植被生態(tài)對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)
——以陜西省榆林能源化工基地為例

張茂省，盧娜

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安， 710054

內(nèi)容提要：全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)雙重作用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文以國(guó)家級(jí)榆林能源化工基地為研究區(qū)，以MODIS遙感數(shù)據(jù)為依據(jù)，以歸一化差值植被指數(shù)NDVI為參數(shù)，研究了植被生態(tài)的時(shí)空分布規(guī)律，分析了植被生態(tài)與降水、地貌、地下水、包氣帶巖性等自然條件的關(guān)系，揭示了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被生態(tài)正負(fù)兩方面的影響。研究結(jié)果表明，自然條件控制著植被生態(tài)的格局，植被生態(tài)具有明顯的水平分帶性，由東南向西北，隨著降水量的減少、蒸發(fā)量和干燥度的增加，植被狀況由好變差；2000年以來(lái)區(qū)內(nèi)植被狀況總體呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，其中71.22%的區(qū)域好轉(zhuǎn)，28.43% 的區(qū)域基本維持不變，0.35%的區(qū)域退化。植被生態(tài)對(duì)氣候變化尤其是降水量的年際變化具有敏感的響應(yīng)，煤炭和地下水資源開(kāi)采等人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被生態(tài)總體上造成負(fù)面影響，退耕還林(草)、限耕禁牧政策的實(shí)施是研究區(qū)植被生態(tài)總體呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢(shì)的根本原因。

全球氣候變化和強(qiáng)烈的人類(lèi)活動(dòng)正在深刻地改變著植被生態(tài)的狀況，深入研究氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被生態(tài)的影響對(duì)于適應(yīng)氣候變化、規(guī)范人類(lèi)活動(dòng)、指導(dǎo)生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要的意義。

全球氣候變化是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。已在許多地區(qū)觀測(cè)到降水量自1901年以來(lái)存在長(zhǎng)期趨勢(shì)。在北美和南美東部、歐洲北部、亞洲北部和中部，觀測(cè)到降水量顯著增加，強(qiáng)降水事件發(fā)生的頻率有所上升，并與增暖和觀測(cè)到的大氣水汽含量增加相一致。在薩赫勒、地中海、非洲南部、亞洲南部部分地區(qū)，已觀測(cè)到降水量的減少，出現(xiàn)干旱，自1970年代以來(lái)，在更大范圍地區(qū)，尤其是在熱帶和亞熱帶，觀測(cè)到強(qiáng)度更強(qiáng)、持續(xù)更長(zhǎng)的干旱。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)植被變化進(jìn)行了廣泛研究，研究發(fā)現(xiàn)，北半球40°～70°N之間地區(qū)歸一化差值植被指數(shù)有顯著增加的趨勢(shì)(Zhou L M et al.,2001)，且植被對(duì)氣候變化的響應(yīng)往往表現(xiàn)出一定的滯后效應(yīng)(Braswell et al.,1997；Ringrose et al.,2002)。國(guó)內(nèi)研究針對(duì)黃河流域較多，研究發(fā)現(xiàn)黃河流域植被覆蓋近20多年來(lái)有增加的趨勢(shì)(孫睿等，2001；楊勝天等，2002；李春暉和楊志峰，2004；鄧朝平等，2006；劉綠柳和肖風(fēng)勁，2006)；從年際變化看，黃河流域NDVI和降水明顯相關(guān)(孫睿等，2001；李春暉和楊志峰，2004)，降水對(duì)草原的影響最為顯著，而對(duì)森林和農(nóng)業(yè)灌區(qū)的影響較小(孫睿等，2001；劉綠柳和肖風(fēng)勁，2006)。黃土高原地區(qū)自1981年以來(lái)植被覆蓋波動(dòng)上升，降水變化是植被覆蓋變化的重要原因(周洪建等，2009)，陜北長(zhǎng)城沿線風(fēng)沙區(qū)植被覆蓋的變化呈現(xiàn)相同的規(guī)律，且氣候影響因素相同，非氣候因素中生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)措施是引起植被明顯增加的主要原因(張茂省等，2008)。針對(duì)其他地區(qū)植被與氣候變化的關(guān)系也做了大量研究(張學(xué)霞等，2004；于小飛等，2006；陳懷亮等，2009；鄭有飛等，2009；李明財(cái)?shù)龋?009)。在人類(lèi)活動(dòng)方面研究最為廣泛的是地下水的開(kāi)發(fā)對(duì)植被變化影響(孫憲春等，2008；楊澤元等，2007；湯夢(mèng)玲等，2001；陳亞寧和李衛(wèi)紅，2003；鄭丹等，2005)，其他人類(lèi)活動(dòng)研究較少。

