植被綜合生態(tài)質(zhì)量時(shí)空變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測評價(jià)模型#

錢 拴,延 昊,吳門新, 曹 云,徐玲玲, 程 路

國家氣象中心, 北京 100081

受氣候條件的影響,植被生長狀況每年差異很大[1-13],及時(shí)監(jiān)測評價(jià)植被生態(tài)質(zhì)量可為生態(tài)文明建設(shè)提供重要信息。植被凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)和覆蓋度為反映陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的兩個(gè)最基本特征量,也是反映植物群落生長茂盛程度、植被生態(tài)質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵特征量。全球變化研究十分關(guān)注此兩個(gè)變量,國內(nèi)外廣泛研究了其估測的方法[2-6,8,11-27]。特別是隨著遙感技術(shù)應(yīng)用水平的不斷提高,植被NPP從站點(diǎn)測定發(fā)展到大范圍甚至全球尺度的模型估算,其中利用氣象衛(wèi)星遙感資料和地面氣象觀測資料估算植被NPP已成為獲取大范圍植被NPP的主要方法之一[2-6,14-16]。目前估測植被覆蓋度的方法也很多[11-13,20-27],其中利用EOS/MODIS月NDVI合成數(shù)據(jù)估測植被覆蓋度已成為獲取大范圍地表植被覆蓋狀況的重要方法[11-13,20,25]。但是,目前國內(nèi)外對植被NPP和覆蓋度的研究基本還處于單獨(dú)估算方法的研究和應(yīng)用狀態(tài),很少看到基于二者估測植被整體生態(tài)質(zhì)量的模型和方法。

實(shí)際上,一地植被生長的茂盛程度和植被生態(tài)質(zhì)量的高低,不只是用植被生產(chǎn)力或覆蓋度中的一個(gè)關(guān)鍵特征量表示或反映,還需要知道一地植被綜合生態(tài)質(zhì)量的高低和優(yōu)劣。在為生態(tài)文明建設(shè)的服務(wù)中發(fā)現(xiàn),只考核一地植被生產(chǎn)力或覆蓋度,其結(jié)果可能不全面,存在著植被NPP相同、覆蓋度不同或覆蓋度相同、NPP不同情況下如何評價(jià)植被的綜合生態(tài)質(zhì)量問題。為此,本研究的關(guān)鍵不是如何估測植被NPP和覆蓋度,而是基于植被NPP和覆蓋度,通過構(gòu)建植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)以及生態(tài)質(zhì)量時(shí)空變化監(jiān)測評價(jià)模型,以定量表達(dá)植被綜合生態(tài)質(zhì)量的高低以及年際之間對比、多年變化趨勢,為監(jiān)測評價(jià)全國植被生態(tài)質(zhì)量的時(shí)空變化提供可實(shí)施的模型和方法。

毛留喜[28-29]和錢栓等[30]2006年研究建立了基于植被NPP的生態(tài)氣象指數(shù)(EMD),為開展生態(tài)氣象監(jiān)測評價(jià)探索了一個(gè)較好的方法,但是該方法只考慮了植被NPP,沒有考慮植被覆蓋度。實(shí)際上,基于植被NPP和覆蓋度,構(gòu)建植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)可以綜合反映植被在單位面積上的生產(chǎn)能力和面域上的覆蓋能力,因此可以用植被NPP、覆蓋度作為反映植被生態(tài)質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵特征量,通過組合成一個(gè)綜合指數(shù),以解決植被NPP相同、覆蓋度不同或覆蓋度相同、NPP不同情況下如何評價(jià)植被綜合生態(tài)質(zhì)量的問題,也可解決植被綜合生態(tài)質(zhì)量在時(shí)空上的定量對比問題。但是,長期以來如何把植被NPP和覆蓋度有機(jī)地組合成一個(gè)模型,定量地計(jì)算植被綜合生態(tài)質(zhì)量,監(jiān)測評價(jià)其時(shí)空變化一直是個(gè)難題。為此,本研究的主要目的是在利用中國區(qū)域EOS/MODIS月NDVI合成數(shù)據(jù)和逐日地面氣象觀測資料估算植被NPP、覆蓋度的基礎(chǔ)上,研究構(gòu)建基于植被NPP和覆蓋度的植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)模型,建立植被生態(tài)質(zhì)量年際對比和多年變化趨勢評價(jià)模型,用于監(jiān)測評價(jià)全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量的時(shí)空變化,以便為掌握全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量動(dòng)態(tài)提供模型和方法。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來自美國EOS/MODIS數(shù)據(jù)庫提供的2000—2017年空間分辨率為1 km的MODIS衛(wèi)星月NDVI合成數(shù)據(jù)。氣象資料來自國家氣象信息中心全國所有長序列氣象站2000—2017年的逐日平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水量、相對濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)等數(shù)據(jù),計(jì)算其月值,在ArcGIS支持下采用反距離權(quán)重法插值生成1 km×1 km的氣象要素網(wǎng)格數(shù)據(jù)。植被類型、土地利用、海拔高程、土壤質(zhì)地等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自國家基礎(chǔ)地理信息中心和中國科學(xué)院相關(guān)研究所,其中前三者的空間分辨率為1 km,土壤質(zhì)地為10 km,插值成1 km。

