邊慧芹, 王雪梅, 2,*

基于NDVI的塔里木盆地北緣綠洲-荒漠過(guò)渡帶時(shí)空演變分析

邊慧芹1, 王雪梅1, 2,*

1. 新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 烏魯木齊 830054 2. 新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室”, 烏魯木齊 830054

基于2001、2007、2013和2017年的 ETM/OLI遙感影像, 使用復(fù)合植被指數(shù)構(gòu)建的植被覆蓋度模型與目視解譯相結(jié)合提取塔里木盆地北緣綠洲-荒漠過(guò)渡帶, 并對(duì)其時(shí)空演變過(guò)程進(jìn)行分析, 為推動(dòng)干旱區(qū)綠洲經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展, 土地荒漠化防治以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善提供依據(jù)。結(jié)果表明: (1)2001—2017年間研究區(qū)綠洲面積呈擴(kuò)增趨勢(shì), 荒漠面積呈下降趨勢(shì); 過(guò)渡帶面積先減少后趨于穩(wěn)定, 年均擴(kuò)增速率為–0.264%。(2)近16年來(lái)綠洲面積沿其邊緣向外有不同程度的擴(kuò)增, 過(guò)渡帶擴(kuò)張面積主要由荒漠變化而來(lái), 縮小面積主要變化為綠洲, 未變化面積趨于穩(wěn)定, 年均變化面積為–0.058×104hm2; (3)研究時(shí)段內(nèi)受人為因素影響, 綠洲面積迅速擴(kuò)張, 過(guò)渡帶內(nèi)側(cè)的荒漠植被被開(kāi)墾為耕地; 位于區(qū)域東部和南部的地帶, 由于受地形和水文等自然因素的影響, 過(guò)渡帶面積擴(kuò)增, 荒漠面積縮減。近16年來(lái)塔里木盆地北緣加快了綠洲化進(jìn)程, 較為有效的控制了荒漠化; 但過(guò)渡帶空間變動(dòng)較大, 綠洲擴(kuò)張過(guò)快且普遍存在環(huán)境惡化現(xiàn)象, 該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境還需進(jìn)一步改善。

植被覆蓋度模型; 疊加分析; 綠洲-荒漠過(guò)渡帶; 塔里木盆地北緣

0 前言

綠洲-荒漠過(guò)渡帶(又稱(chēng)綠洲與荒漠的過(guò)渡區(qū), 以下簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)渡帶)是連接綠洲與荒漠間有限寬的交錯(cuò)地帶[1]。過(guò)渡帶的出現(xiàn)是由于綠洲到荒漠方向受水熱環(huán)境因子影響, 致使植被等自然景觀(guān)呈現(xiàn)過(guò)渡特征[2]。過(guò)渡帶的作用在于穩(wěn)固綠洲、防制荒漠化, 使生態(tài)系統(tǒng)保持或趨于穩(wěn)定[3]。過(guò)渡帶常因受到人類(lèi)活動(dòng)的影響而發(fā)生變化, 在人地關(guān)系研究中占有重要地位, 是干旱半干旱區(qū)研究的熱點(diǎn)對(duì)象[4-5]。

眾多學(xué)者對(duì)過(guò)渡帶生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建[6]、植物群落生態(tài)功能[7]、植物群落物種多樣性[8]等方面進(jìn)行研究, 并進(jìn)一步探究過(guò)渡帶內(nèi)植被變化與水環(huán)境[9]、土壤因子[10]、環(huán)境因子[11]的響應(yīng)規(guī)律, 為保護(hù)過(guò)渡帶提出對(duì)策及建議。研究發(fā)現(xiàn)過(guò)渡帶內(nèi)植被多樣性常因綠洲邊緣及外圍開(kāi)墾人工綠洲、土地開(kāi)發(fā)利用等活動(dòng)受到破環(huán), 進(jìn)一步引起荒漠化使得生態(tài)環(huán)境變化[12]; 過(guò)渡帶內(nèi)植被生長(zhǎng)在時(shí)間和空間上的變化能夠在一定程度上反映生態(tài)環(huán)境的走向及綠洲、荒漠的穩(wěn)定情況[13-14]; 由綠洲至荒漠方向的植被景觀(guān)呈梯度變化, 利用植被覆蓋度可以很好的定義過(guò)渡帶[15]。