本文選取涉及毛烏素沙地和陜北黃土高原兩大地貌單元、生態(tài)環(huán)境脆弱、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和土地開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)烈的國(guó)家級(jí)榆林能源化工基地為研究區(qū)。首先，以MODIS遙感數(shù)據(jù)為依據(jù)，以歸一化植被指數(shù)NDVI為參數(shù)，研究植被覆蓋度的空間分布規(guī)律及其2000年以來(lái)的變化趨勢(shì)；第二，分析降水量、蒸發(fā)量等主要?dú)夂蛞蜃拥目臻g分布規(guī)律，探索植被指數(shù)與主要?dú)夂蛞蜃拥年P(guān)系，并分析了地形地貌、地下水位、土壤、包氣帶結(jié)構(gòu)等其他自然條件對(duì)植被的控制作用；第三，研究礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)、地下水開(kāi)發(fā)等人類(lèi)活動(dòng)，以及退耕還林(草)、禁止放牧、植樹(shù)造林等生態(tài)建設(shè)措施對(duì)植被覆蓋度及其變化的正負(fù)兩方面影響。

1 研究區(qū)概況

陜西省榆林市位于陜西省最北端，地理坐標(biāo)為東經(jīng)107°28′～111°15′，北緯36°57′～39°35′。東臨黃河與山西相望，西連寧夏、甘肅，北鄰內(nèi)蒙，南接本省延安市(圖1)。大體以長(zhǎng)城為界，北部為沙漠高原，屬風(fēng)沙灘地地貌，占全市總面積的42%；南部為黃土高原，屬黃土丘陵溝壑地貌，占全市總面積的58%。

圖 1 陜西榆林交通位置圖Fig. 1 Map of Yulin area, Shaanxi Province

研究區(qū)屬歐亞大陸溫帶草原生態(tài)系統(tǒng), 半干旱區(qū)旱生的地帶性植被控制著區(qū)內(nèi)植被生態(tài)的格局，僅在潛水埋深較小的局地存在濕生和中生植物。天然植被分布具有明顯的水平分帶，由東南向西北，隨著降水量的減少、蒸發(fā)量和干燥度的增加，植被也相應(yīng)地從森林草原逐漸向干草原過(guò)渡。

森林草原分布在長(zhǎng)城以南沙蓋黃土丘陵區(qū)，具有明顯的草原化特征。代表類(lèi)型有以白沙蒿、檸條、黃蒿為主的植物群落區(qū)以及以地椒等為主的植物群落區(qū)和以鐵桿蒿、黃蒿、羊厭厭為主的植物群落區(qū)等等。

