張鐿鋰，李蘭暉，丁明軍，鄭度

①中國科學院地理科學與資源研究所陸表格局與模擬重點實驗室，北京 100101；②中國科學院大學，北京100049；③江西師范大學鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，南昌 330022

新世紀以來青藏高原綠度變化及動因*

張鐿鋰①②?，李蘭暉①②，丁明軍③，鄭度①??

①中國科學院地理科學與資源研究所陸表格局與模擬重點實驗室，北京 100101；②中國科學院大學，北京100049；③江西師范大學鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，南昌 330022

青藏高原作為中國乃至亞洲生態(tài)安全屏障的重要載體，其生態(tài)系統(tǒng)變化已成為公眾和學者關(guān)注的焦點問題之一?；谇叭说难芯拷Y(jié)果，并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)分析，從氣候變化和人類活動視角闡釋了2000—2013年青藏高原植被綠度變化的時空過程及其原因。結(jié)果表明：2000—2013年青藏高原生長季植被覆蓋度總體增加3%～5%，或稱變綠了，但局部地區(qū)植被覆蓋度出現(xiàn)下降。約98.34 萬 km2的區(qū)域植被覆蓋度呈現(xiàn)增加趨勢，其中顯著增加的地區(qū)面積為16.85 萬 km2，主要分布在高原中東部；約5.73 萬 km2的地區(qū)覆蓋度呈現(xiàn)下降趨勢，其中0.18 萬 km2的地區(qū)顯著下降，主要位于西藏中西部。氣候暖濕化和生態(tài)建設(shè)是高原植被綠度增加的主要因素，但局部區(qū)域人類活動強度增加和氣候暖干化導致的高寒植被退化也不容忽視。

高寒植被；變綠；氣候變化；人類活動；青藏高原

青藏高原素有“世界屋脊”、“第三極”和亞洲“江河源區(qū)”之稱[1-2]，擁有獨特的生態(tài)系統(tǒng)類型和珍稀的物種資源，被認為是亞洲乃至北半球氣候變化的“感應(yīng)器”[3]，不僅關(guān)系到高原周邊地區(qū)數(shù)億居民的供水安全，同時也對我國乃至東亞地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定起著屏障作用[1,4]。隨著全球氣候變化以及人類活動加劇，青藏高原正面臨生態(tài)環(huán)境壓力增加與生態(tài)安全屏障功能改變等風險[1]。由于生態(tài)系統(tǒng)的脆弱和不可逆性以及對氣候變化和人類活動的敏感性，青藏高原高寒植被變化受到越來越廣泛的關(guān)注。近30年來，尤其是新世紀以來，青藏高原植被覆蓋度呈微弱提高態(tài)勢[5-7]，或稱呈現(xiàn)綠度增加或變綠的趨勢。本文通過遙感監(jiān)測分析，研究青藏高原高寒植被的時空變化，并結(jié)合已有成果探討氣候變化和人類活動與高寒植被變綠的關(guān)系。

1 青藏高原植被覆蓋度變化趨勢和空間差異

青藏高原高寒植被總體變綠，表現(xiàn)為能有效表征植被綠度的覆蓋度這一指標的總體提高(圖1)?；赟POT歸一化植被指數(shù)(SPOT-NDVI)和MODIS歸一化植被指數(shù)(MODIS-NDVI)反演的植被覆蓋度的分析得出：2000—2013年期間，生長季(5～9月)植被分布區(qū)覆蓋度平均凈增加3%～5%。提取兩套植被覆蓋度數(shù)據(jù)(基于SPOTNDVI和MODIS-NDVI反演)變化方向相同的像元(圖1(c))，分析結(jié)果表明：約占青藏高原總面積38.06%的地區(qū)植被覆蓋度呈現(xiàn)增加趨勢(面積約為98.34 萬 km2)，其中顯著增加的區(qū)域約占高原總面積的6.52%(p＜0.05)(約16.85 萬 km2)，主要分布在青藏高原中東部地區(qū)，尤其是三江源區(qū)及其周邊地區(qū)(圖1(c))；約占青藏高原總面積2.22%的地區(qū)覆蓋度呈下降趨勢(約5.73 萬 km2)，主要分布在西藏的中西部區(qū)域，顯著下降的地區(qū)約為高原的0.07%(p＜0.05)(約0.18 萬 km2)?？梢?，青藏高原綠度增加的面積遠遠大于下降的面積，且下降區(qū)域主要位于青藏高原西部地區(qū)。

