國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度變化及其對(duì)地形因子的響應(yīng)
——以湖北省長(zhǎng)陽(yáng)縣為例

潘方杰，王宏志，馮 兵，宋明潔，陳 安

(1.武漢工程大學(xué)管理學(xué)院，武漢 430205；2.華中師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079；3.華中師范大學(xué)公共管理學(xué)院，武漢 430079；4.宜昌市環(huán)境保護(hù)研究所，湖北 宜昌 443000)

植被對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化具有重要指示作用，目前通過(guò)分析植被類型、數(shù)量及質(zhì)量的演化進(jìn)而衡量生態(tài)系統(tǒng)變化成為諸多學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一[1-2].植被覆蓋度(FVC)作為衡量地表植被生長(zhǎng)狀況及生長(zhǎng)活力的一個(gè)重要指標(biāo)，在分析生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境狀況以及揭示其變化趨勢(shì)方面有著比較廣泛的應(yīng)用[3]；而通過(guò)遙感手段獲取的歸一化植被指數(shù)(NDVI)時(shí)常用來(lái)進(jìn)行植被覆蓋變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[4-5].近年來(lái)，諸多研究者借助于RS和GIS技術(shù)手段，對(duì)植被覆蓋度時(shí)空演變特征及其影響因素進(jìn)行了大量的研究，積累了豐富的研究成果：早期研究重點(diǎn)關(guān)注植被覆蓋度提取方法的探索[6]，其中像元二分模型在植被覆蓋遙感估算中得到了廣泛的應(yīng)用[7]；現(xiàn)階段則更加關(guān)注植被覆蓋度變化的影響因素分析，研究結(jié)果表明植被覆蓋度變化與水熱等氣候因子[3，8-9]、高程坡度坡向等地形因子[10-12]及生態(tài)建設(shè)工程等人類活動(dòng)因子[13-14]密切相關(guān)，而且通常是自然因素和人為因素共同作用的結(jié)果[1].其中，地形作為影響植被分布最基本的生境因子，通常會(huì)對(duì)氣溫、降水等氣候因子以及人類的開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)產(chǎn)生不同程度的作用[12]，進(jìn)而對(duì)植被空間分異及其變化產(chǎn)生影響.已有相關(guān)研究中，研究區(qū)域涉及省域[10]、市域[15]、流域[16]、黃土高原[17]、自然保護(hù)區(qū)[18]、地震災(zāi)區(qū)[19]、秦嶺山地[11]、三峽庫(kù)區(qū)[12]等，但整體上以大區(qū)域范圍的宏觀尺度研究為主，以國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域?yàn)閷?duì)象的植被覆蓋度變化及其對(duì)地形因子響應(yīng)的微觀尺度研究尚未出現(xiàn).

長(zhǎng)陽(yáng)縣屬于國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)中三峽庫(kù)區(qū)水土保持生態(tài)功能區(qū)、三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)屏障區(qū)，是湖北省唯一一個(gè)集“老、少、山、窮、庫(kù)”于一體的國(guó)家扶貧開(kāi)發(fā)工作重點(diǎn)縣，同時(shí)還是第三批國(guó)家新型城鎮(zhèn)化綜合試點(diǎn)地區(qū)，因此，針對(duì)以往研究中較多關(guān)注大中尺度植被覆蓋變化規(guī)律，本研究基于2000年-2015年的歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)，以國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)縣為案例區(qū)，根據(jù)像元二分模型法估算植被覆蓋度信息，借助于偏差分析、變異系數(shù)分析、趨勢(shì)分析、地形差異修正指數(shù)模型等方法，對(duì)植被覆蓋度時(shí)空演變特征及其對(duì)地形因子的響應(yīng)進(jìn)行研究，探討微觀(縣域)尺度下植被覆蓋度的變化及其對(duì)地形因子響應(yīng)，以期能夠?yàn)樵擃愋蛥^(qū)植被恢復(fù)與保護(hù)以及生態(tài)環(huán)境科學(xué)管治提供一定的參考和借鑒，對(duì)于深入理解該類型區(qū)植被與人類活動(dòng)的關(guān)系，揭示區(qū)域環(huán)境變遷，指導(dǎo)區(qū)域生態(tài)環(huán)境科學(xué)治理具有重要現(xiàn)實(shí)意義.