長(zhǎng)城以北是典型草原的分布區(qū)。主要有以沙蓬、沙竹為主的植物群落區(qū)以及以黑沙蒿、白沙蒿、牛心卜、臭柏、沙柳為主的植物群落區(qū)和以白刺、寸草、蘆草、沙柳為主的植物群落區(qū)。典型草原區(qū)隱域性的植被發(fā)達(dá)。長(zhǎng)城以北的毛烏素沙地腹地由流動(dòng)沙丘，平緩沙地，半固定、固定沙丘地組成。沙丘間分布著大小不等的濕灘地和干灘地，也夾雜著裸露的黃土硬地。沙地因基質(zhì)松散，影響地帶性植被的發(fā)育，形成沙生植被景觀。灘地發(fā)育著草甸、鹽生草甸、沼澤草甸及沼澤化灌叢植被類(lèi)型。流動(dòng)沙丘發(fā)育以沙米、沙竹為主的植物群落，主要群叢有沙竹群叢、沙米群叢。固定和半固定沙地發(fā)育以黑沙蒿、白沙蒿、沙柳等為主的植物群落，主要群叢有黑沙蒿群叢、白沙蒿群叢、沙棘群叢、踏郎群叢、花棒群叢。湖盆鹽堿灘地發(fā)育以白刺、寸草、沙柳為主的植被群落，主要植物群叢有蘆葦群叢、甘草群叢、白刺群叢。

隨著飛播造林、人工造林等措施的實(shí)行，區(qū)內(nèi)人工植被分布也較廣，主要有楊樹(shù)、旱柳、槐樹(shù)、杏樹(shù)、桃樹(shù)等喬木以及檸條、紫穗槐等灌木。

2 數(shù)據(jù)與方法

選用NASA全球共享的MODIS—NDVI標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集對(duì)研究區(qū)植被覆蓋及演化進(jìn)行研究。據(jù)野外勘查，該地區(qū)植被生長(zhǎng)旺盛時(shí)間為7 ～10月上旬，因此采用了2000～2009年每年第177～288天的數(shù)據(jù)，共70期。

對(duì)70期數(shù)據(jù)以時(shí)間序列數(shù)為自變量，以每一個(gè)像元點(diǎn)的NDVI值為因變量，點(diǎn)繪曲線。NDVI呈現(xiàn)出上下波動(dòng)，但總體上還表現(xiàn)出上升、下降或者基本不變的3種趨勢(shì)。通過(guò)最小二乘法對(duì)時(shí)間序列的NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合可得到一條趨勢(shì)線。當(dāng)線性擬合得到回歸方程的斜率為正值(SLOPE>0)時(shí)，說(shuō)明像元表征區(qū)域在此10年間植被覆蓋度總體處于增大狀態(tài)(圖2a)；當(dāng)直線斜率為負(fù)值(SLOPE<0)時(shí)，說(shuō)明像元表征區(qū)域在此10年間植被覆蓋度總體處于降低狀態(tài)(圖2b)；當(dāng)直線斜率接近零(SLOPE≈0)時(shí)，說(shuō)明像元表征區(qū)域在此10年間植被覆蓋度處于基本沒(méi)有變化的狀態(tài)(圖2c)。

圖 2 陜西榆林10年間植被指數(shù)線性回歸分析示意圖Fig. 2 The diagram of linear regression analysis of NDVI in 10 years in Yulin area, Shaanxi

3 研究結(jié)果

3.1 植被生態(tài)的空間分布規(guī)律

將榆林市2009年第177～288天的7期NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，基本表征該年秋季的植被覆蓋狀況，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。整體而言，全市大部分區(qū)域植被指數(shù)均在0.2以上。植被指數(shù)小于0.4的區(qū)域主要集中在西北風(fēng)沙灘地區(qū)，而植被指數(shù)大于0.4的高覆蓋區(qū)域主要集中在風(fēng)沙灘地內(nèi)的靖邊縣梁鎮(zhèn)—東坑一帶以及東南部的吳堡、綏德、清澗、子洲、米脂等縣。64%的研究區(qū)植被指數(shù)大于0.4，植被覆蓋狀況良好。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)沙灘地區(qū)植被指數(shù)主要在0.17～0.4之間，占整個(gè)風(fēng)沙灘地面積的78%左右；黃土丘陵區(qū)植被指數(shù)主要在0.27～0.5之間，約占黃土區(qū)面積的94%。東部黃土丘陵區(qū)植被覆蓋狀況優(yōu)于西部風(fēng)沙灘地區(qū)。

