準(zhǔn)噶爾盆地植被與土壤鹽漬化關(guān)聯(lián)性變化趨勢(shì)分析

杜秉晨曦 , 程勇翔, 吳 玲

石河子大學(xué),生命科學(xué)學(xué)院, 石河子 832000

植被是聯(lián)結(jié)土壤、大氣和水分等要素的自然紐帶,對(duì)氣候變化敏感[1]。近年來受全球氣候變化的影響,中國西北地區(qū)正由暖干型向暖濕型氣候轉(zhuǎn)變[2]。這種氣候變化對(duì)地處干旱半干旱區(qū)的準(zhǔn)噶爾盆地植被影響十分顯著。近60年來,盆地所在區(qū)域年均氣溫和降水量分別以0.35 ℃/(10a)和13.25 mm/(10a)的速率增加[3],并且降水多集中在一年中的兩端[4]。氣候特點(diǎn)及其當(dāng)前變化趨勢(shì)理論上有利于盆地短命植物和旱生植物的生長和繁殖。相關(guān)研究表明自2000年以來盆地內(nèi)古爾班通古特沙漠短命植物覆蓋度隨著年降水量的增加而增加[5],旱生植物也呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)[6]。但刁鳴軍等[7]在分析近年來準(zhǔn)噶爾盆地植被整體變化時(shí)發(fā)現(xiàn),雖然盆地植被總體呈增加趨勢(shì),但仍有近33.0%的區(qū)域植被呈現(xiàn)退化趨勢(shì),目前學(xué)者對(duì)這些區(qū)域植被退化的成因尚無明確解釋。

另有研究表明,準(zhǔn)噶爾盆地中的一些低平地和矮沙丘因?yàn)榻陙肀硗聋}分升高,致使其上梭梭幼苗萌發(fā)受到抑制,種群發(fā)生衰退[8-9]。王飛等[10]以新疆塔里木盆地南緣為研究區(qū),利用NDVI、SI二者之間的關(guān)系構(gòu)建特征空間,表明隨著含鹽量的增加,NDVI逐漸降低。陳實(shí)等[11]基于MODIS數(shù)據(jù)土壤鹽漬化遙感監(jiān)測(cè)指數(shù)(SRSI)對(duì)北疆2000—2014土壤鹽漬化狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析,結(jié)果表明北疆農(nóng)區(qū)土壤鹽漬化整體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。何寶忠[12]基于MOD13A1-NDVI數(shù)據(jù),探討土壤鹽漬化與植被和地貌類型的關(guān)系,結(jié)果表明在植被繁茂區(qū)域多為非鹽漬化和輕度鹽漬化區(qū),植被稀疏多為重鹽漬化區(qū),且高程較低區(qū)域的鹽漬化現(xiàn)象普遍較重。

綜上所述,土壤鹽漬化變化是否是驅(qū)動(dòng)當(dāng)前準(zhǔn)噶爾盆地植被整體趨好,局部退化的間接原因,目前尚缺乏詳細(xì)研究。對(duì)盆地低洼聚鹽區(qū)是否會(huì)隨著當(dāng)前氣候變化出現(xiàn)“鹽增植減”的假設(shè)也尚未進(jìn)行過證明。因此,研究擬通過SRSI及NDVI等生態(tài)因子趨勢(shì)分析來反映盆地植被及土壤鹽漬化動(dòng)態(tài)變化,探索盆地近年來氣候-鹽漬化-植被變化間的因果關(guān)系。實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地植被及土壤鹽漬化變化趨勢(shì)及二者相關(guān)性的準(zhǔn)確描述,結(jié)果為荒漠植被保護(hù)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地位于中國新疆北部,地理坐標(biāo)為42°36′18″—48°39′30″N,82°17′44″—96°1′13″E,東北為阿爾泰山,南為天山山脈,西側(cè)為準(zhǔn)噶爾西部山地,盆地呈三角形,是中國第二大的內(nèi)陸盆地,面積約為38萬km2,海拔189—1569 m,東高西低,如圖1所示。盆地中部有我國面積最大的固定、半固定沙漠-古爾班通古特沙漠。按照區(qū)域13個(gè)氣象站點(diǎn)1951—2019年觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)噶爾盆地年均溫為2—11 ℃,年降水量為20—295 mm,日降水量≥0.1 mm累積日數(shù)年平均值為14—107 d,相對(duì)濕度年平均值為33%—62%,年日照時(shí)數(shù)平均值為2542—3335 h。準(zhǔn)噶爾盆地植被呈非緊縮型分布,代表植物有梭梭(Haloxylonammodendron(C. A. Mey.) Bunge)、白梭梭(HaloxylonPersicumBunge ex Boiss. Et Buhse)、琵琶柴(Reaumuriasongonica(PalL)Maxim.)、檉柳(TamarixchinensisLour.)、鹽穗木(Halostachyscaspica(Bieb.) C. A. Mey.)和早春短命植物等。盆地土壤以棕鈣土和荒漠灰鈣土為主,局部為龜裂土、草甸土和鹽堿土等土壤類型。

