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历史上被誉为“绿色走廊”的塔里木河下游,自从20世纪50年代以来,由于受到人类活动影响,特别是塔里木河下游断流,自然植被大量死亡,导致塔里木河两侧的塔克拉玛干和库鲁克两大沙漠有合拢之势,“绿色走廊”受到严重威胁。为挽救沿岸植被,抑制沙漠化,2000年经国家水利部批准,塔里木河流域管理局实施大西海子水库向塔里木河下游输送生态用水的应急方案。截至2010年,先后共完成了十次生态输水,沿岸植被得到了恢复。本研究以1999年实施生态输水的前一年为背景,以生态输水主河道为中心线,向两侧建立12km的缓冲带,并剔除该范围内的人工植被,以此作为研究区,利用时间序列的LandSat TM/ETM+遥感数据,研究了生态输水后植被恢复过程与变化趋势。
本研究主要内容包括:⑴基于1999~2010年间9期Landsat TM/ETM+数据,根据各年的SAVI值来提取植被类型信息,建立9年的植被/非植被类型图;根据该序列图,构建了研究区9年间的变化轨迹,并按照变化轨迹的生态学意义将其归纳为:恒定非植被、恒定植被、转变为植被、转变为非植被、非稳定变化5种变化趋势类型。⑵基于ArcGIS9.3软件,以输水河道为中心线,建立距河道0-2、2-4、4-6、6-8、8-10、10-12km的缓冲带,分别赋为Zone1、Zone2、Zone3、Zone4、Zone5、Zone6。从整个研究区与各缓冲区,来统计与分析5种变化趋势类型的空间分布特征及植被组成。⑶利用景观生态学原理,将每种变化趋势类型分别看作一种类型,选取了适合研究区的5种景观指数:斑块类型百分比,PLAND(%);散布与并列指数,(IJI);面积加权平均斑块分维指数,(FRAC AM);斑块个数,(NP);归一化景观形状指数,(NLSI),分析植被变化轨迹的空间格局差异。实现了从景观生态学的角度来定量分析和评价生态输水后植被景观格局的变化。⑷将上述分析结果与生态输水资料结合,来分析植被恢复的具体过程与发展趋势、5种变化轨迹的分布区域与植被组成,进而反馈生态输水量、输水时间和输水方式对植被恢复的效果。
本研究主要结论有:①生态输水后,2010年比1999年恢复植被面积达192.37km2,表明生态输水对植被恢复起到了重要作用。该过程分为两个阶段:1999-2005年整体上处于增加的趋势;2006-2010年整体上处于减少的趋势。②经过统计发现,恒定非植被面积最大,占整个研究区域的73.66%:其次是转变为植被类型,占13.95%,而恒定植被、转变为非植被与非稳定变化分别占了6.06%、4.46%、1.87%。表明生态输水后,植被正处于恢复的趋势。从空间分布上分析,随着离河道距离的增加,恒定非植被类型比重处于增加趋势,其余4种类型的变化趋势与恒定非植被类型相反,均处于减小趋势。除恒定非植被以外,其余4种变化类型主要集中在0-2km的近河道区域,以恒定植被最为显著,表明了近河道区域是植被对生态输水响应最敏感的区域。③从景观指数分析结果来看,恒定非植被的比重最大,PLAND为73.66%,表明非植被类型是研究区的基质,其次是转变为非植被的比重,13.95%,说明9年间植被的恢复程度要强于衰退程度;转变为植被与非稳定变化两种类型受生态输水量、分布的制约严重;各种变化轨迹类型的形状规则、较为稳定,其中以恒定非植被类型最稳定而非稳定变化类型最不稳定。④针对6个缓冲带的分析结果,主要表现为:越远离河道,五种类型斑块个数NP均处于减小趋势,表明近河道地区是植被变化为明显的地区;越远离河道,转变为植被类型的NLSI增大,变得越分散,表明植被恢复主要发生在近河道地区。实践证明,利用景观格局指数对植被恢复过程进行定量分析是客观评价应急生态输水生态效益并为今后进行生态输水的时空配置提供科学依据的有效方法之一。