圖 3 陜西榆林市2009年秋季NDVI分布圖Fig. 3 The distribution of NDVI mean in Yulin area, Shaanxi，autumn of 2009Ⅰ—風(fēng)沙地貌區(qū)；Ⅱ—黃土地貌區(qū)Ⅰ—sandy area；Ⅱ—loess area

3.2 植被生態(tài)的演化規(guī)律

利用MODIS—NDVI數(shù)據(jù)計(jì)算的研究區(qū)內(nèi)近10年來(lái)植被變化趨勢(shì)(SLOPE值)空間分布情況如圖4所示。從圖中可以比較直觀地看出，植被狀態(tài)有變好趨勢(shì)的區(qū)域在研究區(qū)內(nèi)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，黃土丘陵地區(qū)植被變好趨勢(shì)優(yōu)于風(fēng)沙灘地區(qū)?；揪S持原狀趨勢(shì)的區(qū)域所占比例比較小，略有退化趨勢(shì)的區(qū)域面積很小，基本未發(fā)生變化的區(qū)域主要分布在榆陽(yáng)區(qū)和神木縣的風(fēng)沙灘地區(qū)及定邊縣的南部山區(qū)，而植被狀態(tài)退化地區(qū)主要分布在河谷地帶。

整個(gè)研究區(qū)內(nèi)2000～2009年NDVI變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果在表1列出。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：近10年來(lái)區(qū)內(nèi)約71%的區(qū)域地表植被狀況有變好的發(fā)展趨勢(shì)；基本維持不變區(qū)域占總面積的28.43%；呈現(xiàn)退化趨勢(shì)的區(qū)域僅占總面積的0.35%。整體而言植被生長(zhǎng)發(fā)育狀況朝變好的趨勢(shì)發(fā)展。

圖 4 陜西榆林2000～2009年植被指數(shù)變化趨勢(shì)Fig. 4 The distribution of NDVI trends in Yulin area, Shaanxi，2000～2009 Ⅰ—風(fēng)沙地貌區(qū)；Ⅱ—黃土地貌區(qū)Ⅰ—sandy area；Ⅱ—loess area

按表1所列的SLOPE范圍標(biāo)準(zhǔn)對(duì)風(fēng)沙灘地區(qū)和黃土丘陵區(qū)分區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖5所示。黃土丘陵區(qū)82%的區(qū)域植被有變好趨勢(shì)，比西部風(fēng)沙灘地區(qū)大。風(fēng)沙灘地區(qū)植被狀態(tài)比較穩(wěn)定的區(qū)域與變好的區(qū)域約各占49%。兩區(qū)有退化趨勢(shì)的區(qū)域所占百分比都較小。

圖 5 陜西榆林線性回歸斜率(SLOPE)分區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig. 5 Linear regression slope statistical results in Yulin area, Shaanxi(a) —風(fēng)沙區(qū)；(b)—黃土區(qū)(a)—sandy area；(b)—loess area

4 問(wèn)題和討論

4.1 自然條件對(duì)植被的控制作用

4.1.1 氣候條件

區(qū)內(nèi)降水量自東南向西北遞減，蒸發(fā)量自東南向西北遞增，干燥度與降雨量、蒸發(fā)量有關(guān)，由東南向西北遞增(圖6)。受氣候條件的控制，研究區(qū)植被以溫帶草原植被為主，是整個(gè)歐亞草原區(qū)的一部分。在研究區(qū)內(nèi)由西北向東南選取4個(gè)樣本區(qū)，各樣本區(qū)的蒸發(fā)量、干燥度及降水量參數(shù)見(jiàn)表2，各樣本區(qū)的植被指數(shù)均值見(jiàn)圖7。由表2和圖7可以看出，隨著降雨量的增大，蒸發(fā)量和干燥系數(shù)的降低，植被指數(shù)逐漸增大。

