近20 a 三北地區(qū)植被資源時(shí)空變化特征探究

陳國(guó)龍，楊瑞霞**，王 普，梁勇奇

(1. 中國(guó)科學(xué)院 空天信息創(chuàng)新研究院，數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

生態(tài)文明建設(shè)是促進(jìn)人類(lèi)與自然可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵大事，其中植被作為主體要素，在改善生態(tài)環(huán)境中起到了重要作用[1]. 歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation index，NDVI）是反映植被變化的最佳指示因子，研究長(zhǎng)時(shí)間序列NDVI 的變化能夠?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和恢復(fù)提供重要的科學(xué)參考[2]. 三北地區(qū)是中國(guó)最重要的生態(tài)源區(qū)，但大部分地區(qū)位于干旱、半干旱氣候帶，自然環(huán)境脆弱[3]，植被的減少會(huì)造成三北地區(qū)土地荒漠化、水土流失等現(xiàn)象加劇[4]. 1979 年三北防護(hù)林工程這一大型人工林業(yè)生態(tài)工程被列入國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要項(xiàng)目（規(guī)劃期限為70 a，分3 個(gè)階段8 期工程進(jìn)行），2019 年第2 階段第5 期工程結(jié)束，目前已經(jīng)進(jìn)入第3 階段. 在此過(guò)程中其植被狀態(tài)、生態(tài)過(guò)程與環(huán)境效應(yīng)一直受到業(yè)界關(guān)注. 如張力小等[5]通過(guò)收集1978—2000 年三北地區(qū)土地變化數(shù)據(jù)，認(rèn)為毛烏素、科爾沁沙地態(tài)勢(shì)向好，但重點(diǎn)治理地區(qū)仍未能抑制生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢(shì). 馬國(guó)青等[6]利用層次分析法對(duì)第1 階段（1978—2000 年）的3 期防護(hù)林工程進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià). 張澤秀等[7]針對(duì)三北防護(hù)林出現(xiàn)死亡、衰退等問(wèn)題，指出三北地區(qū)的氣候條件存在分異性，其中降水和氣溫影響顯著.

隨著三北防護(hù)林工程不斷改善和推進(jìn)，三北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境尤其是植被變化，越發(fā)受到廣泛關(guān)注. 王強(qiáng)等[8]利用趨勢(shì)線分析法研究了三北防護(hù)林工程區(qū)1982—2006 年植被覆蓋度的變化情況. 陳賽賽等[9]基于2000、2005、2010、2013 年4 期SPOT/NDVI 數(shù)據(jù)利用生態(tài)景觀學(xué)的理論對(duì)三北生態(tài)景觀格局的變化做出了分析. 黃麟等[10]從土地覆蓋變化、植被變化、土壤保持服務(wù)量、氣象因子等多個(gè)角度評(píng)估和分析了三北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、變化. 申麗娜等[11]采用1985—2010 年4 期GIMSS NDVI3g 數(shù)據(jù)，結(jié)合圖譜特征的技術(shù)手段分析了三北地區(qū)植被變化情況. 安妮等[12]基于MODIS 數(shù)據(jù)分析了2006—2018 年渾善達(dá)克沙地植被凈初級(jí)生產(chǎn)的時(shí)空變化特征. 在研究植被變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制方面，黃森旺等[13]以1982—2006 年NOAA/AVHRR NDVI 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，指出了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被變化的影響. 李澤椿等[14]分析了1978—2013 年三北地區(qū)氣象要素與植被生態(tài)質(zhì)量的關(guān)系. 曹世雄等[15]通過(guò)大數(shù)據(jù)分析的方法，計(jì)算了氣候和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)三北地區(qū)地表植被的貢獻(xiàn). 謝舒笛等[16]利用2000—2015 年MODIS NDVI 數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，采取通徑分析的方法定量刻畫(huà)了三北地區(qū)植被綠度對(duì)溫度和氣溫的響應(yīng)過(guò)程. 持續(xù)性分析被英國(guó)科學(xué)家Hurst引入[17]，在水文、地質(zhì)和氣候等領(lǐng)域得到很好的評(píng)估[18]. 近10 a 來(lái)有學(xué)者嘗試對(duì)三北地區(qū)植被狀態(tài)的可持續(xù)性進(jìn)行研究，如王桂鋼等[19]研究了1998—2008 年新疆植被覆蓋的持續(xù)性，道日娜[20]對(duì)1982—2015 年三北地區(qū)植被變化分析時(shí)有所涉及.

