李 娟, 龔純偉

(1.甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心, 甘肅 蘭州 730000; 2.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院, 云南 昆明 650032)

植被在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要角色，是連接陸地土壤、水體和大氣的重要介質(zhì)[1]，起著能量交換和物質(zhì)循環(huán)的作用，對(duì)人類活動(dòng)的強(qiáng)弱程度反應(yīng)十分敏感[2]，可以作為區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化研究的“指示劑”[3]。植被覆蓋的變化導(dǎo)致了陸地表層屬性隨之發(fā)生改變，進(jìn)而影響水土保持和氣候調(diào)節(jié)等，從而生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也發(fā)生改變[4]。植被覆蓋度是衡量地表植被狀況的一個(gè)最重要的指標(biāo)，也是影響土壤侵蝕與水土流失的主要因子，對(duì)于區(qū)域環(huán)境變化和監(jiān)測(cè)研究具有重要意義[5]。其中，植被覆蓋度以及植被長勢(shì)的最佳指示因子歸一化植被指數(shù)(NDVI)，被廣泛應(yīng)用于植被遙感中，是區(qū)域植被變化和生態(tài)環(huán)境變化的最有效監(jiān)測(cè)指標(biāo)[6-8]。

祁連山是青藏高原與西北內(nèi)陸干旱半干旱地區(qū)的分界線，是溫帶大陸性氣候向高原山地氣候的過渡地帶，也是河西走廊地區(qū)重要的生態(tài)安全屏障和主要的水資源涵養(yǎng)地，是中國生態(tài)環(huán)境最脆弱的區(qū)域之一[9]。植被作為祁連山生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其變化不僅影響著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境，同時(shí)對(duì)中國西部生態(tài)安全有著極其重要的影響[10]。對(duì)于山地來說，地形對(duì)其植被分布具有重要影響，由于山地的垂直高度存在較大差異，氣溫、降水等氣候條件受其影響也呈現(xiàn)出空間差異性，因此，植被垂直地域分布呈現(xiàn)出明顯差異；山地坡度影響著地表徑流和水分以及熱因子的再分配，進(jìn)而改變土壤的特性及分布，植被的分布態(tài)勢(shì)也會(huì)受到影響；地勢(shì)的陡峭起伏度及坡度的緩急程度不同等，不但會(huì)形成局部小氣候的變化，而且對(duì)水土的流失與積聚都有影響；另外，在不同的地形地勢(shì)條件下，人類活動(dòng)的劇烈程度不同，所有這些因素都對(duì)植物的生長發(fā)育及空間分布狀況產(chǎn)生很大影響，因此，進(jìn)行地形因子與植被覆蓋度變化關(guān)系研究可以很好地揭示山地植被的地域分布規(guī)律[11-12]。近年來，關(guān)于植被覆蓋變化與地形因子關(guān)系的相關(guān)研究較多，如陳學(xué)兄等[13]研究了太原市城區(qū)植被覆蓋變化地形分異效應(yīng)；熊俊楠等[14]研究了汶川地震災(zāi)區(qū)植被覆蓋變化與地形因子的關(guān)系；趙婷等[11]研究了秦嶺山地植被覆蓋變化地形分異效應(yīng)；但針對(duì)祁連山區(qū)域的相關(guān)研究非常有限，大多以祁連山NDVI變化的驅(qū)動(dòng)力及對(duì)氣候變化的響應(yīng)為主，如陳京華等[15]研究了1982—2006年祁連山植被覆蓋的時(shí)空變化情況，認(rèn)為氣溫和水是影響祁連山植被NDVI變化的主要因子；邱麗莎等[16]研究了2000—2017年祁連山植被的時(shí)空變化，認(rèn)為18 a間祁連山植被總體呈改善趨勢(shì)，植被變化除受氣候變化影響外，人工修復(fù)和改善也是關(guān)鍵因素；付建新等[17]從海拔、坡度和坡向的角度探討了祁連山南坡NDVI變化及其與氣溫和降水的關(guān)系，認(rèn)為不同海拔、坡度、坡向的植被受到氣溫和降水的影響不同。

