烏蒙山區(qū)NDVI時空演變及驅(qū)動力研究

趙銀兵， 王涵玉， 李 丹， 李紫蘇

(1.成都理工大學(xué) 旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川 成都 610059;2.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

在全球氣候變化及其區(qū)域響應(yīng)、區(qū)域人地耦合作用日益復(fù)雜的背景下，陸地生態(tài)系統(tǒng)變化對環(huán)境產(chǎn)生的影響日益顯著[1-2]。植被作為陸地地表生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分，是聯(lián)結(jié)大氣、水體和土壤的重要紐帶，研究植被環(huán)境的時空變化特征及驅(qū)動機(jī)制，有助于厘清自然和人為因素與植被之間的耦合作用，便于模擬和預(yù)測區(qū)域植被環(huán)境的發(fā)展趨勢[3]。前人研究顯示，自然和人為驅(qū)動要素的改變在影響植被生長發(fā)育以及生理生化作用時存在空間異質(zhì)性[4-5]。因此，揭示植被活動與驅(qū)動因子變化的空間非平穩(wěn)關(guān)系及其響應(yīng)格局，可為應(yīng)對氣候及人類活動變化、改善區(qū)域植被覆蓋狀況提供理論依據(jù)[6]。

歸一化植被指數(shù)(NDVI)能有效反映植被生長狀況，前人基于NDVI數(shù)據(jù)采用回歸分析[3]、相關(guān)性分析[7]、因子分析[8]和Granger因果檢驗[9]等研究方法對全球[10]和區(qū)域[11-12]等不同尺度的植被演變進(jìn)行研究。在植被演變驅(qū)動要素與機(jī)制的研究方面，針對氣候類因子驅(qū)動機(jī)制主要研討了植被覆蓋動態(tài)變化與氣候因子的響應(yīng)機(jī)制[13-15]和相互的多尺度關(guān)系[16]，對地形類因子的探討大多集中在植被變化與地形的相關(guān)效應(yīng)上[17-18]，對人類活動因子影響機(jī)制方面的探討相對較少，更鮮有對各類驅(qū)動因子的綜合比較[19]。綜合已有研究發(fā)現(xiàn)，氣候類因素中，普遍認(rèn)為氣溫、降水對NDVI變化的影響最為顯著[20]；高程、坡度也較其他地形因子影響更強(qiáng)；人類活動因素分析主要包括城鎮(zhèn)建設(shè)、生態(tài)工程、森林破壞等[21-22]。以上研究主要通過相關(guān)性分析和統(tǒng)計回歸解釋NDVI與各類驅(qū)動因子總體的相互關(guān)系，但在區(qū)域差異背景下這種相關(guān)性具有空間非平穩(wěn)性。通過空間統(tǒng)計分析方法揭示區(qū)域性驅(qū)動因子及NDVI變化動態(tài)響應(yīng)機(jī)制、從局部擬合角度分析NDVI與驅(qū)動因子變化關(guān)系的空間非平穩(wěn)性等研究工作仍有待推進(jìn)。

地理加權(quán)回歸(GWR)方法通過計算回歸模型的局部參數(shù)，能夠優(yōu)化模型的擬合效果，更好地反映NDVI與驅(qū)動因子關(guān)系的空間非平穩(wěn)性[23-25]。烏蒙山地區(qū)處三省交界，區(qū)內(nèi)自然地理環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異顯著，為揭示其NDVI與驅(qū)動因素關(guān)系的空間非平穩(wěn)性和尺度依存性，基于2000—2015年烏蒙山區(qū)MODIS NDVI數(shù)據(jù)，分析該地區(qū)植被覆蓋的時空分布特征，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用GWR模型，從區(qū)域局部角度擬合NDVI與各類驅(qū)動因素的相互關(guān)系，探究NDVI對驅(qū)動因素的時空反應(yīng)機(jī)制?？λ固厥遮厙?yán)重的背景下，探尋該地植被時空變化規(guī)律，對烏蒙山地區(qū)植被恢復(fù)具有重要意義，期望為老少邊窮地區(qū)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

