溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū)植被覆蓋度時(shí)空變化及其地形分異研究

銀朵朵,王艷慧,*

1 首都師范大學(xué)資源環(huán)境與地理信息系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100048 2 首都師范大學(xué)三維信息獲取與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100048 3 首都師范大學(xué)城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 北京 100048

植被是地球系統(tǒng)中的活躍成員,對(duì)生境變化較為敏感。植被在類型、數(shù)量或質(zhì)量方面必然對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的變化有所響應(yīng), 被認(rèn)為是監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境變化的綜合指示器[1]。植被變化長(zhǎng)期來都是諸多學(xué)者關(guān)注和研究的重點(diǎn)問題[2- 5]。而植被覆蓋度(Fractional Vegetation Cover,FVC)不僅是描述地表植被生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo),也是反映生態(tài)系統(tǒng)變化的重要變量[6]。FVC是以歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)為基礎(chǔ)改進(jìn)而提出的[7],指植被冠層在單位面積內(nèi)垂直投影的占比[8],反映了植被的茂密程度,對(duì)于 NDVI對(duì)高覆蓋度的植被易飽和、而對(duì)低覆蓋度的植被難區(qū)分的不足有所改善[9],可以更好地反映植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化特征。

近年來,植被覆蓋度被廣泛應(yīng)用于區(qū)域植被變化研究[10- 15]。其中,基于NDVI數(shù)據(jù),采用像元二分模型估算植被覆蓋度的方法效果良好,已有豐富的成果。如劉春靜等[16]以中國(guó)新疆及中亞五國(guó)為研究區(qū),探討了大陸干旱性氣候區(qū)近14年的植被覆蓋度時(shí)空演變特征。張文強(qiáng)等[5]分析了黃土高原15年植被覆蓋變化情況,黃土高原作為溫帶大陸性半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)的典型,植被覆蓋度呈增加趨勢(shì)。張學(xué)玲等[17]以江西省武功山為例研究了中亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)植被覆蓋度的時(shí)空變化情況,發(fā)現(xiàn)植被覆蓋總體呈上升趨勢(shì),且與地形因子有密切關(guān)系。趙婷等[18]將秦嶺作為研究區(qū),探究了暖溫帶半濕潤(rùn)氣候與亞熱帶濕潤(rùn)氣候過渡帶的植被變化情況,發(fā)現(xiàn)該區(qū)近17年植被覆蓋度良好,整體呈上升趨勢(shì),植被覆蓋變化具有明顯的地形分異效應(yīng)。鄭朝菊等[19]研究西南地區(qū),包括亞熱帶季風(fēng)氣候、熱帶季雨林氣候及高原氣候近15年的植被覆蓋度時(shí)空變化及與氣候、人類活動(dòng)的關(guān)系。

上述已有研究對(duì)認(rèn)識(shí)各氣候區(qū)的植被變化和驅(qū)動(dòng)因素具有重要意義,但對(duì)溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū)植被變化的研究還不多見。陳效逑,王子玉等[20-21]以內(nèi)蒙古為例研究了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)植被變化的影響。但已有研究表明植被變化不僅與氣候,人類活動(dòng)顯著相關(guān),且對(duì)地形因子高度響應(yīng)[22-28]。影響植被分布的生境因子眾多,其中地形是最基本的影響因子。地形因子(坡度、坡向和海拔等)不僅會(huì)影響氣候條件的空間差異,也會(huì)影響人類的生產(chǎn)與生活,進(jìn)而影響植被的空間分布格局,因此研究地形因子與植被覆蓋度變化的關(guān)系可以很好地揭示植被的空間分布規(guī)律[29]。

內(nèi)蒙古大青山位于溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū),是對(duì)全球氣候變化最為敏感的地區(qū)之一,2008年成為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),對(duì)于衡量氣候變化大背景和重大人為活動(dòng)影響下區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化具有重要的指示作用。因此,本文以內(nèi)蒙古大青山為例,選用4期Landsat影像,計(jì)算植被覆蓋度,分析植被覆蓋度時(shí)空變化以及地形對(duì)植被覆蓋分布格局的影響,以期為溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū)植被監(jiān)測(cè)與保護(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

