閆俊杰，劉海軍，崔 東，陳 晨(1.伊犁師范學院污染物化學與環(huán)境治理重點實驗室，新疆 伊寧 835000； 2.伊犁師范學院生物與地理科學學院，新疆 伊寧 835000； 3.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011； 4.中國科學院大學，北京 100049)

伊犁河谷位于新疆西北部，我國邊陲，由于其特殊的地形特征，可以截留陸地西風帶來的濕潤水汽，使其成為新疆最大的綠洲，以及跨國河流伊犁河的重要水源地。豐沛的降水為植被生長創(chuàng)造了有利條件，伊犁河谷內(nèi)草地發(fā)育，是該區(qū)分布面積最廣的地表覆被類型[1]，為區(qū)域生物多樣性保護、水源涵養(yǎng)、生態(tài)平衡的維持提供了重要保障[2]。同時，河谷內(nèi)草地資源優(yōu)質(zhì)，也使其成為全國著名的牧區(qū)[3]。然而，隨經(jīng)濟發(fā)展及人口增加，人類對草地干擾強度不斷增強，由此引發(fā)的草地面積減小[4-5]和生產(chǎn)力降低等草地退化[6]問題正在逐步惡化，嚴重影響了該區(qū)生態(tài)穩(wěn)定和畜牧業(yè)的健康發(fā)展。因而，研究伊犁河谷草地退化定量特征，分析其時空變化及其影響因素對該區(qū)草地生態(tài)保護措施的制定和實施具有重要指導意義。近年來，隨著國家及當?shù)卣畬σ晾绾庸壬鷳B(tài)環(huán)境問題認識的提高，多位學者對伊犁河谷植被動態(tài)變化進行了相關研究[7-11]，但缺乏對草地退化問題的深入研究。

遙感技術(shù)是大尺度地表植被覆蓋度定量化研究的主要手段。歸一化植被指數(shù)(normalized differential vegetation index,NDVI)與地表植被覆蓋度呈線性相關[12]，可以定量反映植被動態(tài)特征[13-14]，因此被廣泛用于植被動態(tài)及草地退化監(jiān)測[7,14-15]。目前，常用的長時間序列NDVI數(shù)據(jù)主要有NOAA-AVHRR NDVI 和TERRA-MODIS NDVI。相對于AVHRR數(shù)據(jù)，MODIS數(shù)據(jù)雖然時間序列較短，但其空間分辨率較高，能更詳盡地反映地表植被的空間差異，因而在量化空間尺度較小的流域尺度植被覆蓋時更具優(yōu)勢[7,16-18]。

本研究針對伊犁河谷地區(qū)草地退化的現(xiàn)實問題，利用MODIS遙感影像數(shù)據(jù)，反演伊犁河谷2001-2015年草地植被覆蓋度，參考國家制定的基于植被覆蓋度的草地退化評價標準，對伊犁河谷草地退化程度進行分析和評價，并結(jié)合數(shù)字高程模型(digital elevation model，DEM)地形數(shù)據(jù)統(tǒng)計草地退化的時空變化規(guī)律，以期為伊犁河谷草地動態(tài)監(jiān)測、生態(tài)保護及可持續(xù)開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

伊犁河谷位于80°09′42″-84°56′50″ E，42°14′16″-44°53′30″ N，地處歐亞大陸中心，整個區(qū)域東、南、北三面高山環(huán)繞，地形復雜，河流綜合，分布有伊犁谷地、鞏乃斯谷地、特克斯谷地、喀什河谷丘陵和昭蘇盆地5個地域單元(圖1)。伊犁河谷地勢東高西低，東窄西寬，呈喇叭型向西敞開，西風帶濕潤水汽受此地形影響被迫抬升凝結(jié)，形成豐沛降水，使其成為西域濕島。全區(qū)受中溫帶大陸性氣候和高山氣候控制，年均降水量200～800 mm，年平均氣溫 2.9～9.1 ℃，年均日照時數(shù)2 700～3 000 h[19]。植被分布受地形影響，發(fā)育有荒漠、草原、草甸、森林和隱域植被五大植被類型，草甸植被發(fā)育良好，是新疆優(yōu)質(zhì)草地，主要的草地植物有伊犁絹蒿(Seriphidiumtransiliense)、木地膚(Kochiaprostrata)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、鴨茅(Dactylisglomerata)、黃花委陵菜(Potentillachrysantha)、黃花苜蓿(Medicagofalcata)、針茅(Stipacapillata)、草原苔草(Carexliparocarpos)、早熟禾(Poapratensis)、紫花鳶尾(Irisruthenica)等。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預處理

