太原市城區(qū)植被覆蓋變化地形分異效應(yīng)

陳學(xué)兄, 畢如田, 張小軍, 韓偉宏

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 山西 太谷 030801; 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境國家級實驗教學(xué)示范中心, 山西 太谷030801; 3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院, 山西 太谷 030801; 4.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院/農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所, 太原 030006)

植被因子作為抑制水土流失的重要因素，以植被類型和植被覆蓋度對土壤侵蝕的影響最大[1]，其中植被覆蓋度為土壤侵蝕模型、生態(tài)系統(tǒng)模型等的重要參數(shù)[2]。植被覆蓋變化為生態(tài)環(huán)境變化研究領(lǐng)域的核心內(nèi)容[3]?；谥脖恢笖?shù)的混合像元二分模型法是最實用的估算植被覆蓋度的方法[4]。地形為影響植被空間分布最主要的生境因子，在一定程度上影響人類活動、氣候條件的空間差異，進(jìn)而影響植被空間分布格局[5]。因此對植被覆蓋變化與地形因子的關(guān)系進(jìn)行分析可揭示植被的地域分布特征。

山西省為內(nèi)陸資源型省區(qū)的典型代表，其中太原市區(qū)是省內(nèi)發(fā)展水平和集聚程度最高的地區(qū)[6]。隨著人口增長和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類進(jìn)一步加大土地資源的開發(fā)力度，對土地資源無科學(xué)指導(dǎo)的利用或過度利用，導(dǎo)致太原市生態(tài)環(huán)境惡化，引起水土流失、植被退化等問題[7]。目前，有關(guān)植被變化的研究主要在植被覆蓋度變化及其生態(tài)效應(yīng)評估[2]，植被覆蓋度時空變化研究[3-4,8]，植被覆蓋變化與地形[5,9-17]，氣候[10,12,18-20]，城市化[20]等的關(guān)系研究，植被覆蓋變化的人口效應(yīng)研究[16]等方面。其中，有關(guān)植被覆蓋變化與地形關(guān)系研究中只是選擇高程和坡度2個因子[9-11]或者高程、坡度和坡向3個因子[5,12-17]進(jìn)行分析，大多并未考慮不同地形因子絕對面積差異的影響，且有關(guān)太原市城區(qū)的相關(guān)研究尚未見報道。鑒于此，本研究以內(nèi)陸資源型城市太原市城區(qū)為研究對象，以Landsat系列影像和30 m分辨率的ASTER GDEM為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，選取高程、坡向、坡度、坡度變率、地形位和地形起伏度6個地形因子，利用像元二分模型法和地形面積差異修正法，對太原市城區(qū)不同時期植被覆蓋度的時空變化特征進(jìn)行分析，探討不同時段不同植被覆蓋變化類型在不同地形因子上的變化趨勢及地形分異效應(yīng)，以期為該區(qū)城市化過程中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

