陜西省不同地貌類(lèi)型區(qū)植被覆蓋度時(shí)空變化特征及其影響因素

龐國(guó)偉，山琳昕，楊勤科，土 祥

(1.西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，西安 710127； 2.西北大學(xué) 陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710127； 3.旱區(qū)生態(tài)水文與災(zāi)害防治國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710127)

1 研究背景

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)極其重要的組成部分，與一定的地形地貌、土壤、氣候等相適應(yīng)，對(duì)于指示生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要作用[1-2]。植被覆蓋度是反映地表植被覆蓋狀況的重要指標(biāo)，研究其動(dòng)態(tài)變化及影響因素對(duì)于定量分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變規(guī)律和生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)具有重要意義[3-4]。遙感數(shù)據(jù)的時(shí)空連續(xù)性，使其在大中尺度區(qū)域植被覆蓋度估算中發(fā)揮了重要作用[5]。MODIS數(shù)據(jù)具有算法成熟、易獲取等優(yōu)勢(shì)，已在區(qū)域植被覆蓋度估算中得到了廣泛應(yīng)用[6-7]。

陜西省位于黃河中游地區(qū)，南部兼跨長(zhǎng)江支流漢江流域和嘉陵江上游的秦巴山地區(qū)[8]，南北氣溫、降水差異較大，縱跨3個(gè)氣候帶(亞熱帶-暖溫帶-中溫帶)，從東南到西北依次為濕潤(rùn)區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)和半干旱區(qū)。同時(shí)，陜西省地貌形態(tài)的區(qū)域差異也十分明顯，根據(jù)其地貌類(lèi)型和區(qū)域差異，可將全省劃分為6個(gè)地貌區(qū)和43個(gè)地貌亞區(qū)[7]。地貌與水文、土壤、氣候、生物等具有密切的關(guān)系，地貌在不同尺度上影響氣候、植被等自然要素的空間格局和分異規(guī)律[9]，同時(shí)對(duì)人類(lèi)活動(dòng)方式、強(qiáng)度也產(chǎn)生重要影響，因此，地貌類(lèi)型區(qū)對(duì)應(yīng)于完整的地理單元。陜西省根據(jù)地貌特征可分為陜北黃土高原、關(guān)中平原和陜南秦巴山區(qū)3大地理單元，由于自然環(huán)境的差異和人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的不同，陜西省不同區(qū)域的地表覆被與生態(tài)環(huán)境差異十分明顯。陜北黃土高原是我國(guó)生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)之一，土地沙化、水土流失嚴(yán)重，為改善生態(tài)環(huán)境，該區(qū)自1999年實(shí)施了“退耕還林(草)”工程，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的植被恢復(fù)，植被覆蓋度呈明顯上升趨勢(shì)[10]。關(guān)中平原是陜西經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的核心區(qū)，工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、人口密集，近年來(lái)隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，特別是在快速城鎮(zhèn)化過(guò)程中，植被覆蓋度降低，給城市生態(tài)環(huán)境造成一定壓力[11]。陜南秦巴山區(qū)是我國(guó)中部地區(qū)重要的生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)區(qū)，同時(shí)又是氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)是影響該區(qū)植被覆蓋變化的主要因素[12]，近年來(lái)該區(qū)植被覆蓋度呈顯著上升趨勢(shì)[6]?？梢?jiàn)，陜西省不同地貌類(lèi)型區(qū)(地理單元)植被覆蓋度變化趨勢(shì)及其影響因素存在明顯空間差異。

因此，通過(guò)研究陜西省不同地貌類(lèi)型區(qū)植被覆蓋度時(shí)空變化特征，分析植被覆蓋度變化的影響因素，可為揭示不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境演變機(jī)理和驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)陜西省生態(tài)環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)概況