大青山位于109°47′— 112°17′E,北緯 40°34′—41°14′N之間,面積為3918.9km2(圖1)。地處陰山山脈中段,是蒙古高原草原區(qū)與黃土高原草原區(qū)的分水嶺。大青山海拔在1030—2338m之間,屬于中山山地。山體呈東西走向,北部較平緩,地貌南北差異大。氣候條件為溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候,冬季寒冷漫長(zhǎng),夏季溫和,降水集中在夏季,日照充足,歷年平均氣溫6.7°C,年降雨量350—400mm。隨地勢(shì)的升高,土壤類型呈現(xiàn)出明顯的垂直分布特征,植被類型也呈現(xiàn)出灌叢草原-森林灌叢草原-森林草原-山地草原的分布規(guī)律。大青山因其重要的生態(tài)服務(wù)功能,受到各級(jí)政府的極度重視。2008年,國(guó)家批準(zhǔn)建立內(nèi)蒙古大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。2013年,內(nèi)蒙古自治區(qū)通過了《內(nèi)蒙古自治區(qū)大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)條例》,自此大青山的生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工作進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Overview of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)6月至8月降水集中,為減小云量對(duì)研究分析的影響,特選取9月晴朗無云且日期相近的四期數(shù)據(jù)。本文采用的遙感數(shù)據(jù)為2000、2006、2011年landsat- 5 TM影像和2017年landsat- 8 OLI影像,軌道編號(hào)為126/031、126/032、127/032。四期數(shù)據(jù)云量均小于10%,質(zhì)量良好。此外, 研究還用到DEM數(shù)據(jù)(30m分辨率),用于提取地形信息。所有數(shù)據(jù)都來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/),投影坐標(biāo)系為UTM-WGS 84。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在ENVI 5.3中對(duì)TM和OLI數(shù)據(jù)做幾何配準(zhǔn),校正誤差均嚴(yán)格限制在0.5個(gè)像元以內(nèi),重采樣分辨率為30m。然后進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正,先將影像灰度值轉(zhuǎn)化為輻射亮度值,再進(jìn)行大氣校正以去除大氣對(duì)地物輻射的影響,呈現(xiàn)地物較為真實(shí)的反射光譜特征。標(biāo)注大氣校正后數(shù)據(jù)中的負(fù)值和大于100的高值,并改正這些異常值。對(duì)每一期的多幅影像,拼接后用大青山邊界矢量裁剪,得到研究區(qū)四期遙感數(shù)據(jù)。提取大青山的DEM,并在ArcGIS 10.6 中使用3D分析模塊,生成研究區(qū)的高程圖、坡度圖及坡向圖。通過重新劃分高程、坡度、坡向等級(jí),再與研究區(qū)植被覆蓋度分布圖疊加,探討大青山地形因子對(duì)植被覆蓋度分布格局的影響。

1.4 研究方法

已有的諸多研究表明將NDVI代入像元二分模型計(jì)算得到的植被覆蓋度,彌補(bǔ)了NDVI研究高植被覆蓋和低植被覆蓋效果欠佳的缺點(diǎn),監(jiān)測(cè)植被覆蓋變化效果良好,可以更好地表征區(qū)域植被的生長(zhǎng)和變化情況[30-32]。因此,采用像元二分模型計(jì)算研究區(qū)植被覆蓋度,并在ArcGIS10.6中對(duì)4期植被覆蓋度圖進(jìn)行差值運(yùn)算,分析研究區(qū)植被覆蓋度時(shí)空動(dòng)態(tài)變化,進(jìn)而對(duì)地形因子(高程,坡度,坡向)進(jìn)行重分類,探測(cè)植被覆蓋度的地形分異規(guī)律。

1.4.1植被覆蓋度計(jì)算和定級(jí)方法

采用像元二分模型,基于NDVI數(shù)據(jù)來計(jì)算植被覆蓋度。NDVI一般定義為近紅外波段(0.7—1.1 μm) 與可見光紅光波段 (0.4—0.7μm) 反射率之差與反射率之和的比值。NDVI值的范圍為[-1,1],植被覆蓋越好,值越大,值為1表示該像元為純植被覆蓋,值為0表示該像元為純裸土覆蓋。

而像元二分模型假定一個(gè)像元的信息由植被覆蓋和裸土覆蓋提供。遙感影像上任一像元的遙感信息記為S,若像元信息完全由植被提供的純像元遙感信息記為Sveg,像元信息完全由裸土提供的純像元遙感信息記為Ssoil,則植被覆蓋度的計(jì)算公式為：

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

(1)

將NDVI帶入像元二分模型,得到基于NDVI的植被覆蓋度計(jì)算公式：

FVC=( NDVI - NDVIsoil) /(NDVIveg- NDVIsoil)

(2)

