新世纪以来青藏高原绿度变化及动因*

张镱锂，李兰晖，丁明军，郑度

①中国科学院地理科学与资源研究所陆表格局与模拟重点实验室，北京 100101；②中国科学院大学，北京100049；③江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室，南昌 330022

新世纪以来青藏高原绿度变化及动因*

张镱锂①②†，李兰晖①②，丁明军③，郑度①††

①中国科学院地理科学与资源研究所陆表格局与模拟重点实验室，北京 100101；②中国科学院大学，北京100049；③江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室，南昌 330022

青藏高原作为中国乃至亚洲生态安全屏障的重要载体，其生态系统变化已成为公众和学者关注的焦点问题之一。基于前人的研究结果，并结合相关数据分析，从气候变化和人类活动视角阐释了2000—2013年青藏高原植被绿度变化的时空过程及其原因。结果表明：2000—2013年青藏高原生长季植被覆盖度总体增加3%～5%，或称变绿了，但局部地区植被覆盖度出现下降。约98.34 万 km2的区域植被覆盖度呈现增加趋势，其中显著增加的地区面积为16.85 万 km2，主要分布在高原中东部；约5.73 万 km2的地区覆盖度呈现下降趋势，其中0.18 万 km2的地区显著下降，主要位于西藏中西部。气候暖湿化和生态建设是高原植被绿度增加的主要因素，但局部区域人类活动强度增加和气候暖干化导致的高寒植被退化也不容忽视。

高寒植被；变绿；气候变化；人类活动；青藏高原

青藏高原素有“世界屋脊”、“第三极”和亚洲“江河源区”之称[1-2]，拥有独特的生态系统类型和珍稀的物种资源，被认为是亚洲乃至北半球气候变化的“感应器”[3]，不仅关系到高原周边地区数亿居民的供水安全，同时也对我国乃至东亚地区生态系统稳定起着屏障作用[1,4]。随着全球气候变化以及人类活动加剧，青藏高原正面临生态环境压力增加与生态安全屏障功能改变等风险[1]。由于生态系统的脆弱和不可逆性以及对气候变化和人类活动的敏感性，青藏高原高寒植被变化受到越来越广泛的关注。近30年来，尤其是新世纪以来，青藏高原植被覆盖度呈微弱提高态势[5-7]，或称呈现绿度增加或变绿的趋势。本文通过遥感监测分析，研究青藏高原高寒植被的时空变化，并结合已有成果探讨气候变化和人类活动与高寒植被变绿的关系。

1 青藏高原植被覆盖度变化趋势和空间差异

青藏高原高寒植被总体变绿，表现为能有效表征植被绿度的覆盖度这一指标的总体提高(图1)。基于SPOT归一化植被指数(SPOT-NDVI)和MODIS归一化植被指数(MODIS-NDVI)反演的植被覆盖度的分析得出：2000—2013年期间，生长季(5～9月)植被分布区覆盖度平均净增加3%～5%。提取两套植被覆盖度数据(基于SPOTNDVI和MODIS-NDVI反演)变化方向相同的像元(图1(c))，分析结果表明：约占青藏高原总面积38.06%的地区植被覆盖度呈现增加趋势(面积约为98.34 万 km2)，其中显著增加的区域约占高原总面积的6.52%(p＜0.05)(约16.85 万 km2)，主要分布在青藏高原中东部地区，尤其是三江源区及其周边地区(图1(c))；约占青藏高原总面积2.22%的地区覆盖度呈下降趋势(约5.73 万 km2)，主要分布在西藏的中西部区域，显著下降的地区约为高原的0.07%(p＜0.05)(约0.18 万 km2)。可见，青藏高原绿度增加的面积远远大于下降的面积，且下降区域主要位于青藏高原西部地区。

图1 2000—2013年青藏高原高寒植被覆盖度变化：(a)基于SPOT-NDVI；(b)基于MODIS-NDVI；(c) 表示(a)和(b)相同的变化趋势(注：本文仅分析2000—2013年生长季平均NDVI大于0.15的地区，面积为141.6 万 km2，约占青藏高原总面积的54.82%)

从垂直分布来看，各高程带植被覆盖度呈现增加趋势的面积比例为60%～75%，呈现下降趋势的面积仅为相应海拔面积的3%～5%(图2(a))。整个高原上，植被覆盖度变化主要发生在海拔3 400～5 200 m，其中以高寒草地分布为主的海拔4 200～5 000 m所占比例较高(图2(b))。从图2中还可以看出，覆盖度呈现下降趋势的面积比例又以海拔4 400～5 000 m较大。

图2 青藏高原植被覆盖度变化趋势的垂直分布：(a)各海拔带覆盖度变化面积占其对应海拔带植被面积的比例；(b)各海拔带覆盖度变化面积占植被总面积的比例

2 气候变化和人类活动的共同影响

青藏高原高寒植被绿度总体增加和局部下降是气候变化和人类活动共同作用的结果。一方面，气候变化被认为是植被变化的主导因素，但气候变暖和降水量变化时空过程的不同导致其对青藏高原高寒植被的影响存在明显的空间差异[6-7]。另一方面，青藏高原生态安全屏障建设的逐步实施，使得高寒植被退化趋势得到一定程度的遏制，甚至局部好转[6,8]。

