柯西河流域森林覆蓋度的空間分布及變化分析

趙佩, 陳瓊, 劉林山, 劉峰貴, 周強(qiáng)

柯西河流域森林覆蓋度的空間分布及變化分析

趙佩1, 2, 陳瓊1, 劉林山2, *, 劉峰貴1, 周強(qiáng)1

1. 青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 西寧 810008 2. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 對改善生態(tài)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡具有不可替代的作用。本文以柯西河流域?yàn)檠芯繀^(qū), 采用Global Forest Watch 數(shù)據(jù), 通過空間疊加分析、轉(zhuǎn)移矩陣等方法, 分析研究區(qū)內(nèi)不同地形因子森林覆蓋度的分布及變化特征。結(jié)果表明: 1)研究區(qū)森林以中森林覆蓋度為主, 占研究區(qū)森林總面積的31.16%, 不同的森林覆蓋度占森林總面積的比例基本差別不大; 森林覆蓋度隨海拔和坡度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢, 其中, 森林覆蓋度隨著海拔變化趨勢更顯著; 森林覆蓋度隨坡向變化為西北坡>北坡>東北坡>西坡>東坡>西南坡>東南坡>南坡; 2)從2000年到2010年柯西河流域森林的總面積增加了651.28 km2, 不同的森林覆蓋等級之間均發(fā)生了相互轉(zhuǎn)移, 從轉(zhuǎn)出來看, 變化最為顯著的為中高森林覆蓋度, 轉(zhuǎn)出面積為3171.66 km2, 從轉(zhuǎn)入來看, 中森林覆蓋度的轉(zhuǎn)入面積最大, 為3652.00 km2; 3)從2000年到2010年穩(wěn)定區(qū)占據(jù)一定的優(yōu)勢地位, 森林覆蓋度減少的區(qū)域面積為7325.68 km2, 森林覆蓋度增加的區(qū)域面積為5352.25 km2, 森林覆蓋度增加的區(qū)域小于減少的區(qū)域; 4)不同因子對森林覆蓋度的變化具有不同的影響, 但是, 森林覆蓋度減少的面積大于增加的面積。

森林覆蓋度; 空間分析; 柯西河流域

0 前言

柯西河流域是喜馬拉雅地區(qū)重要的跨境流域之一, 行政上橫跨印度、尼泊爾、中國三個(gè)國家, 地形從平原過渡到山地再到高原地區(qū), 流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型完整、地表覆被類型多樣、區(qū)域分異明顯[1], 是對全球變化響應(yīng)最為敏感的地區(qū)之一[2–3]。該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改變會(huì)導(dǎo)致生物多樣性的變化, 生物多樣性的喪失會(huì)對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅, 加劇物種的喪失程度[4]。生物多樣性是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡的根本, 生態(tài)系統(tǒng)的平衡一旦被打破將引發(fā)生態(tài)環(huán)境災(zāi)害事件, 國家生態(tài)安全勢必受到威脅[5]。再者, 跨境區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化影響各個(gè)國家地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展, 人類的基本生活受到干擾, 人地關(guān)系緊張, 區(qū)域難以協(xié)調(diào)發(fā)展, 國家的政治安全和社會(huì)安全難以保障[6]。然而, 近幾十年來, 人類活動(dòng)強(qiáng)度不斷增加和氣候變化不斷加劇, 柯西河流域生態(tài)系統(tǒng)受到影響[7], 對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。

森林在陸地碳循環(huán)過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用, 森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提供與森林的變化密切相關(guān), 包括豐富的生物多樣性的維持, 氣候的調(diào)節(jié), 碳儲(chǔ)存和水供給等[8]。柯西河流域森林的面積占流域總面積的20.18%, 森林主要分布在尼泊爾境內(nèi), 占森林總面積的97.59%[9]。尼泊爾是亞洲最早頒布有關(guān)社會(huì)林業(yè)政策和法律的國家之一, 自1993年森林法案通過后, 到1995年又先后出臺(tái)了《森林規(guī)則》和《社區(qū)森林操作指南》, 明確定義不同類型的森林和強(qiáng)調(diào)社區(qū)在參與森林管理中有更多的權(quán)利, 在一定程度上促進(jìn)了森林面積的增加和森林資源整體質(zhì)量的提高。