太原市轄區(qū)位于山西省中部，轄6區(qū)(尖草坪區(qū)、杏花嶺區(qū)、萬柏林區(qū)、迎澤區(qū)、晉源區(qū)和小店區(qū))。尖草坪區(qū)地處太原市北端，總面積為285.6 km2，其中城區(qū)面積32.4 km2，東西北三面環(huán)山，海拔780～1 775 m，該區(qū)地貌類型主要有土石山區(qū)、黃土丘陵、沖積扇、沖積平原和溝洼谷地，屬北溫帶大陸性氣候，年均降雨量450 mm左右，年均氣溫7～10 ℃；杏花嶺區(qū)地處太原市東北部，為太原市中心城區(qū)，總面積為170.2 km2，地勢西南部低，東北部高，海拔800～1 670 m，年均氣溫9.8 ℃；萬柏林區(qū)是太原的西大門，總面積為304.8 km2，地勢西高東低，海拔780～1 400 m，年均降雨量480～500 mm，年均氣溫9.5～11 ℃；迎澤區(qū)與杏花嶺區(qū)同為太原市中心城區(qū)，俗稱大南門，屬晉中盆地的北端，總面積為117 km2，其中城區(qū)面積23.1 km2，地勢北高南低，海拔800 m左右，年均氣溫10 ℃左右；晉源區(qū)位于太原市西南部，總面積為287 km2，中部為向南呈開放形的廣闊河谷平原，東西兩山對峙，平川、丘陵和山區(qū)面積分別占57.33%，8.23%和34.44%，境內(nèi)最高山峰為廟前山，主峰海拔為1 865.8 m，年均降雨量約460 mm，年均氣溫9 ℃；小店區(qū)地處晉中盆地的北端，太原市的東南部，總面積為295 km2，其中城區(qū)面積35 km2，地勢北高南低，以南部平川為主，東部為山區(qū)和丘陵區(qū)，平均海拔763～780 m，年均降雨量495 mm左右，年均氣溫9.6 ℃，該區(qū)為晉中市與太原市聯(lián)合開發(fā)的前沿地帶，是太原市城市發(fā)展戰(zhàn)略的主要擴(kuò)張區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：2004年8月05日、2007年8月14日、2011年8月9日的Landsat 5TM，2014年9月18日和2016年9月7日的Landsat 8OLI_TIRS，空間分辨率為30 m的ASTER GDEM數(shù)據(jù)及太原市城區(qū)行政邊界；5期遙感影像的成像時間接近，是植被覆蓋度最好的時期，植被覆蓋度變化在空間和時間上均有較好的可比性。使用遙感軟件ENVI對5期影像數(shù)據(jù)分別進(jìn)行輻射校正和大氣校正等預(yù)處理。

1.3 研究方法

1.3.1 地形因子提取方法 使用ASTER GDEM數(shù)據(jù)提取高程、坡向、坡度、坡度變率(坡度之坡度)、地形位指數(shù)和地形起伏度6個地形因子：

(1) 高程為影響植被分布的重要因素之一，可反映人類活動的頻率，氣溫、大氣濕度等隨高程的增加也會發(fā)生變化，導(dǎo)致植被覆蓋度分布發(fā)生一定規(guī)律的變化[15]。高程由ASTER GDEM數(shù)據(jù)直接提取。

(2) 坡向影響局部地面接收陽光和重新分配太陽輻射量，影響局部地區(qū)氣候特征差異、作物生長適宜程度、土壤水分的再分布等[21]，對植被空間分布具有重要意義。使用ArcGIS表面分析工具Aspect提取，其范圍為0°～360°，正北方向為起點0°，坡向為-1的區(qū)域是平地，表示該區(qū)無坡向。

(3) 坡度影響地表徑流及水分的再分配，進(jìn)而影響土壤分布和特性，對植被分布具有重要作用[5]。使用ArcGIS表面分析工具slope提取，一般情況下其范圍為0°～90°。

(4) 坡度變率，即在所提取的坡度基礎(chǔ)上再求一次坡度，它在一定程度上可很好反映地形的剖面曲率信息[21]。

(5) 地形位指數(shù)是高程和坡度的組合，公式如下[21-24]：

(1)

(6) 地形起伏度為描述一個區(qū)域地形特征的宏觀性指標(biāo)，可使用鄰域分析法提取[25-26]。

利用ArcGIS對不同地形因子進(jìn)行分級，得到不同地形因子空間分布(見圖1)。

圖1 太原市城區(qū)不同地形因子的空間分布

高程數(shù)據(jù)以100 m為間距劃分為10級；依據(jù)已有研究[13]，將坡向劃分為5類：平地(-1～0°)、北坡(315°～45°)、東坡(45°～135°)、南坡(135°～225°)和西坡(225°～315°)；依據(jù)中華人民共和國自然資源部發(fā)布的《第三次全國國土調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[27]，將坡度分為5級，分別為：≤ 2°，2°～6°，6°～15°，15°～25°和>25°，對坡度變率也采用了該分級方法；地形位(0.563～3.007)采用等數(shù)量重分類法進(jìn)行分級，分為10級；依據(jù)《中國1:100萬地貌制圖規(guī)范(試行)中的地貌基本形態(tài)劃分體系》[28]結(jié)合研究區(qū)實際情況，將地形起伏度分為4級，分別為平原(<30 m)、臺地(30—70 m)、丘陵(70—200 m)、小起伏山地(200～500 m)。

1.3.2 植被指數(shù)與植被覆蓋度計算方法 歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)為應(yīng)用最廣泛的一種指數(shù)[8,29]，NDVI計算公式為[17,30]：