考慮到國(guó)內(nèi)對(duì)防護(hù)林工程第2 階段（2000—2020 年）的監(jiān)測(cè)及對(duì)該區(qū)域植被時(shí)空變化趨勢(shì)的可持續(xù)性研究還比較少，對(duì)于三北地區(qū)植被變化的過(guò)程以及未來(lái)植被變化狀態(tài)的持續(xù)性特征認(rèn)知不足，本文選取1998—2018 年三北地區(qū)植被NDVI數(shù)據(jù)，利用Sen+Mankendall 趨勢(shì)分析法、變異系數(shù)法和基于R/S 的Hurst 指數(shù)法等分析手段，定量刻畫(huà)三北防護(hù)林第2 階段植被的時(shí)空演變特征、數(shù)據(jù)波動(dòng)水平和狀態(tài)趨勢(shì)的可持續(xù)性，以期為三北生態(tài)建設(shè)、第3 階段防護(hù)林工程提升提供科學(xué)參考.

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況三北地區(qū)是中國(guó)北方天然生態(tài)屏障，位于東經(jīng)73°26′～127°50′，北緯33°30′～50°12′之間. “三北”包含西北、華北以及東北西部13 個(gè)省（區(qū)）全部或部分地區(qū)，總面積達(dá)406.9 萬(wàn)km2，占中國(guó)陸地面積的42.4%. 研究區(qū)氣候干旱，植被覆蓋度不高，以旱生、半旱生、超旱生為主[21].從2018 年三北地區(qū)植被指數(shù)NDVI 的空間分布看（圖1），植被覆蓋從東到西、從南到北依次減少. 西部地區(qū)植被覆蓋較少，荒漠沙地仍占據(jù)主導(dǎo)地位，東部地區(qū)植被類(lèi)型以森林、草原為主，覆蓋度較高.中國(guó)要實(shí)現(xiàn)到2050 年森林覆蓋率達(dá)到26%的戰(zhàn)略目標(biāo)，增值空間重點(diǎn)在三北地區(qū). 三北防護(hù)林工程已開(kāi)展40 余年，對(duì)該地域植被生態(tài)穩(wěn)固、防風(fēng)固沙[22]意義重大.

圖1 研究區(qū)植被分布情況Fig. 1 Vegetation distribution in the study area

1.2 數(shù) 據(jù) 來(lái) 源 及 預(yù) 處 理植 被 指 數(shù)NDVI 能 夠有效地反映植被覆蓋程度[8]. 目前，基于SPOT/VEGETATION 以及MODIS 等衛(wèi)星遙感影像得到的NDVI 時(shí)序數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于各尺度的區(qū)域植被動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè). 本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn），選取1998—2018 年長(zhǎng)時(shí)間序列NDVI 數(shù)據(jù)，采用最大值合成的方法獲得年度數(shù)據(jù)，空間分辨率約為1 km×1 km，對(duì)獲取的年度數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪得到反映研究區(qū)植被覆蓋狀況的NDVI 數(shù)據(jù).

1.3 研究方法

1.3.1 Sen+Mankendall 趨 勢(shì) 分 析 法 Sen+Man-Kendall 趨勢(shì)分析相較于回歸分析和相關(guān)系數(shù)分析法，具有不需要數(shù)據(jù)滿(mǎn)足正態(tài)分布、誤差小的突出優(yōu)勢(shì)，能夠有效地反映植被長(zhǎng)時(shí)間序列動(dòng)態(tài)特征[23].

