基于植被蒸散發(fā)法的孔雀河流域天然植被生態(tài)需水估算

楊媛媛,徐長春*,羅映雪,楊秋萍,陳 麗

（1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046；2.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046）

0 引 言

【研究意義】生態(tài)需水是干旱區(qū)內(nèi)陸河流域當(dāng)前水文學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點。作為干旱區(qū)最關(guān)鍵的生態(tài)環(huán)境因子，水不僅是干旱區(qū)綠洲生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成、發(fā)展和穩(wěn)定的基礎(chǔ)和依據(jù)，而且決定著干旱區(qū)綠洲化過程與荒漠化過程這二類極具對立和沖突性的生態(tài)環(huán)境演化過程[1-2]。“有水即為綠洲，無水皆為荒漠”，干旱區(qū)非地帶性植被是生態(tài)環(huán)境中十分脆弱、也是最容易受到破壞的部分，它是整個流域生態(tài)系統(tǒng)最主要的保護對象，但往往因人類對水資源的無序開發(fā)而導(dǎo)致缺水，發(fā)生急劇衰敗或死亡[3]。因此，量化天然植被生態(tài)需水并基于此給予一定供水維持，對維系干旱區(qū)綠洲生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)具有重要的現(xiàn)實意義?！狙芯窟M展】當(dāng)前，我國在植被生態(tài)需水方面已開展了不少研究，且主要集中在水資源相對匱乏的干旱和半干旱地區(qū)[4-8]，如塔里木河流域、黑河流域、石羊河流域等。這些流域均位于絲綢之路經(jīng)濟帶沿線，既是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，也是全球氣候變化響應(yīng)的敏感區(qū)，在氣候變化和人類活動雙重影響下，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，生態(tài)隱患也日趨加大。開都-孔雀河流域（以下簡稱開-孔河流域）作為塔里木河下游的一個支流域，近年因人類高強度的水土資源開發(fā)，上游田間灌水不斷增加，造成了孔雀河下游河道持續(xù)斷流，植被嚴(yán)重退化、土地大范圍沙化等系列環(huán)境問題，已嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，經(jīng)濟與生態(tài)矛盾激化，生態(tài)危機進一步加劇[9]。開展天然植被生態(tài)需水定量研究，合理分配上下游水資源，是解決經(jīng)濟發(fā)展用水和生態(tài)用水矛盾，促進流域退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與生態(tài)文明建設(shè)的一把金鑰匙，同時也是踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的一種方式。對于開-孔河流域植被生態(tài)需水量的估算，已有不少相關(guān)研究開展。例如李衛(wèi)紅等[10]根據(jù)雷志棟耗散型水文模型模擬得出的非灌溉地年凈耗水量計算了自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需水；張家鳳等[11]利用定額法計算了開-孔河流域綠地環(huán)境需水量；周洪華等[12]使用綜合定額法、潛水蒸發(fā)法等計算了孔雀河流域天然植被不同保育目標(biāo)和保護范圍下的生態(tài)需水量。已有研究主要利用定額法和潛水蒸散發(fā)法，定額法適用于工作基礎(chǔ)條件較好的地區(qū)和人工植被，潛水蒸發(fā)法適用于干旱區(qū)植被生存主要依賴于地下水的情況，但其一些參數(shù)計算復(fù)雜，需要大量現(xiàn)場試驗工作支撐[13]，野外工作量大?！厩腥朦c】本研究中使用的蒸散發(fā)法，理論上比較成熟完整，實際上也具有很好的操作性，采用該方法可以計算獲得非理想條件下的植被生態(tài)需水量，且計算精度較高[14]，可解決天然植被生態(tài)需水計算過程中當(dāng)前流域地下水資料缺乏和天然植被工作基礎(chǔ)薄弱的問題?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究主要于孔雀河流域開展，即開-孔河流域內(nèi)的博斯騰湖出水口揚水站以下的部分?；?000—2016年的氣象站點實測數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)，借助遙感與GIS技術(shù)，采用已被廣泛應(yīng)用的FAO56 Penman-Monteith公式[15-19]，結(jié)合干旱強度指數(shù)DSI，分析流域內(nèi)天然植被生態(tài)需水量的時空變化特征，并估算不同干、濕狀況下天然植被的生態(tài)需水量，旨在為流域內(nèi)有限水資源的合理分配和使用、天然植被的保護與恢復(fù)以及整個流域的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展提供一定科學(xué)依據(jù)和決策參考。