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣(110°22′E～111°21′E，30°12′N～30°46′N)(簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)陽(yáng)縣”)位于鄂西南武陵山區(qū)、清江中下游，國(guó)土面積約3 420 km2，轄8鎮(zhèn)3鄉(xiāng)，總?cè)丝诩s40萬(wàn)，2018年年底森林覆蓋率達(dá)66%以上，城鎮(zhèn)人均公共綠地面積10.71 m2.縣域境內(nèi)群山巍峨，溝壑交錯(cuò)，除清江及其支流的河谷地帶有局部平原外，其余均在海拔600～2 300 m之間，素有“八山半水一分半田”之稱[20].長(zhǎng)陽(yáng)縣屬亞熱帶大陸性夏熱潮濕氣候區(qū)，光照充足，熱量豐富，年均降雨量1 366.2 mm，年均氣溫16.5℃，無(wú)霜期250～290 d；由于山高谷深，呈現(xiàn)出極為明顯的垂直地域差異，構(gòu)成了豐富多彩、相互交錯(cuò)的“立體型”多樣性小氣候.縣域境內(nèi)植物資源十分豐富，有各類植物1 400多種，其中國(guó)家珍稀瀕危保護(hù)野生植物32種；自然植被以森林為主，從河谷到高山其分布具有明顯的垂直分帶性，低山河谷區(qū)植被以常綠闊葉混交林為主，中山區(qū)植被以常綠闊葉和針葉混交林為主，高山區(qū)植被以常綠闊葉、暗針葉混交林為主(圖1).同時(shí)，長(zhǎng)陽(yáng)縣屬于三峽庫(kù)區(qū)水土保持生態(tài)功能區(qū)重要組成部分，主導(dǎo)生態(tài)功能類型為水土保持，境內(nèi)受到水土流失影響的面積約580.18 km2，其植被覆蓋狀況變化能夠在很大程度上對(duì)土壤侵蝕和水土流失程度產(chǎn)生重要的影響.

圖1 研究區(qū)行政區(qū)范圍及植被類型Fig.1 The administrative area and vegetation types of study area

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)來(lái)源于NASA提供的MODIS產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇2000年—2015年的MOD13Q1數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行植被覆蓋度變化研究；使用MRT軟件將下載的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為T(mén)iff格式，并將投影轉(zhuǎn)換為WGS84投影，采用最大值合成法(MVC)去除云和大氣干擾以更好反映年植被覆蓋狀況及消除數(shù)據(jù)誤差干擾[15]，得到逐月NDVI，并進(jìn)一步采用平均值法生成逐年NDVI數(shù)據(jù)；以長(zhǎng)陽(yáng)縣矢量邊界為掩膜經(jīng)過(guò)裁剪處理，得到研究區(qū)范圍的NDVI數(shù)據(jù).長(zhǎng)陽(yáng)縣行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)來(lái)源于當(dāng)?shù)刈匀毁Y源和規(guī)劃部門(mén).30 m分辨率ASTER GDEM數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn)下載，采用ArcGIS 10.3軟件進(jìn)行處理，使其空間分辨率統(tǒng)一到250 m.進(jìn)一步以DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別提取出坡度和坡向數(shù)據(jù)，參考已有研究并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況[10，12，20]，分別對(duì)高程、坡度和坡向進(jìn)行劃分：根據(jù)研究區(qū)域構(gòu)造溶蝕侵蝕丘陵區(qū)、低山區(qū)、中低山區(qū)、低中山區(qū)4種地貌成因和形態(tài)類型，進(jìn)一步將高程劃分為8個(gè)梯度帶：<200 m，200～500 m，500～750 m，750～1 000 m，1 000～1 250 m，1 250～1 500 m，1 500～1 750 m，>1 750 m；根據(jù)提取出的長(zhǎng)陽(yáng)縣坡度范圍值(0°～71°)，將坡度劃分為4個(gè)梯度：0°～15°，15°～25°，25°～35°，>35°；而坡向則劃分為平坡、東坡、南坡、西坡和北坡5種類型，長(zhǎng)陽(yáng)縣高程、坡度和坡向劃分及空間分布情況詳見(jiàn)圖2.