Sen 趨勢(shì)計(jì)算公式：

其中，xi，xj分別表示1998—2018 年三北地區(qū)時(shí)序中第i，j年NDVI 數(shù)據(jù)，Median 為中值函數(shù).

Sen 的正負(fù)反映出三北地區(qū)植被覆蓋的升降趨勢(shì)，Sen＞0 時(shí)，表示植被覆蓋呈上升趨勢(shì)，反之則表示下降趨勢(shì).

ManKendall 法的過(guò)程如下：

對(duì)于時(shí)間序列T，Mann-Kendall 法的統(tǒng)計(jì)量S由公式（2）計(jì)算：

在95%的置信水平檢驗(yàn)條件下，Z絕對(duì)值以1.96 為閾值，與Sen 斜率的組合如表1 所示.

表1 趨勢(shì)分析結(jié)果Tab. 1 The result of the trend analysis

1.3.2 變 異 系 數(shù) 法 變 異 系 數(shù)（coefficient of variation，CV）通過(guò)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值消除單位對(duì)數(shù)據(jù)的影響，能較好地反映出NDVI 波動(dòng)水平和變異程度[24]. 計(jì)算公式如下：

1.3.3 基 于R/S 的Hurst 指 數(shù) Hurst 指 數(shù) 是 分析自然現(xiàn)象長(zhǎng)持續(xù)性和相關(guān)性的數(shù)學(xué)指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于水文、氣候等領(lǐng)域[19,25]. 該指標(biāo)的計(jì)算由以下幾部分組成：

（a）差分序列

Hurst 指數(shù)（H值）即重標(biāo)極差（R/S）通過(guò)上述公式的極差與標(biāo)準(zhǔn)差的比值得到，是判斷趨勢(shì)狀態(tài)持續(xù)的指標(biāo)，H值越小表示持續(xù)性越弱，越大表示持續(xù)性越強(qiáng). 根據(jù)三北地區(qū)Hurst 值域，劃分為4 個(gè)級(jí)別（表2）：強(qiáng)反持續(xù)性，表示該區(qū)域植被將來(lái)的變化趨勢(shì)極有可能與現(xiàn)有趨勢(shì)相反；弱反持續(xù)性，表示該區(qū)域植被未來(lái)的趨勢(shì)有可能與現(xiàn)有趨勢(shì)相反；弱持續(xù)性，表示該區(qū)域植被將來(lái)的趨勢(shì)有可能與現(xiàn)有趨勢(shì)相同；強(qiáng)持續(xù)性，表示該區(qū)域植被將來(lái)的趨勢(shì)極有可能與現(xiàn)有趨勢(shì)相同.

表2 Hurst 指數(shù)分析結(jié)果Tab. 2 The result of the Hurst index analysis

2 結(jié)果與分析

2.1 NDVI 變化趨勢(shì)分析1998—2018 年三北地區(qū)NDVI 整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中1998—2001年以及2013—2015 年下降明顯，其余時(shí)段整體上升（圖2）. 研究時(shí)段內(nèi)NDVI 變化范圍在0.29～0.36，最低值和最高值分別出現(xiàn)在2001 年和2012年. 20 a 間三北地區(qū)NDVI 平均變化趨勢(shì)率為2.25×10-3a-1，表明三北地區(qū)植被整體呈現(xiàn)改善趨勢(shì).