圖1 2000—2013年青藏高原高寒植被覆蓋度變化：(a)基于SPOT-NDVI；(b)基于MODIS-NDVI；(c) 表示(a)和(b)相同的變化趨勢(注：本文僅分析2000—2013年生長季平均NDVI大于0.15的地區(qū)，面積為141.6 萬 km2，約占青藏高原總面積的54.82%)

從垂直分布來看，各高程帶植被覆蓋度呈現(xiàn)增加趨勢的面積比例為60%～75%，呈現(xiàn)下降趨勢的面積僅為相應(yīng)海拔面積的3%～5%(圖2(a))。整個高原上，植被覆蓋度變化主要發(fā)生在海拔3 400～5 200 m，其中以高寒草地分布為主的海拔4 200～5 000 m所占比例較高(圖2(b))。從圖2中還可以看出，覆蓋度呈現(xiàn)下降趨勢的面積比例又以海拔4 400～5 000 m較大。

圖2 青藏高原植被覆蓋度變化趨勢的垂直分布：(a)各海拔帶覆蓋度變化面積占其對應(yīng)海拔帶植被面積的比例；(b)各海拔帶覆蓋度變化面積占植被總面積的比例

2 氣候變化和人類活動的共同影響

青藏高原高寒植被綠度總體增加和局部下降是氣候變化和人類活動共同作用的結(jié)果。一方面，氣候變化被認為是植被變化的主導因素，但氣候變暖和降水量變化時空過程的不同導致其對青藏高原高寒植被的影響存在明顯的空間差異[6-7]。另一方面，青藏高原生態(tài)安全屏障建設(shè)的逐步實施，使得高寒植被退化趨勢得到一定程度的遏制，甚至局部好轉(zhuǎn)[6,8]。

2.1 變暖變濕是青藏高原變綠的自然原因

氣候變化直接影響著青藏高原高寒植被的生長狀況。模擬實驗和野外臺站觀測的研究表明，溫度和降水變化共同影響著高寒植被的變化[9]。不同的草地類型對增溫的響應(yīng)存在較大差異：增溫顯著地刺激了高寒草甸植被的生長，但增溫誘發(fā)的干旱抑制了高寒草原植被的生長[10]?；谶b感和氣象數(shù)據(jù)模擬的區(qū)域尺度研究表明，增溫使植被返青期提前和枯黃期推遲，導致生長季延長[11]，進而總體上促進高寒植被凈初級生產(chǎn)力增加[12]。但在不同的降水梯度下，高寒植被對增溫的響應(yīng)存在巨大差異：在濕潤和半濕潤地區(qū)，增溫促進植被生長；而在干旱區(qū)則不利于植被好轉(zhuǎn)[14-15]。降水量的變化對植被覆蓋度的年際變化起著重要作用，相對其他高寒植被類型而言，降水的年際變化對草甸和草原地區(qū)植被的影響尤為顯著[13]。青藏高原高寒植被是在長期適應(yīng)當?shù)丨h(huán)境的基礎(chǔ)上形成的，影響不同植被類型生長的限制因子存在一定差異：高寒草甸的植被生長主要受土壤溫度的限制，而高寒草原的植被生長往往受土壤溫度和土壤水分的共同限制。對青藏高原高寒植被變化而言，溫度或水分的貢獻率低于50%[16]。

在自20世紀90年代末期以來全球變暖出現(xiàn)停滯的背景下，青藏高原地區(qū)仍然呈現(xiàn)加速變暖的趨勢[17]。2000—2013年期間，青藏高原大部分地區(qū)生長季變暖趨勢明顯(圖3(a))，但生長季降水量變化呈現(xiàn)明顯的空間差異。降水量變化大致以唐古拉山為界，西藏地區(qū)和四川的西南部降水量呈現(xiàn)下降趨勢，而青海大部分地區(qū)和四川的西北部則呈現(xiàn)增加趨勢(圖3(b))。