式中,NDVI為每個(gè)像元的歸一化植被指數(shù)值,NDVIveg為純植被覆蓋像元的歸一化植被指數(shù)值,NDVIsoil為純裸土覆蓋像元的歸一化植被指數(shù)值。

實(shí)際計(jì)算中,受數(shù)據(jù)預(yù)處理影響,部分像元的NDVI值在[-1,1]之外,這部分NDVI值為異常值,為便于后期計(jì)算,本文將異常值轉(zhuǎn)化為背景值,公式如下：

NDVI = NDVI1×0 + NDVI2×0 + NDVI3×NDVIg

(3)

式中,NDVIg表示原始NDVI值,NDVI1為小于-1的原始NDVI值,NDVI2為大于1的原始NDVI值,NDVI3為 [-1,1]的原始NDVI值,NDVI表示去除異常值后的NDVI值。

受年份、大氣等條件影響,NDVIsoil和NDVIveg隨時(shí)間和空間的不同會(huì)產(chǎn)生變化,因此取累計(jì)直方圖的 5%和95%為置信度區(qū)間,確定研究區(qū)的NDVIsoil和NDVIveg值[33- 34](表1)。

表1 研究區(qū)純裸土和純植被的NDVI取值

FVC值的范圍為[0,1],為分析植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化情況,結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,將FVC等間距劃分為3個(gè)等級(jí)[17]。1等：FVC<0.3,低植被覆蓋度；2等：0.3≤FVC<0.6中植被覆蓋度；3等：FVC≥0.6,高植被覆蓋度。生成植被覆蓋度分級(jí)圖并統(tǒng)計(jì)面積。

1.4.2植被覆蓋度動(dòng)態(tài)分析方法

采用差值法分析植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化特征,公式如下[35]：

ΔFVC=FVC2-FVC1

(4)

ΔFVC表示植被覆蓋度變化等級(jí),FVC1和FVC2分別表示前后兩個(gè)時(shí)期的植被覆蓋度等級(jí)。ΔFVC值表征的含義如下：ΔFVC=2時(shí),記為重度改善；ΔFVC=1時(shí),記為輕度改善；ΔFVC=0時(shí),記為未變化；ΔFVC=-1時(shí),記為輕度退化；ΔFVC=-2時(shí),記為重度退化。

1.4.3植被覆蓋度對(duì)地形因子響應(yīng)分析方法

地形特征是一個(gè)多維變量,不同高程、坡度和坡向具有的不同外部形態(tài)造成不同的水熱條件分布和養(yǎng)分移動(dòng)堆積,在某一特征尺度上不同的地形特征對(duì)植被覆蓋度的影響強(qiáng)度會(huì)存在空間上的差異[17]。 為定量研究植被覆蓋度對(duì)地形因子的響應(yīng),對(duì)大青山高程、坡度、坡向數(shù)據(jù)重分類(圖2),再對(duì)植被覆蓋度分區(qū)統(tǒng)計(jì),分析高程、坡度、坡向各區(qū)間內(nèi)的植被覆蓋度分布規(guī)律。

圖2 大青山坡度與坡向空間分布圖Fig.2 The spatial distribution of slope and aspect in Daqing Mountain

采用等間距法將研究區(qū)高程重分類為10個(gè)等級(jí)：<1200m；1200—1300m；1300—1400m；1400—1500m；1500—1600m；1600—1700m；1700—1800m；1800—1900m；1900—2000m；>2000m,然后統(tǒng)計(jì)各高程帶的植被覆蓋度。

根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)中的臨界坡度分級(jí)法,將研究區(qū)的坡度重分類為6級(jí)：0°—5°；5°—10°；10°—15°；15°—25°；25°—45°；45°—90°。按照劃定的坡度等級(jí)統(tǒng)計(jì)大青山的植被覆蓋度分布規(guī)律。

根據(jù)國(guó)土資源部頒布的《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》,將研究區(qū)的坡向分為平地(0°)、陰坡(315°—45°) 、半陰坡(45°—135°) 、陽坡(135°—225°) 、半陽坡(225°—315°) 五類。統(tǒng)計(jì)研究區(qū)各坡向的植被覆蓋度。

2 結(jié)果與分析

2.1 大青山植被覆蓋度空間分布格局

圖3 2000—2017年大青山平均植被覆蓋度空間分布及面積占比Fig.3 The spatial distribution and area rate of average vegetation cover in Daqing Mountain from 2000 to 2017