1 研究區(qū)概況

孔雀河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)中部天山以南的巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)（85o12′40″—92o19′42″E，39o40′47″—42o11′48″ N），庫魯克塔格山南麓，塔里木盆地東北緣?？兹负尤L 841 km，流域總面積11.19×104km2。流域氣候為典型的大陸性干旱氣候，多年平均降水量62.7 mm，降雨集中在6—8月，多年平均蒸發(fā)量2 773 mm。其特殊的地理位置和氣候條件決定了孔雀河流域生態(tài)環(huán)境的脆弱性。流域內(nèi)天然植被主要分布于各縣市農(nóng)區(qū)外圍及河流兩側(cè)，喬木主要是胡楊，灌木主要有紅柳、黑刺、檉柳等，草本植被則主要有羅布麻、蘆葦、鹽生草等，研究區(qū)示意圖見圖1。

圖1 孔雀河流域位置及DEM圖Fig.1 Location and DEM of Kongque river basin

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1.1 遙感數(shù)據(jù)獲取及處理

1）NDVI和ET/PET數(shù)據(jù)：分別為MOD13NDVI產(chǎn)品和MOD16 ET/PET產(chǎn)品，數(shù)據(jù)詳細信息見表1。

表1 遙感數(shù)據(jù)信息Table 1 Information of Remote Sensing Data

在 MRT（Modis Reprojection Tool）工具、ENVI5.1和ArcGIS 10.2的支持下，對獲得的遙感數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、拼接、投影轉(zhuǎn)換及研究區(qū)提取等預(yù)處理。對NDVI數(shù)據(jù)進行Savitzky-Golay濾波和MVC合成處理，以重建NDVI時間序列平滑曲線，降低噪聲干擾，從而提高數(shù)據(jù)質(zhì)量與可信度，獲取一年中植被長勢狀況最好的NDVI數(shù)據(jù)作為年值，形成2000—2016年的時間序列數(shù)據(jù)集。利用ArcGIS去除MOD16數(shù)據(jù)中的無效值，并對MOD16ET/PET柵格數(shù)據(jù)進行單位換算，得到其真實值，形成2000—2016年MOD16ET/PET數(shù)據(jù)集。

2）土地利用數(shù)據(jù)：土地利用數(shù)據(jù)為2001—2016年MCD 12Q1產(chǎn)品數(shù)據(jù)（https://lpdaac.usgs.gov/)，空間分辨率為500 m，結(jié)合Big Map2000—2016年歷史影像數(shù)據(jù)（http://www.bigemap.com/），使用 ArcGIS 10.2軟件提取獲得研究區(qū)2000—2016年天然植被類型及面積。

2.1.2 氣象數(shù)據(jù)獲取及處理

氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn/），包括新疆66個氣象站點2000—2016年的日最高氣溫、日最低氣溫、日平均風(fēng)速（2 m）、日平均相對濕度和日照時間等數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)主要用于Penman-Monteith陸面蒸散發(fā)模型來計算參考作物蒸散量。由于西北內(nèi)陸干旱區(qū)氣象站點稀疏，整個孔雀河流域僅有4個氣象站，為提高計算精度，本文計算了全疆66個氣象站點的植被參考作物蒸散量，然后運用 ANUSPLIN法進行空間插值，獲得分辨率為250m的全新疆植被參考作物蒸散發(fā)格點數(shù)據(jù)，再依據(jù)孔雀河流域邊界提取數(shù)值，得到研究區(qū)植被參考作物蒸散量。

