生態(tài)恢復(fù)工程對陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局的影響

卓 靜,朱延年,何慧娟,王 娟,董金芳,權(quán)文婷

1 陜西省農(nóng)業(yè)遙感與經(jīng)濟作物氣象服務(wù)中心,西安 710014

2 陜西省氣象科學(xué)研究所, 西安 710014

陜北地區(qū)生態(tài)環(huán)境極端脆弱,水土流失、土壤沙化和水資源短缺等生態(tài)環(huán)境問題顯著。為改善以上生態(tài)環(huán)境問題,1999年開始,各級政府針對該區(qū)域?qū)嵤┩烁€林、封山禁牧和天然林保護等一系列生態(tài)恢復(fù)工程,工程的實施會促使該地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)格局發(fā)生顯著變化。因此,通過研究生態(tài)系統(tǒng)格局演變規(guī)律來實現(xiàn)客觀評估陸地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)狀況,是生態(tài)恢復(fù)有效性評估的重要環(huán)節(jié),能夠揭示生態(tài)恢復(fù)工程所取得的成效,可為工程的實施提供科學(xué)的參考。

土地是人類生存和發(fā)展的重要保障[1],它受到自然和人文因素的綜合影響[2- 5]。自20世紀90年代起,土地利用/土地覆被變化(LUCC)已成為全球環(huán)境變化研究的核心問題[6],其研究內(nèi)容包括：土地覆被變化、土地利用的動力機制和土地利用/覆被變化模型等三大方面[7- 9]。無論是大范圍(三江源[10]、黃河三角洲[11]、福建省[12]、新疆自治區(qū)[13- 14]、晉西北[15]、寧夏[16]等)還是小區(qū)域(市域[17- 22]、縣域[23- 24]、小流域[25]等)國內(nèi)學(xué)者都針對LUCC開展了系列研究工作,研究結(jié)果均表明：人口增長、經(jīng)濟發(fā)展以及區(qū)域政策等人為因素是土地利用格局改變的主要驅(qū)動力。陜北地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律和驅(qū)動力也備受關(guān)注,國內(nèi)許多學(xué)者圍繞這一研究熱點,以陜北地區(qū)及其局部區(qū)域為研究對象開展了大量的研究工作,已有研究結(jié)果表明:陜北地區(qū)受退耕還林 (草) 政策的影響,土地利用類型和土地景觀格局發(fā)生顯著變化,主要表現(xiàn)為耕地減少,林草增加[26- 28];降水等氣候因素引起年際間波動[29],對土地利用格局變化起到了鞏固作用。神木縣[30]、延河流域[31]、吳起縣[32]、志丹縣[33]等小區(qū)域內(nèi)的林草面積增加,耕地面積減少這些土地利用結(jié)構(gòu)互動變化的主要驅(qū)動力也是國家的生態(tài)修復(fù)政策,住宅和交通用地的增加是城鎮(zhèn)化發(fā)展造成。

雖然現(xiàn)有研究成果對陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演變有了一定深度的了解,但是也存在以下不足：一是以陜北地區(qū)為研究對象的研究成果普遍較早,最新研究結(jié)果為1990—2015年,研究的起始時間離生態(tài)恢復(fù)工程全面實施的1998年較遠,結(jié)論不能充分反映出工程實施對陜北地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響。二是現(xiàn)有成果中驅(qū)動力的分析內(nèi)容較少,多為對氣候條件和生態(tài)恢復(fù)工程實施數(shù)據(jù)的定性描述,未見對自然因素和人為因素詳細分析的相關(guān)研究。三是缺乏陜北地區(qū)內(nèi)部不同區(qū)域的陸表生態(tài)系統(tǒng)格局演變規(guī)律和驅(qū)動力研究工作。因此,本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,以陜北地區(qū)為研究對象,在TM遙感影像基礎(chǔ)上,從土地轉(zhuǎn)移矩陣、單一土地利用類型動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度等方面探索生態(tài)恢復(fù)工程實施20年來(1997—2018年)陜北地區(qū)及各市陸表生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律。同時,利用最小二乘趨勢分析法和人類擾動指數(shù)分別研究氣候條件和生態(tài)恢復(fù)工程對陸地生態(tài)系統(tǒng)變化的驅(qū)動機制,從量化的角度客觀反映生態(tài)恢復(fù)工程的成效,為相關(guān)決策部門提供準確的決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)主要為陜西北部黃土高原干旱、半干旱地區(qū),從北到南包括榆林、延安及銅川三個地級市(圖1),共25個縣4個市轄區(qū)。北與內(nèi)蒙古自治區(qū)、西與甘肅省、東與山西省毗鄰,南與渭南和咸陽兩市相連接,面積為8.39×104km2,占陜西省土地總面積的41%。橫跨暖溫帶和溫帶兩個氣候區(qū),屬干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候。地貌類型為黃土梁峁丘陵和溝谷深切的黃土塬,在風(fēng)和流水等外營力作用下坡面侵蝕劇烈、溝谷發(fā)達、地面破碎,地形變化復(fù)雜。1999年開始全面實施退耕還林、封山禁牧等一系列生態(tài)恢復(fù)工程,迄今正值20a之際。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of study area