吳雪等[3]基于Landsat TM、野外考察等多源數(shù)據(jù), 運(yùn)用3S技術(shù), 繪制喜馬拉雅中部柯西河流域土地覆被數(shù)據(jù), 并對流域的土地覆被現(xiàn)狀特征進(jìn)行分析, 其中森林占研究區(qū)總面積的21.19%, 森林面積的97.13%分布在南坡; 梁欣等[10]利用面向?qū)ο蟮姆椒ǐ@取2016年柯西河流域的土地覆被數(shù)據(jù), 林地的面積占研究區(qū)總面積的18.89%; 謝芳荻[9]的研究表明, 柯西河流域森林在1990-2015年間呈明顯的增加趨勢, 從占研究區(qū)總面積的16.19%, 增長到占研究區(qū)總面積的20.18%; 吳雪[11]的研究發(fā)現(xiàn), 從森林—農(nóng)田—人工地表變化的關(guān)系來看, 森林對農(nóng)田的貢獻(xiàn)率為31.89%?？傊? 學(xué)者都從土地利用的角度對柯西河流域森林的現(xiàn)狀及其變化進(jìn)行研究, 從覆蓋度的角度對該區(qū)域森林變化進(jìn)行比較分析的情況比較缺乏。某一時(shí)段內(nèi), 研究區(qū)森林面積增加, 森林覆蓋度不一定相應(yīng)增加。因此, 本文將定量化的分析該區(qū)域森林覆蓋度的空間分布特征及變化的影響因素, 為保護(hù)森林提供幫助。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

柯西河流域位于喜馬拉雅山脈中部, 大致范圍為25°20′N—29°12′N, 85°01′E—88°57′E, 如圖1所示, 面積約為8.75×104km2, 其中中國部分面積約為2.81×104km2, 尼泊爾部分約為3.95×104km2, 印度部分約為1.99×104km2[2,7]?？挛骱恿饔?qū)儆诘湫偷母呱綅{谷地貌, 流域北部被稱為“世界屋脊”的青藏高原, 中部為高山丘陵區(qū), 高山峽谷眾多, 南部為沖積平原, 流域內(nèi)海拔落差巨大, 從世界的最高峰——珠穆朗瑪峰(8844 m)到恒河平原(40 m), 海拔落差達(dá)到8804 m, 是全球海拔落差最大的地區(qū)之一。在印度洋季風(fēng)和復(fù)雜地形的雙重作用下, 柯西河流域氣候復(fù)雜多樣, 最高溫月均14.4—41.8 ℃, 最低溫月均-17.2—15.4 ℃, 年降水量398—1990 mm(The International Centre for Integrated Mountain Develo-pment, ICIMOD)(www.icimod.org)。受氣候的影響, 流域內(nèi)土壤和植被垂直分異明顯, 該區(qū)域具有最為完整的氣候、土壤和植被帶譜[12], 是全球氣候變化的敏感區(qū)之一, 屬于世界生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)[13]?？挛骱油恋乩煤屯恋馗脖活愋拓S富, 主要有水田、林地、草地、裸地、旱地、冰川/永久積雪、灌木、人工地表等, 林地是流域內(nèi)除水田外的第二大土地利用類型[10]。

圖1 研究區(qū)位置示意圖

Figure 1 Location of the study area

1.2 數(shù)據(jù)與方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

柯西河流域2000年、2010年的樹木覆蓋(treecover2000、treecover2010)數(shù)據(jù)來源于馬里蘭大學(xué)Hansen等[14]在2013年發(fā)布的全球樹木覆蓋數(shù)據(jù)(http://www.globalforestwatch.org/), 數(shù)據(jù)基于Lan-dsat衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)計(jì)算, 空間分辨率為30 m。該數(shù)據(jù)集定義樹木覆蓋指的樹木生物物理上的存在, 包括所有高于5 m的天然林或人工林, 樹木覆蓋度在每個(gè)柵格像元上用0—100的百分?jǐn)?shù)來表示。保證了內(nèi)部的一致性, 避免由定義、方法和數(shù)據(jù)輸入帶來的不確定性, 為進(jìn)一步對森林的監(jiān)測研究提供了數(shù)據(jù)支撐。而且有學(xué)者將此套數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)在中國進(jìn)行了對比, 驗(yàn)證了Global Forest Watch數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠性[15]。