過去，由于人為活動(dòng)劇烈，大規(guī)模礦產(chǎn)資源的開發(fā)，水電項(xiàng)目的建設(shè)，對(duì)祁連山生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞，2014年以來，祁連山生態(tài)環(huán)境變化引起了國家高度重視，開始采取一系列措施進(jìn)行祁連山生態(tài)修復(fù)，在此過程中，地形對(duì)祁連山植被覆蓋變化是否有影響？本文基于祁連山2006,2014,2019年3期遙感影像，采用像元二分法模型進(jìn)行植被覆蓋度遙感估算，在充分考慮地形因子面積差異影響的基礎(chǔ)上，探討了該區(qū)域不同時(shí)間植被覆蓋的變化情況以及不同高程、坡度、坡向等地形因子條件下祁連山植被覆蓋變化空間分布規(guī)律，旨在全面地了解不同時(shí)段內(nèi)祁連山植被覆蓋變化趨勢(shì)及其地形分異效應(yīng)，以期為祁連山國家公園的植被恢復(fù)和重建提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

祁連山國家公園位于西北內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)，地處青藏高原、蒙古高原和黃土高原交匯地帶，跨青海省東北部和甘肅省西部區(qū)域，西起當(dāng)金山口，東至烏鞘嶺，南接柴達(dá)木盆地，北臨河西走廊(圖1)，東西長約1 000 km，南北寬約300 km，總面積約5.02×104km2。祁連山地勢(shì)西北高，東南低，地形多為山地，海拔在1 760～5 800 m左右，從西北到東南走向的山脈包括大雪山、托來南山、疏勒南山、走廊南山、冷龍嶺、烏鞘嶺等。祁連山自然條件復(fù)雜，水熱條件差異大，東部濕度大，降水多，西部氣候干燥，降水少，屬典型的高原大陸性氣候，是內(nèi)陸河流石羊河、黑河和疏勒河的發(fā)源地和徑流形成區(qū)，其地理位置對(duì)河西綠洲的形成以及該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的維持具有重要意義[18]。在地形地勢(shì)及氣候的共同影響下，祁連山植被呈現(xiàn)出獨(dú)特的垂直地域分布特征，海拔由低到高，植被分布依次為荒漠帶、山地草原帶、山地森林草原帶、高山灌叢草甸帶、高寒草甸和高山亞冰雪稀疏植被帶。祁連山森林和草原分界明顯，森林主要分布在陰坡，覆蓋率約為14.2%，植被類型有溫帶落葉闊葉林、溫帶常綠針葉林、寒溫性針葉林及針闊混交林等；草原主要分布在陽坡，是祁連山生態(tài)的重要組成部分，主要以灌木及草本植被為主，隨著海拔的升高，在亞高山區(qū)廣泛分布著高寒落葉灌叢和高山蒿草草甸及高寒草甸等植被，在高山區(qū)則以高寒墊狀植被及菊科高山植物為主。

圖1 祁連山國家公園區(qū)位及地形圖

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究使用的遙感影像為2006年7—9月獲取的中巴地球資源衛(wèi)星影像(20 m×20 m)，2014年8—10月獲取的美國Landsat8衛(wèi)星影像(30 m×30 m)，2019年6—10月獲取的資源三號(hào)及高分一號(hào)衛(wèi)星影像(2 m×2 m)共3期。3期遙感影像均攝于植被生長較好的月份，完全能夠代表研究區(qū)域的土地利用和植被生長狀況，可用于比較不同期植被變化情況。為保證研究區(qū)域數(shù)據(jù)的完整性以及研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，分別對(duì)三期影像進(jìn)行大氣校正、去除云影及水體[6]、幾何精校正(借助DEM數(shù)據(jù)消除地形引起的幾何畸變)和鑲嵌處理等，為驗(yàn)證影像校正精度，在研究區(qū)盡量均勻選取8個(gè)明顯的地面控制點(diǎn)，利用GPS接收機(jī)確定其精確地理位置，并與影像上相應(yīng)點(diǎn)位地理坐標(biāo)進(jìn)行比較，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，3期影像定位誤差均不超過一個(gè)像元，且同名地物點(diǎn)位置相同，滿足研究要求；此外，為保證不同期植被覆蓋度的遙感估算結(jié)果具有比較意義，對(duì)鑲嵌后的3期影像進(jìn)行重采樣(分辨率為10 m×10 m)，利用祁連山國家公園范圍對(duì)3期影像進(jìn)行掩膜和裁剪，得到研究區(qū)范圍完全相同的3期影像數(shù)據(jù)。

DEM數(shù)據(jù)來源于甘肅省自然資源廳，格網(wǎng)間距為25 m×25 m，將該數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣(格網(wǎng)間距為10 m×10 m)，方便與植被覆蓋度數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析。