1.2 研究方法

1.2.1月和全年植被NPP估算

利用EOS/MODIS月NDVI合成數(shù)據(jù)和月地面氣象觀測資料,根據(jù)植被光能利用原理由陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量TEC模型計(jì)算月植被NPP[7]。

NPPij=GPPij-Rij

(1)

GPPij=εij×FPAR×PARij

(2)

式中,NPPij、GPPij、Rij分別為第i年第j月的植被凈初級生產(chǎn)力、總初級生產(chǎn)力和呼吸消耗量(gC m-2月-1)；εij為第i年第j月的實(shí)際光能利用率；FPAR為植被吸收光合有效輻射的比例,是隨植被生長而變化的量,本文利用逐月NDVI估測逐月FPAR,可以反映FPAR的逐月變化。PARij為第i年第j月的入射光合有效輻射(MJ m-2月-1),采用世界糧農(nóng)組織推薦的方法由全國氣象站日照時(shí)數(shù)計(jì)算太陽總輻射,然后根據(jù)入射光合有效輻射占太陽總輻射的比例0.48計(jì)算PARij。

全年陸地植被NPP計(jì)算公式：

(3)

式中,NPPi為第i年陸地植被NPP(gC m-2a-1)；NPPij同式(1),為第i年第j月陸地植被NPP(gC m-2月-1)；n為第i年的12個(gè)月；j為第i年的月序。

1.2.2月和年植被覆蓋度估算

月植被覆蓋度通過EOS/MODIS月NDVI合成數(shù)據(jù),根據(jù)混合像元分解法計(jì)算。像元NDVI值由土壤和植被兩部分信息加權(quán)平均,NDVI計(jì)算公式：

NDVIij=FVCij×NDVIv+(1-FVCij)×NDVIs

(4)

式中,NDVIij為第i年第j月NDVI合成數(shù)據(jù)；NDVIv為純植被像元的NDVI值；NDVIs為純土壤像元的NDVI值；FVCij為第i年第j月植被覆蓋度。

據(jù)式(4),可得第i年第j月植被覆蓋度,計(jì)算公式：

FVCij=(NDVIij-NDVIs)/(NDVIv-NDVIs)

(5)

式中,NDVIs同式(4),為像元為純土壤時(shí)的值,接近0；NDVIv同式(4),為像元為純植被時(shí)的值,接近1。但是,受多種因素的影響,NDVIs和NDVIv的實(shí)際值會(huì)發(fā)生變化。因此,在用公式(5)估算植被覆蓋度時(shí),根據(jù)經(jīng)驗(yàn),取給定置信區(qū)間內(nèi)NDVI的最小值和最大值分別為NDVIs和NDVIv的值,許多學(xué)者將置信區(qū)間設(shè)置為0.5%—99.5%和5%—95%[25-27]。本研究,根據(jù)我國植被特點(diǎn),NDVIs=0.05,NDVIv=0.95,通過公式(5)計(jì)算月植被覆蓋度FVCij。

式(5)計(jì)算的月植被覆蓋度反映的是當(dāng)月地表被綠色植被覆蓋的程度。我國南北氣候差異大,北方植被有明顯的越冬期,冬季無森林的地區(qū)植被覆蓋度一般接近0,有森林的地區(qū)植被覆蓋度一般大于0。盡管北方植被一年四季綠色程度變化較大,但有森林區(qū)域的植被覆蓋度在同一時(shí)間高于無森林區(qū)域,FVCij可以反映有森林和無森林區(qū)域的植被覆蓋變化。因此,全年地表被綠色植被覆蓋的總體狀況用12個(gè)月的平均植被覆蓋度來反映,計(jì)算公式：

