2000—2020年河南省NDVI時空變化及其驅(qū)動因素定量分析

余玉洋，宋豐藝，張世杰

河南師范大學(xué)旅游學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，且具有防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)等生態(tài)功能（徐芝英等，2015；張靜靜等，2015；孫麗蓉等，2021），對全球環(huán)境變化具有重要的指示性作用（Guo et al.，2014；劉憲鋒等，2013；賈寶全等，2014；張靜等，2021）。但是隨著社會進程的加快以及人口迅速擴張，人類活動對植被生長狀況朝著兩方面發(fā)展，一方面體現(xiàn)在不合理的開采、過度放牧以及城市擴張等造成植被生態(tài)環(huán)境的破壞，而另一方面是通過大面積的植樹造林和封山育林等生態(tài)措施，促進區(qū)域植被生長（Liu et al.，2019；Feng et al.，2021）。對植被的長時間序列監(jiān)測不僅可以掌握豐富的植被變化的時空變化信息，還可以了解影響植被變化的驅(qū)動因素和區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變化（馬炳鑫等，2021；王春雅等，2021），因此從不同的時空角度來解析人類活動和氣候變化下植被的時空演變規(guī)律，可為制定區(qū)域生態(tài)保護策略提供科學(xué)依據(jù)（仲曉春等，2016；白旭陽等，2020；高冬冬等，2020）。

隨著遙感技術(shù)的不斷更新，運用長時間序列的遙感產(chǎn)品監(jiān)測植被變化是目前公認的常規(guī)手段。前期研究中常利用長時間序列的植被指數(shù)數(shù)據(jù)分析大尺度植被變化，其中運用歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）的研究最多。因為NDVI與綠葉密度、光合有效輻射、植被生產(chǎn)力以及累積生物量等指標呈線性或近線性關(guān)系，所以大多學(xué)者都是運用NDVI指數(shù)來反映區(qū)域植被生態(tài)狀況（Zhang et al.，2016；陳曉玲等，2016；易揚等，2021；孫穎等，2022）。而氣溫和降水是影響區(qū)域NDVI變化的關(guān)鍵因素，降水是控制植被生長的關(guān)鍵因素，10年以上降水變化可以帶動植被功能類型和生態(tài)系統(tǒng)物種組成的變化。降水的年度和季節(jié)變化可以改變植被物候和生態(tài)系統(tǒng)的覆蓋范圍，并且對植被生長的影響在不同的時空尺度上存在差異（Guo et al.，2021；高思琦等，2022）。同樣，溫度也控制著植被生長，與植被光合作用的起始、終止和效率密切相關(guān)，是植被生長的另一個重要氣候因素。隨著全球溫度的增加，北半球從溫帶到寒帶的植被物候、結(jié)構(gòu)和覆蓋范圍發(fā)生了顯著變化（Zhou et al.，2018；Gao et al.，2022）。

在全球氣候變化的大背景下，研究植被變化和氣候的關(guān)系顯得極其重要，必將是許多學(xué)者研究的重點（方健梅等，2020；薩日蓋等，2020；陸小琳等，2021；楊達等，2021），因為氣候和植被是相輔相成的關(guān)系，氣候變化會改變區(qū)域的植被生長狀況，反過來，植被的生長在一定程度上對氣候有指示性作用。然而，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化，人類活動在逐漸的改變植被的生長狀況，使得學(xué)者開始思考植被變化是否是人類活動和氣候共同作用的結(jié)果（韓炳宏等，2019）。耿慶玲等（2022）假設(shè)植被變化是人類和氣候共同作用的結(jié)果，并通過相關(guān)方法得到兩者不同的貢獻率。NDVI的動態(tài)變化在一定程度上保留了人類活動的痕跡，所以定量解析人類活動和氣候變化對 NDVI的影響程度，有利于區(qū)域制定合理的土地規(guī)劃和高效的生態(tài)環(huán)境保護策略。

