塔里木河干流植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因素分析

王 星，霍艾迪,3，呂繼強(qiáng)，趙志欣，陳 建，鐘芳倩，楊璐瑩，管文軻

塔里木河干流植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因素分析

王 星1,2，霍艾迪1,2,3※，呂繼強(qiáng)1,2，趙志欣1,2，陳 建1,2，鐘芳倩1,2，楊璐瑩1,2，管文軻4

（1. 長(zhǎng)安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，西安 710054；2. 長(zhǎng)安大學(xué)旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054；3. 自然資源部礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理與防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054；4. 新疆國(guó)投林草生態(tài)研究有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830000）

針對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全球氣候變化給塔里木河干流植被恢復(fù)帶來(lái)的嚴(yán)重威脅，為加快塔里木河干流植被保護(hù)和恢復(fù)進(jìn)程，對(duì)保護(hù)成效進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確評(píng)估，該研究選取2001—2021年MODIS遙感數(shù)據(jù)分析塔里木河干流植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化特征；采用趨勢(shì)分析法、變異系數(shù)法分析塔里木河干流植被發(fā)展趨勢(shì)及穩(wěn)定性，通過(guò)相關(guān)分析及地理探測(cè)器等方法，研究各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)植被覆蓋變化的影響。結(jié)果表明：塔里木河干流植被覆蓋度總體呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的波動(dòng)上升趨勢(shì)，且變化趨勢(shì)具有明顯季節(jié)性，在夏季植被覆蓋度高達(dá)28.56%；植被覆蓋度由高到低的順序?yàn)樯嫌?、中游、下游，在空間上存在明顯地域差異，7月份上游干流區(qū)域平均植被覆蓋度可達(dá)到下游的3.26倍；塔里木河66.5%的區(qū)域植被覆蓋度呈增加趨勢(shì)，其中大部分區(qū)域（49.0%）為顯著增加（<0.05）；自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的共同作用是塔里木河干流植被覆蓋度呈現(xiàn)快速增加和空間差異的主要原因，其中又以人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋度影響更為直接。研究結(jié)果為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

植被；降水；植被覆蓋度；MODIS遙感數(shù)據(jù)；地理探測(cè)器；塔里木河干流

0 引 言

植被是生態(tài)系統(tǒng)之間能量傳輸?shù)闹匾獦屑~，在涵養(yǎng)水源、氣候調(diào)節(jié)和改善生態(tài)環(huán)境等方面扮演著不可或缺的角色[1-3]。植被覆蓋變化對(duì)生態(tài)環(huán)境變化具有重要指示作用，加強(qiáng)對(duì)植被覆蓋狀況的有效監(jiān)測(cè)，對(duì)區(qū)域乃至全球土地資源的合理規(guī)劃利用以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[4-5]。塔里木河（簡(jiǎn)稱(chēng)塔河）是世界五大內(nèi)陸河之一，也是中國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)流河，20世紀(jì)后半世紀(jì)由于不合理開(kāi)發(fā)利用導(dǎo)致下游一度斷流，植被退化嚴(yán)重胡楊林大面積死亡，自2000年生態(tài)輸水工程實(shí)施以來(lái)，區(qū)域內(nèi)植被得到了有效恢復(fù)。從定量角度掌握塔河干流植被覆蓋的時(shí)空演變規(guī)律并揭示其背后驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)干旱區(qū)荒漠生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

長(zhǎng)期以來(lái)，MODIS遙感數(shù)據(jù)因其時(shí)間序列完整、易獲取、時(shí)空分辨率較好等優(yōu)點(diǎn)在分析植被覆蓋方面受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的青睞。近年來(lái)，利用MODIS/NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行植被動(dòng)態(tài)變化特征及其驅(qū)動(dòng)因素分析是眾多學(xué)者的探討熱點(diǎn)。如張明祥等[6]利用貴州省MODIS遙感數(shù)據(jù)和氣候數(shù)據(jù)研究人類(lèi)活動(dòng)和氣候因子對(duì)植被覆蓋變化的影響，發(fā)現(xiàn)人類(lèi)活動(dòng)是貴州省石漠化區(qū)植被變化的主導(dǎo)因素。王琳等[7]基于一元線(xiàn)性回歸方程和地理探測(cè)器等多種方法對(duì)黃河流域河南段植被覆蓋與氣象、地形、土地利用類(lèi)型等因素的相互關(guān)系進(jìn)行研究，認(rèn)為土地利用類(lèi)型是影響植被覆蓋的主要影響因子。李夢(mèng)華等[8]通過(guò)趨勢(shì)分析等方法分析了寧夏近20 a間植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因素，結(jié)果表明氣候因素對(duì)植被覆蓋的解釋力較強(qiáng)。