NDVI數(shù)據(jù)為美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)地球觀測系統(tǒng)(Earth Observing System，EOS)數(shù)據(jù)中心發(fā)布的MODIS MOD13Q1產(chǎn)品，其空間分辨率為250 m，時間分辨率為16 d，每年23期，時間序列為2001年1月-2015年12月，共計345期數(shù)據(jù)。DEM 數(shù)據(jù)為NASA和美國國防部國家測繪局(National Imagery and Mapping Agency，NIMA)聯(lián)合測量的90 m空間分辨率的SRTM 數(shù)據(jù)。草地分布范圍通過對研究區(qū)2015年6-9月Landsat 8 OLI影像目視解譯獲得。伊寧、昭蘇和尼勒克3個國家基準氣象站的氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心，包括氣溫和降水的月合成數(shù)據(jù)。牲畜存欄數(shù)據(jù)來自《伊犁哈薩克自治州統(tǒng)計年鑒》[20]和《新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計年鑒》[21]；為將牲畜存欄量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標準綿羊單位，對山羊、驢、牛和馬數(shù)量分別按0.8、3、5和6的比例進行折算。

對獲得的NDVI和DEM數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、鑲嵌、投影轉(zhuǎn)換及研究區(qū)提取等處理。為降低云覆蓋等噪音信息的干擾，對每年23期NDVI序列數(shù)據(jù)進行了Savitzky-Golay濾波處理，并利用最大值合成法(MVC法)合成年NDVI數(shù)據(jù)，用年內(nèi)植被NDVI最大值代表年植被生長狀況。最后，為保持數(shù)據(jù)精度并使NDVI數(shù)據(jù)與DEM數(shù)據(jù)像元大小一致，將年NDVI數(shù)據(jù)和DEM重采樣為50 m×50 m。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig. 1 Location of the study area

遙感空間數(shù)據(jù)的預處理及制圖借助于Arcgis 10.2軟件及IDL8.5開發(fā)平臺完成，其他數(shù)據(jù)的統(tǒng)計制表及制圖借助于Excel 2010軟件完成。

2.2 研究方法

2.2.1植被蓋度反演 利用像元二分模型及IDL8.5開發(fā)平臺逐像元反演研究區(qū)草地植被覆蓋度[22]，獲得草地植被覆蓋度空間分布數(shù)據(jù)，其計算公式如下：

(1)

式中：Fc表示草地植被覆蓋度，NDVIsoil為研究區(qū)純裸土像元的NDVI值，NDVIveg為純植被覆蓋像元的NDVI值[22]。根據(jù)研究區(qū)NDVI圖像直方圖特點，并參考前人經(jīng)驗[22-23]，在NDVI與覆蓋度轉(zhuǎn)化過程中，取研究區(qū)NDVI圖像直方圖5%處的NDVI值為NDVIsoil值，取95%處NDVI值為NDVIveg值[23]。

2.2.2草地退化等級劃分 草地退化是一個相對概念[24]，吳志豐等[25]指出用前后兩個單一年份植被覆蓋度的變化來計算草地退化程度會因植被覆蓋度的隨機波動而給草地退化評價帶來較大誤差。受干濕影響，伊犁河谷植被覆蓋存在較大的年際波動[7]，為削弱單個年份水熱條件好壞而產(chǎn)生的植被生長隨機波動對草地退化估算的影響，將2001-2015年的草地覆蓋度時間序列數(shù)據(jù)分為3個時間段，即2001-2005年、2006-2010年及2011-2015年，以5年平均值代表各個時段植被覆蓋水平，并分別以2001-2005年時段及2006-2010年時段植被覆蓋水平作為判斷基準，對2001-2010年間(2006-2010年相對2001-2005年)和2001-2015年間(2011-2015相對2001-2005年)以及2006-2015年間(2011-2015年相對2006-2010年)3個時期伊犁河谷草地空間分布數(shù)據(jù)進行差值計算，分析3個時期草地退化時空變化。

本研究在借鑒《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標》[26]的基礎上，按草地植被蓋度相對于未退化草地植被蓋度的百分比對草地退化進行等級劃分，結(jié)合伊犁草地覆蓋度變化特征，并參考曹旭娟等[27]的方法，將伊犁河谷草地退化等級劃分為極重度退化、重度退化、中度退化、輕度退化、未變化及改善6個等級，詳細的等級及劃分標準如表1所列。