利用像元二分模型反演3期影像的植被覆蓋度。像元二分模型的原理是將圖像中的遙感信息(植被信息或波段)分解為綠色植被部分與無植被覆蓋部分所貢獻(xiàn)的信息兩部分，則任一像元的信息值可表示為兩部分信息的線性加權(quán)之和，該模型保留了植被覆蓋的相關(guān)信息，而植被類型、土壤背景、大氣的影響被大大削弱[19-20]。根據(jù)該原理，假設(shè)一個(gè)像元的信息可以分為土壤與植被兩部分，則植被覆蓋度f的計(jì)算公式可以表示為：

式中：NDVIsoil，NDVIveg分別為無植被覆蓋或裸土區(qū)域、純植被覆蓋區(qū)域的NDVI值。根據(jù)研究區(qū)域整幅影像上NDVI灰度值的分布情況，以置信度0.5%取NDVI的最小值與最大值近似代表NDVIsoil和NDVIveg的值[21]。利用實(shí)地調(diào)查與地面測(cè)量相結(jié)合的方式，大致均勻選取10個(gè)點(diǎn)位，利用林地冠層分析儀對(duì)點(diǎn)位及其鄰域進(jìn)行5～10次測(cè)量并取其平均值作為驗(yàn)證點(diǎn)的植被覆蓋度測(cè)量結(jié)果，以此對(duì)相應(yīng)點(diǎn)位遙感影像植被覆蓋度反演結(jié)果進(jìn)行精度定量評(píng)價(jià)(圖2)。

圖2 祁連山驗(yàn)證點(diǎn)植被覆蓋度測(cè)量值與反演值結(jié)果對(duì)比

2.2 研究方法

2.2.1 植被覆蓋度變化趨勢(shì)分析 趨勢(shì)分析是采用最小二乘法逐像元對(duì)一組隨時(shí)間變化的序列數(shù)據(jù)采用趨勢(shì)線進(jìn)行回歸分析來擬合植被覆蓋度的年際變化趨勢(shì)，其公式為：

(1)

式中：θslope為研究時(shí)段內(nèi)植被覆蓋度的變化趨勢(shì); NDVIi為第i年的植被覆蓋度;a為研究年份數(shù)目。

對(duì)植被覆蓋變化趨勢(shì)率進(jìn)行計(jì)算，公式為：

(2)

按顯著性水平0.1對(duì)NDVI變化趨勢(shì)率進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)合θslope值，將植被覆蓋度變化趨勢(shì)分為5類：顯著增加型(θslope>0，t<0.01)；輕微增加型(θslope>0，0.010.05)；顯著減少型(θslope<0，t<0.01)；輕微減少型(θslope<0，0.01

2.2.2 地形面積修正 當(dāng)?shù)匦巫兓瘯r(shí)，會(huì)出現(xiàn)在某種地形條件下某種植被覆蓋變化類型面積很小，但其面積比例相對(duì)于整個(gè)研究區(qū)卻很大，從而影響植被覆蓋度評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性[22]。因此，在分析植被覆蓋變化類型的空間分布狀況時(shí)，采用地形面積修正系數(shù)v來消除地形的影響，其計(jì)算公式如下：

(3)

式中：Svt為在某地形條件t下某種植被變化類型v所占面積;Sv為某種植被變化類型v所占面積;St指某種地形t的面積,S總為整個(gè)研究區(qū)域的總面積。v>1,表示植被變化類型v在地形條件t下面積變化趨勢(shì)為增加;v=1,表示植被變化類型v在地形條件t下面積變化趨于平穩(wěn);v<1,表示植被變化類型v在地形條件t下面積變化趨勢(shì)為減少[23]。

2.3 高程、坡度、坡向分級(jí)

基于ArcGIS空間分析模塊，利用DEM數(shù)據(jù)生成高程、坡度、坡向分級(jí)圖。根據(jù)研究區(qū)域地形、地理狀況，并結(jié)合已有研究成果[17]，將研究區(qū)高程分為<2 200，2 200～2 700，2 700～3 200，3 200～3 700，3 700～4 200，4 200～4 700 m和>4 700 m共7級(jí)；坡度劃分依據(jù)自然資源部頒布的《第三次全國國土調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，再結(jié)合祁連山地形狀況將坡度分為≤5°，5°～10°，10°～15°，15°～25°，25°～40°和>40°共6級(jí)；將坡向劃分為平地、陽坡(135°～225°)、半陽坡(225°～315°)、陰坡(315°～45°)、半陰坡(45°～135°)共5類。坡度、坡向空間分布見圖3。

圖3 祁連山高程、坡度、坡向空間分布特征

2.4 植被覆蓋度分級(jí)