(6)

式中,FVCi為第i年全年平均植被覆蓋度；FVCij同式(4)和式(5),為第i年第j月植被覆蓋度；n為第i年的12個(gè)月；j為第i年的月序。

1.2.3植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)的構(gòu)建及全年值計(jì)算

植被NPP和覆蓋度是反映陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的兩個(gè)最基本特征量,也是反映植被生態(tài)質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵特征量。但是,無論用植被NPP,還是用植被覆蓋度,只能反映陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能或植被生態(tài)質(zhì)量的一個(gè)方面,即生產(chǎn)能力或覆蓋能力?；谥脖籒PP和覆蓋度,構(gòu)建的植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)可反映植被在單位面積上生產(chǎn)能力和覆蓋能力的綜合能力,可解決空間上存在的單位面積上植被NPP相同但對地表的覆蓋程度不同或植被覆蓋度相同但植被NPP不同的問題。為此,可以把植被NPP、覆蓋度看成是反映植被生態(tài)質(zhì)量的兩個(gè)重要特征量因子,采用權(quán)重加權(quán)的方法來綜合反映單位面積上植被的綜合生態(tài)質(zhì)量。但是,二者的相加不能是簡單的相加,考慮到植被覆蓋度是某一時(shí)刻植被覆蓋地表面積的百分比,其值在0—100%之間；而植被NPP是某一時(shí)段植被在單位面積生產(chǎn)累積的干物質(zhì)大小,其年值一般在0—2000 gC m-2a-1之間。為了把二者有機(jī)地組合成植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)模型,本研究根據(jù)植被生長的氣候適應(yīng)性原理,得到一地最好氣候條件下的植被NPP,作為該地能達(dá)到的最高NPP,則該地當(dāng)年植被NPP占其當(dāng)?shù)貧v史最大NPP的百分比就可以作為當(dāng)?shù)卦撃曛脖籒PP的相對值,反映其相對于最好氣候條件下的當(dāng)年氣候條件生產(chǎn)的植被NPP的相對大小,其值也在0—100%之間。這樣,就可實(shí)現(xiàn)基于植被覆蓋度和植被NPP的權(quán)重相加,構(gòu)建一個(gè)植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)模型,生態(tài)質(zhì)量指數(shù)變化在0—100%之間,以反映一地植被綜合生態(tài)質(zhì)量的高低。那么,全年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)則基于年植被覆蓋度和年植被NPP計(jì)算,其中植被覆蓋度年內(nèi)各月差異很大,全年植被覆蓋度用全年各月植被覆蓋度的平均值反映,由公式(4)至公式(6)計(jì)算；年植被NPP為年內(nèi)各月植被NPP之和,由公式(1)至公式(3)計(jì)算。

實(shí)際上,影響植被生態(tài)質(zhì)量高低的還有第三個(gè)因素,即植物群落內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理性,但是全國或全省范圍植物多樣性變化的實(shí)時(shí)獲取目前仍是個(gè)難題,所以在無法考慮大范圍植物多樣性的情況下,可以基于植被NPP和覆蓋度構(gòu)建植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù),來綜合反映植被生態(tài)質(zhì)量。為此,在暫不考慮植物多樣性的情況下,根據(jù)植被NPP和覆蓋度對一地植被生態(tài)質(zhì)量的重要性,采用權(quán)重加權(quán)的方法把二者有機(jī)地構(gòu)成一個(gè)綜合模型,則當(dāng)年基于植被NPP和覆蓋度的植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)計(jì)算公式：

(7)

