楊鑫，曹文俠，魚小軍，汪海斌，郝媛媛*

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，甘肅 蘭州730070；2.三江源國家公園黃河源園區(qū)國家公園管理委員會，青海 果洛813599）

草地是我國陸地分布最廣的生態(tài)系統(tǒng)，豐富的草地資源在發(fā)展畜牧業(yè)、生物多樣性和防治水土流失等方面有著極其重要的作用［1］。青海省是長江、黃河和瀾滄江的發(fā)源地，被譽為“中華水塔”，同時也是“世界屋脊”青藏高原的重要組成部分［2］，省內(nèi)高寒草地分布廣泛，生態(tài)脆弱性強，是氣候及環(huán)境變化的敏感區(qū)，在全球氣候變暖及人類干擾的背景下，草地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了顯著變化［3－4］，生態(tài)環(huán)境問題極為突出，引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。研究表明，高海拔高緯度地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)主要表現(xiàn)在植被生長趨勢變化和分布范圍遷移兩方面［5－7］，因此，從多因素及長時間序列探索氣候變化背景下的植被時空演變規(guī)律，對于反映和認(rèn)識青海省及全球區(qū)域陸地植被生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)具有重要意義。

歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation index，NDVI）為開展全球及區(qū)域尺度草地變化研究提供了強有力的支持［8］。眾多學(xué)者基于全球監(jiān)測與模型研究組（global inventor modeling and mapping studies，GIMMS）NDVI、中分辨率成像光譜儀（moderate-resolution imaging spectroradiometer，MODIS）NDVI及地球觀測系統(tǒng)（systeme probatoire d’observation de la terre，SPOT）NDVI等數(shù)據(jù)在青藏高原、塔里木盆地、祁連山等地區(qū)開展了植被時空動態(tài)變化研究。王濤等［9］基于時間分辨率15 d，空間分辨率為5 km的GIMMS NDVI數(shù)據(jù)，在年際尺度上探究了氣溫、降水對青藏高原植被生長的影響，結(jié)果表明1982－2015年其北部水熱條件較差的區(qū)域NDVI呈增加趨勢，相反東南部水熱條件較為充沛的地區(qū)NDVI卻呈顯著降低趨勢。劉唐等［10］以16 d合成的MOD13A1產(chǎn)品為基礎(chǔ)，結(jié)合氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行2000－2010年三江源不同類型天然草地逐年的草場牧草估產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)畝產(chǎn)較高的區(qū)域集中在東南地區(qū)海拔偏低、地勢平坦的濕潤地區(qū)，低值一般出現(xiàn)在西北部海拔較高的寒旱地區(qū)。劉世梁等［11］基于逐旬、分辨率為1 km的SPOT NDVI數(shù)據(jù)，分別在年內(nèi)和年際尺度上探究了阿爾金山國家級自然保護(hù)區(qū)1998－2008年的植被變化趨勢，結(jié)果表明保護(hù)區(qū)內(nèi)植被總體改善，氣溫和降水是影響NDVI的主要因子。趙健赟等［12］利用2000－2014年分辨率1 km的16 d合成MODIS NDVI數(shù)據(jù)，以16 d平均NDVI和年均NDVI為時間單位，對青海省高原植被覆蓋時空變化特征及其主要驅(qū)動因子進(jìn)行了分析和研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其植被覆蓋由東南向西北遞減，降水和人為干擾是主要的影響因素。以上關(guān)于植被生長趨勢的研究大多基于年際尺度，但高寒地區(qū)植被NDVI的變化幾乎同步于氣候變化［13］。因此，高時間分辨率（日、旬和月等）的長時間序列遙感觀測更有助于探索草地植被NDVI的時空動態(tài)變化規(guī)律及其與氣候變化之間的響應(yīng)關(guān)系。