基于NDVI的像元二分模型,計(jì)算得到2000—2017年大青山的平均植被覆蓋度(圖3)。由圖3知,大青山植被覆蓋度空間分布特征為“東部高,西部低；南部高,北部低”。2000—2017年,大青山的植被覆蓋類型以中高植被覆蓋度(FVC≥0.3)為主,平均占64.19%的研究區(qū)域。

為詳細(xì)研究各時(shí)期植被覆蓋度的分布情況,依據(jù)1.4.3的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分大青山4個(gè)時(shí)期的植被覆蓋度,得到如圖4和表2的2000、2006、2011、2017年大青山植被覆蓋度等級(jí)圖及分布特征。

從圖4來看,植被覆蓋度呈現(xiàn)東北高西南低的空間分布特征。2000年,中高植被覆蓋主要在烏蘭察布段和呼和浩特段,低植被覆蓋以包頭段和呼和浩特段南部為主。2006年和2011年,高植被覆蓋面積較小,中植被覆蓋主要分布在烏蘭察布段和呼和浩特段,低植被覆蓋以包頭段為主。2017年,高植被覆蓋聚集在東北部；植被覆蓋度等級(jí)自東北向西南依次從高、中到低植被覆蓋過渡。

由表2知：雖然不同等級(jí)的植被覆蓋面積占比都隨時(shí)間呈動(dòng)態(tài)變化,但總體來看中植被覆蓋區(qū)在研究區(qū)總面積中占比最大,其次是低植被覆蓋區(qū)的比例,而高植被覆蓋區(qū)占比最小。此外,中低植被覆蓋類型的面積比例在四個(gè)時(shí)期分別占到了77.70%、92.94%、99.67%和80.12%,是研究區(qū)主要的植被覆蓋度類型。這與研究區(qū)地理區(qū)位密切相關(guān),大青山地處大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū),植被類型以北方草原為主,所以中低植被覆蓋區(qū)域廣。而高植被覆蓋主要由山地森林貢獻(xiàn),主要受人為因素影響。

18年間,低植被覆蓋區(qū)的面積先減后增再減,總體呈減少趨勢(shì)。中植被覆蓋區(qū)面積變化最大,共增加24.47%。高植被覆蓋區(qū)總體變化較平穩(wěn)。說明大青山地區(qū)十八年間植被向著恢復(fù)的方向發(fā)展。這是因?yàn)榇笄嗌降貐^(qū)自2013年施行《內(nèi)蒙古自治區(qū)大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)條例》以來,依據(jù)完善的保護(hù)條例,加強(qiáng)保護(hù)區(qū)內(nèi)各類開發(fā)建設(shè)活動(dòng)的監(jiān)督管理,清理整頓工礦企業(yè),加大對(duì)私自放牧的管理力度,加強(qiáng)森林草原防滅火工作,加快了大青山植被的恢復(fù)。

圖4 2000年、2006年、2011年和2017年大青山植被覆蓋空間格局Fig.4 The spatial pattern of vegetation cover in Daqing Mountain in 2000, 2006, 2011 and 2017

表2 大青山4個(gè)時(shí)期植被覆蓋度特征

2.2 大青山植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化

為研究大青山地區(qū)18年間植被覆蓋在空間上的變化情況,在ArcGIS 10.6中對(duì)四期植被覆蓋度等級(jí)圖進(jìn)行疊加運(yùn)算,得到如圖5和表3、表4、表5、表6所示的大青山植被覆蓋空間分布格局及其演變特征。

圖5 2000—2017年大青山植被覆蓋度差值Fig.5 Vegetation Coverage changes in Daqing Mountain from 2000 to 2017

表3 2000—2006年大青山植被覆蓋度等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表4 2006—2011年大青山植被覆蓋度等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表5 2011—2017年大青山植被覆蓋度等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣/km2

表6 2000—2017年大青山植被覆蓋度等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣/km2

由圖5和表3知：2000至2006年大青山植被趨于退化。高植被覆蓋區(qū)轉(zhuǎn)出693.8km2,僅轉(zhuǎn)入100.34km2,損失面積大。這一時(shí)期大青山保護(hù)范圍主要在呼和浩特段,其余區(qū)段保護(hù)力度小,開發(fā)力度大。研究區(qū)內(nèi)礦山企業(yè)挖掘地表類的開采直接破壞地表植被,山區(qū)農(nóng)牧民開墾放牧。還有,用于山林防火、生態(tài)保護(hù)的經(jīng)費(fèi)不足。這些因素綜合作用導(dǎo)致了大青山植被覆蓋度下降。

