疏勒河流域生態演變的驅動機制研究

齊敬輝 葉晨曦 韓杰

摘 要：驅動機制研究是全球變化研究的重要內容，也是理論研究指導實踐活動的關鍵環節。基于植被指數、氣候水文及社會經濟數據，利用回歸分析法，對疏勒河流域近三十多年來的生態演變驅動機制進行研究。結果顯示，疏勒河上游植被變化主要受年均地溫、年降水量、高溫日數、強降水日數和大風日數影響，前三者起正向作用，后兩者起負向作用，其中年均地溫和年降水量的作用程度最高。中下游自然植被變化主要受耕地面積、年降水量和強降水日數等作用，其中耕地面積的作用程度最大，年均地溫和年積溫在局部地區起作用。

關鍵詞：生態演變;疏勒河流域;驅動機制;植被變化

中圖分類號：F2 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.25.012

驅動機制通常指某種現象發生的影響要素及機理。生態演變的驅動機制研究是生態研究的重要內容，也是生態研究指導實踐活動中的關鍵環節。生態演變的驅動力包括自然和人文因素兩方面，自然因素主要指氣候變動、地形地貌、植物演替等，人文因素包括人口變化、技術進步、經濟增長等方面。20世紀80年代以來，在全球變化和人類活動綜合作用下，疏勒河流域出現了濕地萎縮、植被退化、土地沙漠化加重等生態問題。鑒于此，本文基于植被指數、氣候水文及社會經濟數據，利用相關數理模型，對疏勒河流域近三十多年來的生態演變驅動機制進行分析，以期為流域綜合管理提供決策支持。

1 疏勒河流域植被年際變化特征

疏勒河上游和中下游植被變化都表現出明顯的階段性特征，上游地區在1982～2004年間呈劇烈波動性變化特征，線性增長率為-0.02%/a，2004年以后呈快速增加趨勢，線性增長率為0.20%/a。中下游地區植被變化可以分為三個階段，1982～1994年為緩慢增長階段，線性增長率為0.09%/a;1994～2005年為波段下降階段，線性增長率為-0.05%/a;2005年以來為快速增長階段，線性增長率為0.20%/a。

將疏勒河中下游植被分為耕地和自然植被，分別進行分析。疏勒河中下游自然植被變化可分為兩個階段，1982～2005年間為波動變化期，其線性增長率為-0.005%/a，2005～2015年間為快速增長期，線性增長率為0.08%/a。耕地變化大致分為三個階段，1982～1994和2005～2015年間為快速增加期，線性增長率分別為0.17%/a和0.33%/a;1994～2005為快速下降期，其線性增長率為-0.10%/a。由此可見，耕地的變化趨勢和中下游植被整體變化軌跡是一致的。

2 疏勒河流域生態演變的驅動機制

結合疏勒河流域的實際情況，我們認為疏勒河上游植被變化主要受自然因素影響，本文選擇氣溫、降水量、日照時數、風速、蒸發量和空氣相對濕度等6種氣候因子12個指標進行分析。中下游植被變化除了上述指標外，還包括水文、人口、農業生產等方面的12個指標（如表1）。

2.1 上游生態演變的影響因素分析

利用SPSS軟件，以1986～2015年疏勒河上游歷年植被生長季NDVI均值為因變量，以表1中X1～X12為自變量，進行多重線性回歸分析，自變量篩選方法我們選擇后退法，變量的移除標準為F的概率大于或等于0.1，結果如表2所示。

由表可知，在12個自然要素指標中，對上游植被變化起作用且通過顯著性檢驗的只有5個，分別為年均地溫、年高溫日數、年降水量、3～10月強降水日數和3～10月大風日數，此時回歸模型達到最優。年均地溫、年高溫日數和年降水量對植被生長都具有正向作用，它們對NDVI貢獻值分別為1.1331、0.6712和1.1028，可以看出年均地溫和年降水量的貢獻旗鼓相當，說明了近30年來氣溫上升和降水增加對上游植被生長具有促進作用。3～10月強降水日數和3～10月大風日數對上游植被生長都具有負向作用，它們對NDVI的貢獻值分別為-0.8336和-0.3806。

2.2 中下游生態演變的影響因素分析

以1986～2015年敦煌、瓜州、玉門三縣市的歷年植被生長季NDVI均值為因變量，以表1中X1～X24為自變量，進行多重線性回歸分析，自變量篩選方法采用后退法，變量的移除標準為F的概率大于或等于0.1，結果如表3～表5。

從表可知，24個驅動要素指標對三縣市植被變化的作用程度及顯著性是各不相同的，其中年降水量、3～10月強降水日數和耕地面積對三個縣市自然植被生長都具有統計學意義上的正向作用。三縣市年降水量對植被生長的平均貢獻值為0.4369（標準化值），3～10月強降水日數的平均貢獻值為0.4361（標準化值），耕地面積的貢獻最大，其平均回歸系數為2.1565（標準化值）。特別是玉門市，其耕地對自然植被生長的貢獻值達到3.6947（標準化值），該地區是疏勒河農業移民開發工程的重點實施區域，在過去二十多年中，耕地面積急劇增加，農業灌溉用水也不斷增長，這對于生長在其周邊的自然植被而言，無疑是有利的，因而耕地面積擴張對其周邊自然植被生長的貢獻具有正向性。同樣，糧食作物播種面積對NDVI也具有正向作用，其對瓜州和玉門自然植被生長貢獻值分別為0.6477和0.2183。年均風速對自然植被生長具有負向作用，其對敦煌市植被生長的貢獻為-0.3140。出山徑流量與植被變化是同向的，其對敦煌和瓜州植被生長貢獻分別為0.1791和0.4138，對玉門市NDVI的貢獻不顯著。年均地表溫度對NDVI變化具有正向作用，其對瓜州自然植被生長貢獻值為0.8494，但年積溫對其具有反向作用，其對瓜州和玉門的NDVI貢獻值分別為-1.2620和-0.5378。年高溫日數、年均空氣濕度、3～10月日照時數和農業人口對植被生長都有正向作用，但是這種作用并不總是顯著的。

總體而言，雖然對疏勒河中下游三縣市自然植被變化具有顯著性驅動作用的要素不盡相同，但降水和耕地面積變化的正向驅動作用是共同的，耕地面積擴張對區域自然植被生長的正向溢出效應是非常明顯且具有統計學意義的。年降水量對中下游自然植被生長具有顯著促進作用，特別是強降水日數，在敦煌市和玉門市，其作用程度已然超過降水總量。上游出山徑流量應當對中下游自然植被生長產生很顯著的影響，但回歸分析結果顯示，該作用并不是十分明顯，且僅在敦煌和瓜州兩縣市是顯著的，這可能是由于地表徑流被人為控制后，天然徑流過程被破壞，擾亂了自然植被對水文變化的響應。

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