河南省地處中原，南北過渡的氣候促使區(qū)域植被類型復(fù)雜多樣。但隨著城市化進程的加快以及氣候變化的影響，NDVI發(fā)生劇烈變化，生態(tài)環(huán)境問題也逐漸凸顯，針對河南省NDVI的動態(tài)研究也逐漸增加，并取得一定的進展。郭靈輝等（2019）運用線性回歸方法分析河南省 2000—2015年植被的時空變化規(guī)律及其與氣候的關(guān)系；王文川等（2022）分析 1999—2018年河南省植被變化的時空變化特征，發(fā)現(xiàn)區(qū)域植被改善情況良好；陳月慶等（2021）分析 2000—2015年植被變化和驅(qū)動因素分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)域降水對NDVI的影響比氣溫更顯著。通過對河南省NDVI的研究發(fā)現(xiàn)，針對河南省不同分區(qū)中植被長時間序列及其歸因分析的研究仍較少，人類活動對該區(qū)域植被的影響及區(qū)域差異尚不清晰，因此有必要在河南省開展近年來植被歸因研究和貢獻率的量化。鑒于此，在MODIS-NDVI數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，探討河南省 2000—2020年NDVI的時空分布特征以及變化趨勢，同時定量分析地形、氣候變化和人類活動對河南省NDVI變化的影響。對河南省NDVI的時空變化和驅(qū)動機制的定量分析可為今后土地資源的合理利用及促進河南省生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省位于中國中部，在 31°23′—36°22′N，110°21′—116°39′E 之間。地勢西高東低，由豫東平原、豫西山地以及豫南的山地和盆地組成，山地、丘陵和平原面積分別占區(qū)域總面積的 26.6%、17.7和55.7%。河南省植被類型豐富，可分為栽培植被、沼澤、灌叢、草地、草甸、針葉林、闊葉林、其他植被等8類（圖1）。氣候類型復(fù)雜多樣，南部以亞熱帶為主，北部以暖溫帶為主，整個區(qū)域不僅屬于北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風(fēng)氣候，而且還存在自東向西由平原向丘陵山地氣候過渡的特征。氣候?qū)χ脖簧L至關(guān)重要，尤其是降水和氣溫因素嚴重影響植被生長規(guī)律。河南省降水空間分布不均勻，豫南多，而豫北少，平均降水量為789.42 mm。東西部地貌類型的差異以及復(fù)雜的氣候條件導(dǎo)致區(qū)域景觀環(huán)境由西向東逐漸變化，并且存在由南向北逐漸過渡的特性，為區(qū)域植被生長提供東西差異和南北過渡的環(huán)境。

圖1 河南省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)Figure 1 Basic geographic data of Henan Province

1.2 數(shù)據(jù)來源

主要數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理信息、高程、植被類型和氣象數(shù)據(jù)等，詳細信息見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源Table 1 Data sources

1.3 研究方法

1.3.1 趨勢分析法

趨勢分析法可較清晰地反映區(qū)域植被的生長狀況及氣候的穩(wěn)定程度（朱麗亞等，2022），采用該方法可模擬河南省 2000—2020年植被、降水以及氣溫的年際變化趨勢。

式中：

S——像元尺度下植被、降水和氣溫的變化趨勢；

n——時間長度，n=21；

i——時間年份，從2000—2020年；

pi——第i年像元尺度下植被、降水和氣溫值。S＞0，表示植被、降水和氣溫在年際變化中趨于增長的趨勢，反之則呈減少的趨勢。

1.3.2 偏相關(guān)性分析

采用偏相關(guān)分析方法解析植被變化受氣候變化的影響程度。主要的思路是分析NDVI變化與氣溫的影響時，先不考慮降水因素，反之不考慮氣溫因素，主要公式如下：

式中：

Rxy,z——降水和植被的偏相關(guān)系數(shù)；

Rxy——降水與植被的相關(guān)系數(shù)；

Rxz——植被與氣溫的相關(guān)系數(shù)；

Ryz——降水與氣溫的相關(guān)系數(shù)。

同理，也可得到氣溫與植被的偏相關(guān)系數(shù)。

1.3.3 殘差分析

不同的驅(qū)動因素對植被生長的貢獻率具有差異性，采用多元線性回歸殘差分析方法解析人類活動和氣候變化對NDVI的影響以及貢獻（Evans et al.，2004；Geerken et al.，2004）。主要步驟如下：（1）以河南省年均NDVI值及長時間序列的降水和氣溫為基礎(chǔ)，以NDVI為因變量，以降水和氣溫為自變量，建立多元線性回歸，模擬模型中的A、B、C參數(shù)；（2）通過模型參數(shù)和降水、氣溫數(shù)據(jù)，模擬NDVI的預(yù)測值（NDVICC），揭示氣候變化對NDVI的影響；（3）將NDVI的觀測值（NDVIobs）和NDVI的模擬值（NDVICC）進行相減，即得到NDVI的殘差（NDVIHA），代表人類活動對于植被生長變化的影響程度。具體的表達公式如下：