圖2 長(zhǎng)陽(yáng)縣地形因子分級(jí)圖Fig.2 The topographic factor classification in Changyang County

2.2 研究方法

2.2.1 像元二分模型 本研究基于像元二分模型法反演植被覆蓋度，假設(shè)每個(gè)像元的NDVI值可以由植被和土壤兩部分組成，則計(jì)算公式為[11，21]：

(1)

式中，F(xiàn)VC為某一像元的植被覆蓋度，NDVIsoil代表裸地或無(wú)植被覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIveg代表純植被像元的NDVI值，閾值設(shè)定詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[18].

2.2.2 植被覆蓋度演變分析方法 1)偏差分析反映了某一時(shí)段內(nèi)植被覆蓋度偏離多年植被覆蓋度均值的程度，其值為正則表示高于多年平均水平，為負(fù)則表示低于多年平均水平，公式為[22]：

(2)

2)采用最小二乘法逐像元擬合植被覆蓋度年際變化趨勢(shì)分析，公式為[12，15]：

(3)

式中，Slope為多年植被覆蓋度線性傾向值，fi為第i年的植被覆蓋度值，i為年份所對(duì)應(yīng)序號(hào)，n為研究期年數(shù)(n=16).同時(shí)，采用F檢驗(yàn)對(duì)顯著性大小進(jìn)行檢驗(yàn)[12]，并進(jìn)一步將其劃分為植被改善型(Slope>0，α≤0.01)、植被穩(wěn)定型(α>0.01)和植被退化型(Slope<0，α≤0.01)三種類型.本研究中變異系數(shù)(CV)計(jì)算公式詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[22].

2.2.3 地形差異修正指數(shù)模型 為進(jìn)一步明確特定地形因子對(duì)植被覆蓋度變化類型分布的影響，引入地形差異修正指數(shù)模型來(lái)闡明植被覆蓋度變化對(duì)地形因子的響應(yīng)，公式為[12，18]：

(4)

式中，Sie為研究區(qū)域i植被覆蓋度變化類型在e地形條件下的面積；Si為研究區(qū)域i植被覆蓋度變化類型的總面積；Se為研究區(qū)域e地形的總面積；S為研究區(qū)域總面積.當(dāng)K>1時(shí)，表明該地形位是植被覆蓋變化類型的優(yōu)勢(shì)地形位，且K值越大，優(yōu)勢(shì)程度越明顯；K=1時(shí)，表示i植被覆蓋變化類型在e地形分布平穩(wěn)；K<1時(shí)，表示i植被覆蓋變化類型在e地形非優(yōu)勢(shì)分布.

3 結(jié)果與分析

3.1 植被覆蓋度年際動(dòng)態(tài)變化

2000年—2015年長(zhǎng)陽(yáng)縣年均植被覆蓋度值統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(圖3)，植被覆蓋度年均值變化范圍為59.26%～74.71%，16年的平均值為66.22%；最大值出現(xiàn)在2008年，達(dá)到74.71%，超出平均值8.49%；最小值出現(xiàn)在2003年，植被覆蓋度值為59.26%，低于平均值6.96%.2000年—2015年年均植被覆蓋度整體上呈現(xiàn)出小幅度的波動(dòng)增加趨勢(shì)，很大程度上與該區(qū)域2000年以來(lái)先后實(shí)施的天然林資源保護(hù)工程、退耕還林還草工程、低產(chǎn)林改造工程等緊密相關(guān).由于偏差分析能夠較好地反映出研究時(shí)段內(nèi)植被覆蓋度偏離多年均值的程度，其值為正(負(fù))則表示高(低)于多年平均水平.進(jìn)一步采用偏差分析法，得到2000年—2015年各年植被覆蓋度偏離多年平均水平的程度(圖3).可見(jiàn)，植被覆蓋度的偏差值呈現(xiàn)出較大的波動(dòng)變化，2008年偏差值最大，表明其偏離平均水平程度最嚴(yán)重，其次為2003年，2000年和2015年偏差值也相對(duì)較大，偏差值較高的年份很大程度上與當(dāng)年該區(qū)域氣溫、降雨量等因素密切相關(guān).2011年偏差值最小，表明其偏離平均水平程度最低；16年間，共有7個(gè)年份高于多年植被覆蓋度平均水平.