近年來(lái)學(xué)者們針對(duì)塔河流域植被覆蓋度特征及影響因素進(jìn)行了大量研究，如韋紅等[9]對(duì)塔河流域11 a的植被時(shí)空動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)從上游至下游植被逐漸減少，以及植被覆蓋率在8月份最高，4月份最低；孫天瑤等[10]研究發(fā)現(xiàn)降水對(duì)NDVI的影響在氣候因素中最為明顯，人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生正向影響的地區(qū)主要位于在綠洲和塔河下游等地區(qū)附近；郭繼凱等[11]采用多種方法分析了人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化對(duì)植被覆蓋的貢獻(xiàn)，研究表明塔河流域總體植被覆蓋呈現(xiàn)明顯改善趨勢(shì)，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋作用更大。

目前對(duì)于塔河流域植被變化的研究大多集中在時(shí)空變化特征及氣候因素或人類(lèi)活動(dòng)與植被覆蓋變化的簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)，忽略了地形要素以及具體人類(lèi)活動(dòng)如土地利用、人口密度等影響因素對(duì)植被覆蓋度的影響，且對(duì)于因素之間的協(xié)同和制衡作用研究尚不夠深入[12]。地理探測(cè)器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)就為通過(guò)量化的度量值來(lái)反映兩因素之間的交互作用強(qiáng)弱，從而更好地判斷植被覆蓋度受兩因子交互作用的影響。而且，以上研究在空間尺度上多聚焦于塔河流域，忽略了給予塔河干流，這一對(duì)2000年以來(lái)生態(tài)輸水工程效益反映最直接最敏感的區(qū)域，足夠的重視?；诖耍疚倪x取2001—2021年21 a間塔河干流MODIS遙感影像數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理、趨勢(shì)分析、相關(guān)分析、地理探測(cè)器等方法，對(duì)塔河干流植被覆蓋度的時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及變化特征進(jìn)行定性和定量研究，探討不同因素對(duì)塔河干流植被覆蓋的影響，以期為促進(jìn)塔河干流生態(tài)環(huán)境修復(fù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

塔河干流（39.40o～41.60oN，81.20o～88.50oE）位于新疆維吾爾自治區(qū)塔里木盆地，天山以南，塔克拉瑪干沙漠邊緣，如圖1所示。全長(zhǎng)1 321 km，面積1.76×104km2，屬于季節(jié)性河流[13]。塔河干流屬暖溫帶大陸性干旱氣候，干燥少雨，早晚溫度差較大，生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱。上世紀(jì)由于自然及人為等多重因素的影響，塔河水源由原先的九大水系縮減為和田河、葉爾羌河、阿克蘇河、開(kāi)都-孔雀河等四條源流，形成了塔河“四源一干”的格局[14]。按地貌特點(diǎn)將塔河干流分為上游、中游、下游三段（阿拉爾-英巴扎-恰拉-臺(tái)特瑪湖），長(zhǎng)度分別為495、398、428 km[15-16]。根據(jù)實(shí)地調(diào)查選取垂直河道緩沖15 km范圍作為研究區(qū)域。