2.2 研究方法

2.2.1 干旱強度指數(shù)DSI

2013年 Mu等[20]基于遙感數(shù)據(jù)，綜合考慮了NDVI與ET/PET的2個基本要素，提出了干旱強度指數(shù)DSI（Drought Severity Index）。其中，NDVI主要描述植被的光合作用及生長狀態(tài)，ET/PET主要反映植被的水分脅迫狀況，通過二者累加能綜合反映一個區(qū)域的干旱狀況。DSI具體算法如下：

首先，對NDVI和ET/PET進行標(biāo)準(zhǔn)化。

式中：ZNDVI為標(biāo)準(zhǔn)化后的NDVI；RNDVI為 2000—2016年間某年的NDVI值；NDVI為 2000—2016年NDVI的平均值，σNDVI為NDVI的方差，ZET/PET為標(biāo)準(zhǔn)化后的ET/PET；RET/PET為2000—2016年間某年的ET/PET值ET/PET為 2000—2016 年ET/PET的平均值；σET/PET為ET/PET的方差。

然后，對標(biāo)準(zhǔn)化后的NDVI和ET/PET進行加和得到Z值，再對Z值進行標(biāo)準(zhǔn)化即可得到DSI。計算式為：

式中：為Z的均值；σZ為Z的方差。DSI值越小表示干旱程度越強，DSI值越大則表示干旱程度越弱。本文參考前人相關(guān)研究成果[21-22]，依據(jù)本研究區(qū)DSI值分布范圍將其劃分為 5個等級并對應(yīng)不同干旱狀態(tài)（表2）

表2 DSI干旱指數(shù)等級劃分及對應(yīng)干旱狀態(tài)Table 2 Drought categories by drought severity index (DSI)

2.2.2 植被生態(tài)需水量計算

本文以生長期內(nèi)植被本身的蒸散量作為主要的需水量，結(jié)合植被類型及其生長區(qū)域的土壤含水率來計算植被生態(tài)需水量，流域天然植被總生態(tài)需水量采用面積定額法來計算。計算式為：

式中：W為植被生態(tài)需水量總和（m3）；Wi和wi分別為第i類植被對應(yīng)的生態(tài)需水量（m3）和單位面積的生態(tài)需水量（m3）；Ai為第i類植被的面積（m2）；ETi為生長季內(nèi)的生態(tài)需水定額（mm），其計算式為：

式中：Ks為土壤水分系數(shù)；Kc植物系數(shù)；ET0為參考作物蒸散量（mm）。

1）參考作物蒸散量ET0的計算

采用世界糧農(nóng)組織 FAO推薦 Penman-Monteith公式計算參考作物蒸散量。計算式為：

式中：ET0為參考作物蒸散量（mm/d）；Rn為地表凈輻射量（MJ（/m2·d））；G為土壤熱通量（MJ（/m2·d））；γ為濕度計常數(shù)（kPa/℃）；Δ為飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線斜率（kPa/℃）；T為空氣平均溫度（℃）；U2為2 m高處的風(fēng)速（m/s）。es為飽和水汽壓（kPa）；ea實際水汽壓（kPa）；（es-ea）為飽和水汽壓與實際水汽壓之差，即水汽壓虧缺（kPa）。

表3 植物系數(shù)Kc值Table 3 Values of plant Kc coefficient

表4 2000—2016年孔雀河流域天然植被面積Table 4 Natural vegetation area of Kongque river basin from 2000 to 2016

2）植物系數(shù)Kc與土壤水分系數(shù)Ks的確定

植物系數(shù)Kc是指不同生長期內(nèi)植物的生態(tài)需水量與參考作物蒸散量的比值。本研究中將天然植被的類型劃分為林地和草地。由于各類林草植被在群落結(jié)構(gòu)和外貌特征等方面存在著較大差異，因此植被類型和生長狀況對植被各自的參考作物需水量影響較大。本文參考相關(guān)學(xué)者關(guān)于新疆植被生態(tài)需水量的研究[23]，確定了本流域內(nèi)的植物系數(shù)Kc值（表3）。研究區(qū)內(nèi)喬木與灌木交錯、混合生長，為此將灌木與喬木統(tǒng)一劃分為天然林地，天然林地的植物系數(shù)取值為喬木和灌木植物系數(shù)的均值。流域內(nèi)天然植被面積具體見（表4）。