式中,Qi為第i年全年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù),其值在0—100之間；Qi=0,說明植被覆蓋度為0,植被NPP也為0；Qi=100,說明植被覆蓋度為100%,植被NPP達(dá)歷史最高。f1為全年平均植被覆蓋度的權(quán)重系數(shù)(根據(jù)區(qū)域及其植被類型進(jìn)行調(diào)整,全國取0.5)；FVCi為第i年全年各月植被覆蓋度的平均值,反映年植被覆蓋度的平均狀況。f2為年植被NPP的權(quán)重系數(shù)(根據(jù)區(qū)域及其植被類型進(jìn)行調(diào)整,全國取0.5)；NPPi為第i年全年植被NPP；NPPmax為全年植被NPP的歷史最高值,即當(dāng)?shù)刈詈脷夂驐l件下的年植被NPP。進(jìn)行植被綜合生態(tài)質(zhì)量空間對比時(shí),NPPmax為該空間區(qū)域范圍內(nèi)相應(yīng)時(shí)段最好氣候條件下的植被NPP。此處,f1和f2之和為1。

1.2.4植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)年際對比監(jiān)測評價(jià)模型構(gòu)建

植被綜合生態(tài)質(zhì)量年際之間的對比,以當(dāng)年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)相對于多年平均值的增減百分率來表示,以反映當(dāng)年相對于多年平均狀況的差異,其計(jì)算方法見式(8)。

(8)

當(dāng)年植被綜合生態(tài)質(zhì)量相對多年均值優(yōu)劣的監(jiān)測評價(jià)以ΔQi為判斷依據(jù),ΔQi<0說明當(dāng)年植被生態(tài)質(zhì)量不如多年平均狀況,ΔQi=0說明當(dāng)年植被生態(tài)質(zhì)量接近多年平均狀況,ΔQi>0說明當(dāng)年植被生態(tài)質(zhì)量好于多年平均狀況,ΔQi的絕對值反映了當(dāng)年植被生態(tài)質(zhì)量相對于多年均值的偏好偏差程度。

1.2.5植被生態(tài)質(zhì)量變化趨勢監(jiān)測評價(jià)模型構(gòu)建

以植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)為因變量、年為自變量,建立一元線性方程,其中斜率反映植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)多年變化的趨勢和快慢程度,一元線性方程：

Qi=a+b×ti

(9)

式中,Qi為關(guān)注年限內(nèi)的第i年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù),同式(7),ti為相應(yīng)年限內(nèi)的第i年年號,b為該年限內(nèi)的植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)Qi隨ti的傾向率(變化趨勢率),計(jì)算公式：

(10)

式中,Qi為第i年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù),同式(7)、(9)；n為要評價(jià)的年限數(shù),本研究要評價(jià)的年限為2000—2017年,n=18。b>0說明植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在此18年期間呈提高趨勢；反之,說明植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)呈下降趨勢；b=0,說明植被生態(tài)質(zhì)量變化趨勢不明顯。植被綜合生態(tài)質(zhì)量變化的快慢程度以b的絕對值表示,絕對值越大說明上升或下降的速度越快。

2 結(jié)果

2000年以來國家加大了生態(tài)保護(hù)力度,隨著退耕還林還草、風(fēng)沙源治理等重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施,實(shí)時(shí)掌握全國每年植被生態(tài)質(zhì)量與多年、上一年的對比情況,各省(自治區(qū)、直轄市)總體植被生態(tài)質(zhì)量及其在全國的位置,以及全國植被生態(tài)質(zhì)量總體及空間分布上的多年變化趨勢、多年平均狀況等都是急需要解答的問題。為此,通過式(1)至(10),以2000—2017年為例,計(jì)算了逐年全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)；以2017年作為關(guān)注的當(dāng)年,以2000—2017年為關(guān)注的多年時(shí)段,分別給出監(jiān)測評價(jià)的結(jié)果。

2.1 2017年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與多年和上一年的對比

2.1.12017年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與多年均值的對比

植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與多年均值的對比結(jié)果可以給出植被綜合生態(tài)質(zhì)量相對于多年均值的高低或優(yōu)劣,說明全國植被生態(tài)質(zhì)量好于或差于多年均值的空間分布以及偏差偏好的程度。2017年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與2000—2016年均值的對比結(jié)果表明,全國大部地區(qū)2017年植被綜合生態(tài)質(zhì)量高于2000—2016年的平均狀況；但內(nèi)蒙古中部偏北地區(qū)和東部偏西地區(qū)、遼寧西部和南部、青海中部和東部、江蘇中部等少部分地區(qū)植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)比2000—2016年均值偏低,生態(tài)質(zhì)量偏差,其中偏差幅度最大的出現(xiàn)在內(nèi)蒙古呼倫貝爾市中西部、錫林郭勒盟北部和西部、烏蘭察布市中北部等地(圖1)。

