化草地面積比例下降2個百分點(diǎn)，而重度和極重度退化草地面積比例則分別增長7個百分點(diǎn)和20個百分點(diǎn)。2011?2013年青海省草地退化面積占其草地總面積的比例為42%，與1986?2010年相比，未退化草地面積比例下降2個百分點(diǎn)，輕度、中度和重度退化草地面積比例分別下降5個、3個和1個百分點(diǎn)，極重度退化面積比例則增長11個百分點(diǎn)。2011?2013年西藏自治區(qū)草地退化面積達(dá)到41%，與1986?2010年平均水平相比，未退化草地面積比例下降1個百分點(diǎn)，輕度退化草地面積比例減少7個百分點(diǎn)，中度、重度和極重度退化草地面積比例分別增加4個、3個和1個百分點(diǎn)。2011?2013年，研究區(qū)內(nèi)甘肅省未退化草地面積比例較1986?2010年平均水平增加了6個百分點(diǎn)，達(dá)到75%，而四川和云南未退化草地面積分別降低4個百分點(diǎn)和7個百分點(diǎn)，但仍保持較高水平，達(dá)到90%和88%（圖8）。

圖8 青藏高原不同省域草地退化等級的分布

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

青藏高原高寒草地是中國重要的生態(tài)安全屏障和高原畜牧業(yè)基地，但退化嚴(yán)重制約了其生態(tài)與生產(chǎn)功能。草地退化是眾多因素綜合作用的結(jié)果[21]，全球氣候變化與人類活動二者是陸地生態(tài)系統(tǒng)變化的驅(qū)動力[22?24]。其中，氣候變暖、冬春干旱、蒸發(fā)強(qiáng)烈、大風(fēng)頻繁等自然特征是導(dǎo)致高寒草原草地退化的內(nèi)在因素[25]。青藏高原屬于高寒地區(qū)，溫度是限制植物生長發(fā)育的關(guān)鍵因子。但由于高原面積大，降水不均勻，導(dǎo)致高原內(nèi)不同區(qū)域水熱條件不盡相同。

一般而言，高寒草甸和高寒草原區(qū)氣候變化劇烈，同時(shí)也是人類活動集中區(qū)，具有較高的草地退化風(fēng)險(xiǎn)。但本研究結(jié)果表明，高寒草甸和高寒草原退化面積比例分別為31%和38%，整體屬于輕度退化水平，低于整個高原平均，且與歷史平均相比無明顯變化。雖然有報(bào)道稱超載過牧、人類活動以及氣候變化導(dǎo)致高寒草甸和高寒草原草地生產(chǎn)力降低，大面積退化[26?27]。但國家和地方政府在青海三江源、西藏羌塘等地區(qū)連續(xù)開展了草地生態(tài)保護(hù)工程，對退化草地恢復(fù)具有顯著的影響[28?30]。例如，青海三江源地區(qū)先后建立了自然保護(hù)區(qū)和國家公園，實(shí)施了退人、減畜、退牧還草等一系列措施，生態(tài)環(huán)境和生物多樣性顯著恢復(fù)[31]；羌塘地區(qū)落實(shí)了草原生態(tài)獎補(bǔ)機(jī)制、生態(tài)移民，顯著降低了草場壓力[32]。此外，在高寒草甸，由于水分充足，植物根系較為發(fā)達(dá)，加之溫度低，植物殘?bào)w分解速率慢，形成了較厚的草氈層，具有相對較高的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性[33]。與高寒草甸和高寒草原相比，高寒荒漠降水量較少、土壤貧瘠、氣候干旱。由于水分條件較差，荒漠區(qū)常受到水分虧缺的影響，對氣候極為敏感，其生產(chǎn)力更易受到水分匱缺的影響[34]。在青藏高原，高寒荒漠的退化情況較為嚴(yán)重，退化面積達(dá)到78%，1986年以來大部年份退化面積達(dá)到60%以上，嚴(yán)重和極嚴(yán)重退化面積比例最高達(dá)到54%，且有顯著增長的趨勢。陳卓奇等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在青藏高原西北部地區(qū)（年降水量低于450mm），降水是影響草地生產(chǎn)力的限制因子。因此，升溫引起的干旱以及生長季降水減少[36]可能是導(dǎo)致該區(qū)域草地持續(xù)退化的主要原因。在其它干旱區(qū)，部分學(xué)者也得到了相似的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)氣候變化加劇了中國草地退化[37]。Wang等[38]認(rèn)為氣候變化對內(nèi)蒙古草地退化的貢獻(xiàn)顯著超過“過牧”的影響。鄭偉等[39]也發(fā)現(xiàn)氣候變化是南疆和東疆盆地草地荒漠化的主要驅(qū)動因素之一。此外，青藏高原高寒荒漠區(qū)擁有羌塘國家級自然保護(hù)區(qū)、可可西里自然保護(hù)區(qū)和阿爾金山自然保護(hù)區(qū)，在保護(hù)區(qū)內(nèi)，目前仍居住著大量牧民，并從事放牧活動，加之野生動物數(shù)量激增，人草畜矛盾突出，草場壓力過大[40]。

