河南省植被覆蓋度及其景觀格局時(shí)空變化

王新闖, 劉文鍇, 楊會(huì)軍, 王世東, 張合兵

(1.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院, 河南 焦作 454000;

2.河南工程學(xué)院, 河南 鄭州 451191; 3.小浪底水利水電工程有限公司, 河南 濟(jì)源 454681)

河南省植被覆蓋度及其景觀格局時(shí)空變化

王新闖1,2, 劉文鍇2, 楊會(huì)軍3, 王世東1, 張合兵1

(1.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院, 河南 焦作 454000;

2.河南工程學(xué)院, 河南 鄭州 451191; 3.小浪底水利水電工程有限公司, 河南 濟(jì)源 454681)

摘要：[目的] 對(duì)河南省近10 a來植被覆蓋度及其景觀格局的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—環(huán)境持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供決策參考。 [方法] 基于2000，2003，2006，2009年MOD13Q1數(shù)據(jù)集，借助ArcGIS 9.3和Fragstats 3.3軟件平臺(tái)進(jìn)行定量分析。 [結(jié)果] 10 a尺度上，河南省植被覆蓋以高覆蓋度為主，總體覆蓋度呈現(xiàn)先下降后上升的特點(diǎn)，2003年最低，為72.64%；2009年最高，為76.48%；極高植被覆蓋度區(qū)域主要分布在豫西的林區(qū)，最低區(qū)域主要分布在城市建成區(qū)、大型水庫和沿黃河生態(tài)涵養(yǎng)帶；城市與建成區(qū)植被覆蓋度呈現(xiàn)波動(dòng)中下降趨勢且其植被覆蓋度等級(jí)景觀格局向惡性方向發(fā)展，農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)則與城市建成區(qū)變化趨勢相反。[結(jié)論] 降水和氣溫的變化、快速城鎮(zhèn)化以及河南省城鎮(zhèn)化、新型工業(yè)化、新型農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施是導(dǎo)致上述河南省植被覆蓋度及其景觀格局變化的主要原因。

關(guān)鍵詞：植被覆蓋度; 時(shí)空變化; 景觀格局; 城鎮(zhèn)化; 河南省

植被是生物圈及其生態(tài)系統(tǒng)的核心和功能部分[1-2]，而植被覆蓋度是綜合量化植被狀況的重要參數(shù)[3-4]。地表植被覆蓋度及其變化的獲取，是探析地表植被變化規(guī)律、分析變化成因、分析評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化的基礎(chǔ)[5]。由于遙感數(shù)據(jù)的時(shí)空連續(xù)性，基于遙感監(jiān)測大中尺度區(qū)域估算植被覆蓋度被廣泛應(yīng)用[3-5]。景觀格局是指景觀組分的空間分布與組合特征，植被覆蓋度的景觀格局變化反映了植被覆蓋度空間分布及其在環(huán)境異質(zhì)性和干擾狀況綜合控制下的動(dòng)態(tài)變化特征[3,6]。從景觀角度分析區(qū)域植被覆蓋度的變化，有助于確定其景觀格局變化與自然、生態(tài)過程和人類社會(huì)活動(dòng)之間的關(guān)系，也有利于分析確定導(dǎo)致該地區(qū)景觀格局改變的因素的影響強(qiáng)度和方向及其有效性，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展決策提供重要的科學(xué)依據(jù)[6]。研究者利用景觀指數(shù)對(duì)不同地區(qū)、流域的植被景觀格局進(jìn)行了分析，取得了許多有益的結(jié)果[3,7-9]。河南省中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心區(qū)，也是是國家糧食生產(chǎn)核心區(qū)。近年來隨著工業(yè)和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，部分地區(qū)植被覆蓋遭到破壞，生態(tài)環(huán)境惡化。現(xiàn)有研究多采用空間分辨率過低(8 km)的植被指數(shù)的變化進(jìn)行分析[5]，或者涉及區(qū)域僅是河南省局部地區(qū)；或者對(duì)河南省植被覆蓋度變化進(jìn)行了分析，但只分析兩個(gè)時(shí)相的變化特征[10]，難以反映植被覆蓋度變化的過程，而且缺少植被覆蓋度景觀格局變化的分析，所以對(duì)河南省多時(shí)相植被覆蓋度及其景觀格局變化的研究有待加強(qiáng)。因此，本研究以2000，2003，2006和2009年4個(gè)時(shí)相的250 m分辨率的MODIS NDVI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取4個(gè)時(shí)相的植被覆蓋度，對(duì)不同覆蓋度等級(jí)的斑塊進(jìn)行景觀格局分析，獲取河南省10 a來植被覆蓋度及其景觀格局的時(shí)空變化情況，并分析其變化的驅(qū)動(dòng)力，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—環(huán)境持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供決策參考。