塔里木盆地北緣是極端干旱區(qū), 沙漠和戈壁是構(gòu)成荒漠的主體景觀(guān), 綠洲呈不規(guī)則狀鑲嵌在其中, 在綠洲與荒漠強(qiáng)烈的自然景觀(guān)對(duì)比下, 發(fā)現(xiàn)普遍存在既區(qū)別于綠洲又區(qū)別于荒漠的包括植被景觀(guān)在內(nèi)的寬度不一的過(guò)渡地區(qū)。對(duì)位于塔里木盆地北緣的渭干河-庫(kù)車(chē)河三角洲綠洲調(diào)查發(fā)現(xiàn): 區(qū)域北部與天山山脈相接、西部與荒漠相連, 受環(huán)境及水分條件限制, 過(guò)渡帶缺失, 區(qū)域東部和南部綠洲雖然經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)張, 但其邊緣依然存在植被景觀(guān)的梯度變化, 具有明顯的過(guò)渡帶。

前人對(duì)本區(qū)域的過(guò)渡帶時(shí)空演變研究較少, 且單純利用植被覆蓋度提取過(guò)渡帶易使較高或較低覆蓋的過(guò)渡帶植被誤分為其他景觀(guān)等而存在一定誤差, 為了探究塔里木盆地北緣過(guò)渡帶動(dòng)態(tài)變化過(guò)程對(duì)綠洲、荒漠生態(tài)安全的影響, 本文在野外實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上, 借助植被覆蓋度模型與人工目視解譯相結(jié)合的方法提取過(guò)渡帶, 并對(duì)其進(jìn)行時(shí)空演變分析, 為保護(hù)綠洲, 推動(dòng)綠洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 防治荒漠化, 加強(qiáng)保護(hù)過(guò)渡帶及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定, 維持生態(tài)安全, 推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

由渭干河和庫(kù)車(chē)河夾帶大量天山南麓沖(洪)積物形成的渭干河-庫(kù)車(chē)河三角洲綠洲, 位于塔里木盆地北緣, 空間位置約在39°30′—42°40′N(xiāo), 81°27′—84°07′E。該地區(qū)在阿克蘇地區(qū)的管轄范圍內(nèi), 由庫(kù)車(chē)市、沙雅縣及新和縣組成, 東部和輪臺(tái)縣相接, 西部和溫宿、阿克蘇相鄰; 南部跨越塔克拉瑪干大沙漠與和田相望, 北部以天山山脈為界線(xiàn)與和靜縣分隔。地處干旱與極端干旱地區(qū), 屬于大陸性暖溫帶干旱氣候, 有豐富的光熱資源, 但區(qū)域內(nèi)土地荒漠化、鹽漬化嚴(yán)重, 生態(tài)環(huán)境較為脆弱。主要經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物包括小麥、棉花、玉米和紅棗, 主要植被覆蓋類(lèi)型包括以檉柳為主的小喬木; 以白刺、花花柴、鹽節(jié)木及鹽穗木為主的灌木; 以駱駝刺、豬毛菜及蘆葦為主的草本植物。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

本文所使用的遙感數(shù)據(jù)包括成像質(zhì)量較高、云量小于10%(或無(wú)云)的且在植被生長(zhǎng)旺季時(shí)間范圍內(nèi)的2001年8月和2007年8月的Landsat7 ETM遙感影像, 以及2013年8月和2017年9月的Landsat8 OLI遙感影像。

圖1 研究區(qū)概況圖

Figure 1 General situation of the study area

本文所使用的野外調(diào)查數(shù)據(jù)是2007及2013年通過(guò)在研究區(qū)綠洲、過(guò)渡帶及荒漠區(qū)隨機(jī)布設(shè)樣地, 將每個(gè)樣地劃分為四塊借助數(shù)碼相機(jī)取景并得到地貌特征、地表植被組成等數(shù)據(jù), 后通過(guò)數(shù)碼照片提取每個(gè)樣地的植被覆蓋度數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)預(yù)處理是在ENVI5.1軟件中利用遙感影像頭文件對(duì)其進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何配準(zhǔn)、圖像裁剪、重采樣等操作。其中2007年8月遙感影像需要先進(jìn)行去條帶處理再進(jìn)行后續(xù)操作, 大氣校正是利用FLAASH模塊對(duì)4幅影像進(jìn)行處理。