圖1 研究區(qū)介紹Fig.1 Introduction to the research area

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究數(shù)據(jù)及預(yù)處理

研究所用數(shù)據(jù)包括中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)平臺(tái)(http://hx.acmr.com.cn/)獲取的相應(yīng)縣、市耕地播種面積數(shù)據(jù)。中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)下載獲得的1951—2019年準(zhǔn)噶爾盆地十三個(gè)氣象站月值數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)用于研究區(qū)氣候特征的描述。美國國家航空航天局官網(wǎng)(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov)下載獲得的2002—2019年MOD09A1數(shù)據(jù) (MODIS Terra 500m地表反射率8天合成數(shù)據(jù)產(chǎn)品),數(shù)據(jù)軌道號(hào)為h23v04、h24v04,共獲取1824幅遙感影像,將下載后的影像利用MRT(MODIS Reprojection Tools)軟件進(jìn)行圖像拼接和投影轉(zhuǎn)換(橢球體WGS- 84,投影Mercator)。通過MOD09A1地表反射率500 m狀態(tài)信息,獲取每幅影像晴空像元?dú)w一化植被指數(shù)(NDVI)、土壤鹽漬化指數(shù)(SRSI)和土壤濕度指數(shù)(SIMI)。

NDVI=(ρnir-ρred)/(ρnir+ρred)

(1)

(2)

(3)

(4)

式中ρnir、ρred、ρblue、ρswir1和ρswir2分別代表MOD09A1中的近紅外、紅、藍(lán)、短波紅外1和短波紅外2波段。

基于指標(biāo)計(jì)算,研究按照季節(jié)變化結(jié)合MODIS數(shù)據(jù)日期來確定統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍春季(3月6日—5月25日)、夏季(5月26日—8月29日)、秋季(8月30日—11月25日)、生長季(3月6日—11月25日,運(yùn)用最大值合成法(Maximum Value Composite, MVC)得到每年春、夏、秋和生長季NDVI的最大值。在SRSI最大值統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍選取中,研究為避免準(zhǔn)噶爾盆地春、秋積雪對(duì)結(jié)果的影響,最大值統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍選擇春季(4月15日—5月25日)、夏季(5月26日—8月29日)、秋季(8月30日—10月15日)、生長季(4月15日—10月15日)的遙感影像參與相應(yīng)SRSI最大值合成。為排除雪山與河流、湖泊等高SRSI變異區(qū)域?qū)Y(jié)果的影響,研究利用SRSI變異系數(shù)小于90%的條件對(duì)上述地類進(jìn)行了去除,剩余研究區(qū)被用于結(jié)果分析。

另外,研究下載了2002—2019年MODIS Terra 6 km月值地表溫度(MOD11B3)和500 m年值土地分類數(shù)據(jù)(MCD12Q1),熱帶測(cè)雨觀測(cè)計(jì)劃(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)0.25°月值降水等輔助分析數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)經(jīng)圖像預(yù)處理,數(shù)據(jù)投影信息與MODIS09A1相同。因MOD11B3和TRMM數(shù)據(jù)主要用于結(jié)果區(qū)域正確性檢驗(yàn),故研究未改變其各自數(shù)據(jù)的空間分辨率。

2.2 研究方法

2.2.1Mann-Kendall趨勢(shì)分析

研究對(duì)盆地各季節(jié)NDVI和SRSI時(shí)間序列進(jìn)行Mann-Kendall趨勢(shì)變化分析,其檢驗(yàn)公式為[13]：

(4)

(5)

S為正態(tài)分布,其均值為0,方差Var(S)=n(n-1)(2n+5)/18。當(dāng)統(tǒng)計(jì)量S取值不同時(shí),算公式分別為：