根據(jù)水利部2008年頒布的《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190-2007)，將植被覆蓋度的不同等級(jí)與水土流失的不同等級(jí)相對(duì)應(yīng)，同時(shí)結(jié)合祁連山地理狀況和地面調(diào)查情況，將研究區(qū)域植被覆蓋度分為Ⅵ級(jí)：高植被覆蓋度(70%～100%)；Ⅴ級(jí)：較高植被覆蓋度(50%～70%)；Ⅳ級(jí)：中等植被覆蓋度(30%～50%)；Ⅲ級(jí)：較低植被覆蓋度(10%～30%)；Ⅱ級(jí)：低植被覆蓋(0%～10%)；Ⅰ級(jí)：無植被覆蓋或裸土(0)這6個(gè)等級(jí)[20-21]。祁連山3期植被覆蓋度分級(jí)見圖4。

圖4 祁連山2006，2014，2019年植被覆蓋度及其分級(jí)

3 結(jié)果與分析

3.1 祁連山植被覆蓋度時(shí)空分布及變化特征

3.1.1 祁連山植被覆蓋度時(shí)空分布特征 根據(jù)圖4可知，祁連山植被覆蓋度空間分布特征為“西北部低，東南部高”，Ⅵ級(jí)植被覆蓋區(qū)主要分布在烏鞘嶺的東南部區(qū)域；Ⅴ級(jí)植被覆蓋區(qū)主要分布在走廊南山東南部、冷龍嶺、烏鞘嶺及托來山東南部等區(qū)域，主要為森林草原覆蓋區(qū)；Ⅳ級(jí)植被覆蓋區(qū)主要分布在托來山及走廊南山的西北部，主要為草原和高山植被混合覆蓋區(qū)域；荒漠與草原植被過渡區(qū)域?yàn)棰蠹?jí)植被覆蓋區(qū)域；祁連山西北部的大雪山、疏勒南山、黨河南山等區(qū)域主要為裸地、沙漠、碎石和冰川區(qū)，植被覆蓋度為Ⅱ級(jí)和Ⅰ級(jí)。對(duì)祁連山各級(jí)植被覆蓋度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)可知，2006年和2019年，祁連山植被覆蓋度均以Ⅲ級(jí)為主，分別占46.81%和42.7%，但2019年面積占比比2006年減少4.11%；Ⅱ級(jí)植被覆蓋度由2006年的14.95%減少至2 019年的12.09%，減少約2.86%；其他類型植被覆蓋度均有所增加，尤其以Ⅳ級(jí)植被覆蓋度區(qū)域面積增加最明顯，增幅約為3.18%，Ⅴ級(jí)和Ⅵ級(jí)植被覆蓋度增幅分別為1.07%和1.95%。但需要關(guān)注的是，祁連山無植被覆蓋和裸地(Ⅰ級(jí))面積略有增加，增加面積比例約為0.77%。

表1 2006，2019年祁連山各級(jí)植被覆蓋度面積比例及其變化情況

3.1.2 祁連山植被覆蓋度時(shí)空變化特征 對(duì)祁連山植被覆蓋度變化趨勢(shì)進(jìn)行分析(圖5)，結(jié)果表明：2006—2019年祁連山植被覆蓋度整體的變化趨勢(shì)為增加，植被覆蓋度顯著增加和輕微增加區(qū)域面積分別占24.9%和21.8%，主要分布在黨河南山和疏勒南山西北部及烏鞘嶺東南部區(qū)域；植被覆蓋減少區(qū)域主要分布在疏勒南山東南部、走廊南山中部和托來山、大雪山等的部分區(qū)域，顯著減少和輕微減少區(qū)域面積分別占10.8%，22.5%。其中，2006—2014年，祁連山植被覆蓋度平均變化率為-0.016，總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，植被覆蓋度顯著減少和輕微減少區(qū)域面積分別占總面積的18.2%和37.1%，主要分布在祁連山西北部大部分區(qū)域、走廊南山張掖段、托來山、托來南山及疏勒南山東南部等的部分區(qū)域；24.7%的區(qū)域未通過顯著性檢驗(yàn)，為穩(wěn)定區(qū)；輕微增加和顯著增加區(qū)域面積分別占14.6%和5.4%，主要分布在黨河南山、烏鞘嶺及冷龍嶺的部分區(qū)域。2014—2019年，祁連山植被覆蓋度平均變化率為0.028，總體呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，植被處于恢復(fù)期，經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，植被覆蓋度顯著增加和輕微增加區(qū)域面積分別占總面積的27.4%和37.6%，主要分布在黨河南山、疏勒南山西北部及托來山北部、走廊南山、烏鞘嶺東南部、冷龍嶺的部分區(qū)域；未通過顯著性檢驗(yàn)的穩(wěn)定區(qū)域面積占23.8%；輕微減少和顯著減少區(qū)域面積分別占9.1%和2.1%，主要分布在走廊南山張掖段以及烏鞘嶺中部的個(gè)別區(qū)域。