圖1 塔里木河地理位置

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文使用的陸地植被數(shù)據(jù)集MOD13Q1從美國(guó)國(guó)家宇航局（NASA）官方網(wǎng)站獲?。╤ttps://ladsweb. nascom.nasa.gov/search/），共有12個(gè)波段，擁有時(shí)間分辨率16 d，空間分辨率250 m的大尺度高時(shí)相植被指數(shù)柵格數(shù)據(jù)[17-18]。下載研究所需的2001—2021年的h24v04和h24v05兩景MODIS遙感數(shù)據(jù)，利用MRT軟件對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理并對(duì)所需植被指數(shù)NDVI進(jìn)行提取。降雨及氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心；高程數(shù)據(jù)來(lái)源于日本地理空間信息管理局；土壤類(lèi)型、GDP數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心；人口密度數(shù)據(jù)來(lái)源于WorldPop人口密度數(shù)據(jù)。

1.3 植被覆蓋度估算

植被覆蓋度（fractional vegetation cover，F(xiàn)VC）是描述地表植被覆蓋的重要參數(shù)，依據(jù)歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation，NDVI）估算植被覆蓋度目前應(yīng)用較為廣泛[19-20]。像元二分模型是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的植被覆蓋估算模型，由于塔河流域植被類(lèi)型較為單一，采取像元二分模型對(duì)于植被覆蓋度提取精度的提高具有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。其計(jì)算式如下：

1.4 Slope趨勢(shì)分析

對(duì)隨時(shí)間變化的逐像元FVC值做一元線(xiàn)性回歸分析，見(jiàn)式（2）。

1.5 相關(guān)分析

相關(guān)系數(shù)是反映2個(gè)變量的線(xiàn)性相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，計(jì)算式如下：

1.6 地理探測(cè)器

地理探測(cè)器是由王勁峰等[21]提出的一套分析空間分變異的統(tǒng)計(jì)模型，由因子探測(cè)、交互探測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)和生態(tài)探測(cè)4個(gè)模塊組成?；诳臻g自相關(guān)原理，因子探測(cè)和交互探測(cè)可有效判斷單個(gè)自變量及兩個(gè)自變量之間的相互作用對(duì)因變量的影響，能夠定量分析環(huán)境變化對(duì)于研究區(qū)植被變化的影響。因此，本文主要應(yīng)用因子探測(cè)和交互探測(cè)器模塊研究塔河植被覆蓋度的驅(qū)動(dòng)因子，引入植被覆蓋度（）作為因變量，驅(qū)動(dòng)因子作為自變量，值表示某驅(qū)動(dòng)因子對(duì)植被覆蓋度空間分異特征的解釋力。

1）因子探測(cè)：用于衡量植被覆蓋度（因變量）的空間分異性，以及確定不同因子（自變量）對(duì)于因變量的空間分異性的解釋程度，用值度量，計(jì)算如下：

2）交互探測(cè)：主要用于確定兩個(gè)不同的自變量對(duì)因變量的交互影響，因子間的交互影響類(lèi)型由值[(1∩2)]決定，如表1所示。

表1 植被覆蓋度驅(qū)動(dòng)因子（X1、X2）交互作用類(lèi)型

注：值為因子交互作用解釋力。

Note:value is the factor interaction explanatory power.

2 結(jié)果與分析

2.1 塔河干流植被覆蓋度年內(nèi)變化特征

本文選取2001—2021年的MODIS遙感數(shù)據(jù)，對(duì)4 —10月植被覆蓋進(jìn)行計(jì)算。塔河干流地處中緯度地區(qū)，按天文氣候劃分四季，即：4、5月份為春季，6—8月份為夏季，9、10月份為秋季[22]。2001—2021年塔河干流在4 —10月份的植被覆蓋度以及多年平均值如表2所示。從表 2可以看出，塔河干流植被覆蓋度季節(jié)差異較為明顯，植被覆蓋度在夏季達(dá)到峰值，高達(dá)28.56%，其次為秋季，春季最小。