一 研究區(qū)概況

烏蒙山地區(qū)地處中國西南部喀斯特地貌區(qū)，行政區(qū)劃涵蓋四川、云南、貴州三省交界地區(qū)的38個縣(市、區(qū))，東西橫跨約388km，南北長約499.5km，總面積約11×104km2。地處三省交界，位于四川盆地和云貴高原的過渡地帶，喀斯特地貌發(fā)育，其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，呈典型的高原山地構(gòu)造地形，生態(tài)環(huán)境脆弱[26]。屬中亞熱帶高原季風(fēng)濕潤性氣候、亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候、低緯山地季風(fēng)氣候、暖溫帶濕潤季風(fēng)氣候，雨熱同季，干、濕季明顯，無霜期長。由于區(qū)內(nèi)自然地理環(huán)境復(fù)雜、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，烏蒙山區(qū)人地矛盾突出、資源與環(huán)境問題頻發(fā)，作為全國最大連片貧困帶之一，其貧困成因受到氣候地形等諸多要素的影響[27]，面臨生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的雙重貧困。

圖1 研究區(qū)位置示意

二 數(shù)據(jù)與方法

(一)數(shù)據(jù)來源與處理

本文使用的NDVI數(shù)據(jù)是搭載在EOS/Terra衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀(MODIS)，來源于美國國家宇航局(NASA)。2000—2015年的MODIS-NDVI逐月產(chǎn)品數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)下載，產(chǎn)品類型為MOD13A1，空間分辨率為500m，通過鄰近月份數(shù)據(jù)插補(bǔ)個別缺失月份的數(shù)據(jù)，應(yīng)用Savitzky-Golay濾波方法消除異常數(shù)據(jù)影響，采用年最大值法合成逐年NDVI數(shù)據(jù)。

本文研究還涉及其他自然和非自然因素數(shù)據(jù)。高程數(shù)據(jù)為GDEMDEM 30M產(chǎn)品數(shù)據(jù)，來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn/)。降水、氣溫和夜間燈光(表征人類活動影響)3種數(shù)據(jù)均來源于中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所(http://www.resdc.cn/)，空間分辨率1km。為綜合分析需要，對這五種數(shù)據(jù)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，使之與NDVI數(shù)據(jù)保持一致。

(二)研究方法

1.NDVI變化趨勢檢測

運(yùn)用一元線性回歸分析，分析植被指數(shù)在時間尺度的變化率。回歸方程斜率(θslope)代表監(jiān)測時段內(nèi)植被指數(shù)的變化趨勢。該方法可反映研究時間測度內(nèi)植被變化趨勢的空間分布特征，其計算公式如下：

(1)

式中：n表示時間序列的長度；i表示第i年；NDVIi表示第i年的NDVI值。θslope>0，代表該像元內(nèi)植被趨于改善，數(shù)值越大表明改善效果越顯著。反之，則表明該像元內(nèi)植被越趨于退化[18]。

NDVI變化趨勢的顯著性采用t檢驗方法檢查NDVI的突變，其計算公式如下：

(2)

2.地理加權(quán)回歸分析

地理加權(quán)回歸作為一種空間分析技術(shù)，通過建立空間范圍內(nèi)每個點處的局部回歸方程，探究研究對象在某一尺度下的空間變化及相關(guān)驅(qū)動因素。由于它考慮到了空間對象的局部效應(yīng)，因此其優(yōu)勢是具有更高的準(zhǔn)確性，還可用于對未來結(jié)果的預(yù)測。其模型如下：

(3)

式中：βk指局部系數(shù)；(ui，vi)為地理位置；xk，i為局部因素；εi指的是服從均值為零的獨(dú)立正態(tài)分布誤差。計算結(jié)果能很好地反映出各因子對NDVI變化的影響強(qiáng)度?；貧w系數(shù)絕對值越大，該因素對植被變化的影響越大，反之，越??；回歸系數(shù)為正，代表驅(qū)動因子與NDVI呈正相關(guān)關(guān)系，反之為負(fù)相關(guān)關(guān)系；回歸系數(shù)等于0，兩者沒有關(guān)系[22]。