表1 草地退化等級及分級標準Table 1 Grades and grading standard of grassland degradation

2.2.3草地退化冷/熱點分析 冷/熱分析用于識別具有統(tǒng)計顯著性的高值(熱點)和低值(冷點)的空間聚類[28]。本研究利用Getis-Ord Gi*分析來識別退化草地“熱點”和“冷點”的空間格局，分析其演變特征。計算公式為：

(2)

式中：Xj是像元j的草地退化等級代碼，Wi,j為像元i和j之間以距離規(guī)則定義的空間權(quán)重，同樣空間范圍相鄰為1，不相鄰為0，n為像元總數(shù)，此外：

(3)

(4)

式中：Gi*統(tǒng)計的是Z值得分，Z得分越高，高值(熱點)像元就越聚集，Z得分越低，低值(冷點)像元就越聚集。Z值空間分布數(shù)據(jù)的計算借助于Arcgis10.0軟件的熱點分析工具完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 伊犁河谷草地退化時空變化分析

依據(jù)草地退化等級的劃分標準及其計算方法，借助Arcgis 10.2軟件及IDL 8.5開發(fā)平臺制作了2001-2015年3個時期伊犁河谷草地退化等級空間分布圖(圖2)，統(tǒng)計了各個時期不同退化等級草地的面積和比例(表2)?？梢钥闯?，2001-2015年的整個時期伊犁河谷退化草地占據(jù)了很大范圍(圖2)，河谷內(nèi)伊犁河、鞏乃斯河、喀什河、特克斯河4條河流兩側(cè)的洪積平原、低山或中高山區(qū)，以及昭蘇盆地周邊是草地退化的主體分布區(qū)。統(tǒng)計結(jié)果(表2)表明，15年內(nèi)伊犁河谷退化草地面積為144.25萬hm2，占草地總面積的46.18%，其中以輕度退化比例最高，面積為104.10萬hm2，占草地總面積的33.33%，退化草地主體分布在區(qū)域內(nèi)的低山或中高山區(qū)；其他等級比例較小，中度、重度和極重度退化的比例分別為8.80%、3.33%和0.72%，主要分布在河流下游河谷兩側(cè)的洪積平原和低山區(qū)；改善草地的面積占1.41%，分布在伊犁河北岸出國境口附近區(qū)域。

對于2001-2010年間及2006-2015年間兩個不同時期，未變化草地比例由72.84%增加到了75.71%，退化草地總比例也由25.78%降低到17.50%，但這不表示草地退化趨勢得到扭轉(zhuǎn)，而僅表明大面積的草地維持了2001-2010年間狀況，退化草地的面積仍在繼續(xù)擴張，凈增的退化面積達54.65萬hm2，占到草地總面積的17.50%。在空間上，喀什河下游南岸的阿吾勒拉山西段中高山區(qū)草地維持了前期狀態(tài)，而特克斯河下游河谷兩側(cè)的低山區(qū)草地則開始發(fā)生退化(圖2)。此外，2006-2015年，在鞏乃斯河下游南側(cè)及伊犁河全程河谷兩側(cè)的草地退化程度得到了改善，改善面積達到21.22萬hm2，比例達到草地總面積的6.79%。退化草地面積比例的縮小以及改善草地面積的增加表明，雖然草地退化趨勢沒有變化，但2006-2015年與2001-2010年相比，草地退化的速度明顯減小，說明退耕還草、圍欄及禁牧等草地恢復措施的效益逐步開始顯現(xiàn)。

圖2 伊犁河谷2001-2015年草地退化等級圖Fig. 2 Maps of grassland degradation in Yili valley from 2001 to 2015

表2 2001-2015年不同時期不同退化等級草地面積和比例Table 2 The area and percentage of grassland of different degradation grades in different periods from 2001 to 2015

此外，根據(jù)伊犁河谷地形特征，對比2001-2010年及2001-2015年的退化草地空間分布(圖2)可以看出，伊犁河谷退化草地的空間分布逐步由河流下游向中游和上游擴張，由河谷兩側(cè)的河谷平原和低山區(qū)域向中山和中高山區(qū)域擴張，退化草地面積逐步擴大，未變化草地不僅面積逐步減少，且各等級草地斑塊也逐步離散和破碎。這表明伊犁河谷草地退化的趨勢尚未遏止，掠奪式的草地資源利用方式尚未發(fā)生重大改變，草地生態(tài)保護及草地資源可持續(xù)開發(fā)利用依舊承受著很大壓力。

