升金湖濕地保護(hù)區(qū)植被覆蓋變化及其主要驅(qū)動因子分析

楊少文，董　斌，盛書薇，汪　慶，楊　李，汪　濤

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，安徽 合肥 230036)

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升金湖濕地保護(hù)區(qū)植被覆蓋變化及其主要驅(qū)動因子分析

楊少文，董斌，盛書薇，汪慶，楊李，汪濤

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，安徽 合肥 230036)

【目的】 分析安徽升金湖濕地保護(hù)區(qū)植被覆蓋的動態(tài)變化，研究其相關(guān)驅(qū)動因子，為該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供參考?！痉椒ā?基于SPOT-VGT的植被覆蓋指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)，采用最大值合成法、NDVI均值法、趨勢分析法以及相關(guān)分析法，分析2000-2010年升金湖濕地保護(hù)區(qū)植被變化的時空格局。選取氣溫、降水量、GDP等12個指標(biāo)為自變量，以NDVI值作為因變量，構(gòu)建多元線性回歸模型，從中篩選出影響NDVI的主要驅(qū)動因子?！窘Y(jié)果】 (1)升金湖濕地保護(hù)區(qū)的實驗區(qū)植被覆蓋較好，緩沖區(qū)植被覆蓋良好，重點保護(hù)區(qū)域核心區(qū)植被覆蓋度較低。(2)從1月到12月NDVI平均值和最大值均呈先增大后減小的趨勢，其中4-9月NDVI值較高。(3)升金湖濕地保護(hù)區(qū)絕大部分地區(qū)(61.18%)NDVI在2000-2010年間有顯著增加趨勢，表明保護(hù)區(qū)整體植被覆蓋明顯改善?！窘Y(jié)論】 升金湖濕地保護(hù)區(qū)植被覆蓋變化是氣候變化和人類活動共同作用的結(jié)果，耕地面積對植被覆蓋影響最大，氣溫和降水量對植被覆蓋的影響弱于GDP因子。

SPOT-VGT；植被覆蓋度變化；植被覆蓋指數(shù)；空間格局；升金湖濕地保護(hù)區(qū)

植被覆蓋在很大程度上代表了生態(tài)環(huán)境的總體狀況，其變化是生態(tài)環(huán)境變化的直接結(jié)果。動態(tài)監(jiān)測植被覆蓋的時空演變，對于揭示區(qū)域環(huán)境狀況的演化與變遷等具有重要的現(xiàn)實意義[1]。遙感影像因其在時間和空間上的連續(xù)性， 被認(rèn)為是監(jiān)測全球和區(qū)域植被變化最有效的數(shù)據(jù)源[2]，歸一化植被覆蓋指數(shù)(NDVI)是公認(rèn)的監(jiān)測地區(qū)或全球植被變化的有效指標(biāo)之一[3]。目前，已有許多學(xué)者利用NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行植被覆蓋度的研究，王植等[4]利用NOAA-AVHRR NDVI監(jiān)測了中國東部南北樣帶植被春季的物候變化情況；李一靜等[5]利用Landsat TM影像分析了深圳市植被的動態(tài)變化以及導(dǎo)致植被變化的主要因素；苗正紅等[6]以MODIS NDVI為數(shù)據(jù)源,研究了吉林省的植被覆蓋情況，發(fā)現(xiàn)吉林省植被覆蓋度由東部到西部逐漸降低，其中長白山地區(qū)植被覆蓋情況最好；王情等[3]基于SPOT-VGT的NDVI數(shù)據(jù)，設(shè)計植被動態(tài)空間計算模型，分析了淮河流域植被變化的時空格局；戴聲佩等[7]利用SPOT NDVI 分析了祁連山草地植被覆蓋的時空變化趨勢。

升金湖濕地保護(hù)區(qū)以升金湖為主體，由升金湖及周圍的灘地組成，濕地生態(tài)環(huán)境保存完好，具有豐富的自然、人文景觀，是長江下游區(qū)域內(nèi)陸淡水湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)保存最為完整的地域之一。但是近年來，由于不合理的漁業(yè)開發(fā)、濕地圍墾事件，使得濕地面積減少，而且徹底改變了植被面貌，并影響到毗鄰地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。目前，已有的對升金湖濕地的研究主要是對水生植物進(jìn)行區(qū)系分析[8]、探討水產(chǎn)養(yǎng)殖對升金湖植物群落的影響[9]、測試各樹種的耐水性[10]，但缺乏對升金湖濕地植被狀況整體的研究。為此，本研究在綜合考慮各類植被數(shù)據(jù)的時空分辨率、有效性和可獲得性的基礎(chǔ)上，利用2000-2010年 SPOT-VGT 數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)，對升金湖濕地保護(hù)區(qū)的植被時空變化規(guī)律進(jìn)行分析，研究其植被覆蓋動態(tài)變化規(guī)律，以期為該自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

