2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度和草地退化时空变化特征

范君 颜安 李靖言 卢前成 孙萌

范 君，顏 安，李靖言，等. 2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度和草地退化时空变化特征［J］. 湖北农业科学，2024，63（2）：178-188．

摘要：以2000—2020年Landsat NDVI序列数据为数据源，利用时空分析及统计分析的方法，探讨了北疆地区草地植被覆盖度时空变化特征、草地退化时空变化特征，并从气候和人类活动2方面对北疆地区草地退化的驱动力进行分析。结果表明，从草地植被覆盖度时空变化看，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度整体呈增加趋势；北疆地区北部生态系统更脆弱，易受气候变化和人类活动的影响；北疆地区草地在阳坡草地植被覆盖度相对较高，草地植被覆盖度较高的区域主要位于地形位置指数较高、水热条件相对较好的山地，草地植被覆盖度较低的区域主要位于相对缺水、干旱的沙漠边缘等地区。从草地退化时空变化特征看，2000—2020年北疆地区各草地退化等级发生了明显的转移，主要表现为轻度退化、中度退化向未退化草地的转移及重度退化向轻度退化转移，表明北疆地区草地退化现象进一步好转。北疆地区草地退化是气候变化和人类活动共同作用的结果，其中降水量是主要气候因素。

关键词：Landsat NDVI；草地植被覆盖度；草地退化；时空变化；北疆地区

中图分类号：S812         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）02-0178-11

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.028 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

The spatiotemporal variation characteristics of grassland vegetation coverage and grassland degradation in northern Xinjiang from 2000 to 2020

FAN Jun， YAN An， LI Jing-yan， LU Qian-cheng， SUN Meng

（College of Resources and Environment， Xinjiang Agricultural University， Urumqi  830052， China）

Abstract： Using Landsat NDVI sequence data from 2000 to 2020 as the data source， this paper used spatiotemporal and statistical analysis methods to explore the spatiotemporal variation characteristics of grassland vegetation coverage and grassland degradation in northern Xinjiang. The driving forces of grassland degradation in Northern Xinjiang were analyzed from two aspects： climate and human activities. The results showed that from the spatiotemporal changes of grassland vegetation coverage， the overall trend of grassland vegetation coverage in Northern Xinjiang from 2000 to 2020 was increasing；the ecosystem in the Northern part of Xinjiang was more fragile and susceptible to the impacts of climate change and human activities；the grassland in the Northern Xinjiang region had a relatively high grassland vegetation coverage on the sunny slope. The areas with a high grassland vegetation coverage were mainly located in mountainous areas with high terrain index and relatively good water and thermal conditions. The areas with a low grassland vegetation coverage were mainly located in areas such as relatively water scarce and arid desert edges. From the spatiotemporal variation characteristics of grassland degradation， there was a significant shift in the levels of grassland degradation in Northern Xinjiang from 2000 to 2020， mainly manifested as the transition from mild and moderate degradation to non degraded grassland， and from severe degradation to mild degradation， indicating that the phenomenon of grassland degradation in Northern Xinjiang had further improved. Grassland degradation in Northern Xinjiang was the result of the combined effects of climate change and human activities， with precipitation being the main climate factor.

Key words： Landsat NDVI； grassland vegetation coverage； grassland degradation； spatiotemporal variation； Northern Xinjiang

新疆地处中国西北边陲，是中国五大牧区之一，拥有丰富的草地资源^［1，2］，草地面积为5.6×10⁷hm²，占全国总草地面积的14.6%，位居全国第三，生态经济价值较高。中国是草地退化最严重的国家之一，约有90%的草地发生了不同程度的退化^［3，4］。据统计，中国草地退化面积以每年2.00×10⁴km²的速度增加，退化的草地主要分布在西北和北方干旱、半干旱草原区和高原草原区^［5］。通过遥感技术得到草地退化植被序列数据，对植被的时间序列数据进行分析并计算相关指标来反映和评价区域草地退化的程度^［6］。如何从根本上控制草地生态系统恶化已成为草地恢复和持续利用的关键，鉴于此，本研究分析北疆地区草地退化情况，定量分析草地退化驱动力，对于北疆地区合理利用和保护草地资源、促进草地生态的可持续发展有着重要的意义。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