圖1 2017年全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與2000—2016年均值增減百分率

2.1.22017年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與上一年的對比

2017年全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與2016年的對比結(jié)果表明,全國大部地區(qū)植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)高于2016年,生態(tài)質(zhì)量持平偏好或明顯偏好。其中,東北地區(qū)中北部、內(nèi)蒙古東部、西北地區(qū)東部、新疆南部和東北部、青藏高原大部、黃淮大部、江漢東部和北部等地植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)較2016年高3%以上,生態(tài)質(zhì)量明顯偏好；東北地區(qū)南部、內(nèi)蒙古中西部、華北東部、江淮北部、新疆北部大部、西南地區(qū)東部2017年植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)低于2016年,生態(tài)質(zhì)量偏差(圖2)。

圖2 2017年全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與2016年增減百分率

2.2 2017年省級植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)排名

2017年全國31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)(圖3)表明,有11個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)達(dá)80.0以上,分別是福建、廣西、海南、廣東、云南、貴州、重慶、湖南、江西、浙江、湖北,其位于我國亞熱帶和熱帶濕潤氣候區(qū),水熱條件優(yōu)越,植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)處于全國相對較高水平。其中植被綜合生態(tài)質(zhì)量位于全國前五位的福建、廣西、海南、廣東、云南水熱條件最為優(yōu)越,年植被NPP、覆蓋度為全國最高,植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)達(dá)83.0以上,生態(tài)質(zhì)量最好。新疆、內(nèi)蒙古、青海、甘肅、寧夏年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)為倒數(shù)五位,其值低主要與其所處溫帶干旱半干旱氣候區(qū)有關(guān),水分不足、植被生長期短,導(dǎo)致年植被覆蓋度和植被NPP較低、植被綜合生態(tài)質(zhì)量較差?？梢娙珖?1個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)年植被綜合生態(tài)質(zhì)量的相對高低反映了全年氣候的影響結(jié)果。

圖3 2017年全國31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)排名

2.3 2000—2017年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)變化趨勢

2.3.1全國范圍平均植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)多年變化趨勢

2000—2017年全國范圍平均植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)呈提高趨勢,提高的平均速率為0.5/a,通過了0.001水平的顯著性檢驗(yàn)(圖4)。2017年全國范圍平均植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)比2000年增加9.4、比2016年增加0.1,達(dá)2000年以來最高水平。這個(gè)主要得益于2000—2017年全國平均降水量呈增加趨勢,有利于植被生長；加之國家持續(xù)開展退耕還林還草、風(fēng)沙源治理等生態(tài)保護(hù)和修復(fù)工程,全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)上升顯著。

圖4 2000—2017年全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)變化趨勢

2.3.2全國地理空間上植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)多年變化趨勢

植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)多年變化趨勢率空間分布(圖5)顯示,2000—2017年全國有90.7%的區(qū)域植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)呈提高趨勢,特別是我國中東部大部地區(qū)年平均提高速率在0.25/a以上,其中東北地區(qū)西部、內(nèi)蒙古東部、華北大部、黃淮大部、西北地區(qū)東部、西南地區(qū)中東部、華南西部在0.5/a以上,人居“綠色”生態(tài)環(huán)境變好比較明顯。我國西部大部地區(qū)植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)也在提高,平均提高的速率主要在0—0.25/a之間,植被綜合生態(tài)質(zhì)量略有好轉(zhuǎn)；四川南部、云南北部、西藏中部和東南部等地部分地區(qū)植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)呈下降趨勢,植被生態(tài)質(zhì)量變差。2000—2017年全國有80.2%的區(qū)域年降水量呈增加趨勢,為植被生長提供了良好的水分條件,同期我國加大了生態(tài)保護(hù)和建設(shè)的力度,共同促進(jìn)了植被生態(tài)質(zhì)量的提高。