2 研究資料和方法

2.1 研究資料及預(yù)處理

研究時間為1997年、2007年和2018年,數(shù)據(jù)源來源于Landsat 5 和Landsat 8,分辨率為30m,數(shù)據(jù)均為植被主要生長季(5月至9月)無云覆蓋晴空遙感數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)經(jīng)過輻射校正、幾何精校正和拼接等預(yù)處理工作。

遵循“全國遙感監(jiān)測土地利用/覆蓋分類體系”,在一級分類原則基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)生態(tài)恢復(fù)工程實際情況,將土地利用類型分為林木、草地、居民地、工礦用地、未利用地、耕地和水體等7大類。在野外調(diào)查樣本點支持下,使用人機交互的監(jiān)督分類方法完成遙感圖像解譯過程,最終3期分類結(jié)果的綜合分類精度分別為86.0%、87.3%和84.0%,KAPPA系數(shù)0.81,0.80和0.78,均符合分類精度要求。

2.2 研究方法

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)面積變化

在遙感分類解譯的基礎(chǔ)上,提取各陸表生態(tài)系統(tǒng)的面積和分布特征數(shù)據(jù),通過分析不同生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)量變化,掌握生態(tài)系統(tǒng)空間分布特征和時空演化規(guī)律。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以有效的將兩個時期不同生態(tài)系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系通過矩陣形式加以列出,細致的反映生態(tài)系統(tǒng)的變化特征和各系統(tǒng)之間的流向,定量化各系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)化狀況。史培軍[34]等提出的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣具體公式如下：

(1)

按照公式1,對3期土地利用數(shù)據(jù)疊加分析,獲得1997—2018年陜北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,分析1997—2018年研究區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)的的轉(zhuǎn)變狀況。

2.2.3生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化測度

(1)單一生態(tài)系統(tǒng)類型動態(tài)度K[35],K可表達區(qū)域一定時間范圍內(nèi)某種生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)量變化幅度。公式如下：

(2)

式中,Ua、Ub為研究期初及期末某一種土地利用類型的數(shù)量;T為研究時段長。當(dāng)T設(shè)定為年時,K為研究時段內(nèi)某一土地利用類型的年變化率。

(2)區(qū)域綜合生態(tài)系統(tǒng)類型動態(tài)度可描述區(qū)域土地利用變化的速度,公式[36]表達如下：

(3)

式中,LUi為監(jiān)測起始時間第i 類土地利用類型面積;ΔLUi-j為監(jiān)測時段第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對值;T為監(jiān)測時段長度。當(dāng)T研究時段長,當(dāng)其為年時,LC的值就是該研究區(qū)土地利用年變化率。

(3)生態(tài)系統(tǒng)類型相對變化率R是一種反映土地利用變化區(qū)域差異很好的方法,其計算公式如下[37]。

(4)

式中,R為某一土地利用類型的相對變化率;Ua、Ub為某區(qū)域某一特定土地利用類型研究期初及期末的面積;Ca、Cb全研究區(qū)某一特定土地利用類型研究期初及研究期末的面積。如果R> 1 表示該局部區(qū)域土地利用變化幅度大于全區(qū)土地利用變化幅度,反之則局部區(qū)域土地利用變化幅度小于全區(qū)土地利用變化幅度。

