祁連山區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征及保護(hù)

王有盛

祁連山區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征及保護(hù)

王有盛

（甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管護(hù)中心馬蹄自然保護(hù)站 甘肅張掖 734000）

近年來，受到地形、氣候等自然因素影響，祁連山區(qū)植被資源變化異常，嚴(yán)重威脅植被多樣性及生態(tài)安全。因此，科學(xué)監(jiān)測(cè)祁連山區(qū)植被資源，明晰植被覆蓋變化特征，掌握有效的保護(hù)措施至關(guān)重要。文章統(tǒng)計(jì)與整理了2003年—2022年祁連山區(qū)歸一化植被指數(shù)等數(shù)據(jù)資料，綜合運(yùn)用均值法、線性趨勢(shì)分析法等探析了這一區(qū)域植被覆蓋時(shí)空變化特征，結(jié)果表明：2003年—2022年祁連山區(qū)年平均植被歸一化植被指數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，增速為0.33 %/年，植被歸一化植被指數(shù)整體偏低，且自東南至西北呈減少趨勢(shì)，以0 ≤歸一化植被指數(shù)< 0.2分布范圍為主?；谄钸B山區(qū)植被資源豐富、珍稀瀕危植物眾多、具有重要的保護(hù)價(jià)值，提出了增強(qiáng)大眾植被保護(hù)意識(shí)、強(qiáng)化植物資源監(jiān)測(cè)等建議。

植被資源；覆蓋度；變化特征；保護(hù)建議；祁連山區(qū)

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，在涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)節(jié)氣候、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定等方面作用顯著。植被生長(zhǎng)對(duì)外部環(huán)境極為敏感，因此，研究植被時(shí)空變化及保護(hù)措施，可以為國(guó)土資源優(yōu)化利用及生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)參考。歸一化植被指數(shù)（NDVI）是用于指示植被生長(zhǎng)狀態(tài)的一項(xiàng)最佳因子，反映區(qū)域植被覆蓋度與植被生長(zhǎng)狀態(tài)[2]。因此，本文主要選用NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)分析2003年—2022年祁連山區(qū)植被覆蓋度變化特征。

祁連山的生態(tài)極為脆弱，植被資源極易受到人類活動(dòng)、氣候變化等影響，從而發(fā)生一定程度的改變[3]。近年來，祁連山區(qū)植被變化顯著，引起了當(dāng)?shù)卣母叨汝P(guān)注，與此同時(shí)廣大專家與學(xué)者針對(duì)植被覆蓋度開展了大量的研究工作，主要集中在植被覆蓋時(shí)空演變特征、影響因素、氣候驅(qū)動(dòng)力等角度，其中，馬云瑞等分析了2000年—2019年祁連山植被動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)氣候的響應(yīng)[4]；袁杰等以祁連山黑河源區(qū)為例，重點(diǎn)選用趨勢(shì)分析法、最大合成法研究了這一區(qū)域NDVI時(shí)空變化特征，并在此基礎(chǔ)上探析地形、降水等因素對(duì)NDVI的影響[5]。鮮有學(xué)者在植被覆蓋時(shí)空變化分析基礎(chǔ)上分析植被保護(hù)，因此，本文基于土地利用數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)等，采用均值法、線性趨勢(shì)分析法等，揭示祁連山區(qū)植被覆蓋度的時(shí)間與空間變化特征，并在此基礎(chǔ)上提出幾點(diǎn)的保護(hù)建議，對(duì)做好祁連山區(qū)保護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)植被資源合理開發(fā)利用等具有重要意義。

1 資料來源與方法

1.1 祁連山區(qū)概況

祁連山是我國(guó)西北地區(qū)的主要山脈，地處青海、甘肅兩省的交界區(qū)域，連接蒙新高原、黃土高原、青藏高原三大高原。受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈上升切割與侵蝕作用的影響，祁連山區(qū)地貌類型復(fù)雜多樣，整體呈高山、峽谷地貌。祁連山區(qū)屬于典型的大陸性高寒半濕潤(rùn)山地氣候區(qū)，具有夏季溫涼濕潤(rùn)、冬季寒冷干燥的特點(diǎn)，其年平均氣溫低于4.0 ℃，年平均降水量為400 mm，年平均日照時(shí)數(shù)為1 744 h。特殊的地形地勢(shì)與氣候條件為植被生長(zhǎng)提供了有利條件。祁連山區(qū)植被垂直分布顯著，海拔2 000 m以上，主要包括荒漠草原帶、草原帶、森林草原帶、灌叢草原帶、草甸草原帶與冰雪帶等六大地帶類型[6]，主要有祁連圓柏、青海云杉、油松、杜鵑、箭葉錦雞兒、銀露梅、金露梅等多種植物[7]。