升金湖濕地保護(hù)區(qū)位于安徽南部池州市境內(nèi)，坐落于東至縣與貴池區(qū)交界處，瀕臨長江，地處東經(jīng)116°55′-117°15′，北緯30°15′-30°30′。升金湖濕地保護(hù)區(qū)以升金湖為中心，沿岸分別向外延伸2.5 km左右，其四鄰界線為，東以高橋湖東岸經(jīng)唐田、坦埠、劉村、白笏、楊家咀連線為界，南至丁村、長嶺，西至206國道，北以將軍廟經(jīng)新河口至牛頭山一線為界，總面積33 340 hm2，其中升金湖 13 300 hm2?，F(xiàn)升金湖至長江出口建有黃湓閘，平均海拔約11 m。

升金湖周圍地形多樣，湖岸曲折，湖汊眾多，其東南方為低山、丘陵，植被類型以人工杉木林、馬尾松為主；西北為平原，主要植被為河柳、楓楊、香椿、楝樹以及梨、桃等果木經(jīng)濟林。升金湖正常水位湖岸周長165 km，平均湖寬7.5 km。建國后，升金湖兩岸人口增加，圍堤、墾植增多，加上每年約有9萬t泥沙從黃湓河中下游推入湖中，湖面不斷縮小。升金湖保護(hù)區(qū)不僅是國家級濕地珍禽自然保護(hù)區(qū)，而且是重要的生態(tài)治理區(qū)域之一，但伴隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)以及人類活動的加劇，其水土流失嚴(yán)重。

2　數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

1)遙感數(shù)據(jù)。采用2000年1月至2010年12月SPOT-VGT逐旬NDVI數(shù)據(jù)(http://free.vgt.vito.be/)進(jìn)行分析。源數(shù)據(jù)經(jīng)大氣校正、輻射校正、幾何校正，得到10 d最大化合成的NDVI數(shù)據(jù)，并將非植被的-1～0.1的值設(shè)置為-0.1，再通過公式NDVI=DN×0.004-0.1(DN為遙感影像的原始值)，對每一幅DN值數(shù)據(jù)進(jìn)行NDVI真值恢復(fù)，得到逐旬NDVI的時空序列數(shù)據(jù)。

2)土地利用數(shù)據(jù)。 本研究所用遙感影像數(shù)據(jù)為2011年landsat8 TM影像，來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(http://datamirror.csdb.cn/)。采用5,4,3波段監(jiān)督分類對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，將土地利用方式劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6大類型，經(jīng)檢驗各土地利用類型的精度均達(dá)到85%以上。

3)其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 社會、經(jīng)濟等數(shù)據(jù)來源于《安徽統(tǒng)計年鑒》；其他野外調(diào)查輔助數(shù)據(jù)為GPS數(shù)據(jù)。

2.2研究方法

2.2.1最大值合成法本研究用最大值合成法[11]合成每個月的最大NDVI值。計算公式為:

NDVIi=MaxNDVIij。

(1)

式中：NDVIi是第i月的NDVI值，NDVIij是第i月第j旬的NDVI值。

2.2.2NDVI均值法由于年均NDVI值能較好地反映該年份地表植被覆蓋狀況，利用ArcGIS軟件將各年份全年12個月的月最大NDVI值按均值法合成為年均NDVI，得到升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年各年份年均NDVI值[12]。合成之后的年均NDVI數(shù)據(jù)不僅避免了極端月份的影響，而且消除了不同地區(qū)季節(jié)變化對地表植被覆蓋變化的影響[13]。

2.2.3空間格局及變化趨勢分析一元線性回歸分析法可用來模擬每個柵格多年最大化NDVI的變化趨勢[14]，并估計NDVI的變化幅度。本研究主要采用Stow的綠度變化率來研究植被覆蓋變化的空間特征，在柵格尺度進(jìn)行一元線性回歸分析，模擬每個柵格的變化趨勢。該方法常被用來計算某時間段內(nèi)的季節(jié)合成歸一化植被指數(shù)年際變化的最小次方線性回歸方程的斜率[15-16]，其計算公式如下

(2)

式中：Slope為某柵格2000-2010年NDVI的變化趨勢(一元回歸曲線的斜率)，Slope>0，說明NDVI在這11年間呈增大趨勢，反之則減??；NDVIyi為第i年的NDVI平均值；i為年份序號，變化區(qū)間 1～11。

