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生态环境变化成因分析

1、植被变化与降水和气温的关系

(1)NDVI最大值与降水量的关系

       从农牧交错带降水量年际变化图可以看出(图2-11),2000-2016年,年降水量整体呈现递增趋势,年平均增加速率为1.03mm。以2008年降水量为拐点,2000-2008年降水量呈现波动下降态势,2008-2016年降水量呈现波动上升态势,其中2008年降水量最低。对比平均年NDVI最大值变化情况,除2010年与2016年外,NDVI最大值变化与降水量变化态势基本一致。

图2-11 农牧交错带年平均降水量与年平均NDVI最大值变化

       植被NDVI最大值与降水量变化的相关系数分布如图2-12所示。89.59%的区域NDVI最大值与降水量变化呈正相关关系。除伊朗表现为负相关关系外,其他地区基本都表现较强的正相关关系。相关系数大于0.6的区域主要位于哈萨克斯坦、俄罗斯、巴基斯坦和阿富汗等地区。

图2-12 NDVI最大值与降水量的相关性分布图

(2)NDVI最大值与气温的关系

       2000-2016年,年均气温整体呈现递增态势,年平均增加速率为0.03℃。其中,2010年达到最大值,而2011年达到最小值(图2-13)。

图2-13 农牧交错带平均气温与年平均NDVI最大值变化

图2-14 NDVI最大值与平均气温相关性分布图

       植被NDVI最大值与气温变化的相关系数分布如图2-14所示。43.26%的区域NDVI最大值与气温为正相关关系,主要位于交错带西南部和东北部;32.05%的区域NDVI最大值与气温变化呈负相关关系,主要位于交错带的中北部,但相关系数值均较低。分析表明,气温与NDVI最大值没有明显的相关关系。

2、植被变化与人类活动的关系

(1)NDVI最大值与灯光指数变化

a)灯光指数时空分异特征

       由夜间灯光指数显示,2017年农牧交错带人类活动较强的区域呈点状分布(图2-15)。结合总灯光指数与综合灯光指数可知,农牧交错带上高强度人类活动主要聚集于各国家的城市地区。

图2-15 2017年农牧交错带夜间灯光指数

       2017年各国综合灯光指数表明,相关人类活动强度较高的区域主要集中分布于中国-中亚-西亚区(图2-16)。从2017年各典型区灯光指数可见,中国-中亚-西亚区沿线人类活动强度较大,新亚欧大陆桥区沿线人类活动强度相对较弱。中巴区虽然总灯光指数较小,但是人类活动较为聚集,综合灯光指数较高(图2-17)。

图2-16 2017年农牧交错带综合灯光指数

图2-17 农牧交错典型区总灯光指数和综合灯光指数

        利用美国国防气象卫星计划的线扫描应用系统(United States Defense Meteorological Satellite Program’s Operational Line-scan System, DMSP-OLI)灯光数据,分析2000-2012年的灯光指数变化;并结合美国国家极地轨道伙伴计划的可见光红外成像仪白天/夜间波段(Suomi National Polar-orbiting Partnership Visible Infrared Imaging Radiometer Suite’s Day/Night Band, VIIRS-DNB)灯光数据,分析2013-2017年灯光指数变化。结果显示,2000-2017年间,“一带一路”农牧交错带总灯光指数整体呈现增强趋势(图2-18)。除中巴区2000-2012年间总灯光指数降低之外,其他典型区的总灯光指数均呈现不同程度的增加;2013-2017年,4个典型区总灯光指数均显著增强(图2-19)。

图2-18 2000-2017年农牧交错带总灯光指数变化

图2-19 2000-2017年典型区总灯光指数变化

       灯光指数变化趋势分布显示(图2-20),灯光指数增强的区域占26.42%,灯光指数减弱的区域占4.26%,无变化区域占整个区域面积的69.31%。从区域分布来看,灯光指数强度增加的区域主要位于中国-中亚-西亚区的西亚部分,人类活动扰动增强趋势非常明显;其次是中蒙俄区和新亚欧大陆桥区,人类活动扰动强度增加趋势明显。

b)NDVI最大值与灯光指数的关系

       农牧交错带55.27%的区域灯光指数与NDVI最大值相关性不显著;灯光指数与植被NDVI最大值变化呈负相关关系的区域占21.83%,主要分布于交错带中北部;灯光指数与植被NDVI最大值变化呈正相关关系的区域占22.90%,主要分布于交错带南部(图2-21)。整体而言,由于灯光指数增高集中于城镇范围,对NDVI最大值所表征的自然与农田生态系统状况及变化关系较小。

图2-20 灯光指数变化趋势分布图

图2-21 灯光指数与植被NDVI最大值的相关性分布图

(2)农业社会经济变化的影响

       根据FAO提供数据分析,2000-2016年农牧交错带整体的人口、施肥量、牲畜量及农业产值均处于上升态势。具体而言,在人口数量变化上,除亚美尼亚和俄罗斯相关地区之外,其他国家相关地区人口均处于显著上升的状态。通常人口数量的增加,会对该地区的生态环境造成一定的压力。

       在施肥量变化上,除阿尔及利亚和叙利亚相关地区的施肥量有减少趋势外,大部分国家相关地区的施肥量呈现显著上升的趋势。施肥量的增加会促进农作物的生长;但无节制的施用化肥,会对土壤和地下水造成危害,增加农业面源污染的风险。在牲畜变化上,大部分国家相关地区的牲畜量都呈显著增加态势。牲畜量的增加一般会对草地的生态环境造成负面影响。

       在农业产值变化上,绝大部分国家相关地区的农业产值均呈显著上升的态势。这在一定程度上可以解释农田生态系统集中分布区域NDVI最大值的普遍上升。但是,农业产值的增加一般依赖农业化学品施用量的增加,而这会对生态环境造成潜在危害。