由于氣溫、降水、燈光數(shù)據(jù)與NDVI數(shù)據(jù)同樣存在明顯的時空變化，計算其變率，并對結(jié)果進(jìn)行分級、重分類，最后將所有數(shù)據(jù)重采樣為2.5km分辨率，便于進(jìn)行GWR運(yùn)算。運(yùn)用GWR模型對處理后的各因子數(shù)據(jù)與年均NDVI變化進(jìn)行回歸計算。對GWR計算的各個因子估計值結(jié)果進(jìn)行空間插值，生成柵格數(shù)據(jù)面，用以評價局域回歸效果。

三 結(jié)果分析

(一)NDVI時空演變特征

在2000—2015年間，研究區(qū)植被總體呈增長趨勢，年均NDVI增長速率為0.007 1/yr。其中，2000年的NDVI年均值最低，2013年的NDVI年均值最高，2000—2002年、2005—2007年、2012—2013年這3個時段增長較快，2013—2015年有明顯下降，2007—2009年變化較為平穩(wěn)(圖2)。結(jié)果與童曉偉等[10]及蒙吉軍等[29]的研究一致。由于研究區(qū)植被覆蓋的空間分布受自然條件和人類活動的共同作用，年均NDVI呈現(xiàn)出較明顯的空間分異，呈現(xiàn)“北部、西南部高，中部低”的空間格局(圖3)。從16年的均值看來，NDVI值在0～0.845 4之間波動，3.63%的地區(qū)NDVI值>0.75，主要分布在區(qū)內(nèi)高程較低的北部敘永、赤水等地區(qū)，以及研究區(qū)西南部的武定、祿勸地區(qū)；而在中部的威寧、昭通，西南部的曲靖等地區(qū)NDVI值<0.45，面積占比0.63%。

圖2 年均NDVI與年平均氣溫、年降水量、夜間燈光強(qiáng)度變化

進(jìn)一步根據(jù)NDVI變率分級結(jié)果可知，NDVI改善區(qū)面積占區(qū)域面積96.62%，其中極顯著改善區(qū)占68%，主要分布在中部及西部地區(qū)；顯著改善區(qū)占12.28%、不顯著改善區(qū)占16.34%，主要集中分布在北部、東北部及西南部地區(qū)；3.38%的區(qū)域出現(xiàn)不顯著退化的情況，主要在古藺、赤水地區(qū)及雷波、馬邊一帶；幾乎不存在顯著或極顯著退化的區(qū)域(圖4～圖5)。部分結(jié)果與黃林峰等在赤水河流域[30]及王志紅在威寧地區(qū)[31]的相關(guān)研究一致。近年來，該地區(qū)的生態(tài)建設(shè)工程已帶來了一些生態(tài)效益。

圖3 NDVI空間分布

圖4 NDVI變率

圖5 NDVI變化顯著性分級

(二)NDVI變化影響因素分析

前人對于NDVI的驅(qū)動力研究大多集中在植被覆蓋與氣象因子的響應(yīng)上[29-30]，有部分學(xué)者在研究氣候因子對于NDVI變化影響的同時，也考慮到植被變化是人類活動與氣候變化共同作用的結(jié)果[32-34]。烏蒙山區(qū)地形梯度較大，對植被變化具有不可忽視的影響。因此，本文參照前人研究經(jīng)驗，選取氣候(氣溫、降水)、地形(高程、坡度)、人口5個重要的影響因子開展后續(xù)研究。通過計算結(jié)果可知總體上氣溫對NDVI的影響最大，系數(shù)為0.239 3，其次為高程(0.126 7)、坡度(-0.101 6)、人類活動(-0.030 1)、降水(-0.010 8)。其中，氣溫、高程與NDVI的變化呈正相關(guān)關(guān)系，而坡度、燈光、降水與NDVI變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