圖2 1998—2018 年三北地區(qū)年際NDVI 變化Fig. 2 Annual NDVI changes in Three North Regions from 1998 to 2018

數(shù)據(jù)顯示出1998—2018 年三北地區(qū)的NDVI變化趨勢(shì)為不顯著上升（圖3），且空間異質(zhì)性明顯.上升和下降的面積分別占總面積的51.9%和41.1%，大致以200 mm 等降水量線為分界線. NDVI 顯著上升的區(qū)域占32.9%，主要分布在阿爾泰山脈、天山山脈、祁連山脈、太行山脈、大興安嶺、東北平原及其周邊地區(qū)；顯著下降的區(qū)域占15%，沿50 mm等降水量線分布，集中在塔里木盆地、柴達(dá)木盆地及其周邊戈壁地區(qū). 其中重點(diǎn)治理區(qū)域—毛烏素沙地NDVI 呈顯著上升，渾善達(dá)克沙地NDVI 變化呈不顯著上升，沙地面積大大減少，生態(tài)環(huán)境得到極大的改善，前人的研究也有類(lèi)似結(jié)論[12,15]. 整體看，西部沙漠和盆地NDVI 多以不顯著下降態(tài)勢(shì)為主，塔里木盆地外圍以及塔克拉瑪干沙漠周邊均出現(xiàn)了顯著上升區(qū)域.

圖3 三北地區(qū)植被近20 a 變化趨勢(shì)空間分布Fig. 3 Spatial distribution of vegetation change trend in recent 20 years in Three North Regions

從表3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)中有12 個(gè)省（區(qū)）的NDVI 上升范圍超過(guò)省域的50%，僅有新疆為31.4%. NDVI 上升比例最多的為陜西省，其次為山西，再次為黑龍江；NDVI 下降面積占比最多的為新疆，其次為內(nèi)蒙古，再次為青海. 京津冀地區(qū)以及遼東三省多為顯著上升趨勢(shì)，而新疆和青海、甘肅西部多呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì).

表3 三北地區(qū)各省區(qū)NDVI 變化趨勢(shì)范圍統(tǒng)計(jì)Tab. 3 Percentage statistics of NDVI change trend in Three North Regions%

2.2 NDVI 變異系數(shù)分析借由變異系數(shù)法可以探究三北地區(qū)NDVI 變化的劇烈程度，可更加直觀地分析現(xiàn)有的工程效果. 圖4 表明，1998—2018 年三北地區(qū)NDVI 總體變化劇烈，空間分異較為明顯. NDVI 穩(wěn)定和波動(dòng)區(qū)域面積分別占總面積的19.9%和80.1%，大致以400 mm 等降水量線為分界線. 其中劇烈變化面積占60%，分布范圍西至新疆，東抵內(nèi)蒙古，非常穩(wěn)定的區(qū)域不到5%，僅在大興安嶺與東北平原有少許分布. NDVI 大范圍的劇烈波動(dòng)表明了三北地區(qū)生態(tài)環(huán)境比較脆弱，容易受到外因干擾. 從波動(dòng)變化范圍看（表4），有7 個(gè)?。▍^(qū)）波動(dòng)范圍超過(guò)50%，僅有遼寧省占比不到10%. 從波動(dòng)程度看，NDVI 劇烈波動(dòng)占比最多為寧夏，其次為新疆，再次為甘肅；NDVI 非常穩(wěn)定的面積占比最多為北京，其次為黑龍江，再次為吉林，上述波動(dòng)空間分異反映出地域環(huán)境條件差異約束下的工程效果. 結(jié)合變化趨勢(shì)的分析結(jié)果，可以認(rèn)為寧夏、甘肅NDVI 變化波動(dòng)上升，緣于近年來(lái)大力發(fā)展的生態(tài)建設(shè)工程（https://www.cila.cn/news/32 7654.html）和自身較為有利的地理?xiàng)l件. 遼寧、北京、黑龍江等東部地區(qū)一方面是政策條件因素，同時(shí)也可能得益于夏季濕潤(rùn)的東南季風(fēng)對(duì)植被的促進(jìn)作用. 新疆和內(nèi)蒙古地區(qū)植被變化劇烈，反映出生態(tài)并不穩(wěn)定，結(jié)合顯著下降的趨勢(shì)，在后期的工程中需重點(diǎn)關(guān)注該地區(qū)防護(hù)林體系退化問(wèn)題，防止土地荒漠化的惡性循環(huán)[26-27].

