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(1.河南省煤田地质局 三队，河南 新乡 453003；2.河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作 454000；3.广东省佛山地质局，广东 佛山 528000；4.中国地质调查局 西安地质调查中心，西安 710054)

植被的生长状况是阳光、空气、水分、土壤等多重因素共同作用的结果，是生态环境的重要指示因子[1-4]。针对伊犁河流域，冯金杰等[5]、刘芳等[6]、王倩等[7]采用不同的方法研究了伊犁河流域植被时空变化及降雨、温度等气象因素对植被生长状况的影响；田中平等[8]在对伊犁河流域北坡进行实地调查和取样的基础上，分析了植被多样性和土壤因子沿海拔的分布方式；海米提·依米提、麦麦提吐尔逊·艾则孜等[9-13]对地下水埋深、总溶解固体(Total Dissolved Solids, TDS)、土壤盐分空间分布特征及相互关系进行了深入研究。

上述学者针对伊犁河流域植被与气象、土壤、地下水埋深、TDS、土壤盐分空间分布特征进行了深入研究，但对植被与地形地貌、地下水位埋深等的定量研究不足。为此，本文运用RS和GIS技术，开展植被与地形地貌、地下水埋深、TDS之间的定量关系研究，以期为流域生态环境保护、水资源合理开发利用、水资源科学管理提供技术支撑。

1 研究区概况

研究区位于新疆西北部伊犁河谷内，地处亚欧大陆中心，是国家实施“一带一路”战略面向中亚、欧洲的桥头堡。区内地形地貌呈“三山二盆一谷地”的格局，整体呈喇叭状，东、南、北三面环山，地势东高西低，东窄西宽，可接受北冰洋和大西洋带来的湿润水汽[14]，属于温带大陆性干旱气候，多年平均降雨量265.8 mm，蒸发量1 595.7 mm，生态环境脆弱。伊犁河近东西向横贯研究区，在我国境内汇集了特克斯河、喀什河及众多支流后进入哈萨克斯坦境内,最终汇入巴尔喀什湖(图1)[15-17]。

图1 研究区位置及采样点分布Fig.1 Location of study area and sampling point distribution

伊犁河谷为中生代的断陷谷地，第四系地层发育，厚度由东向西逐渐增加，地层出现多次单一砂砾石层与细颗粒多层结构的交替。北部及南部山区是地下水的主要补给区，山前冲洪积或冰水沉积倾斜平原是地下水主要径流区，谷地中部平原区为地下水主要排泄区。地下水流除谷地两侧为南北向径流外，整体流向为由东向西。

2 数据与方法

数据来源包括：数字高程模型DEM及遥感影像(与地下水位统测及水样采集同期)、地下水位统测数据、水化学数据等(表1)，其中DEM及遥感影像数据来源于国家地理空间数据云，水样测试工作是由新疆地矿局第一水文工程地质大队完成，测试严格执行《生活饮用水卫生标准检验方法》(GB/T 5750—2006)。

归一化植被指数(Normalized Differential Vegetation Index, NDVI)是衡量植被发育好坏的常用指标，其值越高说明植被生长状况越好，反之越差。采用RS和GIS技术，经过遥感影像数据预处理、波段运算后得到流域NDVI分布图(图2(a))，利用水位统测和TDS数据进行克里金插值得到地下水埋深(图2(b))及地下水TDS分区图(图2(c))，地貌图则是在前人资料基础上结合遥感影像解译得到(图2(d))。基于伊犁河流域特点，将上述图件重采样至250 m，采用ArcGIS的提取值至点功能将地形地貌、地下水埋深及TDS与植被NDVI建立相关关系。

表1 数据列表Table 1 Data list

图2 数据处理结果Fig.2 Data processing results

3 结果与分析

3.1 植被与地形地貌关系

3.1.1 植被(NDVI)与地貌关系

区内南北两侧分别被科古琴山、婆罗科努山和阿吾拉勒山、阿拉喀尔他乌山夹持，地貌表现为山势高峻，从两侧山脉的山脊线向盆地，呈现出由高到低逐级下降的阶梯状地貌，伊犁河为最低排泄基准面；中山带河网密布，多受断层控制；山地丘陵面积大，坡度陡；低山丘陵及高阶地区多被黄土覆盖。

本文利用研究区地貌分区，提取植被NDVI值，建立地貌与NDVI值的相关关系(图3)。结果表明：沼泽平原区因水分充足，喜水植物丛生，NDVI平均值为0.392；缓倾斜砾质平原区、冲洪积细土平原区NDVI平均值分别为0.347和0.321，植被长势较好；山前黄土丘陵、风积沙丘及强倾斜砾质平原区NDVI值介于0.102～0.128之间，植被长势较差。总体上看，沼泽平原、冲洪积细土平原、缓倾斜含砾细土平原、黄土丘陵、风积沙丘及强倾斜砾质平原区植被生长状况依次变差。