1.氣候因子影響分析

在2000—2015年，烏蒙山地區(qū)年平均氣溫和年均降水量均呈現(xiàn)周期性波動變化，且具有明顯的空間分異特征。在研究年限內(nèi)，年平均氣溫在10.5℃～11.5℃內(nèi)波動變化，氣溫年變率為0.005 5℃/yr，呈不顯著上升趨勢，這與王靜等對2000—2010年南方丘陵地帶溫度變化趨勢擬合結(jié)果相似[35]?？臻g上，研究區(qū)絕大部分地區(qū)年平均氣溫呈上升趨勢，僅8%的區(qū)域年平均氣溫呈下降趨勢，主要分布在研究區(qū)東北部赤水、習(xí)水等地；4%的地區(qū)年平均氣溫上升趨勢較為顯著，主要分布在西南部的祿勸、武定等地。研究時間測度內(nèi)除2009年、2011年年均降水量低于1 000mm外，均降水豐沛，降水的年際變化呈輕微上升趨勢，年變率約為0.557mm/yr。從空間上看，研究區(qū)70%的地區(qū)降水呈下降趨勢，降水呈增加趨勢的地區(qū)主要位于研究區(qū)中部，從鹽津等地到巧家等地呈東北—西南向帶狀分布。結(jié)果說明研究區(qū)氣候變化總體不顯著，但中部氣候呈濕熱趨勢，東北部呈干冷趨勢，其余地區(qū)氣候變化呈現(xiàn)干熱趨勢，且干熱趨勢在西南部最為顯著。

氣溫在一定程度上是決定植被生長的最主要因素[14, 29]，根據(jù)GWR結(jié)果，氣溫因子與植被的變化總體呈正相關(guān)關(guān)系，且在研究區(qū)東北部、西北部，尤其是威信、鎮(zhèn)雄等地表現(xiàn)出更強(qiáng)相關(guān)性，在西南部的祿勸、武定等地周圍其相關(guān)性相對更差(圖6b)。西北部大涼山地區(qū)的越西、美姑等地年平均氣溫最低(圖6a)，但氣溫改善情況并不顯著，由于該地主要分布草灌叢、針葉林植被，低溫環(huán)境會直接減緩光合作用速率，同時降低土壤溫度間接抑制植物生長發(fā)育，因此其NDVI的年變率呈較顯著負(fù)增長。山區(qū)的東北部桐梓、古藺、習(xí)水等地年平均氣溫較高，但其溫度呈下降趨勢，致使植被受熱量條件退化影響呈現(xiàn)罕有的退化趨勢。在研究區(qū)西南部植被同樣出現(xiàn)退化情況，是由于該地區(qū)氣溫上升趨勢較為顯著，且該地本身氣溫較高，過高的溫度條件會導(dǎo)致該地區(qū)蒸發(fā)更加旺盛，不利于植被恢復(fù)。

圖6 2000—2015年均氣溫均值圖及GWR計算的氣溫回歸系數(shù)

降水通過補(bǔ)充土壤中水含量來影響植被的生長狀況，土壤含水量較高，植被生長發(fā)育能攝取更充足的水分，植被發(fā)育的NDVI指數(shù)更高。GWR結(jié)果表明，降水因子在中部的彝良、威寧等地與植被變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在西北部的雷波、永善及西南部的祿勸周圍區(qū)域與植被變化呈較顯著的正相關(guān)關(guān)系(圖7b)。山區(qū)西北部降水年際變化呈下降趨勢，該地部分區(qū)域NDVI年際變化呈現(xiàn)出退化情況，推測是由于該區(qū)域降水量長期均較充沛(圖7a)，土壤含水量保持在較高水平，為植被提供的水量也接近或超出植被生長所需的最大分量，該區(qū)域的植被發(fā)育大致已達(dá)到飽和狀態(tài)(圖7a)，過于充足的降水反而影響植被根系發(fā)育[36]，從而降水量的減少對該區(qū)NDVI的變化甚至有略微的促進(jìn)作用。而在中部等縣，受高原山地背風(fēng)坡地形影響降雨絕對值較少，NDVI因此處于較低水平，但該區(qū)域降水年際變化卻處于較高水平的增長，因此NDVI改善較快，這是由于降水量的增加在短時間內(nèi)增加了土壤含水量，促進(jìn)植被的改善。

