寧夏草地綠度時空變化圖譜及驅(qū)動因素分析

楊航,馬彩虹,滑雨琪,李聰慧,劉園園

(寧夏大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院,銀川 750021)

草地作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要成員,在生態(tài)防護(hù)等方面發(fā)揮著重要作用[1]。草地綠度是表征草地覆蓋度的重要參數(shù),能較好反映草地覆蓋度的年內(nèi)和年際變化特征,歸一化植被指數(shù)(NDVI)是草地綠度最佳指示因子之一[2]。寧夏降水較少,草地覆蓋度低,NDVI不會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,即NDVI越大,草地綠度越高。氣溫和降水是影響草地綠度的關(guān)鍵氣候因子,學(xué)者們利用遙感數(shù)據(jù)在草地生長對氣候變化響應(yīng)方面開展了廣泛研究,如趨勢分析[3]、相關(guān)分析[4]和偏相關(guān)分析等[5]。氣溫和降水對草地綠度的影響具有明顯的空間分異[6],東北地區(qū)氣溫為關(guān)鍵氣候因子[7],西北一帶降水為主導(dǎo)因子[8],青藏高原氣溫占主導(dǎo)地位主要分布在中部和東南部,降水占主導(dǎo)地位主要分布在東北部和西部[9]。同時不同類型和地形的草地對氣溫和降水響應(yīng)具有差異,如荒漠草地和平原草地受降水影響較大,草甸草地和坡面草地受氣溫影響較大[10]。近年來,隨著人類活動的加強,草地生長狀況直接或間接受到人類活動的影響,部分地區(qū)影響速度和強度超過自然因素,剝離氣候因素影響,定量分析人類活動對草地生長的影響迫在眉睫[11-12]。準(zhǔn)確及時掌握草地綠度的時空變化,探究氣候變化和人類活動對其作用,不但有利于草地生態(tài)系統(tǒng)健康,更促進(jìn)了陸地生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展[13]。

地學(xué)信息圖譜是一種時空復(fù)合分析方法,它是由我國地理學(xué)家陳述彭院士首次提出[14],在地理學(xué)中得到廣泛應(yīng)用,如山地垂直帶信息圖譜[15]、土地利用變化信息圖譜[16]、自然景觀要素信息圖譜[17]、地貌信息圖譜等[18]。部分學(xué)者將其引入到植被變化的研究中,如韓磊等根據(jù)植被覆蓋地學(xué)圖譜發(fā)現(xiàn)延安植被以持續(xù)變化為主[19],鄭惠茹等通過建立退耕還林前后的植被恢復(fù)演替圖譜,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)植被恢復(fù)遵循旱生進(jìn)展演替的一般規(guī)律[20]。草地作為一種季節(jié)性植被,是氣候變化和人類活動的承擔(dān)者和反饋者,在很大程度上表征區(qū)域環(huán)境狀況[21]。利用地學(xué)信息圖譜探究其時空變化及性質(zhì),可將草地綠度多維時空信息以圖譜單元的形式動態(tài)化和可視化,對定量開展長時間序列草地綠度變化空間格局與時序特征的集成研究具有重要意義。

寧夏作為草地資源大省,草地面積占全省面積的43%,具有重要的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價值[22]。學(xué)者對草地研究多集中在青藏高原、新疆、內(nèi)蒙古一帶,對寧夏草地綠度的研究鮮有報道。因此,本研究基于2000—2020年草地NDVI,結(jié)合氣象和土地利用數(shù)據(jù),采用地學(xué)信息圖譜等方法對寧夏不同類型草地綠度時空分布及變化特征進(jìn)行多時間尺度的研究,并探究草地綠度的驅(qū)動因素。旨在保護(hù)寧夏草地資源和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展,為寧夏實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供一定的決策參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧夏回族自治區(qū)位于中國西北內(nèi)陸,地處北緯35°14′—39°23′N,東經(jīng)104°17′—107°29′E,總面積6.64×104km2。屬于溫帶大陸性氣候,干旱少雨,年均氣溫5.20～8.19℃,年降水量為183～677 mm。依據(jù)自然環(huán)境條件和生態(tài)基礎(chǔ),將其劃分為北部綠色發(fā)展區(qū)、中部封育保護(hù)區(qū)、南部水源涵養(yǎng)區(qū)[23]。寧夏地處北方溫帶草原地區(qū),天然草地資源豐富?；哪莸貜V泛分布在寧夏北部和中部的風(fēng)沙帶上,典型草地主要分布在寧夏中部和南部的黃土丘陵區(qū),草甸草地主要分布在寧夏南部的六盤山一帶[24](圖1)。