1研究區(qū)概況

河南省位于中國中東部，地理坐標(biāo)為：110°21′—116°39′E，31°23′—36°22′N，總面積1.67×105km2，地勢呈現(xiàn)自東向西由平原向丘陵山地過渡的特征。北部太行山、西部伏牛山、南部桐柏山和大別山沿省界呈半環(huán)形分布；中、東部為淮海沖積平原；西南部為南陽盆地。平原和盆地、山地、丘陵分別占總面積的55.7%，26.6%，17.7%[4]。該省由南向北年平均氣溫為15.7～9.5 ℃，年均降水量532.5～1 380.6 mm，屬亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風(fēng)氣候，具有四季分明、雨熱同期、復(fù)雜多樣和氣象災(zāi)害頻繁的特點(diǎn)。6—8月降水量占年總量的45%～67%，年平均實(shí)際日照時(shí)數(shù)2 000～2 600 h，無霜期190～230 d，光照充足，熱量豐富，春夏秋冬四季分明[10]。

2材料與方法

2.1　數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

研究數(shù)據(jù)采用的是美國NASA提供的MODIS/Terra NDVI(歸一化差值植被指數(shù))產(chǎn)品，產(chǎn)品類型編號(hào)為MOD13Q1，空間及時(shí)間分辨率分別為250 m 和16 d，數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn)，平臺(tái)該數(shù)據(jù)可獲取時(shí)段為2000年2月至2011年3月。選取2000，2003，2006和2009年4個(gè)時(shí)相每年7—9月共計(jì)24景影像。該數(shù)據(jù)已經(jīng)過輻射校正、云體掩膜、大氣校正等處理。為了年際間對(duì)比分析，進(jìn)一步減弱云覆蓋及階段性植被變化對(duì)植被覆蓋度的影響及消除太陽高度角等因素的影響，考慮到河南省各植被類型植被生長均在一年中的7—9月達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)[5]，在ENVI中利用最大值合成法(MVC)對(duì)各年7—9月NDVI進(jìn)行最大值合成[1,11-13]。后續(xù)處理使用ENVI軟件進(jìn)行格式和投影變換，將HDF轉(zhuǎn)化為Tiff格式，轉(zhuǎn)換Sinusoidal 投影為UTM/WGS-84，以河南省省界裁剪得到河南省4個(gè)時(shí)期的NDVI數(shù)據(jù)。

本研究處理了美國NASA EOS/MODIS的2009年的MOD12Q1數(shù)據(jù)產(chǎn)品，該產(chǎn)品是MODIS三級(jí)數(shù)據(jù)土地覆蓋類型產(chǎn)品，是根據(jù)1 a的Terra和Aqua衛(wèi)星觀測所得的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，描述了土地覆蓋的類型。本研究基于該數(shù)據(jù)產(chǎn)品獲取了河南省土地覆蓋類型數(shù)據(jù)，將河南省土地覆蓋類型分為水體覆蓋區(qū)、城市與建成區(qū)、農(nóng)田區(qū)、和自然植被區(qū)(森林、灌木和草地分布區(qū))等4種土地覆蓋類型。