由圖5和表4知：2006至2011年大青山植被趨于退化。中高植被覆蓋面積減小,轉(zhuǎn)化為低植被覆蓋度。原因有二：一方面,降水及蒸散發(fā)量制約當(dāng)年植被覆蓋,統(tǒng)計(jì)年鑒顯示2011年降水量較往年有所下降；另一方面,人類活動(dòng)在短期內(nèi)對(duì)區(qū)域植被生長(zhǎng)影響顯著。大青山中南部緊鄰呼和浩特市的人口聚居區(qū),受人類生產(chǎn)生活影響,該區(qū)域植被退化嚴(yán)重。而西部受人為干擾較小,植被變化較穩(wěn)定。

由圖5和表5知：2011至2017年大青山植被趨于改善。低植被覆蓋大量轉(zhuǎn)化為中高植被覆蓋,中植被覆蓋度主要轉(zhuǎn)出為高植被覆蓋。6年間植被覆蓋度增加,生態(tài)向好發(fā)展。2013年《內(nèi)蒙古自治區(qū)大青山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)條例》的頒布施行,使大青山地區(qū)保護(hù)工作有例可循。且大青山管理部門響應(yīng)國(guó)家的生態(tài)建設(shè),緊隨其后制定了針對(duì)礦山企業(yè),私自放牧以及生態(tài)建設(shè)等的數(shù)個(gè)方案,加強(qiáng)執(zhí)行力度,使大青山生態(tài)恢復(fù)迅速,中高植被覆蓋面積大幅增加。

由圖5和表6知：18年間大青山植被覆蓋度總體呈上升趨勢(shì)。中植被覆蓋度的變化量最顯著,且為正值。低覆蓋度呈負(fù)向變化,高覆蓋度變化量較小。低植被覆蓋度主要的轉(zhuǎn)出類型為中植被覆蓋度,中植被覆蓋度主要的轉(zhuǎn)出類型為高植被覆蓋度,說明18年間,植被覆蓋度由低、中覆蓋度類型向中、高覆蓋度類型轉(zhuǎn)變,變化趨勢(shì)向好。

2.3 大青山植被覆蓋度變化的空間差異性分析

圖6 2000—2017年大青山植被覆蓋度變化及其面積占比 Fig.6 Changes and area rate of vegetation cover in Daqing Mountain from 2000 to 2017

圖6為大青山2000年至2017年植被覆蓋度等級(jí)變化情況。18年間,大青山西部地區(qū)以輕度改善為主。中部地區(qū)變化小,以輕度改善為主,有小面積的輕度退化。東部以輕度退化為主,小范圍內(nèi)存在重度改善和重度退化現(xiàn)象。

植被覆蓋等級(jí)變化以輕度改善面積最大,達(dá)到1152.45km2,分布最廣,自東北向西南均有輕度改善趨勢(shì)。輕度退化面積次之,有395.29km2,主要分布在中部局地和東部。植被重度改善與重度退化區(qū)面積較小,聚集性強(qiáng)。植被重度退化區(qū)域最小,說明研究區(qū)植被無嚴(yán)重的惡化情況?？傮w上,改善類型占32.46%,退化類型占12.92%,表明大青山18年間植被覆蓋度總體改善。

2.4 大青山植被覆蓋度的地形因子分異研究

2.4.1大青山植被覆蓋度海拔梯度差異

圖7 高程對(duì)大青山植被覆蓋度的影響 Fig.7 Effect of elevation on vegetation coverage of Daqing Mountain

圖7表明,大青山植被覆蓋度隨著海拔的升高持續(xù)增長(zhǎng),在2000—2296m最高,936—1200m最低。且在低于1500m的高程帶,植被覆蓋度增長(zhǎng)緩慢；1500m以上的區(qū)域增長(zhǎng)速度較快。海拔不同,區(qū)域的水熱條件也會(huì)有相應(yīng)改變,從而影響植被生長(zhǎng)。低海拔區(qū)水熱條件較好,但受到人類活動(dòng)的干擾,植被覆蓋度較小。海拔高于1500m,人類活動(dòng)受到相當(dāng)程度的限制,植被覆蓋好轉(zhuǎn)。且大青山最高海拔2296m,屬于中山山地,并不會(huì)使限制植物生長(zhǎng)的熱量條件受到影響。因此,大青山植被覆蓋隨海拔升高而增大。

