新疆草原植被物候现象分析

张向向，王采娥，肖向华，森巴提·叶尔木拉提，凯撒·米吉提

（1.新疆维吾尔自治区草原总站，乌鲁木齐 830049；2.干旱区草地生态系统遥感监测实验室，乌鲁木齐 830049）

草原是我国重要的陆地生态系统，是发展草原畜牧业的物质基础[1]，不仅在自然资源、生态环境及野生动植物的保护中作用明显，还在减缓气候变化和实现可持续发展中发挥重要作用，对维护边疆稳定、生态系统平衡、社会经济发展和历史人文积淀等方面具有基础性、战略性作用[2]。草原植被物候是指在自然界中植物由于受到气候变化和外界环境条件的季节性变化的影响，而出现的一系列周期性的自然现象，例如发芽、展叶、开花、结果、枯黄和叶落等生长发育节律[3，4]。草原植被物候在草原生态系统中扮演者重要角色[5]，对农牧业的生产生活、草原生态保护及恢复等方面发挥重要作用[4]，同时在大气能量交换和碳水循环过程中具有至关重要的作用，被誉为区域生态环境变化的最佳指示器[6]。草原植被物候现象主要包括返青期、生长期和枯黄期。草原春季返青期是指每年春季环境因子温度和水分条件适宜时，草原植被群落开始萌发并普遍开始变绿、生长的过程[7]，对后期植被的生长产生重要的影响[8]。夏季生长期是指夏天气温适宜的条件下，植被进行快速大量生长的阶段。秋季枯黄期是指秋季气温下降，植物叶片枝丫开始枯黄凋落，植物生长期进入休眠状态，植株或草原景观由绿变黄的过程，枯黄期作为植被物候的重要指标之一，它的动态变化能够显著影响植被生长季的长度和陆地生态系统生产力[9]。

草原物候期监测是定量评价植被长势、生态状况的重要手段，对草原即时性变化进行跟踪监测，定期获取监测数据，真实、准确掌握草原植被返青期、生长期和枯黄期的植被变化规律，从而综合评价草原资源植被变化格局，对草原生态修复治理、科学管理草原、平衡畜牧业生产活动以及动态监测生态环境的变化提供科学支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

据第三次全国国土调查草原数据成果显示新疆有草原5 022.39 万hm2，其中，南疆草原面积2 172.52 万hm2，北疆草原面积2 849.87 万hm2，分别占草原总面积的43.26%和56.74%；新疆天然草地5 008.44万hm2，占草原总面积的99.72%。新疆气候主要受“三山夹两盆”的地形结构影响，使草原既有水平地带性分布，也有独特的垂直地带性分布。新疆草原面积辽阔，类型多样，主要有温性草甸草原类、温性草原类、温性荒漠草原类、温性草原化荒漠类、温性荒漠类、高寒草甸类、高寒草原类、高寒荒漠类、山地草甸类、低地草甸类等11个大类，包含有25亚类、131草地组、687草地型。根据多年来对全疆14 个地州11 个草原大类的生长监测调查数据显示，全疆天然草原从3 月中旬逐渐开始返青，至四月底返青基本结束，8月中旬逐渐开始枯黄，至十月底枯黄基本结束。

1.2 研究方法

对全疆14个地州市开展草原植被物候期监测工作。

返青期监测：每年3月初到4月底开展返青期监测，返青固定监测点为72个，同时不同地州（县、市）可根据草地类和环境条件进行增设调查样点，保证每一草原类均有监测样地；生长期监测：每年7 月初到8 月底开展生长盛期监测，在原有样地的基础上，下一年进行调整和增设，使每一草原类型均设有点位，从而保证采样的典型性、代表性和一致性，2022 年共完成监测样地2 450 个；枯黄期监测：8月底到10月底开展枯黄期监测，共完成枯黄期长期监测样地45个。

返青期和枯黄期植被群落调查：每个样地至少随机设置3 个1 m×1 m 的草本层小样方或1 个10 m×10 m 的灌木层或高大草本样方，测定样方内返青/枯黄植物盖度和总盖度，计算返青/枯黄百分率。识别返青或枯黄牧草的主要种类，观察返青/枯黄和生长/凋落状态；测定样方内的植被群落的高度、盖度，判断天然草原进入返青/枯黄的时间、返青/枯黄程度及生态状况，准确客观掌握返青期/枯黄期天然草原植被盖度、高度、返青率/枯黄率等指标，为科学评价草原生态状况、利用方式以及相关政策成效，为指导草原保护建设提供重要依据。