圖3 2000年-2015年長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度年際變化及偏離度分析Fig.3 Interannual variation and deviation analysis of vegetation coverage from 2000 to 2015 in Changyang County

3.2 植被覆蓋度空間格局特征

3.2.1 植被覆蓋度等級(jí)空間分布 本研究采用ArcGIS 10.3軟件中像元統(tǒng)計(jì)(Cell Statics)工具條，計(jì)算出研究區(qū)域16年的植被覆蓋度均值空間分布情況，并將其劃分為低覆蓋度(0～0.3)、中低覆蓋度(0.3～0.45)、中等覆蓋度(0.45～0.6)、中高覆蓋度(0.6～0.75)和高覆蓋度(0.75～1)5個(gè)等級(jí)(詳見(jiàn)圖4(a))，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)出研究區(qū)不同等級(jí)植被覆蓋度面積及所占比例(詳見(jiàn)表1).由表1可見(jiàn)，長(zhǎng)陽(yáng)縣中高覆蓋度面積最大，占絕對(duì)主體地位；中高覆蓋度及其以上等級(jí)總面積合計(jì)占研究區(qū)總面積80%以上，反映出研究區(qū)域植被覆蓋度整體上處于較高水平.從空間分布來(lái)看，長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度空間分布格局與縣域自然條件稟賦以及人類開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)空間特征基本保持一致.高覆蓋度等級(jí)主要呈塊狀分布在縣域南部，該區(qū)域省級(jí)及以上生態(tài)公益林廣泛分布，湖北長(zhǎng)陽(yáng)崩尖子國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)也分布在該區(qū)域，對(duì)于森林植被等的保護(hù)和管理較為嚴(yán)格，開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)受到嚴(yán)格約束，植被覆蓋度最高；中等覆蓋度等級(jí)主要分布于縣域東部地勢(shì)較為平坦、人口密度相對(duì)較高的龍舟坪鎮(zhèn)和磨市鎮(zhèn)大部分地區(qū)；中低覆蓋度以及低覆蓋度等級(jí)主要分布于火燒坪鄉(xiāng)大部地區(qū)，以及龍舟坪鎮(zhèn)和磨市鎮(zhèn)少部分集鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)；而中高覆蓋度等級(jí)分布最為廣泛，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有不同程度分布，構(gòu)成了縣域植被覆蓋度分布的主體.

3.2.2 植被覆蓋度變異系數(shù)空間分布 從植被覆蓋度變異系數(shù)(CV)計(jì)算結(jié)果來(lái)看(表1)，長(zhǎng)陽(yáng)縣平均CV值為0.14，其中CV值小于0.2的面積合計(jì)占研究區(qū)總面積的88.94%，整體上表明研究區(qū)域植被覆蓋度變異程度較小.從空間分布來(lái)看(圖4(b))，CV值介于0.2～0.3之間和大于0.3的區(qū)域分布相對(duì)較為集中，主要分布在龍舟坪鎮(zhèn)東部、磨市鎮(zhèn)東部、火燒坪鄉(xiāng)北部以及龍舟坪鎮(zhèn)、磨市鎮(zhèn)和大堰鄉(xiāng)三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)交界的區(qū)域；而CV值小于0.1的區(qū)域分布較為零散，其分布區(qū)域均為長(zhǎng)陽(yáng)縣省級(jí)及以上生態(tài)公益林分布區(qū)，植被覆蓋度較為穩(wěn)定，變異程度較小，能夠在一定程度上反映出該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量穩(wěn)定性狀況良好.

圖4 2000年-2015年長(zhǎng)陽(yáng)縣年均植被覆蓋度等級(jí)(a)和變異系數(shù)(b)Fig.4 The annual average vegetation coverage (a) and coefficient variation (b) from 2000 to 2015 in Changyang County

表1 2000年-2015年長(zhǎng)陽(yáng)縣年均植被覆蓋度等級(jí)和變異系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of annual average vegetation coverage and coefficient variation from 2000 to 2015 in Changyang County