2.2 研究方法

2.2.1 綠洲-荒漠過(guò)渡帶的確定

綠洲和荒漠之間的過(guò)渡帶較難確定, 它會(huì)隨著時(shí)間的推移, 在自然環(huán)境與人類(lèi)活動(dòng)的影響下發(fā)生變動(dòng)。穆桂金等[15]在科學(xué)分析策勒綠洲-荒漠過(guò)渡帶后, 認(rèn)為其植被覆蓋度在20%—25%之間。王蕙等[16]研究發(fā)現(xiàn)位于黑河中游綠洲邊緣的植被群落(即過(guò)渡帶)平均植被覆蓋度為24%。任曉等[12]對(duì)塔里木盆地南緣人工綠洲進(jìn)行研究, 將過(guò)渡帶劃分為植被覆蓋度≤15%的區(qū)域。通過(guò)對(duì)研究區(qū)的實(shí)地考察, 發(fā)現(xiàn)綠洲邊緣的植被景觀(guān)呈梯度變化, 區(qū)域具有明顯的過(guò)渡帶。對(duì)地貌特征、植被組成及植被覆蓋度進(jìn)行實(shí)地調(diào)查, 結(jié)合遙感影像觀(guān)測(cè)及前人研究發(fā)現(xiàn): 綠洲由耕地(棉花、玉米、小麥、經(jīng)濟(jì)林地(紅棗、蘋(píng)果)等人工綠洲, 以及林地(胡楊林)、高覆蓋草地、水體(渠道、河流)等自然綠洲構(gòu)成, 植被覆蓋度平均值高于35%; 過(guò)渡帶由小喬木(檉柳)、灌木(鹽節(jié)木、鹽穗木、白刺)、草本(蘆葦、駱駝刺、花花柴)等構(gòu)成, 植被群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 多種植被聚叢生長(zhǎng), 植被覆蓋度多數(shù)介于20%~35%, 平均覆蓋度約為30%; 荒漠由未利用地(沙漠、鹽堿地)、少量草本(蘆葦、駱駝刺)、灌木及小喬木(檉柳)等構(gòu)成, 植被分布疏散、類(lèi)型單一, 植被覆蓋度平均值低于20%?；诖颂攸c(diǎn), 本文將荒漠定義為植被覆蓋度≤20%的區(qū)域, 過(guò)渡帶定義為植被覆蓋度20%—35%的區(qū)域, 綠洲定義為植被覆蓋度＞35%的區(qū)域。

2.2.2 植被覆蓋度模型與目視解譯

結(jié)合野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與大量研究發(fā)現(xiàn), 用植被覆蓋度可以較好界定綠洲-荒漠過(guò)渡帶[15-16]。利用復(fù)合植被指數(shù)構(gòu)建植被覆蓋度模型能夠不同程度的削弱影像中的陰影、土壤、裸地、城市用地等對(duì)植被的影響, 進(jìn)而凸顯地表植被信息[17-18]。公式如下:

式中:是植被指數(shù),是裸土指數(shù),是陰影指數(shù),是由以上三種指數(shù)構(gòu)建的復(fù)合植被指數(shù),、、、、分別是藍(lán)波段、綠波段、紅波段、近紅波段和短波紅外波段,受不同區(qū)域影響有不同取值, 本區(qū)域的取值為–0.1。

式中:F是植被覆蓋度,VBSI是無(wú)植被覆蓋像元的值,VBSI是純植被覆蓋像元的I值。其中VBSIl和VBSI是在累計(jì)概率分布表中進(jìn)行取值。

結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查結(jié)果, 采用復(fù)合植被指數(shù)構(gòu)建的模型反演研究區(qū)植被覆蓋度并利用2007及2013年實(shí)測(cè)植被覆蓋度與其反演結(jié)果作精度驗(yàn)證, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)全部采樣點(diǎn)反演植被覆蓋度與實(shí)測(cè)植被覆蓋度雖然存在一定偏差, 但精度分別達(dá)到63.492%和74.162%, 在一定程度上說(shuō)明能夠利用此方法反演植被覆蓋度提取過(guò)渡帶。