2.2　研究方法

2.2.1植被覆蓋度提取和分級(jí)本研究基于像元二分模型的原理[4,14-16]進(jìn)行研究區(qū)植被覆蓋度的提取。基于NDVI數(shù)據(jù)的植被覆蓋度估算可采用公式(1)進(jìn)行計(jì)算：

FC=(N-Nsoil)/(Nveg-Nsoil)

(1)

式中：FC——植被覆蓋度；Nsoil——裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值；Neg——純植被像元的NDVI值。

為了便于不同時(shí)相數(shù)據(jù)的比較，參考相關(guān)研究[2-4]，結(jié)合河南省的植被覆蓋度的實(shí)際情況，根據(jù)頻率統(tǒng)計(jì)表，選取累積頻率為0.5%的NDVI值為Nsoil，累積頻率為99.5%的NDVI值為Nveg。最后，根據(jù)植被覆蓋度公式(1)得到各時(shí)期河南省的植被覆蓋度分布圖。參考已有的植被覆蓋度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)與方法，結(jié)合河南省植被的特點(diǎn)以及目視解譯的結(jié)果，參考賀震和賀俊平[10]關(guān)于河南的植被覆蓋度分級(jí)，將河南省植被覆蓋度定5個(gè)等級(jí)，F(xiàn)C在0%～30%為低覆蓋度，30%～50%為中低覆蓋度，50%～70%為中覆蓋度，70%～90%為高覆蓋度，90%～100%為極高覆蓋度。

2.2.2景觀格局分析在ArcGIS平臺(tái)下，利用河南省土地覆蓋類型數(shù)據(jù)將植被覆蓋度等級(jí)圖分割為水體、城市與建成區(qū)、農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)4個(gè)區(qū)域的植被覆蓋等級(jí)圖，利用Fragstas 3.3，計(jì)算城市與建成區(qū)、農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)4個(gè)年份相應(yīng)的景觀格局指數(shù)。根據(jù)陳文波等[17]景觀指數(shù)構(gòu)建研究，在景觀級(jí)別分析景觀指標(biāo)時(shí)，選用斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、景觀蔓延度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均度指數(shù)等指標(biāo)(表4)。在斑塊類型尺度上分析景觀指標(biāo)時(shí)，選用了斑塊類型所占景觀面積的比重、最大斑塊指數(shù)等指標(biāo)；指標(biāo)的計(jì)算方法和公式均采用Fragstas 3.3的表示方法[3,18]。

3結(jié)果與分析

3.1　植被覆蓋度變化和空間分布的基本特征

在ArcGIS平臺(tái)下，利用河南省土地覆蓋類型數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析河南省城市與建成區(qū)、農(nóng)田區(qū)、自然植被區(qū)等不同統(tǒng)計(jì)區(qū)域的平均植被覆蓋度(表1)和植被覆蓋度等級(jí)組成(表2)。由表1可以看出，2000，2003，2006，2009年4個(gè)時(shí)期中河南省植被覆蓋度呈現(xiàn)先下降后上升的特點(diǎn)，變化范圍為72.64%～76.48%，其中2003年河南省植被覆蓋度最低，為72.64%，2009年植被覆蓋度最高，為76.48%。在不同的土地覆蓋類型區(qū)，各個(gè)時(shí)期最高的均為自然植被區(qū)，最低的均為城市與建成區(qū)。城市與建成區(qū)植被覆蓋度最高值出現(xiàn)在2000年，最低值出現(xiàn)在2009年，與2000年相比，2009年城市與建成區(qū)植被覆蓋度出現(xiàn)了較大幅度的下降，下降了4.75%；而農(nóng)田區(qū)植被覆蓋度最高值出現(xiàn)在2009年，最低值出現(xiàn)在2003年，與城市與建成區(qū)不同，2009年農(nóng)田區(qū)植被覆蓋度與2000年相比出現(xiàn)了小幅增加，增加了0.65%；自然植被區(qū)植被覆蓋度最高值出現(xiàn)在2000年，最低值出現(xiàn)在2003年與2000年相比，2009年自然植被區(qū)植被覆蓋度出現(xiàn)了小幅下降，下降了0.82%。

