祁连山区植被覆盖时空变化特征及保护

2023-12-26王有盛

广东蚕业 2023年11期

王有盛

祁连山区植被覆盖时空变化特征及保护

王有盛

（甘肃祁连山国家级自然保护区管护中心马蹄自然保护站甘肃张掖 734000）

近年来，受到地形、气候等自然因素影响，祁连山区植被资源变化异常，严重威胁植被多样性及生态安全。因此，科学监测祁连山区植被资源，明晰植被覆盖变化特征，掌握有效的保护措施至关重要。文章统计与整理了2003年—2022年祁连山区归一化植被指数等数据资料，综合运用均值法、线性趋势分析法等探析了这一区域植被覆盖时空变化特征，结果表明：2003年—2022年祁连山区年平均植被归一化植被指数呈波动上升趋势，增速为0.33 %/年，植被归一化植被指数整体偏低，且自东南至西北呈减少趋势，以0 ≤归一化植被指数< 0.2分布范围为主。基于祁连山区植被资源丰富、珍稀濒危植物众多、具有重要的保护价值，提出了增强大众植被保护意识、强化植物资源监测等建议。

植被资源；覆盖度；变化特征；保护建议；祁连山区

植被是陆地生态系统的重要组成部分[1]，在涵养水源、保持水土、调节气候、维持生态系统稳定等方面作用显著。植被生长对外部环境极为敏感，因此，研究植被时空变化及保护措施，可以为国土资源优化利用及生态保护提供科学参考。归一化植被指数（NDVI）是用于指示植被生长状态的一项最佳因子，反映区域植被覆盖度与植被生长状态[2]。因此，本文主要选用NDVI时序数据分析2003年—2022年祁连山区植被覆盖度变化特征。

祁连山的生态极为脆弱，植被资源极易受到人类活动、气候变化等影响，从而发生一定程度的改变[3]。近年来，祁连山区植被变化显著，引起了当地政府的高度关注，与此同时广大专家与学者针对植被覆盖度开展了大量的研究工作，主要集中在植被覆盖时空演变特征、影响因素、气候驱动力等角度，其中，马云瑞等分析了2000年—2019年祁连山植被动态变化及其对气候的响应[4]；袁杰等以祁连山黑河源区为例，重点选用趋势分析法、最大合成法研究了这一区域NDVI时空变化特征，并在此基础上探析地形、降水等因素对NDVI的影响[5]。鲜有学者在植被覆盖时空变化分析基础上分析植被保护，因此，本文基于土地利用数据、NDVI数据等，采用均值法、线性趋势分析法等，揭示祁连山区植被覆盖度的时间与空间变化特征，并在此基础上提出几点的保护建议，对做好祁连山区保护工作，实现植被资源合理开发利用等具有重要意义。

1 资料来源与方法

1.1 祁连山区概况

祁连山是我国西北地区的主要山脉，地处青海、甘肃两省的交界区域，连接蒙新高原、黄土高原、青藏高原三大高原。受地质构造运动强烈上升切割与侵蚀作用的影响，祁连山区地貌类型复杂多样，整体呈高山、峡谷地貌。祁连山区属于典型的大陆性高寒半湿润山地气候区，具有夏季温凉湿润、冬季寒冷干燥的特点，其年平均气温低于4.0 ℃，年平均降水量为400 mm，年平均日照时数为1 744 h。特殊的地形地势与气候条件为植被生长提供了有利条件。祁连山区植被垂直分布显著，海拔2 000 m以上，主要包括荒漠草原带、草原带、森林草原带、灌丛草原带、草甸草原带与冰雪带等六大地带类型[6]，主要有祁连圆柏、青海云杉、油松、杜鹃、箭叶锦鸡儿、银露梅、金露梅等多种植物[7]。

1.2 资料来源

考虑生态工程对植被覆盖的影响，以生态工程实施以来近20年分辨率SPOT-VGT-NDVI光谱数据作为本文研究的数据，此数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心。应用最大合成法排除大气、云等因素的干扰，生成2003年以来植被指数的年度、月度数据集。当植被NDVI位于0～1之间时，代表这一区域属于有植被区。