利用植被覆蓋度提取過(guò)渡帶可以確定其分布的大致位置, 但與實(shí)際情況存在一定誤差。由于綠洲水體NDVI值為負(fù)值且取值較小, 利用植被覆蓋度模型分類(lèi)時(shí)易將其錯(cuò)分為荒漠; 綠洲城市集群及建設(shè)用地易錯(cuò)分為過(guò)渡帶及荒漠、綠洲內(nèi)部由于部分土地撂荒長(zhǎng)滿(mǎn)雜草易錯(cuò)分為過(guò)渡帶; 過(guò)渡帶中有些高覆蓋植被易錯(cuò)分為綠洲、低覆被植被易錯(cuò)分為荒漠; 塔里木河沿岸胡楊林屬于天然綠洲易錯(cuò)分為過(guò)渡帶等, 因此本文利用人工目視解譯消除誤差以提高提取精度, 其中水體是通過(guò)閾值法提取出來(lái)疊加到綠洲面積中的。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠洲-荒漠過(guò)渡帶分布特點(diǎn)

為揭示研究區(qū)綠洲-荒漠過(guò)渡帶的面積變化情況, 對(duì)其面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并計(jì)算得到年均擴(kuò)增速率(表1)。

由圖2可知, 2001—2017年位于研究區(qū)東部和南部的過(guò)渡帶呈現(xiàn)擴(kuò)增趨勢(shì), 位于研究區(qū)北部與西部的過(guò)渡帶受環(huán)境與水分條件限制而缺失; 綠洲呈現(xiàn)沿其邊緣向外擴(kuò)增的趨勢(shì); 荒漠面積呈下降趨勢(shì)。

表1 綠洲-荒漠過(guò)渡帶面積及年均擴(kuò)增速率統(tǒng)計(jì)表

圖2 2001、2007、2013和2017年研究區(qū)綠洲-荒漠過(guò)渡帶圖

Figure 2 Oasis desert transition zone image in the study area in 2001, 2007, 2013 and 2017

研究時(shí)段內(nèi), 綠洲、過(guò)渡帶及荒漠面積都有不同程度的變化。(1)綠洲面積由45.582×104hm2擴(kuò)增到50.033×104hm2再擴(kuò)增至53.317×104hm2后增加至57.784×104hm2, 面積擴(kuò)增總量為12.202×104hm2, 2017年綠洲面積是2001年的1.268倍, 年均擴(kuò)增速率為1.673 %。(2)過(guò)渡帶面積呈先減少后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì), 由21.837×104hm2下降到20.235×104hm2再變化到20.365×104hm2后變化至20.913×104hm2, 面積減少總量為0.924×104hm2,過(guò)渡帶面積2017年是2001年的0.958倍, 年均擴(kuò)增速率為–0.264%; 其面積在不同階段變動(dòng)較大, 2001- 2007年, 每年減少1.223%, 2007-2013年及2013-2017年, 每年分別增加0.107%和0.673%。(3)荒漠面積由37.279×104hm2縮減到34.430×104hm2再下降到31.016×104hm2后減少至26.001×104hm2, 面積縮減總量為11.278×104hm2, 2017年荒漠面積是2001年的0.697倍, 每年減少1.891%。

16年來(lái), 隨著生態(tài)文明發(fā)展與建設(shè), 研究區(qū)綠洲面積擴(kuò)增, 荒漠面積縮減; 過(guò)渡帶面積先下降后趨于穩(wěn)定，區(qū)域東部和南部過(guò)渡帶因地形、降水增多等自然因素影響而增多。

3.2 綠洲-荒漠過(guò)渡帶演變分析

為研究綠洲-荒漠過(guò)渡帶的空間變化過(guò)程, 對(duì)4幅綠洲-荒漠過(guò)渡帶圖作疊加處理, 得到研究區(qū)綠洲-荒漠過(guò)渡帶面積變化統(tǒng)計(jì)表及變化圖(見(jiàn)表2—5和圖3)。

表2 2001—2007年綠洲-荒漠過(guò)渡帶面積轉(zhuǎn)移矩陣(×104 hm2)

表3 2007—2013年綠洲-荒漠過(guò)渡帶面積轉(zhuǎn)移矩陣(×104 hm2)

表4 2013—2017年綠洲-荒漠過(guò)渡帶面積轉(zhuǎn)移矩陣(×104 hm2)

表5 2001—2017年綠洲-荒漠過(guò)渡帶面積轉(zhuǎn)移矩陣(×104 hm2)

圖3 2001—2007, 2007—2013和2013—2017, 2001—2017年研究區(qū)綠洲-荒漠過(guò)渡帶變化圖

Figure 3 Oasis desert transition zone change in the study area during 2001-2007, 2007-2013, 2013-2017 and 2001-2017