(2)

式中：ρred為紅光波段的表觀反射率；ρnir為近紅外波段的表觀反射率。

采用像元二分模型估算植被覆蓋度，其計算公式為[3-4,9,17]：

FVC=(S-Ssoil)/(Sveg-Ssoil)

(3)

式中：FVC為植被覆蓋度；S為像元的植被指數(shù)；Ssoil為全裸土地表的植被指數(shù)信息；Sveg為完全由植被覆蓋地表的植被指數(shù)信息；Ssoil，Sveg取置信度為0.5%和99.5%所對應(yīng)的NDVI值。

1.3.3 地形面積差異修正 地形面積差異修正系數(shù)(k)可消除不同地形因子條件下因地形絕對面積不同而引起的植被恢復(fù)評價的不確定性，其計算公式為[5,11-13]：

(4)

式中：i為第i種植被覆蓋變化類型；e為第e級地形；Sie為第i種植被覆蓋變化類型在第e級地形區(qū)的分布面積；Se為第e級地形區(qū)的土地總面積；Si為第i種植被覆蓋變化類型的總面積；S為研究區(qū)總面積。若k>1，表明第i種植被覆蓋變化類型在第e級地形上的分布屬于優(yōu)勢分布；k=1，表明第i種植被覆蓋變化類型在第e級地形上的分布平穩(wěn)；k<1，表明第i種植被覆蓋變化類型在第e級地形上的分布屬于非優(yōu)勢分布。

2 結(jié)果分析

2.1 太原市城區(qū)植被覆蓋度空間分布特征

參照胡玉福等[3]的研究，將太原市城區(qū)2004年8月、2007年8月、2011年8月、2014年9月和2016年9月的植被覆蓋度(FVC)分為5個等級：0～10%(低度)，10%～30%(中低度)，30%～50%(中度)，50%～70%(中高度)，≥70%(高度)，并統(tǒng)計各級植被覆蓋度所占面積(如圖2所示)。

由圖2可知，2004—2016年太原市城區(qū)植被主要為中高度覆蓋度和高度覆蓋度，二者占總面積的65%以上，其中2016年的高度覆蓋度所占面積最大，為60.71%，植被覆蓋度總體為上升趨勢；低和中低度覆蓋度呈先上升后下降趨勢，主要分布在杏花嶺區(qū)和迎澤區(qū)西部、尖草坪區(qū)南部、萬柏林區(qū)東部等地區(qū)；中度覆蓋度整體呈上升趨勢，由2004年的11.77%上升至2016年的18.79%。2011年低度和中低度覆蓋度所占面積比最大，分別為3.66%，15.86%，而高度覆蓋度所占比例最小，為38.46%，總體植被覆蓋度較其他年份明顯下降。

2.2 太原市城區(qū)植被覆蓋度時段變化特征

2004—2016年太原市城區(qū)植被覆蓋度變化整體呈顯著上升的趨勢(如圖3所示)。

由圖3可知，2004—2007年尖草坪區(qū)、萬柏林區(qū)、杏花嶺區(qū)以北植被覆蓋度空間分布主要為顯著上升，而小店區(qū)和晉源區(qū)顯著下降和輕微下降明顯。2007—2011年太原市城區(qū)中部、南部地區(qū)顯著下降范圍較大，在萬柏林區(qū)的西部有小范圍的顯著上升區(qū)。2011—2014年太原市城區(qū)植被覆蓋度以顯著上升為主，顯著下降區(qū)范圍很小，主要分布在尖草坪區(qū)和小店區(qū)。2014—2016年植被覆蓋度以輕微上升區(qū)為主，顯著上升區(qū)集中分布在尖草坪區(qū)，而顯著下降區(qū)主要分布在小店區(qū)。從整個階段(2004—2016年)來看，太原市城區(qū)植被覆蓋度整體呈現(xiàn)顯著上升，植被覆蓋度顯著下降區(qū)主要分布在南部的小店區(qū)和北部的尖草坪區(qū)，太原市城區(qū)的西部和中東部植被覆蓋度上升較快，尤其是2011—2014年，而小店區(qū)植被覆蓋度有所下降，主要由交通建設(shè)及城市化所致。