(6)

在雙邊趨勢(shì)檢驗(yàn)中,對(duì)于給定的置信水平α,若|Z|≥Z1-α/2,即在置信水平α上,時(shí)間序列數(shù)據(jù)存在明顯的上升或下降趨勢(shì)。Z為正值表示增加趨勢(shì),零值表示不變,負(fù)值表示減少趨勢(shì)。本研究中當(dāng)α為95%置信水平時(shí),Z的取值為1.96。指標(biāo)變化趨勢(shì)的等級(jí)劃分如表1所示。

表1 指標(biāo)變化趨勢(shì)等級(jí)劃分表

2.2.2Hurst指數(shù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

為進(jìn)一步探討NDVI和SRSI時(shí)間序列未來可能的變化趨勢(shì),研究利用Hurst趨勢(shì)分析預(yù)測(cè)了兩組序列未來的變化方向。Hurst指數(shù)計(jì)算過程為[14]：

對(duì)于時(shí)間序列{Vart},t=1,2,…,n,首先定義均值序列：

(7)

其次計(jì)算出累計(jì)離差,公式為：

(8)

然后計(jì)算出極差,公式為：

(9)

再利用如下公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差：

(10)

H為Hurst指數(shù),采用最小二乘法和公式log(R/S)n=a+H×logn得到H值,該值有以下三種形式：如果0.5

2.2.3相關(guān)性分析

研究通過相關(guān)系數(shù)分析,探討NDVI和SRSI時(shí)間序列在各季節(jié)的相關(guān)關(guān)系,利用相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)(0.05水平)判定二者間關(guān)系是否顯著,所得結(jié)果再結(jié)合NDVI和SRSI趨勢(shì)變化方向進(jìn)行綜合解釋。相關(guān)性計(jì)算公式如下：

(11)

3 結(jié)果與分析

3.1 準(zhǔn)噶爾盆地植被及土壤鹽漬化季節(jié)變化規(guī)律分析

研究將2002—2019年NDVI和SRSI春、夏、秋三季平均值的結(jié)果進(jìn)行排序,探討植被和表土鹽漬化的季節(jié)消長,由圖2可知,盆地綠洲農(nóng)作物年生長峰值出現(xiàn)在夏季(夏綠型),古爾班通古特沙漠植被年生長峰值出現(xiàn)在春季(春綠型),地勢(shì)相對(duì)低洼(多鹽生植物生長區(qū))其上植被年生長峰值出現(xiàn)在秋季(秋綠型),研究結(jié)果與各類群植被生長規(guī)律相吻合[15]。盆地土壤鹽漬化情況則表現(xiàn)為春季峰值型最為普遍,夏、秋次之。對(duì)比圖2中兩幅圖,可得同一空間中植被生長和土壤鹽漬化的峰值發(fā)生季節(jié)在時(shí)間上不重疊,表明二者峰值呈負(fù)關(guān)聯(lián),即表土鹽分高的季節(jié)不利于植被的生長。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地春、夏、秋三季NDVI和SRSI平均值排序結(jié)果圖Fig.2 Ranking results of NDVI and SRSI average values in spring, summer and autumn in Junggar BasinNDVI: 歸一化植被指數(shù), SRSI: 土壤鹽漬化指數(shù)

3.2 準(zhǔn)噶爾盆地植被與土壤鹽漬化的趨勢(shì)變化分析

研究對(duì)2002—2019年盆地不同季節(jié)NDVI和SRSI時(shí)間序列分別進(jìn)行Mann-Kendall趨勢(shì)分析,并按表1進(jìn)行等級(jí)劃分,結(jié)果如圖3所示,盆地NDVI整體呈增加趨勢(shì),局部呈減趨勢(shì),各季節(jié)NDVI呈增加趨勢(shì)的面積占比在63.50%—90.93%之間,平均為77.98%(圖4)。而盆地SRSI整體呈減少趨勢(shì),局部呈增加趨勢(shì),各季節(jié)SRSI呈減少趨勢(shì)的面積占比在46.50%—86.78%之間,平均為70.68%(圖5)。春季是盆地植被增加及土壤鹽漬化減少面積占比都最大的一個(gè)季節(jié)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地各季節(jié)NDVI和SRSI Mann-Kendall變化趨勢(shì)等級(jí)劃分結(jié)果圖Fig.3 Ranking results of seasonal NDVI and SRSI Mann-Kendall trend in Junggar Basin