目前，對于青海省草地狀況已有較多研究，且多為年際尺度，年內(nèi)高時間分辨率尤其是日、旬尺度的研究相對較少。此外，青海省草地資源分布廣泛，具有較強的空間異質(zhì)性，空間分辨率過低的遙感數(shù)據(jù)對于研究其草地植被生長動態(tài)還有一定不足。因此，本研究以高時間分辨率、500 m空間分辨率的Terra/MODIS逐日地表反射率數(shù)據(jù)MOD09GA為數(shù)據(jù)源，分別從日、旬、月和年尺度探索了青海省近20年（2000－2019年）草地植被生長的時空動態(tài)變化規(guī)律及其與地形（海拔、坡度和坡向）和氣候（氣溫和降水）因子的關(guān)系，以期為氣候變化背景下青海省乃至青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

青海省位于青藏高原東北部，地理坐標(biāo)89°35′－103°04′E，31°39′－39°19′N，東西長約1200 km，南北寬約800 km，總面積為69.66×104km2，面積于新疆、西藏、內(nèi)蒙古之后，位于中國第4位［14］。省內(nèi)有中國最大的內(nèi)陸咸水湖——青海湖，省會是位于東北部的西寧市。全省平均海拔約3000 m，為典型的高原大陸性氣候，太陽輻射較強，晝夜溫差較大，全年氣溫偏低，降水自西向東逐漸增高且集中在7－9月［15］。地勢西高東低，西北部的柴達(dá)木盆地海拔2700～3500 m，為中國三大內(nèi)陸盆地之一，盆地內(nèi)氣候干旱，降水量低，但礦產(chǎn)資源豐富，被譽為“聚寶盆”［16］；青南高原與西藏自治區(qū)接壤，平均海拔4500 m，受西南暖濕氣流的影響，年降水量從南部的600～700 mm逐漸減至西北部的200 mm以下［17］，雨水和冰雪融水為長江、黃河和瀾滄江的發(fā)源提供了必備的條件，被譽為“三江源”［18］；環(huán)湖及祁連山區(qū)水熱條件較好，分布著大面積的高寒草甸、沼澤濕地和森林資源［19］；東部湟水谷地平均海拔2300 m，年降水量520.3 mm，谷地覆蓋著深厚的黃土層，形成了青海省最主要的農(nóng)區(qū)［20］（圖1）。省內(nèi)草地面積大，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，是中國五大牧區(qū)之一，農(nóng)業(yè)資源主要集中在東部農(nóng)業(yè)區(qū)。下轄西寧市、海東市2個地級市以及玉樹藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州、海北藏族自治州、海南藏族自治州、黃南藏族自治州和果洛藏族自治州6個民族自治州。

圖1 研究區(qū)地理位置及數(shù)字高程模型Fig.1 Location and digital elevation model（DEM）of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

遙感數(shù)據(jù)下載自美國航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）數(shù)據(jù)中心（https：//search.earthdata.nasa.gov/search），2000－2019年全年空間分辨率為500 m，條帶號為h25v05和h26v05的每日地表反射率數(shù)據(jù)MOD09GA，20年共計14329景。通過MRT（MODIS reprojection tools）軟件進(jìn)行影像拼接、投影及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等處理，最終輸出紅光和近紅外波段。

2000－2015年氣溫和降水空間插值數(shù)據(jù)集、青海省數(shù)字高程模型（digital elevation model，DEM）以及行政邊界矢量數(shù)據(jù)，下載自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）。

1.3 研究方法

1.3.1 植被指數(shù)反演 歸一化植被指數(shù)NDVI的計算公式為：

式中：NDVI的值域為［－1，1］；NIR和Red分別表示影像近紅外（841～876 nm）和紅光（620～670 nm）波段的反射率［21］。

1.3.2 最大值合成 最大值合成（maximum value composite，MVC）可以有效地減少云層遮蔽和天氣等因素對于結(jié)果的影響［22］。采用MVC法對逐日NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，分別得到2000－2019年旬（上旬為每個月的前10 d，中旬為第11～20天，下旬為剩下的天數(shù)）、月和年的NDVI柵格圖像。