表1　河南省2000，2003，2006和2010年植被覆蓋度　%

表2　河南省2000，2003，2006和2009年植被覆蓋度等級(jí)組成特征　%

從表2可以看出，4個(gè)時(shí)期中，河南省植被覆蓋度主要集中在高覆蓋度水平，占河南省總面積的比例在57.03%～68.51%；其次為中覆蓋度水平，所占比例在18.53%～29.63%；再次為極高覆蓋度水平，占比例在7.37%～14.41%。極高覆蓋度水平占比最大年份為2009年，高覆蓋度水平占比最大年份為2006年，中覆蓋度、中低覆蓋度占比最大年份均為2003年。

河南省植被覆蓋度分布(圖1)顯示，由于受植被類型、氣候、地形、城市化因素的綜合影響，總體呈現(xiàn)東部和西部較高而中部較低的特點(diǎn)。受水體分布和城市化影響，水體或低覆蓋度區(qū)域主要分布在水體覆蓋區(qū)和城市與建成區(qū)，主要包括黃河水體分布帶、南陽市南部的丹江口水庫及各省轄市的建成區(qū)等；中低覆蓋度和中等覆蓋度區(qū)域主要分布在安陽、鶴壁、新鄉(xiāng)地區(qū)的西北部、焦作北部、濟(jì)源西部、洛陽市西部、三門峽市北部、平頂山市中部、駐馬店市西部、南陽市中部等區(qū)域的農(nóng)田區(qū)，該區(qū)域位于低山丘陵區(qū)域，土壤瘠薄，不便灌溉，農(nóng)田作物生長狀況較差，植被覆蓋度水平為中低或中等水平；位于平原區(qū)的農(nóng)田面積占全省農(nóng)田面積的70%，而這部分農(nóng)田植被生長狀況良好，面積占比最大的高覆蓋度區(qū)域主要位于該區(qū)域；位于河南省的西部，洛陽市南部、南陽市西北部，三門峽市中部和西南部的伏牛山地區(qū)，該區(qū)為20多條河流的源頭區(qū)，自然植被區(qū)的森林廣泛分布與此，大部分極高覆蓋度區(qū)域在該地區(qū)分布。

圖1　河南省植被覆蓋度等級(jí)分布

3.2　河南省植被覆蓋度等級(jí)的變化特征

為了研究河南省植被覆蓋等級(jí)轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)，首先分別將水體或低覆蓋度、中低覆蓋度、中覆蓋度、高覆蓋度、極高覆蓋度類型賦予屬性代碼1，2，3，4，5。同時(shí)，自2000—2009年期間，規(guī)定植被覆蓋度等級(jí)增加的為增加區(qū)，植被覆蓋度等級(jí)降低的為減少區(qū)，差值≤-2的為明顯減少區(qū)，差值為-1的為一般減少區(qū)，差值為0的為無變化區(qū)，差值為1的為一般增加區(qū)，差值≥2的為明顯增加區(qū)。兩個(gè)時(shí)相影像進(jìn)行差值運(yùn)算后，根據(jù)代碼差值確定植被覆蓋等級(jí)轉(zhuǎn)化類型[10]，生成植被覆蓋等級(jí)轉(zhuǎn)化類型分布圖(圖2)，并統(tǒng)計(jì)河南省、城市與建成區(qū)、農(nóng)田區(qū)、自然植被區(qū)的各類植被覆蓋度等級(jí)變化類型的面積，計(jì)算各變化類型區(qū)所占面積比例(表3)。從表3可知，河南省植被覆蓋度等級(jí)增加區(qū)的面積占省總土地面積的21.59%，其中一般增加區(qū)和明顯增加區(qū)分別占19.41%和2.18%；植被覆蓋度等級(jí)減少區(qū)的面積占19.01%，其中一般減少區(qū)和明顯減少區(qū)分別占17.54%和1.47%。河南省植被覆蓋度增加區(qū)面積大于減少區(qū)面積。在各土地覆蓋類型區(qū)中，城市與建成區(qū)減少區(qū)占區(qū)域總面積比例明顯高于增加區(qū)面積比例，高11.57%，其明顯減少區(qū)和一般減少區(qū)占比均高于農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)；自然植被區(qū)減少區(qū)占區(qū)域總面積比例也高于增加區(qū)面積比例，高4.78%；與城市與建成區(qū)和自然植被區(qū)不同，農(nóng)田區(qū)增加區(qū)面積比例高于減少區(qū)，高出4.83%。