北疆地区位于天山北部，地处43°23′—49°10′N，79°57′—91°32′E（图1），包括乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、北屯市、昌吉回族自治州、伊犁哈萨克自治州、阿勒泰地区、塔城地区、博尔塔拉蒙古自治州等地区^［7］。北疆以准噶尔盆地为中心，北部为阿尔泰山，南部为天山，地势西高东低。北疆是新疆草地的主要分布区，从平原到高山，地貌、土壤和气候条件都大不相同，因此形成了多种草地类型，根据植被群落特征划分为荒漠、草原、草甸、沼泽，类型丰富度全国第一，境内高山的强烈隆升作用造就了北疆草地类型的垂直地带性特征，也决定了北疆草地资源的利用和开发具有显著的地带性^［8，9］。

1.2 数据来源及预处理

2000—2020年Landsat NDVI时间序列数据来源于谷歌地球引擎云平台（https：//code.earthengine.google.com/），该数据以Landsat TM/OLI影像为数据源，空间分辨率为30 m×30 m，并且经过了大气校正、辐射校正和图像增强等预处理。根据美国地质调查局（United states geological survey，USGS）介绍，所有一级Landsat卫星数据具有一致性，可以用于时间序列分析。由于年最大合成植被指数能很好地反映当年植被覆盖状况，因此本研究采用最大合成法得到北疆地区每年最大NDVI，用于分析北疆地區21年来草地植被覆盖度的年际变化。将下载的影像在ArcGIS Pro中进行裁剪，得到2000—2020年北疆地区每年的最大合成NDVI数据。气象数据来源于国家地球系统科学数据中心（http：//www.geodata.cn/），对所有年份气象栅格数据进行重采样、重投影等操作进行行列号的对齐与坐标系对齐，最后利用北疆地区矢量数据进行裁剪，得到北疆地区年降水量、年均温度的空间分布数据。土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心提供的植被类型分布图。社会经济数据来源于2000—2020年《新疆统计年鉴》。

1.3 研究方法

1.3.1 像元二分模型 从北疆遥感图像（Landsat）中提取NDVI（像元二分法）计算植被覆盖度（FVC）。植被覆盖度是反映草地资源是否发生退化的直接指标^［10］，由于植被覆盖度与NDVI存在极显著线性相关关系，因此利用最大合成NDVI数据，采用像元二分模型估算植被覆盖度^［11］。根据像元二分模型，1个像元NDVI的信息一般由绿色植被所贡献的信息和裸地覆盖所贡献的信息2部分组成，计算公式如下^［12］：

式中，FVC表示植被覆盖度；NDVI_soil表示裸地覆盖的NDVI；NDVI_veg表示绿色植被覆盖的NDVI。将研究区的年均植被覆盖度分为低、中低、中、中高、高5级^［13］，对应的植被覆盖度分别为0%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%^［14］。

1.3.2 草地退化分级标准 将北疆草地植被覆盖度情况分为2000—2007年、2008—2016年、2017—2020年3个阶段，按照草地退化分级标准，将各期草地分为未退化、轻度退化、中度退化、重度退化。再将3期草地退化数据进行退化等级转移矩阵操作，共2个阶段，通过正逆向转移趋势，对北疆草地退化空间转移趋势进行分析，研究北疆草地退化时空动态变化。

遥感监测草地退化评价指标的选取既要考虑遥感原理和数据特点，也要坚持科学性、可行性、针对性的原则^［10］。本研究参照中国国家标准GB 1977—2003《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》^［15］，将研究初期同区域同类型草地的未退化草地植被特征作为草地退化评定基准^［5］，旨在研究进入21世纪后北疆草地变化，将2000年北疆地区草地植被特征作为未退化草地的基准。以草地植被覆盖度作为草地退化分级指标^［16］，利用相对减少率（V）进行草地退化等级的划分。计算公式如下^［17］：