图3 NDVI与地貌关系Fig.3 Relationship between NDVI and topography

3.1.2 植被(NDVI)与地形关系

伊犁河谷东、南、北三面环山，中间为谷地。本文以50 m为间隔，分别统计每个高程区间内的NDVI平均值，用以表示植被生长状况随地形变化的规律(图4)。

图4 NDVI与海拔关系Fig.4 Relationship between NDVI and altitude

由图4可看出：随着高程的增加，NDVI值在750 m及2 800 m出现2处极大值后逐渐减小。研究区内高程<600 m范围内为荒漠生态系统和水体湿地生态系统;沙漠生态系统地下水以蒸发消耗为主，生长有骆驼刺等耐旱植被，植被稀疏，长势较差，仅在霍城南部区域有分布;水体湿地生态系统为地下水排泄区，生长有芦苇、碱蓬、红柳等，植被覆盖度相对较高，生态环境脆弱。高程600～850 m为人工绿洲生态系统，是地下水的径流消耗区，为河流冲洪积扇平原区地貌，种植大片玉米、棉花等农作物，NDVI平均值一般>0.28。高程>850 m后逐渐变为山地生态系统，降雨量大，为径流形成区，冲沟发育。高程1 000 m附近为低山丘陵区，因地形坡度大且有黄土覆盖，植被覆盖率低，NDVI平均值<0.16，且多为耐旱植被；中高山发育有落叶阔叶林、山地草原带和针叶林带，NDVI平均值介于0.20～0.25之间；植被长势较好，极高山区多有冰雪覆盖，NDVI值一般<0。

3.2 植被与地下水关系

3.2.1 植被(NDVI)与TDS关系

研究区主要分布有HCO3,HCO3-SO4,SO4-Cl型水，TDS多为<1 000 mg/L的淡水，在霍城县北部局部区域、伊犁河下游冲积细土平原区、伊宁县城附近、巩留县北部平原区以及那拉提山前洪积平原区分布着微咸水，TDS为1 000～3 000 mg/L；在新源县则克台农场附近、察县西部小范围区域分布着咸水，TDS为3 000～10 000 mg/L，其中，在则克台镇一大队附近，TDS为6 163.4 mg/L，为全区域最高值。

由TDS与NDVI关系(图5)可知：地下水矿化度在0～1 000 mg/L时，矿化度与植被生长状况无明显相关关系；但在矿化度>1 000 mg/L后，随着矿化度的升高，植被生长状况逐渐变差，两者关系明显,相关关系为y=-4×10-5x+0.332 1，拟合系数为0.733 5。

图5 NDVI与TDS关系Fig.5 Relationship between NDVI and TDS

3.2.2 植被(NDVI)与地下水埋深关系

伊犁河谷区内地下水埋深在山前冲洪积扇区较大，一般高程>100 m，而在河流冲洪积扇的河谷两侧，地下水埋深较浅，大多为0～15 m范围。研究通过对伊犁河附近等人类活动干扰较小的区域以地下水埋深0.2 m为间隔统计分析对应深度下NDVI平均值(图6)。结果表明:植被NDVI值随着地下水埋深逐渐变大后又逐渐变小，相关关系为：y=-0.011x2+0.058x+0.29，拟合系数为0.764 8；当地下水埋深>4.3 m后略有波动，但整体趋于稳定。可认为新疆伊犁河谷区地下水埋深为0～1.2 m时，植物根系可直接吸收地下水，水分充足，植被生长茂盛，但由于蒸发强烈，可能会导致土壤盐渍化，同时也会造成水资源的浪费，耐盐喜水植被为该区域优势植被，如沙柳、碱蓬及芦苇和杂合草，可认为是盐渍化水位埋深区；地下水埋深为1.2～4.3 m时，NDVI平均值整体较大，水分能完全满足植被生长的需求，亦不会产生土壤盐渍化等问题，为植被的适生地下水埋深，而地下水埋深为2.8 m左右时对应最大的NDVI平均值为植被生长的最佳水位；4.3 m后地下水对植被的影响逐渐变小，气候及人类活动对植被影响逐渐增强。

图6 NDVI与地下水埋深关系Fig.6 Relationship between NDVI and groundwater depth

4 结 论

本文以伊犁河流域植被为研究对象，在区域尺度上定量研究了地形地貌、地下水埋深、TDS等因素对植被的影响，得出以下结论。

(1)不同地貌间植被类型及生长状况差异明显，总体上看，沼泽平原、冲洪积细土平原、缓倾斜含砾细土平原、黄土丘陵、风积沙丘及强倾斜砾质平原区植被生长状况依次变差。

(2)随着高程的增加，NDVI值在750 m及2 800 m出现2处极大值，对应人工绿洲生态系统和中高山针叶、阔叶林带及山地草原带。

(3)地下水矿化度在0～1 000 mg/L时，矿化度与植被生长状况无明显相关关系，但在矿化度>1 000 mg/L后，随着矿化度的升高，植被生长状况逐渐变差。

(4)由地下水埋深与植被关系可知，0～1.2 m为盐渍化水位埋深，1.2～4.3 m为植被适生地下水埋深，2.8 m为植被生长最佳水位，4.3 m以后地下水对植被影响逐渐变弱，气候及人类活动的影响逐渐增强。