2.2.4植被覆蓋變化的驅(qū)動因子分析植被覆蓋狀況受到多種因素的影響，主要分為自然因素和人類活動因素兩大類。為選出主要驅(qū)動因子，本研究以安徽池州市東至縣2000-2010年的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以年最大值NDVI作為因變量，依據(jù)升金湖濕地保護(hù)區(qū)特點，選取氣溫(X1)、降水量(X2)、GDP(X3)、城鎮(zhèn)居民收入(X4)、主要年份糧食總產(chǎn)量(X5)、耕地面積(X6)、交通用地面積(X7)、人口密度(X8)、農(nóng)村人口數(shù)(X9)、造林面積(X10)、農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移數(shù)量(X11)、農(nóng)業(yè)機械總動力(X12)12個與該區(qū)植被覆蓋度可能相關(guān)的因子作為自變量，通過建立植被覆蓋驅(qū)動力模型，衡量各個因子對植被覆蓋的影響程度，進(jìn)而得到影響植被覆蓋的主要驅(qū)動因子。

首先要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，這是為了消除指標(biāo)之間因為量綱不同而產(chǎn)生的計算誤差。原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方法很多，常用的有極大值、極小值、總和以及標(biāo)準(zhǔn)差等方法。在實際應(yīng)用中，極值法便于理解和操作，所以本研究采用極值法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其公式如下:

(3)

式中:Xb為標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值，Xa為原始數(shù)值，Xmin為同一數(shù)據(jù)序列中的最小值，Xmax為同一數(shù)據(jù)序列中的最大值。

其次建立多元回歸模型，形式如下:

Y=C+b1X1+b2X2+…+bnXn。

(4)

式中:Y代表年均NDVI值；C為常數(shù)項；b1,b2,…,bn為系數(shù)；X1,X2,…,Xn代表植被覆蓋的影響因子，依次為氣溫、降水量、GDP、城鎮(zhèn)居民收入、主要年份糧食總產(chǎn)量、耕地面積、交通用地面積、人口密度、農(nóng)村人口數(shù)、造林面積、農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移數(shù)量、農(nóng)業(yè)機械總動力；n為驅(qū)動因子數(shù)，本研究為12個。

在Matlab軟件中,以植被NDVI值作為因變量,以氣溫、降水、農(nóng)業(yè)機械總動力等12個因子作為自變量,建立多元線性回歸模型。

3　結(jié)果與分析

3.1保護(hù)區(qū)植被覆蓋的空間分布特征

利用升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年間11年的SPOT NDVI植被指數(shù)數(shù)據(jù)，釆用最大值合成法將各旬的NDVI數(shù)據(jù)合成為月最大化NDVI數(shù)據(jù)，然后將得到的每年的月NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)一步合成為年最大NDVI數(shù)據(jù),最后采用均值法對11年的最大化NDVI數(shù)據(jù)求平均值，得到升金湖濕地保護(hù)區(qū) 2000-2010年平均NDVI空間分布圖(圖1-A)。相關(guān)部門根據(jù)保護(hù)區(qū)的自然環(huán)境、資源狀況和性質(zhì)、主要保護(hù)對象的空間分布狀況，并依據(jù)《中華人民共和國自然保護(hù)區(qū)條例》和《自然保護(hù)區(qū)工程總體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，編制了《安徽升金湖國家級自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃》，確定了保護(hù)區(qū)的功能分區(qū)，即核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)(圖1-B)。核心區(qū)即重點保護(hù)區(qū)域，其主要作用是保護(hù)其中的自然資源和自然環(huán)境，保持其生態(tài)系統(tǒng)和物種不受人為的干擾，保持其豐富的生物多樣性。緩沖區(qū)的作用是緩解外界壓力、防止人為活動對核心區(qū)的影響，對核心區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。保護(hù)區(qū)除去核心區(qū)、緩沖區(qū)以外的地區(qū)均屬實驗區(qū)，即保護(hù)區(qū)境內(nèi)沿湖四周的陸地部分。從圖1可以看出，實驗區(qū)植被覆蓋較好，該區(qū)是針闊葉混交林與落葉闊葉林的分布區(qū)，山地的NDVI值最高；緩沖區(qū)植被覆蓋良好，該區(qū)主要由農(nóng)田和草地組成，但農(nóng)田居多，人類活動劇烈[17]，所以該區(qū)域植被覆蓋度不及實驗區(qū)；重點保護(hù)區(qū)域即核心區(qū)植被覆蓋度較低，因為該區(qū)域是珍稀水禽的主要分布區(qū)，水面較大，NDVI值較低。

圖 1　升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年平均NDVI的空間分布(A)及功能分區(qū)(B)Fig.1　Spatial distribution of yearly averaged NDVI and function zones in Shengjin Lake wetland reserve during 2000-2010

3.2保護(hù)區(qū)植被覆蓋的年內(nèi)變化

利用ArcGIS軟件的空間分析工具進(jìn)行統(tǒng)計分析得出研究區(qū)2000-2010年各月份的NDVI平均值和最大值，繪制NDVI月均值和最大值的變化曲線，結(jié)果見圖2。

圖 2　升金湖自然保護(hù)區(qū)2000-2010年 NDVI值的月變化Fig.2　Monthly variation of NDVI values in Shengjin Lake wetland reserve during 2000-2010