式中，X_i表示草地植被覆盖度在i时期的监测值；X_a表示草地植被覆盖度退化评价的基准。其退化分级标准如表1所示。

在此基础上，选用草地退化指数（Grassland degradation index，GDI）判断并监测北疆地区整体的草地退化情况，计算公式如下^［16］：

式中，GDI为草地退化指数；D_i为草地退化等级i的评分；A_i为草地退化等级i的分布面积；A为研究区草地总面积^［18］。其草地退化评价指标如表2所示。

1.3.3 偏相关分析 相关分析是地理要素之间关系密切程度研究的常用方法^［19］，用来衡量2个要素之间的相关程度，而地理系统是多要素相互作用的复杂系统，1个要素的变化必然会引起其他要素的变化，因此在研究2个要素之间的相关程度时^［20］，需要控制其他要素的影响，可以采用偏相关分析的方法进行分析。偏相关分析是指当2个变量同时与第三个变量相关时，剔除第三个变量的影响，只分析这2个变量间相关程度的统计方法^［21］。本研究采用偏相关分析法研究年均气温、年降水量与草地植被覆盖度的关系，计算公式如下^［21］：

式中，R_xy?s表示固定自变量s后自变量x与因变量y的偏相关系数；R_xy、R_xs、R_ys分别为x与y、x与s、y与s之间的相关系数，其中R_xy的计算公式如下：

1.3.4 多元回归残差分析 残差分析常用于分离气候因素和人类活动对植被生长影响的综合影响率。为了区分人类活动和气候因素对北疆地区草地植被覆盖度变化的影响，本研究采用多元回归残差分析方法研究人类活动和气候变化对草地植被覆盖度变化的影响及相对贡献。该方法主要有以下3个步骤：①基于草地植被覆盖度、气温和降水量时间序列数据，以FVC为因变量、以气温和降水量为自变量，建立二元线性回归模型，计算模型中的各项参数；②基于气温和降水量数据及回归模型的参数，计算得到FVC的预测值（FVC_CC），用来表示气候因素对草地植被覆盖度的影响；③计算FVC观测值（FVC_obs）与FVC_CC之间的差值，即FVC残差（FVC_HA），用来表示人类活动对草地植被覆盖度的影响。计算公式如下^［22］：

FVC_CC=a×T+b×P+c          （6）

FVC_HA=FVC_obs-FVC_CC（6）

式中，FVC_CC和FVC_obs分别表示基于回归模型的FVC预测值和基于遥感影像的FVC观测值；a、b和c为模型参数；T和P分别指生长季平均气温和累计降水量，单位分别为℃和mm；FVC_HA为残差。

通过残差年际趋势变化可以得到人类活动对草地覆盖变化的相对作用，若残差年际变化趋势大于0，表明人类活动对草地植被覆盖度变化产生积极作用，人类活动对草地植被覆盖度变化正作用增强；如果年际变化趋势小于0，则产生消极作用，人类活动对草地植被覆盖度变化负作用增强。若残差随时间序列无明显变化，则认为观测到的草地植被覆盖度变化是由于气候因素造成的；若残差趋势变化显著，则认为人类活动造成草地植被覆盖度变化^［15］，并采用t检验法进行显著性检验。

1.3.5 变异系数分析 变异系数可以显示草地变化的波动程度。变异系数越小，表明波动越小，稳定程度越高；变异系数越大，稳定程度越低^［23］，計算公式如下^［14］：

式中，c为变异系数；d_i为第i年的草地植被覆盖度；d为2000—2020年草地植被覆盖度均值；n为年数。

1.3.6 趋势线分析 趋势线分析可以对每个像元的变化趋势进行模拟，反映不同时期地理要素变化趋势的空间特征。该方法与差值法相比，消除了研究时期内端点年份偶发异常因素的影响，在长时间序列植被覆盖的演化趋势上更科学^［24］。本研究利用趋势线分析法来模拟北疆地区2000—2020年草地植被覆盖度变化趋势，计算公式如下^［5］：