陜西省(105°29′E—111°15′E，31°42′N(xiāo)—39°35′N(xiāo))位于西北內(nèi)陸腹地，地勢(shì)南北高、中間低，海拔高度主要分布在500～2 000 m之間，氣候由北向南逐漸過(guò)渡為溫帶、暖溫帶和北亞熱帶，年均降水340～1 240 mm，年均氣溫7～16 ℃，植被類(lèi)型由北向南過(guò)渡為荒漠草原、人工植被和闊葉林。本文根據(jù)陜西省地形地貌及植被特點(diǎn)，將研究區(qū)劃分為風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)(Ⅰ)、黃土高原區(qū)(Ⅱ)、關(guān)中平原區(qū)(Ⅲ)、秦嶺山地區(qū)(Ⅳ)、漢江盆地區(qū)(Ⅴ)和大巴山地區(qū)(Ⅵ)[13]，見(jiàn)圖1。黃土高原區(qū)所占面積最大(40%)，漢江盆地區(qū)所占面積最小(5%)；平均海拔最高的是秦嶺山地區(qū)(1 295 m)，最低的是關(guān)中平原區(qū)(546 m)。

圖1 陜西省地貌分區(qū)Fig.1 Landform division of Shaanxi Province

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

本文數(shù)據(jù)包括：①美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)戈達(dá)航天中心(https:∥ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)提供的2000—2017年7—9月份空間分辨率為250 m的16 d合成的MODIS NDVI產(chǎn)品(MOD13Q1)。首先，基于MRT軟件對(duì)NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、重投影與拼接；其次，為了更好地反映植被覆蓋度和消除不利因素影響，采用最大值合成法(MVC)對(duì)研究區(qū)每年7—9月份數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到年最大NDVI[14]。②中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)提供的中國(guó)地面氣候資料中日值數(shù)據(jù)集與月值數(shù)據(jù)集，選取2010—2017年陜西省及周邊共57個(gè)站點(diǎn)的降水與氣溫?cái)?shù)據(jù)，用Kringing[15]方法進(jìn)行插值得到陜西年降水與氣溫。③中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http:∥www.gscloud.cn/)提供的90 m分辨率的SRTMDEM數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行投影轉(zhuǎn)化并重采樣。將高程分為<500、[500，1 000)、[1 000，1 250)、[1 250，1 500)、[1 500，2 000)、>2 000 m共6級(jí)；將坡度分為<3°、[3°，8°)、[8°，15°)、[15°，25°)、>25°共5級(jí)[12]；將坡向分為平地、陰坡(315°～45°)、半陰坡(45°～135°)、陽(yáng)坡(135°～225°)、半陽(yáng)坡(225°～315°)共5級(jí)[16]。④中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn/)提供的2000—2015年陜西省土地利用數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)投影轉(zhuǎn)化、重采樣與裁剪，投影坐標(biāo)系為Albers投影，重采樣的空間分辨率為250 m。

2.3 植被覆蓋度計(jì)算

根據(jù)像元二分模型[17]，植被覆蓋度f(wàn)c的計(jì)算公式為

fc=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil) 。(1)

式中：NDVI為歸一化植被指數(shù)；NDVIsoil與NDVIveg分別為純土壤與純植被所對(duì)應(yīng)的NDVI值。根據(jù)相關(guān)研究[18]，提取累計(jì)頻率為5%與95%的NDVI值作為NDVIsoil與NDVIveg來(lái)計(jì)算植被覆蓋度。

根據(jù)相關(guān)研究[19]，將植被覆蓋度劃分為低覆蓋度(≤10%)、較低覆蓋度(10%～30%)、中等覆蓋度(30%～50%)、較高覆蓋度(50%～70%)、高覆蓋度(>70%)5個(gè)等級(jí)。

2.4 突變分析

Mann-Kendall(M-K)突變檢驗(yàn)法是一種基于秩的非參數(shù)方法，用于分析時(shí)間序列的趨勢(shì)特征[20]。在進(jìn)行M-K突變檢驗(yàn)時(shí)，假定時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立，在構(gòu)造秩序列Sk的基礎(chǔ)上，定義樣本序列的統(tǒng)計(jì)量UFk,即

(2)

式中:秩序列Sk表示第k+1年的植被覆蓋度f(wàn)c大于第k年的累計(jì)個(gè)數(shù)；UF1=0；E(Sk)、Var(Sk)分別為秩序列Sk的均值和方差，可近似由式(3)、式(4)計(jì)算。

(3)

(4)

對(duì)原序列的逆序列按式(2)再進(jìn)行計(jì)算，得到逆序列的統(tǒng)計(jì)量UBk。若UFk和UBk曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界直線之間，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻就是突變發(fā)生的時(shí)間。