圖1 研究區(qū)概況圖Fig.1 Overview diagram of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

草地逐年NDVI數(shù)據(jù)來自中國30 m 逐年NDVI最大值數(shù)據(jù)集,逐月NDVI數(shù)據(jù)來自中國月度1 km 植被指數(shù)(NDVI)空間分布數(shù)據(jù)集,均采用最大值合成法生成,來源于資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https:∥www.resdc.cn/)。氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)是分辨率為1 km 的逐月平均數(shù)據(jù)集,來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.geodata.cn/)。將草地NDVI、降水和溫度數(shù)據(jù)集在Arc GIS中進(jìn)行投影、掩膜、重采樣等統(tǒng)一成空間分辨率為30 m、行數(shù)和列數(shù)分別為1055,10 768,投影為Krasovsky_1940_Albers數(shù)據(jù)集。

1.3 研究方法

1.3.1 地學(xué)信息圖譜 地學(xué)信息圖譜可以同時表達(dá)地理空間結(jié)構(gòu)特征及時間動態(tài)變化等,草地綠度地理信息圖譜是基于遙感、地理信息系統(tǒng)及空間分析方法,對研究區(qū)草地圖斑進(jìn)行提取,并獲得草地綠度變化信息。

1.3.2 變異系數(shù) 變異系數(shù)表示數(shù)據(jù)的離散程度,可用來表示草地綠度變化的波動狀況。計算公式為:

式中:CV為草地綠度變異系數(shù);σNDVI為標(biāo)準(zhǔn)差;NDVIavg為均值。變異系數(shù)越小,草地綠度波動程度越小,草地綠度變化越穩(wěn)定,反之則表明草地綠度越不穩(wěn)定。

1.3.3 Hurst指數(shù)法 Hurst(H)指數(shù)可以定量描述草地綠度時間序列的持續(xù)性或反持續(xù)性。當(dāng)0＜H＜0.5時,表示草地綠度未來變化狀況與過去變化趨勢相反,H越小反持續(xù)性越強;當(dāng)H=0.5時,草地綠度不具有持續(xù)性;當(dāng)0.5＜H＜1時,表示草地綠度未來變化狀況與過去變化趨勢相同,H越大持續(xù)性越強。具體計算方法參見文獻(xiàn)[25]。

1.3.4 趨勢分析 采用Sen+Mann-Kendall分析法研究寧夏草地綠度年際變化趨勢[26],公式如下:

式中:NDVIk,NDVIi為連續(xù)的NDVI數(shù)據(jù)序列;n為年份;S為檢驗統(tǒng)計量;Zc為標(biāo)準(zhǔn)化檢驗統(tǒng)計量。當(dāng)1＜i＜k＜n時,Q表示草地綠度變化幅度的大小,Q＜0時,表示草地綠度呈下降趨勢;反之則表示上升趨勢。

1.3.5 偏相關(guān)分析 偏相關(guān)分析相較于相關(guān)性分析,可以消除其他氣候因子對草地綠度的影響,僅研究一個氣候因子對草地綠度的作用,可識別出影響草地綠度變化的關(guān)鍵氣候因子。公式如下:

式中:rxy.z為剝離z后x和y的偏相關(guān)系數(shù);rxy,rxz,ryz分別為x,y,z兩個因子之間的相關(guān)系數(shù),本研究逐像元分析草地綠度和溫度、降水的偏相關(guān)性。