圖7 2000—2015年均降水均值圖及GWR計算的降水回歸系數(shù)

2.地形因子影響分析

地形因子包括高程、坡度、坡向、地形起伏等，其作用主要是通過對熱量、太陽光照等條件來對植被的生長狀況和分布規(guī)律產(chǎn)生間接影響，并且存在一定的空間分異性[37]。烏蒙山區(qū)位于四川盆地向云貴高原和滇東高原向黔中山原丘陵的過渡地帶，其地形條件復(fù)雜多樣[38]。

高程對植被生長的影響主要體現(xiàn)在山地水熱條件的差異上[39]，不同的高程具有不同的溫度、濕度、太陽輻射、風(fēng)速、人類活動強(qiáng)度等，對地區(qū)的植被生長產(chǎn)生影響。據(jù)GWR計算結(jié)果顯示，高程因子在畢節(jié)、大方等地與植被變化呈較顯著的正相關(guān)關(guān)系，在眉山、普格等地與植被變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖8b)。就本區(qū)域而言，在不同的高程上，NDVI大致呈現(xiàn)增長狀態(tài)，在低于1 400 m的地區(qū)人口分布較密集，如區(qū)域北部、東部的雷波、赤水、習(xí)水等地，人類活動較頻繁，一定程度上抑制了植被的改善狀況，植被增長速度較慢[38]；而在高程為1 600 m～3 000 m的地帶，由于地形的作用，有較好的水熱組合條件且人類活動強(qiáng)度減弱，因此該地帶植被改善最為迅速，具體體現(xiàn)在區(qū)域中部的赫章、威寧等地周圍；而高程在3 500 m以上的地區(qū)氣候條件更為惡劣，水熱組合難以滿足植被生長要求，主要體現(xiàn)在西北部涼山地區(qū)的美姑、越西等縣，該地區(qū)植被改善速率較慢。大方、畢節(jié)、黔西三地高程大部分在1 400 m～2 000 m(圖8a)，在這個高程區(qū)間內(nèi)人口、氣候的作用較小，故此處高程在模型中的運(yùn)用較好。

圖8 烏蒙山地區(qū)高程圖及GWR計算的高程回歸系數(shù)

坡度作為另一個重要的地形因子，使土壤受侵蝕程度的產(chǎn)生梯度。坡度的平峭會影響水土的保留，水土的多少會直接影響地表植物的種類與多少。在研究區(qū)，坡度因子在威寧等地與植被變化呈較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，在越西、美姑等地與植被變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖9b)。坡度對NDVI變化的影響強(qiáng)度相較于高程要小得多，但同樣具有一定的規(guī)律性。一定的坡度(5°～10°)能提供足夠的水分與土壤肥力或利于排除積水，這能促進(jìn)植被生長；而坡度過于平緩人類活動通常會更聚集，可能對植被改善形成制約；在坡度>10°的區(qū)域，植被的改善速率會隨坡度增加而減慢，尤其在超過30°～40°后植被改善速率驟減，這是由于水流速度和水量一定時，坡度越大，土壤流失越多，越不利于植被生長。該結(jié)果與劉梁美子等人的研究成果相似[18]。由于美姑、馬邊交界帶位于大涼山地形區(qū)，處于較大的坡度落差上(圖9a)，坡度上的差異帶來了氣候、人類活動強(qiáng)度的巨大差異，故模型中坡度因子在此處影響較大；而中部威寧等地由于地形相對平坦(圖9a)，人口分布過密，坡度因子在此地影響受到干擾。

3.人類活動因子影響分析

DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于表征人類活動強(qiáng)度及其生態(tài)環(huán)境影響的諸多研究中[40-41]。研究區(qū)2000—2013年的人類活動強(qiáng)度整體呈上升趨勢，2000—2007年研究區(qū)人類活動強(qiáng)度和NDVI值呈正相關(guān)，2008—2011年研究區(qū)人類活動因子和NDVI值呈負(fù)相關(guān)。分析其原因主要是這期間烏蒙山區(qū)實行退耕還林生態(tài)工程，受人類生態(tài)工程建設(shè)的影響，植被覆蓋度有所提升，而2008年已經(jīng)是退耕還林生態(tài)工程的后期，NDVI值的波動幅度較小，整體態(tài)勢趨于平穩(wěn)。2012—2013年NDVI年均值波動幅度較大，但人類活動強(qiáng)度變化比較平穩(wěn)，可能是受其他因素驅(qū)動。