本文使用的柯西河流域矢量邊界數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所青藏高原土地變化及區(qū)域適應(yīng)研究組。DEM數(shù)據(jù)來源于CGIAR-CSI (http://srtm.csi.cgiar.org/), 數(shù)據(jù)下載后經(jīng)過拼接、裁剪、添加投影等步驟, 得到空間分辨率為30 m的高程數(shù)據(jù)。流域內(nèi)道路、河流、居民點(diǎn)和行政區(qū)劃邊界等矢量數(shù)據(jù)來源于國際山地綜合開發(fā)中心(The International Centre for Integrated Mountain Develo-pment, ICIMOD)(www.icimod.org)。

1.2.2 森林覆蓋度的分級標(biāo)準(zhǔn)

森林覆蓋度是針對森林而言的植被覆蓋度[16], 是指森林內(nèi)植被(不細(xì)分天然林、人工林)在像元單位面積內(nèi)冠層的垂直投影面積。森林覆蓋度不僅是一種地表森林狀況量化的重要指標(biāo), 還是一些模型的重要參數(shù), 如生態(tài)系統(tǒng)功能, 凈初級生產(chǎn)力、碳循環(huán)、水循環(huán)等等[17–19], 影響水土流失與土壤侵蝕的主要因子, 對研究森林覆蓋變化、生態(tài)環(huán)境優(yōu)化、生物多樣性保護(hù)等具有重要的意義[20]。

為準(zhǔn)確分析研究區(qū)不同森林覆蓋度的時(shí)空變化特征, 參考“聯(lián)合國糧農(nóng)組織”關(guān)于森林的定義, 即樹高超過5 m、郁閉度不小于10%的規(guī)定, 并結(jié)合研究區(qū)森林覆蓋度的實(shí)際情況, 將柯西河流域樹木的覆蓋度劃分為7個(gè)等級[21]: 非樹木(0)、低樹木覆蓋度(0—10%)、低森林覆蓋度(10—30%)、中低森林覆蓋度(30—45%)、中森林覆蓋度(45—60%)、中高森林覆蓋度(60—75%)、高森林覆蓋度(75—100%)。

1.2.3 森林覆蓋度空間分布特征

將森林覆蓋度圖與各地形因子進(jìn)行疊加分析, 統(tǒng)計(jì)各地形因子上的森林覆蓋度所占面積比, 從而分析不同空間角度森林覆蓋度變化情況。根據(jù)研究區(qū)地形地貌的實(shí)際情況, 柯西河流域地形因子的分級情況如下。

(1)高程。海拔的差異會(huì)影響研究區(qū)水分熱量、土壤肥力等因素, 進(jìn)而對森林覆蓋度等級以及分布產(chǎn)生影響[18]。根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況。研究區(qū)高程范圍為22—8844 m, 將研究區(qū)的高程分為9類: <500 m, 500—1000 m, 1000—1500 m, 1500—2000 m, 2000—2500 m, 2500—3000 m, 3000—3500 m, 3500—4000 m, >4000 m。

(2)坡度。坡度的差異會(huì)影響水土的保留情況, 而水土的多寡會(huì)對森林覆蓋度產(chǎn)生影響。研究區(qū)的坡度范圍為0—75 °, 將研究區(qū)坡度分為7個(gè)等級: <8 °, 8—15 °, 15—25 °, 25—35 °, 35—45 °, 45—55 °, >55 °。

(3)坡向。坡向?qū)τ谏降厣鷳B(tài)有著較大的作用, 山地的方位對日照時(shí)數(shù)和太陽輻射強(qiáng)度有影響。向陽坡和向陰坡之間的植被會(huì)因?yàn)樘栞椛涞牟煌鴮χ脖划a(chǎn)生一定的差異。將坡向按照平地(-1 °)、北坡(0—22.5 °和337.5—360 °)、東北坡(22.5—67.5 °)、東坡(67.5—112.5 °)、東南坡(112.5—157.5 °)、南坡(157.5—202.5 °)、西南坡(202.5—247.5 °)、西坡(247.5—292.5 °)、西北坡(292.5—337.5 °)分為9個(gè)坡向帶, 通常將北坡、東北坡、西北坡、西坡統(tǒng)稱為陰坡, 將南坡、西南坡、東坡、東南坡統(tǒng)稱為陽坡[22]。

1.2.4 轉(zhuǎn)移矩陣模型

轉(zhuǎn)移矩陣模型來源于系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述[23]。轉(zhuǎn)移矩陣的通用公式為