式中，n为研究时段的累计年数；i为年序号，取值范围为1～20；C_i为第i年草地年最大合成NDVI后计算的草地植被覆盖度；slope是趋势线的斜率，如果slope>0，表明草地植被覆盖度呈上升趋势，数值越大，增加趋势越明显，slope越小，降低趋势越明显。本研究采用t检验法进行显著性检验，根据检验结果将变化趋势分为显著上升（slope>0，P≤0.05）、无显著变化（slope>0，P≥0.05；slope<0，P≥0.05）；显著下降（slope<0，P≤0.05）3种类型。

1.3.7 地形位置指数 地形是重要的自然因子之一，对气温、降水等均会造成影响，地表景观分布、土地利用变化等往往与地形存在一定的相关关系。本研究使用地形位置指数（Topographic position index，TPI）来对植被、土地利用类型等的影响进行定量研究，计算公式如下^［25］：

通过计算发现，高海拔、陡坡度的地形位置指数高，低海拔、缓坡度的地形位置指数小。高海拔、缓坡度或者低海拔、陡坡度的地形位置指数中等。因此可以使用地形位置指数综合分析海拔、坡度对植被的影响。

2 结果与分析

2.1 草地植被覆盖度空间分布及变化

2.1.1 草地植被覆盖度时间变化特征 草地植被覆盖度变化能直观反映区域草地植被生长状况的变化^［26］。因此本研究基于2000—2020年北疆地区草地NDVI数据，利用像元二分模型计算北疆地区逐年草地植被覆盖度。北疆地区年均草地植被覆盖度的时间变化如图2所示，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度呈波动上升趋势，多年草地植被覆盖度平均值为45.21%，草地植被覆盖度最大值出现在2016年，为52.57%，草地植被覆盖度最小值出现在2008年，为40.12%。在21年间北疆地区草地植被覆盖度出现3个明显的变化阶段，2000—2007年草地植被覆盖度呈波动变化趋势，出现2个波峰和1个波谷，2002、2007年为较大值年份，而2006年为较小值年份；2008—2016年北疆地区草地植被覆盖度呈增加趋势，草地植被覆盖度为40.12%～52.57%。2017—2020年北疆地区的草地植被覆盖度呈快速减少趋势，草地植被覆盖度为44.31%～50.21%。

2.1.2 草地植被覆盖度空间分布特征 由图3可知，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度分布具有明显的空间分异特征，整体呈四周高中间低的分布特征。草地植被覆盖度高值区主要分布于阿尔泰山、天山北坡及伊犁河谷两侧，该地区受山地迎风坡影响，降水量较多，水热条件较好，草地植被覆盖度较高；草地植被覆盖度低值区主要分布于准噶尔盆地边缘，该地区受水热条件影响，草地植被生长较差，以荒漠草原为主。将2000—2020年北疆草地植被覆盖度进行等级划分，结果显示，草地植被覆盖度在0%～20%的低覆盖面积占草地总面积的14%，主要位于准噶尔盆地边缘及毗邻东疆的地区；草地植被覆盖度在20%～40%的中低覆盖区面积占草地总面积的31%，主要位于盆地边缘向草原地区过渡位置；草地植被覆盖度在40%～60%的中覆盖区面积占草地总面积的21%，主要位于天山山麓与准噶尔盆地毗邻处及艾比湖、伊犁河四周；草地植被覆盖度在60%～80%的中高覆盖区面积占草地总面积的18%，草地植被覆盖度在80%～100%的高覆盖区面积占草地总面积的16%，主要位于阿尔泰山和天山山麓一带。

2.1.3 草地植被覆盖度空间变化特征 北疆地区草地植被覆盖度变化趋势空间分布如图4所示，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度变化趋势整体不显著，局部地区草地变化趋势显著。草地植被覆盖度变化趋势显著上升的区域主要分布于北疆地区的西南部；西部和北部局部地区草地植被覆盖度呈显著下降趋势。总体来看，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度呈整体改善、局部退化的变化特征，可能是由于中国政府决定从2011年开始在新疆等8个省（区）实施5年1个周期的草原生态保护补助奖励机制，对草畜平衡、草原禁牧和牧民生产进行奖励和补助^［12］。