3.2.3 植被覆蓋度變化類型分布特征 本研究通過(guò)趨勢(shì)分析方法，對(duì)長(zhǎng)陽(yáng)縣2000年—2015年植被覆蓋度進(jìn)行逐像元線性擬合，得到16年的植被覆蓋度變化斜率值，如圖5(a)，并進(jìn)一步采用F值檢驗(yàn)對(duì)植被覆蓋度變化情況進(jìn)行類型劃分，如圖5(b)，同時(shí)統(tǒng)計(jì)出各植被覆蓋度變化類型面積占比.從長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度年際變化斜率空間分布圖來(lái)看，Slope>0的區(qū)域主要分布于縣域東部的高家堰鎮(zhèn)、龍舟坪鎮(zhèn)、磨市鎮(zhèn)和鴨子口鄉(xiāng)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大部分地區(qū)，以及都鎮(zhèn)灣鎮(zhèn)中東部和大堰鄉(xiāng)北部，在研究期內(nèi)該區(qū)域植被覆蓋度呈上升趨勢(shì)，植被質(zhì)量有所改善.而Slope<0的區(qū)域主要分布在火燒坪鄉(xiāng)、資丘鎮(zhèn)和榔坪鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，該區(qū)域植被覆蓋度呈下降趨勢(shì)，植被質(zhì)量呈現(xiàn)出退化或減少趨勢(shì).同時(shí)，F(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果表明，長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度絕大多數(shù)像元屬于基本不變類型，即植被保持穩(wěn)定性狀況的部分占絕對(duì)主體地位，其面積占研究區(qū)總面積的82.84%，該植被覆蓋度變化類型空間分布比較均衡，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有不同程度分布；植被改善型面積為446.98 km2，占研究區(qū)總面積的13.07%，主要分布在縣域東部地勢(shì)相對(duì)較為平坦的區(qū)域；而植被退化型面積為139.74 km2，占研究區(qū)總面積的4.08%，主要集中分布在縣域西部的火燒坪鄉(xiāng)及其周邊地區(qū)，其他區(qū)域也有零星分布.整體上表明，作為國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)中三峽庫(kù)區(qū)水土保持生態(tài)功能區(qū)的長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度較為穩(wěn)定，絕大部分區(qū)域植被覆蓋度變化不大、穩(wěn)定性狀況良好，能夠在很大程度上對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全發(fā)揮重要作用.

圖5 2000年-2015年長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度年際變化斜率(a)及變化類型劃分(b)Fig.5 Slope of interannualvariation of vegetation coverage from 2000 to 2015 (a) and variation types(b)in Changyang County

3.3 植被覆蓋度變化類型對(duì)地形因子的響應(yīng)

進(jìn)一步借助于地形差異修正指數(shù)模型，通過(guò)詳細(xì)分析K值及不同地形條件下植被覆蓋度變化類型面積占比，來(lái)探討長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度變化類型在不同地形條件下的分異規(guī)律及其對(duì)地形因子的響應(yīng)特征.

3.3.1 高程因子 海拔高度的變化是導(dǎo)致一定區(qū)域范圍內(nèi)植被呈現(xiàn)出垂直地帶性變化規(guī)律的重要原因[23].從圖6(a)長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度變化類型K值隨高程梯度變化的趨勢(shì)情況來(lái)看，植被覆蓋度變化類型在不同高程梯度內(nèi)存在較大差異，整體上表現(xiàn)出隨著高程的升高植被退化型先緩慢減小后劇烈增加，植被穩(wěn)定型先緩慢增加后逐步減少，植被改善型不斷減少的趨勢(shì).具體來(lái)看，植被退化型在大于1 250 m的高程范圍內(nèi)為主導(dǎo)類型(1.67

圖6 植被覆蓋度變化類型在不同高程的K值(a)及面積占比(b)Fig.6 Area proportion (a) and K value (b) of vegetation coverage change types at different elevations