土壤水分系數(shù)Ks與不同類型的土壤含水率相關(guān)，它用來表示土壤水分脅迫對植被蒸散發(fā)的影響，一般采用 Jensen公式來確定土壤水分供應(yīng)不足時植被的實際蒸散量隨土壤含水率的變化情況[24]。參照已有研究[23]，本文中土壤水分系數(shù)Ks取值為0.358。

3 結(jié)果與分析

3.1 干旱過程監(jiān)測

利用2000—2016年NDVI與ET/PET數(shù)據(jù)集構(gòu)建DSI指數(shù)，用于監(jiān)測孔雀河流域 2000—2016年干旱過程。從DSI監(jiān)測結(jié)果看（圖2），孔雀河流域干濕狀況時空變異性大。2005年以前流域主要處于干旱狀態(tài)，多數(shù)地區(qū)DSI值小于-0.3，特別是2001、2002年，DSI值低至-3.05~-2.15，出現(xiàn)嚴(yán)重的干旱狀況；2005年之后流域主要處于濕潤狀態(tài)，大部分地區(qū)DSI大于0.3；從空間上看，干旱主要發(fā)生在平原綠洲區(qū)，當(dāng)庫爾勒市周邊發(fā)生干旱時，尉犁縣周邊也發(fā)生干旱，具有一致性。將2000—2016年孔雀河流域干濕面積作一元線性回歸分析（圖3），分析流域干、濕狀況隨時間變化的總體特征。研究發(fā)現(xiàn)，2000—2016年間流域內(nèi)干濕面積變化波動較大。其中，干旱面積整體上呈下降趨勢，變化速率為-127.38×104km2/a；幾種干旱狀況表現(xiàn)為：極度干旱(-49.892×104km2/a) ＞輕度干旱(-47.034×104km2/a)＞重度干旱(-30.453×104km2/a)；過去2000—2016年孔雀河流域正常和濕潤程度逐漸增強，極度和中度干旱程度逐漸減弱。2002年是最為干旱的年份，達到極度干旱，2004年之后干旱程度有所緩解，至2010年濕潤面積達到最大，其后基本保持一個較高位的濕潤狀態(tài)。相比較，濕潤面積整體上呈明顯上升趨勢，變化速率為111.25×104km2/a。依據(jù)DSI干旱指數(shù)等級劃分，各年份干濕狀況如表5所示。有8 a為濕潤年，5 a為輕度干旱年，2 a為極度干旱年，2 a為正常年，這說明研究區(qū)2000—2016年總體濕潤狀況較好，環(huán)境有改善趨勢，但干旱仍時有發(fā)生。

圖2 2000—2016年孔雀河流域DSI分布圖Fig.2 Distribution of DSI in Kongque river basin from 2000 to 2016

圖3 2000—2016年孔雀河流域干濕面積變化Fig.3 Changes in dry and wet area in Kongque river basin from 2000 to 2016

表5 孔雀河流域2000—2016年干濕狀況Table.5 Dry and wet conditions of Kongque river basin from 2000 to 2016

3.2 生態(tài)需水量變化特征

3.2.1 生態(tài)需水量的時間變化特征

由于山區(qū)地帶性植被的生態(tài)需水為不可控用水范圍，而中部平原綠洲區(qū)和下游荒漠區(qū)的生態(tài)需水屬可控用水范圍。因此，本文計算分析的天然植被生態(tài)需水主要為后二者。