式[24]中:S代表森林覆蓋度由級轉(zhuǎn)為級的面積;代表森林覆蓋度等級數(shù)目;分別表示研究初期與末期的森林覆蓋度等級。矩陣中每一行的元素代表初期的種森林覆蓋度等級向末期不同森林覆蓋度等級的轉(zhuǎn)出信息, 矩陣中每一列元素代表末期的種森林覆蓋度等級由初期不同森林覆蓋度等級的轉(zhuǎn)入信息。轉(zhuǎn)移前后森林覆蓋度等級數(shù)會(huì)有所差異, 會(huì)導(dǎo)致S的行數(shù)與列數(shù)有所差別。為簡化研究, 將轉(zhuǎn)移前后的劃分標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一, 保證S的行數(shù)與列數(shù)相同, 形成一個(gè)階方陣。

轉(zhuǎn)移矩陣含有豐富的研究時(shí)段初期和末期各類型之間相互轉(zhuǎn)化的信息, 統(tǒng)計(jì)學(xué)意義也比較豐富。在轉(zhuǎn)移矩陣中,S(=)表示階方陣中的主對角線上的各元素, 為研究初期的i森林覆蓋等級在研究時(shí)段面積保持不變的部分,S(≠)為研究時(shí)段森林覆蓋等級面積發(fā)生轉(zhuǎn)移的部分。每一行面積之和表示初期不同的森林覆蓋等級的面積, 即,種森林覆蓋等級轉(zhuǎn)出的面積為種森林覆蓋等級初期的面積減去保持不變的面積, 即, 每一列面積之和表示末期不同的森林覆蓋等級的面積, 即,種森林覆蓋等級轉(zhuǎn)入的面積為種森林覆蓋等級末期的面積減去保持不變的面積, 即, 研究時(shí)段類的森林覆蓋等級面積的新增量和減少量是相等的。

1.2.5 時(shí)空演變模型

在ArcGIS10.7中, 根據(jù)式(2), 完成2000年和2010年森林覆蓋度數(shù)據(jù)的疊加分析。

式中,是柵格計(jì)算結(jié)果,T表示2000年的森林覆蓋等級數(shù)據(jù),T表示2010年的森林覆蓋等級數(shù)據(jù), 對于運(yùn)算結(jié)果而言, 穩(wěn)定區(qū)為0, 即2000年和2010年森林覆蓋度等級未發(fā)生變化的區(qū)域(其中包括非森林區(qū)), 改善區(qū)為0, 即森林覆蓋度等級由低等轉(zhuǎn)為高等, 退化區(qū)為0, 即森林覆蓋等級由高等轉(zhuǎn)為低等。

1.2.6 基于像元的分區(qū)統(tǒng)計(jì)

基于ICIMOD提供的居民點(diǎn)矢量點(diǎn)數(shù)據(jù), 利用ArcGIS10.7的空間分析工具, 計(jì)算居民點(diǎn)的歐式距離, 再將其與森林覆蓋變化圖進(jìn)行疊加, 以一公里為間隔區(qū)分別統(tǒng)計(jì)森林覆蓋度減少的像元個(gè)數(shù), 同理, 統(tǒng)計(jì)森林覆蓋度增加的像元個(gè)數(shù)。得到森林覆蓋度變化距居民點(diǎn)的距離圖。

同理, 得到森林覆蓋度變化距道路的距離圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 2010年森林覆蓋度的空間分布

2.1.1 森林覆蓋度及各地形因子的空間分布

柯西河流域森林的覆蓋度以中森林覆蓋度為主, 占研究區(qū)森林總面積的31.16%(表1)。中等森林覆蓋度(含中低森林覆蓋度、中高森林覆蓋度)共10532.88 km2, 占森林總面積的63.32%, 其余不同等級森林覆蓋度面積差異相對較小, 占比介于13.46—19.93%之間。森林分布的地形因子差異性顯著, 從高程來看, 森林主要分布于0—2500 m(占比82.41%), 而且森林所占比重隨海拔的增加而減少; 從坡度來看，森林主要分布于0—35°, 占比最大的是15—25 °, 而后比重往坡度大的方向遞減, 但是在8—15°所占比重相對0—8°和15—25°相對較少, 這是因?yàn)樵谄露容^低的地區(qū)土地主要被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)等活動(dòng)占用, 因此比重較少; 從坡向看, 森林主要分布于北坡(東北坡、北坡、西北坡), 占比44.33%; 而南坡(東南坡、南坡、西南坡)則相對較少, 占比27.83%, 這是因?yàn)槟掀聼崃康葪l件更好, 更適合于居住和農(nóng)作物生長, 人類對森林的破壞更大, 森林面積占比相對較小。