3.2 伊犁河谷退化草地冷/熱點分布與演化

冷/熱點分析可以更為直觀地展現(xiàn)伊犁河谷退化草地空間特征及其動態(tài)。在進行冷/熱點分析之前，為增強“高值”與“低值”的對比度，便于對“冷點”區(qū)域和“熱點”區(qū)域的對比分析，將草地退化6個等級中的改善這一等級進一步細分為輕度改善、中度改善、高度改善和極高度改善4個等級。詳細的等級、等級代碼及劃分標準如表3所列。

根據(jù)表1和表3中的劃分標準對伊犁河谷退化草地進行了等級劃分，利用9個等級的代碼計算了逐個像元的Gi*值，獲得退化草地冷/熱點分布圖(圖3)?？梢钥闯觯?001-2010年及2001-2015年，“冷點”與“熱點”聚集特征明顯，且主要由極冷區(qū)域(Z<-2.58)與極熱區(qū)域(Z>2.58)組成，兩個時段，極冷區(qū)域分別占草地總面積的24.41%和31.75%，極熱區(qū)域分別占68.04%和52.97%；在空間上，“冷點”與退化草地的分布區(qū)重疊，其擴展方向也與退化草地的擴展一致；而“熱點”卻未聚集在改善草地的分布區(qū)，而與未變化草地的分布區(qū)重疊，兩個時段“熱點”區(qū)內(nèi)改善草地的比例分別僅占1.02%和1.35%，而未變化的比例卻分別占91.98%和73.53%。對于2006-2015年時段，“熱點”比例明顯縮小，但卻與改善草地的分布區(qū)一致，“熱點”聚集內(nèi)改善草地比例占33.63%；“冷點”分布與退化草地分布一致，但包含了67.12%未變化草地。

可以看出，在2001-2015年，伊犁河谷退化草地呈現(xiàn)“冷點”增強與“熱點”減弱的動態(tài)演變，演變過程與退化草地的時空變化一致；但冷/熱點分析結(jié)果中的“熱點”分布并不代表“高值”(草地改善區(qū))的聚集特征，而是反映了未變化草地的聚集特征，這是由于在2001-2015年伊犁河谷改善草地面積所占比例太小(僅占1.41%)，絕大部分被未變化草地(占52.41%)和退化草地(占46.18%)所占據(jù)，形成的是“退化”與“未變化”的冷熱對比格局；然而在2006-2015年，“熱點”分布區(qū)的33.63%被改善草地的“高值”所占據(jù)，且“冷點”分布區(qū)中“低值”所代表的退化草地的面積比例也有所減少，“冷點”與“熱點”的格局展現(xiàn)的是“退化”與“改善”的對比，冷熱格局特征發(fā)生了轉(zhuǎn)變。由此可以看出，在2006-2015年，伊犁河谷草地的退化特征不僅表現(xiàn)在退化速度有所減小，而且不同于2001-2010年間及2001-2015年間以退化為主的變化趨勢，出現(xiàn)了退化與改善的空間差異，說明以退化為主的單一變化趨勢發(fā)生改變，變化趨勢更為多元。

3.3 伊犁河谷草地退化的海拔分異

伊犁河谷草地退化存在明顯的海拔分異(圖2，圖3)，為探明草地退化隨海拔變化的分異規(guī)律，借助Arcgis 10.2軟件提取研究區(qū)所有像素點海拔高程值及其2001-2010年、2006-2015年及2001-2015年植被覆蓋度變化比例值，并制作3個時期草地植被覆蓋度變化比例隨海拔變化的散點圖(圖4)。不同草地退化等級的邊界線與各海拔高度所對應的植被蓋度變化比例最小值的交點即為該退化等級的臨界海拔高度，各退化等級的臨界海拔高度在不同年份的變化，反映了草地退化隨海拔的時空分異?？梢钥闯觯瑯O重度退化草地在3個時段均處在海拔1 100 m之下，與改善草地的臨界海拔高度相差無幾；而其他等級的臨界海拔高度均有所升高，其中重度退化草地臨界海拔高度由1 250 m擴展到了1 500 m的高度，中度退化草地分布由1 500 m擴展到了2 100 m左右，輕度退化在2001-2010年主體分布在750-2 250 m及3 000-3 500 m，之后擴展到了750-3 600 m的整個范圍。