從圖2可以看出，NDVI年內(nèi)季節(jié)變化明顯。研究區(qū)2000-2010年間各月份的NDVI平均值呈現(xiàn)出以下特點：從1月到12月NDVI值總體呈先增大后減小的趨勢，其中4-9月NDVI值較高，為0.60～0.74；其余月份NDVI值較低，為0.27～0.47。由于升金湖濕地保護(hù)區(qū)耕地面積較大，因而NDVI 整體受農(nóng)業(yè)物候影響較大。該區(qū)主要農(nóng)作物為冬小麥和水稻，每年的4、5月份冬小麥開始進(jìn)入生長季節(jié)，NDVI呈現(xiàn)遞增趨勢； 5月底至6月初為冬小麥的收獲季節(jié)，所以6月份NDVI值減??； 7、8月份氣候條件適宜，雨水充沛，水稻生長迅速，加上該保護(hù)區(qū)內(nèi)森林和草地等類型植被大都在夏季達(dá)到生長旺季，故NDVI曲線6月到7月再次迅速上升，8月達(dá)到峰值；9月至次年1月，NDVI呈下降趨勢。因為升金湖濕地保護(hù)區(qū)的水稻主要為中稻，中稻的收割時間是9月中旬，所以NDVI在九月份開始下降。升金湖濕地保護(hù)區(qū)月NDVI最大值的變化曲線較平均值曲線平穩(wěn)，1月份為最低(0.44)，1-5月明顯增大，4-9月變化較小， 8月達(dá)到峰值(0.86)，9月份至次年1月呈明顯下降趨勢。從NDVI季節(jié)變化來看，春季和夏季NDVI呈上升趨勢[18-19]，其中春季NDVI上升趨勢較明顯；秋冬季節(jié)NDVI呈下降趨勢。

3.3保護(hù)區(qū)植被覆蓋的年際變化

圖3為升金湖濕地保護(hù)區(qū)年均NDVI變化曲線。

圖 3　升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年NDVI的年際變化Fig.3　Annual variation of NDVI values in Shengjin Lake wetland reserve during 2000-2010

由圖3可見， 2000年NDVI值最低，為0.44，2009 年NDVI值最高，為 0.57，擬合結(jié)果顯示，2000-2010年NDVI值呈逐漸增加的趨勢(線性擬合曲線R2值達(dá)到了0.896 9)，表明升金湖濕地保護(hù)區(qū)植被覆蓋狀況逐年好轉(zhuǎn)[20]，且變好趨勢顯著。

3.4保護(hù)區(qū)植被覆蓋空間格局演變態(tài)勢

升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年NDVI變化趨勢及其空間格局如表1和圖4所示。由表1和圖4可知，保護(hù)區(qū)植被覆蓋嚴(yán)重退化面積為318 hm2，占總體面積的0.96%，主要集中于實驗區(qū)的東南部，該區(qū)為低山、丘陵，植被類型以人工杉木林、馬尾松為主，樹種較為單一，人工林在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和水土保持等生態(tài)功能方面都遠(yuǎn)不及天然林；此外，林業(yè)是該區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的一個重要方面，過度采伐及不合理的開發(fā)和利用導(dǎo)致該區(qū)植被退化比較嚴(yán)重[21]。

表 1　升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年均NDVI的變化趨勢Table 1　Changing trends of yearly averaged NDVI in Shengjin Lake wetland reserve during 2000-2010

圖 4升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年均NDVI變化斜率的空間分布

Fig.4Spatial distribution of changing slope of yearly averaged NDVI in Shengjin Lake wetland reserve during 2000-2010

中度退化和輕微退化區(qū)域面積分別占1.22%和2.39%，主要分布在實驗區(qū)和緩沖區(qū)，這兩個區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、交通路網(wǎng)、農(nóng)田水利建設(shè)等較發(fā)達(dá),侵占了大量的草地與農(nóng)田,這些活動導(dǎo)致植被指數(shù)降低。基本不變面積1 312 hm2，占3.94%，主要集中于城鎮(zhèn)地區(qū)。輕微改善和中度改善的區(qū)域分別占12.92%和17.40%，主要集中于平原區(qū)。明顯改善的面積為20 400 hm2，占61.18%，主要集中分布在核心區(qū)和實驗區(qū)。核心區(qū)分布有國家一級重點保護(hù)動物7種，分別是白鶴、白頭鶴、東方白鸛、黑鸛、大鴇、白肩雕、黑麂；國家二級重點保護(hù)動物27種，分別是胭脂魚、虎紋蛙、黃嘴白鷺、白琵鷺、卷羽鵜鶘、黑頭白鹮、白額雁、小天鵝、鴛鴦、灰鶴、白枕鶴、小鴉鵑、草鸮、斑頭鵂鹠、黑鳶、蒼鷹、赤腹鷹、雀鷹、松雀鷹、普通鵟、烏雕、白尾鷂、白腹鷂、紅隼、游隼、穿山甲、水獺等。這些重點保護(hù)動物中，鳥類占多數(shù)，保護(hù)區(qū)為給候鳥提供一個良好的棲息和覓食環(huán)境，租用金寶圩種植苦草、野菱、茭白等植物，有效地提高了核心區(qū)的水草覆蓋率；通過實地調(diào)研得知，大片沼澤變成了草灘，沼澤地的 NDVI 波動幅度最大，耕地和草地NDVI上升幅度最快[20-23]，所以該區(qū)植被覆蓋明顯改善。