2001—2007年, 2007—2013年, 2013—2017年綠洲未變化面積與過(guò)渡帶未變化面積呈增長(zhǎng)趨勢(shì), 荒漠未變化面積呈減少趨勢(shì), 但2001—2017年綠洲、過(guò)渡帶及荒漠未變化面積卻較小, 結(jié)合圖3可知, 近16年, 綠洲面積沿其邊緣向外不同程度的擴(kuò)增, 過(guò)渡帶東部和南部面積增加致使荒漠面積減少, 同時(shí)綠洲、過(guò)渡帶和荒漠間頻繁的相互轉(zhuǎn)換使得其未變化面積減小。

2001—2007年綠洲年均變化面積為0.742× 104hm2, 荒漠年均變化面積為–0.475×104hm2, 過(guò)渡帶年均變化面積為–0.267×104hm2, 過(guò)渡帶擴(kuò)增面積是縮減面積的0.816倍。過(guò)渡帶增加面積的36.973%由綠洲轉(zhuǎn)化而來(lái)、63.027%由荒漠轉(zhuǎn)化而來(lái), 減少面積的64.780%轉(zhuǎn)化為綠洲、35.220%轉(zhuǎn)化為荒漠, 過(guò)渡帶轉(zhuǎn)化為綠洲是綠洲轉(zhuǎn)化為過(guò)渡帶面積的2.148倍, 荒漠轉(zhuǎn)化為過(guò)渡帶是過(guò)渡帶轉(zhuǎn)化為荒漠面積的1.460倍。

2007—2013年過(guò)渡帶擴(kuò)張面積是減小面積的1.019倍, 未轉(zhuǎn)變面積是研究區(qū)面積的12.887%, 其擴(kuò)張面積由54.794%的綠洲面積和45.206%的荒漠面積轉(zhuǎn)變而來(lái), 減小面積的65.001%及34.999%轉(zhuǎn)變?yōu)榫G洲和荒漠, 過(guò)渡帶轉(zhuǎn)變?yōu)榫G洲的面積比綠洲轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)渡帶的面積多0.617×104hm2, 荒漠轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)渡帶的面積比過(guò)渡帶轉(zhuǎn)變?yōu)榛哪拿娣e多0.747× 104hm2, 年均變化面積為0.022×104hm2。綠洲擴(kuò)增面積是縮減面積的1.766倍, 未轉(zhuǎn)變面積占研究區(qū)面積的43.693%, 年均變化面積為0.547×104hm2?；哪黾用娣e為2.881×104hm2, 縮小面積為6.295× 104hm2, 年均變化面積為–0.569×104hm2。

2013—2017年過(guò)渡帶未變化面積為15.490×104hm2, 擴(kuò)增面積為5.423×104hm2, 減少面積為4.875×104hm2,擴(kuò)增面積是減少面積的1.112倍, 年均變化面積為0.137×104hm2, 其擴(kuò)增面積的62.751%由荒漠轉(zhuǎn)化而來(lái)、37.249%由綠洲轉(zhuǎn)化而來(lái), 減少面積的73.497%轉(zhuǎn)變?yōu)榫G洲、26.503%轉(zhuǎn)變?yōu)榛哪?。綠洲與荒漠年均變化面積與2001-2007年和2007-2013年相比, 達(dá)到最大, 分別為1.117×104hm2與–1.254×104hm2。

2001—2017年過(guò)渡帶未轉(zhuǎn)變面積占研究區(qū)面積的10.111%, 擴(kuò)張面積為10.327×104hm2, 縮小面積為11.251×104hm2, 擴(kuò)張面積是縮小面積的0.918倍, 年均變化面積為–0.058×104hm2。綠洲未變化面積為41.429×104hm2, 增加面積是減少面積的3.938倍, 年均變化面積為0.763×104hm2, 其增加面積的59.541%由過(guò)渡帶轉(zhuǎn)化而來(lái), 其減少面積的96.196%轉(zhuǎn)化為過(guò)渡帶, 但過(guò)渡帶轉(zhuǎn)化為綠洲的面積更多?；哪崔D(zhuǎn)變面積為24.330×104hm2, 縮減面積是擴(kuò)增面積的7.749倍, 年均變化面積為–0.705×104hm2, 其擴(kuò)增面積主要由過(guò)渡帶轉(zhuǎn)變而來(lái)。

綜上所述, 16年間, 雖然過(guò)渡帶空間變化較大, 與綠洲、荒漠存在相互轉(zhuǎn)化, 但其未變化面積趨于穩(wěn)定; 綠洲呈擴(kuò)增趨勢(shì), 荒漠呈縮減趨勢(shì), 表明綠洲化進(jìn)程有所加快, 荒漠化得到一定治理, 區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境有所改善。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