表3　2000與2009年河南省植被覆蓋度等級(jí)變化類型面積比例　%

由圖2可知，植被覆蓋度明顯減少區(qū)主要分布城市建成區(qū)；植被覆蓋度一般減少區(qū)主要分布安陽市和新鄉(xiāng)市的西部、焦作市的中部、濟(jì)源市的東部、洛陽市的東北部、南陽市中部的農(nóng)田區(qū)和洛陽市、平頂山市、南陽市交界處、信陽市南部的自然植被區(qū)；植被覆蓋度增加區(qū)域主要分布在濮陽市南部、新鄉(xiāng)市中部、鄭州市大部、駐馬店市東部、信陽市北部的農(nóng)田區(qū)和濟(jì)源市中西部、三門峽市南部和中部、洛陽市南部的自然植被區(qū)。

圖2　河南省2009與2000年植被覆蓋度等級(jí)轉(zhuǎn)化類型分布

3.3　基于景觀水平指數(shù)的植被覆蓋度分析

斑塊密度(PD)值的大小與景觀破碎度正相關(guān)。由表4可知，4個(gè)時(shí)期中，城市與建成區(qū)的PD值均明

顯大于農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)，說明城市與建成區(qū)空間異質(zhì)性程度較農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)大，景觀破碎化程度較大；城市與建成區(qū)的PD值持續(xù)下降，說明期間城市與建成區(qū)植被覆蓋度的景觀破碎度持續(xù)下降，區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度斑塊有所減少，某種植被覆蓋度類型出現(xiàn)聚集；農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)PD值則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最終2009年P(guān)D值較2000年P(guān)D值出現(xiàn)較大幅度的下降，說明期間農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)最終景觀破碎度有所降低。蔓延度指數(shù)(CONTAG)描述不同斑塊類型的團(tuán)聚程度或延展趨勢。由表4可知，4個(gè)時(shí)期中，農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)的CONTAG值均大于40，說明這兩個(gè)區(qū)域的景觀主要受少數(shù)幾種植被覆蓋度的景觀類型控制。城市與建成區(qū)的CONTAG值均明顯小于農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)，表明在城市與建成區(qū)，具有同一植被覆蓋度等級(jí)的植被斑塊的鄰近程度較高。城市與建成區(qū)和自然植被區(qū)CONTAG值波動(dòng)中有所增加，這種變化反映出區(qū)域各覆蓋等級(jí)類型趨于集中，分布混雜程度降低。SHDI用各類型的面積比例來衡量類型多樣性，SHEI描述不同景觀類型分布均勻度。

從表4可知，2000，2003，2006，2009年4個(gè)時(shí)期中，城市與建成區(qū)SHDI值均大于同時(shí)期的農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)，表明城市與建成區(qū)的景觀破碎化程度相對(duì)較高，各植被覆蓋度等級(jí)分布較為分散；城市與建成區(qū)SHEI值也均大于同時(shí)期的農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)，說明城市與建成區(qū)具有不同植被覆蓋度等級(jí)的植被在空間分布上更均勻。