圖4 三北地區(qū)NDVI 變異系數(shù)空間分布Fig. 4 Spatial distribution of NDVI coefficient of variation in Three North Regions

表4 三北地區(qū)各省區(qū)NDVI 變異范圍比例Tab. 4 Percentage statistics of NDVI variation area in Three North Regions%

三北防護(hù)林植被的波動(dòng)變化受到自然和人為的雙重影響. 氣候變化會(huì)影響植被的生長(zhǎng)發(fā)育，整體上降水、氣溫與植被變化呈正相關(guān)[28]. 局部由于地域的限制其作用有所差異，高海拔地區(qū)溫度較低，降水過(guò)多反而會(huì)抑制植被的光合作用，此時(shí)氣溫的升高能有效解除植被生長(zhǎng)的限制. 在干旱缺水區(qū)如甘肅荒漠、黃土高原，氣溫的升高加速了植被體內(nèi)水分的流失，從而抑制植被的生長(zhǎng)[29]. 在三北地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)是防護(hù)林面積出現(xiàn)波動(dòng)的主要原因. 合理的人為干涉，如人工植樹(shù)造林和天然植被封育政策等都對(duì)三北防護(hù)林保護(hù)起到鞏固、促進(jìn)的作用. 不合理的人為擾動(dòng)會(huì)使得防護(hù)林出現(xiàn)退化情況[30-31].塔里木河流域植被面積的波動(dòng)變化是典型的人為干預(yù)情況. 20 世紀(jì)90 年代，由于過(guò)度集中發(fā)展經(jīng)濟(jì)，忽略了生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，在塔里木上游不合理截流，導(dǎo)致下游長(zhǎng)期缺水，天然植被（胡楊為主）大量死亡，直接導(dǎo)致該流域防護(hù)林系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞（如尉北地區(qū)[32]）. 2001 年國(guó)家啟動(dòng)塔里木河流域綜合治理工程，對(duì)下游進(jìn)行應(yīng)急生態(tài)輸水，南疆部分防護(hù)林面積得到恢復(fù)[33]. 這說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)的變化是三北防護(hù)林面積波動(dòng)變化的主要成因，尤其是相關(guān)政策和工程的實(shí)施對(duì)鞏固防護(hù)林體系、改善三北生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要.

2.3 NDVI 持續(xù)性分析Hurst 指數(shù)可以揭示植被趨勢(shì)的未來(lái)持續(xù)狀況. 1998—2018 年三北地區(qū)NDVI 平均Hurst 指數(shù)為0.47（圖5），總體持續(xù)性偏弱，以弱反持續(xù)性為主，弱持續(xù)性次之. 其中，弱反持續(xù)性和弱持續(xù)性占比分別為53.8%和34.6%，意味著大部分地區(qū)趨勢(shì)具有逆轉(zhuǎn)的可能性. 此外，三北地區(qū)植被NDVI 變化趨勢(shì)的反持續(xù)性和持續(xù)性都表現(xiàn)為“弱”特征，一方面驗(yàn)證了三北地區(qū)植被變化的不穩(wěn)定，另一方面也意味著三北地區(qū)生態(tài)改善有很大的潛力，生態(tài)工程建設(shè)不可松懈. 在研究范圍內(nèi)中，12 個(gè)省持續(xù)性面積占比均在50%以下，僅天津占比超過(guò)50%，為61.5%. 其中，弱持續(xù)性占比面積最多的為天津，次之為內(nèi)蒙古，再次為寧夏、青海.