圖3 伊犁河谷退化草地冷/熱點分布圖Fig. 3 Maps of cold/hot spots of grassland degradation in Yili Valley

隨各退化等級草地臨界海拔高度的提高，各海拔帶內(nèi)退化草地的分布面積也逐步增加。根據(jù)表4中的計算結(jié)果，在低于1 500 m的海拔帶內(nèi)，退化草地總面積由54.13 萬hm2逐步增加到了61.32萬hm2，增加了7.19萬hm2，增加比例為13.28%；在1 500-3 000 m海拔帶內(nèi)，退化草地由23.45萬hm2逐步增加到了76.71萬hm2，面積增加了53.26萬hm2，增加2.27倍，增加面積和比例均遠遠大于海拔1 500 m以下區(qū)域，成為草地退化擴張最明顯的區(qū)域；海拔高度大于3 000 m的區(qū)域，退化草地分布面積雖然較小，但也有大幅度增加，面積由2.99萬hm2增加到了6.22 萬hm2，增加了3.23萬hm2，增加了1.08倍。

4 討論

4.1 NDVI的飽和缺陷對草地退化評價的影響

Gu等[29]和Li等[30]指出，NDVI存在植被高覆蓋區(qū)域容易飽和的不足，使其在作物估產(chǎn)和草地生物量反演等應用時降低估算結(jié)果。基于此，借助于Arcgis 10.2軟件提取研究區(qū)所有像素2001-2015年草地覆蓋度變化比例值及其草地覆蓋度值，利用Excel 2010軟件制作草地退化與草地覆蓋度的關系圖(圖5)，并將植被蓋度按20%、40%、60%和80%的閾值劃分為低覆蓋、中低覆蓋、中覆蓋、中高覆蓋和高覆蓋5個等級，對各退化等級內(nèi)的各覆蓋度等級草地的比例進行統(tǒng)計(表5)，分析草地退化與草地覆蓋度的關系，并探討NDVI的飽和缺陷對草地退化評價的影響。

圖4 2001-2015年草地植被覆蓋度變化比例隨海拔變化散點圖Fig. 4 Scatter diagram of variation in percent of change in grassland vegetation coverage with increasing altitude from 2001 to 2015

表4 2001-2015年不同海拔帶內(nèi)退化草地面積及比例Table 4 Changes of area and percent of degraded grassland at different altitude levels from 2001 to 2015

圖5 草地植被覆蓋度變化比例隨植被覆蓋度變化散點圖Fig. 5 Scatter diagram of variation in percent of changes in grassland vegetation coverage with increasing coverage

可以看出，隨植被覆蓋的提高，草地退化程度逐步降低(圖5)。發(fā)生極重度退化、重度退化和改善草地主要為蓋度小于20%的低覆蓋草地和蓋度為20%～40%的中覆蓋草地，其中，88.41%的極重度退化草地為低覆蓋草地，30.94%和54.48%的重度退化及52.13%和34.75%的改善草地為低和中低覆蓋草地；而發(fā)生輕度退化和未變化草地則主要為蓋度為60%～80%的中高覆蓋草地和蓋度大于80%的高覆蓋草地，其中，輕度退化的30.01%和46.25%為中高和高覆蓋草地，未變化草地的20.94%和68.40%為中高覆蓋草地和高覆蓋草地；發(fā)生中度退化的主要為中低、中覆蓋及中高覆蓋草地，三者的比例分別為35.61%、33.16%和17.18%。草地退化程度隨植被變化的特征表明，相對于覆蓋度高的草地，覆蓋度低的草地退化更為嚴重。

從不同蓋度變化比例的離散程度(圖5)還可以看出，植被蓋度越低，離散程度越高，表明相對于覆蓋度低的草地，覆蓋度高的草地對草地退化的反應較弱。這一方面是由于在等量產(chǎn)草量減少的情況下，覆蓋度高的草地的變化比例小于覆蓋度低的草地的原因，另一方面是由于NDVI的飽和缺陷會使覆蓋度高的草地產(chǎn)草量的減少量不能被完全表達出來而使其退化程度被低估的原因。