塔河干流1 a中最小的植被覆蓋度出現(xiàn)在4月，21 a植被覆蓋度均值低至10.72%，此時(shí)為植被返青期，隨著氣溫升高植被恢復(fù)生長(zhǎng)，4—7月植被覆蓋度總體呈上升趨勢(shì)，植被覆蓋度最大值出現(xiàn)在7月（29.54%）；隨著氣溫回落7—10月植被覆蓋開(kāi)始退化，10月植被覆蓋度多年均值降至15.15%。7月份上游干流區(qū)域平均植被覆蓋度可達(dá)到下游的3.26倍。從時(shí)間序列上來(lái)看，植被覆蓋度最低值多出現(xiàn)于研究初期，最高值多出現(xiàn)在研究末期，表明塔河干流植被覆蓋度在2001—2021年呈明顯上升趨勢(shì)。

2.2 塔河干流植被覆蓋度年際變化特征

2001至2021年，塔河干流、上、中、下游植被覆蓋度在夏季的生長(zhǎng)趨勢(shì)均呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，年均增長(zhǎng)率為2.84%。由圖2可知，塔河干流植被覆蓋度在2008和2009年以及2014和2015年前后呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，主要是由于這幾年塔河源流注水量減少，且生態(tài)輸水量明顯下降，植被所需水分持續(xù)得不到補(bǔ)給造成植被衰退。2001—2021年塔河干流植被覆蓋度增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，塔河不同河段植被覆蓋度存在明顯差異，上游最高，下游最低。2021年上游植被覆蓋度為下游的1.91倍，為下游的3.34倍，以夏季為例，2021年塔河干流植被覆蓋度較2001年增加了56.8%，其中上游植被覆蓋度相比2001年增加了62.9%，中游增加了39.8%，下游增加了58.9%。說(shuō)明目前采取的諸多生態(tài)綜合治理效果頗為明顯，嚴(yán)控用水、退耕還林、生態(tài)輸水、河長(zhǎng)制等保護(hù)措施在一定程度上改善了干流現(xiàn)狀。

表2 2001-2021塔里木河干流植被覆蓋度生長(zhǎng)季對(duì)比

圖2 塔里木河干流植被覆蓋度年際變化特征

2.3 植被覆蓋度變化趨勢(shì)分析

將變化趨勢(shì)分析與F檢驗(yàn)相結(jié)合，逐像元計(jì)算塔河干流植被覆蓋度指數(shù)變化斜率，并對(duì)其進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（圖3）。根據(jù)趨勢(shì)分析塔河植被覆蓋度指數(shù)變化斜率介于-0.09～0.11，66.5%區(qū)域斜率為正，33.5%區(qū)域斜率為負(fù)，說(shuō)明大部分區(qū)域植被覆蓋度指數(shù)呈增加趨勢(shì)。在顯著性檢驗(yàn)結(jié)果中，根據(jù)塔河干流植被覆蓋度指數(shù)的變化趨勢(shì)及檢驗(yàn)結(jié)果，將變化趨勢(shì)分為顯著增加（≤-0.916 5）、無(wú)顯著增加（>-0.916 5～0）、顯著減少（>0～1.094 7）和無(wú)顯著減少（>1.094 7）4個(gè)等級(jí)。其中顯著增加和無(wú)顯著增加分別占總面積49.0%和17.5%，表明塔河干流植被覆蓋度指數(shù)呈現(xiàn)出較好的改善趨勢(shì)；植被覆蓋度增加區(qū)域主要分布在塔河下游，主要原因可能是當(dāng)?shù)貙?duì)塔河下游采取的生態(tài)輸水等工程措施發(fā)揮了很大作用?？傮w而言，塔河植被覆蓋增加區(qū)域明顯大于減少區(qū)域，整個(gè)區(qū)域呈現(xiàn)出良好的改善趨勢(shì)。

圖3 塔里木河干流植被覆蓋變化趨勢(shì)F檢驗(yàn)空間分布

2.4 植被覆蓋度驅(qū)動(dòng)力分析

2.4.1 自然因素影響

氣候變化是該地區(qū)植被覆蓋變化的驅(qū)動(dòng)因素之一，而溫度和降水的變化是氣候變化最直接和敏感的驅(qū)動(dòng)因素。

如圖4所示，21 a 間（2001—2021年）塔河干流降水量與氣溫總體呈上升趨勢(shì)；塔河干流最大植被覆蓋度在21 a 間呈小幅上升趨勢(shì)。由文獻(xiàn)[23]研究結(jié)果可知，氣溫和降水的增加對(duì)新疆干旱區(qū)的植被覆蓋具有積極作用，塔河干流主要補(bǔ)給方式是冰川融水和大氣降水，氣溫升高有助于塔河干流水資源因冰川消融得到恢復(fù)。同時(shí)，2000—2021年的22次生態(tài)輸水為區(qū)域生態(tài)修復(fù)提供了水資源保障。