2.4.2大青山植被覆蓋度坡度差異

圖8表明,隨坡度增加,大青山的植被覆蓋度逐漸增高,在坡度0°—5°最低,45°—90°最高。這是由于坡度較緩的地區(qū)方便人類活動(dòng),而坡度越高,人類活動(dòng)受到地形限制逐漸減少,對(duì)植被生長(zhǎng)的干擾也就越小,因此植被覆蓋度隨坡度增加而呈上升趨勢(shì)。

2.4.3大青山植被覆蓋度坡向差異

圖9表明,陰坡植被覆蓋度最高,其次是半陰坡和半陽坡; 植被覆蓋度最低的是陽坡。主要是因?yàn)殛柶陆邮盏奶栞椛漭^其他坡向更強(qiáng),而研究區(qū)屬于半干旱季風(fēng)氣候,晝夜溫差較大,水分蒸發(fā)量較多,植被分布以山地草甸為主。山地森林、灌叢主要分布在陰坡,其次分布在半陰坡和半陽坡,所以植被覆蓋度的分布規(guī)律為陰坡>平地>陽坡。

3 結(jié)論與討論

使用基于NDVI的像元二分模型計(jì)算植被覆蓋度,并對(duì)4期植被覆蓋度進(jìn)行分級(jí)、計(jì)算平均覆蓋度、差值運(yùn)算,以及對(duì)地形因子(高程,坡度,坡向)重分類,據(jù)此獲得研究區(qū)的植被覆蓋度時(shí)空演變過程及其與地形因子的響應(yīng)情況。2000—2017 年,大青山植被總體覆蓋狀況良好且呈上升趨勢(shì),植被覆蓋空間分布、變化趨勢(shì)及其與地形因子的相關(guān)性如下：

圖8 坡度對(duì)大青山植被覆蓋度的影響 Fig.8 Effect of slope on vegetation coverage of Daqing Mountain

圖9 坡向?qū)Υ笄嗌街脖桓采w度的影響 Fig.9 Effect of slope direction on vegetation coverage of Daqing Mountain

(1)大青山以中高植被覆蓋度為主,64.19%的區(qū)域植被覆蓋類型為中高植被覆蓋度。不同時(shí)期的植被覆蓋度有所波動(dòng),18年來大青山植被覆蓋度先降低后升高,總體呈上升趨勢(shì)。前期植被覆蓋度降低成因是大青山地區(qū)的諸多經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng),如旅游業(yè)的發(fā)展、工礦企業(yè)的開設(shè)、私自放牧等。而自大青山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)成立,尤其2013年保護(hù)區(qū)條例通過后,大青山保護(hù)不斷完善,生態(tài)逐漸恢復(fù),植被覆蓋度升高。

(2)植被覆蓋度空間格局特征明顯,總體上呈“東部高,西部低；南部高,北部低”的分布特征。中高植被覆蓋度集中在大青山呼和浩特段南部和烏蘭察布段,而低植被覆蓋度主要分布在西段山體。

(3)空間上,植被輕度改善分布最廣,自東北向西南均有輕度改善趨勢(shì)。輕度退化主要分布在中部局地和東部。重度改善與重度退化區(qū)面積較小,聚集在東部小范圍內(nèi)。數(shù)量上,研究區(qū)植被改善類型占32.46%,退化類型占12.92%,其中以輕度退化為主。說明研究區(qū)18年間植被覆蓋度為改善趨勢(shì)。

(4)植被覆蓋度的地形分異變化明顯：植被覆蓋度隨海拔升高呈增加趨勢(shì),在2000—2296m高程帶最高。植被覆蓋度與坡度正相關(guān),坡度越高,植被覆蓋度越大。植被覆蓋度在不同坡向上差異明顯,呈現(xiàn)陰坡>半陽坡>半陰坡>平地>陽坡的分布規(guī)律。

當(dāng)然,本文還存在一些不足之處。首先,在數(shù)據(jù)源上,本研究采用4期TM/OLI影像圖提取NDVI,未使用多源NDVI數(shù)據(jù)集進(jìn)行相互驗(yàn)證。另外,本研究中對(duì)植被覆蓋度的地形分異規(guī)律進(jìn)行了分析,但地形對(duì)植被覆蓋的影響還可以引入植被類型、土地利用、地質(zhì)數(shù)據(jù)等來進(jìn)一步展開。且限于時(shí)間與篇幅,本文未能進(jìn)行地形面積差異修正以評(píng)價(jià)地形對(duì)植被變化的影響效應(yīng),這將成為下一階段的研究工作。