統(tǒng)計不同時段不同植被覆蓋變化類型所占面積，分析得出：2004—2007年城區(qū)植被覆蓋呈好轉(zhuǎn)趨勢，其中植被覆蓋度顯著減少面積為216.90 km2，顯著增加了281.14 km2；2007—2011年植被覆蓋度減少面積為852.70 km2，而增加面積為601.62 km2，期間處于植被退化階段；2011—2014年植被覆蓋度減少面積遠(yuǎn)低于其增加面積，植被覆蓋度增加面積為1 174.15 km2，說明該期間植被恢復(fù)較好；2014—2016年較2011—2014年植被覆蓋度雖然稍有下降，但仍處于較好水平。2004—2016年整個階段變化趨勢為顯著上升，植被覆蓋度顯著增加了871.99 km2，輕微增加了220.21 km2，累計增加1 092.20 km2，增加區(qū)占比為75%以上。有3個階段(2004—2007，2011—2014，2014—2016年)的植被覆蓋度增加面積占研究區(qū)總面積的50%以上，植被恢復(fù)效果較好。

圖2 2004-2016年間太原市城區(qū)植被覆蓋度分級

圖3 2004-2016年太原市城區(qū)植被覆蓋度時段變化的空間分布

2.3 植被變化對不同地形因子的響應(yīng)

地形通過控制降水、氣溫、土壤和光照等條件影響植被的空間分布及其植被生長[13]。為更好的分析研究太原市城區(qū)植被覆蓋度的空間變化情況，本研究從太原市城區(qū)高程、坡向、坡度、坡度變率、地形位和地形起伏度6個方面分析不同地形因子對植被覆蓋變化的影響。

2.3.1 高程對植被覆蓋變化的影響 將2004—2007，2007—2011，2011—2014，2014—2016，2004—2016年的植被覆蓋變化類型數(shù)據(jù)分別與高程做疊加分析，統(tǒng)計不同植被覆蓋變化類型在不同高程上的面積，計算相應(yīng)的地形面積差異修正系數(shù)k，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，不同植被覆蓋變化類型在不同高程范圍內(nèi)的分布差異較明顯。植被覆蓋顯著減少類型在700—800 m的范圍內(nèi)呈趨于增強(qiáng)的分布趨勢，而在高程>900 m的區(qū)域分布較弱，說明研究區(qū)植被減少主要是在高程≤900 m的區(qū)域；各時段植被覆蓋輕微減少類型分布差異明顯，2004—2007年和2014—2016年在<800 m和>1 400 m的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，2007—2011年在<1 100 m的區(qū)域為優(yōu)勢分布，而2011—2014年在>1 100 m的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，尤其在高程>1 500 m的區(qū)域較顯著(k=3.27)，2004—2016年在700—800 m的范圍內(nèi)為優(yōu)勢分布，在其他高程范圍內(nèi)分布均較弱；植被覆蓋輕微增加類型在高程<900 m的區(qū)域分布較弱，而在>1 000 m的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯(除2004—2016年在1 200—1 400 m的范圍內(nèi)分布較弱(k=0.86)外)，在900—1 000 m范圍內(nèi)2004—2007，2007—2011，2004—2016年分布均較弱，而2011—2014，2014—2016年分布優(yōu)勢明顯，k值分別為1.08和1.05；對于植被覆蓋顯著增加類型而言，2004—2007年在高程800—1 000 m和1 200—1 300 m的范圍內(nèi)分布優(yōu)勢明顯，隨著高程的增加2007—2011年的k值不斷增大(0～4.39)，在高程>1 100 m的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，尤其在>1 500 m的區(qū)域分布優(yōu)勢顯著(k=4.39)，而2011—2014在高程<1 100 m的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，2014—2016年的優(yōu)勢分布區(qū)為≤700 m和800—1 100 m的區(qū)域，2004—2016年在高程>800 m的區(qū)域均為優(yōu)勢分布。