1.3.3 植被生長狀況等級劃分及分析 NDVI是植被生長狀況的最佳指示因子。當(dāng)NDVI≤0和0＜NDVI≤0.1時，分別代表地面覆蓋類型為雪、水和戈壁、荒漠、裸地等無植被區(qū)；NDVI＞0.1的區(qū)域為植被覆蓋區(qū)。NDVI越小，植被越稀疏，退化程度越高；NDVI越接近1.0，植被長勢越好，退化程度越低。根據(jù)研究需要及參考衛(wèi)亞星等［23］的研究結(jié)果，將青海省的植被生長狀況劃分為冰雪覆蓋、無植被區(qū)、退化草地、普通草地和優(yōu)質(zhì)草地5種類型（表1）。

表1 青海省草地植被生長狀況等級Table 1 Growth status of grassland vegetation in Qinghai Province

1.3.4 植被生長時空變化分析 采用一元回歸趨勢分析法，通過計算年際變化率（SLOPE）和標(biāo)準(zhǔn)差（S）可得到NDVI整體變化趨勢與離散程度，其分別反映植被生長變動的方向和幅度。若SLOPE＜0，則表示NDVI呈減小趨勢，植被生長狀況變差；若SLOPE＞0，則得到相反的結(jié)果；若SLOPE=0，則表示NDVI不變，植被生長穩(wěn)定。S越大，說明NDVI離研究年份的平均值越遠(yuǎn)，年際變化越大；反之，則年際變化越小。其計算公式分別為：

式中：SLOPE表示一元線性方程的回歸斜率；S為標(biāo)準(zhǔn)差；NDVIi表示第i年NDVI的值；----------NDVI表示多年NDVI的平均值；n為監(jiān)測時間段的累積年數(shù)，n=20，i=1，2，……，19，20。

為了更加清晰地討論草地植被生長的時空分布格局，參考楊淑霞等［24］的劃分結(jié)果，將SLOPE劃分為退化（＜－0.01）、輕度退化（－0.01～－0.001）、穩(wěn)定（－0.001～0.001）、輕度改善（0.001～0.01）和改善（＞0.01）5種狀態(tài)，并對青海省各地區(qū)的植被生長狀況進(jìn)行分析。

1.3.5 相關(guān)性分析 1）Pearson相關(guān)分析：Pearson相關(guān)系數(shù)用于分析NDVI與降水和氣溫兩個獨立變量之間的關(guān)系，計算公式為：

式中：Rxy為相關(guān)系數(shù)，值域［－1，1］，絕對值越接近1，相關(guān)性越強，相反則越弱。xp和yp分別是變量x和y的平均值。

2）偏相關(guān)系數(shù)：偏相關(guān)系數(shù)用于分析NDVI、氣溫和降水三者之間任意兩者的關(guān)系，即假定氣溫不變的情況下，NDVI與降水之間的關(guān)系，計算公式為：

式中：rxy·z為假設(shè)變量不變的情況下，x和y之間的偏相關(guān)系數(shù)，以此類推。

2 結(jié)果與分析

2.1 近20年青海省草地植被時空動態(tài)變化特征

2.1.1 逐日變化特征 2000－2019年NDVI逐日變化（圖2）可清晰地反映草地植被生長的總體規(guī)律，20年間青海省及其各地區(qū)植被生長趨勢相對穩(wěn)定，無較大幅度波動。草地植被返青期集中在第120天左右，NDVI在第219天左右達(dá)到峰值，隨后又逐漸減小，直到翌年再次返青。不同區(qū)域年均NDVI差異明顯，其中，東部農(nóng)業(yè)區(qū)（20年平均NDVI為0.177，下同）明顯高于其他地區(qū)，說明該地區(qū)植被生長狀況較好；環(huán)湖及祁連山區(qū)與青南高原較為接近，分別為0.100和0.106；柴達(dá)木盆地僅為0.057，是NDVI最低的地區(qū)。