监测样方布设：以样地中心点为圆心，40 m 为半径设置面积为0.5 hm2的圆形样地。在3 条样线端点处分别设置3个2 m×2 m 观测小样方，样方对角线与样线重合。在观测小样方周围5 m 范围内，典型选取3 个最能代表观测小样方状况的1 m×1 m 测产小样方，但不得与样线和观测小样方重叠。以样地中心点正西方向1 m 作为东南角点，设置1 个10 m×10 m（当灌木冠幅较小且分布均匀时，可缩小至5 m×5 m）的大样方，布设示意图，如图1 所示（落入细碎图斑中的样地，圆形样地半径可缩小至20 m，样线长度相应调整为20 m，观测小样方、测产小样方和灌木大样方的布设方法同上）。

图1 草原植被群落生长期调查样地布设图示

1.3 数据分析与处理

采用Excel 2019、SPSS 22.0、ArcGIS和ENVI处理相关数据。首先下载MODIS数据16-days，空间分辨率为250 m×250 m 的影像，对同一区域不同时相的影像进行重投影、镶嵌和加投影等预处理，采用WGS-84 坐标系统，Albers 投影方式，运用ENVI软件中的波段运算对影像数据进行运算和输出结果。草原返青情况通过地面长期监测数据获得，选择具有代表性且数据具有连贯性和完整性的五种草地类（温性荒漠类、温性草原类、山地草甸类、高寒草原类和低地草甸类）的返青率来表征全疆草原返青情况，生长期和枯黄期植被长势情况通过遥感影像反映，其能够宏观掌握全疆草原生长期变化规律。

2 结果与分析

2.1 草原植被返青情况

全疆春季气温偏高，冰雪融化，土壤墒情有利于草原植物萌发。全疆草原植被自3月5日起开始陆续返青，至4月28日返青结束，返青持续时间54 d。

由表1可知，不同草原类进入返青期时间不同，温性荒漠类、温性草原类、山地草甸类、高寒草原类和低地草甸类进入返青的时间分别是3月5日、3月15日、3月20日、3月25日和3月20日，从返青期开始到结束分别历时31 d、26 d、31 d、31 d和26 d，返青期总体较上一年提前5 d。

表1 2022年各草原类返青率与上一年对比

2.2 草原植被生长情况

2022 年全疆草原植被长势略好于2021 年。从分布区域看，伊犁河谷、天山南坡西段（克州）、阿尔泰山南麓、阿尔金山植被长势好于2021年同期；而准噶尔盆地西部、天山北坡中段、天山东段等区域植被长势要差于2021年同期；其它区域草原植被长势与2021年同期持平。

5月份全疆草原植被长势略好于2021年同期。从分布区域看，准噶尔盆地东北部、伊犁河谷、天山南坡中段植被长势好于2021 年同期；准噶尔盆地北部、天山北坡中段、昆仑山东段（民丰县）植被长势差于2021年同期；其它区域草原植被长势与2021年同期持平。

6 月份全疆草原植被长势略好于2021 年同期。从分布区域看，阿尔泰山山前冲积扇及倾斜平原、伊犁河谷、天山南坡中段（和静县）和西段、昆仑山西部、阿尔金山植被长势略好于2021 年同期；天山北坡中段、东天山南坡部分地区、昆仑山中段部分地区植被长势差于2021 年同期；其它区域草原植被长势与2021年同期持平。

7月份全疆草原植被长势略好于2021年同期。从分布区域看，天山北坡西部（博州）、伊犁河谷、天山南坡中段（和静县）、天山南坡西段（克州）植被长势好于2021 年同期；准噶尔盆地西部（托里县）、天山北坡中段、天山东段、昆仑山中段部分地区植被长势差于2021 年同期；其它区域草原植被长势与2021年同期持平。

8月份全疆草原植被长势略差于2021年同期。从分布区域看，伊犁河谷、天山南坡西段、阿尔金山植被长势好于2021 年同期；准噶尔盆地西北部、天山北坡中段、天山东段植被长势差于2021 年同期；其它区域草原植被长势与2021年同期持平。