通過(guò)野外實(shí)地考察, 發(fā)現(xiàn)綠洲邊緣土壤受耕地灌溉影響, 土壤水分較多, 植被生長(zhǎng)狀態(tài)良好, 其植被覆蓋度較高。由綠洲向荒漠方向, 耕地灌溉的水分逐漸減少, 地下水位隨之下降, 土壤水分減少, 使得綠洲邊緣植被生長(zhǎng)發(fā)生變化, 植被覆蓋度隨之變化。因此利用植被覆蓋度提取過(guò)渡帶具有一定依據(jù), 這與前人研究相一致[15-16]。

16年來(lái)隨著該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 人口結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化, 頻繁的農(nóng)業(yè)種植活動(dòng)等影響, 區(qū)域綠洲沿其邊緣向外側(cè)呈擴(kuò)增現(xiàn)象。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的影響下, 綠洲未變化面積不斷增大, 使綠洲趨于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著“十五”至“十三五”規(guī)劃的推進(jìn), 在生態(tài)文明建設(shè)基本政策影響下, 荒漠呈縮減現(xiàn)象, 荒漠化得到一定控制與治理[19]。

在綠洲擴(kuò)張與荒漠縮減的同時(shí), 過(guò)渡帶內(nèi)外邊界呈現(xiàn)明顯的變化。通過(guò)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)過(guò)渡帶內(nèi)側(cè)植被因開(kāi)墾遭到破壞, 植被多樣性減弱, 因此過(guò)渡帶內(nèi)側(cè)面積變化大多是由人類(lèi)活動(dòng)造成。過(guò)渡帶外側(cè)邊界也呈現(xiàn)出縮減或擴(kuò)增現(xiàn)象, 但擴(kuò)增現(xiàn)象更為顯著, 擴(kuò)增面積主要位于研究區(qū)東部和南部, 在2001—2007年過(guò)渡帶外圍面積擴(kuò)增最多, 渭-庫(kù)綠洲平均降水量為50.0—66.5 mm, 但2001—2007年渭-庫(kù)綠洲多年平均降水量約達(dá)85 mm, 由于研究區(qū)北部與天山山脈相接, 西部與塔克拉瑪干沙漠相鄰, 此區(qū)域受降水影響不大，因此東部與南部過(guò)渡帶外圍面積因降水增加而增多。渭-庫(kù)綠洲近40年間年均降水量呈輕微上升趨勢(shì), 年均氣溫雖波動(dòng)較大但總體呈上升趨勢(shì), 在一定程度上使得過(guò)渡帶外側(cè)邊界發(fā)生變化[20]。又因過(guò)渡帶外圍變化面積遠(yuǎn)離綠洲, 沒(méi)有明顯人類(lèi)活動(dòng)痕跡, 因此, 過(guò)渡帶外側(cè)邊界變動(dòng)大多受自然因素影響。這與潘光耀等對(duì)塔里木盆地南緣策勒綠洲-沙漠過(guò)渡帶的研究成果相一致[21]。而過(guò)渡帶內(nèi)部因植被多樣性豐富、群落構(gòu)成復(fù)雜, 受人為因素影響較少而趨于穩(wěn)定[8]。研究區(qū)東南部綠洲轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)渡帶則主要是由于此地區(qū)水體變動(dòng), 淹沒(méi)了耕地, 周?chē)^(guò)渡帶植被因有充足水分而變得豐富。

在一定程度上來(lái)說(shuō), 綠洲面積增加、荒漠面積縮減、過(guò)渡帶未變化面積趨于穩(wěn)定有利于改善生態(tài)環(huán)境, 但過(guò)渡帶空間變動(dòng)較大, 綠洲過(guò)快增加且區(qū)域西部綠洲與荒漠直接相連缺少防護(hù)帶極有可能危及綠洲安全加速荒漠化致使環(huán)境惡化。另外, 利用植被覆蓋度模型與目視解譯相結(jié)合的方法提取過(guò)渡帶雖然能夠提高精度, 但Landsat影像分辨率并不高, 對(duì)于未采樣及未調(diào)查地區(qū)利用目視解譯還存在一定誤差, 因此需要進(jìn)一步的野外考察去驗(yàn)證完善。