2.1.2 森林覆蓋度隨高程變化特征

森林覆蓋度在不同高程所占的比重也有顯著的差異性(圖2)。低森林覆蓋度所占百分比在低高程所占比重較大, 然后一直下降到2000—2500 m達(dá)到谷值, 之后又持續(xù)上升超過低值的比重。同樣的, 中低森林覆蓋度、中森林覆蓋度和低森林覆蓋度的變化類似, 都是先下降到2000—2500 m達(dá)到谷值, 接著持續(xù)上升。中高森林覆蓋度和高森林覆蓋度是先分別上升到1000—1500 m和2000—2500 m達(dá)到峰值, 之后則持續(xù)下降。

2.1.3 森林覆蓋度隨坡度變化的特征

低、中低森林覆蓋度所占比重在0—8 °之間區(qū)域占比均最大(圖3), 其值分別為38.54%、26.20%, 而且隨著坡度的增大呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢; 中森林覆蓋度隨著坡度的增加先持續(xù)上升, 在8—10°達(dá)到峰值, 之后又緩慢下降; 中高森林覆蓋度隨著坡度的增加而增加, 在25—35°達(dá)到峰值, 之后比重趨于一個(gè)穩(wěn)定趨勢; 高森林覆蓋度區(qū)域隨著坡度的增加而增加。

表1 森林覆蓋等級和各地形因子分布面積統(tǒng)計(jì)

圖2 森林覆蓋區(qū)各級海拔高度森林覆蓋度變化

Figure 2 Changes in forest cover at all elevations in forest cover areas

圖3 森林覆蓋區(qū)各級坡度森林覆蓋度變化

Figure 3 Changes of forest cover at different slopes in forest cover areas

2.1.4 森林覆蓋度隨坡向變化的特征

低森林覆蓋度的區(qū)域, 在平地的占比最高, 其次是南坡、東南坡、西南坡和東坡(圖4); 中低森林覆蓋度, 主要分布在南坡、東南坡和西南坡; 中森林覆蓋度的區(qū)域除了在平地占比較低, 在其他坡向的占比均約在30%。中高森林覆蓋度的區(qū)域除了在平地占比不足1%以外, 在其他坡向的占比均在10—16%之間; 高森林覆蓋度的區(qū)域, 在平地的占比最低, 僅為0.14%, 主要分布在西北坡、北坡、東北坡和西坡。各個(gè)坡向的平均森林覆蓋度從大到小依次為: 西北坡>北坡>東北坡>西坡>東坡>西南坡>東南坡>南坡, 總體來看, 陰坡森林覆蓋度整體稍高于陽坡。

2.2 森林覆蓋度的時(shí)空變化分析

2.2.1 森林覆蓋度的時(shí)間變化分析

從2000年到2010年, 占柯西河流域總面積20%的森林, 其覆蓋度等級發(fā)生了變化(圖5)。從總體看, 2000年、2010年森林的總面積分別為15983.7 km2和16634.45 km2, 10年間森林面積增加了651.28 km2。從森林覆蓋度來看, 森林覆蓋度之間存在著變化, 中高森林覆蓋度面積變化最明顯, 面積減少了1966.81 km2, 減少約占12.85%, 中森林覆蓋度次之, 面積增加了1721.21 km2, 增加約占9.50%, 低、中低、高森林覆蓋度面積變化相對較小, 增量分別為865.84 km2(4.73%)、867.42 km2(4.66%)和-836.39 km2(-6.05%)。

2.2.2 森林覆蓋度空間變化分析

從2000年到2010年穩(wěn)定區(qū)占據(jù)一定的優(yōu)勢地位(圖6), 面積為74530.22 km2, 其中包括68295.95 km2的非森林區(qū); 森林覆蓋度減少的面積為7325.68 km2, 森林覆蓋度增加的面積為5352.25 km2, 在研究時(shí)段內(nèi), 森林覆蓋度增加的面積小于減少的面積, 森林仍以退化為主, 研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境將會(huì)受到影響, 今后需要加強(qiáng)森林的保護(hù)。為了進(jìn)一步了解柯西河流域森林覆蓋度的轉(zhuǎn)移特征, 本研究選用轉(zhuǎn)移矩陣模型定量分析2000年、2010年各等級森林覆蓋度的轉(zhuǎn)移特征。