2.5 趨勢(shì)分析

一元線性回歸分析方法可以模擬每個(gè)像元的變化趨勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于植被、氣候要素隨時(shí)間變化趨勢(shì)的分析[21-22]，計(jì)算公式為

(5)

式中：K表示變化趨勢(shì)的斜率；n為研究時(shí)段年數(shù)，本研究時(shí)段為2000—2017年，n=18；Vi為第i年的植被覆蓋度(降水量、氣溫)。斜率的正(負(fù))表示增加(減少)，K的絕對(duì)值越大，表示變化越大，反之，變化越小。變化趨勢(shì)的顯著性采用F檢驗(yàn)。參考已有研究[23]，將植被覆蓋度(降水量、氣溫)的變化趨勢(shì)分為5類(lèi)：極顯著改善(增加)(K>0，P<0.01)；顯著改善(增加)(K>0，0.010.05)；極顯著退化(減少)(K<0，P<0.01)；顯著退化(減少)(K<0，0.01

2.6 相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)r用于分析2個(gè)獨(dú)立變量間的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算公式為[24]

(6)

3 結(jié)果與分析

3.1 植被覆蓋度時(shí)間變化特征

2000—2017年陜西省年均植被覆蓋度變化趨勢(shì)及M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2(a)可知，陜西省植被覆蓋度18 a來(lái)整體呈上升趨勢(shì)，其中2000—2007年極顯著增加，而且增加速率較快，約為0.93%/a；2007—2017年增長(zhǎng)速率較慢，約為0.03%/a。M-K突變檢驗(yàn)(圖2(b))顯示，陜西省植被覆蓋度突變年份為2006—2007年間且為升高的突變，表明在“退耕還林(草)”工程實(shí)施初期，植被得以快速恢復(fù)，隨后保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。

圖2 2000—2017陜西省植被覆蓋度變化趨勢(shì)及突變檢驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Trend and abrupt change of vegetation coveragein Shaanxi Province from 2000 to 2017

2000—2017年陜西省不同地貌類(lèi)型區(qū)之間植被覆蓋度變化特征差異明顯(圖3)。18 a來(lái)，除關(guān)中平原區(qū)(Ⅲ)外，其余地貌類(lèi)型區(qū)的植被覆蓋度均呈不同程度上升趨勢(shì)。黃土高原區(qū)(Ⅱ)和風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)(Ⅰ)受?chē)?guó)家“退耕還林(草)”等系列政策影響，植被覆蓋狀況明顯改善，植被覆蓋度呈極顯著增加趨勢(shì)(P<0.01)，增加速率分別約為0.86%/a和0.35%/a。關(guān)中平原區(qū)(Ⅲ)多為耕地，受人類(lèi)活動(dòng)影響較大，加之近些年來(lái)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市規(guī)模擴(kuò)張都使得植被覆蓋受到一定影響，植被覆蓋度呈顯著減小趨勢(shì)(P<0.05)，約以0.59%/a的速率減小。秦嶺山地區(qū)(Ⅳ)與大巴山地區(qū)(Ⅵ)以天然林為主，生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定且植被覆蓋度較高，植被覆蓋度呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.01)，但增加緩慢，增加速率分別約為0.12%/a和0.18%/a。漢江盆地區(qū)(Ⅴ)沿漢江兩岸建設(shè)用地和耕地較多，南部山地多為天然林，植被覆蓋度總體上隨時(shí)間變化不大，增加速率僅約為0.03%/a，且增加趨勢(shì)不顯著。

圖3 2000—2017年陜西省不同地貌類(lèi)型區(qū)植被覆蓋度變化Fig.3 Changes of vegetation coverage in different landformareas of Shaanxi Province from 2000 to 2017