盆地中古爾班通古特沙漠各季節(jié)NDVI呈增加趨勢(shì)的面積占比在65.00%—88.20%之間,平均為76.79%,其中春季NDVI呈增加趨勢(shì)的面積占比最高(圖4)。分析原因與沙漠區(qū)域近年來春季降水增加,沙地表面聚鹽能力差,短命植物大量生長繁殖密切相關(guān)[16]。盆地中綠洲區(qū)域各季節(jié)NDVI呈增加趨勢(shì)的面積占綠洲總面積的63.50%—90.93%,平均為81.56%。滴灌技術(shù)的廣泛運(yùn)用使得綠洲區(qū)域大面積鹽堿地、荒漠、草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?極大的增加了盆地內(nèi)耕地面積,綠洲變的越來越綠[17]。盆地荒漠區(qū)各季節(jié)NDVI呈增加趨勢(shì)的面積占比為71.54%—78.48%,平均為76.30%。

圖4 2002—2019年準(zhǔn)噶爾盆地NDVI 各等級(jí)變化趨勢(shì)面積占比分析Fig.4 Analysis on the proportion of NDVI change trend area of each rank in Junggar basin from 2002 to 20191: 春季Spring; 2: 夏季Summer; 3: 秋季Fall; 4: 生長季Growing Seasons. Ⅰ: 古爾班通古特沙漠Gurbantunggut desert; Ⅱ: 綠洲Oasis; Ⅲ: 荒漠區(qū)Desert area; Ⅳ: 準(zhǔn)噶爾盆地Junggar basin. SID: 顯著減少Significant decrease; SLD: 一般減少Slight decrease; CON: 不變Constant; SLI: 一般增加Slight increase; SII: 顯著增加Significant increase

盆地春季SRSI呈增加趨勢(shì)的面積占比最小,為總面積的16.13%,其次為夏季26.72%,最后為秋季36.33%(圖5)。分析秋季盆地SRSI呈增加趨勢(shì)的面積占比高的原因,與近年來秋季氣溫升高、降水增加密切相關(guān)[18]。沙漠和荒漠區(qū)SRSI呈增加趨勢(shì)的面積占比排序與盆地整體規(guī)律一致,而綠洲區(qū)該面積占比排序則為春季<秋季<夏季,這與綠洲夏季農(nóng)作物生長峰值規(guī)律相吻合。

圖5 2002—2019年準(zhǔn)噶爾盆地SRSI各等級(jí)變化趨勢(shì)面積占比分析Fig.5 Analysis on the area proportion of SRSI change trend of different rank in Junggar basin from 2002 to 20191: 春季Spring; 2: 夏季Summer; 3: 秋季Fall; 4: 生長季Growing seasons. Ⅰ: 古爾班通古特沙漠Gurbantunggut desert; Ⅱ: 綠洲Oasis; Ⅲ: 荒漠區(qū)Desert area; Ⅳ: 準(zhǔn)噶爾盆地Junggar basin. SID: 顯著減少Significant decrease; SLD: 一般減少Slight decrease; CON: 不變Constant; SLI: 一般增加Slight increase; SII: 顯著增加Significant increase

研究對(duì)盆地各季節(jié)NDVI和SRSI時(shí)間序列分別進(jìn)行Hurst趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析,結(jié)果如圖6所示,從圖中可以看出,植被和土壤鹽漬化指數(shù)的未來變化趨勢(shì)總體表現(xiàn)為當(dāng)前兩者呈顯著增加的區(qū)域未來仍會(huì)繼續(xù)增加,當(dāng)前兩者呈顯著減少的區(qū)域未來仍會(huì)繼續(xù)減少,但一些當(dāng)前變化趨勢(shì)不顯著的區(qū)域,Hurst指數(shù)未來變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果與當(dāng)前變化趨勢(shì)方向相反。

圖6 2002—2019年準(zhǔn)噶爾盆地各季節(jié)NDVI和SRSI Hurst變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖Fig.6 Prediction of NDVI and SRSI Hurst future change trend in different seasons of Junggar basin from 2002 to 2019