2.2.4驅(qū)動力因子分析

采用最小二乘法分析氣溫和降水等氣象要素的年際變化趨勢[38]。利用劉紀遠[39]在西藏自治區(qū)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查中提出的土地利用程度模型,認為人類對各種生態(tài)系統(tǒng)類型的利用程度不同,人類對未利用或難利用生態(tài)系統(tǒng)(沙地、戈壁、鹽堿地、裸土等)的擾動程度較低,而對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、聚落生態(tài)系統(tǒng)(城鎮(zhèn)、居民地、工礦用地等)的擾動程度很高。通過人類擾動指數(shù)評價人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度,擾動指數(shù)值越高,人類擾動程度越高。當(dāng)一個區(qū)域人類擾動程度下降時,認為人類對自然生態(tài)系統(tǒng)的威脅程度減小。將生態(tài)系統(tǒng)分級賦值,由4級擾動程度組成,如表1所示。

表1 人類擾動指數(shù)分級表Table 1 The classification of disturbance index

對于某一區(qū)域來說,常常是多種擾動級別指數(shù)的生態(tài)系統(tǒng)類型共存。因此,根據(jù)不同類型所占比例進行加權(quán)求和,形成0—3之間分布的生態(tài)系統(tǒng)綜合人類擾動指數(shù),計算方法如下：

(5)

式中,Ai表示第i級生態(tài)系統(tǒng)擾動程度分級指數(shù),Pi表示第i級擾動程度分級面積所占百分比,D為人類擾動指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)類型變化分析

不同生態(tài)系統(tǒng)面積總量的變化能反應(yīng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化的幅度和總的態(tài)勢。研究期內(nèi),研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型和結(jié)構(gòu)均發(fā)生了明顯變化(表2,圖2),主要變現(xiàn)為林木和草地生態(tài)系統(tǒng)面積大幅增加,耕地和未利用地生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)減少,研究區(qū)已由耕地生態(tài)系統(tǒng)占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)榱帜旧鷳B(tài)系統(tǒng)主導(dǎo)。1997—2018年林木面積表現(xiàn)為持續(xù)增加,前10a(1997—2007)面積增加7193.34km2,占比增加8.58%,后10a(2008—2018)面積仍增加,增加9016.11 km2,占比增加10.76%;草地面積呈現(xiàn)先增加后減少的態(tài)勢,占比從25.22%增加至33.03%,2007年以后又小幅減少至32.13%;耕地面積持續(xù)性減少,3個監(jiān)測年份占比分別是36.52%、24.49%和14.37%,共計減少22.15%;未利用面積減少4194.07 km2,占比從6.84%減少至1.83%;居民地和工礦用地占比均持續(xù)性增加,分別由0.33%增加至1.11%,0.15%增加至0.4%;水體面積占比最小,呈現(xiàn)出持續(xù)性減少趨勢,由最初的394.03 km2減少至280.22 km2。

表2 陜北地區(qū)1997—2018年各土地利用類型面積和占比Table 2 Area and proportion of land use in the northern Shaanxi Province from 1997 to 2018

圖2 研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)分布圖Fig.2 Distribution Map of different ecosystems

由公式2和公式3計算獲取研究區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)的K值和LC值,結(jié)果表明：1997—2007年工礦用地的變化幅度(9.07)最高,隨后依次是未利用地(-6.94)、居民地(5.49)、耕地(-3.29)、草地(3.10)、林木(2.82)和水體(1.35);2007—2018年,居民地變化幅度位居第一(10.55),草地最小(-0.25);整個研究時段內(nèi),居民地(11.18)和工礦用地(7.63)的變化幅度位列第一和第二,隨后依次是未利用地(-3.49)、林木(3.02)、耕地(-2.89)、水體(-1.38)和草地(0.19)。1997—2018年陜北地區(qū)年均綜合土地利用動態(tài)為1.34%,前10a和后11a分別為2.60%和2.18%,表明研究區(qū)2007年之前的土地利用變化速度較2007年后略快,這是由于在研究時段后期不同生態(tài)系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)化趨于平緩。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)類型變化方向