圖9 烏蒙山地區(qū)坡度圖及GWR計算的坡度回歸系數(shù)

結(jié)合年均NDVI變化與2000—2013年夜間燈光變率，對比分析得出人類活動強(qiáng)度越大的地區(qū)，植被退化情況越明顯；反之，植被越趨于改善。據(jù)GWR結(jié)果，人類活動因子在越西、喜德等地與植被變化呈正相關(guān)關(guān)系，在納雍、織金兩地與植被變化呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖10b)?？椊稹⒓{雍地形地勢較為平坦，坡度起伏小，利于人類生存和城市發(fā)展擴(kuò)張，人口大量集聚會一定程度上破壞城市周邊的植被。織金—納雍煤田在貴州省地位較為重要[42]，納雍水東—織金五指山地區(qū)的鉛鋅礦床，目前是貴州最大的鉛鋅礦床所在區(qū)域，是川滇黔鉛鋅成礦帶的組成部分，該區(qū)域礦產(chǎn)資源富集，礦產(chǎn)資源的開采導(dǎo)致該區(qū)域地表植被的破壞進(jìn)一步加重，NDVI值隨之降低。越西、喜德、美姑均位于大涼山地形區(qū)，高程較高，地形坡度起伏較大，人類活動較少，該區(qū)域的植被覆蓋變化和自然因子的相關(guān)性更強(qiáng)，人類活動因子在該區(qū)域的解釋效果較差(圖10a)。

從研究區(qū)總體上看，氣溫、高程與年均NDVI變化呈正相關(guān)關(guān)系，坡度、人類活動、降水與年均NDVI變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；對NDVI影響最為顯著的是溫度因子，人口與降水對NDVI的影響最微弱。最主要是由于研究區(qū)大部分地區(qū)高程高于1 000 m，本身溫度相對較低，熱量作為植被生長的必要條件，在此地產(chǎn)生限制作用，氣溫條件因此尤為重要[40, 43]。加上季風(fēng)影響，一些地區(qū)本身降水充足，過多的降水會對植被根系造成脅迫，反而具有一定坡度利于排水，更適于植被根系發(fā)育[36]。同時，人口作為一個相對而言容易調(diào)控的驅(qū)動因子，與年均NDVI變化的負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)，人口過度增長、人類活動日趨劇烈以及城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展都可能會給區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來極大影響[44]，尤其在生態(tài)脆弱區(qū)域。

NDVI下降現(xiàn)象主要集中體現(xiàn)在區(qū)域東北部的習(xí)水、赤水等地、西北部雷波周圍、西南部部分區(qū)域和中部的昭通市。根據(jù)GWR局部擬合結(jié)果，分析主要植被退化區(qū)域的原因，不同區(qū)域植被下降的具體情況呈較明顯的空間分異。研究區(qū)東北部，降水、高程與植被變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，氣溫、人類活動變化與植被變化呈正相關(guān)關(guān)系，坡度因子在此處的影響微弱。其氣候條件呈現(xiàn)濕冷、干冷的變化趨勢，降水的適度減少有利于該地植被生長，但是其由于氣溫呈下降趨勢，熱量、輻射等條件在退化，這直接影響該地區(qū)植被的生長。研究區(qū)西北部，除坡度及人類活動因子外其余因子均與植被變化呈正相關(guān)關(guān)系，其中降水和坡度因子較為顯著。該地氣候變化不顯著，但由于本身降水比較豐富，加上巨大的地形梯度產(chǎn)生負(fù)影響，導(dǎo)致該地植被呈現(xiàn)退化趨勢。研究區(qū)西南部，降水、坡度因子與植被變化呈正相關(guān)關(guān)系，氣溫、高程、人類活動因子與植被變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。該地氣候變化呈較為顯著的干熱趨勢，在較高的氣溫環(huán)境下，氣溫的上升對植被生長會產(chǎn)生抑制效果，加上降水條件的退化會加劇氣候環(huán)境的干熱狀態(tài)，致使植被呈現(xiàn)退化趨勢。昭通市植被變化也呈退化趨勢，主要是由于區(qū)內(nèi)人口聚集速度較快，強(qiáng)烈的人類活動對植被的生長和空間分布造成了較為明顯的影響。