圖4 塔里木河干流降水、氣溫及植被覆蓋變化趨勢(shì)

圖5為塔河干流植被覆蓋度與降雨、氣溫的相關(guān)分析結(jié)果，由圖5可知，植被覆蓋度與氣溫、降水指數(shù)在塔河干流大部分區(qū)域均處于弱相關(guān)。其中，植被覆蓋度與氣溫呈弱正相關(guān)的區(qū)域占60.69%，主要分布在上游和下游，表明這些區(qū)域氣溫升高有利于植被生長(zhǎng)。塔河植被覆蓋度與氣溫呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域主要分布在中游，通過(guò)塔河干流氣溫分布發(fā)現(xiàn)中游氣溫較上、下游高，其中上游和下游21 a間年均溫度分別為12.2和11.9 ℃，中游年均溫度為12.6 ℃。合適的溫度可以通過(guò)促進(jìn)植物生長(zhǎng)代謝作用從而促進(jìn)生長(zhǎng)，當(dāng)氣溫超過(guò)植物適宜溫度時(shí)會(huì)抑制植物生長(zhǎng)。因此，塔河干流的植被覆蓋度與氣溫為負(fù)相關(guān)關(guān)系。塔河干流植被覆蓋度與降水量呈正相關(guān)的區(qū)域（72.57%）主要分布在上游，且相關(guān)性普遍較低，主要由于塔河上游降水與中下游相比較為豐富，有利于植物生長(zhǎng)。

圖5 塔里木河干流植被覆蓋度與降雨、氣溫相關(guān)分析

2.4.2 人為因素影響

人為因素影響植被覆蓋以土地利用類(lèi)型變化為主[24]。對(duì)2001—2021年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲得不同地類(lèi)面積轉(zhuǎn)移矩陣并用于分析塔河干流2001—2021年21a 間不同地類(lèi)的面積轉(zhuǎn)化。如表3所示，2021年比2001年新增耕地面積1 090.94 km2、水域面積79.55 km2、建設(shè)用地面積519.73 km2、減少草地面積1 484.49 km2、荒地面積205.73 km2。在不同土地類(lèi)型中，草地向耕地轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到85.82%。研究區(qū)耕地以水稻、玉米、小麥和棉花等農(nóng)作物為主，其單位面積覆蓋度明顯大于草地。隨著城市化發(fā)展從耕地、草地、水域和荒地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移，造成建設(shè)用地面積擴(kuò)大，可認(rèn)為是人為因素逆向作用于植被。林地在21 a中都是由耕地和草地轉(zhuǎn)化而來(lái)，未利用地轉(zhuǎn)為草地在不同土地類(lèi)型中的貢獻(xiàn)率達(dá)到77.11%，可認(rèn)為人為因素對(duì)植被覆蓋度有積極作用。研究區(qū)植被覆蓋呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，主要是由于整體上各種土地類(lèi)型交替轉(zhuǎn)移對(duì)植被覆蓋產(chǎn)生的正效應(yīng)超過(guò)了逆效應(yīng)。因此除了自然因素造成的短期變化外，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋長(zhǎng)期演化趨勢(shì)具有重大影響。

表3 2001—2021年土地利用類(lèi)型面積轉(zhuǎn)移矩陣

在2000年實(shí)施生態(tài)輸水前，塔河干流植被覆蓋率較低且呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。自實(shí)施生態(tài)輸水過(guò)程后，塔河干流尤其是下游植被覆蓋度呈明顯上升趨勢(shì)，但由于生態(tài)輸水對(duì)植被的恢復(fù)具有滯后效應(yīng)，在輸水的開(kāi)始階段內(nèi)植被并沒(méi)有明顯變化，2 a之后塔河干流生態(tài)環(huán)境明顯改善，植被覆蓋有了明顯增加。