3.2 植被覆蓋度空間分異特征

利用陜西省2000—2017年植被覆蓋度圖，計(jì)算得到多年平均植被覆蓋度分級(jí)圖(圖4)。由圖4可知，陜西省植被覆蓋度南北差異明顯，從北向南逐漸增加，2000—2017年平均植被覆蓋度為63.14%。風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)(Ⅰ)的覆被類(lèi)型主要為荒漠草地，天然植被覆蓋低，以低覆蓋度為主，平均植被覆蓋度為10.98%；隨著“退耕還林(草)”等工程的實(shí)施，黃土高原區(qū)(Ⅱ)植被覆蓋得到改善，植被覆蓋度從北向南逐漸增加，中北部主要為退耕林(草)地，以較低和中等覆蓋度為主，南部的橋山和黃龍山區(qū)的次生林地以較高覆蓋和高覆蓋為主，該區(qū)的平均植被覆蓋度為49.51%；關(guān)中平原區(qū)(Ⅲ)覆被類(lèi)型主要為耕地和建設(shè)用地，耕地以較高覆蓋度和高覆蓋度為主，而建設(shè)用地為低覆蓋度，其周邊地區(qū)以中等覆蓋度為主，該區(qū)的平均植被覆蓋度為51.69%；漢江盆地區(qū)(Ⅴ)城市及周?chē)鸀榈透采w度和中等覆蓋度，耕地為較高覆蓋度，其余區(qū)域?yàn)楦吒采w度，平均植被覆蓋度為77.79%；秦嶺山地區(qū)(Ⅳ)、大巴山地區(qū)(Ⅵ)覆被類(lèi)型以林地為主，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定且受人為因素影響較小，多年來(lái)植被覆蓋度高且較為穩(wěn)定，以高覆蓋度為主，平均植被覆蓋度分別為90.95%和91.73%。

圖4 2000—2017年陜西省植被覆蓋度空間分布Fig.4 Spatial distribution of vegetation coverage inShaanxi Province from 2000 to 2017

3.3 植被覆蓋度空間變化特征

為深入分析陜西省不同地貌類(lèi)型區(qū)植被覆蓋度在不同時(shí)期的空間變化特征，基于趨勢(shì)分析方法，逐像元分析了研究區(qū)2000—2007年、2007—2017年、2000—2017年植被覆蓋度的空間變化趨勢(shì)。

表1 植被覆蓋度變化面積及所占比例Table 1 Change areas and proportions of vegetation coverage

由圖5和表1可知， 2000—2007年陜西省79.04%的區(qū)域植被覆蓋未發(fā)生顯著變化，19.57%的植被覆蓋狀況改善，主要分布于黃土高原和關(guān)中平原東北部，秦巴山地和漢江盆地區(qū)東部也有部分區(qū)域植被覆蓋得以顯著改善；1.39%的植被發(fā)生退化，主要分布于城市及其周邊地區(qū)。2007—2017年79.05%的區(qū)域植被覆蓋未發(fā)生顯著變化，11.16%的植被覆蓋狀況改善，主要分布于黃土高原北部和秦巴山地部分區(qū)域；9.79%的區(qū)域植被發(fā)生退化，主要分布于關(guān)中平原區(qū)與漢江盆地區(qū)的漢中漢臺(tái)區(qū)、安康漢濱區(qū)，這說(shuō)明了人類(lèi)生產(chǎn)生活及城市化對(duì)植被有一定破壞作用。從2000—2017年整個(gè)研究時(shí)段來(lái)看，38.88%的植被得到改善，主要分布于黃土高原區(qū)、風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)南部及秦巴山地和漢江盆地區(qū)東部部分區(qū)域；8.49%的植被發(fā)生退化，主要分布于關(guān)中平原區(qū)與漢江盆地區(qū)城市及其周邊地區(qū)，表明國(guó)家相關(guān)生態(tài)工程和城市化對(duì)植被產(chǎn)生了明顯影響。

圖5 2000—2017年陜西省植被覆蓋度變化空間分布Fig.5 Spatial variation of vegetation coverage inShaanxi Province from 2000 to 2017

3.4 植被覆蓋度變化影響因素分析

3.4.1 氣候?qū)χ脖桓采w度的影響

2000—2017年陜西省年均降水量和氣溫整體上均呈波動(dòng)性增加趨勢(shì)，但增加不顯著(圖6)。降水量和氣溫變化具有明顯空間差異(圖7)，降水量除黃土高原區(qū)南部宜川至銅川一帶、西部千陽(yáng)至隴縣一帶及關(guān)中平原區(qū)渭南北部減少以外，其它區(qū)域均不同程度增加(圖7(a))，其中黃土高原區(qū)和風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)北部、秦巴山區(qū)西部寧強(qiáng)一帶顯著增加(圖7(b))。氣溫在黃土高原區(qū)中部、關(guān)中平原區(qū)、秦嶺山地區(qū)西部和大巴山地區(qū)呈降低趨勢(shì)，其它區(qū)域氣溫升高(圖7(c))，其中秦嶺山地區(qū)西部、大巴山地區(qū)大部分區(qū)域氣溫極顯著降低，關(guān)中平原區(qū)東部及其周?chē)鷼鉁貥O顯著升高(圖7(d))。