從不同行政區(qū)域來看，青藏高原范圍內(nèi)新疆自治區(qū)和青海省北部的草地退化程度較高，這也與兩個省區(qū)位于高原西北部及北部有關(guān)，該區(qū)域主要以高寒荒漠為主，草地生產(chǎn)力受降水的影響極大。而位于高原東部的甘肅、四川和云南，由于降水條件較好，高寒草甸退化比例均較低。由于西藏和青海大部地域廣闊，其退化程度因草地類型以及氣候條件差異而有所不同。

3.2 結(jié)論

基于NDVI3g數(shù)據(jù)集，采用退化指數(shù)表征草地退化程度，青藏高原草地退化面積占草地總面積的比例為41%，退化指數(shù)為1.76，整體退化程度較輕，但局部退化嚴(yán)重。與歷史平均水平相比，退化面積無變化，但其中輕度退化面積縮小，而中度以上退化面積增加。從不同草地類型來看，高寒荒漠退化程度最為嚴(yán)重，退化面積達(dá)到78%，退化指數(shù)為3.23，達(dá)到嚴(yán)重退化級別，且有持續(xù)惡化趨勢。高寒草甸和高寒草原退化面積比例分別為31%和38%，退化指數(shù)分別為1.49和1.57，整體屬于輕度退化水平，且低于整個高原平均水平。從不同省域分析來看，青藏高原新疆自治區(qū)境內(nèi)草地退化最為嚴(yán)重，退化面積達(dá)到71%；青海省和西藏自治區(qū)草地退化面積為42%和41%；甘肅、四川和云南草地退化面積均較小?？傮w來看，青藏高原草地退化存在空間差異，與歷史平均相比無顯著變化，但局部有惡化趨勢，尤其是高寒荒漠退化狀況較為嚴(yán)重。因此，在進(jìn)一步加強(qiáng)青藏高原中東部地區(qū)草地保護(hù)措施的前提下，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注高寒荒漠區(qū)及自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的草地退化問題。

[1] 樸世龍,方精云,賀金生,等.中國草地植被生物量及其空間分布格局[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2004,28(4):491-498.Piao S L,Fang J Y,He J S,et al.Spatial distribution of grassland biomass in China[J].Acta Phytoecologica Sinica,2004,28(4):491-498.(in Chinese)

[2] Bernacchi C J,Vanloocke A.Terrestrial ecosystems in a changing environment:a dominant role for water[J].Annual Review of Plant Biology,2015,32(51):11-18.

[3] 范月君,侯向陽,石紅霄,等.氣候變暖對草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2012,21(3):294-302.Fan Y J,Hou X Y,Shi H X,et al.Effect of carbon cycling in grassland ecosystems on climate warming[J].Acta Pratacul- turae Sinica,2012,21(3):294-302.(in Chinese)

[4] 王常順,孟凡棟,汪詩平,等.青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2013,32(6):1587-1595.Wang C S,Meng F D,Wang S P,et al.Responses of alpine grassland ecosystem on Tibetan Plateau to climate change:a mini review[J].Chinese Journal of Ecology,2013,32(6):1587-1595.(in Chinese)

[5] Kemp D R,Han G D,Hou X Y,et al.Innovative grassland management systems for environment and livelihood benefits[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2013,110(21):8369-8374.

[6] 崔慶虎,蔣志剛,劉季科,等.青藏高原草地退化原因述評[J].草業(yè)科學(xué),2007,24(5):20-26.Cui Q H,Jiang Z G,Liu J K,et al.A review of the cause of rangeland degradation on Qinghai-Tibet Plateau[J].Pratacul- turae Science,2007,24(5):20-26.(in Chinese)

[7] 馬玉壽,郎百寧,李青云,等.江河源區(qū)高寒草甸退化草地恢復(fù)與重建技術(shù)研究[J].草業(yè)科學(xué),2002,19(9):1-5. Ma Y S,Lang B N,Li Q Y,et al.Study on rehabilitating and rebuilding technologies for degenerated alpine meadow in the Changjiang and Yellow River source region[J].Pratacultural Science,2002,19(9):1-5.(in Chinese)

[8] Li Y Y,Dong S K,Liu S,et al.The interaction between poisonous plants and soil quality in response to grassland degradation in the alpine region of the Qinghai-Tibetan Plateau[J].Plant Ecology,215:809-819.