研究區(qū)的植被覆蓋度整體處于較為穩(wěn)定的上升趨勢(shì)，但在2009年和2015年迅速下降（圖6），這是由于2007—2009、2014年生態(tài)輸水量急劇減少，導(dǎo)致植被所需水分得不到充分補(bǔ)給，造成植被衰退。由以上結(jié)果可以看出生態(tài)輸水致使植被得到大幅度改善，植被改善程度與輸水量關(guān)系密切。

2.4.3 驅(qū)動(dòng)因素分析

以往研究表明，植被覆蓋主要受氣候、地形以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素的影響。本文在參考已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況，選取了自然因素（高程（digital elevation model，DEM）、坡度、坡向、土壤、降雨、氣溫）及人為因素（土地利用、人口密度、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP））等9個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析，以確定各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)塔河干流FVC指數(shù)空間分布格局的影響。

基于地理探測(cè)器對(duì)研究區(qū)內(nèi)各因素交互作用對(duì)植被覆蓋度的解釋力值進(jìn)行計(jì)算和分析，結(jié)果見(jiàn)表4。各因素對(duì)該地區(qū)FVC的影響如下：土地利用（0.69）>GDP（0.41）>人口密度（0.37）>DEM（0.30）>降雨（0.28）>土壤類(lèi)型（0.22）>氣溫（0.16）>坡度（0.04）>坡向（0.01）。塔河干流植被覆蓋度空間分布差異是自然和人為驅(qū)動(dòng)因素共同造成，其中人為因素起主導(dǎo)作用，其值均大于0.30，而降雨、土壤類(lèi)型、氣溫等的影響相對(duì)較小。利用交互探測(cè)分析兩兩驅(qū)動(dòng)因素之間對(duì)植被覆蓋度的交互作用影響（表4）可知：1） 任何兩個(gè)因素的交互作用均大于其單獨(dú)作用，表現(xiàn)出雙因子增強(qiáng)效應(yīng)；2）土地利用與GDP交互作用的值達(dá)到最高，為0.74，而與其他因子交互作用的值均不低于0.65；3）降雨和氣溫、坡向存在非線(xiàn)性增強(qiáng)效應(yīng)，坡向和土壤類(lèi)型、DEM、坡度，氣溫和坡度均存在獨(dú)立效應(yīng)。

圖6 2001—2021年植被覆蓋度與生態(tài)輸水量變化

表4 塔里木河干流植被覆蓋度驅(qū)動(dòng)因子交互探測(cè)解釋力（q）

綜上所述，各因素對(duì)塔河干流植被覆蓋度存在的交互作用呈現(xiàn)雙因子增強(qiáng)、非線(xiàn)性增強(qiáng)效應(yīng)，各驅(qū)動(dòng)因子交互作用時(shí)會(huì)增加對(duì)植被覆蓋度的解釋力。以土地利用和GDP等為代表的人為因素之間的交互組合在影響該地區(qū)FVC值的變化中起著關(guān)鍵作用，其影響程度高于自然生長(zhǎng)狀態(tài)和人為因素與自然因素間的交互作用。其中土地利用是影響植被覆蓋的主要人為因子，土地利用與其他因子的交互作用處于主導(dǎo)作用。地形因子和環(huán)境因子等自然因素的單因子解釋力較低，但在與人為因素相互作用之后，對(duì)植被覆蓋度的解釋力有了大幅度的提升，表明塔河干流植被覆蓋是各因素綜合作用的結(jié)果。