式中：

NDVICC——NDVI的預(yù)測值，即氣候變化引起的NDVI的變化；

A、B、C——回歸系數(shù)；

P——全年降水量；

t——全年平均氣溫；

NDVIHA——NDVI的實際值和NDVI預(yù)測值間的殘差，即為人類活動引起植被變化；

NDVIobs——NDVI的實際值。當 NDVIHA＞0，表明人類活動促進植被生長，對于植被生長起到積極作用，反之當 NDVIHA＜0，說明人類活動對于植被生長起到消極作用。

對殘差結(jié)果進行分級劃分，以解析氣候和人類活動對于 NDVI的貢獻率，具體判定方法見表2。

表2 NDVI變化的驅(qū)動因素判定標準及貢獻率計算方法Table 2 Criteria for determining the drivers of NDVI changes in vegetation and the calculation of their contribution

2 結(jié)果分析

2.1 河南省NDVI時間序列趨勢

NDVI能夠反映植被的生長狀況及植被覆蓋度情況，通過解析不同植被類型 NDVI的變化趨勢，為區(qū)域植被健康生長提供科學(xué)依據(jù)。對河南省 2000—2020年不同植被類型的 NDVI均值進行統(tǒng)計（圖 2），整體上 8種不同的植被類型的NDVI均值呈逐漸上升趨勢，闊葉林和針葉林的NDVI年均值較高，分別為0.57和0.53，栽培植被、灌叢、草叢的NDVI均值在0.5左右，而其他植被類型和草甸的NDVI均值較低，分別為0.32和0.41。

圖2 不同植被類型NDVI均值Figure 2 Mean values of NDVI of different vegetation types

為深入了解河南省NDVI的變化規(guī)律，根據(jù)河南省的地域分區(qū)，將區(qū)域拆分為豫東、豫西、豫南、豫北和豫中，并通過對河南省2000—2020年NDVI數(shù)據(jù)進行最大值合成，得到區(qū)域2000—2020年逐月NDVI均值變化（圖3）。總體上，河南省時間序列間月平均NDVI變化明顯，7—9月處于高值區(qū)，而11月至次年1月處于低值區(qū)。河南省月均NDVI值為 0.503，而 5個分區(qū)分別為 0.54、0.49、0.52、0.47、0.47，可以看出豫東黃淮海平原區(qū)的月均NDVI值較高。此外，通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，河南省2000—2020年月均NDVI值高于0.5的月份占總月份的45%—50%，其中豫東地區(qū)占比最高，達到55.4%，豫中地區(qū)最小，比例為37.1%，說明河南省的NDVI月均值在內(nèi)部產(chǎn)生局部差異性。對全年12個月的NDVI值進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)河南省2000—2020年的年均NDVI值呈現(xiàn)雙峰曲線，在1—4月，春季溫度回升以及降水的逐漸增加，促使栽培植被緩慢生長，此外河南省的農(nóng)田耕作方式為冬小麥-夏玉米，4月份小麥處于拔節(jié)期和抽穗期，所以4月NDVI達到小峰；4—6月，NDVI處于下降趨勢，主要是冬小麥的收割以及夏玉米的播種，在一定程度上影響NDVI的變化趨勢；此后隨著氣溫的升高，西部和南部的山區(qū)森林和草地等植被類型處于生長旺盛期，此時NDVI值從0.54上升至0.73；而9月過后，植被開始枯萎、落葉，區(qū)域NDVI值呈下降趨勢。

圖3 2000—2020年月均NDVI時間變化Figure 3 Temporal variation of monthly average NDVI from 2000 to 2020