從1997—2007年和2007—2018年的轉(zhuǎn)移矩陣可以看出(表3、表4),這兩個時間段內(nèi),居民地、工礦用地和林木這三種生態(tài)系統(tǒng)面積占比持續(xù)增加,居民地均主要占用草地和耕地;工礦用地均主要占用草地;林地主要是草地和耕地轉(zhuǎn)化而來。耕地和未利用持續(xù)減少,耕地主要轉(zhuǎn)化為林木和草地,未利用主要轉(zhuǎn)化為草地和耕地。

表3 1997—2007年陜北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Land use transition matrix of the northern Shaanxi Province from 1997 to 2007

表4 2007—2018年陜北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Land use transition matrix of the northern Shaanxi Province from 2007 to 2018

由圖3和表5可以看出：1997—2018年陜北地區(qū)耕地面積減少最多,減少18554.54 km2,減幅60.65%,主要轉(zhuǎn)換為林木和草地,分別流出11616.69 km2和11441.57 km2;耕地轉(zhuǎn)化為林木基本集中在黃土高原丘陵溝壑區(qū),這一轉(zhuǎn)變與“退耕還林”工程所采取的措施一致;耕地轉(zhuǎn)化為草地主要集中在黃土高原退耕還林區(qū)和毛烏素沙漠南緣風(fēng)沙治理區(qū),這一轉(zhuǎn)變分別于“退耕還林”工程和風(fēng)沙治理工程所采取的措施相對應(yīng)。未利用地面積減少次之,減少4194.07 km2,減幅73.19%,主要轉(zhuǎn)為草地,轉(zhuǎn)變區(qū)域集中在毛烏素沙漠地區(qū),這一改變與防風(fēng)固沙措施相對應(yīng)。

圖3 1997—2018年部分生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)變示意圖Fig.3 The ecosystem change from 1997 to 2018

表5 1997—2018年陜北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 5 Land use transition matrix of the northern Shaanxi Province from 1997 to 2018

3.3 生態(tài)系統(tǒng)類型動態(tài)變化的區(qū)域差異

陜北地區(qū)從北到南分別是榆林市、延安市和銅川市。通過公式4計算獲得3個市的土地利用變化率(表6),可以看出：北部榆林市研究時段內(nèi)林木、草地、居民地和工礦用地等四種生態(tài)系統(tǒng)類型的變化速度均高于整個研究區(qū),其中居民地是持續(xù)性高速變化,林木和工礦用地的快速變化集中在1997—2007年,草地的快速變化體現(xiàn)在2007—2018年。中部延安市的居民地和工礦用地變化速度明顯高于整個研究區(qū),這兩種類型生態(tài)系統(tǒng)的快速變化分別體現(xiàn)在1997—2007年和2007—2018年。南部的銅川市草地、居民地、工礦用地和水體的變化速度明顯高于整個研究區(qū);草地的快速變化集中在2007—2018年,R值高達18.74;居民地和水體主要是1997—2007年時間段內(nèi)快速發(fā)展,工礦用地呈現(xiàn)持續(xù)性快速發(fā)展。

表6 不同地區(qū)土地利用動態(tài)變化/%Table 6 Dynamic degree of land use at different region in the study area

3.5 生態(tài)系統(tǒng)格局變化驅(qū)動力分析

3.5.1氣候因素分析

陜北地區(qū)干旱少雨,水資源欠缺,地表植被的生長狀況受自然因素影響較大,氣溫和降水中又尤以降水和氣溫影響最為重要。因此,分析自然因子對研究區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)格局演變的驅(qū)動機制十分必要。1997—2018年陜北地區(qū)年均氣溫基本無變化(圖4),僅降低0.06℃,減幅0.58%;年降水量增加197mm,增幅57%,呈現(xiàn)出波動中顯著增加趨勢(P<0.01)(圖5);整體氣候條件向濕潤化轉(zhuǎn)變,有利于地表植被的生長和恢復(fù)。但是,氣候條件年際變化差異明顯,且存在明顯的階段化差異。1997—2007年年均氣溫基本無變化;年降水量呈現(xiàn)顯著增加趨勢(P<0.01),增加210 mm,增幅61%;2007—2018年,年均氣溫和年降水量均呈現(xiàn)出不顯著增加趨勢,年均氣溫增加0.77℃,增幅7.78%,年降水量增加118mm,增幅27.85%。