1.3.6 多元回歸殘差分析 多元回歸殘差分析法由Evans and Geerke提出[27],可以剝離氣候因素影響,定量評估人類活動對草地綠度的影響程度。公式如下:

式中:NDVIobs和NDVIpre分別為草地綠度的觀測值和預(yù)測值;NDVIres為草地綠度變化的殘差;NDVIpre表示氣候因素對草地綠度的影響;Tmean和Ptotal分別為年均溫和年累計降水量;a,b和c為參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地綠度時序變化特征

2000—2020年寧夏草地綠度呈波動上升趨勢,綠度變化與年份相關(guān),相關(guān)系數(shù)0.607,綠度由0.25上升到0.38,增長速率為0.007/a,寧夏草地綠度得到顯著提升(圖2)。不同草地類型綠度均呈波動上升趨勢,草甸草地上升速率最大為0.011/a;典型草地次之為0.009/a;荒漠草地上升最為緩慢,速率為0.004/a。不同草地類型年均綠度大小為:草甸草地(0.63)＞典型草地(0.39)＞寧夏草地(0.34)＞荒漠草地(0.26)。在此基礎(chǔ)上對寧夏草地月均綠度進(jìn)行分析,寧夏草地、典型草地、荒漠草地8月綠度最大,依次為0.32,0.36,0.24,草甸草地7月份月綠度最大為0.59;寧夏草地、典型草地、荒漠草地和草甸草地2月份綠度最低,依次為0.11,0.12,0.10,0.15。月均草地綠度整體呈倒“U”型,不同類型草地綠度最大值相差較大,最小值相近。

圖2 2000-2020年寧夏草地年均(左)和月均(右)綠度變化趨勢Fig.2 Change trend of annual(left)and average(right)green degree in Ningxia grassland from 2000 to 2020

2.2 草地綠度空間差異特征

2.2.1 草地綠度年度信息圖譜特征分析 以2000年為基準(zhǔn)年研究2001—2020年各年較基準(zhǔn)年草地綠度增減變化(圖3)。研究時段內(nèi),多數(shù)年份草地綠度較基礎(chǔ)年呈增加態(tài)勢,2011—2020年較2001—2010年相對于基準(zhǔn)年綠度提升顯著且穩(wěn)定。2018年綠度增加最顯著,該年年均降水量較基準(zhǔn)年增加了11.65 mm,氣溫增加0.39℃,表現(xiàn)為暖濕,有利于草地綠度提升;2005年草地綠度較基準(zhǔn)年降低最顯著,主要在黃河和清水河沿線區(qū)域,該年降水量較2000年減少8.00 mm,溫度增加0.40℃,降水較少在一定程度上導(dǎo)致綠度降低。境內(nèi)賀蘭山、羅山、六盤山呈顯著增長趨勢,增長趨勢較其他區(qū)域顯著,以“三山”為主的自然保護(hù)區(qū)通過生態(tài)修復(fù)和環(huán)境整治取得一定成效,草地綠度得到一定提升。

2.2.2 草地綠度月度信息圖譜特征分析 受氣候、地形等因素的影響,寧夏草地綠度總體上呈“南高北低”的空間分布格局(圖4)。南部分布有六盤山,受地形影響降水較多,草地類型主要為草甸草地和典型草地,草地綠度較高。中部為干旱帶,降雨較少,且有小范圍的沙漠分布,草地類型主要為典型草地,草地綠度居中。北部因賀蘭山阻斷暖濕氣流向西發(fā)展,局部區(qū)域降水較多,黃河沿岸的銀川平原降水量較少,草地類型主要為荒漠草地,同時由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口集聚和農(nóng)畜產(chǎn)業(yè)等,草地覆被情況較差,研究期內(nèi)草地綠度最低。年內(nèi)變化表現(xiàn)為3—8月寧夏草地綠度提升且由南向北漸次推進(jìn),9月至次年2月草地綠度值降低且空間呈現(xiàn)為由北向南逐漸褐化。

圖4 2000-2020年寧夏月度草地綠度空間分布圖譜Fig.4 Monthly spatial distribution map of grassland greenness in Ningxia from 2000 to 2020