圖5 三北地區(qū)植被狀態(tài)持續(xù)性空間分布Fig. 5 Spatial distribution of vegetation status persistence in Three North Regions

將Sen 斜率分布與Hurst 指數(shù)分布進(jìn)行疊合可以更好地揭示三北地區(qū)植被變化趨勢(shì)的持續(xù)性（圖6、表5）. 三北地區(qū)未來(lái)總體變化以NDVI 上升（植被改善）為主趨勢(shì)，但可持續(xù)性不強(qiáng). 三北地區(qū)弱反持續(xù)上升、弱持續(xù)下降類(lèi)型（植被覆蓋可能退化）面積占比分別為31.1%、17%，弱持續(xù)上升、弱反持續(xù)性（植被覆蓋可能改善）下降面積分別占15%、19.5%，其余類(lèi)型占18%. 從區(qū)域上看，NDVI弱反持續(xù)、弱持續(xù)上升類(lèi)型集中分布在平原和山區(qū)，需要繼續(xù)穩(wěn)固生態(tài)環(huán)境，強(qiáng)持續(xù)下降類(lèi)型NDVI 零星分布在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古的沙地內(nèi)，表明這些區(qū)域植被有著持續(xù)退化的趨勢(shì). 在研究范圍內(nèi)，12 個(gè)?。▍^(qū)）弱上升的面積均超過(guò)50%，僅新疆一地為44.2%. 疊加分析的結(jié)果表明，三北地區(qū)整體生態(tài)環(huán)境有所改善，但是持續(xù)性較弱. 對(duì)于新疆戈壁、沙地治理工作需要重點(diǎn)加強(qiáng)，同時(shí)還需穩(wěn)固現(xiàn)有工作成果，做到步步為營(yíng).

表5 三北地區(qū)NDVI 變化趨勢(shì)的持續(xù)性類(lèi)型占比Tab. 5 Percentage statistics of NDVI of sustainable area in Three North Regions%

圖6 三北地區(qū)變化趨勢(shì)的可持續(xù)性分布Fig. 6 The persistent distribution of change trend in Three North Regions

3 討論與結(jié)論

3.1 討論本研究中1998—2018 年三北地區(qū)植被總體表現(xiàn)為緩慢恢復(fù)并呈現(xiàn)可能持續(xù)改善的態(tài)勢(shì)，其中四大沙地（毛烏素沙地、科爾沁沙地、渾善達(dá)克沙地和呼倫貝爾沙地）的植被變化與王旭洋等[34]研究結(jié)果基本一致. 楊鈺杰等[35]在對(duì)“一帶一路”區(qū)域植被變化趨勢(shì)研究中，認(rèn)為1982—2015年新疆地區(qū)植被總體表現(xiàn)為基本不變的趨勢(shì)，本文研究三北區(qū)域中涉及到的新疆地區(qū)NDVI 為顯著下降，二者差異在于研究范圍不同，趨勢(shì)分類(lèi)閾值也不一樣. 本研究區(qū)域中相對(duì)于其他省區(qū)，新疆地區(qū)植被顯著下降. 研究區(qū)內(nèi)植被改善區(qū)域與退化區(qū)域大致以200 mm 等降水量線為分界線，植被覆蓋穩(wěn)定區(qū)域與變化劇烈區(qū)域大致以400 mm 等降水量為分界線. 由此可見(jiàn)，降水量是影響三北地區(qū)植被變化的關(guān)鍵因子，前人的研究也有類(lèi)似的認(rèn)識(shí)[16].200、400 mm 等降水量線分別是干旱與半干旱、東部季風(fēng)與西北干旱半干旱地區(qū)的臨界線. 200 mm降水量是草地生長(zhǎng)最基本的要求，400 mm 降水量是灌木林天然更新的自然基礎(chǔ)[7]. 因此在全球變暖的大背景下，對(duì)降水量不足、水資源匱乏區(qū)應(yīng)做好節(jié)約用水、保證生態(tài)需水、多選種耐旱樹(shù)種等工作，防止防護(hù)林退化.