圖5 2006-2019年祁連山不同時(shí)段植被覆蓋度變化類型分布

3.2 祁連山植被覆蓋度地形分異特征

3.2.1 祁連山植被覆蓋度高程梯度分異 山地的氣候條件及土壤狀況等自然因素的變化由海拔高程決定，隨著海拔的升高，形成了明顯的植被垂直帶，不同植被垂直帶對(duì)人為活動(dòng)干擾以及氣候變化的響應(yīng)度有所不同，從而表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。圖6a為祁連山植被覆蓋度垂直分布狀況，由圖可知，隨著海拔的升高，祁連山植被覆蓋度整體呈現(xiàn)出先增大后減小的 “倒Ⅴ型”趨勢(shì)。在低海拔區(qū)域(2 200 m以下)，植被生長所需的水熱條件充足，但受人為活動(dòng)干擾較大，植被覆蓋度較低，地表呈現(xiàn)出荒漠草原景觀；海拔升高，對(duì)人類活動(dòng)的限制逐步增大，植被生長干擾程度逐漸減小，加之水熱條件較適宜，植被覆蓋逐漸好轉(zhuǎn)，在海拔2 200～3 200 m的中山區(qū)，植被類型主要為森林草原；海拔3 200～3 700 m的亞高山區(qū)，生境較濕潤，植被類型主要為灌叢草原；海拔3 700～4 200 m之間是植被覆蓋度最高的區(qū)域，年降水量較高，但氣溫較低，呈現(xiàn)出草甸草原景觀；隨著海拔的繼續(xù)升高，接收到的太陽輻射強(qiáng)度、空氣流動(dòng)等氣象條件也隨之發(fā)生改變，海拔升高至4 200 m以上，氣溫驟降，植被生長受熱量條件和陡峭地勢(shì)的限制，植被的適宜性變得較為脆弱，植被覆蓋度降低，植被類型為高寒草甸和高山亞冰雪稀疏植被。

3.2.2 祁連山植被覆蓋度在坡度坡向上的空間分異 山地坡度影響著地表徑流和水分以及熱因子的再分配，進(jìn)而改變土壤的特性及分布，同時(shí)也會(huì)影響植被的分布態(tài)勢(shì)。圖6b為植被覆蓋度在坡度上的分布狀況，隨著坡度的增加，祁連山植被覆蓋度呈現(xiàn)出先降低后增高最后又降低的倒“N”趨勢(shì)。坡度在5°以下，地勢(shì)平緩，水土不易流失，植被覆蓋度相對(duì)較高，但祁連山區(qū)平地很少；在5°～15°相對(duì)比較平緩的區(qū)域，由于人為活動(dòng)的干擾，植被覆蓋度較低；隨著坡度的升高，人為活動(dòng)減少，植被覆蓋回歸正常趨勢(shì)，植被覆蓋度增加；坡度>40°的區(qū)域，水土流失嚴(yán)重，并且得到的積溫較少，不利于植物生長，植被覆蓋度急劇降低。

坡向即海拔改變量變化的方向。不同的坡向，接收的太陽輻射量及水分蒸散發(fā)量均存在差異，從而影響植被覆蓋的空間分布。由圖6c可知，祁連山陰坡由于日照的強(qiáng)度較低、獲得的太陽輻射總量相對(duì)較少，水分蒸散發(fā)量較低，相對(duì)于其他坡向更有利于植被生長，因此植被覆蓋度面積占比相對(duì)較高，達(dá)到29.1%；其他坡向植被覆蓋度面積占比差別不大，約為23%左右；平地由于人為活動(dòng)劇烈，植被覆蓋度很低。

圖6 祁連山植被覆蓋度在不同地形條件下的空間分布特征

3.3 祁連山植被覆蓋度變化地形分異特征分析

3.3.1 高程梯度對(duì)祁連山植被覆蓋度變化的影響 將祁連山植被覆蓋度變化類型數(shù)據(jù)與高程分級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，統(tǒng)計(jì)出不同高程范圍內(nèi)的植被變化類型，并計(jì)算與之對(duì)應(yīng)的地形面積改正系數(shù)v，詳細(xì)結(jié)果如表2所示。