為了進(jìn)一步分析降水、氣溫與植被覆蓋度關(guān)系的空間差異，逐像元計(jì)算了2000—2017年陜西省植被覆蓋度與降水、氣溫的相關(guān)系數(shù)(圖8)，不同地貌類(lèi)型區(qū)植被覆蓋度與降水和氣溫相關(guān)系數(shù)占比如表2所示。從空間上看，全省年均植被覆蓋度與降水間關(guān)系以正相關(guān)為主， 占總面積的72.84%， 其中黃土高原區(qū)北部植被覆蓋度與降水呈顯著正相關(guān)， 所占比例為10.43%， 空間上與降水顯著增加區(qū)域一致， 由于該區(qū)域植被以較低和中等覆蓋度為主， 降水較少， 降水增加有利于植被生長(zhǎng)[25]。 植被覆蓋度與降水為負(fù)相關(guān)的面積比例為27.15%，主要分布于黃土高原區(qū)南部山區(qū)、 關(guān)中平原區(qū)、 秦嶺山地區(qū)和大巴山地區(qū)。 其中秦嶺山地區(qū)和大巴山地區(qū)顯著負(fù)相關(guān)比例分別占全省總面積的0.50%和0.36%， 主要分布在高海拔地區(qū)。 該區(qū)降水量大， 可滿(mǎn)足植被的生長(zhǎng)需要， 但降水增加會(huì)使光照條件減弱， 影響光合作用[22]。 氣溫與植被覆蓋度間關(guān)系為負(fù)相關(guān)所占面積比例為56.62%， 其中極顯著負(fù)相關(guān)面積比例為7.74%。 黃土高原區(qū)的延安周邊和寶雞西部、 秦嶺山地區(qū)西部和大巴山地區(qū)溫度顯著降低， 植被覆蓋度顯著增加， 而關(guān)中平原區(qū)東部氣溫顯著升高， 植被覆蓋度顯著減少， 表明溫度對(duì)植被有重要影響， 溫度降低減少蒸發(fā)， 有利于植被生長(zhǎng)， 反之則抑制植被生長(zhǎng)。 氣溫與植被覆蓋度為正相關(guān)的面積比例為43.38%， 其中顯著正相關(guān)占總面積的4.52%。 風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)北部溫度升高， 植被覆蓋度增加， 黃土高原區(qū)東南部、 關(guān)中平原區(qū)和秦嶺山區(qū)東北部溫度則顯著升高， 植被覆蓋度顯著增加， 而關(guān)中平原區(qū)西部溫度降低， 植被覆蓋度顯著降低， 這又表明溫度對(duì)植被覆蓋度的影響還表現(xiàn)在溫度升高可促進(jìn)光合作用和提高水分利用效率， 從而有利于植被生長(zhǎng)[26]。

表2 陜西省不同地貌類(lèi)型區(qū)植被覆蓋度與氣候因子間相關(guān)系數(shù)所占比例Table 2 Proportions of correlation coefficient between vegetation coverage and climatic factors in Shaanxi Province %

圖6 2000—2017年陜西省年均降水量和氣溫變化Fig.6 Annual precipitation and temperature changes inShaanxi Province from 2000 to 2017

圖7 2000—2017年陜西省氣候因子空間變化及顯著性Fig.7 Spatial variations and significances of climatefactors in Shaanxi Province from 2000 to 2017

圖8 2000—2017年陜西省植被覆蓋度與氣候因子間的相關(guān)系數(shù)Fig.8 Correlations between vegetation coverage andclimate factors in Shaanxi Province from 2000 to 2017