在青藏高原普遍增溫的背景下，降水量的變化方向和幅度對識別高寒植被的變化狀況具有重要的指示作用。在青海大部分地區(qū)，氣候變暖和降水量增加形成的暖濕化趨勢，促進了該區(qū)域植被綠度的增加(圖1(c)和圖3(c))。然而，在西藏大部分地區(qū)，氣候出現(xiàn)了暖干化的趨勢，導致可利用的土壤水分難以滿足植被的生長需求，是高原西部和南部地區(qū)植被綠度下降的重要原因，尤其表現(xiàn)在高寒草原和荒漠草原類型上，以及高海拔地區(qū)(圖2)。21世紀以來，青藏高原近1/3的荒漠化加劇是由于降水量減少所致[18]。

2.2 積極的生態(tài)建設(shè)促進青藏高原高寒植被趨好

青藏高原高寒植被生態(tài)系統(tǒng)變化不僅引起國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注，而且也受到我國各級政府的高度重視。21世紀以來，我國政府先后在青藏高原實施了“退牧還草工程”和“生態(tài)補償政策”，在隨后提出的“兩屏三帶”的生態(tài)安全格局建設(shè)中，青藏高原作為其重要的組成部分，相繼部署了一系列生態(tài)工程項目(如《西藏生態(tài)安全屏障建設(shè)規(guī)劃》(發(fā)改委，2009)、《青藏高原區(qū)域生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護規(guī)劃(2011－2030年)》(國務(wù)院，2011)等)。此外，截至2014年，青藏高原各類保護區(qū)共計155個，占全高原面積的32.35%，形成了空間布局較為合理、保護類型較為齊全的高原自然保護區(qū)體系[20]。在上述規(guī)劃和生態(tài)保護措施的實施以及氣候變化的背景下，高原環(huán)境變化的重要特征是生態(tài)系統(tǒng)健康狀況“總體趨好、局部惡化”[6,21]。三江源生態(tài)保護和建設(shè)一期工程的評估也表明，三江源地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)總體表現(xiàn)出“初步遏制、局部好轉(zhuǎn)”的態(tài)勢[22]。

(1)生態(tài)工程建設(shè)的作用

過度放牧是草地退化早期階段最重要的驅(qū)動因素[23]。野外調(diào)查統(tǒng)計表明，放牧活動減少的地上生物量可達47.15%[24]。隨著“退牧還草工程”和“生態(tài)補償政策”等的逐步實施，青藏地區(qū)放牧壓力整體有所下降(圖4)，并且圍欄禁牧等管理方式也是保持群落穩(wěn)定性和促進高寒草地植被生長的有效措施。在暖濕化和放牧壓力下降的條件下，三江源地區(qū)植被綠度增加趨勢非常明顯，比如青海果洛藏族自治州(圖1、圖3和圖4)。在呈現(xiàn)暖干化的“一江兩河”地區(qū)，部分植被綠度呈現(xiàn)增加趨勢，如日喀則地區(qū)，但仍有部分植被的覆蓋度呈現(xiàn)下降趨勢——這也說明該地區(qū)降低放牧壓力也難以抵消生長季降水量減少對高寒草地植被的影響[25]。

圖3 2000—2013年青藏高原植被變化區(qū)域的氣溫和降水變化：(a)氣溫；(b)降水量；(c)溫濕變化趨勢組合(注：數(shù)據(jù)來源于中國區(qū)域高時空分辨率地面氣象要素驅(qū)動數(shù)據(jù)集[19])

圖4 青海和西藏地區(qū)及其典型區(qū)的放牧強度變化(注：牲畜量統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為羊單位，牛∶羊=5∶1，圖中數(shù)據(jù)均以2001年為標準進行了歸一化處理，數(shù)據(jù)來源于青海省統(tǒng)計年鑒和西藏自治區(qū)統(tǒng)計年鑒)

盡管放牧壓力整體下降，但局部區(qū)域放牧壓力仍然較大，導致局部高寒植被繼續(xù)退化。比如在海北自治州，持續(xù)較高的放牧壓力使該地區(qū)局部區(qū)域出現(xiàn)植被綠度下降的趨勢(圖1和圖4)。此外，青藏高原南部較低海拔區(qū)，如昌都部分地區(qū)，存在常綠闊葉林及其常綠落葉闊葉混交林與針闊混交林。近十幾年來，當?shù)卣畬嵤┮员Ｓ突謴蜑橹鞯纳止芾聿呗?，森林面積和蓄積量實現(xiàn)了雙增長[6]，這可能是高原的東南部降水減少以及放牧壓力增加的條件下，植被仍然呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢的原因之一。