圖4為研究區(qū)生長季（4—10月）天然植被生態(tài)需水總量的年際變化。由圖4可知，流域內(nèi)天然植被生長季生態(tài)需水總量的多年平均值為7.575 7×108m3，其中草地需水多年平均值為7.090 3×108m3，林地需水多年平均值為0.485 4×108m3，草地需水占總量的93.59%，明顯高于林地。從長期趨勢看，天然植被生長季生態(tài)需水總量呈顯著減少趨勢（P<0.05），變化速率為-0.030 9×108m3/a，其中，草地變化率為-0.009×108m3/a，林地變化率為-0.021 9×108m3/a，林地減少趨勢明顯大于草地。

圖4 2000—2016年孔雀河流域生長季天然植被生態(tài)需水總量年際變化Fig.4 Changes of total ecological water requirement of natural vegetation in growing season from 2000 to 2016

表6為生長季內(nèi)天然植被各月的生態(tài)需水量。由表6可以看出，4—7月為需水增長期，7月達到峰值，7—10月為需水減少期，這與植物的生長周期規(guī)律相一致。草地需水在各月中的占比均最高，且在整個生長季內(nèi)變化幅度較大，7月需水量最大（1.921 2×108m3），8月次之（1.730 7×108m3），4月和10月最低林地在整個生長季內(nèi)需水變化較為平穩(wěn)，各月差異較小，7—8月需水最大月也僅為0.117 8×108m3。從需水總量來看，研究區(qū)天然植被的生態(tài)需水主要集中在6—8月，占整個生長季全部需水的 69.64%，其中林、草地各自占比分別為 66.36%、69.86%。草地的生長季始期需水量要遠大于末期，而林地的生長季始期需水量要稍高于末期，這充分反映了不同植被類型在生長季不同時期對水的需求程度的差異。

表6 不同天然植被生長季內(nèi)生態(tài)需水量Table 6 Ecological water requirement of different natural vegetation in growing season 108m3

3.2.2 生態(tài)需水量的空間變化特征

由圖5可知，流域內(nèi)天然植被生態(tài)需水主要集中在庫爾勒—尉犁平原綠洲區(qū)。在西北干旱區(qū)，水是決定植被分布的關(guān)鍵因素。以2000、2005、2010、2015年為例，得到孔雀河流域4期天然植被的生態(tài)需水量，空間上主要分布在綠洲農(nóng)區(qū)外圍和河流二側(cè)，占整個流域天然植被生態(tài)需水總量的89.50%。流域中游（普惠水庫至阿克蘇甫水庫段）和下游（阿克蘇甫水庫段以下至羅布泊段）天然植被年生長季單位面積生態(tài)需水明顯大于上游；山區(qū)低于中部平原綠洲區(qū)；河流二側(cè)的天然植被以喬木（主要是胡楊）和灌木為主，其單位面積生態(tài)需水遠大于草地單位面積生態(tài)需水。

圖5 孔雀河流域天然植被生態(tài)需水空間分布Fig.5 Spatial distribution of ecological water requirement of natural vegetation in kongque river basin

圖6 孔雀河流域天然植被生態(tài)需水動態(tài)變化圖Fig.6 The dynamic variation of ecological water requirement of natural vegetation in Kongque river basin

圖6直觀地反映了孔雀河流域2000—2016年天然植被生態(tài)需水的時空變化情況。2000—2005年的變化劇烈程度明顯要小于 2005—2010年和 2010—2015年，后 2個時期內(nèi)，流域內(nèi)天然植被的斑塊數(shù)明顯減少，且?guī)鞝柪帐兄車烊恢脖坏陌邏K數(shù)量減少幅度大于尉犁縣周圍，導(dǎo)致了流域內(nèi)植被生態(tài)需水量減少。2000—2016年來，西北部山區(qū)單位面積年生長季生態(tài)需水主要以增加為主，增加幅度介于0~150 mm之間；平原綠洲區(qū)單位面積年生長季生態(tài)需水較為復(fù)雜，農(nóng)區(qū)附近以減少為主，減少幅度介于150~300 mm，河流二側(cè)林地在中、上游以增加為主，在下游初始段以減少為主，而下游荒漠區(qū)分布有大片沙漠和戈壁，變化值為0。總之，2000—2016年生態(tài)需水的變化主要受平原綠洲區(qū)影響，下游荒漠區(qū)和山區(qū)影響較小。