1.2 資料來源

考慮生態(tài)工程對(duì)植被覆蓋的影響，以生態(tài)工程實(shí)施以來近20年分辨率SPOT-VGT-NDVI光譜數(shù)據(jù)作為本文研究的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心。應(yīng)用最大合成法排除大氣、云等因素的干擾，生成2003年以來植被指數(shù)的年度、月度數(shù)據(jù)集。當(dāng)植被NDVI位于0～1之間時(shí)，代表這一區(qū)域?qū)儆谟兄脖粎^(qū)。

1.3 研究方法

本文選用一元線性趨勢(shì)線擬合植被NDVI的年際變化趨勢(shì)，其計(jì)算公式如下：

2 祁連山保護(hù)區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征

2.1 時(shí)間變化特征

2.1.1 年際變化特征

從圖1可知，2003年—2022年祁連山區(qū)年平均植被NDVI為0.341 8～0.426 5，整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，增速為0.33 %/年。在研究時(shí)間段內(nèi)，祁連山區(qū)NDVI變化存在6個(gè)上升期與5個(gè)下降期，其中，2003年—2004年、2005年—2006年、2008年—2009年、2012年—2014年、2015年—2016年、2020年—2022年呈上升趨勢(shì)，而2004年—2005年、2006年—2008年、2009年—2012年、2014年—2015年、2016年—2020年呈下降趨勢(shì)。

圖1 2003年—2022年祁連山區(qū)植被NDVI年變化趨勢(shì)圖

以5年為時(shí)間間隔，計(jì)算各時(shí)間段祁連山區(qū)植被NDVI變化速率，得出表1。其中，2018年—2022年的增速最為明顯，達(dá)到0.71 %/年，2003年—2007年次之，增速為0.52 %/年，2008年—2012年增速最為平緩，為0.04 %/年。

表1 各時(shí)間段祁連山區(qū)植被NDVI變化速率統(tǒng)計(jì)

2.1.2 月際變化特征

從圖2可知，祁連山區(qū)植被NDVI月平均值呈先增后減的變化趨勢(shì)，5月—10月NDVI平均值較高，其峰值出現(xiàn)在8月，為0.38。NDVI月最大值的變化趨勢(shì)與月平均值的變化趨勢(shì)基本保持一致。

圖2 2003年—2022年祁連山區(qū)植被NDVI月際變化圖

2.2 空間變化特征

從像元尺度上對(duì)祁連山區(qū)2003年—2022年NDVI的平均值進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合數(shù)據(jù)將祁連山區(qū)植被NDVI劃分為0≤NDVI＜0.2、0.2≤NDVI＜0.4、0.4≤NDVI＜0.6、0.6≤NDVI＜0.8、0.8≤NDVI＜1.0共5大區(qū)域，繪制其植被NDVI空間分布圖（圖略）。

2003年—2022年祁連山區(qū)植被NDVI整體偏低，且自東南至西北呈減少趨勢(shì)。各級(jí)植被NDVI分布面積及位置具體如表2所示。0≤NDVI＜0.2的分布范圍最為廣泛，占祁連山區(qū)總面積的35.76%，多集中分布于97°E以西。

表2 植被NDVI分級(jí)、面積占比及分布區(qū)域

3 祁連山區(qū)植被覆蓋度變化的原因分析

3.1 氣候變化

植被生長(zhǎng)狀況及其空間分布特征會(huì)受氣溫、降水等氣象因素的影響，而且植被類型不同，其與以上氣象因子的相應(yīng)關(guān)系也存在著一定的差異。