綜上所述，2000—2017年陜西省植被覆蓋度與降水量之間以正相關(guān)為主，與溫度以負(fù)相關(guān)為主。不同區(qū)域植被覆蓋度對(duì)降水和氣溫的響應(yīng)關(guān)系存在差異，表明降水和氣溫對(duì)植被覆蓋度的影響機(jī)理較為復(fù)雜。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是降水和氣溫對(duì)植被的影響存在耦合關(guān)系，二是人類(lèi)活動(dòng)的影響，在一定程度上降低或改變了植被對(duì)降水和氣溫的敏感性。

表3 各分區(qū)不同土地利用類(lèi)型面積比例Table 3 Proportions of land use types in different districts %

3.4.2 地形對(duì)植被覆蓋度的影響

海拔高度不僅對(duì)自然要素的空間分布有一定影響，也在一定程度上限制人類(lèi)活動(dòng)方式和強(qiáng)度。不同高程范圍內(nèi)植被覆蓋度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(圖9(a))顯示，2000—2017年間，海拔500 m以下區(qū)域多年平均植被覆蓋度為59.53%，主要分布在關(guān)中平原區(qū)和漢江盆地區(qū)，該區(qū)分布有大量水澆地，植被覆蓋度較高，隨著城市化進(jìn)程等因素的影響,植被遭受破壞而使植被覆蓋度在一定程度上減小，但多年平均植被覆蓋度仍較高。海拔500～1 000 m范圍內(nèi)多年平均植被覆蓋度為65.61%，主要分布在黃土高原區(qū)沿黃河谷、關(guān)中平原區(qū)、秦巴山地區(qū)東部和漢江盆地區(qū)，區(qū)內(nèi)分布有林地和水澆地，植被覆蓋度較高。海拔1 000～1 500 m范圍內(nèi)多年平均植被覆蓋度為58.14%，該高程范圍主要分布在風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)與黃土高原區(qū)，初始植被覆蓋度較低，雖然隨著“退耕還林(草)”等生態(tài)工程的實(shí)施，植被覆蓋得到改善，但其多年植被覆蓋度仍然較低。海拔1 500～2 000 m范圍內(nèi)多年平均植被覆蓋度為72.92%，主要分布于秦嶺山地區(qū)西部，植被覆蓋度較高且整體生態(tài)環(huán)境較穩(wěn)定。海拔2 000 m以上區(qū)域主要分布于秦嶺山地區(qū)，受人為因素影響小，植被覆蓋度最高，為95.54%。以上分析表明，隨著高程的增加，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響在逐漸削弱，植被覆蓋度逐漸上升。

圖9 2000—2017年各地形因子下的平均植被覆蓋度Fig.9 Average vegetation coverage at various terrainfactors from 2000 to 2017

與海拔高度相同，坡度在一定程度上影響著人類(lèi)活動(dòng)，也影響著植被分布。圖9(b)為不同坡度范圍內(nèi)多年平均植被覆蓋度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示植被覆蓋度隨著坡度的增加而上升。地勢(shì)平坦區(qū)(坡度<8°)，是人類(lèi)建設(shè)主要區(qū)域，因此植被覆蓋度較低；隨著坡度的增加(8°～15°)，植被覆蓋度受到人類(lèi)影響而降低且受到國(guó)家系列政策保護(hù)，逐漸上升；在坡度>15°的區(qū)域幾乎不受人類(lèi)活動(dòng)影響，以天然林為主，因此植被覆蓋度較高且穩(wěn)定。

各坡向平均植被覆蓋度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(圖9(c))顯示，不同坡向上植被覆蓋度由小到大為平地<陽(yáng)坡<半陰坡<半陽(yáng)坡<陰坡，半陰坡與半陽(yáng)坡間差異甚小。根據(jù)相關(guān)資料及植被覆蓋度與降水、氣溫的相關(guān)性分析[16,27]，陽(yáng)坡日照長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，在合適氣溫范圍內(nèi)有利于植物生長(zhǎng)，但其水分蒸發(fā)快，水分對(duì)植被覆蓋度影響較強(qiáng)于氣溫，不利于植被長(zhǎng)久生長(zhǎng)；而陰坡因水分條件好，更適合植被生長(zhǎng)，植被覆蓋度較高。由陰坡轉(zhuǎn)向陽(yáng)坡時(shí)，隨著太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)，植被覆蓋度受到影響而降低。平地受到人類(lèi)建設(shè)等影響，因而植被覆蓋度較低。