表4　河南省2000，2003，2006和2010年植被覆蓋度等級(jí)景觀級(jí)別指數(shù)

3.4　基于類型水平指數(shù)的植被覆蓋度分析

景觀要素的斑塊特征影響其內(nèi)部及斑塊之間的物質(zhì)和能量交換、斑塊穩(wěn)定性，通過分析可以了解各景觀要素的復(fù)雜性、破碎化程度以及受干擾狀況[19]。斑塊類型所占景觀面積的比重(PLAND)度量斑塊類型占整個(gè)景觀面積的相對(duì)比例。由圖3可知，不同區(qū)域之間的PLAND值差異明顯。具體而言在城市和建成區(qū)，4個(gè)時(shí)期中，水體或低覆蓋度區(qū)的PLAND值持續(xù)增大，這也是大范圍的人工硬質(zhì)景觀建設(shè)致使植被覆蓋不斷遭到破壞的結(jié)果。高植被覆蓋的PLAND值呈現(xiàn)波動(dòng)中有所下降，說明城市化進(jìn)程對(duì)高覆蓋度等級(jí)植被的存在蠶食現(xiàn)象。在農(nóng)田區(qū)，高覆蓋度和極高覆蓋度的PLAND值由2000—2009年有所增加。在自然植被區(qū)，高覆蓋度和極高覆蓋度的PLAND值也有所增加，但低于農(nóng)田區(qū)的增加幅度。最大斑塊指數(shù)(LPI)是某類型中最大斑塊占整個(gè)景觀面積的比例，可以作為確定優(yōu)勢景觀元素的依據(jù)。從圖3可以看出，4個(gè)時(shí)期中，在城市與建成區(qū)中，水體與低覆蓋度的LPI值均大于其他覆蓋度等級(jí)，而且呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，說明水體和低覆蓋度斑塊優(yōu)勢地位不斷增強(qiáng)，城市化的干擾持續(xù)增強(qiáng)。而在農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)，高覆蓋度的LPI值均明顯大于其他覆蓋度等級(jí)，說明在這兩個(gè)區(qū)域，高覆蓋度斑塊處于明顯優(yōu)勢地位。

圖3　河南省城市與建成區(qū)、農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)各覆蓋度等級(jí)植被的PLAND和LPI指數(shù)

3.5　驅(qū)動(dòng)力分析

3.5.1氣候因子對(duì)河南省植被覆蓋度的影響區(qū)域植被覆蓋和氣候變化是互相作用的，水熱條件對(duì)植被空間分布及其變化有重要影響。研究結(jié)果顯示，河南省平均植被覆蓋度2003年最低，其他3個(gè)年份相差不大。在農(nóng)田區(qū)與自然植被區(qū)，平均植被覆蓋度也呈現(xiàn)相似的變化特點(diǎn)。而城市與建筑區(qū)由2000—2009年則呈現(xiàn)較為明顯的下降趨勢。相關(guān)研究顯示[20]，河南省夏季平均溫度為2006年最高，2009次之，2000再次之，而2003年平均氣溫明顯低于其他3個(gè)年份，是罕見的夏季低溫年份；而降水量則呈現(xiàn)2000年最高，2003年次之，2006年和2009年明顯低于其他2個(gè)年份，2009年最低[21]。河南省平均植被覆蓋度的變化與同時(shí)期平均溫度的變化特點(diǎn)相一致，而與降水量的變化不一致，這顯示了河南省植被生長對(duì)溫度的敏感性，而降水對(duì)河南省植被覆蓋影響有限。另外，因?yàn)楹幽鲜∈寝r(nóng)業(yè)大省，大部分區(qū)域?yàn)榭梢怨喔鹊霓r(nóng)田覆蓋區(qū)，所以河南省農(nóng)田區(qū)經(jīng)過2003年的夏季低溫較低導(dǎo)致植被覆蓋降低以后(同年河南省糧食產(chǎn)量也為2000年以后最低[22])，2006，2009降水相對(duì)較少年份，區(qū)域植被覆蓋度卻高于2000年的豐水年。但是位于土壤貧瘠、保水保肥能力較差的太行山區(qū)及西南部低山丘陵區(qū)的農(nóng)田區(qū)，無法灌溉，區(qū)域植被覆蓋度的出現(xiàn)降低。自然植被由于無法灌溉，其生長狀況一方面受氣溫影響，再一方面也受降水影響較大，這也是2003年后，其植被覆蓋度一直沒有達(dá)到2000年水平的重要原因。