3.5植被覆蓋空間驅(qū)動因子分析

3.5.1因子的獲取與處理升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年12個植被覆蓋空間驅(qū)動因子評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果如表2所示。

表 2　升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年12個植被覆蓋空間驅(qū)動因子評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果Table 2　Normalized values of 12 vegetation coverage spatial driving factors in Shengjin Lake wetland reserve during 2000-2010

注：X1～X12分別代表氣溫、降水量、GDP、城鎮(zhèn)居民收入、主要年份糧食總產(chǎn)量、耕地面積、交通用地面積、人口密度、農(nóng)村人口數(shù)、造林面積、農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移數(shù)量、農(nóng)業(yè)機械總動力。

Note:X1-X12are by temperature,precipitation,GDP,urban resident income，the main food production，arable land，land for traffic,population density，population，afforestation area，rural labor transfer,and agriculture machinery total power.

3.5.2多元線性回歸模型的建立根據(jù)數(shù)據(jù)分析得到多元線性回歸方程為:

Y=0.315+0.282X1+0.144X2+0.384X3-0.084X4+0.206X5+0.463X6-0.062X7-0.223X8-0.123X9+0.356X10-0.012X11+0.054X12。

從多元回歸模擬的結(jié)果中得出相伴概率P=0，說明多個自變量與因變量NDVI之間存在線性回歸關(guān)系,由R2的值可以得出，植被NDVI的擬合度比較好。對回歸模型進(jìn)行顯著性檢驗(F=1 226.068),通過了顯著水平P<0.05的檢驗，表明模型的線性關(guān)系在95%的置信水平下顯著成立。

由多元線性回歸模型結(jié)果可以得出：耕地面積(X6)、造林面積(X10)、氣溫(X1)、主要年份糧食總產(chǎn)量(X5)、降水量(X2)、農(nóng)業(yè)機械總動力(X12)對植被覆蓋影響具有正效應(yīng)，GDP(X3)、人口密度(X8)、農(nóng)村人口數(shù)(X9)、農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移數(shù)量(X11)、城鎮(zhèn)居民收入(X4)、交通用地面積(X7)對植被覆蓋影響具有負(fù)效應(yīng)。12個指標(biāo)中耕地面積對植被覆蓋影響最大，因為升金湖濕地保護(hù)區(qū)的主要土地利用類型為耕地，所占面積比例最大；GDP、造林面積、氣溫、人口密度、主要年份糧食總產(chǎn)量影響次之；GDP、人口密度對植被覆蓋影響具有負(fù)效應(yīng)，且GDP對植被覆蓋的影響強于人口密度。說明在經(jīng)濟越發(fā)達(dá)的地區(qū)，植被受到的影響越大，NDVI值越低，而在經(jīng)濟發(fā)展相對落后的地區(qū)，植被受到人類干擾影響程度較低[24]，NDVI值較高；隨著人口密度的增大，植被NDVI逐漸降低，在人口密度較小的地區(qū)，植被NDVI較大，植被覆蓋狀況較好。造林綠化，可明顯增加保護(hù)區(qū)的植被總量，并使植被覆蓋度增加[25]。氣溫和降水量對植被覆蓋的影響程度弱于GDP(氣溫和降水量屬于自然因素，GDP屬于人文因素)，表明在短期內(nèi)，人文因素對植被覆蓋的影響比自然因素更明顯，因為氣溫和降水量等自然因素對植被的影響具有滯后效應(yīng)，即需要一定限度的累積才會使植被覆蓋發(fā)生明顯的變化，所以GDP對植被覆蓋的影響比氣溫和降水顯著。農(nóng)業(yè)機械總動力的提高，可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提升，間接的增加糧食總產(chǎn)量，糧食總產(chǎn)量與耕地面積相關(guān)，所以農(nóng)業(yè)機械總動力和主要年份糧食總產(chǎn)量對植被覆蓋影響具有正效應(yīng)是合理的。保護(hù)區(qū)經(jīng)濟相對落后，交通欠發(fā)達(dá)，交通用地面積較少，所以交通用地面積對植被覆蓋影響較小。