四 NDVI變化應(yīng)對策略

在氣候環(huán)境變化、生態(tài)系統(tǒng)日益脆弱化背景下，需因地制宜地解決環(huán)境管理問題[45]。而生態(tài)治理需要綜合考慮自然要素變化和人類活動之間的相互作用，積極應(yīng)對自然環(huán)境的變化，適當(dāng)采取人為調(diào)控措施[46]。在未來植被治理與恢復(fù)上，需針對植被改善區(qū)和植被退化區(qū)因地制宜地采用不同治理方法。

(一)植被改善區(qū)

植被改善區(qū)主要集中分布在研究區(qū)中部、東部。對于研究區(qū)中部區(qū)域，其本身植被覆蓋度較低，但其植被呈較顯著的改善，應(yīng)該是近年來生態(tài)工程如退耕還林(還草)的實施取得成效，今后需加強(qiáng)對植被的監(jiān)測，進(jìn)一步提高該地區(qū)植被覆蓋度，加速植被的恢復(fù)治理進(jìn)程，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境持續(xù)優(yōu)化。在研究區(qū)東部及其他分散的植被不顯著改善區(qū)，未來應(yīng)保持該地植被的穩(wěn)定性。監(jiān)測植被變化，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)；合理控制人類活動強(qiáng)度，有效控制城市和建成區(qū)的負(fù)面影響規(guī)模。

(二)植被退化區(qū)

研究區(qū)內(nèi)植被退化區(qū)域主要分布在研究區(qū)東北部、西北部的雷波、馬邊等地、西南部地區(qū)和中部昭通市。這些地區(qū)均為歷史植被覆蓋較好的區(qū)域，植被易受驅(qū)動因子的影響，生態(tài)環(huán)境較為敏感，需繼續(xù)推進(jìn)生態(tài)保護(hù)、修復(fù)等工程，實施生態(tài)扶貧。

東北部植被退化區(qū)集中分布在敘永、赤水、古藺、習(xí)水幾地的交界處以及桐梓縣。前者初始NDVI值較高，位于山脊地帶，坡度相對較大，這對植被生長造成一定影響。近年來該地氣候環(huán)境濕冷化發(fā)展，但植被卻在有利環(huán)境下出現(xiàn)退化現(xiàn)象。這是由植被在趨于飽和狀態(tài)下，當(dāng)植被覆蓋度達(dá)到一定程度后，外部要素的改善不再對植被變化產(chǎn)生相應(yīng)的積極影響，植被反而可能出現(xiàn)退化現(xiàn)象[47]。這一地帶植被治理應(yīng)順應(yīng)植被的周期性變化，加強(qiáng)對植被的監(jiān)測，預(yù)防周圍環(huán)境的惡化對植被生長造成不利影響。而桐梓縣本身的植被覆蓋度并不過高，該區(qū)域氣溫條件一般且趨于退化，降水較飽和卻不具利于排水的坡度條件，且近年來該區(qū)人類活動強(qiáng)度正在加大，這對植被改善存在較為明顯的負(fù)影響。因此，這一地區(qū)可從人類活動調(diào)控方面進(jìn)行植被治理，并實施退耕還林還草工程，這在一定程度上有助于區(qū)域生態(tài)的改善。