3 討 論

塔河干流植被覆蓋度自2000年來(lái)整體呈上升趨勢(shì)，由于受到人為因素的影響，各分段植被覆蓋度的增長(zhǎng)幅度有所不同。在上游段，耕地面積的不斷擴(kuò)大使得植被覆蓋度增加趨勢(shì)較為顯著，平均植被覆蓋度在27.34%～44.55%，這與韋紅等[9]對(duì)塔河流域植被動(dòng)態(tài)變化研究結(jié)果一致。中游段和下游段的植被覆蓋度也呈緩慢增加趨勢(shì)，平均植被覆蓋度分別為16.65%～23.28%和8.4.%～13.35%。這是由于自2000年起塔河流域生態(tài)工程措施的有效實(shí)施，在一定程度上保障了植被水源供給，改善了植被生境，從而使植被長(zhǎng)勢(shì)持續(xù)變好[10]。得益于生態(tài)輸水工程，塔河干流下游段的生態(tài)環(huán)境有所改善，植被覆蓋度有所增加[25]，但仍需要探索促進(jìn)下游段生態(tài)修復(fù)和生態(tài)水高效利用的新路徑，以鞏固和提升下游段的生態(tài)治理效果。

植被覆蓋度的變化與人為因素及自然因素密切相關(guān)，近年來(lái)中國(guó)大部分區(qū)域植被覆蓋均呈現(xiàn)不同速度增長(zhǎng)趨勢(shì)，如北方黃河流域[26]、華北平原[27]等地，其主導(dǎo)因素是區(qū)域大規(guī)模生態(tài)建設(shè)以及合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類(lèi)活動(dòng)。在云南[28]、貴州[29]等西南地區(qū)，自然因素則是區(qū)域植被變化的主要影響因子。本文通過(guò)對(duì)2000—2021年間塔河干流段研究得出人為因素為主導(dǎo)因素，其中土地利用和GDP對(duì)植被覆蓋的解釋力度相對(duì)較大。通過(guò)地理探測(cè)器方法分析塔河干流植被的驅(qū)動(dòng)因素，不僅考察了單個(gè)因素對(duì)植被覆蓋空間變化的影響，還考察了多個(gè)因素交互作用的影響。研究區(qū)以耕地、草地和未利用地為主，植被生長(zhǎng)發(fā)育受不同土地類(lèi)型影響較大，其次是GDP、人口密度、DEM、降雨、土壤類(lèi)型、氣溫，最后為坡度和坡向。總的來(lái)說(shuō)人為因素對(duì)植被覆蓋影響較為顯著，而降雨、氣溫等氣候因子與植被覆蓋相關(guān)性較低，這與孫天瑤等[10]的研究結(jié)果較為一致。隨著人口增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素影響，未來(lái)人類(lèi)活動(dòng)同干流植被覆蓋度變化及生態(tài)環(huán)境演化關(guān)系更為密切。

4 結(jié) 論

本文基于MODIS遙感數(shù)據(jù)，利用像元二分模型提取塔河干流2001—2021年植被覆蓋度，分析其時(shí)空變化特征及其驅(qū)動(dòng)因素。得到以下結(jié)論：

1）塔河干流植被覆蓋度隨季節(jié)由高到低的變化順序?yàn)橄募?、秋季、春季。且該干流不同河段植被覆蓋存在明顯差異，整體呈現(xiàn)上游、中游、下游由高到低的分布規(guī)律。

2）塔河干流植被覆蓋度在2001—2021年期間呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的波動(dòng)上升趨勢(shì)。除2009年和2015年年均覆蓋度出現(xiàn)下降趨勢(shì)可能是受到生態(tài)輸水量的影響。大部分區(qū)域（66.5%）的植被覆蓋度呈上升趨勢(shì)，29.9%的區(qū)域植被明顯下降且分布相對(duì)分散。

3）利用地理探測(cè)器分析FVC驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)率由高到低排序?yàn)橥恋乩?、?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）、人口密度、高程（DEM）、降雨、土壤類(lèi)型、氣溫、坡度、坡向。其中各驅(qū)動(dòng)因子交互作用顯著高于單個(gè)因子，同時(shí)人為因子的影響占主導(dǎo)作用。氣候因素對(duì)塔河干流植被覆蓋變化存在較弱影響，研究區(qū)植被覆蓋的長(zhǎng)期發(fā)展及趨勢(shì)受人類(lèi)活動(dòng)因素的影響更為直接，主要與土地利用變化有關(guān)。