綜合上述分析，利用NDVI反演植被覆蓋度對草地退化進行評價的方法會因覆蓋度高的草地對產(chǎn)草量的減少反應弱而使其退化被低估，影響其對植被高覆蓋區(qū)域草地退化評估的靈敏性。

4.2 伊犁河谷草地退化影響因素

水熱條件是影響草地植被生長的決定因素，水熱條件的年際變化必將影響草地植被的生長狀況。通過對伊犁河谷3個國家基準氣象站氣溫和降水量的分析發(fā)現(xiàn)(圖6)，2001-2005年、2006-2010年及2011-2015年這3個時段內(nèi)的平均降水量分別為463.02、422.22及392.37 mm，平均氣溫分別為7.15、7.60及7.05 ℃，降水量呈現(xiàn)持續(xù)減少趨勢，氣溫也有所降低，水熱條件向冷干方向演變，水熱條件的惡化在一定程度上促使了伊犁河谷草地的退化。此外，伊犁河谷高海拔區(qū)降水充沛，而溫度較低，溫度脅迫強于降水脅迫，而低海拔區(qū)則是降水脅迫強于溫度脅迫。根據(jù)3個時段平均溫度和降水的變化(圖6)，相對于2001-2005年，2006-2010年溫度升高而降水減少，水熱條件的變化雖使高海拔區(qū)植被生長條件有所改善，但卻加劇了對低海拔區(qū)植被生長的脅迫，在一定程度上促使了低海拔區(qū)所分布的低覆蓋草地的退化；2011-2015年溫度和降水均有所下降，伊犁河谷全區(qū)植被生長條件惡化，草地退化加劇。

表5 不同覆蓋等級草地中各退化等級比例 Table 5 Percent of each degradation grade at different coverages %

伊犁河谷是我國重要的畜牧生產(chǎn)基地，然而傳統(tǒng)放牧仍在其生產(chǎn)方式中占絕對比例，因此牲畜數(shù)量的增加意味著草地實際載畜量的增加。據(jù)統(tǒng)計，2001-2015年伊犁河谷的牲畜存欄量由1 146.89萬個綿羊單位增加到了1 369.77萬個綿羊單位，15年內(nèi)增加了19.43%(圖7)。據(jù)相關研究[1]，伊犁河谷平均1個綿羊單位的牲畜需要0.52 hm2草地供養(yǎng)，即平均每公頃草地的載畜能力為1.92個綿羊單位，而根據(jù)伊犁河谷2001年和2015年的牲畜存欄數(shù)和草地總面積的計算結(jié)果，2001年伊犁河谷平均每公頃草地實際供養(yǎng)的牲畜量為3.54個綿羊單位(草地總面積按王秀紅等[31]統(tǒng)計的2000年的面積計算，面積為324.40萬hm2)，到2015年時則增加到了4.39個，均遠遠超出了草地的載畜能力。過度放牧與草地退化有直接關系。可見，粗放的畜牧生產(chǎn)方式、牲畜存欄的快速增長以及由此而產(chǎn)生的長期過度放牧是導致伊犁河谷草地退化持續(xù)加劇的主要原因。

此外，中國政府決定從2011年開始在新疆等8個省(區(qū))實施5年一個周期的草原生態(tài)保護補助獎勵機制，對草畜平衡、草原禁牧和牧民生產(chǎn)進行獎勵和補助。基于此項政策，伊犁州在2011-2013年對15.88萬hm2的荒漠類草地和重要水源地實行了禁牧，并對292.73萬hm2草地實行牲畜轉(zhuǎn)移安置，期望實現(xiàn)草畜平衡[32]。禁牧和牲畜轉(zhuǎn)移安置等措施的實施，為草地生態(tài)的恢復創(chuàng)造了有利條件，使得2006-2015年時期相對2001-2010年時期的草地退化面積明顯減小，發(fā)生改善的草地面積也大幅增加。

圖6 2001-2015年伊犁河谷氣溫和降水變化曲線圖Fig. 6 Variation curve for temperature and precipitation in Yili Valley from 2001 to 2015

圖7 2001-2015年伊犁河谷牲畜存欄量變化曲線圖Fig.7 Variation curve for breeding stock in Yili Valley from 2001 to 2015