從不同分區(qū)NDVI的年際變化圖（圖4）可知，河南省的NDVI指數(shù)呈現(xiàn)波動上升趨勢，年均NDVI值在0.44—0.56間波動，2007年以后的NDVI均值均高于0.5，說明總體上河南省植被生長狀況良好。從河南省分區(qū)可知，豫東和豫南的 NDVI均值均高于區(qū)域的年均值，而豫中和豫北的年均值普遍偏低，主要和區(qū)域的植被類型和氣候條件相關(guān)。豫南和豫西區(qū)域以山地丘陵地形為主，地貌和氣候條件復(fù)雜多樣，植被以闊葉林和針闊混交林為主，植被生長狀況明顯好于河南省其他區(qū)域，而豫北和豫中大面積的沙地土地利用類型，分布著灌叢和人工林，水資源的緊缺以及降水稀少影響區(qū)域植被生長。

圖4 不同分區(qū)NDVI年際變化Figure 4 Interannual variation of NDVI in different subdivisions

2.2 河南省NDVI空間分布格局及變化特征

運用ArcGIS工具進行空間統(tǒng)計分析，可以得到2000—2020年河南省的NDVI空間分布，并根據(jù)趨勢分析，得到 NDVI的年際變化趨勢（圖 5）。從NDVI的空間分布可知，不同分區(qū)的NDVI均值存在顯著差異性，豫西山區(qū)NDVI均值最高，豫中和豫北相對較低，而山區(qū)NDVI值高于平原。這主要是因為河南省南部屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，接收的太陽輻射量比北部多，降水較充沛，更加適合植被的生長；此外，東部分布大面積的栽培植被，是河南省核心的糧食種植區(qū)，有大面積的農(nóng)作物，同時該區(qū)域人口密集，人類活動對植被的破壞程度較西部山區(qū)大。然而，豫西的丘陵地區(qū)NDVI值也較低，主要原因是該區(qū)域地形破碎嚴重，耕地受到嚴重的破壞，再加上區(qū)域水土流失嚴重，綜合因素導(dǎo)致區(qū)域NDVI值較低。

圖5 河南省2000—2020年均NDVI空間分布Figure 5 Spatial distribution of NDVI in Henan Province from 2000 to 2020

采用趨勢斜率法計算河南省 2000—2020年每個像元尺度空間變化趨勢，以反映NDVI空間變化情況，正負值分別表示NDVI增加和減少情況?？傮w上，河南省 2000—2020年植被覆蓋情況處于改善趨勢，輕度改善、中度改善及明顯改善的像元數(shù)之和占總像元數(shù)的88.08%（圖6）。5個分區(qū)在不同的變化趨勢等級上呈現(xiàn)顯著差異性，比如輕度改善區(qū)域主要集中在豫西山地丘陵地區(qū)，植被以森林和草地為主，年際變化較小，而明顯改善的像元主要集中在豫東平原和豫北山前平原地區(qū)，植被以栽培植被為主，受人類活動和自然條件影響較明顯。豫中和豫北也有局部區(qū)域植被覆蓋情況處于退化趨勢，主要原因是城市發(fā)展占據(jù)了部分耕地和林地，導(dǎo)致區(qū)域原有的植被類型遭到破壞，影響區(qū)域的NDVI值。

圖6 不同分區(qū)不同等級NDVI變化率統(tǒng)計Figure 6 Statistics on the rate of change of NDVI at different levels in different sub-regions