4.2 結(jié)論

基于植被覆蓋度模型與人工解譯相結(jié)合的方法提取過(guò)渡帶, 并對(duì)其時(shí)空演變特征進(jìn)行分析, 得到以下結(jié)論:

(1) 2001—2017年研究區(qū)綠洲呈現(xiàn)沿其邊緣向外擴(kuò)增的趨勢(shì), 過(guò)渡帶面積先減少后趨于穩(wěn)定, 西部過(guò)渡帶因受環(huán)境與水分條件限制而缺失, 東部和南部過(guò)渡帶因氣候變暖、降水增多等自然因素影響而增多, 荒漠面積呈減少趨勢(shì)。

(2) 近16年來(lái)綠洲、過(guò)渡帶和荒漠間存在頻繁的相互轉(zhuǎn)換, 過(guò)渡帶縮小面積比擴(kuò)張面積稍多, 其擴(kuò)張面積大多受自然因素影響, 主要由荒漠變化而來(lái); 其縮小面積受人類(lèi)活動(dòng)影響, 主要變化為綠洲; 雖然過(guò)渡帶空間變化較大, 但其未變化面積趨于穩(wěn)定。

[1] 范麗紅, 格麗瑪, 何清, 等. 綠洲—過(guò)渡帶—荒漠氣候特征日變化分析[J]. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 29(1): 5-9.

[2] 張建兵, 熊黑鋼, 李寶富, 等. 綠洲-荒漠過(guò)渡帶不同植被覆蓋度下土壤水分的變化規(guī)律研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2009, 23(12): 161–166.

[3] 楊東亮, 王雪芹, 胡永鋒, 等. 綠洲—沙漠過(guò)渡帶風(fēng)況資料統(tǒng)計(jì)中的若干問(wèn)題研究——以策勒綠洲為例[J]. 干旱區(qū)地理, 2015, 38(3): 549–555.

[4] 賈寶全, 閆順. 綠洲──荒漠生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)帶環(huán)境演變過(guò)程初步研究─—以新疆吐魯番盆地為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 1995, 9(3):58-64.

[5] 馬麗亞. 滴、漫灌對(duì)荒漠綠洲過(guò)渡帶植被、土壤、及地下水的影響[D]. 阿拉爾: 塔里木大學(xué), 2014.

[6] 王振錫. 塔里木河下游荒漠—綠洲過(guò)渡帶退化生態(tài)系統(tǒng)解析與重構(gòu)[D]. 烏魯木齊: 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2009.

[7] 王雪芹, 胡永鋒, 楊東亮, 等. 綠洲-沙漠過(guò)渡帶駱駝刺群落的防風(fēng)阻沙作用[J]. 干旱區(qū)地理, 2011, 34(6): 919– 925.

[8] 黃曄, 王雪梅. 塔里木盆地北緣綠洲-荒漠過(guò)渡帶典型植物群落物種多樣性分析[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2018, 31(3): 605–610.

[9] 牛赟, 劉建海, 張虎, 等. 黑河中游綠洲荒漠過(guò)渡帶降水-土壤水-地下水相關(guān)性分析[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 36(11): 59–64.

[10] 王新源, 陳翔舜, 丁乾平, 等. 不同荒漠化階段植被生態(tài)特征對(duì)土壤環(huán)境因子的響應(yīng)——以民勤荒漠綠洲過(guò)渡帶為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2018, 38(5): 1569–1580.

[11] 王振錫, 潘存德. 塔里木河下游荒漠-綠洲過(guò)渡帶植物群落分布及其環(huán)境解釋[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 46(3): 449–458.

[12] 任曉, 穆桂金, 徐立帥, 等. 塔里木盆地南緣2000-2013年人工綠洲擴(kuò)張?zhí)攸c(diǎn)[J]. 干旱區(qū)地理, 2015, 38(5): 1022–1030.

[13] 馬瑞, 王繼和, 屈建軍, 等. 1960—2005年民勤典型綠洲-荒漠過(guò)渡帶景觀(guān)格局與動(dòng)態(tài)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21(3): 714–722.

[14] 王子豐, 張淑榮, 徐宗學(xué), 等. 黑河中游山前荒漠和綠洲荒漠過(guò)渡帶土壤植被空間分布特征研究[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 52(3): 340–349.

[15] 穆桂金, 賀俊霞, 雷加強(qiáng), 等. 再議綠洲-沙漠過(guò)渡帶——以策勒綠洲-沙漠過(guò)渡帶為例[J]. 干旱區(qū)地理, 2013, 36(2): 195–202.

