“天山南北好牧場(chǎng)，戈壁沙灘變良田”。和田河位于天山南側(cè)，發(fā)源于青藏高原北部邊緣昆侖山冰川，南北縱橫貫穿塔克拉瑪干大沙漠，是塔里木河主要源流之一。和田河上游是我國(guó)重要生態(tài)保護(hù)屏障區(qū)，降水少、蒸發(fā)大，是典型的內(nèi)陸極端干旱區(qū)。昆侖山融雪發(fā)源的眾河傾瀉流進(jìn)塔克拉瑪干沙漠腹地，在上游山前發(fā)育形成多個(gè)沖積扇，形似河口三角洲，構(gòu)成了獨(dú)特的沙海綠洲景觀。這些沙漠綠洲具有水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙和生物多樣性保護(hù)等生態(tài)功能，研究區(qū)域的綠洲中開墾了大面積農(nóng)田和牧場(chǎng)。
過去幾十年間，和田河上游綠洲的農(nóng)田、草地和荒漠如何消長(zhǎng)變化？生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能如何耦合？通過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“新疆和田河上游景觀動(dòng)態(tài)與下墊面關(guān)鍵水熱因子關(guān)系研究”（S202110022170），草業(yè)與草原學(xué)院多名本科生利用長(zhǎng)時(shí)間序列衛(wèi)星遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)，在生態(tài)氣候?qū)W植被—?dú)夂蚍答佔(zhàn)饔每蚣芟拢骄苛嗽摰鼐坝^格局與區(qū)域下墊面水熱因子的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化及其關(guān)系。近日，該項(xiàng)研究成果以《中國(guó)新疆和田河荒漠綠洲景觀改變植被與氣候耦合關(guān)系》（The Landscape Altered the Interaction between Vegetation and Climate in the Desert Oasis of Hotan River Basin, Xinjiang, China）為題，發(fā)表于SCI刊物Ecological Modelling 。
論文研究區(qū)域、原理示意圖與主要結(jié)果
課題組采集了1993至2019年間多期Landsat系列衛(wèi)星在夏季拍攝的影像數(shù)據(jù)，對(duì)和田河上游植被與氣候關(guān)鍵因子進(jìn)行遙感反演，包括植被指數(shù)、地表反照率、地表溫度和蒸散發(fā)率，分別反映植被質(zhì)量、下墊面水熱環(huán)境。利用研究區(qū)多年土地利用覆被數(shù)據(jù)，計(jì)算了景觀指數(shù)斑塊密度、蔓延度和分形維數(shù)，量化生態(tài)系統(tǒng)空間格局的破碎化、連接性和復(fù)雜度等不同維度。
研究結(jié)果顯示，在20世紀(jì)90年代至2019年，研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)田增加了17%，灌叢草地等自然植被面積也隨之增加，荒漠面積總體上以平均每10年約1.4%的速率縮減，2015年后城鎮(zhèn)面積加速擴(kuò)張。農(nóng)田給區(qū)域氣候帶來冷濕化的環(huán)境效應(yīng)，2011年之后區(qū)域暖干化趨勢(shì)有所轉(zhuǎn)向朝暖濕化發(fā)展。由于人為管理干預(yù)，農(nóng)田在發(fā)生干旱年份后較自然生態(tài)系統(tǒng)有更強(qiáng)的恢復(fù)力。農(nóng)田斑塊密度和蔓延度最高、分形維數(shù)最低，反映了農(nóng)田以高效管理和生產(chǎn)為目的，在分割地塊、建設(shè)灌溉和輸運(yùn)通路中對(duì)綠洲景觀產(chǎn)生破碎化和增加連接度的特點(diǎn)，與自然景觀中以異速生長(zhǎng)資源分配模式形成的高分形維數(shù)特征相反，人工植被的景觀復(fù)雜度相對(duì)更低。統(tǒng)計(jì)結(jié)果證實(shí)了這一區(qū)域景觀格局破碎化和連接性增強(qiáng)會(huì)促進(jìn)區(qū)域水熱因子之間發(fā)生解耦，景觀分形維數(shù)對(duì)水熱因子耦合增強(qiáng)則具有促進(jìn)作用。由于農(nóng)田景觀受種植、灌溉等人為活動(dòng)控制更強(qiáng)，下墊面水熱耦合關(guān)系被弱化，天然植被水熱因子耦合互作關(guān)系更緊密。
上述研究為通過優(yōu)化農(nóng)林草地景觀調(diào)控改造區(qū)域干旱區(qū)綠洲氣候條件提供了新的觀測(cè)證據(jù)和思路，為統(tǒng)籌山水林田湖草沙系統(tǒng)治理、推進(jìn)人與自然和諧共生目標(biāo)提供了科學(xué)支撐。課題積累的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和技術(shù)方案有助于干旱區(qū)開展以水定綠和近自然生態(tài)修復(fù)，維護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展。
論文作者包括草學(xué)院2019級(jí)本科生蔡一萌、吐地·依米提和2021級(jí)本科生吳佳昕，草學(xué)院李周園為該研究的指導(dǎo)教師和論文通訊作者，楊秀春教授和董世魁教授參與了課題的指導(dǎo)。該研究受到新疆科考項(xiàng)目、青藏科考項(xiàng)目和國(guó)家自然基金青年項(xiàng)目共同資助。