对北疆地区草地植被覆盖度不同变化趋势的区域面积进行统计（表3），北疆地区草地植被覆盖度呈显著上升的区域面积为35 953.33 km²，占北疆地区草地总面积的10.38%；无显著变化的区域面积为277 681.70 km²，占北疆地区草地总面积的80.13%，显著下降的区域面积为32 902.54 km²，占北疆地区草地总面积的9.49%；总体来看，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度呈显著上升的区域明显大于显著下降的区域，草地植被生长状况有所改善。

北疆地区草地植被覆盖度变异系数的空间分布如图5所示，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度变异系数年际波动程度空间分布差异明显。极稳定和稳定区域面积占草地总面积的87.18%，不稳定区域面积占草地总面积的12.82%；总体来看，北疆地区草地植被覆盖度变异系数多为0～0.5，整体比较稳定，表明草地生态系统处于稳定状态。与草地植被覆盖度空间分布相比，变异较小的区域主要位于北疆地区草地植被生长状况较好的山脉，而变异较大的区域主要分布于北疆地区草地植被生长较差的准噶尔盆地周边地區，表明草地植被覆盖度越高的地区变异越小，稳定性越强，反之草地植被覆盖度越低的地区变异越大，稳定性弱，生态系统较脆弱，易受气候变化和人类活动的影响，应重点关注该地区草地生态系统的恢复和环境保护。

2.1.4 不同地形下的草地植被覆盖度分布情况 不同地形下草地植被覆盖度的情况也不相同，本研究利用DEM数据研究北疆草地植被覆盖度在不同坡向和不同地形位置植被覆盖度的情况。根据北疆不同坡向分布（图6）可以看出，除平坡外，其他坡向的草地面积基本相同，其中阳坡草场集中分布于北疆地区的西部，阴坡则集中分布在天山北坡地区。由表4可知，在低覆盖度区中阴坡、半阴坡的草地面积比阳坡、半阳坡大，在高覆盖度区阳坡、半阳坡的草地面积比阴坡、半阴坡大，表明北疆地区阳坡、半阳坡的草地植被覆盖度相对较高。

为了分析北疆地区草地植被覆盖度与地形位置（图7）之间的关系，将草地植被覆盖度与地形位置指数进行拟合（表5），分析草地植被覆盖度的地形位置特征。使用ArcGIS平台对地形位置指数进行计算，北疆地区低地形位置的占比为38.79%，中地形位置的占比为52.24%，高地形位置的占比为8.97%。总体来看，北疆地区草地集中在中地形位置地区，而低覆盖度草地在低地形位置地区占比最高。

2.2 退化的时空变化

2.2.1 北疆草地退化时间变化 2000—2020年北疆地区草地平均退化指数为1.52，处于轻度退化阶段。各地州草地退化指数最低值大多出现在2016年左右，其中博尔塔拉蒙古自治州草地退化指数波动最明显，乌鲁木齐市的退化指数最大，并且退化趋势最明显。根据线性拟合结果，北疆地区草地退化指数整体呈下降趋势，下降速率为0.005/年，在整个研究期内草地退化指数在2008年达到最高，为1.89，2016年草地退化指数最低，为1.17。2000—2020年北疆地区草地退化指数出现3个明显变化阶段，2001—2007年草地退化指数呈波动上升趋势，整体趋势相对平缓，2008—2016年草地退化指数呈波动下降趋势，2017—2020年，草地退化指数又呈上升趋势，整个研究期内草地整体上有改善的趋势（图8）。

总体来看，在退耕还林还草政策的实施下^［27］，2000—2020年北疆地区草地退化程度整体减轻，未退化草地面积明显增加，退化草地面积不断减少，退化程度逐渐减轻。

2.2.2 北疆地区草地退化空间分布 为了研究2000—2020年北疆地区草地退化分布及变化的过程，本研究根据草地植被覆盖度的年变化将其分2000—2007年、2008—2016年、2017—2020年3个研究时段来进行分析，分别计算了3个时段草地植被覆盖度的均值，根据草地退化分级标准，对不同时段草地退化情况进行等级划分。