表2 祁連山2006-2019年不同植被覆蓋度變化類型v值垂直變化

由表2可知，不同高程范圍內(nèi)各植被變化類型的空間分異較明顯。2006—2019年整個(gè)時(shí)段內(nèi)，植被覆蓋顯著增加型隨高程的升高呈明顯減少趨勢(shì)，在3 200 m以下區(qū)域?yàn)閮?yōu)勢(shì)分布(v>1.54)，在2 200 m以下植被增加趨勢(shì)尤其明顯(v=2.99)；輕微增加型先增加后減少，在3 200 m以下區(qū)域均為優(yōu)勢(shì)分布，在2 200～2 700 m之間區(qū)域優(yōu)勢(shì)分布較明顯(v=1.62)；3 200～3 700 m之間分布相對(duì)穩(wěn)定(v略大于或略小于(1) ；顯著減少型隨高程升高先增加后逐漸減少，在3 700～4 200 m之間區(qū)域呈較弱優(yōu)勢(shì)分布(v=1.2)；輕微減少型隨高程升高不斷增加，在4 200 m以上區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)類型，在4 700 m以上分布優(yōu)勢(shì)明顯(v=2.64)。其中，2006—2014年，植被覆蓋顯著減少型隨高程升高逐漸減少，在4 200 m以下區(qū)域均為優(yōu)勢(shì)分布(v>1.0)，尤其在2 200 m以下減少趨勢(shì)顯著(v=2.16)；輕微減少型隨高程升高呈上下波動(dòng)趨勢(shì)，在3 700 m以下及4 200 m以上區(qū)域均為優(yōu)勢(shì)分布，在2 200 m以下優(yōu)勢(shì)分布尤其明顯(v=3.38)；顯著增加型及輕微增加型隨高程增加先增加后減少，在各高程范圍內(nèi)均為非優(yōu)勢(shì)分布(v<1.0)。2014—2019年，顯著增加型隨高程增加逐漸減少，在3 200 m以下區(qū)域呈優(yōu)勢(shì)分布，在2 200 m以下區(qū)域優(yōu)勢(shì)分布顯著(v=2.48)；輕微增加型先增加后減少，在3 700 m以下區(qū)域?yàn)閮?yōu)勢(shì)分布，尤其在2 200～2 700 m范圍內(nèi)分布特別顯著(v=4.34)，到3 700 m后v值迅速降低至1.0以下，呈非優(yōu)勢(shì)分布；顯著減少型呈先增加后減少趨勢(shì)，輕微減少型呈逐漸增加趨勢(shì)，兩者在各高程范圍內(nèi)均為非優(yōu)勢(shì)分布。

3.3.2 坡度對(duì)祁連山植被覆蓋度變化的影響 祁連山地形復(fù)雜多樣，植被覆蓋變化受坡度影響較明顯。將祁連山植被覆蓋度變化數(shù)據(jù)與坡度分級(jí)數(shù)據(jù)疊加，統(tǒng)計(jì)出不同年份不同坡度范圍內(nèi)植被覆蓋變化情況，見表3。由表3可知，植被覆蓋度變化隨坡度的增加存在不同程度的差異，從2006—2019年整個(gè)時(shí)段來看，顯著減少型和輕微減少型在坡度25°以上區(qū)域均為優(yōu)勢(shì)分布，尤其在坡度40°以上區(qū)域優(yōu)勢(shì)分布明顯，v值分別為1.33，1.27；輕微增加型和顯著增加型在坡度15°以下區(qū)域占主導(dǎo)類型，在坡度5°以下區(qū)域分布優(yōu)勢(shì)尤其顯著，v值分別為1.34，1.37；15°～25°坡度范圍內(nèi)，各植被覆蓋變化類型分布相對(duì)穩(wěn)定(v值略大于或略小于1) 。其中，2006—2014年，植被覆蓋顯著減少型在各坡度范圍內(nèi)均為優(yōu)勢(shì)分布，在坡度25°以上區(qū)域優(yōu)勢(shì)分布顯著(v>1.47)；輕微減少型在坡度5°以上區(qū)域均為微弱優(yōu)勢(shì)分布，在坡度40°以上區(qū)域分布相對(duì)明顯(v=1.10)；顯著增加類型在各坡度范圍內(nèi)均為非優(yōu)勢(shì)分布(v<1.0)，輕微增加型僅在坡度5°以下區(qū)域呈微弱優(yōu)勢(shì)分布(v=1.07)。2014—2019年，輕微增加和顯著增加型隨坡度增加均逐漸減少，輕微增加型在坡度25°以下區(qū)域?yàn)閮?yōu)勢(shì)分布(1.03