3.3 植被與土壤鹽漬化的相關(guān)性分析

研究將SRSI和NDVI發(fā)生趨勢(shì)變化且相關(guān)性分析為顯著的區(qū)域求交集,得到二者存在趨勢(shì)變化且關(guān)系密切的區(qū)域,結(jié)果如圖7所示,準(zhǔn)噶爾盆地大部分區(qū)域近20年均表現(xiàn)為“鹽減植增”模式,其次盆地范圍地勢(shì)相對(duì)較低的區(qū)域表現(xiàn)為“鹽增植減”模式,各研究時(shí)段兩種模式的面積合計(jì)占盆地總面積的37.36%—57.83%,平均為51.75%(圖8),結(jié)果表明土壤鹽漬化程度與植被生長呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。盆地中僅有較少區(qū)域表現(xiàn)為“鹽減植減”或“鹽增植增”模式。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地各季節(jié)SRSI和NDVI二者存在趨勢(shì)變化且呈顯著相關(guān)的區(qū)域分布圖Fig.7 The result distribution diagram of SRSI and NDVI in different seasons of Junggar basin, which have a trend change and a significant correlation

表2 準(zhǔn)噶爾盆地各季節(jié)SRSI和NDVI二者存在趨勢(shì)變化且呈顯著相關(guān)的區(qū)域面積統(tǒng)計(jì)/(104·km2)

沙漠區(qū)除秋季外,春、夏及生長季“鹽減植增”的區(qū)域面積占比均超過沙漠顯著相關(guān)區(qū)域面積56.76%,其中春季“鹽減植增”模式面積占比最高,達(dá)到沙漠顯著相關(guān)區(qū)域面積的85.51%。綠洲區(qū)域夏季“鹽減植增”區(qū)域面積占比最高,達(dá)到整個(gè)綠洲區(qū)顯著相關(guān)區(qū)域面積的89.51%,而綠洲生長季“鹽增植增”變化模式占比最高為35.01%(圖8),這充分體現(xiàn)了人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)控作用?；哪畢^(qū)各季節(jié)SRSI與NDVI呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域面積占比與盆地整體相當(dāng)。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地SRSI和NDVI發(fā)生趨勢(shì)變化且相關(guān)性分析為顯著的區(qū)域各類型面積百分比Fig.8 Area percentage of each type that SRSI and NDVI have tendency changes and significant correlation in Junggar Basin: 增加Increase; : 降低Decrease. 1: 春季Spring; 2: 夏季Summer; 3: 秋季Fall; 4: 生長季Growing seasons. Ⅰ: 古爾班通古特沙漠Gurbantunggut desert; Ⅱ: 綠洲Oasis; Ⅲ: 荒漠區(qū)Desert area; Ⅳ: 準(zhǔn)噶爾盆地Junggar basin

4 討論

相關(guān)分析表明由于厄爾尼諾—南方濤動(dòng)引發(fā)的暖濕氣流變化和中緯度西風(fēng)帶對(duì)水汽的輸送,最終導(dǎo)致北疆降水量增加[19- 22]。為了解不同季節(jié)降水對(duì)植被的影響,研究利用TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)分析了2002—2019年盆地各季節(jié)降水格局的變化。從圖9可知盆地春、秋兩季降水增加較為明顯,夏季降水增加相對(duì)較少,該結(jié)果與Zhang[23]等所得北疆地區(qū)降水量在冷季比暖季增加更快的結(jié)論一致。降水量及冷季降水的增加總體上有利于植被的生長和繁殖。降水格局變化在本研究表現(xiàn)為盆地各季節(jié)有63.50%—90.93%的植被呈增加變化趨勢(shì)。該結(jié)果與近年來盆地旱生植物呈現(xiàn)緩慢上升變化趨勢(shì)[6],沙漠短命植物覆蓋度變化及萌發(fā)機(jī)制等研究結(jié)論相吻合[24]。

圖9 2002—2019年準(zhǔn)噶爾盆地季節(jié)性降水的Mann-Kendall結(jié)果分析圖Fig.9 Mann-Kendall analysis of seasonal precipitation in Junggar basin from 2002 to 2019