2000—2007年北疆地区草地退化面积为70 450.36 km²，占草地总面积的22.63%。该阶段草地以重度退化为主，主要分布于北疆地区的阿尔泰山西部、塔尔巴哈台山东部及准噶尔盆地南部边缘地区，轻度和中度退化草地主要分布于伊犁河谷两侧及天山、阿尔泰山等山麓地带。该阶段草地退化空间分布如图9所示。

2008—2016年北疆地区草地退化面积为57 624.98 km²，占草地总面积的19.33%，草地以重度退化草地为主，主要分布于伊犁州东部及博格达山东部地区。轻度及中度退化草地集中分布于阿尔泰山地区，其余山脉均有零星分布。该阶段草地退化空间分布如图10所示。

2017—2020年北疆地区草地退化面积为       59 831.71 km²，占草地总面积的20.24%，草地退化以轻度退化为主，均匀分布于北疆各大山脉的山麓处，中度和重度退化草地主要分布于达坂城区与东疆吐鲁番地区交界处。该阶段草地退化空间分布如图11所示。

2.2.3 北疆地區各退化等级草地动态变化 为了进一步分析北疆地区草地退化的动态变化过程，明确北疆地区各等级退化草地变化特征，在研究北疆地区2000—2007年、2008—2016年、2017—2020年草地退化的基础上，对3个时段草地退化进行叠加分析，得到退化转移的2个阶段，北疆地区未退化、轻度退化、中度退化和重度退化草地的转移矩阵及其分布。

由表6、图12可知，Ⅰ阶段北疆草地逆向演替面积达28 720.02 km²，草地退化比例达10.32%，其中未退化草地逆向演替面积为22 474.19 km²，退化比例为9.69%，轻度退化草地逆向演替面积为     4 896.47 km²，退化比例为12.03%，中度退化草地逆向演替面积为1 349.36 km²，退化比例为9.22%；该期间正向演替面积达36 859.75 km²，占比达62.94%。逆向演替主要分布于准噶尔盆地、阿尔泰山、伊犁河谷南侧、克拉玛依市南部及乌鲁木齐市；正向演替草地主要位于塔城地区南部、阿勒泰山西北部。

由表7、图13可知，Ⅱ阶段北疆草地逆向演替面积达36 605.39 km²，草地退化比例达17.52%，其中未退化草地逆向演替面积为26 870.10 km²，退化比例为11.60%，轻度退化草地逆向演替面积为7 288.13 km²，退化比例为18.82%，中度退化草地逆向演替面积为2 447.16km²，退化比例为22.15%；该期间正向演替面积达29 047.06 km²，占比达47.96%。逆向演替主要分布于伊犁州南部、昌吉州南部；正向演替草地主要位于准噶尔盆地四周、伊犁河谷地区。

总体来看，相较于Ⅰ阶段，Ⅱ阶段北疆地区各草地退化等级发生了明显转移，主要表现为轻度退化、中度退化向未退化草地的转移及重度退化向轻度退化转移。

3 北疆草地退化驱动力分析

在全球气候变化的大背景下，气候变化对草地的影响在自然因素中占重要地位，随着社会经济的发展人类活动对草地的影响也逐渐加强。

3.1 草地植被覆盖度与气温、降水量的偏相关分析

为了更直观地研究气候因子变化对北疆地区草地的影响，本研究采用偏相关分析法逐像元计算北疆地区2000—2020年草地植被覆盖度与气温、降水量的偏相关系数并进行显著性检验^［28］。

由图14可知，北疆地区降水量呈波动下降趋势，气温呈波动上升趋势，一定程度上受全球变暖的影响，其中降水量在2016年达到峰值，也是草地植被覆盖度的峰值，降水量在2000—2007年相对稳定，2008—2016年波动上升，2017—2020年波动下降，变化趋势与北疆草地植被覆盖度趋势相同，在一定程度上表明北疆草地退化与降水量的相关性较高。