2.3 草地綠度趨勢指數(shù)時空變化圖譜特征

2.3.1 草地綠度變化圖譜特征 運用Theil-Sen Median趨勢法分析2000—2020年寧夏草地綠度年際變化趨勢的空間特征(圖5A—5B),Mann-kendall顯著性檢驗為草地綠度通過極顯著(p＜0.01)與顯著(p＜0.1)的檢驗(表1)。草地綠度總體上呈增加趨勢,綠化趨勢由南到北遞減。計算表明,97.76%的寧夏草地綠度呈增加趨勢,極其顯著增加趨勢面積占比最大為48.78%,主要分布在草甸草地和典型草地;寧夏草地綠度顯著增加和不顯著增加面積占比分別為28.40%,20.58%,主要分布在荒漠草地和中部的典型草地;寧夏草地綠度減少區(qū)域面積較少,占比為2.24%,主要分布在北部荒漠草地。草甸草地和典型草地?zé)o綠度減少趨勢,荒漠草地?zé)o極其顯著減少趨勢。

表1 寧夏草地綠度變化趨勢的顯著性統(tǒng)計Table 1 Significance statistics of the change trend of grassland greening in Ningxia%

圖5 2000-2020年寧夏草地綠度變化穩(wěn)定性、可持續(xù)性和變化趨勢信息圖譜Fig.5 Information map of stability,sustainability and change trend of grassland greenness change in Ningxia from 2000 to 2020

2.3.2 草地綠度穩(wěn)定性圖譜特征 2000—2020年寧夏草地綠度變化較大,變異系數(shù)介于0.03～0.61,平均值為0.22,表明21年寧夏草地綠度整體處于高波動狀態(tài)(圖5C)。草甸草地波動最低,典型草地次之,荒漠草地最高。寧夏草地綠度穩(wěn)定性空間分異顯著,北部主要為高波動,中部和南部局部區(qū)域因地形和氣候等因素呈現(xiàn)出高低波動并存。草地綠度高波動面積占比最大為67.60%,主要分布在典型草地和荒漠草地(表2)?；哪莸貜V布在沿黃經(jīng)濟(jì)帶上,受人為因素如經(jīng)濟(jì)活動和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大;典型草地主要分布在中部干旱帶,受自然因素如干旱、極端天氣等的影響較大。相對高波動面積占比為22.75%,主要分布在中部和南部的典型草地。中等波動、低波動和相對低波動面積占比較小,分別為6.97%,0.32%,2.37%,主要分布在六盤山一帶的草甸草地,自然條件較好,受人類干擾小。

表2 2000-2020年寧夏草地綠度變化穩(wěn)定性Table 2 Stability of grassland greening in Ningxia from 2000 to 2020%

2.3.3 草地綠度可持續(xù)性特征 2000—2020年寧夏草地綠度Hurst指數(shù)處于0.19～0.91之間,均值為0.48,呈“南高北低”的空間格局(圖5D),結(jié)合穩(wěn)定性分析結(jié)果,寧夏草地綠度整體上不具有穩(wěn)定可持續(xù)的綠化趨勢。荒漠草地和典型草地Hurst指數(shù)均值分別為0.47,0.49,不具備可持續(xù)的綠化趨勢;草甸草地Hurst指數(shù)均值為0.53,可持續(xù)性高于其他草地類型,具備的可持續(xù)綠化趨勢。

2.4 草地綠度對氣候變化和人類活動響應(yīng)