3.3.2 坡度因子 坡度能夠在一定程度上對(duì)植被生長(zhǎng)及分布產(chǎn)生影響[16].從圖7(a)長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度變化類型的K值隨坡度變化情況來(lái)看，坡度對(duì)植被退化類型分布的影響較大，整體上表現(xiàn)出隨著坡度的增大植被退化型不斷減少；而對(duì)植被穩(wěn)定型和植被改善型的影響相對(duì)較小，隨著坡度的增大植被穩(wěn)定型緩慢增加，植被改善型先減少后增加.具體來(lái)看，植被退化型在0°～15°范圍內(nèi)優(yōu)勢(shì)程度最明顯(K=1.57)，在15°～25°范圍內(nèi)K值趨近于1(K=1.04)，其分布趨于平穩(wěn)，大于25°時(shí)無(wú)優(yōu)勢(shì)分布(K<1).植被穩(wěn)定型和植被改善型在各坡度范圍內(nèi)均趨于平穩(wěn)，K值均介于0.97～1.1之間，且隨著坡度增大其值均呈緩慢增加趨勢(shì).從圖7(b)不同坡度范圍內(nèi)植被覆蓋度變化類型面積占比來(lái)看，研究區(qū)域不同坡度范圍內(nèi)均以植被穩(wěn)定類型為主，其占比均高達(dá)80%以上，且隨著坡度增加其面積占比整體上呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)，坡度大于35°時(shí)占比最高為83.85%.植被退化型面積占比隨坡度增加不斷降低，其在0°～15°坡度范圍內(nèi)占比最高為6.44%，坡度大于35°時(shí)占比最低僅為1.95%.植被改善型面積占比隨坡度上升先減少后增加，在15°～25°范圍內(nèi)比例最低為12.11%，坡度大于35°時(shí)占比最高為14.20%.可見(jiàn)，由于坡度小于15°的區(qū)域地勢(shì)較為平坦，人類生產(chǎn)生活活動(dòng)劇烈，受人為干擾的影響該區(qū)域植被退化類型及占比優(yōu)勢(shì)明顯，尤其是隔河巖、高壩洲庫(kù)區(qū)由于移民毀林墾種，亂挖濫采，在一定程度上加劇了區(qū)域植被退化的程度；15°～25°時(shí)植被穩(wěn)定型趨于平穩(wěn)，同時(shí)也需要注意加強(qiáng)生態(tài)治理和生態(tài)修復(fù)，在尊重農(nóng)民意愿的基礎(chǔ)上實(shí)施非基本農(nóng)田坡耕地退耕還林，防止出現(xiàn)植被退化現(xiàn)象；坡度大于25°時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng)受限，植被生長(zhǎng)所受影響相對(duì)較小，植被穩(wěn)定型和改善型呈現(xiàn)出一定程度優(yōu)勢(shì)分布，應(yīng)禁止在25°以上坡度地區(qū)新開(kāi)墾耕地，已開(kāi)墾的耕地要逐步退出.

圖7 植被覆蓋度變化類型在不同坡度的K值(a)及面積占比(b)Fig.7 Area proportion (a) and K value (b) of vegetation coverage change types at different slopes

3.3.3 坡向因子 坡向能夠?qū)е戮植康貐^(qū)氣候特征的差異，進(jìn)而對(duì)植被的類型和分布產(chǎn)生一定程度的影響[24].從圖8(a)長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度變化類型的K值隨坡向變化情況來(lái)看，植被覆蓋度變化類型在不同坡向上存在差異，整體上表現(xiàn)為當(dāng)坡向由陰坡轉(zhuǎn)向陽(yáng)坡時(shí)，研究區(qū)域植被改善類型分布在一定程度上呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，而植被穩(wěn)定型分布則不同程度減少.具體來(lái)看，植被退化型在南坡分布占優(yōu)勢(shì)(K=1.17)，在陰坡(北坡、東坡)非優(yōu)勢(shì)分布，在平坡上無(wú)分布；植被改善類型在平坡、東坡和南坡分布占優(yōu)勢(shì)，該類型在平坡區(qū)域優(yōu)勢(shì)最大(K=2.13)，東坡和南坡優(yōu)勢(shì)稍弱(1.09

圖8 植被覆蓋度變化類型在不同坡向的K值(a)及面積占比(b)Fig.8 Area proportion (a) and K value (b) of vegetation coverage change types at different aspects