基于時(shí)間序列分析2003年、2012年與2022年平均植被覆蓋度和年平均氣溫之間的關(guān)系，得出平均植被覆蓋度與年平均氣溫的曲線走勢(shì)相差較大。2003年，祁連山區(qū)年平均氣溫為2.5 ℃，土壤水分加速蒸發(fā)，年平均降水量為150 mm，水分不足，導(dǎo)致土壤干層發(fā)育，明顯抑制了植被生長(zhǎng)。而年平均降水量與平均植被覆蓋度的曲線走勢(shì)基本保持一致，在祁連山區(qū)，降水量是決定區(qū)域內(nèi)植被生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，這一因素決定了植被生長(zhǎng)狀況及其空間分布特征。

3.2 人為活動(dòng)

植被覆蓋度變化受氣候與人為因素的綜合影響。祁連山區(qū)大多數(shù)地區(qū)年平均降水量較少但植被覆蓋度較高，得益于退耕還林還草、植樹造林，政府加大環(huán)境保護(hù)力度，強(qiáng)化保護(hù)區(qū)建設(shè)等人為活動(dòng)，使這一區(qū)域植被狀態(tài)得到明顯改善。

4 祁連山區(qū)植被資源保護(hù)建議

近年來，隨著全球氣候異常變化，再加上人為活動(dòng)、地形地貌等多種因素的綜合作用，祁連山區(qū)植被資源變化顯著。隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的不斷深入宣貫，植被資源保護(hù)工作逐漸被高度關(guān)注。為充分發(fā)揮植被資源在調(diào)節(jié)氣候、保持水土、維持生物多樣性、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的功能與作用，切實(shí)做好植被資源保護(hù)工作刻不容緩。

4.1 增強(qiáng)大眾植被保護(hù)意識(shí)

人為活動(dòng)對(duì)植被影響顯著。因此，祁連山區(qū)相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)通過積極舉辦活動(dòng)、教學(xué)融合、短視頻宣傳等多種方式，充分利用廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)等平臺(tái)，全方位宣傳植被保護(hù)的重要性，以明確利弊，培養(yǎng)祁連山區(qū)周邊居民植被資源保護(hù)意識(shí)，以盡可能減少居民生活、開發(fā)建設(shè)等人為活動(dòng)對(duì)植被資源的影響[9]，營(yíng)造良好的氛圍環(huán)境。

4.2 強(qiáng)化植物資源監(jiān)測(cè)

祁連山區(qū)特殊的地理位置與氣候環(huán)境，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)分布著一定量的珍稀瀕危植物資源。為保護(hù)各類植物資源安全性，摸清植物資源本底與其生境至關(guān)重要。因此，祁連山區(qū)必須充分利用各種新型技術(shù)設(shè)備，借助互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)等嚴(yán)密調(diào)查與監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)植物資源的種類、數(shù)量、生境及受威脅因子，并據(jù)此構(gòu)建資源信息庫(kù)[10]，既可以為祁連山區(qū)植物資源的科學(xué)保護(hù)及其可持續(xù)開發(fā)利用提供強(qiáng)有力的參考依據(jù)，又能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)不法偷盜行為與破壞行為，并及時(shí)上報(bào)與制止，以保障植被資源安全。

5 結(jié)語

本文選用均值法、線性趨勢(shì)分析法探析2003年—2022年祁連山區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征，主要結(jié)論如下：

（1）2003年—2022年祁連山區(qū)年平均植被NDVI呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，增速為0.33 %/年。其中，2018年—2022年的增速最為明顯，達(dá)到0.71%/年；2008年—2012年增速最為平緩，為0.04%/年。植被NDVI月平均值呈先增后減的變化趨勢(shì)，其峰值出現(xiàn)在8月，為0.38。

（2）祁連山區(qū)植被NDVI整體偏低，且自東南至西北呈減少趨勢(shì)，0≤NDVI＜0.2的分布范圍最為廣泛，占到35.76%，多集中分布于97°E以西。

（3）祁連山區(qū)應(yīng)當(dāng)通過增強(qiáng)大眾植被保護(hù)意識(shí)、強(qiáng)化植物資源監(jiān)測(cè)等有效措施嚴(yán)格做好植被資源保護(hù)工作，以充分發(fā)揮植被資源的功能。

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Q948

A

2095-1205(2023)11-41-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2023.11.12

王有盛（1982—），男，漢族，甘肅張掖人，本科，工程師，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)保護(hù)。