圖4 陜北地區(qū)年均氣溫Fig.4 Average annual temperature in northern Shaanxi Province

圖5 陜北地區(qū)年降水量Fig.5 Annual rainfall in northern Shaanxi Province

研究區(qū)內(nèi)氣候背景變化也存在著較明顯的地域間差異。研究區(qū)北部的榆林市和中部的延安市氣候背景變化基本一致,1997—2018年年均氣溫基本無變化,年降水量分別呈現(xiàn)極顯著(P<0.001)和顯著(P<0.01)增加趨勢,氣候呈現(xiàn)濕潤化;其中1997—2007年兩市年均氣溫基本無變化,榆林市年降水量增加趨勢仍不顯著性,延安市年降水量顯著增加(P<0.01);2007—2018年榆林和延安兩市的年均氣溫和年降水量增加趨勢均未通過顯著性檢驗。因此,總體來看榆林和延安兩市不管在哪個時間段內(nèi)氣候條件均有利于植被生長和恢復(fù)。

南部的銅川市1997—2018年和1997—2007年兩個時間段內(nèi)年均氣溫和年降水量均呈現(xiàn)不顯著增加趨勢;2007—2018年年均氣溫呈現(xiàn)顯著增加趨勢,年降水量呈現(xiàn)不顯著減少趨勢;因此,銅川市整體氣候條件也有利于植被生長和恢復(fù),但與榆林和延安兩市比較,氣候條件略差。

3.5.2人類活動擾動程度分析

1997—2018年陜北地區(qū)整體人類擾動程度呈現(xiàn)降低趨勢(表7),人類活動擾動程度變化量和變化率分別為-0.08和-16.06%,造成人類擾動指數(shù)降低的主要原因是擾動級別較高的耕地轉(zhuǎn)換成擾動程度較低的草地和林木,同時生態(tài)恢復(fù)工程實施前10a和后11a,人類活動擾動一直在持續(xù)性降低。

表7 1997—2018年陜北地區(qū)人類擾動指數(shù)變化表Table 7 The change of disturbance index in northern Shaanxi Province from 1997 to 2018

北部的榆林市和中部的延安市是退耕還林、防風(fēng)治沙等生態(tài)恢復(fù)工程實施的重點區(qū)域,兩市林木和草地面積大幅增加,耕地面積減少明顯,生態(tài)恢復(fù)工程促使兩市1997—2018年人類活動擾動指數(shù)均呈現(xiàn)降低趨勢,其中1997—2008年變化量和變化率均大于2007—2018年,這是由于研究前期主要以生態(tài)系統(tǒng)之間的相互轉(zhuǎn)化為主,后期生態(tài)系統(tǒng)之間相互轉(zhuǎn)化減少,主要以對前期轉(zhuǎn)化成效的鞏固為主。

南部的銅川市1997—2018年人類活動擾動指數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢,增加主要集中在1997—2007年這一時段,2007—2018年人類擾動指數(shù)有所減少。究其原因,研究前期工礦用地和居民地增速快造成人類擾動指數(shù)增加;后期草地和林木這兩類人類擾動級別低的類型增速較高,成功促使人類擾動指數(shù)降低。

綜上所述,陜北地區(qū)從北到南氣候變化雖然存在一定差異,但是總體均向有利于地表植被生長和恢復(fù)的方向變化,但是陜北地區(qū)不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)格局變化卻存在顯著差別,說明生態(tài)恢復(fù)工程的實施才是陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局變化的主要驅(qū)動力,氣候變化只是輔助驅(qū)動力,起到了促進作用。