4　討論與結(jié)論

本研究基于 SPOT NDVI 數(shù)據(jù)，采用 NDVI 均值法、一元線性回歸以及相關(guān)分析方法，對升金湖濕地保護(hù)區(qū)2000-2010年植被覆蓋時空變化及其驅(qū)動因子進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗區(qū)植被覆蓋較好，緩沖區(qū)植被覆蓋良好，核心區(qū)植被覆蓋度較低。從空間分布上看，絕大部分地區(qū)植被狀況趨于改善，局部地區(qū)呈退化趨勢。耕地面積、造林面積、氣溫、主要年份糧食總產(chǎn)量、降水量、農(nóng)業(yè)機械總動力對植被覆蓋具有正效應(yīng)，GDP、人口密度、農(nóng)村人口數(shù)、農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移數(shù)量、城鎮(zhèn)居民收入、交通用地面積對植被覆蓋具有負(fù)效應(yīng)；耕地面積對植被覆蓋影響最大，GDP、造林面積、氣溫、人口密度、主要年份糧食總產(chǎn)量等影響次之；氣溫和降水量對植被覆蓋的影響弱于GDP因子。

本研究雖然取得了一些結(jié)果，但還存在以下不足。①本研究采用的SPOT/NDVI數(shù)據(jù)精度較高，但數(shù)據(jù)時間序列較短，僅2000-2010年的數(shù)據(jù)，因此對植被NDVI時間尺度上的分析會因為數(shù)據(jù)樣本較少而使所得結(jié)果存在一定的誤差。今后的研究應(yīng)選用近30年以上、精度較高的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以使研究結(jié)果具有更高的參考價值。②從自然因子、土地利用因子和社會經(jīng)濟因子3個方面進(jìn)行指標(biāo)因子的選擇，但每一因子所選的指標(biāo)相對較少，不能完整揭示出植被與這些因子的相關(guān)關(guān)系。因此，以后的研究重心應(yīng)該是如何選取合理的影響因子指標(biāo)，并結(jié)合其他數(shù)據(jù)如高質(zhì)量的植被類型數(shù)據(jù)，以便更全面地探討植被與驅(qū)動因子的相關(guān)關(guān)系。③對植被覆蓋驅(qū)動因子進(jìn)行篩選時，由于該地區(qū)海拔區(qū)間較小，未將地理因子考慮進(jìn)去，使得結(jié)果不夠全面。在今后對植被覆蓋進(jìn)行研究時，應(yīng)盡量選取海拔區(qū)間差異明顯、具有典型特征的區(qū)域，以使結(jié)果更加全面。本研究雖存在上述不足，但分析結(jié)果對平原與山區(qū)的植被覆蓋變化規(guī)律探索有較大的借鑒意義。

[1]王鴿，韓琳，張昱.東北地區(qū)地表 NDVI 的時空變化規(guī)律 [J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,34(6)：87-91.

Wang G,Han L,Zhang Y.Temporal variation and spatial distribution of NDVI in northeastern China [J].Journal of Beijing Forestry University,2012,34(6):87-91.

[2]賀映娜,白紅英,高翔,等.基于NDVI的米倉山植被覆蓋變化趨勢分析 [J].西北植物學(xué)報,2010,31(8):1677-1682.

He Y N,Bai H Y,Gao X,et al.Analysis on the variation tendency of vegetation cover of Micang Mountains [J].Acta Bot Boreal-Occident Sin,2010,31(8):1677-1682.

[3]王 情，劉雪華，呂寶磊.基于SPOT-VGT數(shù)據(jù)的流域植被覆蓋動態(tài)變化及空間格局特征:以淮河流域為例 [J].地理科學(xué)進(jìn)展,2013,32(2):270-277.

Wang Q,Liu X H,Lü B L,Dynamic changes and spatial patterns of vegetation cover in a river basin based on SPOT-VGT data：A case study in the Huaihe River Basin [J].Progress in Geography,2013,32(2):270-277.

[4]王植,劉世榮,孫鵬森,等.基于NOAA NDVI研究中國東部南北樣帶植被春季物候變化 [J].光譜學(xué)與光譜分析,2010,30(10)：2758-2761.

Wang Z,Liu S R,Sun P S,et al.The variability of vegetation beginning date of greenness period in spring in the north-south transect of eastern China based on NOAA NDVI [J].Spectroscopy and Spectral Analysis,2010,30(10):2758-2761.

[5]李一靜，曾輝，魏建兵.基于歸一化植被指數(shù)變化分級的深圳市植被變化 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2008,19(5)：1064-1070.

Li Y J,Zeng H,Wei J B.Vegetation change in Shenzhen City based on NDVI change classification [J].Journal of Applied Ecology,2008,19(5)：1064-1070.

[6]苗正紅,劉志明,王宗明,等.基于MODIS NDVI的吉林省植被覆蓋度動態(tài)遙感監(jiān)測 [J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2010,25(3):387-393.