圖4 森林覆蓋區(qū)各級坡向森林覆蓋度變化

Figure 4 Changes in forest cover of different aspects in forest cover areas

圖注: 上圖中的1表示非樹木, 2表示低樹木覆蓋度, 3表示低森林覆蓋度, 4表示中低森林覆蓋度, 5表示中森林覆蓋度, 6表示中高森林覆蓋度, 7表示高森林覆蓋度。

Figure 5 Distribution map of forest cover in the Koshi River Basin in 2000 and 2010

圖6 柯西河流域2000年、2010年森林覆蓋度的動(dòng)態(tài)變化

Figure 6 Dynamic changes of forest cover in the Koshi River Basin in 2000 and 2010

總的來看, 研究時(shí)段內(nèi)森林覆蓋度相互之間的轉(zhuǎn)化明顯(圖7)。低樹木覆蓋轉(zhuǎn)化為森林的面積為2929.39 km2, 森林轉(zhuǎn)化為低樹木覆蓋的面積為2278.11 km2, 森林面積凈增加651.28 km2。從轉(zhuǎn)出來看, 中高森林覆蓋度轉(zhuǎn)化面積最大, 為3171.66 km2, 且有55.7%轉(zhuǎn)化為中森林覆蓋度; 其次是中森林覆蓋度, 轉(zhuǎn)化面積為1930.78 km2, 其中, 轉(zhuǎn)化為中低森林覆蓋度的面積為718.9 km2; 高森林覆蓋度轉(zhuǎn)出的面積為1649.97 km2, 主要轉(zhuǎn)為中、中高森林覆蓋類型; 低森林覆蓋度的轉(zhuǎn)出面積最小, 為1454.16 km2, 但其轉(zhuǎn)出率最高, 為75.72%。從轉(zhuǎn)入來看, 中森林覆蓋度的轉(zhuǎn)入面積最大, 為3652.00 km2, 主要由中高森林覆蓋度轉(zhuǎn)化而來, 轉(zhuǎn)化面積為1767.34 km2; 其次是中低森林覆蓋度, 827.72 km2的非樹木區(qū)域轉(zhuǎn)入中低森林覆蓋; 轉(zhuǎn)入量最小的是高森林覆蓋度區(qū)域, 面積為813.58 km2, 且主要由中高森林覆蓋度的區(qū)域轉(zhuǎn)化而來。

2.3 森林覆蓋度發(fā)生變化的影響因素

2.3.1 環(huán)境影響因子

隨著海拔高度的升高(圖8、圖9), 森林覆蓋度減少的面積隨之減少, 森林覆蓋度增加的面積先減少后增大再減少, 總的來看, 森林覆蓋度的變化主要發(fā)生在低海拔區(qū)域; 隨著坡度的增大, 森林覆蓋度減少的面積先減少后增大再減少, 森林覆蓋度增加的面積先減少后增大再減少, 森林覆蓋度的變化在30—40°之間會(huì)有一個(gè)峰值, 坡度比較平緩的區(qū)域基本已經(jīng)被人類開發(fā), 坡度較陡的區(qū)域, 人類活動(dòng)較少; 隨著距河流的距離越大, 森林覆蓋度減少的面積隨之減少, 森林覆蓋度增加的面積也隨之減少; 從坡向來看, 森林覆蓋度減少的面積在不同坡向的占比為西北坡>北坡>西坡>東北坡>西南坡>東坡>東南坡>南坡>平地; 森林覆蓋度增加的面積在不同坡向的占比為西北坡>東北坡>西坡>北坡>西南坡>東坡>東南坡>南坡>平地?？傮w來看, 相對于陰坡, 森林覆蓋度的變化主要發(fā)生在陽坡。

圖注: 上圖中的0表示非樹木, 1-10表示低樹木覆蓋度, 11-30表示低森林覆蓋度, 31-45表示中低森林覆蓋度, 46-60表示中森林覆蓋度, 61-75表示中高森林覆蓋度, 76-100表示高森林覆蓋度。

Figure 7 Map of forest cover area transfer in the Koshi River Basin in 2000 and 2010 (unit: km2)