[9] 董世魁,溫璐,李媛媛,等.青藏高原退化草地生態(tài)恢復(fù)的植被-土壤界面過程[M].北京:科學(xué)出版社,2015.Dong S K,Wen L,Li Y Y,et al.Plant-soil interface process in ecological restoration of degraded alpine grasslands on Qinghai-Tibetan Plateau[M].Beijing:Science Press,2015.(in Chinese)

[10] 梁四海,陳江,金曉媚,等.近21年青藏高原植被覆蓋變化規(guī)律[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2007,22(1):33-40. Liang S H,Chen J,Jin X M,et al.Regularity of vegetation coverage changes in the Tibetan Plateau over the last 21 years[J].Advances in Earth Science,2007,22(1):33-40.(in Chinese)

[11] 邊多,李春,楊秀海,等.藏西北高寒牧區(qū)草地退化現(xiàn)狀與機(jī)理分析[J].自然資源學(xué)報(bào),2008,23(2):254-262. Bian D,Li C,Yang X H,et al.Analysis of the situation of grassland degradation and it's mechanism of the alpine pastoral area in northwestern Tibet[J].Journal of Natural Sciences,2008,23(2):254-262.(in Chinese)

[12] 王根緒,丁永建,王建,等.近15年來長江黃河源區(qū)的土地覆被變化[J].地理學(xué)報(bào),2004,59(2):163-173. Wang G X,Ding Y J,Wang J,et al.Land ecological changes and evolutional patterns in the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers in recent 15 years[J].Acta Geographica Sinica,2004,59(2):163-173.(in Chinese)

[13] 劉軍會,高吉喜,王文杰.青藏高原植被覆蓋變化及其與氣候變化的關(guān)系[J].山地學(xué)報(bào),2013,31(2):234-242. Liu J H,Gao J X,Wang W J.Variations of vegetation coverage and its relations to global climate changes on the Tibetan Plateau during 1981-2005[J].Journal of Mountain Science,2013,31(2):234-242.(in Chinese)

[14] 高清竹,李玉娥,林而達(dá),等.藏北地區(qū)草地退化的時(shí)空特征分析[J].地理學(xué)報(bào),2005,60(6):965-973. Gao Q Z,Li Y E,Lin E D,et al.Temporal and spatial distribution of grassland degradation in Northern Tibet[J]. Acta Geographica Sinica,2005,60(6):965-973.(in Chinese)

[15] 中國科學(xué)院中國植被圖編輯委員會.中國植被圖集[M].北京:科學(xué)出版社,2001. Editorial Board of the Vegetation Atlas of China,Chinese Academy of Sciences.Vegetation atlas of China[M].Beijing: Science Press,2001.(in Chinese)

[16] Holben B N.Characteristics of maximum-value composite images from temporal AVHRR data[J].International Journal of Remote Sensing,1986,7(11):1417-1434.

[17] Gutman G,Ignatov A.The derivation of the green vegetation fraction from NOAA/AVHRR data for use in numerical weather prediction models[J].International Journal of Remote Sensing,1998,19(18):1533-1543.

[18] Carlson T N,Ripley D A.On the relation between NDVI, fractional vegetation cover,and leaf area index[J].Remote Sensing of Environment,1998,62(3):241-252.

[19] 穆少杰,李建龍,陳奕兆,等.2001-2010年內(nèi)蒙古植被覆蓋度時(shí)空變化特征[J].地理學(xué)報(bào),2012,67(9):1255-1268. Mu S J,Li J L,Chen Y Z,et al.Spatial differences of variations of vegetation coverage in Inner Mongolia during 2001-2010[J].Acta Geographica Sinica,2012,67(9): 1255- 1268.(in Chinese)

[20] Gao Q,Wan Y,Xu H,et al.Alpine grassland degradation index and its response to recent climate variability in Northern Tibet,China[J].Quaternary International,2010, 226 (1):143-150.

[21] Eckert S,Hüsler F,Liniger H,et al.Trend analysis of MODIS NDVI time series for detecting land degradation and regeneration in Mongolia[J].Journal of Arid Environments, 2015,113(2):16-28.