2.1.2 旬度變化特征 1）全季節(jié)旬度變化特征：2000－2019年各地區(qū)植被NDVI均以2010年為頂點呈現(xiàn)先增后減但整體向好的趨勢（圖3）。2010年以前，植被NDVI呈上升趨勢，最大值出現(xiàn)在2010年7月上旬，均值較2000年提高了17.5%，而后的9年，植被NDVI逐漸減小，但除了青南高原整體上無較大變化外，東部農(nóng)業(yè)區(qū)、柴達(dá)木盆地和環(huán)湖及祁連山區(qū)植被NDVI均高于2000年，以東部農(nóng)業(yè)區(qū)上升幅度最為明顯，20年間增加了0.037，分別為其他兩個地區(qū)的17.67和4.63倍。

圖3 2000-2019年青海省及其各地區(qū)旬度NDVI全季節(jié)動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of ten-days NDVI in various regions of Qinghai Province from 2000 to 2019

2）返青期旬度變化特征：以每年NDVI初次達(dá)到0.3的旬度為返青期進(jìn)行統(tǒng)計（圖4），發(fā)現(xiàn)返青期整體呈現(xiàn)提前的趨勢（柴達(dá)木盆地符合條件的旬度僅占0.38%，故不參與分析）。青海省草地返青期存在東早西遲的格局，東西部返青期分別集中在5月上旬和下旬，相差15 d左右。研究時段內(nèi)東部農(nóng)業(yè)區(qū)保持著返青期提前的趨勢，從2000年的5月中旬提前到了2019年的4月下旬，20年提前了20 d左右。環(huán)湖及祁連山區(qū)植被返青期變化較為穩(wěn)定，多年呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢；青南高原雖在2010年前呈現(xiàn)返青期提前的趨勢，但隨后又逐漸推遲，整體上無較大變化。

圖4 2000-2019年青海省各地區(qū)旬度草地植被返青時間動態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of the start of growning season time of ten-days grassland vegetation in various regions of Qinghai Province from 2000 to 2019

3）生長最大值旬度變化特征：近20年各地區(qū)植被生長旬度NDVI最大值日期呈現(xiàn)推遲且集中的趨勢（圖5）。2012年以前青南高原和環(huán)湖及祁連山區(qū)波動較大，而后的7年，各區(qū)除了波動幅度變小外，同時也表現(xiàn)出了較為一致的波動趨勢。2012年以后各區(qū)NDVI最大值日期集中在7月中旬，其中，東部農(nóng)業(yè)區(qū)和柴達(dá)木盆地表現(xiàn)出了明顯的推遲現(xiàn)象，20年間推遲了10 d左右。

圖5 2000-2019年青海省各地區(qū)草地植被旬度最大值動態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of the ten-days maximum of grassland vegetation in various regions of Qinghai Province from 2000 to 2019

2.1.3 月變化特征 2000－2019年青海省各地區(qū)植被NDVI大于0.5的月份全年占比呈現(xiàn)逐年增大的趨勢（圖6），這表明草地植被越長越好，生長季延長。東部農(nóng)業(yè)區(qū)占比最大，高達(dá)40.77%，其次是青南高原（26.80%）和環(huán)湖及祁連山區(qū)（23.80%），柴達(dá)木盆地的占比最小，僅為2.00%。其中，東部農(nóng)業(yè)區(qū)由于農(nóng)作等原因，NDVI大于0.5的月份常年能夠保持在5個月左右；青南高原和環(huán)湖及祁連山區(qū)2010年以前在1～4個月波動，2010年以后則較為穩(wěn)定，保持在3個月左右；柴達(dá)木盆地20年里僅2000、2007和2011年3年中各有1個月平均NDVI大于0.5，其余年份均沒有大于0.5的月份。

圖6 2000-2019年青海省各地區(qū)優(yōu)良草地月份占比Fig.6 Monthly proportions of fine grassland in various regions of Qinghai Province from 2000 to 2019