2.1 变暖变湿是青藏高原变绿的自然原因

气候变化直接影响着青藏高原高寒植被的生长状况。模拟实验和野外台站观测的研究表明，温度和降水变化共同影响着高寒植被的变化[9]。不同的草地类型对增温的响应存在较大差异：增温显著地刺激了高寒草甸植被的生长，但增温诱发的干旱抑制了高寒草原植被的生长[10]。基于遥感和气象数据模拟的区域尺度研究表明，增温使植被返青期提前和枯黄期推迟，导致生长季延长[11]，进而总体上促进高寒植被净初级生产力增加[12]。但在不同的降水梯度下，高寒植被对增温的响应存在巨大差异：在湿润和半湿润地区，增温促进植被生长；而在干旱区则不利于植被好转[14-15]。降水量的变化对植被覆盖度的年际变化起着重要作用，相对其他高寒植被类型而言，降水的年际变化对草甸和草原地区植被的影响尤为显著[13]。青藏高原高寒植被是在长期适应当地环境的基础上形成的，影响不同植被类型生长的限制因子存在一定差异：高寒草甸的植被生长主要受土壤温度的限制，而高寒草原的植被生长往往受土壤温度和土壤水分的共同限制。对青藏高原高寒植被变化而言，温度或水分的贡献率低于50%[16]。

在自20世纪90年代末期以来全球变暖出现停滞的背景下，青藏高原地区仍然呈现加速变暖的趋势[17]。2000—2013年期间，青藏高原大部分地区生长季变暖趋势明显(图3(a))，但生长季降水量变化呈现明显的空间差异。降水量变化大致以唐古拉山为界，西藏地区和四川的西南部降水量呈现下降趋势，而青海大部分地区和四川的西北部则呈现增加趋势(图3(b))。

在青藏高原普遍增温的背景下，降水量的变化方向和幅度对识别高寒植被的变化状况具有重要的指示作用。在青海大部分地区，气候变暖和降水量增加形成的暖湿化趋势，促进了该区域植被绿度的增加(图1(c)和图3(c))。然而，在西藏大部分地区，气候出现了暖干化的趋势，导致可利用的土壤水分难以满足植被的生长需求，是高原西部和南部地区植被绿度下降的重要原因，尤其表现在高寒草原和荒漠草原类型上，以及高海拔地区(图2)。21世纪以来，青藏高原近1/3的荒漠化加剧是由于降水量减少所致[18]。

2.2 积极的生态建设促进青藏高原高寒植被趋好

青藏高原高寒植被生态系统变化不仅引起国内外学者的广泛关注，而且也受到我国各级政府的高度重视。21世纪以来，我国政府先后在青藏高原实施了“退牧还草工程”和“生态补偿政策”，在随后提出的“两屏三带”的生态安全格局建设中，青藏高原作为其重要的组成部分，相继部署了一系列生态工程项目(如《西藏生态安全屏障建设规划》(发改委，2009)、《青藏高原区域生态建设与环境保护规划(2011－2030年)》(国务院，2011)等)。此外，截至2014年，青藏高原各类保护区共计155个，占全高原面积的32.35%，形成了空间布局较为合理、保护类型较为齐全的高原自然保护区体系[20]。在上述规划和生态保护措施的实施以及气候变化的背景下，高原环境变化的重要特征是生态系统健康状况“总体趋好、局部恶化”[6,21]。三江源生态保护和建设一期工程的评估也表明，三江源地区生态系统总体表现出“初步遏制、局部好转”的态势[22]。

(1)生态工程建设的作用

过度放牧是草地退化早期阶段最重要的驱动因素[23]。野外调查统计表明，放牧活动减少的地上生物量可达47.15%[24]。随着“退牧还草工程”和“生态补偿政策”等的逐步实施，青藏地区放牧压力整体有所下降(图4)，并且围栏禁牧等管理方式也是保持群落稳定性和促进高寒草地植被生长的有效措施。在暖湿化和放牧压力下降的条件下，三江源地区植被绿度增加趋势非常明显，比如青海果洛藏族自治州(图1、图3和图4)。在呈现暖干化的“一江两河”地区，部分植被绿度呈现增加趋势，如日喀则地区，但仍有部分植被的覆盖度呈现下降趋势——这也说明该地区降低放牧压力也难以抵消生长季降水量减少对高寒草地植被的影响[25]。

图3 2000—2013年青藏高原植被变化区域的气温和降水变化：(a)气温；(b)降水量；(c)温湿变化趋势组合(注：数据来源于中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集[19])

图4 青海和西藏地区及其典型区的放牧强度变化(注：牲畜量统一转换为羊单位，牛∶羊=5∶1，图中数据均以2001年为标准进行了归一化处理，数据来源于青海省统计年鉴和西藏自治区统计年鉴)