由图15可知，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度与降水量的相关系数中最大、最小偏相关系数分别为0.91、-0.86，显著相关面积占草地总面积的22.38%。草地植被覆盖度与降水量呈显著正相关的区域面积占草地总面积的17.34%，主要分布于与东疆交界处及山脉的山麓低海拔地区，草地植被覆盖度与气温成负相关的区域面积占草地总面积的5.04%，零星分布于古尔班通古特等沙漠边缘位置。

由图16可知，2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度与气温的相关系数中最大、最小偏相关系数分别为0.87、-0.86，显著相关面积占草地总面积的17.49%。草地植被覆盖度与气温呈正相关的区域面积占草地总面积12.01%，主要分布于昌吉州东部，博尔塔拉州赛里木湖附近，草地植被覆盖度与气温成负相关的区域面积占草地总面积的5.48%，主要分布于阿尔泰山东部。

总体来看，北疆地区草地植被覆盖度与降水量最大相关系数超过植被覆盖与气温的相关系数，且降水量与草地植被覆盖显著相关的区域面积大于气温与草地植被覆盖显著相关的区域面积，进一步表明北疆地区草地主要受降水量的影响。

3.2 人类活动

本研究通过构建逐像元草地植被覆盖度与气温、降水量的二元一次线性回归模型来计算气候因子影响下的草地植被覆盖度，利用残差分析法，将2000—2020年遥感实际观测草地植被覆盖度与模拟的潜在草地植被覆盖度相减得到人类活动影响下的草地植被覆盖度，最后通过趋势分析法和t检验得到人类活动对草地植被覆盖度的影响（图17）。

总体来看，2000—2020年北疆地区有16.09%的草地正在恢复，有9.49%的草地发生了退化，表明人类活动对北疆地区草地植被覆盖度变化整体呈积极影响。

3.3 退化典型地州分析

为了寻找北疆典型退化区域出现极显著退化的原因，根据《新疆统计年鉴》分析了2000—2020年乌鲁木齐市和昌吉州人口数量、农作物播种面积、年末牲畜存栏量及GDP的时间变化，结果如图18至图21所示。

因米泉市合并至乌鲁木齐市，导致昌吉州人口数量在2007年出现骤降，2007—2020年昌吉州人口数量整体较平稳，2007—2016年乌鲁木齐市人口数量整体呈上升趋势；从昌吉州和乌鲁木齐市农作物播种面积来看，2个城市均呈上升趋势；随着社会经济的发展，2000—2012年，昌吉州和乌鲁木齐市牲畜存栏量从2000年的368.13万头和62.15万头增长至2020年的389.7万头和75.26万头，放牧活动增加；而2个城市的GDP均呈稳步上升趋势。根据以上分析，21年间，2个城市人口增加、第二产业和第三产业发展及耕地面积不断扩大，造成严重的乱垦现象，大量草地被开垦为耕地、工业用地，导致草地出现显著退化现象^［29］。

4 小结与讨论

1）2000—2020年北疆地区草地植被覆盖度整体呈增加趋势。北疆地区北部相比南部草地植被覆盖度年际波动较大、稳定性较弱、生态系统较脆弱，易受气候变化和人类活动的影响。北疆地区草地在阳坡地区植被覆盖度相对较高，草地植被覆盖度较高的区域主要位于地形位置指数较高、水热条件相对较好的山地；反之，植被覆盖度较低的区域主要位于相对缺水、干旱的沙漠边缘等地区。

2）2000—2020年北疆地区各草地退化等级发生了明显转移，主要表现为轻度退化、中度退化向未退化草地的转移及重度退化向轻度退化转移，表明北疆地区草地退化现象进一步好轉。

3）北疆草地退化是气候变化和人类活动共同作用的结果，其中降水量是主要的气候因素。

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收稿日期：2022-10-28

基金项目：新疆维吾尔自治区重点研发任务专项（2022B02003）

作者简介：范 君（1998-），男，江苏南通人，在读硕士研究生，研究方向为土壤学，（电话）18851733395（电子信箱）458651338@qq.com；通信作者，颜 安（1983-），新疆乌鲁木齐人，男，教授，博士，主要从事数字农业与生态环境遥感监测研究，（电子信箱）yanan@xjau.edu.cn。