三北地區(qū)在近20 a 植被覆蓋變化劇烈，雖然整體表現(xiàn)出恢復(fù)和改善的趨勢(shì)，但持續(xù)性很弱，甚至呈現(xiàn)出弱反持續(xù)性. 這說(shuō)明三北地區(qū)未來(lái)的植被變化趨勢(shì)要保持持續(xù)向好有一定難度，較為脆弱環(huán)境背景下，生態(tài)工程建設(shè)仍需持續(xù)跟進(jìn)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估. 在研究區(qū)13 個(gè)省市中，新疆等西部地區(qū)植被改善程度有限，其余東部省市雖大多表現(xiàn)出顯著上升趨勢(shì)，但可持續(xù)性不強(qiáng). 因此，三北防護(hù)林工程的下一步建設(shè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注西部植被覆蓋出現(xiàn)持續(xù)性下降特征的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，充分考慮該地區(qū)的地理環(huán)境背景，多樣化選擇適宜性樹(shù)（草）種，合理分配水資源；東部地區(qū)雖大部分處于植被改善狀態(tài)，但整體上持續(xù)改善態(tài)勢(shì)不太明顯，應(yīng)在保證投入力度的同時(shí)，警惕植被退化的“苗頭”. 就新疆而言，雖有一定范圍出現(xiàn)植被退化的趨勢(shì)，但退化狀態(tài)的持續(xù)性弱，未來(lái)通過(guò)工程措施很有可能改變退化的狀態(tài).

三北地區(qū)地理范圍廣大，各子區(qū)域氣候和地理環(huán)境差異明顯，植被的恢復(fù)與持續(xù)性改善很大程度上受地域條件的制約. 本研究基于植被NDVI 時(shí)序數(shù)據(jù)分析變化及其持續(xù)性情況，對(duì)于三北防護(hù)林工程的實(shí)施效果和未來(lái)方向提供參考. 如何基于分析結(jié)果，系統(tǒng)研究趨勢(shì)及其可持續(xù)性的驅(qū)動(dòng)力機(jī)制，并因地制宜地提出更為科學(xué)、完善的應(yīng)對(duì)方案將是后續(xù)工作的研究重點(diǎn).

3.2 結(jié)論三北地區(qū)是中國(guó)生態(tài)體系建設(shè)的重要一環(huán)，三北防護(hù)林工程周期過(guò)半，取得了舉世矚目的成就. 前人對(duì)于三北防護(hù)林工程不同階段的植被恢復(fù)和生態(tài)效應(yīng)變化監(jiān)測(cè)有較多研究，本文引入基于R/S 的Hurst 指數(shù)趨勢(shì)持續(xù)性分析模型，嘗試在在時(shí)空變化特征分析的基礎(chǔ)上，對(duì)三北防護(hù)林工程第2 階段之后的變化態(tài)勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè). 主要結(jié)論如下：

（1）1998—2018 年三北地區(qū)NDVI 表現(xiàn)為不顯著上升趨勢(shì)，平均趨勢(shì)率為2.25×10-3a-1，并呈現(xiàn)顯著的空間異質(zhì)性. 其中，上升區(qū)域主要集中在東北平原、華北平原以及山脈附近；下降區(qū)域主要分布于西部的戈壁、沙地. 研究區(qū)中，上升區(qū)域與下降區(qū)域以200 mm 降水量線為分界線，陜西、山西、黑龍江NDVI 增加較快，僅有新疆一地改善不明顯.

（2）1998—2018 年三北地區(qū)NDVI 超過(guò)80%的區(qū)域變化劇烈，其中穩(wěn)定區(qū)域僅在平原地區(qū)分布少許，但與波動(dòng)區(qū)域大致以400 mm 降水量線為分界線，寧夏、新疆、甘肅變化最為劇烈，北京、黑龍江、吉林波動(dòng)較小.

（3）1998—2018 年三北地區(qū)NDVI 表現(xiàn)為弱反持續(xù)性，空間差異并不明顯. 其中天津表現(xiàn)突出，僅此一地持續(xù)性占比超過(guò)50%，其余省市植被變化趨勢(shì)持續(xù)性面積不大. 結(jié)合趨勢(shì)分析結(jié)果來(lái)看，未來(lái)以弱上升為主，平原、山脈地區(qū)植被持續(xù)改善，但沙地、戈壁地區(qū)有持續(xù)退化的趨勢(shì).