[16]王蕙, 趙文智, 常學(xué)向. 黑河中游荒漠綠洲過(guò)渡帶土壤水分與植被空間變異[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007(5): 1731–1739.

[17] 李曉琴, 孫丹峰, 張鳳榮. 基于遙感的北京山區(qū)植被覆蓋景觀(guān)格局動(dòng)態(tài)分析[J]. 山地學(xué)報(bào), 2003(3): 272–280.

[18] 夏穎, 范建容, 張茜彧, 等. 復(fù)合植被指數(shù)在稀疏高寒草原植被蓋度遙感反演中的應(yīng)用[J]. 草業(yè)科學(xué), 2017, 34(9): 1767–1777.

[19] 王非. 基于RS和GIS的塔里木盆地荒漠化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[D]. 烏魯木齊: 新疆師范大學(xué), 2017.

[20] 康璇, 王雪梅, 柴仲平. 近25a來(lái)渭—庫(kù)綠洲土地利用/覆被變化及其影響因素. 水土保持通報(bào), 2016, 36(5): 333–339.

[21] 潘光耀, 穆桂金, 岳健, 等. 2001—2010年策勒綠洲-沙漠過(guò)渡帶的變化及其成因[J]. 干旱區(qū)研究, 2014, 31(1): 169–175.

Analysis on space-time evolution of oasis-desert transition zone at north margin of Tarim asin based on NDVI

BIAN Huiqin1, WANG Xuemei1, 2,*

1. College of Geography Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi, 830054 China 2. Xinjiang Uygur Autonomous Region key laboratory “Xinjiang Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Zone”, Urumqi 830054, China

The vegetation coverage model constructed via VBSI was combined with visual interpretation to extract oasis-desert transition zone in the northern margin of Tarim Basin, and then its space-time evolution was analyzed based on ETM/OLI remote-sensing image in 2001, 2007, 2013 and 2017, which could provide a basis for promoting sustainable development of oasis economy, controlling land desertification and improving regional ecological environment in the arid region. The results indicated that (1) the oasis area was expanding, while the desert area was declining in the research region from 2001 to 2017; the area of transition zone was firstly decreased and then tended to be stable with the annual average expanding rate of –0.264%. (2) The oasis area has been expanding along the edge to some extent in the recent 16 years, and the area of transition zone is mainly evolved from deserts, but the unvaried area tends to be stable with the annual average variation area of –0.058×104hm2. (3)The oasis area is expanding rapidly and the desert vegetation inside the transition zone is converted for plowland due to human factors in the research period; the area of transition zone is increasing, while that of desert is reducing in the east and south regions due to natural factors, such as topography and hydrology etc. The oasisization process at the north margin of Tarim Basin has been accelerated in the recent 16 years, which has controlled the desertification effectively. However, the environmental deterioration is commonly existed with large variation of transition zone and fast expansion of oasis. Thus, the ecological environment in this region shall be further improved.

egetation coverage model; overlay analysis; oasis-desert transitional zone; northern margin of Tarim Basin

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.03.012

P935.1

A

1008-8873(2020)03-080-08

2019-05-24;

2019-07-02

國(guó)家自然科學(xué)基金“塔里木盆地北緣綠洲-荒漠過(guò)渡帶植被對(duì)土壤鹽漬化的響應(yīng)研究”(編號(hào): 41561051)；自治區(qū)研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目“基于改進(jìn)植被指數(shù)的渭-庫(kù)綠洲植被覆蓋度反演及時(shí)空演變分析”(編號(hào)：XJ2019G228)

邊慧芹(1994—), 女, 新疆石河子, 碩士研究生, 研究方向?yàn)橘Y源環(huán)境遙感, E-mail: 952378968@qq.com

王雪梅(1976—), 女, 江蘇銅山, 博士, 教授, 碩士生導(dǎo)師, 研究方向: 干旱區(qū)資源環(huán)境遙感技術(shù)應(yīng)用研究, E-mail: 502529672@qq.com

邊慧芹, 王雪梅. 基于NDVI的塔里木盆地北緣綠洲-荒漠過(guò)渡帶時(shí)空演變分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(3): 80–87.

BIAN Huqin, WANG Xuemei. Analysis on space-time evolution of oasis-desert transition zone at north margin of Tarim Basin based on NDVI[J]. Ecological Science, 2020, 39(3): 80–87.