基于近20年MODIS NDVI日數(shù)據(jù)的青海省草地資源動態(tài)監(jiān)測及其對環(huán)境因子的響應

楊鑫，曹文俠，魚小軍，汪海斌，郝媛媛*

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，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，引起了科學界的廣泛關注。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，結合氣溫和降水數(shù)據(jù)進行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)，分別在年內和年際尺度上探究了阿爾金山國家級自然保護區(qū)1998－2008年的植被變化趨勢，結果表明保護區(qū)內植被總體改善，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動因子進行了分析和研究，結果發(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關系。

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、內蒙古之后，位于中國第4位［14］。省內有中國最大的內陸咸水湖——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，西北部的柴達木盆地海拔2700～3500 m，為中國三大內陸盆地之一，盆地內氣候干旱，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）。省內草地面積大，畜牧業(yè)發(fā)達，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）軟件進行影像拼接、投影及數(shù)據(jù)格式轉換等處理，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)，下載自中國科學院資源環(huán)境科學數(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果的影響［22］。采用MVC法對逐日NDVI數(shù)據(jù)進行合成，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）和標準差（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，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為標準差；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)的植被生長狀況進行分析。

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

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

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

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

2 結果與分析

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初次達到0.3的旬度為返青期進行統(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量自東南向西北遞減，優(yōu)質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，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，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木盆地周邊海拔小于3500 m的2個區(qū)間內，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、坡向的關系基于草地分布與坡度、坡向的關系。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小（圖9e，f），退化、普通及優(yōu)質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與年降水量的相關系數(shù)和偏相關系數(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木盆地中部，顯著和極顯著相關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草地植被的生長；呈負相關的區(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與氣溫的相關系數(shù)與偏相關系數(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關系，主要分布在青南高原和柴達木盆地，其分別占54.15%和27.95%，顯著和極顯著相關總面積僅為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和降水呈負相關的區(qū)域與氣溫呈正相關的區(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系。

圖11 2000-2015年青海省草地植被NDVI與降水和氣溫的相關及偏相關性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)域土壤基質差、保水性低、水土流失嚴重，且加之高海拔地區(qū)的冰雪覆蓋，限制了植被生長，導致草地退化嚴重。但研究發(fā)現(xiàn)青海省低海拔和小坡度地區(qū)退化同樣嚴重，究其原因主要是由于西北部的柴達木盆地生長環(huán)境及氣候因素導致其植被覆蓋較低［19］，退化較為嚴重。

2000－2015年，植被NDVI與氣溫、降水呈正相關的區(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，青海省草地NDVI與降水的相關性明顯高于氣溫，且相關系數(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系，結果表明草地地上生物量的增加與降水有更高的相關性，干旱區(qū)氣候“暖干化”的影響會導致生物量與氣溫呈負相關關系，本研究結果與其相類似，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可能會呈負增長趨勢。

4 結論

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%。柴達木盆地及周邊草地植被變化波動最大，盆地內超過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35.02%。

5）青海省草地生長質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，形成了以4500～5000 m為中心的優(yōu)質草地對稱分布格局。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，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性。