摘要
近年来，全球气候变化和水资源利用过度等人类活动的加剧，导致胡杨林严重减少或退化。为制定科学精准的胡杨林恢复策略，本研究利用1990—2020年Landsat系列、Sentinel-2等多源中高分遥感影像，获取塔里木盆地14个胡杨林分布区每5年1期的胡杨林分布数据。以1225个实地调查点数据、162例无人机数据以及4169个高清影像验证数据对提取的地类作精度评定，解译精度均达85%以上。采用强度分析、景观分析法分析胡杨林面积时空变化特征。选择植被覆盖度、叶面积指数表征胡杨林植被水平与垂直结构，CASA模型估算的净初级生产力表征胡杨林固碳能力，通过MK检验、趋势分析法分析胡杨林植被结构和功能的时空变化特征。利用地理加权回归、贡献分析法解析驱动因子对胡杨林植被结构和功能的影响。研究结果如下： （1）胡杨林面积时空变化特征。1990—2020年，研究区胡杨林面积从24841.24km2减少为22325.21km2。1990—2010年胡杨林面积的减少表现为大面积地块的破碎化，减少区集中在塔里木河下游及昆仑山北麓河流沿岸。2010—2020年胡杨林面积增加，向耕地及灌木林区域延伸。其中，塔里木河中游胡杨林面积减少最多，为908.45km2。叶尔羌河下游胡杨林面积增加最多，为589.20km2。强度分析显示，胡杨林面积变化强度在2005年之前较平缓，之后开始活跃。胡杨林转其他类别的面积变化强度最大，说明其他类别（如荒漠、耕地等）对胡杨林的侵占较大。景观分析显示，胡杨林景观破碎度指标均持续上升，景观聚集度指标均持续下降。大面积成片的胡杨林被划分为零星小斑块。其中，分布于叶尔羌河下游、克里雅河、和田河的胡杨林面积破碎化程度较高。 （2）胡杨林结构和生产力功能时空变化特征。1990—2020年研究区植被覆盖度呈下降趋势，叶面积指数整体呈上升趋势，净初级生产力稳定上升。研究区北部地区河流沿岸10km以内植被覆盖度上升，年变化率为0.096/a，南部地区植被覆盖度下降，年变化率低至-0.091/a。植被叶面积指数在东南部地区河流沿岸10km以内上升，年变化率高达0.545/a，在西北地区下降，年变化率低至-0.156/a。研究区内耕地分布区的净初级生产力上升，年变化率高达109.84/a，远离河流的胡杨林净初级生产力下降，年变化率低至-69.57/a。变化趋势与显著性检验叠加发现，研究区仅有9.42%的胡杨林植被覆盖度被改善，39.79％退化。胡杨林退化区集中在孔雀河中下游、车尔臣河10km以外靠近荒漠区、塔里木河中游南岸10km以外包括老河道、和田河中游距河流10km以外以及克里雅河达里雅布依。同时，1.25％的胡杨林叶面积指数退化，27.67％改善。退化区主要集中在车尔臣河上游耕地分布区与台特玛湖、策勒河、孔雀河中部6.26%的荒漠区、塔里木河下游耕地区、塔里木河中游老河道附近及远离河流10km以外、塔里木河上游、叶尔羌河上游荒漠区；32.00％的胡杨林净初级生产力改善，0.57％退化。退化区主要集中在车尔臣河河流沿岸10km以内和台特玛湖周边、孔雀河中部荒漠区胡杨林以及塔里木河下游荒漠区。相关性分析显示，叶面积指数与生产力呈显著正相关，植被覆盖度与生产力呈显著负相关。 （3）胡杨林面积驱动因素的演变规律。1990—2020年，塔里木盆地年平均温度和年累计降水量均呈上升趋势，多年平均值分别为8.36℃和55.53mm。而太阳年辐射总体呈显著减少趋势，多年均值为6038.11MJ/m2。胡杨林面积与太阳年辐射、年累计降水量呈显著正相关，与年平均温度的相关性较小。地理加权回归显示，年湿热指数对景观格局指数影响最大，其次是年平均温度。克里雅河水系逐渐减少，车尔臣河尾闾、策勒河、孔雀河中下游、昆仑山北麓细小河流和塔里木河下游在不同时期均发生过断流，同时胡杨林面积也随之减少。研究区27.53%的胡杨林分布在距河流1.5km以内，18.87%的胡杨林分布在1.5-3km之间，53.60%的胡杨林分布在3km以外的荒漠中。14个胡杨林分布区漫溢水面面积由大到小依次为：和田河下游、塔里木河上游、塔里木河中游、叶尔羌河上游、车尔臣河、叶尔羌河下游、和田河中游、喀什噶尔河、塔里木河下游、克里雅河、孔雀河、昆山北麓细小河流、策勒河、桑株河。其中，策勒河、车尔臣河、和田河中下游、昆仑山北麓细小河流、叶尔羌河上游以及塔里木河干流输水区胡杨林面积增加。研究区耕地面积扩张了约3倍。胡杨林转耕地的面积远大于耕地转胡杨林，耕地扩张导致胡杨林面积减少。 （4）驱动因素对胡杨林植被结构功能的影响。1990—2020年研究区胡杨林植被覆盖度受气温主导下降，叶面积指数和净初级生产力受太阳年辐射主导上升。胡杨林叶面积指数和植被覆盖度在距河流1.5km内值较高，超过1.5km无变化。净初级生产力在距河流1.5km内减少，1.5-3km较平稳，超过3km上升。而部分胡杨林3km以外植被覆盖度、叶面积指数和生产力增长速率减少，3km以外增加。说明3km以外的胡杨林结构和功能得到了保护恢复，而3km以内的胡杨林结构和功能没有得到恢复。其中，孔雀河和塔里木河中游胡杨林植被覆盖度及其斜率均随距河距离的增加而减小。说明孔雀河和塔里木河中游胡杨林植被覆盖度不仅没有得到恢复，而且仍在衰退。叶面积指数随着地表水发生频率增加而增加，植被覆盖度集中在地表水发生频率为0.2-0.6得到改善，生产力功能也随之得到改善。其中，塔里木河上游3km外输水区净初级生产力改善最明显。输水频次高的塔里木河中上游、车尔臣河和和田河中游部分输水区植被结构退化，说明输水频次并不是越高越好。研究区耕地转胡杨林、胡杨林转耕地结构功能指标增长速率均大于0，胡杨林转耕地的速率远高于耕地转胡杨林，说明耕地扩张导致胡杨林面积减少，但改善了植被结构功能。 综上所述，本研究利用多源遥感数据结合地面调查的手段，通过趋势分析、线性回归、MK检验等方法，从整体上及区域上两个层面解析了1990—2020年分布在塔里木盆地不同河流及不同河流距离的胡杨林面积、植被覆盖度、叶面积指数和净初级生产力的时空变化特征。利用随机森林分类模型构建了大尺度、长时序的胡杨林精细化遥感监测体系。并从年累计降水量、年平均温度、太阳年辐射、输水漫溢水面面积、输水频率、距离河流距离及耕地面积扩张方面探讨了胡杨林植被结构和功能的驱动力。为合理分配水资源，完善胡杨林植被结构和功能恢复策略提供参考依据，并针对区域胡杨林恢复提出了保护建议。
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