2.3 河南省NDVI變化驅(qū)動機制分析

2.3.1 地形因素

為了更清晰地分析地形因素對 NDVI的影響，將海拔分為5個等級，并分別計算不同分區(qū)中不同海拔下NDVI的變化特征（圖7）。由圖可知，豫東、豫南和豫北大面積海拔小于200 m，所對應(yīng)的NDVI均值分別為0.53、0.5和0.47，而豫西地區(qū)大面積海拔在200—1500 m之間，NDVI均值在0.49—0.62之間（圖7a）。分析坡度和NDVI的關(guān)系可知（圖7b），豫北地區(qū)隨著坡度的上升，NDVI均值呈現(xiàn)下降趨勢，而其他4個分區(qū)呈現(xiàn)相反的趨勢。除豫西外，剩余4個分區(qū)坡度在2°以下的面積比例都超過80%，可見大面積的栽培植被，但是隨著坡度的增加，植被類型由栽培植被向草地和林地過渡，故區(qū)域NDVI均值增長緩慢。從坡向分析，5個分區(qū)在4種坡向中所占的面積相差較小，而NDVI均值差距卻較明顯（圖7c）。豫東在4個坡向中的均值為0.53，而豫北僅有0.47，存在區(qū)域差異性。此外將坡向進行橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，半陰坡和半陽坡的NDVI均值相較于陰坡和陽坡的值較高，主要是地處陰陽坡中間，光照和降水更適合農(nóng)作物以及森林、草地的生長，所以NDVI值較高，而陽坡的光照強烈，氣溫較高，蒸散發(fā)也較高，最終會導(dǎo)致部分水分流失，陰坡的日照不足，不利于植物生長，所以出現(xiàn)半陰坡、半陽坡的NDVI值高的局面。

圖7 不同分區(qū)不同地形條件下NDVI變化統(tǒng)計Figure 7 Statistics of NDVI changes under different topographic conditions in different divisions

2.3.2 氣候因素

2000—2020年降雨量呈現(xiàn)減少的趨勢，減少量為1.58 mm，豫中和豫東地區(qū)的下降最明顯，主要是由于該地區(qū)快速的城市化發(fā)展改變了區(qū)域土地利用模式，破壞了區(qū)域地表植被，影響了區(qū)域降雨量（圖 8）。省內(nèi)東西部地形和大氣環(huán)流條件的差異，造成河南省氣溫空間分布的巨大差異。由于氣候類型由南部的亞熱帶向北部的暖溫帶過渡，加上西部山區(qū)東部平原的地形差異，年均氣溫呈現(xiàn)由南向北遞減、由西向東遞增的趨勢。而2000—2020年河南省氣溫呈現(xiàn)增溫的趨勢，增量為0.01 ℃，其中，豫東和豫北呈現(xiàn)增溫趨勢，而豫西和豫南則相反，主要是因為近些年工業(yè)發(fā)展迅猛，人類活動和城鎮(zhèn)化進程逐漸加強，導(dǎo)致區(qū)域大氣污染嚴重以及溫室氣體濃度升高，加快了氣溫變化的速度。

圖8 年均NDVI與降水、氣溫的偏相關(guān)性及顯著性分布Figure 8 Bias correlation and significance distribution of annual mean NDVI with precipitation and temperature

NDVI的年際變化和氣候因素是息息相關(guān)的，為解析氣候因素對NDVI的影響，在NDVI值和相應(yīng)月份的降水和氣溫數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過相關(guān)分析模型得到區(qū)域降水、氣溫與NDVI的相關(guān)關(guān)系，并以此通過t檢驗將顯著性水平劃分為不同的級別，如圖7所示?？傮w上，2000—2020年河南省降水和氣溫的相關(guān)系數(shù)在-0.51—0.96之間，有39.1%的像元處于負相關(guān)，主要集中在洛陽市的嵩縣、宜陽縣以及平頂山的魯山縣和石龍區(qū)附近；而豫東平原區(qū)降水和氣溫的相關(guān)系數(shù)均大于0。2000—2020年河南省降水和 NDVI的偏相關(guān)系數(shù)在-0.57—0.95之間，92.09%的像元呈現(xiàn)正相關(guān)分布，其中88.91%的像元的處于低度正相關(guān)，僅有0.26%的像元處于高度正相關(guān)水平，該區(qū)域以森林和草地為主，良好的氣候和土壤條件適合區(qū)域植被的生長。氣溫與NDVI的偏相關(guān)系數(shù)在-0.66—0.82之間，有64.23%像元處于低度正相關(guān)，主要集中分布在豫東和豫北區(qū)域；而低度負相關(guān)的像元比例高達 35.7%，主要集中在豫西和豫南的部分區(qū)域，主要是地處伏牛山和大別山區(qū)，氣溫相較于平原地區(qū)較低，光照和太陽輻射受到影響，在一定程度上會影響區(qū)域植被生長的狀況。