2.1.4 年際變化特征 1）空間分布及變化趨勢：青海省各地區(qū)NDVI空間分布及年際變化趨勢均具有明顯的區(qū)域差異性（圖7）。從空間分布來看（圖7a），2000－2019年青海省草地生長質(zhì)量自東南向西北遞減，優(yōu)質(zhì)草地廣泛的分布在東南部，占全省總面積的74.49%，其中，以青南高原占比最大，為48.31%，柴達(dá)木盆地、環(huán)湖及祁連山區(qū)和東部農(nóng)業(yè)區(qū)位列其后，分別占比10.59%、10.55%和5.04%；無植被區(qū)（占比僅0.01%）、退化草地和普通草地集中分布在青海省西北部，其中，所有退化草地（8.35%）均分布在柴達(dá)木盆地，且該區(qū)域普通草地占比也最大，為11.92%，青南高原和環(huán)湖及祁連山區(qū)占比均不足5.00%，分別為3.19%和1.29%。

就年際變化趨勢而言（圖7b），東部農(nóng)業(yè)區(qū)、青南高原東北部和環(huán)湖及祁連山區(qū)的西南部以改善和輕度改善為主，而退化或輕度退化區(qū)域主要位于柴達(dá)木盆地中部、青南高原西北部和環(huán)湖及祁連山區(qū)的北部與南部，全省草地植被退化面積（44.33%）略大于改善面積（42.69%），維持穩(wěn)定面積不足13.00%。分區(qū)域來看（表2），柴達(dá)木盆地退化趨勢最為明顯，超過一半的面積處于退化狀態(tài)，且退化面積高達(dá)27.84%，而維持穩(wěn)定區(qū)域不足6.00%；環(huán)湖及祁連山區(qū)以及青南高原輕度改善面積與輕度退化面積相當(dāng)，均在30.00%左右，退化、穩(wěn)定以及改善的面積差距不大，均在10.00%左右；東部農(nóng)業(yè)區(qū)輕度改善面積最多，達(dá)35.02%，輕度退化面積次之（29.93%），穩(wěn)定面積為27.88%，是4個區(qū)域中最多的，退化和改善面積均不足4.00%，是4個區(qū)域中最少的。

表2 2000-2019年青海省及其各地區(qū)草地植被生長變化趨勢占比Table 2 Grassland change trends in various regions of Qinghai Province from 2000 to 2019（%）

圖7 2000-2019年青海省草地植被分布及NDVI變化趨勢Fig.7 Vegetation distributions and NDVI variation trends in Qinghai Province from 2000 to 2019

2）波動幅度：青海省草地植被變化波動較大的區(qū)域主要分布在青南高原的西北部、環(huán)湖及祁連山區(qū)的西南部和幾乎整個柴達(dá)木盆地（圖8），說明這些地區(qū)植被生長狀況在不同年份間有較大變化，氣候及人為活動較容易對其產(chǎn)生影響。青南高原的東南部、環(huán)湖及祁連山區(qū)和東部農(nóng)業(yè)區(qū)的大部分區(qū)域年際波動較小，草地生長狀態(tài)比較穩(wěn)定，同時這些區(qū)域也是植被生長狀況較好的地區(qū)。結(jié)合NDVI年際變化趨勢可以看出，波動較大的區(qū)域，草地生長狀況有一半處于退化狀態(tài)。

圖8 2000-2019年青海省草地植被NDVI波動幅度Fig.8 Fluctuation ranges of NDVI in Qinghai Province from 2000 to 2019

2.2 青海省草地植被生長的影響因素

2.2.1 地形因素 1）海拔：青海省地形地貌復(fù)雜，海拔落差近5000 m，由于其特殊的高寒環(huán)境，使得草地植被大多分布在海拔3500 m以上的區(qū)域（圖9a，b）。其中，優(yōu)質(zhì)草地面積隨著海拔的升高而增大，高于5000 m后又開始減小，其75.00%以上的面積廣泛分布在青海省東南部3500～5000 m的3個區(qū)間內(nèi)，分別占13.61%、27.14%和35.54%，基本形成了以4500～5000 m為中心的優(yōu)質(zhì)草地對稱分布格局；全省97.44%的退化草地和50.00%以上的普通草地分布在柴達(dá)木盆地周邊海拔小于3500 m的2個區(qū)間內(nèi)，面積占比分別為83.81%、13.64%和32.03%、19.93%，但與退化草地不同，普通草地呈現(xiàn)隨海拔增高先減后增再減的分布狀況。