[22] 李紅琴,未亞西,賀慧丹,等.放牧強(qiáng)度對青藏高原高寒矮嵩草草甸氧化亞氮釋放的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(1): 27-33. Li H Q,Wei Y X,He H D,et al.Effects of grazing density on nitrous oxide effluxes in alpine Kobresia Humilis meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2018,39(1):27-33.(in Chinese)

[23] Field C B.Sharing the garden[J].Science,2001,294(5551): 2490-2491.

[24] 王學(xué)霞,高清竹,干珠扎布,等.藏北高寒草甸溫室氣體排放對長期增溫的響應(yīng)[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(3):152-161. Wang X X,Gao Q Z,HASBAGAN G,et al.Response of greenhouse gases emission fluxes to long-term warming in alpine meadow of Northern Tibet[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2018,39(3):152-161.

[25] 蔡曉布,張永青,邵偉.藏北高寒草原草地退化及其驅(qū)動力分析[J].土壤,2007,39(6):855-858. Cai X B,Zhang Y Q,Shao W.Degradation and mechanism of grassland of North Tibet alpine prairie[J].Soils,2007, 39(6): 855-858.(in Chinese)

[26] Gao Q,Wan Y,Li Y,et al.Effects of topography and human activity on the net primary productivity(NPP) of alpine grassland in northern Tibet from 1981 to 2004[J]. International Journal for Remote Sensing,2013,34(6): 2057-2069.

[27] 李文華,趙新全,張憲洲,等.青藏高原主要生態(tài)系統(tǒng)變化及其碳源/碳匯功能作用[J].自然雜志,2013,35(3):172-178. Li W H,Zhao X Q,Zhang X Z,et al.Change mechanism in main ecosystems and its effect of carbon source/sink function on the Qinghai-Tibetan Plateau[J].Chinese Journal of Nature,2013,35(3):172-178.(in Chinese)

[28] 蘆清水,黃麟,呂寧.三江源區(qū)東部8縣草地退化格局分析[J].自然資源學(xué)報(bào),2009,24(2):259-267. Lu Q S,Huang L,Lv N.Degraded grassland patterns of eastern eight counties,source region of the Three Rivers,Qinghai Province[J].Journal of Natural Resources, 2009,24(2):259-267.(in Chinese)

[29] 徐新良,王靚,李靜,等.三江源生態(tài)工程實(shí)施以來草地恢復(fù)態(tài)勢及現(xiàn)狀分析[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào),2017,19(1):50-58. Xu X L,Wang L,Li J,et al.Analysis of the grassland restoration trend and degradation situation in the “Three-River headwaters” region since the implementation of the ecological project[J].Journal of Geo-information Science,2017,19(1):50-58.(in Chinese)

[30] Gao Q,Li Y,Wan Y,et al.Significant achievements in protection and restoration of alpine grassland ecosystem in northern Tibet,China[J].Restoration Ecology,2009,17(3): 320-323.

[31] 邵全琴,樊江文,劉紀(jì)遠(yuǎn),等.三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)一期工程生態(tài)成效評估[J].地理學(xué)報(bào),2016,71(1):3-20. Shao Q Q,Fan J W,Liu J Y,et al.Assessment on the effects of the first-stage ecological conservation and restoration project in Sanjiangyuan region[J].Acta Geographica Sinica, 2016,71(1):3-20.(in Chinese)

[32] 高清竹.羌塘高原生態(tài)文明獨(dú)特性探索與研究[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2015. Gao Q Z.Exploration and research on the uniqueness of ecological civilization in the Qiangtang Plateau[M]. Beijing: China Agriculture Press,2015.(in Chinese)

[33] Kaiser K,Miehe G,Barthelmes A,et al.Turf-bearing topsoils on the central Tibetan Plateau,China:pedology,botany, geochronology[J].Catena,2008,73(3):300-311.

[34] Scott R L,Hamerlynck E P,Jenerette G D,et al.Carbon diox- ide exchange in a semidesert grassland through drought- induced vegetation change[J].Journal of Geophysical Rese- arch,2010,115:G03026.

[35] 陳卓奇,邵全琴,劉紀(jì)遠(yuǎn),等.基于MODIS的青藏高原植被凈初級生產(chǎn)力研究[J].中國科學(xué):地球科學(xué),2012,42(3): 402-410. Chen Z Q,Shao Q Q,Liu J Y,et al.Analysis of net primary productivity of terrestrial vegetation on the Qinghai-Tibetan Plateau,based on MODIS remote sensing data[J].Sci China Earth Sci,2012,42(3):402-410.(in Chinese)

[36] Chen H,Zhu Q,Peng C,et al.The impacts of climate change and human activities on biogeochemical cycles on the Qinghai-Tibetan Plateau[J].Global Change Biology,2013, 19(10):2940-2955.