區(qū)域溫度的升高和降水的增加導(dǎo)致一些地勢(shì)相對(duì)較低的地區(qū)(低平地、低洼處及河水匯流處)土壤鹽分增加。Taghizadeh-Mehrjardi等[25]研究表明高程、坡度等地形參數(shù)會(huì)對(duì)土壤鹽漬化的聚集有重大的影響。盧磊[26]等認(rèn)為地勢(shì)高低變化會(huì)影響土壤鹽漬化的分布格局,一般地勢(shì)較低處的土壤鹽分相對(duì)高。對(duì)比研究結(jié)果可知,近年來盆地表土鹽分增加區(qū)均為地勢(shì)相對(duì)低洼的區(qū)域(圖1、圖3)。這些區(qū)域常年排水不暢,受近年來降水增加的影響,地表溫度會(huì)下降[27-28],氣溫升高,區(qū)域巨大的蒸發(fā)降水比[29]使得這些低洼處在降水后表土易于再次變干,土壤毛管水作用增強(qiáng),鹽分表聚,鹽脅迫導(dǎo)致植被生長不良,植被退化,植被的退化導(dǎo)致土壤表面無法保存水分使得該地區(qū)的土壤濕度逐漸下降。為證明該推斷,完善結(jié)果證據(jù)鏈,研究利用遙感土壤濕度指數(shù)和地表溫度趨勢(shì)分析,選取土壤鹽漬化對(duì)植被影響最為典型的兩個(gè)區(qū)域給予論證(圖10),樣區(qū)Ⅰ 和Ⅱ 分別位于福海縣的中部和和布克賽爾蒙古自治縣與瑪納斯縣交界處。兩個(gè)樣區(qū)的地形均易發(fā)生土壤鹽漬化,受氣候變化影響,上述地區(qū)2002—2019年降水升高(圖9),地表溫度降低,配合地形和土壤因素,這些地區(qū)均表現(xiàn)為土壤鹽漬化增加,植被因鹽分脅迫無法正常生長發(fā)育導(dǎo)致植被覆蓋下降,同時(shí),土壤濕度與植被覆蓋呈正相關(guān),在空間分布上具有較好的一致性[30-31],植被覆蓋的降低使得該地區(qū)土壤無法保持濕潤狀態(tài)土壤逐漸變干(圖10)。以上分析通過閉合證據(jù)鏈的方式證明了盆地中的積水聚鹽區(qū)植被因鹽而退化的結(jié)果正確,回答了近年來盆地植被雖總體增加,但仍有部分區(qū)域呈現(xiàn)退化的主要成因。

圖10 準(zhǔn)噶爾盆地“鹽增植減”結(jié)果驗(yàn)證分析圖Fig.10 Validation analysis chart of “SRSI increase and NDVI decrease” results in Junggar Basin

人為因素是導(dǎo)致盆地綠洲植被變化的主要因素。研究基于MCD12Q1全球植被分類方案1和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),分析2002—2019年盆地綠洲變化,結(jié)果與研究所得該區(qū)植被呈顯著增加的結(jié)論相一致(圖11)。雖然盆地綠洲一些特殊積水地形也表現(xiàn)為春季土壤鹽分呈較明顯增加趨勢(shì),但受區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變的影響,特別是滴灌使得灌頭下土壤水分接近飽和,水分?jǐn)U散后形成一個(gè)半圓錐形的土壤浸潤體,土壤鹽分隨水移動(dòng)后,鹽被淋洗到浸潤體的外圍,結(jié)果土壤耕作層鹽分下降[32],促進(jìn)了農(nóng)作物生長。這是綠洲鹽堿地在生長季呈現(xiàn)“鹽增植增”的內(nèi)在原因。

圖11 2002—2019年準(zhǔn)噶爾盆地耕地及播種面積變化Fig.11 Changes of cultivated land and sown area in Junggar basin from 2002 to 2019

5 結(jié)論

受區(qū)域降水和氣溫升高的影響,近20年來準(zhǔn)噶爾盆地各季節(jié)植被整體呈增加趨勢(shì),增加區(qū)域面積占比為63.50%—90.93%,平均為77.98%。土壤鹽漬化呈減少趨勢(shì),減少區(qū)域占比為46.50%—86.78%,平均為70.68%。但在地形低洼、排水不暢的區(qū)域土壤鹽漬化程度加重,植被減少。關(guān)聯(lián)性分析結(jié)果表明植被與鹽漬化變化趨勢(shì)普遍呈負(fù)相關(guān),其中二者存在趨勢(shì)變化且又呈顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域面積占盆地總面積的37.36%—57.83%,平均為51.75%。氣候變化驅(qū)動(dòng)的土壤鹽漬化變化成為影響當(dāng)前準(zhǔn)噶爾盆地植被變化的重要生態(tài)因子。