4.1.2 地貌條件

不同地貌類(lèi)型對(duì)應(yīng)不同的植被指數(shù)分布，并表現(xiàn)出明顯的規(guī)律(圖8)。首先，同一地貌類(lèi)型并非對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的植被指數(shù)，而是從0.1～0.5之間幾乎都有分布。其次，不同地貌類(lèi)型對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，以縱軸植被指數(shù)比率為例，0.2以上對(duì)應(yīng)的橫軸植被指數(shù)區(qū)間依次是：沙地為0.13～0.25，沙蓋黃土為0.15～0.27，灘地為0.24～0.36，河床、漫灘為0.28～0.37，植被的生長(zhǎng)狀況依次由差變好。再次，沙地和沙蓋黃土區(qū)植被指數(shù)普遍較低，主要集中在0.15～0.27之間，植被指數(shù)高的區(qū)間所占比重很小；灘地和河漫灘植被指數(shù)則明顯較高，灘地區(qū)主要集中在0.23～0.37之間，河漫灘區(qū)總體較高，區(qū)間更寬，并且植被指數(shù)大于0.35的區(qū)間仍占約10%比重。

4.1.3 地下水位

地下水埋深是影響地表生態(tài)環(huán)境的決定性因素。根據(jù)野外調(diào)查，當(dāng)?shù)叵滤宦裆?1.2m時(shí)，植物根系可直接延伸到地下水面附近吸收地下水，水分供給十分充足，植被生長(zhǎng)旺盛；但局部地區(qū)由于潛水蒸發(fā)強(qiáng)烈，地表發(fā)生輕微鹽漬化，支持喜水耐鹽的草本植物的生存。當(dāng)?shù)叵滤宦裆顬?.2～3.8m時(shí)，水分供給充足，植被長(zhǎng)勢(shì)良好，地表不會(huì)出現(xiàn)鹽漬化。當(dāng)?shù)叵滤宦裆顬?.8～8.0m時(shí)，水分供給不足，植物生長(zhǎng)出現(xiàn)脅迫。當(dāng)?shù)叵滤宦裆顬?8.0m時(shí)，水分供給滿足不了植被的生長(zhǎng)，植物生長(zhǎng)很差，隨著植被蓋度的降低，易導(dǎo)致固定、半固定沙地活化。

統(tǒng)計(jì)不同潛水埋深區(qū)間與植被指數(shù)NDVI之間的關(guān)系，結(jié)果表明，不同潛水埋深區(qū)間分別對(duì)應(yīng)不同的植被指數(shù)分布，并表現(xiàn)出明顯的關(guān)系(圖9)。首先，同一潛水埋深區(qū)間內(nèi)并非對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的植被指數(shù)，而是從0.1～0.5之間幾乎都有分布。其次，不同潛水埋深區(qū)間對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，以0.2以上的植被指數(shù)比率為例，對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)區(qū)間依次是：1.2～3.8m區(qū)間為0.13～0.24，大于8m區(qū)間為0.15～0.27，3.8～8m區(qū)間為0.17～0.26，0～0.2m區(qū)間為0.24～0.32，1.2～3.8m區(qū)間為0.24～0.36，植被的生長(zhǎng)狀況依次由差變好。再次，0.2～1.2m區(qū)間植被指數(shù)高，主要集中在0.20～0.35之間，植被指數(shù)低的區(qū)間所占比重很??；大于1.2m的幾個(gè)埋深區(qū)間對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)則明顯較低，多小于0.25，小于0.2m區(qū)間對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)總體較高，區(qū)間較寬，但植被指數(shù)小于0.20的區(qū)間仍占約20%比重。

圖 6 陜西榆林主要?dú)夂蛞蜃涌臻g分布Fig. 6 The distribution of main climate factors in Yulin area, Shaanxi

4.1.4 包氣帶巖性及巖性結(jié)構(gòu)