(2)自然保護區(qū)的成效

自然保護區(qū)的建立和管理是維護生物多樣性和區(qū)域生態(tài)安全的有效措施。青藏高原自然保護區(qū)植被變綠的幅度略低于非保護區(qū)(圖5)，這與自然保護區(qū)自然條件惡劣、植被群落自我修復能力較弱、生態(tài)系統(tǒng)狀況更為脆弱有關(guān)[26]。由于自然保護區(qū)內(nèi)受到人類活動的影響非常弱，在降水量微弱下降的地區(qū)，高寒植被也可能出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，如羌塘保護區(qū)的中東部(圖1和圖3)。對比自然保護區(qū)及其周邊地區(qū)植被凈初級生產(chǎn)力的研究發(fā)現(xiàn)，自然保護區(qū)內(nèi)76%以上的樣區(qū)和國家級自然保護區(qū)內(nèi)82%以上樣區(qū)的植被凈初級生產(chǎn)力增幅高于自然保護區(qū)外對應(yīng)樣區(qū)的增幅[26]。此外，在保護區(qū)內(nèi)部，核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)保護效果也存在一定的差異。如在珠穆朗瑪峰自然保護區(qū)，核心區(qū)和緩沖區(qū)的保護效果要好于實驗區(qū)[27]。

圖5 2000—2013年間保護區(qū)內(nèi)外覆蓋度變化趨勢對比：(a)基于SPOT-NDVI；(b)基于MODIS-NDVI(上述比例為研究時段內(nèi)年生長季平均NDVI值大于0.15的地區(qū)的統(tǒng)計)

盡管生態(tài)工程建設(shè)和保護區(qū)的建立與管理有利于青藏高原生態(tài)系統(tǒng)的恢復與可持續(xù)發(fā)展，但也存在對植被覆蓋度增加產(chǎn)生不利的方面。例如：西藏自治區(qū)境內(nèi)和可可西里國家級自然保護區(qū)的野生動物，如藏羚羊、普氏原羚等保護物種的種群數(shù)量迅速增加[6,20]，野生動物啃食量大大增加，可能導致保護區(qū)植被覆蓋度增加速率減緩甚至有所下降；禁牧措施也可能導致圍欄外的局部區(qū)域放牧壓力增加而使得植被覆蓋度下降。此外，人類活動強度在青藏高原土地覆被變化中扮演越來越重要的角色。人類活動的加劇導致局部地區(qū)植被退化，尤其是居民點和道路附近[28-30]。

3 結(jié)論

2000—2013年青藏高原植被綠度總體上呈微弱增加態(tài)勢，綠度增加的地區(qū)主要分布于高原中東部，顯著降低區(qū)域位于西藏中西部。高寒植被綠度增加的面積遠大于下降的面積。綠度呈現(xiàn)增加趨勢的區(qū)域占高原總面積的38.06%，顯著增加的區(qū)域為6.52%；而綠度呈下降趨勢的區(qū)域占高原總面積的2.22%，顯著下降的區(qū)域為0.07%。青藏高原植被綠度總體增加是氣候暖濕化和相應(yīng)的保護措施共同作用的結(jié)果。宏觀上，植被綠度由相關(guān)區(qū)域氣候的暖濕化與暖干化格局控制，而持續(xù)的自然保護區(qū)建設(shè)和多種生態(tài)保護建設(shè)工程促進了高原中東部地區(qū)綠度增加趨勢和減緩了西部地區(qū)綠度下降趨勢。局部地區(qū)人類活動加劇導致的植被退化也不容忽視，但量化氣候變化和人類活動對青藏高原植被變化影響的貢獻率仍是一個極大的挑戰(zhàn)。

(2017年3月30日收稿)

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(編輯：段艷芳)

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

*國家科技基礎(chǔ)性工作專項重點項目 (2012FY111400)、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(XDB03030500)和國家自然科學基金項目(41371120)資助

?通信作者，研究方向：青藏高原土地利用和土地覆被變化(LUCC)及其生態(tài)效應(yīng)與區(qū)域適應(yīng)研究。 E-mail: zhangyl@igsnrr.ac.cn

??中國科學院院士，研究方向：自然地理的綜合研究，特別是青藏高原形成演化及其環(huán)境、資源效應(yīng)