2.3.2 人文影響因子

隨著距居民點(diǎn)的距離越大(圖10), 森林覆蓋度變化的面積先增大后減少, 森林覆蓋度變化在5—6 km達(dá)到最大值, 超過90%變化的面積主要發(fā)生在13 km以內(nèi), 在距居民點(diǎn)較近的區(qū)域人類對森林的開發(fā)基本已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)瓶頸, 距居民點(diǎn)5—6 km是距居民點(diǎn)開發(fā)強(qiáng)度最大的區(qū)域, 之后隨著距居民點(diǎn)距離的增加, 人類對森林的開發(fā)逐漸呈現(xiàn)減少的趨勢; 隨著距道路距離的增大, 森林覆蓋度變化的面積呈現(xiàn)減少的趨勢, 超過90%變化的面積主要發(fā)生在11 km以內(nèi), 道路是影響森林覆蓋度變化的一個(gè)重要因素。

圖8 森林覆蓋度變化與海拔、坡度的關(guān)系

Figure 8 The relationship between forest cover and elevation and slope

圖注: 圖(d)中的1表示平地, 2表示北坡, 3表示東北坡, 4表示東坡, 5表示東南坡, 6表示南坡, 7表示西南坡, 8表示西坡, 9表示西北坡。

Figure 9 The relationship between forest cover change and river and aspect

圖10 森林覆蓋度變化距居民點(diǎn)和道路的距離

Figure 10 Forest cover changes in distance from settlements and roads

3 討論

3.1 環(huán)境影響因子

(1)在海拔上, 海拔小于1000 m的區(qū)域, 地勢相對平坦, 水熱配比良好, 在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)下, 森林受人類活動(dòng)的干擾大, 被大量的砍伐轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌玫?。隨著海拔高度的上升, 人類活動(dòng)受到限制, 海拔在1000—1500 m時(shí), 森林覆蓋度增加的面積大于減少的面積, 說明該海拔地形環(huán)境適合森林的生長; 在海拔大于1500 m的區(qū)域, 森林覆蓋度(增加或減少)和海拔呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)且森林覆蓋度減少的面積大于增加的面積。因此, 在今后生態(tài)修復(fù)的工程中, 我們在關(guān)注低海拔的森林恢復(fù)的同時(shí), 更不能忽視高海拔的森林撫育。

(2)在坡度上, 當(dāng)坡度小于25°, 森林覆蓋度的變化主要受到人類活動(dòng)的影響, 隨著坡度的增加人類活動(dòng)強(qiáng)度減弱; 當(dāng)坡度大于35°, 森林覆蓋度的變化趨勢回歸正常, 隨著坡度的增加, 森林植被覆蓋度逐漸減少, 主要是由于坡度的增加, 積溫相應(yīng)減少, 投影面積保持不變的情況下, 降水量也少, 而土壤的持水性能也很差[22]。

(3)距河流的距離, 距河流在10 km以內(nèi), 森林覆蓋度變化的面積均隨著河流距離的增加而減少, 而且隨著距河流距離的加大, 森林覆蓋度的凈減少量也在減少, 說明水分是影響森林覆蓋度變化的一個(gè)重要原因。

(4)在坡向上, 陽坡的森林覆蓋度變化相對較小。陽坡的水熱條件優(yōu)于陰坡, 更適于人類生存, 人類活動(dòng)相對劇烈, 而森林覆蓋度的變化程度相對較小, 說明人類活動(dòng)的方向發(fā)生了轉(zhuǎn)移。

3.2 人文影響因子

(1)距居民點(diǎn)的距離, 在距居民點(diǎn)6 km以內(nèi), 森林覆蓋度凈減少的面積隨著距居民點(diǎn)距離的增加而增加, 距離在5–6 km時(shí), 森林覆蓋度凈減少面積達(dá)到最大值; 在距居民點(diǎn)的距離大于6 km的區(qū)域, 森林覆蓋度減少和增加的面積均隨著距離的增加而減少。因此, 說明在研究時(shí)段內(nèi), 該區(qū)域人類活動(dòng)發(fā)生劇烈的區(qū)域并不是在距居民點(diǎn)的最近區(qū)域, 而發(fā)生在離居民點(diǎn)的一定距離上。人類活動(dòng)距居民點(diǎn)的距離有向更遠(yuǎn)的距離發(fā)生的趨勢。

(2)距道路的距離, 森林覆蓋度的變化主要發(fā)生在距道路20 km以內(nèi), 隨著距道路距離的增加, 森林覆蓋度變化(增加、減少)的面積逐漸減少, 且凈減少的面積也隨之減少。說明道路的建設(shè)對森林覆蓋度有一定的影響, 并且是負(fù)面的。修建道路時(shí), 對當(dāng)?shù)厣值挠绊懯菓?yīng)該考慮的一個(gè)重要因素。