1.3 研究方法

本文选用一元线性趋势线拟合植被NDVI的年际变化趋势，其计算公式如下：

2 祁连山保护区植被覆盖时空变化特征

2.1 时间变化特征

2.1.1 年际变化特征

从图1可知，2003年—2022年祁连山区年平均植被NDVI为0.341 8～0.426 5，整体呈波动上升趋势，增速为0.33 %/年。在研究时间段内，祁连山区NDVI变化存在6个上升期与5个下降期，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年呈上升趋势，而2004年—2005年、2006年—2008年、2009年—2012年、2014年—2015年、2016年—2020年呈下降趋势。

图1 2003年—2022年祁连山区植被NDVI年变化趋势图

以5年为时间间隔，计算各时间段祁连山区植被NDVI变化速率，得出表1。其中，2018年—2022年的增速最为明显，达到0.71 %/年，2003年—2007年次之，增速为0.52 %/年，2008年—2012年增速最为平缓，为0.04 %/年。

表1 各时间段祁连山区植被NDVI变化速率统计

2.1.2 月际变化特征

从图2可知，祁连山区植被NDVI月平均值呈先增后减的变化趋势，5月—10月NDVI平均值较高，其峰值出现在8月，为0.38。NDVI月最大值的变化趋势与月平均值的变化趋势基本保持一致。

图2 2003年—2022年祁连山区植被NDVI月际变化图

2.2 空间变化特征

从像元尺度上对祁连山区2003年—2022年NDVI的平均值进行计算，并结合数据将祁连山区植被NDVI划分为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大区域，绘制其植被NDVI空间分布图（图略）。

2003年—2022年祁连山区植被NDVI整体偏低，且自东南至西北呈减少趋势。各级植被NDVI分布面积及位置具体如表2所示。0≤NDVI＜0.2的分布范围最为广泛，占祁连山区总面积的35.76%，多集中分布于97°E以西。

表2 植被NDVI分级、面积占比及分布区域

3 祁连山区植被覆盖度变化的原因分析

3.1 气候变化

植被生长状况及其空间分布特征会受气温、降水等气象因素的影响，而且植被类型不同，其与以上气象因子的相应关系也存在着一定的差异。

基于时间序列分析2003年、2012年与2022年平均植被覆盖度和年平均气温之间的关系，得出平均植被覆盖度与年平均气温的曲线走势相差较大。2003年，祁连山区年平均气温为2.5 ℃，土壤水分加速蒸发，年平均降水量为150 mm，水分不足，导致土壤干层发育，明显抑制了植被生长。而年平均降水量与平均植被覆盖度的曲线走势基本保持一致，在祁连山区，降水量是决定区域内植被生长的关键因素，这一因素决定了植被生长状况及其空间分布特征。

3.2 人为活动

植被覆盖度变化受气候与人为因素的综合影响。祁连山区大多数地区年平均降水量较少但植被覆盖度较高，得益于退耕还林还草、植树造林，政府加大环境保护力度，强化保护区建设等人为活动，使这一区域植被状态得到明显改善。

4 祁连山区植被资源保护建议

近年来，随着全球气候异常变化，再加上人为活动、地形地貌等多种因素的综合作用，祁连山区植被资源变化显著。随着“绿水青山就是金山银山”理念的不断深入宣贯，植被资源保护工作逐渐被高度关注。为充分发挥植被资源在调节气候、保持水土、维持生物多样性、维护生态系统稳定性等方面的功能与作用，切实做好植被资源保护工作刻不容缓。

4.1 增强大众植被保护意识

人为活动对植被影响显著。因此，祁连山区相关部门应当通过积极举办活动、教学融合、短视频宣传等多种方式，充分利用广播、电视、网络等平台，全方位宣传植被保护的重要性，以明确利弊，培养祁连山区周边居民植被资源保护意识，以尽可能减少居民生活、开发建设等人为活动对植被资源的影响[9]，营造良好的氛围环境。

4.2 强化植物资源监测

祁连山区特殊的地理位置与气候环境，导致区域内分布着一定量的珍稀濒危植物资源。为保护各类植物资源安全性，摸清植物资源本底与其生境至关重要。因此，祁连山区必须充分利用各种新型技术设备，借助互联网监控系统、卫星系统等严密调查与监测区域内植物资源的种类、数量、生境及受威胁因子，并据此构建资源信息库[10]，既可以为祁连山区植物资源的科学保护及其可持续开发利用提供强有力的参考依据，又能第一时间发现区域内不法偷盗行为与破坏行为，并及时上报与制止，以保障植被资源安全。