2.3.3 人類活動因子

（1）人類活動對河南省NDVI的影響

通過殘差分析得到 2000—2020年河南省人類活動對植被影響程度以及趨勢變化分析，并根據(jù)趨勢值將研究結(jié)果劃分為顯著負作用（S＜-0.006）、負作用（-0.006＜S＜0）、正作用（0＜S＜0.002）以及顯著正作用（S＞0.002）（金凱等，2020）?？傮w上，人類活動對NDVI提升起到正向作用的像元比例為47.2%，揭示區(qū)域人類活動在部分區(qū)域?qū)χ脖簧鷳B(tài)環(huán)境的提升起到積極作用。從分區(qū)統(tǒng)計看出，5個分區(qū)人類活動對NDVI的影響主要表現(xiàn)為負作用，正作用和顯著正作用也占據(jù)了一定面積比例，特別是豫東平原區(qū)（圖 9），可以看出人類活動對于區(qū)域NDVI的影響具有不可忽視的作用。通過不同時間段分析（2000—2005、2005—2010 和 2010—2015、2016—2020年），發(fā)現(xiàn)顯著正作用分別為23.9%、28.52%、28.64%和 22.8%，顯著負作用分別為8.99%、4.33%、4.12%和2.8%，隨著時間的推移，積極作用的像元數(shù)在提升，而消極作用的像元數(shù)顯著減少。豫東平原地區(qū)分布著大面積的農(nóng)田，精細化的農(nóng)田耕作手段以及農(nóng)田灌溉措施都會對區(qū)域NDVI起促進作用，而不科學(xué)的大面積使用化肥和農(nóng)藥就會導(dǎo)致區(qū)域稀疏植被的枯萎，降低區(qū)域的NDVI值。豫西黃土丘陵區(qū)要通過合理的封山育林、退耕還林還草等生態(tài)工程和措施，并且要監(jiān)管好區(qū)域的天然林和幼林的生長環(huán)境，來促進區(qū)域森林的植被覆蓋度，對植被生長起到促進作用。但是資源的過渡開發(fā)和利用導(dǎo)致山前平原地區(qū)大面積的荒地開墾，使得原有的種植環(huán)境遭到破壞，造成土壤肥力下降，容易造成水土流失和土壤荒漠化，最終降低區(qū)域的NDVI值（圖10）。

圖9 人類活動作用分區(qū)統(tǒng)計Figure 9 Statistics of anthropogenic action zoning

圖10 人類活動對植被變化趨勢以及顯著性檢驗Figure 10 Trend of human activities on vegetation change and test of significance

（2）不同驅(qū)動因素對河南省NDVI變化的相對貢獻

通過驅(qū)動因素的判定標準和貢獻率的計算可以得到河南省 2000—2020年氣候變化和人類活動對區(qū)域植被生長的貢獻率（圖11）?？傮w上，在人類活動和氣候變化共同驅(qū)動下，河南省植被生長在長時間序列中得到改善的區(qū)域面積為 82.5%，其中人類活動的平均貢獻率為72.26%，氣候變化的平均貢獻率為27.74%。氣候變化貢獻率高于80%的面積約占總面積的15.8%，主要集中在豫中和豫西的西北部（圖11a），其中人類活動貢獻率高于60%的面積約占總面積的 83.9%，主要集中在豫西的山地和豫東平原（圖 11b）。但是人類活動和氣候變化的共同作用對植被的生長也會起到消極作用（圖11c、d），植被在兩者共同驅(qū)動下出現(xiàn)退化的面積約占區(qū)域總面積的 16.1%，其中氣候變化貢獻率高于80%的像元比例為24.3%，有57.7%的像元處在氣候變化貢獻率低于20%，該區(qū)域主要集中在豫中和豫北的太行山區(qū)，可知氣候變化對植被的生長起到的阻礙作用較??；人類活動貢獻率高于80%的像元比例為 65.9%，主要集中在人口密度大、城市發(fā)展水平較快的城市周圍，特別是鄭州市附近人類活動較強烈的區(qū)域。

圖11 2000—2020年氣候變化和人類活動對河南省植被生長起積極作用（a，b）和消極作用（c，d）的貢獻率空間分布Figure 11 Spatial distribution of positive (a, b) and negative (c, d) contributions of human activities and climate change to vegetation growth in Henan Province from 2000 to 2020