Miao Z H,Liu Z M,Wang Z M,et al.Dynamic monitoring of vegetation fraction change in Jilin Province based on MODIS NDVI [J].Remote Sensing Technology and Application,2010,25(3):387-393.

[7]戴聲佩,張勃,王海軍,等.基于SPOT NDVI 的祁連山草地植被覆蓋時空變化趨勢分析 [J].地理科學(xué)進(jìn)展,2010,29(9):1075-1080.

Dai S P,Zhang B,Wang H J,et al.Analysis on the spatial-temporal variation of grassland cover using SPOT NDVI in Qilian Mountains [J].Progress in Geography,2010,29(9):1075-1080.

[8]程元啟,吳建勛,邵建章．安徽升金湖國家級自然保護(hù)區(qū)水生植物區(qū)系研究 [J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，32(3):256-260．

Cheng Y Q,Wu J X,Shao J Z.Study on hydrophyte flora in Shengjin Lake National Nature Reserve of Anhui Province [J].Journal of Anhui Normal University(Natural Science),2009,32(3):256-260.

[9]許李林,徐文彬,孫慶業(yè),等.升金湖植物區(qū)系及其群落演變 [J].武漢植物學(xué)研究,2008,27(3)：264-270.

Xu L L,Xu W B,Sun Q Y,et al.Flora and vegetation in Shengjin Lake [J].Journal of Wuhan Botanical Research,2008,27(3)：264-270.

[10]徐慶， 潘云芬， 程元啟,等.安徽升金湖淡水森林濕地適生樹種篩選 [J].林業(yè)科學(xué),2008,44(12):7-14.

Xu Q,Pan Y F,Cheng Y Q,et al.Selection of adapting species used to restore freshwater forested wetlands at Shengjin Lake in Anhui Province [J].Scientia Silvae Sinicae,2008,44(12):7-14.

[11]張蓮芝，李明，吳正方,等.基于SPOT/NDVI的中國東北地表植被覆蓋變化及其機理研究 [J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2011,25(1):171-175.

Zhang L Z,Li M,Wu Z F,et al.Vegetation cover change and its mechanism in northeast China based on SPOT/NDVI data [J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2011,25(1):171-175.

[12]劉詠梅,李京忠,夏露.黃土高原植被覆蓋變化動態(tài)分析 [J].西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,41(6):1054-1058.

Liu Y M,Li J Z,Xia L.The dynamic vegetation cover change in Loess Plateau [J].Journal of Northwest University(Natural Science Edition),2011,41(6):1054-1058.

[13]Beurs K M,Henebry G M.Trend Analysis of the Pathfinder AVHRR Land (PAL) NDVI data for the deserts of central Asia [J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,2004,1(4):282-286.

[14]馬保東,陳紹杰,吳立新.基于SPOT-VGTNDVI的礦區(qū)植被遙感監(jiān)測方法 [J].地理與地理信息科學(xué),2009,24(1):84-87.

Ma B D,Chen S J,Wu L X.Vegetation monitoring method in mining area based on SPOT-VGTNDVI [J].Geography and Geo-Information Science,2009,24(1):84-87.

[15]宋怡,馬明國.基于SPOT VEGETATION數(shù)據(jù)的中國西北植被覆蓋變化分析 [J].中國沙漠,2007,27(1):89-93.

Song Y,Ma M G.Study on vegetation cover change in Northwest China based on SPOT VEGETATION data [J].Journal of Desert Research,2007,27(1):89-93.

[16]邱海軍,曹明明.基于SPOT VEGETATION數(shù)據(jù)的中國植被覆蓋時空變化分析 [J].資源科學(xué),2011,33(2): 335-340.

Qiu H J,Cao M M.Spatial and temporal variations in vegetation cover in China based on SPOT vegetation data [J].Resources Science,2011,33(2):335-340.

[17]劉玉安,黃波,程濤,等.基于像元二分模型的淮河上游植被覆蓋度遙感研究 [J].水土保持通報,2012,32(1):93-97.

Liu Y A,Huang B,Cheng T,et al.Vegetation coverage in upper Huaihe River Basin based on binary pixel model of remote sensing [J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2012,32(1):93-97.

[18]樸世龍,方精云.1982-1999 年我國陸地植被活動對氣候變化響應(yīng)的季節(jié)差異 [J].地理學(xué)報,2003,58(1):119-125.

Piao S L,Fang J Y.Seasonal changes in vegetation activity in response to climate changes in China between 1982 and 1999 [J].Acta Geographica Sinica,2003,58(1):119-125.

[19]陳效逑,王恒.1982-2003 年內(nèi)蒙古植被帶和植被覆蓋度的時空變化 [J].地理學(xué)報,2009,64(1):84-94.

Chen X Q,Wang H.Spatial and temporal variations of vegetation belts and vegetation cover degrees in Inner Mongolia from 1982 to 2003 [J].Acta Geographica Sinica,2009,64(1):84-94.