表1 2004-2016年太原市城區(qū)不同植被覆蓋變化類型在不同高程范圍內(nèi)的變化趨勢

2.3.2 坡向?qū)χ脖桓采w變化的影響 將2004—2007，2007—2011，2011—2014，2014—2016，2004—2016年的植被覆蓋變化類型數(shù)據(jù)分別與坡向做疊加分析，統(tǒng)計不同植被覆蓋變化類型在不同坡向上的面積，計算相應(yīng)的地形面積差異修正系數(shù)k，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，北坡、東坡、南坡和西坡上不同植被覆蓋變化類型的分布差異不明顯，而在平地區(qū)域分布差異較顯著。在平地區(qū)域，植被覆蓋顯著減少類型分布優(yōu)勢明顯(1.11

表2 2004-2016年太原市城區(qū)不同植被覆蓋變化類型在不同坡向上的變化趨勢

2.3.3 坡度對植被覆蓋變化的影響 將2004—2007，2007—2011，2011—2014，2014—2016，2004—2016年的植被覆蓋變化類型數(shù)據(jù)分別與坡度做疊加分析，統(tǒng)計不同植被覆蓋變化類型在不同坡度上的面積，計算相應(yīng)的地形面積差異修正系數(shù)k，相關(guān)詳細(xì)結(jié)果如表3所示。

表3 2004-2016年太原市城區(qū)不同植被覆蓋變化類型在不同坡度上的變化趨勢

由表3可知，在不同坡度上不同植被覆蓋變化類型的分布差異明顯。植被覆蓋顯著減少類型在<2°和2°～6°區(qū)間分布優(yōu)勢明顯，在≤ 2°范圍1.306°的區(qū)域分布較弱；在<2°和2°～6°區(qū)域，植被覆蓋輕微減少類型除2011—2014年分布較弱外，其他時段分布優(yōu)勢明顯或分布平穩(wěn)，在坡度>6°的區(qū)域2011—2014年的植被覆蓋輕微減少類型分布優(yōu)勢明顯；植被覆蓋輕微增加類型在坡度>6°的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，在<6°的區(qū)域分布較弱；2004—2007年和2014—2016年植被覆蓋顯著增加類型的優(yōu)勢分布區(qū)域為2°～15°，2007—2011年和2004—2016年植被覆蓋顯著增加類型的優(yōu)勢分布在坡度>6°的區(qū)域，而2011—2014年的優(yōu)勢分布區(qū)為坡度<6°的區(qū)域。

2.3.4 坡度變率對植被覆蓋變化的影響 將2004—2007，2007—2011，2011—2014，2014—2016，2004—2016年的植被覆蓋變化類型數(shù)據(jù)分別與坡度變率做疊加分析，統(tǒng)計不同植被覆蓋變化類型在不同坡度變率上的面積，計算相應(yīng)的地形面積差異修正系數(shù)k，結(jié)果如表4所示。

表4 2004-2016年太原市城區(qū)不同植被覆蓋變化類型在不同坡度變率上的變化趨勢

由表4可知，在不同坡度變率上不同植被覆蓋變化類型的分布差異明顯。植被覆蓋顯著減少類型在坡度變率<2°的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，在2°～6°，6°～15°和15°～25°范圍分布均較弱，在>25°的區(qū)域除2011—2014年為優(yōu)勢分布(k=1.07)外，其他時段的分布均為較弱；對于植被覆蓋輕微減少類型而言，2004—2007年優(yōu)勢分布在坡度變率<2°的區(qū)域，2007—2011年優(yōu)勢分布在<6°和>15°的區(qū)域，2011—2014年優(yōu)勢分布在>2°的區(qū)域，尤其在>25°的區(qū)域分布優(yōu)勢顯著(k=2.14)，2014—2016年和2004—2016年優(yōu)勢分布在坡度變率為<2°和>25°的區(qū)域；對于植被覆蓋輕微增加類型而言，在坡度變率<2°區(qū)間分布均較弱，在>2°的區(qū)域2004—2007，2007—2011，2011—2014年和2014—2016年為分布優(yōu)勢明顯或分布平穩(wěn)，2004—2016年除在6°～15°區(qū)域分布平穩(wěn)外，在其他坡度變率范圍分布弱，尤其在>25°的區(qū)域較弱(k=0.68)；對于植被覆蓋顯著增加類型而言，2004—2007年和2014—2016年在2°～6°和>25°的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，2007—2011年在2°～15°區(qū)域為優(yōu)勢分布，2011—2014年在<2°的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，而2004—2016年在>2°的區(qū)域優(yōu)勢分布明顯。