3.4.3 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋度的影響

土地利用作為人類(lèi)活動(dòng)的主要方式，對(duì)植被覆蓋度有著雙重作用，“退耕還林(草)”系列政策的實(shí)施有利于植被恢復(fù)，城市建設(shè)及工業(yè)生產(chǎn)對(duì)植被產(chǎn)生消極影響。表3為2000年和2015年陜西省各個(gè)分區(qū)不同土地利用面積所占的百分比，由2000年與2015數(shù)據(jù)對(duì)比可知， 陜西省主要土地利用類(lèi)型為耕地、林地與草地。除耕地外，2015年其他土地利用類(lèi)型均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。在各個(gè)分區(qū)中，林(草)地增長(zhǎng)較快的區(qū)域?yàn)辄S土高原區(qū)，增加面積占陜西省面積的1.53%；建設(shè)用地增長(zhǎng)較快的區(qū)域?yàn)殛P(guān)中平原區(qū)，增加面積占陜西省面積的0.5%，其植被覆蓋度下降趨勢(shì)明顯(圖3)。結(jié)合圖3可得知，在植被覆蓋度增加的地區(qū)林(草)地面積未必增加，這可能是由于植被的面積雖未增加但其長(zhǎng)勢(shì)變好，使得最終呈現(xiàn)的植被覆蓋度增加。

4 結(jié) 論

本文利用2000—2017年MODIS數(shù)據(jù)，研究了陜西省植被覆蓋度變化及其與氣候、地形、土地利用之間的關(guān)系，結(jié)果表明：

(1)從時(shí)間上看，陜西省植被覆蓋度呈增加趨勢(shì)，其中2000—2007年增加趨勢(shì)明顯，速率約為0.93%/a，體現(xiàn)了自“退耕還林(草)”等生態(tài)工程實(shí)施后，生態(tài)環(huán)境得到改善。從空間上看，陜西省植被覆蓋度具有明顯的緯向分布特征，由北向南逐漸增加。風(fēng)沙過(guò)渡區(qū)南部、黃土高原和關(guān)中平原東北部、秦巴山地和漢江盆地區(qū)東部部分區(qū)域植被覆蓋得以顯著改善，關(guān)中平原區(qū)與漢江盆地區(qū)城市及其周邊地區(qū)植被顯著退化。

(2)2000—2017年陜西省植被覆蓋度與降水量之間以正相關(guān)為主，占總面積的72.84%，與溫度之間以負(fù)相關(guān)為主，占總面積的56.62%。植被覆蓋度對(duì)降水和氣溫的響應(yīng)關(guān)系存在空間差異。在黃土高原區(qū)特別是植被覆蓋度較低的區(qū)域，水分是限制性因素，降水增加和溫度降低有利于植被生長(zhǎng)；在秦巴山地高海拔地區(qū)，降水增加和溫度升高抑制植被生長(zhǎng)；而在關(guān)中平原區(qū)及其它地貌類(lèi)型區(qū)的城市周邊及耕地區(qū)域，由于人類(lèi)活動(dòng)的參與，植被對(duì)氣候的響應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜，有待進(jìn)一步探討。

(3)在地勢(shì)低(<500 m)、坡度平緩(<8°)的區(qū)域，地形平坦，是人類(lèi)生產(chǎn)生活的主要區(qū)域，植被覆蓋度較低；在地勢(shì)高(>1 500 m)、坡度陡(>15°)的區(qū)域多以天然林為主，人類(lèi)活動(dòng)影響較小，植被覆蓋度較高。在500～1 500 m、8°～15°的過(guò)渡區(qū)域，生態(tài)環(huán)境較脆弱，易受到人類(lèi)活動(dòng)影響，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)與治理。在不同坡向中，平地上植被覆蓋度最低，陰坡上植被覆蓋度最高，其余坡向上植被覆蓋度差異較小。

(4)人類(lèi)活動(dòng)較強(qiáng)的區(qū)域植被覆蓋度變化差異明顯，以生態(tài)建設(shè)為代表的黃土高原區(qū)植被覆蓋得到顯著改善，以城市建設(shè)為主的關(guān)中平原區(qū)植被覆蓋顯著退化。