2）坡度、坡向：草地生長狀況與坡度、坡向的關(guān)系基于草地分布與坡度、坡向的關(guān)系。其中，坡度較小的區(qū)域多分布在海拔較低且植被生長環(huán)境較適宜的區(qū)域，相反，大坡度主要集中在高海拔的山地，生長環(huán)境惡劣且容易發(fā)生水土流失，所以退化、普通及優(yōu)質(zhì)草地的面積在0°～2°的區(qū)域占比最大（圖9c，d），分別為85.77%、63.97%和29.06%，2°～5°（10.94%、20.30%和27.50%）及5°～8°（2.05%、7.12%和16.05%）次之。草地面積則隨著陰坡、陽坡及半陰半陽坡的坡向逐漸減?。▓D9e，f），退化、普通及優(yōu)質(zhì)草地的面積同樣呈此趨勢，其在陰坡的分布占比分別為3.10%、6.38%和25.90%，陽坡（2.76%、5.94%和24.49%）及半陰半陽區(qū)域（1.26%、2.37%和12.90%）次之。

圖9 2000-2019年青海省不同海拔、坡度和坡向分布及各級草地面積Fig.9 Distributions and grassland areas of different altitudes，slopes and aspects in Qinghai Province from 2000 to 2019

2.2.2 氣候因子 1）分布及變化趨勢：青海省2000－2015年降水及氣溫均呈上升趨勢，但氣溫上升趨勢較降水明顯，氣候呈現(xiàn)“暖干化”趨勢（圖10）。其中，年均降水量在45～899 mm，多年平均降水量為397.75 mm，空間上自東南向西北遞減，各地區(qū)差異顯著（圖10a，b）。降水量較少的區(qū)域集中在柴達(dá)木盆地（196.24 mm），其他各地區(qū)均在420 mm以上，最大值出現(xiàn)在2007年，最小值出現(xiàn)在2015年。近16年年均氣溫和多年平均氣溫分別為－13.87～10.27℃和－0.43℃，空間上呈南北低中部高的格局（圖10c，d），低溫區(qū)主要分布在青南高原的西北部（－2.13℃）及祁連山一帶（－0.54℃）的高海拔地區(qū)，相反高溫區(qū)主要集中在柴達(dá)木盆地（1.91℃）及東部農(nóng)業(yè)區(qū)（2.99℃），最大值和最小值分別出現(xiàn)在2006和2000年。

圖10 2000-2015年青海省降水和氣溫分布及其波動情況Fig.10 Distribution and fluctuations of precipitation and temperature in Qinghai Province from 2000 to 2015

2）降水：青海省NDVI與年降水量的相關(guān)系數(shù)和偏相關(guān)系數(shù)分別在－0.78～0.92和－1～1，各地區(qū)差異較為明顯（圖11a，b）。正相關(guān)區(qū)域占青海省總面積的67.84%，且84.67%的區(qū)域分布在青南高原西北部和柴達(dá)木盆地中部，顯著和極顯著相關(guān)面積分別占青海省總面積的8.49%和0.13%，水分成為此區(qū)域草地植被生長的主要限制因子，因此降水在一定程度上的增加會促進(jìn)草地植被的生長；呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域（32.16%）主要分布在東部農(nóng)業(yè)區(qū)及青南高原南部，相反，這些區(qū)域降水的增加在一定程度上會抑制草地植被的生長。

3）氣溫：NDVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)與偏相關(guān)系數(shù)也具有明顯的區(qū)域差異性，范圍分別為－0.89～0.91和－0.86～1.00（圖11c，d）。全省61.08%的面積與其呈正相關(guān)關(guān)系，主要分布在青南高原和柴達(dá)木盆地，其分別占54.15%和27.95%，顯著和極顯著相關(guān)總面積僅為3.31%，不到降水的50%，主要分布在青南高原北部和環(huán)湖及祁連山區(qū)的西北部地區(qū)。