2.3.5 地形位對植被覆蓋變化的影響 將2004—2007，2007—2011，2011—2014，2014—2016，2004—2016年的植被覆蓋變化類型數(shù)據(jù)分別與地形位做疊加分析，統(tǒng)計不同地形位上不同植被覆蓋變化類型的面積，計算相應(yīng)的地形面積差異修正系數(shù)k，結(jié)果如表5所示。由表5可知，在不同地形位上不同植被覆蓋變化類型的分布差異明顯。

各時段植被覆蓋顯著減少類型在地形位為1級和2級的區(qū)域均為優(yōu)勢分布，除2004—2007年在地形位7級(k=1.02)，2007—2011年在地形位3級(k=1.17)，2011—2014年在地形位3級(k=1.08)，9級(k=1.28)和10級(k=3.17)的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯外，其他區(qū)域的分布均較弱；各時段植被覆蓋輕微減少類型在不同地形位上的分布各不同，在地形位為5級的區(qū)域分布均較弱；植被覆蓋輕微增加類型在地形位為1—3級的區(qū)域分布較弱，2004—2007，2007—2011，2011—2014，2014—2016年在地形位4—10級的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，2004—2016年在地形位1—5級和8—9級的區(qū)域分布較弱，而在其他地形位區(qū)域為優(yōu)勢分布；對于植被覆蓋顯著增加類型而言，2004—2007年在地形位2—5級區(qū)域為優(yōu)勢分布，2007—2011年在地形位4—10級區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，尤其在地形位10級的區(qū)域分布優(yōu)勢顯著(k=3.59)，2011—2014年在地形位為1—3級的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯，2014—2016年在地形位2—4級和9—10級區(qū)域為優(yōu)勢分布，2004—2016年在地形位3—10級區(qū)域分布優(yōu)勢明顯。

表5 2004-2016年太原市城區(qū)不同植被覆蓋變化類型在不同地形位上的變化趨勢

2.3.6 地形起伏度對植被覆蓋變化的影響 將2004—2007，2007—2011，2011—2014，2014—2016，2004—2016年的植被覆蓋變化類型數(shù)據(jù)分別與地形起伏度做疊加分析，統(tǒng)計不同植被覆蓋變化類型在不同地形起伏度上的面積，計算相應(yīng)的地形面積差異修正系數(shù)k，結(jié)果如表6所示。

表6 2004-2016年太原市城區(qū)不同植被覆蓋變化類型在不同地形起伏度上的變化趨勢

由表6可知，植被覆蓋顯著減少類型除在地形起伏度<30 m的區(qū)域分布優(yōu)勢明顯(1.28200 m的區(qū)域分布均較弱，表明<30 m的區(qū)域植被減少明顯；在<30 m的區(qū)域，輕微減少類型除2011—2014年分布較弱(k=0.65)外，其他時段分布優(yōu)勢明顯，輕微增加類型均分布較弱，顯著增加類型除2011—2014年分布明顯(k=1.21)外，其他時段分布均較弱；在30～70 m的區(qū)域，輕微減少類型除2007—2011年和2011—2014年分布優(yōu)勢明顯外，其他時段分布均較弱，輕微增加類型在2004—2016年分布較弱(k=0.87)，其他時段的k值均大于1，顯著增加類型除2011—2014年外，其他時段分布優(yōu)勢明顯；在70～200 m的區(qū)域，輕微減少類型在2004—2007年和2014—2016年分布平穩(wěn)，2011—2014年分布優(yōu)勢明顯(k=1.26)，其他時段分布較弱，輕微增加類型分布優(yōu)勢明顯，顯著增加類型2007—2011年和2004—2016年分布優(yōu)勢明顯，k值分別為1.66和1.29；在>200 m的區(qū)域，輕微減少類型除2007—2011年和2011—2014年分布優(yōu)勢明顯外，其他時段分布均很弱，輕微增加類型除2004—2016年分布較弱外，其他時段分布優(yōu)勢均較明顯，顯著增加類型在2004—2007年和2004—2016年分布優(yōu)勢明顯，其他時段分布較弱。