表3 祁連山2006-2019年不同植被覆蓋度變化類型v值隨坡度變化情況

3.3.3 坡向?qū)ζ钸B山植被覆蓋度的影響 將祁連山植被覆蓋變化類型數(shù)據(jù)與坡向分類數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，統(tǒng)計(jì)出不同年份不同坡向植被覆蓋度變化情況見表4。

由表4可知，除平地外，祁連山各植被覆蓋度變化類型在其他坡向分布差異不顯著。2006—2019年，在平地區(qū)域，植被覆蓋顯著減少型占主導(dǎo)類型(v=1.6)，表明該區(qū)域受人為活動(dòng)干擾較大，植被覆蓋度較低；在陰坡區(qū)域，顯著增加型呈較弱優(yōu)勢(shì)分布(v=1.16)；在陽坡區(qū)域，輕微增加型呈較弱優(yōu)勢(shì)分布(v=1.14)；除此之外，各植被變化類型在其他坡向分布差異不明顯。其中，2006—2014年，在平地區(qū)域，植被覆蓋顯著減少型優(yōu)勢(shì)分布明顯(v=2.91)，其他植被覆蓋變化類型呈非優(yōu)勢(shì)分布；在其他坡向，各植被覆蓋變化類型分布差異不明顯(v值略大于或略小于1)。2014—2019年，在平地區(qū)域，顯著增加型和輕微增加型均呈優(yōu)勢(shì)分布，v值分別為1.49，1.18，表明該區(qū)域植被覆蓋在逐漸恢復(fù)；在其他坡向，各植被覆蓋變化類型分布差異不明顯。

表4 祁連山2006-2019年不同植被覆蓋度變化類型v值隨坡向變化情況

4 討論與結(jié)論

4.1 結(jié) 論

針對(duì)祁連山植被覆蓋度研究，已有成果多基于氣候?qū)ζ渥兓捻憫?yīng)，從地形角度出發(fā)的研究較少。本文基于祁連山2006，2014，2019年3期影像，采用像元二分法模型進(jìn)行植被覆蓋度估算，在充分考慮地形面積差異影響的基礎(chǔ)上，探討了該區(qū)域不同時(shí)間植被覆蓋變化情況以及不同高程、坡度、坡向等地形條件下植被覆蓋的空間分異性，研究結(jié)果對(duì)祁連山生態(tài)修復(fù)具有參考意義。

(1) 祁連山植被覆蓋度空間分布特征為“西北部低，東南部高”，總體以較低植被覆蓋度為主。2006—2019年祁連山植被覆蓋度整體的變化趨勢(shì)為增加，增加區(qū)域主要分布在黨河南山和疏勒南山西北部及烏鞘嶺東南部區(qū)域，尤其在祁連山西北部部分區(qū)域植被覆蓋增加顯著，增加面積約占46.7%，減少面積約占33.3%，植被恢復(fù)狀況較好。低、較低植被覆蓋度面積減少；中、較高和高植被覆蓋度面積均有增加。其中，2006—2014年，祁連山植被覆蓋度平均變化率為-0.016，總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)；2014—2019年，祁連山植被覆蓋度平均變化率為0.028，總體呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。

(2) 祁連山植被覆蓋度隨海拔的升高呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，其中，海拔3 700～4 200 m之間是植被覆蓋度最高的區(qū)域。從不同高程范圍來看，各植被覆蓋變化類型的空間分異較明顯，海拔越高，植被覆蓋度減少越明顯。2006—2019年，3 200 m以下的中低海拔區(qū)域植被覆蓋呈增加趨勢(shì)，在2 200 m以下的低海拔區(qū)域的荒漠草原帶植被增加趨勢(shì)尤其明顯，根據(jù)相關(guān)資料，植被增加類型主要以草本植物及灌木為主；海拔3 700 m以上的中高海拔區(qū)域植被覆蓋則呈較弱的減少趨勢(shì)，在4 700 m以上高海拔區(qū)域的高寒草甸帶植被減少趨勢(shì)更明顯，3 200～3 700 m高程范圍內(nèi)植被覆蓋變化相對(duì)穩(wěn)定。

(3) 從坡度來看，植被覆蓋度變化情況與坡度的大小呈反比，坡度越大，植被覆蓋度減少趨勢(shì)越顯著。2006—2019年，在坡度15°以下區(qū)域植被覆蓋呈增加趨勢(shì)，在坡度5°以下增加優(yōu)勢(shì)尤其顯著；在坡度25°以上區(qū)域植被覆蓋呈減少趨勢(shì)，在坡度40°以上區(qū)域減少趨勢(shì)尤其明顯；在15°～25°坡度范圍內(nèi)，各植被覆蓋變化類型為穩(wěn)定分布。