4 討論和結(jié)論

4.1 討論

本文的研究結(jié)果表明：生態(tài)恢復(fù)工程促使研究區(qū)的耕地和未利用地大幅減少,林木和草地大幅增加,工程實施是主要驅(qū)動力,氣候變化是輔助驅(qū)動力,這一研究結(jié)果和現(xiàn)有研究結(jié)論一致。但是本文并未實現(xiàn)驅(qū)動因子各自貢獻率的定量化評估,這也是今后研究工作的重點方向。同時,在本研究過程中,發(fā)現(xiàn)近10年來,在北部榆林市的毛烏素沙漠地區(qū)出現(xiàn)了兩類變化現(xiàn)象,一是已經(jīng)被治理恢復(fù)成草地的沙地又被大型農(nóng)場建設(shè)轉(zhuǎn)化為耕地,大型農(nóng)業(yè)的發(fā)展對當(dāng)?shù)氐募Z食產(chǎn)量和經(jīng)濟發(fā)展會起到一定促進作用,但是這一改變會對沙漠治理已取得的成效產(chǎn)生多大的影響有待進一步深入研究。而且,對于該區(qū)域而言,大型農(nóng)場帶來的經(jīng)濟效益和治沙取的生態(tài)效益哪個更有利于當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展,哪個更為重要都值得研究和商榷。另外,陸表生態(tài)系統(tǒng)格局的變化會促使生態(tài)質(zhì)量和生態(tài)服務(wù)價值發(fā)生一定程度的改變,本文由于篇幅限制,生態(tài)系統(tǒng)格局變化引起的生態(tài)服務(wù)價值和質(zhì)量變化將另行研究加以論述。最后,本文使用的遙感圖像空間分辨率為30m,這一因素限制了生態(tài)系統(tǒng)空間分布數(shù)據(jù)的解譯精度,在各生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣中,會出現(xiàn)一些不合乎常理的轉(zhuǎn)化方向,這一問題,隨著未來高精度遙感圖像的使用將得到很大程度的改善。

4.2 結(jié)論

本文利用TM遙感影像解譯研究區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)分布特征,并分別從生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣、單一生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)度和綜合生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)度等方面探索了生態(tài)恢復(fù)工程實施20年來研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的時空演變規(guī)律,并分析了變化的驅(qū)動機制,得到以下結(jié)論：

(1)1997—2018年陜北地區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)格局變化的根本原因是退耕還林、防風(fēng)治沙以及封山禁牧等生態(tài)恢復(fù)工程的實施。退耕還林草工程促使黃土高原丘陵溝壑區(qū)的耕地向林木和草地的轉(zhuǎn)化;防風(fēng)固沙工程促使研究區(qū)北部的毛烏素沙漠區(qū)域的未利用地向草地轉(zhuǎn)化。擾動級別較高的耕地轉(zhuǎn)換為擾動程度較低的草地和林木,促使人類擾動指數(shù)降低。氣候條件整體向濕潤化變化,有利于植被的生長和恢復(fù)。因此,氣候變化對地表生態(tài)系統(tǒng)格局變化起到促進作用。值得關(guān)注的是,2007—2018年毛烏素沙漠區(qū)域建立了很多大型集中式農(nóng)場,使局部地區(qū)草地轉(zhuǎn)化成了耕地。

(2)陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變化的區(qū)域差異顯著。榆林市林木、草地、居民地和工礦用地變化快于整個研究區(qū),延安市林木、居民地和工礦用地變化速度快于研究區(qū),銅川市草地、居民地和工礦用地變化速度快于研究區(qū)。三個市的氣候條件整體有利于植被生長和恢復(fù),但三市相比較,銅川市的氣候條件略差。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域間變化差異也說明生態(tài)恢復(fù)工程的實施才是陜北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局發(fā)生的主導(dǎo)因素,氣候背景只是輔助因素。

文章分析了生態(tài)恢復(fù)工程實施前后陜北地區(qū)陸表生態(tài)系統(tǒng)格局的時空演變規(guī)律,客觀評估了工程實施在研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局演變過程中的驅(qū)動機制,研究結(jié)論在及時和準確的反映工程成效的同時,也發(fā)現(xiàn)了工程實施過程中存在的問題,研究結(jié)論可以為生態(tài)恢復(fù)工程的成效評估和未來規(guī)劃提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和參考。