2.4.1 草地綠度對氣候變化的響應(yīng) 草地綠度與氣溫表現(xiàn)為正負(fù)相關(guān)并存(圖6,表3)。草地綠度與氣溫呈正相關(guān)的區(qū)域占65.65%,主要分布在草甸草地、典型草地、賀蘭山和香山一帶,其中具有顯著(p＜0.1)和極顯著(p＜0.01)負(fù)相關(guān)分別為1.31%和0%,零星分布在中部典型草地。草地綠度與氣溫呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域面積占比為34.35%,其中不顯著負(fù)相關(guān)面積占比最大為33.93%,主要分布在荒漠草地和典型草地北部。草地綠度和降水整體上呈正相關(guān),正相關(guān)區(qū)域的面積占比達(dá)到99.46%,其中40.73%為極其顯著正相關(guān),主要分布在荒漠草地和典型草地的北部;顯著正相關(guān)的面積占比為34.80%,廣泛分布在中部和南部的典型草地;不顯著正相關(guān)的面積為23.93%,主要分布賀蘭山、六盤山、白芨灘和哈巴湖一帶。草地綠度與降水呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域面積占比較小為0.53%。

表3 草地綠度與氣溫和降水的偏相關(guān)顯著性統(tǒng)計Table 3 Significance statistics of partial correlation between grassland greenness and temperature and precipitation %

圖6 草地綠度與氣溫和降水的偏相關(guān)分析Fig.6 Partial correlation analysis between grassland greenness and air temperature and precipitation

氣候因素影響草地綠度的面積占比為99.04%,氣溫和降水共同驅(qū)動區(qū)域面積占比為30.99%,主要分布在賀蘭山、哈巴湖、羅山和六盤山等自然保護(hù)區(qū)(圖7)。受降水驅(qū)動為主的地區(qū)面積占比最大為67.10%,成片分布在荒漠草地南部和典型草地;受氣溫驅(qū)動為主的地區(qū)面積占比較小為0.95%,零星分布在北部和中部分界線周圍和寧夏的最南部;0.96%的區(qū)域不受氣溫和降水的驅(qū)動,零星分布在白芨灘和香山一帶。研究期內(nèi)溫度和降水均呈上升趨勢,表現(xiàn)為暖濕化,在一定程度上促進(jìn)草地綠度提升。

圖7 溫度-降水對寧夏草地綠度驅(qū)動因素分區(qū)及較基準(zhǔn)年變化趨勢Fig.7 Temperature-precipitation on the driving factors of grassland greenness in Ningxia and the trend of changes compared with the base year

2.4.2 草地綠度對人類活動的響應(yīng) 殘差分析法能剝離氣候因素的作用,有效測算人類活動對草地綠度的影響程度,寧夏草地綠度受人類活動影響的正面效應(yīng)遠(yuǎn)大于負(fù)面效應(yīng)(圖8)。草地綠度多元回歸殘差總體呈上升趨勢,2000年以來實施的退耕還草、封山禁牧等生態(tài)工程積極促進(jìn)了寧夏草地的綠化趨勢,人類活動正向效應(yīng)明顯,面積占比達(dá)97.01%。殘差為負(fù)的區(qū)域為人類活動對草地綠度產(chǎn)生破壞作用的區(qū)域,面積占比為2.99%,主要分布在賀蘭山一帶,賀蘭山煤礦開采區(qū)的修復(fù)工程在一定程度上改善了生境質(zhì)量,但賀蘭山脆弱的生態(tài)環(huán)境也引起人類活動對草地綠度的反作用。隨著城市化速率的加快,部分草地轉(zhuǎn)化為建設(shè),致使城市周邊區(qū)域草地綠度降低。

圖8 2000-2020年寧夏草地綠度多元殘差分析Fig.8 Analysis of multiple residues of grassland greening in Ningxia from 2000 to 2020

土地利用對草地綠度變化具有明顯的正負(fù)效應(yīng)。一方面,城市化降低了草地綠度,另一方面,退耕還草和草地面積增加促進(jìn)了草地綠度的提升。2000—2020年,寧夏土地類型發(fā)生變化的面積約251 862.62 hm2,耕地轉(zhuǎn)出面積最多為113 617.63 hm2,47.75%轉(zhuǎn)移為高覆蓋度草地,27.23%轉(zhuǎn)移為低覆蓋度草地;中覆蓋度草地轉(zhuǎn)入面積較多為90 805.75 hm2,主要由耕地(58.96%)和低覆蓋度草地(23.21%)轉(zhuǎn)入。21年低覆蓋度草地、中覆蓋度草地、高覆蓋度草地面積分別增加了16 171.28 hm2,52 159.81 hm2,23 425.39 hm2,耕地、水域、未利用土地面積減少,分別減少了86 856.01 hm2,1 459.32 hm2,18 793.79 hm2(表4—5)。