圖5 2000—2017年全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)變化趨勢率

2.4 全國多年平均植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)空間分布

2000—2017年平均年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)空間分布(圖6)表明,我國植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)呈“北低南高、西低東高”的空間分布格局。南方大部地區(qū)年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在50.0以上,是我國植被綜合生態(tài)質(zhì)量相對較高的區(qū)域。其中,福建、廣東、廣西和浙江南部等地部分地區(qū)以及云南南部、海南年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)達(dá)80.0以上,植被綜合生態(tài)質(zhì)量最好。北方除東北地區(qū)中東部、黃淮南部、陜西南部等地年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)為50.0—70.0、植被生態(tài)質(zhì)量為北方的最好地區(qū)外；其余大部地區(qū)年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在0—50.0之間,年植被生態(tài)質(zhì)量相對較差,其中東北地區(qū)西部、華北大部、黃淮北部和東部、陜西中北部、青藏高原東部為20.0—50.0,為北方植被生態(tài)質(zhì)量相對較好的區(qū)域；內(nèi)蒙古北部和西部、寧夏中北部、甘肅中西部、新疆大部、青藏高原中西部平均年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在20.0以下,植被生態(tài)質(zhì)量最差?？梢?多年平均年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)空間分布圖較好地反映了我國年植被生態(tài)質(zhì)量優(yōu)劣的空間分布格局,也反映了與氣候帶的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 2000—2017年平均年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)空間分布

3 結(jié)論

通過研究可見,基于植被NPP和覆蓋度構(gòu)建的植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)、生態(tài)質(zhì)量年際對比和多年變化趨勢評價(jià)模型,監(jiān)測評價(jià)全國植被生態(tài)質(zhì)量是可行的,可以定量監(jiān)測評價(jià)全國植被生態(tài)質(zhì)量的高低和時(shí)空變化,主要體現(xiàn)在：

(1)當(dāng)年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與多年均值、上一年值的增減百分率能夠定量地表達(dá)全國植被生態(tài)質(zhì)量相對于多年、上一年的優(yōu)劣空間分布,能夠反映全國植被生態(tài)質(zhì)量的年際差異。

(2)全國31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)的排名符合自然狀況,反映了不同地區(qū)的植被綜合生態(tài)質(zhì)量的高低,福建、廣西、海南、廣東、云南地處中、南亞熱帶和熱帶濕潤氣候區(qū),2017年植被生態(tài)質(zhì)量在全國位居前五位。

(3)全國有90.7%的區(qū)域2000—2017年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)呈提高趨勢,其中我國中東部大部地區(qū)年平均提高速率在0.25/a以上,提高最為明顯,反映了我國植被生態(tài)質(zhì)量18年變化趨勢的空間分布格局。植被生態(tài)質(zhì)量提升的主要原因是2000—2017年全國有80.2%的區(qū)域年降水量呈增加趨勢,加之國家實(shí)施的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)工程,共同促進(jìn)了植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)的提升。

(4)南方大部地區(qū)2000—2017年平均年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在50.0以上,植被生態(tài)質(zhì)量為全國相對較好的區(qū)域；北方大部地區(qū)在50.0以下,植被生態(tài)質(zhì)量相對較差。我國中東部大部地區(qū)年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在20.0以上；西部大部地區(qū)在20.0以下,植被生態(tài)質(zhì)量最差。說明多年平均年植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)較好地反映了我國植被綜合生態(tài)質(zhì)量的空間分布狀況。

可見,利用構(gòu)建的式(1)至式(10),可以開展年全國植被綜合生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)和年際對比以及多年變化趨勢評價(jià),為生態(tài)文明建設(shè)提供最新的全國植被生態(tài)質(zhì)量及其時(shí)空變化信息。

4 討論

本研究圍繞生態(tài)文明建設(shè)急需,構(gòu)建了基于植被NPP和覆蓋度的植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù),同時(shí)建立了年際對比和多年變化趨勢監(jiān)測評價(jià)模型,但這些僅是新的初步的研究,更全面的系統(tǒng)的研究會(huì)在后續(xù)的工作中深入展開。主要包括：

(1)對于小區(qū)域或點(diǎn)上,在能夠?qū)崟r(shí)獲得植物多樣性資料時(shí),可考慮植物群落內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否合理的問題,完善植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)模型。

(2)研究降水、溫度、日照等多種自然因素對植被綜合生態(tài)質(zhì)量的影響以及植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)對氣候的響應(yīng),建立影響與響應(yīng)評價(jià)模型。

(3)對于不同的生態(tài)系統(tǒng),將深入研究人為因素對植被生態(tài)質(zhì)量的影響,為生態(tài)文明建設(shè)績效考核提供參考依據(jù)。