(4) 從坡向來看，除平地外，各植被覆蓋變化類型在其他坡向分布差異不顯著。平地區(qū)域由于易受人為活動(dòng)的干擾，植被覆蓋度呈減少趨勢(shì)；其他坡向?qū)χ脖桓采w變化影響不大。

4.2 討 論

祁連山作為西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境最脆弱的區(qū)域之一，近年來，在全球氣候變暖的大背景下，其植被生長環(huán)境也呈現(xiàn)出較為明顯的變化，氣溫、降水等氣候條件受地形影響呈現(xiàn)出空間差異性，同時(shí)，人類活動(dòng)的劇烈程度在不同的地形地勢(shì)條件下也不同，所有這些因素都對(duì)植物的生長發(fā)育及空間分布狀況產(chǎn)生很大影響，因此，在進(jìn)行祁連山生態(tài)保護(hù)及修復(fù)的同時(shí)關(guān)注地形對(duì)植被覆蓋變化的影響具有重要意義。

本文研究結(jié)果表明，2006—2019年，祁連山植被覆蓋度總體上呈增加趨勢(shì)，這是由于2014年以來，政府加強(qiáng)對(duì)祁連山地區(qū)的生態(tài)保護(hù)及生態(tài)環(huán)境治理修復(fù)工作，采取封山育林、禁牧、禁止濫砍濫伐、濫采濫挖等嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)措施，人類活動(dòng)大大減少，植被逐漸恢復(fù)；另外，隨著全球氣溫升高，祁連山冰川積雪消融加速，也對(duì)植被生長發(fā)育有一定的促進(jìn)作用。但需要特別說明的是，祁連山中等、較高和高植被覆蓋度增加的同時(shí)，疏勒南山東南部、走廊南山和大雪山等個(gè)別區(qū)域的無植被覆蓋或裸露土地也略有增加，分析其原因，可能是由于該區(qū)域過去人為活動(dòng)劇烈，礦產(chǎn)資源的開發(fā)，水電項(xiàng)目的建設(shè)，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞，植被的適應(yīng)性變得特別脆弱，導(dǎo)致植被覆蓋出現(xiàn)減少現(xiàn)象，具體的原因還需要進(jìn)一步的研究和探討才能確定。

從祁連山生態(tài)植被變化的地形分布特征來看，其在高程、坡度上的差異明顯，植被覆蓋度隨高程和坡度增加呈減少趨勢(shì)。海拔3 700 m以上區(qū)域植被覆蓋減少，該區(qū)域雖然地勢(shì)高，人類活動(dòng)少，但植被類型主要以脆弱的灌草叢及高山草甸、高寒墊狀植被類型為主，脆弱的本底條件以及寒冷的氣候等自然因素可能是造成植被退化的主要原因，因而推斷氣候變化對(duì)祁連山高海拔區(qū)域的植被覆蓋影響較大，在日后的環(huán)境生態(tài)治理工作中需加強(qiáng)對(duì)高海拔區(qū)域的脆弱的草甸等植被類型的保護(hù)和管理；另外，坡度25°以上區(qū)域植被覆蓋呈減少趨勢(shì)，究其原因，可能是由于該區(qū)域地勢(shì)陡峭，接收的太陽輻射強(qiáng)度較低，水土流失嚴(yán)重，植被生長適宜性脆弱，植被狀況容易發(fā)生變化，有必要引起足夠的重視，在進(jìn)行生態(tài)保護(hù)的同時(shí)加強(qiáng)該區(qū)域的水土涵養(yǎng)能力有利于植被覆蓋狀況的改善；需要特別說明的是，在分析祁連山植被變化在坡向上的差異時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然植被覆蓋變化在不同坡向上存在一定差異，但變化幅度不明顯，可能是由于祁連山地勢(shì)走向?yàn)閺奈鞅钡綎|南，且整體海拔較高，地形狀況復(fù)雜，獨(dú)特的地形地勢(shì)條件形成了局地的小氣候，水熱條件組合情況多變，導(dǎo)致植被覆蓋變化受坡向的影響不大，而受高程和坡度的影響較大，不過這只是一種推斷，具體的原因和影響效應(yīng)還需在后續(xù)的工作中進(jìn)一步探討。

此外，植被覆蓋度變化的影響因素較多，本文只從地形因子角度出發(fā)進(jìn)行了植被覆蓋度的變化分析，沒有考慮氣溫、降水等氣象因子以及政策等不確定因素所帶來的影響，在后續(xù)的研究中，綜合氣候、人類活動(dòng)等影響因素探討植被覆蓋度變化是非常必要的。