3.2.3 不同干、濕狀況下的生態(tài)需水量計算

依據(jù)不同干、濕年份（表5）計算孔雀河流域天然植被單位面積的生態(tài)需水量均值（表7）。由表7可知，在同樣干濕狀況下，單位面積的林地需水要高于草地；而從不同干濕狀況看，林地和草地的單位面積需水均呈現(xiàn)以下相同特征，正常年>濕潤年>輕度干旱年>極度干旱年。

表7 不同干濕狀況下天然植被單位面積生態(tài)需水量Table 7 Ecological water requirement of natural vegetation in various dry and wet conditions mm

盡管林地的單位面積需水要高于草地，但從分布面積的絕對值看，草地的總需水量要遠高于林地，即使在不同的干濕條件下（表8）。2000—2016年，流域天然植被需水總量年均值為7.575 7×108m3，其中，極度干旱年、輕度干旱年、正常年、濕潤年的生態(tài)需水年均值分別為 7.763 9×108、7.644 4×108、7.708 2×108、7.575 7×108m3；對應(yīng)天然草地生態(tài)需水量分別為7.059 2×108、7.109 6×108、7.229 0×108、7.090 3×108m3；對應(yīng)天然林地生態(tài)需水量分別為 0.704 7×108、0.534 9×108、0.479 3×108、0.485 4×108m3。生長季內(nèi)，無論何種干濕狀況，植被生態(tài)需水均遵從 7月最多，8月次之，6月略低，4月和10月最少的規(guī)律，6—8月為植被生態(tài)需水旺季。不同干濕狀況下相比較，草地在需水旺季的需水量表現(xiàn)為正常年（5.059 5×108m3）>輕度干旱年（4.970 1×108m3）>極度干旱年（4.926 3×108m3）>濕潤年（4.923 6×108m3），占天然植被整個生長季生態(tài)需水的比例分別為65.63%、65.02%、63.45%、66.06%；林地在需水旺季時的需水以極度干旱年（0.469 1×108m3）>輕度干旱年（0.354 7×108m3）>正常年（0.318 5×108m3）>濕潤年（0.266 2×108m3）逐次降低，所占比例分別為6.04%、4.64%、4.13%、3.57%。氣象因子導(dǎo)致的干濕狀況差異是決定植被生態(tài)需水差異的主要因素。

表8 2000—2016年不同干濕狀況下天然植被生態(tài)需水量Table 8 Ecological water requirement of vegetation in Kongque river basin from 2000 to 2016 108m3

表9 不同干濕狀況下流域內(nèi)（庫爾勒站及其周邊氣象站點）各氣象因子比較Table 9 Comparison of meteorological factors in the basin (Korla station and its surrounding meteorological stations) under different wet and dry conditions

4 討 論

從不同干濕狀況下天然植被的生態(tài)需水來看，孔雀河流域天然植被單位面積生態(tài)需水呈現(xiàn)正常年>濕潤年>輕度干旱年>極度干旱年。理論上氣候越干旱，植被需水量越大，文中計算結(jié)果與理論值出現(xiàn)差異，可能是因為不同干濕狀況下參考作物蒸散發(fā)不同。參考作物蒸散發(fā)是指在一定氣象條件下，水分供應(yīng)不受限制時某一固定下墊面可能達到的最大蒸散發(fā)量。一個地區(qū)參考作物蒸散發(fā)的變化同時受到大尺度天然因素變化和區(qū)域氣候特性變化的共同影響，日照時間、風(fēng)速以及溫度等因子與參考作物蒸散發(fā)正相關(guān)，而相對濕度因子與之呈負(fù)相關(guān)[25-26]。以孔雀河流域內(nèi)庫爾勒氣象站點及其周邊站點為例，由表9可知，庫爾勒站干旱年植被生長季內(nèi)平均風(fēng)速大于濕潤年和正常年，焉耆站和鐵干里克站濕潤年、正常年的平均風(fēng)速大于干旱年，但3個站點干旱年日照時間均值和日最高氣溫均值均小于正常年和濕潤年，干旱年相對濕度均值大于正常年和濕潤年的相對濕度均值（濕潤年由于上游人為輸水，植被長勢好，濕潤面積較大，在氣象上仍然較為干旱，其相對濕度小于干旱年），這些氣象因子共同作用導(dǎo)致了干旱年參考作物蒸散量小于濕潤年和正常年。因此，流域內(nèi)濕潤年份參考作物蒸散量大于極度干旱年參考作物蒸散量，導(dǎo)致正常年、濕潤年植被單位面積生態(tài)需水大于極度干旱年和輕度干旱年。