3.3 不足

(1)本研究對2000年和2010年柯西河流域森林覆蓋度進(jìn)行了分析, 不僅缺乏整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)森林覆蓋度的具體變化過程, 還缺乏近些年份研究區(qū)森林覆蓋度的數(shù)據(jù)。

(2)本研究只是對研究區(qū)森林覆蓋度變化的原因進(jìn)行了簡單的統(tǒng)計(jì)分析, 并沒有深入分析影響因素與森林覆蓋度變化的相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)森林覆蓋度以中森林覆蓋度為主, 各等級的森林覆蓋度所占森林總面積的比例基本差別不大; 森林覆蓋度隨海拔和坡度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢, 其中, 森林覆蓋度隨著海拔變化趨勢更顯著; 森林覆蓋度隨坡向變化總體上陰坡大于陽坡。

(2)從2000年到2010年柯西河流域森林的總面積發(fā)生了增加, 森林覆蓋等級之間均發(fā)生了轉(zhuǎn)化, 變化最為顯著的為中高森林覆蓋度。

(3)從2000年到2010年穩(wěn)定區(qū)占據(jù)一定的優(yōu)勢地位, 森林覆蓋度增加的區(qū)域面積小于減少的區(qū)域面積, 研究區(qū)生態(tài)環(huán)境趨于惡化。

(4)森林覆蓋度在不同影響因子的作用下, 其規(guī)律具有一定的差異性, 總體來看, 在不同的影響因子的影響下, 森林覆蓋度減少的面積均大于增加的面積。

致謝: 本論文在寫作期間得到中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源環(huán)境研究所谷昌軍、謝芳荻, 江西師范大學(xué)張華敏, 青海師范大學(xué)馬偉東、張亮的幫助, 在此深表感謝！

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Spatial distribution and change analysis of forest cover in Koshi River Basin

ZHAO Pei1, CHEN Qiong1, LIU Linshan2,*, LIU Fenggui1, ZHOU Qiang1

1. College of Geography Sciences, Qinghai Normal University, Xining 810008, China 2. Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

Forest is an important part of terrestrial ecosystem, and it plays an irreplaceable role in improving ecological environment and maintaining ecological balance. Using the data of Global Forest Watch, the distribution characteristics and changes of forest cover of different terrain factors in the Koshi River Basin (KRB) were analyzed through the methods of spatial overlay analysis, transfer matrix, etc. Following are the major findings: 1) The forest in the KRB was mainly medium cover forest, accounting for 31.16% of the total forest area. The forest cover increased first and then decreased with the increase of altitude and slope. Among them, the forest cover changed more significantly with the increase of altitude. The forest cover was decreased along the aspects as follows: the northwest aspect > north aspect > northeast aspect > west aspect > east aspect > southwest aspect > southeast aspect > south aspect. 2) From 2000 to 2010, the total area of forest increased 651.28 km2in the KRB, and the different levels of forest cover were transferred to each other. The most significant change happened in the medium-high cover forest, and the area of transferred-out was 3171.66 km2. While the transferred-in area of medium cover forest was the largest, which was 3652.00 km2. 3) Between 2000 and 2010, the stable zone occupied a dominant position. The area with reduced forest cover was 7325.68 km2, while the area with increased forest cover was 5352.25 km2. 4) Different factors had different impacts on the change of forest cover, and the area of decrease of forest cover was greater than increase during the study period.

forest cover; spatial analysis; Koshi River Basin

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.04.012

趙佩, 陳瓊, 劉林山, 等. 柯西河流域森林覆蓋度的空間分布及變化分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(4): 89–98.

ZHAO Pei, CHEN Qiong, LIU Linshan, et al. Spatial distribution and change analysis of forest cover in Koshi River Basin[J]. Ecological Science, 2020, 39(4): 89–98.

S771.8

A

1008-8873(2020)04-089-10

2019-12-12;

2020-01-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41761144081); 中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA20040201); 第二次青藏高原綜合考察研究項(xiàng)目(2019 QZKK0603)

趙佩(1993—), 女, 陜西周至人, 碩士研究生, 主要從事土地利用與土地資源管理研究, E-mail: zhaopei@igsnrr.ac.cn

劉林山, 男, 博士, 副研究員, 主要從事綜合自然地理、土地利用與土地覆被變化研究, E-mail: liuls@igsnrr.ac.cn