綜合降水和氣溫來看（圖11），青海省草地植被NDVI和降水呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域與氣溫呈正相關(guān)的區(qū)域基本互補，這些區(qū)域主要分布在青海省東南部和柴達(dá)木盆地的中東部地區(qū)，說明這些地區(qū)植被的生長與氣溫有著更為密切的關(guān)系。

圖11 2000-2015年青海省草地植被NDVI與降水和氣溫的相關(guān)及偏相關(guān)性Fig.11 Correlation and partial correlation coefficients between grassland vegetation NDVI and precipitation or temperature in Qinghai Province from 2000 to 2015

3 討論

草地植被生長及空間分布是水土資源、地形地貌、氣候變化及人類活動長期共同作用的結(jié)果［25］，其易受氣溫和降水等因子的影響［26］。近20年來，青海省各地區(qū)植被NDVI均呈正增加趨勢，整體表現(xiàn)出植被返青期提前、最大值日期推后、生長季延長等趨勢，這與代子俊等［27］、趙旺林等［28］和趙雪雁等［29］的研究結(jié)果相似，表明全球氣候變暖以來青海省植被生長整體向好，但自2010年以來，各區(qū)出現(xiàn)了NDVI增幅逐年減小、青南高原返青期及最大值日期推遲的趨勢。同樣，降水量也存在類似趨勢，2010年以前氣溫和降水均呈顯著增加趨勢，而自此以后，在氣溫持續(xù)增加的情況下，降水量增加趨勢卻略顯下降，尤其是柴達(dá)木盆地，2010年后降水量呈顯著下降趨勢，這也很好地說明了草地退化區(qū)域主要集中在青海省西北部的原因。

不同坡向間光照、氣溫及蒸散存在的差異會對草地植被的生長、生物量等產(chǎn)生重要的影響［30］。青海省西北部地形地貌復(fù)雜，退化草地主要分布于此，除了坡向外，高程和坡度對植被生長及分布產(chǎn)生了較大影響。陳建軍等［31］研究發(fā)現(xiàn)，草地退化主要分布在大坡度和高海拔區(qū)域，因為這些區(qū)域土壤基質(zhì)差、保水性低、水土流失嚴(yán)重，且加之高海拔地區(qū)的冰雪覆蓋，限制了植被生長，導(dǎo)致草地退化嚴(yán)重。但研究發(fā)現(xiàn)青海省低海拔和小坡度地區(qū)退化同樣嚴(yán)重，究其原因主要是由于西北部的柴達(dá)木盆地生長環(huán)境及氣候因素導(dǎo)致其植被覆蓋較低［19］，退化較為嚴(yán)重。

2000－2015年，植被NDVI與氣溫、降水呈正相關(guān)的區(qū)域占整個研究區(qū)的60%以上。有研究表明，海拔較高的區(qū)域低溫比降水更能限制植被生長，相反低海拔地區(qū)降水是植被生長的主要限制因子［32］。而在研究時段內(nèi)，青海省草地NDVI與降水的相關(guān)性明顯高于氣溫，且相關(guān)系數(shù)較高的區(qū)域主要集中在青南高原西北部，這表明影響高海拔地區(qū)植被生長的主要限制因子不是氣溫而是降水，Zhang等［33］和Lv等［34］的研究恰好解釋了這一現(xiàn)象，青南高原東南部和西北部的草地生長分別受限于熱量和降水，而在全球氣候變暖的背景下，氣溫升高加重了土壤水分的散失，使草地生長發(fā)育受到阻礙，氣候的“暖干化”在一定程度上顯著影響著草地植被的生長。