3 討論與結(jié)論

地形是影響植被空間分異的主要因子，已有植被覆蓋變化與地形關(guān)系研究只是選擇高程和坡度2個因子[9-11]或者高程、坡度和坡向3個因子[5,12-17]進(jìn)行分析，且大多并未考慮不同地形因子絕對面積差異的影響。本文在已有研究基礎(chǔ)上，以內(nèi)陸資源型城市太原市城區(qū)為研究區(qū)，選取高程、坡向、坡度、坡度變率、地形位和地形起伏度6個地形因子(即結(jié)合微觀與宏觀地形因子), 利用像元二分模型法和地形面積差異修正法，對太原市城區(qū)植被覆蓋度的動態(tài)變化特征和地形分異效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，這對該區(qū)城市化過程中的生態(tài)環(huán)境治理等具有重要意義。

(1) 2011年太原市城區(qū)植被覆蓋度有所下降，但2004—2016年植被覆蓋度總體上呈顯著上升趨勢，主要為中高度覆蓋度和高度覆蓋度，二者占總面積的65%以上；2004—2016年植被覆蓋度顯著下降區(qū)主要分布在南部的小店區(qū)和北部的尖草坪區(qū)，主要是交通建設(shè)及城市化所致，中東部和西部植被覆蓋度上升較快，原因在于隨著城市街道綠化和中心公園的修建，城市周邊及城區(qū)植被在不斷增加，植被覆蓋度逐年上升。

(2) 不同坡向上，在平地區(qū)域植被覆蓋變化的趨勢較顯著，而其余坡向上差異不明顯，這與朱林富等[13]的研究結(jié)論相一致，說明坡向差異對植被生長變化的影響不大，其原因還有待進(jìn)一步研究；平地區(qū)域以植被覆蓋減少為主，該區(qū)易受人類工程和社會經(jīng)濟(jì)活動干擾而發(fā)生退化，這是該區(qū)植被覆蓋恢復(fù)緩慢的一大因素。

(3) 不同植被覆蓋變化類型在不同高程、坡度、坡度變率、地形位和地形起伏度上的空間分布差異明顯。植被覆蓋顯著減少類型在高程為700—800 m，坡度<6°，坡度變率<2°，地形位為1級和2級及地形起伏度<30 m的區(qū)域均為優(yōu)勢分布，該地形區(qū)主要為建設(shè)用地、耕地和水域等，人類活動較頻繁，植被覆蓋度低，但植被變化趨勢顯著，說明植被恢復(fù)弱；各時段植被覆蓋輕微減少和顯著增加類型在不同高程、坡度、坡度變率、地形位和地形起伏度上的分布各不同；植被覆蓋輕微增加類型在高程>1 000 m(除2004—2016年在1 200—1 400 m高程范圍內(nèi)分布較弱(k=0.86)外)，坡度>6°，坡度變率>2°(除2004—2016年分布較弱外)、地形位為4—10級和地形起伏度>30 m的區(qū)域分布優(yōu)勢較明顯，表明在此地形區(qū)域生態(tài)環(huán)境較好，受人類活動干擾小，植被變化趨勢較弱，植被覆蓋度較高，植被恢復(fù)效果較好。太原市城區(qū)東西兩側(cè)地區(qū)植被覆蓋度較高，因隨著高程、坡度、坡度變率、地形位和地形起伏的增大，氣溫在逐漸降低，植被分布的垂直地帶性明顯，人類活動對植被的擾動和影響越小，所以東西兩側(cè)的植被覆蓋度明顯高于中部地區(qū)(圖1)。近年來，太原市實施了環(huán)城林帶建設(shè)等綠化工程，積極推進(jìn)東、西荒山綠化，綠化面積達(dá)2.90×106m2余，建造了29處城郊森林公園，城市綠化率達(dá)40.5%，該市生態(tài)環(huán)境明顯改善。

(4) 本研究選取高程、坡向、坡度、坡度變率、地形位和地形起伏度6個地形因子，分析了太原市城區(qū)植被覆蓋變化在不同地形因子上的分異性和變化趨勢，這對該區(qū)城市化過程中的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和效益評價等具有重要意義，由于影響植被變化的因素較多，本研究只是從地形方面進(jìn)行了分析，未考慮氣候等因素對植被生長的影響，今后還有待進(jìn)一步研究。