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

區(qū)域植被覆蓋變化監(jiān)測(cè)是研究資源環(huán)境承載力的基礎(chǔ)，其對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要.本研究以2000年—2015年的歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)估算植被覆蓋度信息，并進(jìn)一步借助于偏差分析、趨勢(shì)分析、變異系數(shù)分析以及地形差異修正指數(shù)模型等方法，對(duì)國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)縣植被覆蓋度變化特征及其對(duì)地形因子的響應(yīng)進(jìn)行研究，主要結(jié)論如下：1) 2000年—2015年植被覆蓋度整體上處于較高水平，年均植被覆蓋度呈現(xiàn)出小幅度的波動(dòng)增加趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為0.12%；高覆蓋度和中高覆蓋度等級(jí)總面積為2 739.42 km2，二者合計(jì)占研究區(qū)總面積80%以上，占絕對(duì)主體地位.2) 縣域植被覆蓋度變異程度總體上穩(wěn)定，植被覆蓋度穩(wěn)定類型面積占研究區(qū)總面積的82.84%，植被改善型面積大于植被退化型，分別占研究區(qū)總面積的13.07%和4.08%，能夠在很大程度上對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全發(fā)揮重要作用.3) 隨著高程的升高植被退化型先緩慢減小后劇烈增加，在>1 250 m的范圍內(nèi)為主導(dǎo)類型；植被穩(wěn)定型先緩慢增加后逐步減少，在500～1 750 m高程內(nèi)優(yōu)勢(shì)分布明顯；而植被改善型呈不斷減少的趨勢(shì)，僅在<500 m高程內(nèi)呈優(yōu)勢(shì)分布.坡度對(duì)植被退化類型分布的影響較大，整體上表現(xiàn)出隨著坡度的增大植被退化型不斷減少，在0°～15°范圍內(nèi)優(yōu)勢(shì)程度最明顯；對(duì)植被穩(wěn)定型和改善型的影響相對(duì)較小，僅當(dāng)坡度大于25°時(shí)植被穩(wěn)定型和改善型呈現(xiàn)出一定程度的優(yōu)勢(shì)分布.不同坡向上植被變化顯著，隨著坡向由陰坡轉(zhuǎn)向陽(yáng)坡，植被改善型分布增加，而植被穩(wěn)定型分布減少.

4.2 討論

在全球氣候變化的大背景下，陸地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了顯著變化，作為維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全核心區(qū)域的重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)植被生境也在一定程度上發(fā)生了明顯的變化.而地形(高程、坡度、坡向)作為影響植被生境分布最基本的因子，不僅會(huì)對(duì)氣溫、降水等自然因素產(chǎn)生作用，而且還會(huì)不同程度上通過(guò)影響人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾，進(jìn)而作用于植被空間分異.因此，在區(qū)域植被保護(hù)與恢復(fù)以及生態(tài)工程建設(shè)和管理中應(yīng)密切關(guān)注植被變化的地形效應(yīng)，從而更有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境.雖然研究期內(nèi)區(qū)域植被覆蓋度整體上呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，但局部地區(qū)退化現(xiàn)象依然嚴(yán)峻，這在很大程度上與區(qū)域土地利用開(kāi)發(fā)方式及開(kāi)發(fā)強(qiáng)度密切相關(guān)，如火燒坪鄉(xiāng)大力發(fā)展的高山蔬菜產(chǎn)業(yè)等.研究區(qū)作為湖北省唯一一個(gè)集老、少、山、窮、庫(kù)于一體的國(guó)家扶貧開(kāi)發(fā)工作重點(diǎn)縣和武陵山片區(qū)縣，如何在保護(hù)好生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，探索出一條符合區(qū)域?qū)嶋H的生態(tài)產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)生態(tài)化綠色發(fā)展道路，使綠水青山源源不斷地帶來(lái)金山銀山，是我們未來(lái)研究中應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容.已有眾多研究表明植被覆蓋變化是氣候因子與人類開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)綜合作用的結(jié)果[1，25]，但由于篇幅限制，研究中未對(duì)降水量、氣溫等氣候因素以及植樹(shù)造林、退耕還林等人類活動(dòng)因素導(dǎo)致的植被覆蓋變化進(jìn)行深入的定量分析，兩種類型因子在不同的時(shí)間尺度和空間尺度上對(duì)國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域植被覆蓋變化產(chǎn)生影響的定量研究還有待進(jìn)一步加強(qiáng).同時(shí)，由于研究區(qū)域范圍相對(duì)較小(縣域尺度)，所采用的NDVI數(shù)據(jù)空間分辨率相對(duì)較低(250 m)，可能會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果存在一定的不確定性與局限性，研究結(jié)果是否適用于其他類型的國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)有待進(jìn)一步探討.