2000—2016年天然植被生態(tài)總量呈下降趨勢，天然植被需水量減少的可能原因為：2000—2016年來流域內(nèi)農(nóng)田開墾規(guī)模不斷擴大，耕地面積不斷增加，墾荒過程中天然植被遭到破壞，面積不斷減少。過度開墾擠占天然植被生態(tài)用水，導(dǎo)致大片胡楊枯死和草地退化。2000—2016年，天然林、草地面積均呈減少趨勢，其中，草地面積減少了1.86×104hm2，林地面積減少了1.16×104hm2，直接影響天然植被生態(tài)需水量的變化，導(dǎo)致天然植被生態(tài)需水量減少。

5 結(jié) 論

1）基于NDVI和ET/PET數(shù)據(jù)集構(gòu)建的DSI指數(shù)顯示，近2000—2016年孔雀河流域干濕狀況時空變異較大。2005年以前，流域主要處于干旱狀態(tài)，多數(shù)地區(qū)DSI值小于-0.3，2001、2002年出現(xiàn)嚴(yán)重干旱。2005年以后，大多數(shù)年份流域處于濕潤狀態(tài)，2010年達到峰值?？傮w來看，濕潤面積呈上升趨勢（111.25×104km2/a），干旱面積呈下降趨勢（-127.38×104km2/a），幾種干旱程度相比較，極度干旱(-49.892×104km2/a）＞輕度干旱（-47.034×104km2/a）＞重度干旱（-30.453×104km2/a）。

2）受人類活動和氣候變化的共同影響，2000—2016年孔雀河流域天然植被生長季生態(tài)需水總量以2006年為分界點整體上呈現(xiàn)先上升后下降的波動趨勢。天然草地生態(tài)需水占主導(dǎo)，占總天然植被生態(tài)需水的93.59 %，但其變化趨勢較林地要小。生長季內(nèi)，天然林、草的生態(tài)需水主要集中在6—8月，草地的生長季始期需水遠大于末期，林地的生長季始期需水稍小于末期?？兹负恿饔蛱烊恢脖簧鷳B(tài)需水主要集中在綠洲區(qū)的農(nóng)區(qū)外圍及河流中、上游的二側(cè)。

3）相同干濕條件下，單位面積的天然林地需水高于草地；不同干濕條件下，林地和草地單位面積生態(tài)需水均表現(xiàn)出相同特征，即：正常年>濕潤年>輕度干旱年>極度干旱年。結(jié)合分布面積，研究區(qū)草地需水總量大于林地。

4）2000—2016年，研究區(qū)天然植被需水總量年均值為7.575 7×108m3，其中極度干旱年、輕度干旱年、正常年、濕潤年分別為 7.763 9×108、7.644 4×108、7.708 2×108、7.575 7×108m3。生長季內(nèi)，無論何種干濕狀況，植被生態(tài)需水均遵從 7月最多，8月次之，6月略低，4月和10月最少的規(guī)律。

5）氣候因子的變化和天然植被面積的變化導(dǎo)致了流域天然植被生態(tài)需水量的差異。