表4 2000-2020年寧夏草地正向效應(yīng)區(qū)域土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Land use change transfer matrix in Ningxia grassland positive effect area from 2000 to 2020 hm2

表5 2000-2020年寧夏草地負(fù)向效應(yīng)區(qū)域土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣Table 5 Land use change transfer matrix in Ningxia grassland negative effect area from 2000 to 2020 hm2

殘差變化為正的區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為低覆蓋度草地、中覆蓋度草地和高覆蓋度草地面積分別增加16 499.63 hm2,50 873.75 hm2,22 994.77 hm2,耕地和未利用土地面積分別減少了84 794.00 hm2,18 475.24 hm2;寧夏草地綠度殘差變化為負(fù)的區(qū)域中主要表現(xiàn)為低覆蓋度草地面積減少328.35 hm2,建設(shè)用地面積增加1 661.70 hm2。

3 討論

本文對寧夏不同類型草地綠度時空分異和變化趨勢進(jìn)行了定量分析,不同類型草地綠度均呈上升態(tài)勢,上升速率存在差異,48.78%的草地呈極其顯著增加趨勢,這一結(jié)果與劉洋洋等對中國草地研究中寧夏區(qū)域部分的結(jié)果一致[28]。研究期內(nèi)寧夏氣候表現(xiàn)為暖濕化,在一定程度上促進(jìn)了草地植被的生長。氣溫和降水的高位、低位震蕩,使得草地綠度表現(xiàn)出年際波動[5],采用地學(xué)信息圖譜分析法對草地綠度變化進(jìn)行研究,能夠比較發(fā)現(xiàn)草地綠度變化的空間異質(zhì)性特征。寧夏草地綠度、變化趨勢、穩(wěn)定性、可持續(xù)性均呈“南高北低”的空間格局,與秦格霞等對中國北方草地寧夏區(qū)域部分研究的空間格局相似[29],寧夏由南到北依次處于半濕潤區(qū)、半干旱區(qū)、干旱區(qū),氣溫“南低北高”、降水“南多北少”,使得南部草甸草地的長勢優(yōu)于北部的荒漠草地。草地綠度與氣溫呈正相關(guān)的面積占比為65.65%,與降水呈正相關(guān)的面積占比為99.46%,草地綠度變化受降水驅(qū)動的面積占比為67.10%,表明草地綠度受降水的影響更大,對降水更敏感,這與前人研究結(jié)論一致,即半干旱區(qū)與干旱區(qū)降水為草地綠度變化的主導(dǎo)氣候因子[7]。

寧夏草地綠度變化受氣候和人類活動共同作用,不同區(qū)域、不同草地類型的驅(qū)動因素和相對作用強度具有明顯的空間分異[30]。位于六盤山一帶的草甸草地綠化趨勢穩(wěn)定可持續(xù),草地綠度與氣溫和降水呈不顯著正相關(guān),六盤山作為西北生態(tài)安全屏障,堅持實施退耕還林還草,封山禁牧等生態(tài)工程,人類活動是綠度提升的主導(dǎo)因素。典型草地綠度與降水呈極其顯著正相關(guān),綠度年際與月度變化受氣候因素影響較大,殘差系數(shù)為正表征人類活動促進(jìn)了綠度提升,綠度提升受氣候和人類活動共同驅(qū)動,以降水驅(qū)動為主?；哪莸鼐G度與降水極其顯著和不顯著正相關(guān)并存,與氣溫不顯著正負(fù)相關(guān)并存,荒漠草地主要分布在黃河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶上,在保護(hù)生態(tài)的前提下促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人類活動以正向驅(qū)動為主,荒漠草地受氣候和人類活動共同作用,相對作用強度主要受氣候因素影響。寧夏草地綠化以氣候驅(qū)動為主,局部區(qū)域表現(xiàn)為氣候和人類活動共同作用。多年回歸殘差系數(shù)呈波動上升趨勢,人類活動對草地綠度正向驅(qū)動強度加大,表明如三北防護(hù)林建設(shè)、退耕還草、封山禁牧等生態(tài)工程促進(jìn)了草地綠度提升。殘差為負(fù)的區(qū)域主要分布在賀蘭山一帶,多年的煤礦開采使得該區(qū)域生境脆弱,對生態(tài)措施敏感且易產(chǎn)生反作用,人類活動是寧夏草地退化的主導(dǎo)因素。生態(tài)脆弱區(qū)的草地以自我恢復(fù)為主,人工修復(fù)為輔。