2.3 草原植被枯黄情况

全疆草原植被自8月中旬陆续进入枯黄期，持续到10月下旬大部分地区枯黄结束。在空间分布上，阿尔泰山南麓、天山西段、帕米尔高原等山区草原植被枯黄比其它区域早，准噶尔盆地东北部、天山北坡中段及东段部分区域、阿尔金山北部平原区枯黄期相对较晚。至9 月30 日，全疆56.7%的草原植被已枯黄。与2021年同期相比，17.2%草原植被早于2021年进入枯黄期，其主要分布在准噶尔盆地西部、天山北坡中段部分地区和东天山，68.6%草原植被进入枯黄期，与2021 年一致，其余14.2%草原植被枯黄有所推迟。

3 讨 论

降雨量与温度会影响返青期推迟或提前，植物返青不仅受水分条件的影响，还受热量条件的影响。如果当年气温条件较好，降水较丰富，植物返青较早；反之，当气温偏低，降水较少的时候，植物返青可能推迟[10]。全疆春季气温偏高，降水较少，日照充足，冰雪融化，光水热条件利于草原植物萌发，2022年新疆草原植被返青较往年提前5 d，虽然降水较少，但由于春季温度较高，能够加速冰雪融化和土壤解冻，从而为植物萌发提供大量的水分条件和土壤条件，所以春季温度的高低对返青期的推迟或提前具有关键性作用[11]。总体上来说，草原植被长势状况与温度、降水量和降雪量等环境因子有关，气候仍然是主导因素。2022 年草原植被返青期提前，夏季植被长势略好于2021 年，其中北疆、南疆大部分植被长势好于2021 年同期，由于受到干旱及降水等气候因素的影响，东疆大部分植被长势差于2021 年同期。全疆草原植被自8 月中旬陆续进入枯黄期，持续到10 月下旬大部分地区枯黄结束，主要是受到气温影响，秋季北疆大部分地区平均气温略偏低，南疆盆地和东疆大部分地区略偏高，降水偏少，其中南疆盆地基本无降水。

本研究运用遥感影像将2022 年与2021 年同期植被长势进行比较分析，反演结果与实地监测数据基本一致，但存在部分地区监测数据与遥感影像对比图不一致现象，结合2022 年气象数据显示，部分地区干旱少雨，监测数据显示植被长势较差，但从遥感影像看，植被长势与上一年同期相比，仍呈现出较好的趋势，出现这种不一致的原因主要是监测数据只能通过部分点位计算得出，不能够宏观掌握和了解植被长势，而且样地上植被高度和盖度也可能受到放牧影响，同时也受到草原禁牧区和草畜平衡区的影响，所以判断植被长势的好坏，不能仅从一个样地来分析判断，需要结合近几年的数据综合分析判断。本文借助遥感手段，结合MODIS 数据，对植被长势进行监测和分析，基本上与实地监测数据一致，说明运用新兴技术进行遥感监测是一种简易可行的方法。

通过年度草原调查监测工作，能够了解和掌握全疆草原植被动态变化规律，摸清草原底数和变化，也能够反映草原生态保护和草原生态恢复效果。建议完善草原生态监测机制，提升草原监测综合力量，制定统一、规范、科学的监测方法和评价方法，提高监测方法的适用性和科学性，不断更新监测技术水平，加大无人机、高清遥感、数学模型等技术在监测中的使用和研究，从单一到多元，逐步实现全方位、立体化的综合监测，为草原保护建设和管理工作提供技术支撑与基础服务。

4 结 论

本研究将实地调查监测数据和遥感影像相结合，对天然草原全年长势进行预判和宏观掌握，能够有效估测和及时掌握天然草原植被返青期、生长期和枯黄期长势状况和生态状况。2022 年草原植被返青期较2021 年提前5 d，夏季植被长势略好于2021 年，其中北疆、南疆大部分地区植被长势好于2021 年同期，东疆大部分地区植被长势差于2021 年同期。自8 月中旬陆续进入枯黄期，持续到10 月下旬大部分地区枯黄结束。开展年度性草原监测工作，能够及时准确地掌握植被长势的空间分布格局，建立健全植被生态监测系统和草原资源与生态评价体系，有助于科学管理草原，有效制定草原生态保护和修复政策，合理安排禁牧、休牧和轮牧区域，对建立草畜平衡调节机制具有关键性作用。