本文選取多種人為因素和自然因素對(duì)塔河干流段植被覆蓋度的影響因素進(jìn)行了研究，分析其對(duì)植被覆蓋度空間分布的單獨(dú)和交互作用影響。由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)塔河干流植被覆蓋的影響較為復(fù)雜且占據(jù)主導(dǎo)因素，而本研究關(guān)于人為因素僅僅選取了GDP、土地利用和人口密度3個(gè)影響因子，在后續(xù)的研究中可以在人為因素方面選取更多的影響因子，進(jìn)一步深入研究塔河干流植被覆蓋度的驅(qū)動(dòng)因素分析。

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Dynamic changes and driving factors of vegetation coverage in the mainstream of Tarim River, China

WANG Xing1,2, HUO Aidi1,2,3※, LYU Jiqiang1,2, ZHAO Zhixin1,2, CHEN Jian1,2, ZHONG Fangqian1,2, YANG Luying1,2, GUAN Wenke4

(1.,,710054,; 2.,,710054,; 3.,,710054,; 4..,,830000,)

Tarim River is the longest inland river in China, which irrigates nearly one-third of Xinjiang's land in the last century. The previous unreasonable exploitation and utilization have posed a great threat to the Tarim River, particularly with the economic development and global climate change in recent years. The ecological environment of the Tarim River basin has been improved significantly, after a series of comprehensive ecological control measures, such as ecological water transfer in 2000. However, a serious challenge still remains on the sustainability of ecological restoration in the mainstream of the Tarim River under water transport projects. This study aims to clarify the dynamic change characteristics of vegetation cover in the mainstream of the Tarim River, in order to accelerate the process of vegetation protection and restoration. MODIS data was also collected from 2001 to 2021. Trend analysis and coefficient of variation were used to determine the development trend and stability of vegetation. The influence of driving factors on vegetation coverage was investigated by correlation analysis and geographical detector. The results showed that a relatively stable rising trend was found in the vegetation coverage of the mainstream of Tarim River, particularly with an annual growth rate of 2.84%. The changing trend was outstanding in seasonal fluctuations. The vegetation coverage was as high as 28.56% in summer, especially in August, but the lowest in April. There were obvious regional differences in the vegetation coverage, with the descending order of the upstream, midstream, and downstream. In 2021, the vegetation coverage in the upstream was 1.91 times as much as that in the midstream, and 3.34 times as much as that in the downstream in August. Vegetation coverage increased in 66.5% of Tarim River, most of which (49.0%) increased significantly. The combined effect of natural factors and human activities was the main reason for the rapid increase and spatial difference of vegetation coverage in the mainstream, among which the human activities posed the more direct impact on vegetation coverage. The geographical detector showed that the influence of each driving factor on the vegetation cover was ranked in descending order as follows: Land use (0.69), GDP (0.41), population density (0.37), DEM (0.30), rainfall (0.28), soil type (0.22), temperature (0.16), slope (0.04), slope aspect (0.01). The impact of human factors on the vegetation cover was mainly reflected in the change in land use type. Climatic factors (such as rainfall and temperature) presented a low correlation with the vegetation cover. The spatial distribution characteristics of vegetation cover were attributed to the interaction of multiple influencing factors. Future human activities can be more closely related to the change of vegetation cover and ecological environment evolution in the mainstream, with the influence of population growth, social and economic development. This finding can also provide the scientific basis to further understand the characteristics and driving factors of vegetation cover in the mainstream of Tarim River, particularly for the local ecological environment protection.

vegetation; precipitation; vegetation coverage; MODIS remote sensing data; geographical detector; the mainstream of Tarim River

2023-03-03

2023-04-14

國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)際合作項(xiàng)目（42261144749）；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41877232）

王星，研究方向?yàn)樗呐c水資源。Email：wangxing199910@163.com

霍艾迪，博士，教授，研究方向?yàn)檫b感在水文生態(tài)等。Email：huoaidi@chd.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.202303016

P237

A

1002-6819(2023)-08-0284-09

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