3.5.2人類活動(dòng)對(duì)河南省植被覆蓋度的影響植被覆蓋度及其景觀格局的時(shí)空變化受人類活動(dòng)強(qiáng)烈影響。快速城鎮(zhèn)化和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)會(huì)在一定程度上導(dǎo)致植被退化，植被覆蓋度降低。研究顯示，河南省植被覆蓋度降低較為劇烈的區(qū)域主要分布在城市與建成區(qū)，這與近些年來河南省的快速城鎮(zhèn)化有很大關(guān)系。河南的城市2010年建成區(qū)面積較2000年增加了97%[22-23]，這也是城市建成區(qū)植被覆蓋度降低和景觀格局惡化的主要原因。雖然河南省正在快速城鎮(zhèn)化，但是河南省整體植被覆蓋度在2003年以后逐漸增加，一方面是氣溫和降水的影響，另外也與2000年以來河南省實(shí)施的不以犧牲糧食和農(nóng)業(yè)為代價(jià)的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化“三化”協(xié)調(diào)發(fā)展的發(fā)展戰(zhàn)略有關(guān)。工業(yè)化及其帶動(dòng)的城鎮(zhèn)化和興建高速公路、高速鐵路等公共設(shè)施也必然使占地需求增加，這就產(chǎn)生了工業(yè)發(fā)展與農(nóng)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在矛盾和沖突[22,24]，為了解決這一矛盾，實(shí)現(xiàn)“三化”協(xié)調(diào)發(fā)展，河南省通過多種途徑挖潛土地資源，使河南在工業(yè)化和城鎮(zhèn)化用地不斷增加的情況下仍然實(shí)現(xiàn)了耕地面積的增加，1999年以來，河南實(shí)施占補(bǔ)平衡項(xiàng)目共補(bǔ)充耕地1.77×105hm2[22]，這也是河南省整體植被覆蓋度在快速城鎮(zhèn)化背景下保持較高水平且有所增加以及農(nóng)田區(qū)、自然植被區(qū)景觀格局改善的重要原因。

4結(jié) 論

(1) 2000—2009年河南省植被覆蓋度出現(xiàn)先下降后上升，城市建成區(qū)植被覆蓋度呈現(xiàn)下降趨勢，而農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)的植被覆蓋度則呈現(xiàn)先下降后上升的特點(diǎn)，植被覆蓋度明顯降低的區(qū)域主要分布在城市與建成區(qū)。在空間分布上，植被覆蓋度水平最高區(qū)域主要分布在豫西的林區(qū)，最低區(qū)域主要分布在水體覆蓋區(qū)和城市與建成區(qū)。

(2) 在景觀水平上，城市與建成區(qū)，農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)的植被覆蓋度等級(jí)景觀破碎化程度在研究期間有所減低，整體上農(nóng)田區(qū)與自然植被區(qū)景觀格局優(yōu)于城市與建成區(qū)；在類型水平上，在3個(gè)類型區(qū)，高覆蓋度斑塊在研究期間處于優(yōu)勢地位，但在城市與建成區(qū)分布更為分散；城市與建成區(qū)的水體或低覆蓋度斑塊優(yōu)勢地位有所增強(qiáng)，其景觀格局向惡性方向發(fā)展，而農(nóng)田區(qū)和自然植被區(qū)與之相反。