Yang等［35］基于青藏高原2000－2004年高寒草地地上生物量數(shù)據(jù)和同期增強型指數(shù)，探究了植被生長空間分布與氣溫和降水的關(guān)系，結(jié)果表明草地地上生物量的增加與降水有更高的相關(guān)性，干旱區(qū)氣候“暖干化”的影響會導(dǎo)致生物量與氣溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，本研究結(jié)果與其相類似，自2010年以后，氣候由“暖濕化”逐漸向“暖干化”過度，這使得青海省半干旱地區(qū)的植被NDVI受到氣溫升高的抑制而導(dǎo)致增長量又逐漸減小，若未來氣溫和降水繼續(xù)呈不同步增長的態(tài)勢，則青海省植被NDVI可能會呈負(fù)增長趨勢。

4 結(jié)論

1）2000－2019年青海省植被NDVI逐日變化趨勢較為穩(wěn)定，無較大波動，植被返青生長集中在第120天左右，NDVI于第219天左右達(dá)到峰值，隨后下降，直到翌年再次返青；各地區(qū)20年平均NDVI以東部農(nóng)業(yè)區(qū)最好，為0.177，其次是青南高原（0.106）、環(huán)湖及祁連山區(qū)（0.100）及柴達(dá)木盆地（0.057）。

2）旬際尺度上，NDVI波動以2010年為頂點，呈先增后減但整體向好的趨勢，上升趨勢尤以東部農(nóng)業(yè)區(qū)最為明顯，20年間上升了0.037，分別是柴達(dá)木盆地和環(huán)湖及祁連山區(qū)的17.67和4.63倍，青南高原整體無較大變化；同時還表現(xiàn)出返青期提前、最大值日期集中且推后的勢態(tài)，東部農(nóng)業(yè)區(qū)返青期提前了20 d左右，最大值日期同柴達(dá)木盆地均推遲10 d左右，環(huán)湖及祁連山區(qū)和青南高原整體均無較大變化。

3）2000－2019年青海省NDVI大于0.5的月份全年占比呈逐年增大的趨勢，表明草地植被長勢變好，生長期延長。其中，東部農(nóng)業(yè)區(qū)占比最大，為40.77%，其次是青南高原（26.80%）、環(huán)湖及祁連山區(qū)（23.80%）和柴達(dá)木盆地（2.00%）。

4）青海省草地植被多年平均NDVI呈從西北向東南逐漸升高的趨勢，草地植被退化面積（44.33%）略大于改善面積（42.69%），穩(wěn)定面積不足13.00%。柴達(dá)木盆地及周邊草地植被變化波動最大，盆地內(nèi)超過50.00%的面積處于退化狀態(tài)，是全省退化面積最大的區(qū)域，環(huán)湖及祁連山區(qū)和青南高原草地變化狀況較為一致，改善面積均大于退化面積，東部農(nóng)業(yè)區(qū)改善情況最佳，面積高達(dá)35.02%。

5）青海省草地生長質(zhì)量自東南向西北遞減，草地植被大多分布在海拔3500 m以上的區(qū)域。優(yōu)質(zhì)草地占全省總面積的74.49%，廣泛分布在青海省東南部海拔3500～5000 m的3個區(qū)間內(nèi)，形成了以4500～5000 m為中心的優(yōu)質(zhì)草地對稱分布格局。退化草地和普通草地集中分布在青海省西北部海拔小于3500 m的兩個區(qū)間內(nèi)，分別占83.81%、13.64%和32.03%、19.93%，與退化草地面積隨海拔增高而減小趨勢不同的是，普通草地面積呈隨海拔增高先減后增再減的分布狀況。各級草地面積隨著坡度的增大及陰坡→陽坡→半陰半陽的坡向變化而逐漸減小。

6）2000－2015年青海省降水及氣溫均呈上升趨勢，且氣溫較降水明顯，氣候呈現(xiàn)“暖干化”。降水量和氣溫分別呈自東南向西北遞減和南北低中部高的格局，其呈正相關(guān)的區(qū)域分別占全省總面積的67.84%和61.08%，植被生長與降水有著更高的相關(guān)性。