包氣帶巖性決定著土壤基質(zhì)吸力和毛細(xì)上升高度，區(qū)內(nèi)毛細(xì)上升高度一般在0.8～1.20m之間，最大可達(dá)1.50m左右。土壤基質(zhì)決定土壤持水度和地下水毛細(xì)上升高度，從而通過(guò)土壤含水量和含鹽量影響到植被生存狀況。

圖 7 陜西榆林不同氣候參數(shù)區(qū)植被指數(shù)分布Fig. 7 The distribution of NDVI in different climate parameter regions in Yulin area, Shaanxi

區(qū)內(nèi)包氣帶巖性結(jié)構(gòu)可歸納為4種類(lèi)型：?jiǎn)螌狱S土結(jié)構(gòu)、上部為風(fēng)積沙下部為黃土結(jié)構(gòu)、上部為風(fēng)積沙下部為薩拉烏蘇組結(jié)構(gòu)以及粘性土與沙互層結(jié)構(gòu)。單層黃土結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為侏羅系基底—中更新統(tǒng)黃土—上更新統(tǒng)黃土的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種包氣帶巖性結(jié)構(gòu)和地貌類(lèi)型不利于大氣降水入滲與涵養(yǎng)，植被長(zhǎng)勢(shì)較差。上部為風(fēng)積沙下部為黃土結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為在侏羅系基底上沉積了中更新統(tǒng)黃土—全新統(tǒng)風(fēng)積沙，這種結(jié)構(gòu)有利于大氣降水的入滲和上層滯水的形成，植被長(zhǎng)勢(shì)良好。上部為風(fēng)積沙下部為薩拉烏蘇組結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為在侏羅系基底上沉積了中更新統(tǒng)黃土—上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組沖湖積層—全新統(tǒng)風(fēng)積沙，這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)極易接受大氣降水的補(bǔ)給和涵養(yǎng)，植被長(zhǎng)勢(shì)良好。粘性土與沙互層結(jié)構(gòu)分布于河谷、湖群高平原、灘地，這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)易接受大氣降水的補(bǔ)給和涵養(yǎng)，地下水位埋深淺，以喜水的草本植物和沙生植物沙柳灌叢為主，植被長(zhǎng)勢(shì)旺盛。

圖 8 陜西榆林不同地貌類(lèi)型對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)分布曲線Fig. 8 The distribution of NDVI for different physiognomy in Yulin area, Shaanxi

圖 9 陜西榆林不同潛水埋深對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)分布曲線Fig. 9 The distribution of NDVI for different groundwater depth in Yulin area, Shaanxi

4.2 植被生態(tài)對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)

4.2.1 氣候變化的植被生態(tài)響應(yīng)

圖 10 陜西榆林靖邊縣(a)和橫山縣(b)降水量年際變化曲線Fig. 10 The precipitation interannual variation curve in Jingbian Country(a) and Hengshan Country(b), Yulin area, Shaanxi

圖 11 陜西榆林韓家峁地區(qū)降水量及植被指數(shù)變化曲線Fig. 11 The variation curve of precipitation and NDVI in Hanjiamao, Yulin area, Shaanxi

研究區(qū)內(nèi)降水是影響植被的最主要?dú)夂蛞蜃?，因此主要分析降水變化的植被生態(tài)響應(yīng)。近年來(lái)榆林市降水量呈平穩(wěn)波動(dòng)狀態(tài)，總體呈略微上升趨勢(shì)(圖10)。圖11為韓家峁水文站年降水量的變化及該地區(qū)植被指數(shù)的變化曲線。1999～2002年，降水量呈上升趨勢(shì)，植被指數(shù)也隨之呈現(xiàn)增大趨勢(shì)；2002年以后降水量略下降，并呈現(xiàn)小幅波動(dòng)，植被指數(shù)隨著降水量的波動(dòng)也出現(xiàn)小幅波動(dòng)，與降水量的變化趨勢(shì)一致。說(shuō)明植被對(duì)降水量具有明顯的響應(yīng)，隨著降水量的變化，植被指數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的變化。