西北部山區(qū)出現(xiàn)的植被退化情況連片分布在雷波、馬邊等地。雷波地區(qū)初始NDVI覆蓋度較馬邊地區(qū)更高，該地坡度、人類活動對植被變化產(chǎn)生較顯著的負(fù)影響。該地區(qū)位于山脊地帶、地形條件復(fù)雜，氣溫、降水的下降使氣候條件更加惡劣。處于地震構(gòu)造帶[48]，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，土層較薄、土壤貧瘠，加上坡度的負(fù)向作用，易發(fā)生水土流失，導(dǎo)致土層崩塌、堆積，致使水土處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而該地植被近年出現(xiàn)退化趨勢，生態(tài)環(huán)境惡性循環(huán)。在植被治理過程中尤其要注意陡坡地區(qū)的水土保持治理、避免水土流失；適當(dāng)減少放牧，建立植被保護(hù)區(qū)，采取生態(tài)移民等措施。

西南部植被退化區(qū)分布較分散，面積較小，主要出現(xiàn)在城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)及其周邊。該地氣溫、人類活動對植被變化有負(fù)影響，降水在此處產(chǎn)生正影響。干熱化的氣候變化使當(dāng)?shù)馗珊导觿?，且該地巖性以紫紅色、鮮紅色砂巖、鈣質(zhì)泥巖、頁巖、灰?guī)r為主，形成的土層較薄、土壤貧瘠，不利于植被及農(nóng)作物生長發(fā)育。加上這些地區(qū)近年來城鎮(zhèn)發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)化(城市擴(kuò)張)對城鎮(zhèn)周邊植被產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致植被出現(xiàn)分散的點狀退化區(qū)。該地區(qū)需要注意對人類活動進(jìn)行科學(xué)有效的調(diào)控，增加農(nóng)作物灌溉，改善作物生長條件。

昭通市中部偏南區(qū)域出現(xiàn)較明顯的植被退化情況，其初始NDVI相對較低。該地坡度較小，降水呈增加趨勢變化，人類活動強(qiáng)度較大且趨于增加。該地分布有大量的農(nóng)田，采礦活動頻繁，城鎮(zhèn)建設(shè)面積不斷擴(kuò)張，但城區(qū)綠化面積并沒得到有效的增加。該區(qū)域巖性主要為紫灰、黃灰色粘土夾鈣質(zhì)泥巖及含礫砂質(zhì)粘土和白色粘土質(zhì)灰?guī)r，形成的土壤厚度較薄且保水性差，導(dǎo)致這類區(qū)域在降水減少時發(fā)生干旱，這不利于植被和農(nóng)作物生長。因此該地在城市化發(fā)展中因注意提高城區(qū)綠化面積，對于采礦區(qū)要注意進(jìn)行植被恢復(fù)治理，注意適當(dāng)增加農(nóng)作物灌溉，改善作物生長條件。

五 結(jié)論

基于MODIS NDVI遙感數(shù)據(jù)研究2000—2015年烏蒙山地區(qū)植被覆蓋時空演變特征及驅(qū)動機(jī)制，得到以下結(jié)論：(1)在2000—2015年，研究區(qū)NDVI總體處于增長趨勢，變率為0.007 1/yr，NDVI改善是區(qū)域空間分布的主體；(2)NDVI變化的5個驅(qū)動因子，除靜態(tài)的高程和坡度因子外，氣溫、人類活動和降水總體呈微弱上升趨勢，驅(qū)動因子按作用強(qiáng)弱排序為氣溫、高程、坡度、人類活動和降水；(3)從GWR的空間解析效果來看，驅(qū)動因子與植被變化的交互作用均較為顯著的空間異質(zhì)性，地理梯度是形成NDVI和解釋因子空間分異的重要基礎(chǔ)。鑒于烏蒙山區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，同時該區(qū)肩負(fù)脫貧攻堅的歷史使命，建議在植被改善區(qū)堅持自然因素變化的動態(tài)監(jiān)測，重點加強(qiáng)植被退化區(qū)的人類活動調(diào)控，逐步實現(xiàn)這一特殊區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

在研究植被覆蓋度變化及其驅(qū)動機(jī)制中尚有以下方面需要加強(qiáng)，如收集時序更長的數(shù)據(jù)，加強(qiáng)人類活動影響的研究，改善各類數(shù)據(jù)的精度，在研究植被變化歷史的基礎(chǔ)上對其發(fā)展趨勢進(jìn)行模擬和預(yù)測研究。