[20]武永利，欒青，趙永強，等．近 25 年山西植被指數(shù)時空變化特征分析 [J].生態(tài)環(huán)境，2008，17(6):2330-2335．

Wu Y L，Luan Q，Zhao Y Q，et al.Analyses on spatial-temporal change characteristics of NDVI during the past 25 years in Shanxi [J].Ecology and Environment，2008，17(6):2330-2335.

[21]李軍媛，晏利斌，程志剛．陜西省植被時空演變特征及其對氣候變化的響應(yīng) [J].中國水土保持，2011(6):29-32．

Li J Y，Yan L B，Cheng Z G．The dynamics characteristics of vegetation and its responding to the climatic change in Shaanxi province [J].Soil and Water Conservation in China，2011(6):29-32．

[22]宋富強,邢開雄,劉陽,等.基于 MODIS/NDVI 的陜北地區(qū)植被動態(tài)監(jiān)測與評價 [J].生態(tài)學(xué)報,2011,31(2):354-363.

Song F Q,Xing K X,Liu Y,et al.Monitoring and assessment of vegetation variation in northern Shaanxi based on MODIS/NDVI [J].Acta Ecologica Sinica,2011,31(2):354-363.

[23]李雙雙,延軍平,萬佳.近10年來陜甘寧黃土高原區(qū)植被覆蓋時空變化特征 [J].地理學(xué)報,2012,67(7):960-970.

Li S S,Yan J P,Wan J.The spatial-temporal changes of vegetation restoration on Loess Plateau in Shaanxi-Gansu-Ningxia Region [J].Acta Geographica Sinica,2012,67(7):960-970.

[24]周洪建，王靜愛，岳耀杰,等.人類活動對植被退化/恢復(fù)影響的空間格局：以陜西省為例 [J].生態(tài)學(xué)報，2009，29(9):4847-4856．

Zhou H J，Wang J A，Yue Y J,et al.Research on spatial pattern of human-induced vegetation degradation and restoration:A case study of Shanxi Province [J].Acta Ecologica Sinica，2009，29(9):4847-4856．

[25]劉志紅,郭偉玲,楊勤科,等.近20年黃土高原不同地貌類型區(qū)植被覆蓋變化及其原因分析 [J].中國水土保持科學(xué),2011,9(1):16-23.

Liu Z H,Guo W L,Yang Q K,et al.Vegetation cover changes and their relationship with rainfall in different physiognomy type areas of Loess Plateau [J].Science of Soil and Water Conservation,2011,9(1):16-23.

Changes in vegetation coverage and the main driving factors in Shengjin Lake wetland reserve

YANG Shaowen,DONG Bin,SHENG Shuwei,WANG Qing,YANG LI,WANG Tao

(SchoolofScience,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei,Anhui230036,China)

【Objective】 This study analyzed driving factors of the vegetation coverage change in Shengjin Lake wetland reserve to provide reference for sustainable development of ecological system in this region.【Method】 The temporal and spatial changes in coverage in Shengjin Lake wetland reserve from 2000 to 2010 were analyzed based on SPOT-NDVI data using maximum synthesis method,NDVI mean value,trend analysis and linear regression analysis.A total of 12 indictors including temperature,precipitation,GDP,and so on were used to construct the evaluation index system of driving factors.Taking NDVI as the dependent variable and the 12 driving factors as independent variables,the multiple-linear regression model was constructed,and the main driving factors of influencing factors were determined.【Result】 (1) Vegetation coverage rate in Shengjin Lake wetland reserve the experimental area was the highest,followed by the buffer area and the core area.(2)The NDVI values increased and then decreased from January to December,with high average during April to December.(3) NDVI values kept a significant increasing trend in most areas (61.18%) of the Shengjin Lake wetland reserve,which indicated that the vegetation coverage was improved in this region during 2000-2010.【Conclusion】 The vegetation cover change was caused by both climate change and human activity in Shengjin Lake wetland reserve.Cultivated area had the strongest effect on the vegetation cover while annual temperature and precipitation had weaker effects than GDP.

SPOT-VGT;vegetation change;NDVI;spatial pattern;Shengjin Lake wetland reserve

網(wǎng)絡(luò)出版時間:2016-07-1208:4510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.08.026

2015-01-04

安徽省國土資源廳科技項目“升金湖國家自然保護(hù)區(qū)土地利用/覆被變化與生態(tài)風(fēng)險評價研究”(2012-K-24)

楊少文(1988-)，女，安徽太和人，碩士，主要從事3S技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用研究。E-mail：812191314@qq.com

董斌(1970-)，男，安徽懷寧人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事測繪地理信息技術(shù)及其生態(tài)環(huán)境應(yīng)用研究。

E-mail：dbhy123@sina.com

S759.9

A

1671-9387(2016)08-0177-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160712.0845.052.html