4.2.2 采煤對(duì)植被生態(tài)的影響

以大柳塔煤炭開(kāi)采區(qū)和相鄰的條件相近的非開(kāi)采區(qū)(位置見(jiàn)圖4)進(jìn)行對(duì)比，研究采煤對(duì)植被生態(tài)環(huán)境的影響程度。2000年以來(lái)，無(wú)論是煤炭開(kāi)采區(qū)還是非開(kāi)采區(qū)，植被覆蓋狀況總體上以好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)為主，僅少部分呈現(xiàn)退化的趨勢(shì)。盡管在大柳塔礦區(qū)植被覆蓋總體上也呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，但與未開(kāi)采的對(duì)比區(qū)相比，其植被生態(tài)好轉(zhuǎn)的區(qū)域所占的比例明顯較小，而植被生態(tài)變差的區(qū)域所占的比例明顯較大，說(shuō)明礦區(qū)煤炭資源的開(kāi)采對(duì)植被生態(tài)造成負(fù)面影響。

圖 12 陜西榆林敏感性分區(qū)圖Fig. 12 Zoning map of sensitivity in Yulin area, Shaanxi

圖 13 陜西榆林禿尾河源區(qū)植被指數(shù)分布Fig. 13 The distribution of NDVI in source area of Tuwei River, Yulin area, Shaanxi(a) 2009年；(b) 2002年 (a) AD 2009；(b) AD 2002

采煤對(duì)植被生態(tài)的影響程度可以通過(guò)與對(duì)比區(qū)的差值來(lái)量化。分別統(tǒng)計(jì)大柳塔礦區(qū)與對(duì)比區(qū)植被變化狀況的面積及其所占的百分比，計(jì)算二者的差值，得到量化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表3)。計(jì)算結(jié)果可以解釋為，由于煤炭資源開(kāi)采導(dǎo)致植被生態(tài)明顯惡化和輕度惡化的面積分別較非采區(qū)多0.65%和17.51%，使得植被生態(tài)本應(yīng)好轉(zhuǎn)的區(qū)域少18.42%。

4.2.3 地下水開(kāi)采對(duì)植被生態(tài)的影響

根據(jù)植被指數(shù)與地下水關(guān)系的研究方法(張茂省等，2008)，依據(jù)植被生態(tài)對(duì)地下水位變化的敏感性將全區(qū)劃分為非敏感區(qū)和敏感區(qū)。敏感區(qū)根據(jù)敏感程度可進(jìn)一步劃分為一級(jí)敏感區(qū)、二級(jí)敏感區(qū)、三級(jí)敏感區(qū)(圖12)。非敏感區(qū)為潛水埋深大于8.0m的沙地沙梁和黃土丘陵區(qū)，植被生長(zhǎng)基本與地下水無(wú)關(guān)，主要靠降水維持，開(kāi)采地下水一般不會(huì)引起植被生態(tài)退化。一級(jí)敏感區(qū)為水位埋深小于1.2m的區(qū)域，該區(qū)植被根系可以充分吸取地下水，地下水位下降可以產(chǎn)生植物群落向旱生群落演替，多樣性減少。但該區(qū)也是鹽堿化土地分布區(qū)，地下水位下降使鹽堿化土地的植被生態(tài)條件好轉(zhuǎn)。因此，開(kāi)采地下水對(duì)該區(qū)植被生態(tài)條件的影響具有正、負(fù)生態(tài)效應(yīng)。二級(jí)敏感區(qū)為水位埋深1.2～3.8m的區(qū)域，地下水位下降將使?jié)裆椭猩参镩L(zhǎng)勢(shì)受到抑制，生態(tài)環(huán)境向旱生植物方向變化。三級(jí)敏感區(qū)為水位埋深3.8～8.0m的區(qū)域，植物生長(zhǎng)對(duì)地下水的依賴程度比較弱，但是在包氣帶沒(méi)有粘性土夾層的區(qū)域，地下水位下降可以產(chǎn)生土壤含水量在旱季不能得到保障的問(wèn)題，使植物群落向旱生群落演替，該區(qū)開(kāi)采地下水將引起局部植被由中生植物群落演替為旱生植物群落。