(3) 降水和氣溫的變化、快速城鎮(zhèn)化以及河南省城鎮(zhèn)化、新型工業(yè)化、新型農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施是導(dǎo)致上述河南省植被覆蓋度及其景觀格局變化的主要原因。

(4) 本研究通過植被覆蓋度及其景觀格局變化分析，更加直觀地對(duì)區(qū)域內(nèi)植被總體變化情況定量分析，有助于評(píng)估國家和省級(jí)層面發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)植被覆蓋的影響。受數(shù)據(jù)限制，本研究也存在一定的不足之處，本研究沒能將定量化的氣候數(shù)據(jù)與植被覆蓋度數(shù)據(jù)的變化做對(duì)比，在后續(xù)研究中應(yīng)進(jìn)一步完善。

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Spatiotemporal Change of Fractional Vegetation Coverage and Its Landscape Pattern in He’nan Province

WANG Xinchuang1,2, LIU Wenkai2, YANG Huijun3, WANG Shidong1, ZHANG Hebing1

(1.SchoolofSurveyingandLandInformationEngineering,He’nanPolytechnicUniversity,Jiaozuo,He’nan454000,China; 2.He’nanUniversityofEnginering,Zhengzhou,He’nan451191,China; 3.XiaolangdiWaterandHydropowerEngineeringCo.Ltd.,Jiyuan,He’nan454681,China)

Abstract：[Objective] The objective of the paper is to study the spatial-temporal changes and driving factors of fractional vegetation coverage(FVC) and its landscape pattern in He’nan Province in the past decade in order to provide a support for the regional sustainable development of society, economy and environment. [Methods] Based on dataset of MOD13 Q1 in 2000, 2003, 2006 and 2009, we did the quantitative analysis under ArcGIS 9.3 and Fragstas 3.3. [Results] At a time scale of 10 years, the regional FVC was dominated by high FVC grade. The overall FVC decreased firstly and then increased. The lowest FVC was 72.64% in 2003, and the highest was 76.48% in 2009. The areas with extreme high FVC distributed in forested areas of western He’nan Province. And the areas with the lowest FVC distributed in urban and built area, large reservoirs and the ecological conservation zone of Yellow River. The FVC declined in urban and built area, but increased in cropland and natural vegetation areas. The landscape pattern of cropland and natural vegetation areas was improved, but urban and built area was on the contrary. The areas with an obviously decreased FVC mainly distributed in urban and built area. [Conclusion] The main reasons for the change of fractional vegetation coverage and its landscape pattern in He’nan Province were the local changes in precipitation and temperature, rapid urbanization and the implementation of coordinated development strategy of urbanization, new-type industrialization and agricultural modernization.

Keywords:fractional vegetation coverage(FVC); spatial-temporal change; landscape pattern; urbanization; He’nan Province

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)06-0241-07

中圖分類號(hào)：Q948， P237

通信作者：張合兵(1975—),男(漢族),河南省滑縣人,碩士,副教授,主要從事區(qū)域土地生態(tài)方面的研究。E-mail:jzitzhb@hpu.edu.cn。

收稿日期：2015-02-25修回日期：2015-04-22

資助項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于多源遙感數(shù)據(jù)的森林生物量估算與空間尺度轉(zhuǎn)換研究”(41401500)，“生態(tài)約束條件下的區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)與空間格局優(yōu)化研究”(41301617); 中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M580629)； 河南理工大學(xué)博士基金項(xiàng)目(B2012-071)； 河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(142102310513； 142102310033)

第一作者：王新闖(1979—),男(漢族),河南省封丘縣人,博士,副教授,主要從事3S技術(shù)及其在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用研究。E-mail:wangxc_382@163.com。