研究期內(nèi),寧夏草地面積和綠度均得到提升,部分耕地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)為草地,反映寧夏草地生態(tài)質(zhì)量的提升。草地綠度和綠化趨勢空間上呈“南高北低”,應(yīng)進(jìn)一步有針對性地促進(jìn)荒漠草地和典型草地綠度提升。草地綠度變化波動較大且綠化趨勢不持續(xù),寧夏地處生態(tài)脆弱區(qū),生態(tài)環(huán)境較為惡劣,易受干旱、大風(fēng)等自然災(zāi)害影響,在推進(jìn)草地資源提升時,要降低自然災(zāi)害對草地綠化和生態(tài)工程的破壞,提高草地綠度韌性。草地綠度時空變化是多種因素共同作用的結(jié)果,本文探索了研究期內(nèi)逐年氣溫和降水對寧夏草地逐年綠度的影響,非生長季、氣溫降水的滯后效應(yīng)和未納入分析的其他氣候因子均在一定程度上影響氣溫和降水對草地綠度的偏相關(guān)分析,在分析人類活動對草地綠度影響程度方面也存在一定偏差,今后將綜合考慮研究的時間尺度和多種氣候因素的作用。本文僅關(guān)注了氣候?qū)Σ莸卣w綠度的影響,后期研究將重視草地綠度提升對局地氣候的響應(yīng)。

4 結(jié)論

本研究基于NDVI、氣象、土地利用等數(shù)據(jù),分析了2000—2020年寧夏不同類型草地綠度時空變化及氣候因子和人類活動的驅(qū)動。主要結(jié)論如下:

(1)寧夏草地綠度呈波動上升趨勢,草甸草地綠度最高且增速最快為0.011/a,荒漠草地綠度最低且增速最慢為0.004/a。月均草地綠度整體呈倒“U”型,草甸草地7月份綠度最高為0.59,2月份綠度最低為0.15,其他草地類型均8月份綠度最高,2月份最低。

(2)寧夏草地綠度空間分異顯著,呈“南高北低”的格局,以賀蘭山、羅山、六盤山為首的自然保護(hù)區(qū)的綠度優(yōu)于其他區(qū)域。3—8月寧夏草地綠度提升由南向北推進(jìn),9月至次年2月漸次降低由北向南推移。

(3)寧夏草地綠度呈增加趨勢的面積占比為97.76%,典型草地和草甸草地全部表現(xiàn)為增加趨勢,96.69%的荒漠草地表現(xiàn)為增加趨勢,寧夏草地綠度極其顯著增加占比最大為48.78%?；哪莸睾偷湫筒莸乇憩F(xiàn)為不穩(wěn)定不持續(xù)的綠化趨勢,需要在后期管理中減少人類活動對其的擾動,草甸草地表現(xiàn)為穩(wěn)定可持續(xù)的綠化趨勢。

(4)99.46%和65.65%寧夏草地綠度分別與降水和氣溫呈正相關(guān),67.10%區(qū)域以降水驅(qū)動為主,降水為主導(dǎo)氣候因子。寧夏草地綠化以氣候驅(qū)動為主,局部區(qū)域表現(xiàn)為氣候和人類活動共同作用,殘差分析表明人類活動對草地綠度以正向驅(qū)動為主。