[37] Han J G,Zhang Y J,Wang C J,et al.Rangeland degradation and restoration management in China[J].Rangeland Journal,2008,30(2):233-239.

[38] Wang Z,Deng X,Song W,et al.What is the main cause of grassland degradation?A case study of grassland ecosystem service in the middle-south Inner Mongolia[J].Catena, 2017, 150:100-107.

[39] 鄭偉,朱進(jìn)忠.新疆草地荒漠化過程及驅(qū)動因素分析[J].草業(yè)科學(xué),2012,29(9):1340-1351. Zheng W,Zhu J Z.Analysis of desertification process and driving force factors in grassland ecosystem of Xinjiang[J]. Prataculturae Science,2012,29(9):1340-1351.(in Chinese)

[40] 徐增讓,鄭鑫,靳茗茗.自然保護(hù)區(qū)土地利用沖突及協(xié)調(diào):以羌塘國家自然保護(hù)區(qū)為例[J].科技導(dǎo)報(bào),2018, 36(7):8-13. Xu Z R,Zheng X,Jin M M.Harmonizing conflicts of land multifunction in natural reserves:Qiangtang National Natural Reserve as an example[J].Science & Technology Review,2018,36(7):8-13.(in Chinese)

Characteristics of Grassland Degradation in the Qinghai Tibetan Plateau, Based on NDVI3g Data

CAO Xu-juan1,2，HASBAGAN Ganjurjav1，HU Guo-zheng1，GAO Qing-zhu1

(1. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory for Agro-Environment, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China;2. Shanxi Research Academy of Environmental Sciences, Taiyuan 030027)

The Qinghai-Tibetan Plateau is an important ecological security barrier and animal husbandry base in China. Alpine grassland is the largest ecosystem in the Qinghai-Tibetan Plateau, accounting for more than 60% of the total area of the plateau. In recent years, the alpine grasslands in the Qinghai-Tibetan Plateau are experienced large area of degradation, which is restricting the ecological services of the plateau and the sustainable development of animal husbandry. To date, however, it is remaining unclear in the status of grassland degradation on the Qinghai-Tibetan Plateau. In this study, the degradation status was presented by the grassland degradation index, which was retrieved from vegetation coverage, based on NDVI3g data. The results showed that the current situation (2011?2013) of average grassland degradation index in the Qinghai-Tibetan Plateau was 1.76, which indicated light degradation level. The area of degraded grassland reached 41% and has no change compared with the historical average (1986?2010), but the areas of moderate, severe, and extra severe degradation has been increased in the Qinghai-Tibetan Plateau. The areas of slight, moderate, severe, and extra severe degraded grassland were 22%, 8%, 6% and 5%, respectively during 2011 to 2013, while they reached 28% (slight), 7% (moderate), 4% (severe) and 1% (extra severe) during 1986 to 2010. The degradation index in alpine desert was 3.23 during 2011 to 2013, which reached an extremely degradation level. The degradation index in the alpine meadow and alpine grassland steppe were 1.49 and 1.57, respectively during 2011 to 2013, which were characterized as light degradation level. In the Qinghai-Tibetan Plateau, the degraded area of grassland in Xinjiang reached 71%, higher than that in Qinghai and Tibet, which reached 42% and 41%, respectively. The degraded area of grassland in Gansu, Sichuan and Yunnan were relatively small, reached 25%, 10% and 12%, respectively, in the Qinghai-Tibetan Plateau. In summary, there exist spatiotemporal variations in grassland degradation in the Qinghai-Tibetan Plateau. There is no significant change in current grassland degradation status compared with the historical average. However, in some regions on the plateau, i.e. alpine region, the grasslands showed a continuously degrading trend.

Grassland degradation; Degradation index; Grassland type; Different province; Qinghai-Tibetan Plateau

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.02.003

曹旭娟,干珠扎布,胡國錚,等.基于NDVI3g數(shù)據(jù)反演的青藏高原草地退化特征[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2019,40(2):86-95

2018?08?24

。E-mail：ganjurjav@foxmail.com

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC0502003）；西藏自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31570484）；中國工程院重點(diǎn)咨詢項(xiàng)目（2017-ZD-09-04-02）

曹旭娟（1989?），女，碩士，主要從事氣候變化與草地生態(tài)研究。E-mail：caoxujuan@sina.com