4.2.4 生態(tài)環(huán)境建設(shè)的植被生態(tài)響應(yīng)

在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，榆林市重視生態(tài)恢復(fù)和建設(shè)，從1999年開(kāi)始開(kāi)展大規(guī)模的治沙治土、造林綠化、改善生態(tài)的活動(dòng)，生態(tài)環(huán)境建設(shè)取得了顯著成效，林草覆蓋率有了顯著提高。以禿尾河源頭地區(qū)為例，該地區(qū)自2002年開(kāi)始進(jìn)行植樹(shù)治沙工程，到2009年已取得明顯效果，共治理沙地近20萬(wàn)畝，植被覆蓋率45%左右(圖13)。其中13(a)為該地區(qū)2009年植被指數(shù)分布情況，13(b)為2002年植被指數(shù)分布情況。各植被指數(shù)區(qū)間所占面積比例統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。由圖表中可以看到，2002年到2009年間，植被指數(shù)<0.2的面積明顯減少，說(shuō)明裸地或植被覆蓋極低的面積大量減少，而植被指數(shù)較高的面積有所增加。

在大柳塔礦區(qū)，由于人工綠化等使得植被生態(tài)明顯好轉(zhuǎn)的區(qū)域較非采區(qū)多了0.26%(表3)。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)整體上植被覆蓋狀況較好，64%的區(qū)域植被指數(shù)大于0.4。東部黃土丘陵區(qū)植被覆蓋狀況優(yōu)于西部風(fēng)沙灘地區(qū)；近10年來(lái)研究區(qū)內(nèi)約71%的區(qū)域地表植被狀況有變好的發(fā)展趨勢(shì)，約28.43%的面積維持不變，有退化趨勢(shì)的區(qū)域面積僅占0.33%。整體而言植被生長(zhǎng)發(fā)育狀況朝變好的趨勢(shì)發(fā)展。

(2)氣候條件控制了區(qū)內(nèi)植被的主要類(lèi)型，且隨著降雨量的增大、蒸發(fā)量和干燥系數(shù)的降低，植被指數(shù)逐漸增大。而地貌類(lèi)型、地下水位埋深、土壤類(lèi)型、包氣帶結(jié)構(gòu)等條件控制了局部的植被類(lèi)型分布。氣候變化直接影響植被生態(tài)的變化，尤其是植被指數(shù)對(duì)降水量的年際變化具有敏感的響應(yīng)，植被指數(shù)與降水量的變化趨勢(shì)一致。說(shuō)明植被對(duì)降水具有明顯的響應(yīng)，降水量增大或減小，植被覆蓋相應(yīng)的變好或變差。

(3)煤炭和地下水資源開(kāi)采等人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被生態(tài)總體上造成負(fù)面影響，在不同敏感區(qū)資源開(kāi)采對(duì)植被生態(tài)的影響程度不同。在非敏感區(qū)對(duì)地表植被生態(tài)造成影響甚微；在一級(jí)敏感區(qū)對(duì)植被生態(tài)具有正、負(fù)效應(yīng)；在二級(jí)敏感區(qū)使植被向旱生植物方向變化；在三級(jí)敏感區(qū)使局部中生植物向旱生植物演替。

(4)退耕還林(草)、禁止放牧、植樹(shù)造林等生態(tài)建設(shè)措施對(duì)植被的恢復(fù)有顯著的效果。1999年以來(lái)，榆林市裸地或植被覆蓋極低的面積大量減少，而植被指數(shù)較高的面積明顯增加。