尽管放牧压力整体下降，但局部区域放牧压力仍然较大，导致局部高寒植被继续退化。比如在海北自治州，持续较高的放牧压力使该地区局部区域出现植被绿度下降的趋势(图1和图4)。此外，青藏高原南部较低海拔区，如昌都部分地区，存在常绿阔叶林及其常绿落叶阔叶混交林与针阔混交林。近十几年来，当地政府实施以保育和恢复为主的森林管理策略，森林面积和蓄积量实现了双增长[6]，这可能是高原的东南部降水减少以及放牧压力增加的条件下，植被仍然呈现好转趋势的原因之一。

(2)自然保护区的成效

自然保护区的建立和管理是维护生物多样性和区域生态安全的有效措施。青藏高原自然保护区植被变绿的幅度略低于非保护区(图5)，这与自然保护区自然条件恶劣、植被群落自我修复能力较弱、生态系统状况更为脆弱有关[26]。由于自然保护区内受到人类活动的影响非常弱，在降水量微弱下降的地区，高寒植被也可能出现好转，如羌塘保护区的中东部(图1和图3)。对比自然保护区及其周边地区植被净初级生产力的研究发现，自然保护区内76%以上的样区和国家级自然保护区内82%以上样区的植被净初级生产力增幅高于自然保护区外对应样区的增幅[26]。此外，在保护区内部，核心区、缓冲区和实验区保护效果也存在一定的差异。如在珠穆朗玛峰自然保护区，核心区和缓冲区的保护效果要好于实验区[27]。

图5 2000—2013年间保护区内外覆盖度变化趋势对比：(a)基于SPOT-NDVI；(b)基于MODIS-NDVI(上述比例为研究时段内年生长季平均NDVI值大于0.15的地区的统计)

尽管生态工程建设和保护区的建立与管理有利于青藏高原生态系统的恢复与可持续发展，但也存在对植被覆盖度增加产生不利的方面。例如：西藏自治区境内和可可西里国家级自然保护区的野生动物，如藏羚羊、普氏原羚等保护物种的种群数量迅速增加[6,20]，野生动物啃食量大大增加，可能导致保护区植被覆盖度增加速率减缓甚至有所下降；禁牧措施也可能导致围栏外的局部区域放牧压力增加而使得植被覆盖度下降。此外，人类活动强度在青藏高原土地覆被变化中扮演越来越重要的角色。人类活动的加剧导致局部地区植被退化，尤其是居民点和道路附近[28-30]。

3 结论

2000—2013年青藏高原植被绿度总体上呈微弱增加态势，绿度增加的地区主要分布于高原中东部，显著降低区域位于西藏中西部。高寒植被绿度增加的面积远大于下降的面积。绿度呈现增加趋势的区域占高原总面积的38.06%，显著增加的区域为6.52%；而绿度呈下降趋势的区域占高原总面积的2.22%，显著下降的区域为0.07%。青藏高原植被绿度总体增加是气候暖湿化和相应的保护措施共同作用的结果。宏观上，植被绿度由相关区域气候的暖湿化与暖干化格局控制，而持续的自然保护区建设和多种生态保护建设工程促进了高原中东部地区绿度增加趋势和减缓了西部地区绿度下降趋势。局部地区人类活动加剧导致的植被退化也不容忽视，但量化气候变化和人类活动对青藏高原植被变化影响的贡献率仍是一个极大的挑战。

(2017年3月30日收稿)

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(编辑：段艳芳)

Greening of the Tibetan Plateau and its drivers since 2000

ZHANG Yili①②, LI Lanhui①②, DING Mingjun③, ZHENG Du①
①Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China; ②University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; ③Key Lab of Poyang Lake Wetland and Watershed Research, Ministry of Education, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China

The Tibetan Plateau (TP), known as an important carrier of ecological shelter in China, even in Asia, has attracted a great of attentions because its ecosystem was very sensitive to global changes. Based on the results of previous studies and the analysis of relevant data, this study aimed to identify the temporal-spatial pattern of the alpine vegetation change and its drivers based on the perspective of climate change and human activities on the TP from 2000 to 2013. The results showed that the coverage of alpine vegetation has slightly increased by 3%-5% on TP since 2000. The vegetation coverage of about 98.34×104km2increased, with a signif i cant increase in 16.85×104km2, distributed mainly on the central and eastern part of the TP. The vegetation coverage of about 5.73×104km2decreased, with a signif i cant decrease in 0.18×104km2, mainly on the central and western part of the Tibet Autonomous Region. Climate warming and moistening and ecological construction are the main factors for the greening of alpine vegetation. However, the role of the increase of human activity intensity and climate warming and drying on vegetation degradation in local area should not be neglected.

alpine vegetation, greening, climate change, human activity, Tibetan Plateau

10.3969/j.issn.0253-9608.2017.03.003

*国家科技基础性工作专项重点项目 (2012FY111400)、中国科学院战略性先导科技专项(XDB03030500)和国家自然科学基金项目(41371120)资助

†通信作者，研究方向：青藏高原土地利用和土地覆被变化(LUCC)及其生态效应与区域适应研究。 E-mail: zhangyl@igsnrr.ac.cn

††中国科学院院士，研究方向：自然地理的综合研究，特别是青藏高原形成演化及其环境、资源效应