本研究分析顯示，2006-2015年時期伊犁河谷退化草地的面積明顯縮小，且改善草地的面積大幅增加，然而在此期間伊犁河谷草地載畜壓力并未減輕，而是在加重(圖7)，之所以出現(xiàn)草地載畜壓力增加而草地退化減速的情況，本研究推斷應該是由于草地放牧強度的空間分布發(fā)生變化。得出上述推斷是因為：2011-2015年，草地改善的分布區(qū)主要分布在低海拔的在河谷平原及山前洪基扇區(qū)(圖2中2006-2015年時期圖)，這些區(qū)域分布的主要是荒漠和荒漠草原等低覆蓋類草地，而覆蓋度低的草地對放牧壓力的變化反應敏感，草地的改善只能是因為放牧壓力的減小，因此該區(qū)域植被覆蓋的改善必然是由于此處放牧壓力轉(zhuǎn)移到了別處，即轉(zhuǎn)移到了海拔相對較高的區(qū)域，而海拔相對較高的區(qū)域是山地草甸、草甸草原及溫性草原等高覆蓋草地分布區(qū)，高覆蓋草地植被的NDVI容易飽和，使草地覆蓋度的減少量容易低估產(chǎn)草量的減少量，從而出現(xiàn)在放牧壓力增加的情況下，即使草地產(chǎn)草量明顯減少而植被覆蓋度的減少量卻有限，甚至出現(xiàn)未變的情況，這也與2006-2015年時期與2001-2015年時期草地退化空間分布(圖2)的相對變化一致；2011-2015年時段相對2006-2010年時段草地蓋度未發(fā)生變化的區(qū)域相對于2001-2005年時段卻表現(xiàn)為退化，表明在放牧壓力增加的情況下，草地植被蓋度相對于2006-2010年時段的減少量隨未超過退化標準，表現(xiàn)為未變化，但相對于2001-2005年時段的減少量卻超過退化標準，表現(xiàn)為繼續(xù)退化。

伊犁河谷草地出現(xiàn)放牧壓力增大而草地覆蓋度減少量有限的情況，這也再次驗證了利用NDVI反演植被覆蓋度對草地退化進行評價的方法存在對高植被覆蓋區(qū)域草地退化敏感性弱的缺陷。

5 結(jié)論

本研究利用MODIS NDVI數(shù)據(jù)及像元二分模型，反演植被覆蓋度，對伊犁河谷2001-2015年草地退化的時空變化特征進行了研究。得出如下結(jié)論：

1)2001-2015年伊犁河谷草地呈現(xiàn)持續(xù)退化的趨勢，15年間46.18%的草地發(fā)生不同程度退化，但總體以輕度退化為主；空間上輕度退化草地主要分布在河流兩側(cè)中山和中高山區(qū)，其他退化等級主要分布在河流下游河谷兩側(cè)的洪積平原和低山區(qū)。草地退化速度在2010-2015年時段明顯減緩，位于鞏乃斯河下游南側(cè)及伊犁河全程河谷兩側(cè)洪積平原大面積草地甚至有所改善。

2)冷/熱點分析表明，伊犁河谷草地退化的冷/熱格局由“退化”與“未變化”的對比轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴嘶迸c“改善”的對比，草地退化與改善的空間差異逐漸明顯，以退化為主的單一變化趨勢有所改變。

3)在海拔分異方面，草地退化程度隨海拔增高逐步減小，分布范圍向高海拔區(qū)域逐步擴展。海拔1 500 m以下區(qū)域草地退化以極重度、重度和中度為主，1 500 m以上區(qū)域以輕度為主；低于1 500 m海拔帶內(nèi)退化草地增加13.28%，而1 500-3 000 m海拔帶退化草地增加2.27倍，為伊犁河谷內(nèi)草地退化擴張最明顯的區(qū)域，海拔3 000 m以上的區(qū)域，退化草地分布面積雖然較小，但也增加了1.08倍。

4)不同覆蓋等級的草地的退化特征存在較大差異，隨植被覆蓋度的增加，草地退化程度逐步降低；NDVI的光飽和缺陷以及覆蓋度在高植被覆蓋區(qū)對載畜壓力增加的弱靈敏性限制了通過利用NDVI反演植被覆蓋度來評價草地退化的方法對高植被覆蓋區(qū)草地退化的定量表達。

5)長期過度放牧是導致伊犁河谷草地退化持續(xù)加劇的主要原因，不斷惡化的氣候條件及其波動變化也是促使草地退化的重要因素；草地保護政策的實施為草地恢復提供了有利條件，是草地退化變緩及變化趨勢多元化的主要原因。

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