3 討論

植被是區(qū)域氣候和人類活動的指示器，在調(diào)節(jié)區(qū)域氣候和能量循環(huán)中發(fā)揮重要的作用。“人類世”以來，在氣候和人類活動雙重干擾下，河南省植被發(fā)生顯著的變化。而NDVI指數(shù)能很好地反映區(qū)域植被生長狀況，所以利用長時間序列的NDVI指數(shù)可以深入地了解河南省植被的時空格局。河南省NDVI空間分布和年際變化受到地形、地貌、氣候變化以及人類活動的綜合影響（范松克等，2019；楊鑫等，2021），尤其受降水和氣溫的影響極為明顯。近20年中，河南省的NDVI指數(shù)呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢，中間呈現(xiàn)波動狀態(tài)，并在年際中呈現(xiàn)雙峰的變化曲線，在4月和7月呈現(xiàn)峰值，這與熊強等（2020）、王璇等（2020）、陳月慶等（2021）等研究結(jié)果相似，表明在長時間序列中，經(jīng)過生態(tài)環(huán)保理念的提升，以及生態(tài)工程措施的實施，河南省的NDVI在逐漸向好的方向發(fā)展。氣候的變化給區(qū)域植被生長環(huán)境帶來顯著的變化，特別是降水和氣溫顯著影響區(qū)域植被生長條件（劉月等，2022）。本研究解析氣候和 NDVI關(guān)系時發(fā)現(xiàn)降水對河南省NDVI的影響程度高于氣溫，降水正相關(guān)的面積高于氣溫，在豫西山地丘陵地帶尤為明顯，該結(jié)果與陳月慶等（2021）研究結(jié)果相似，表明降水對NDVI變化的影響更顯著。河南省東西部地形差異明顯，東部是黃淮海平原區(qū)，土地資源豐富，水分和光照條件在區(qū)域內(nèi)差異較小，該區(qū)域的NDVI值在0.6—0.8之間；西部主要是熊耳山和伏牛山區(qū)，植被類型以落葉闊葉林和草地為主，水熱條件充足，NDVI均值高于0.8；南部主要是大別山區(qū)，以針葉林為主要的植被類型，四季常青的針葉林使得區(qū)域NDVI年均值偏高，并且南陽盆地以丘陵為主，植被類型以針闊混交林為主，NDVI相較于西部山區(qū)偏低；而北部分布太行山區(qū)且夾雜著山前臺地，由于緯度偏高，導(dǎo)致區(qū)域降水和日照條件欠佳，所以區(qū)域NDVI較低。

在人類活動和氣候變化共同驅(qū)動下，河南省植被生長在長時間序列中得到改善的區(qū)域面積為82.5%，其中人類活動的平均貢獻率為72.26%，氣候變化的平均貢獻率為27.74%。氣候變化貢獻率高于80%的面積約占總面積的15.8%，人類活動貢獻率高于60%的面積約占總面積的83.9%，主要集中在豫西的山地和豫東平原。相反植被在兩者共同驅(qū)動下出現(xiàn)退化的面積約占區(qū)域總面積的16.1%，其中氣候變化貢獻率高于80%的像元比例為24.3%，人類活動貢獻率高于80%的像元比例為65.9%，由此可見，生態(tài)工程措施會促進植被的生長，而人類活動強烈的區(qū)域和城市發(fā)展較快的區(qū)域也會抑制植被的生長。

以往對于河南省植被變化的研究鮮少涉及不同驅(qū)動因素的相對貢獻率。但是本文在分析 NDVI的影響因素時只考慮了地形、氣候（降水和溫度）以及人類活動，而忽略了國家政策、土地利用強度以及其他氣候因子，未來應(yīng)結(jié)合地理探測器模型，更加精確地篩選驅(qū)動因素，并在此基礎(chǔ)上進行定量分析，以使結(jié)果更加精確。

4 結(jié)論

利用長時間序列的NDVI數(shù)據(jù)集，采用相關(guān)性分析、趨勢分析等方法，估算出河南省不同分區(qū)下 NDVI指數(shù)的時空變化，解析區(qū)域植被與地形、氣候以及人類活動等指標的相關(guān)關(guān)系，得出以下結(jié)論，（1）河南省時間序列月平均NDVI變化明顯，7—9月處于高值區(qū)，而11月至次年1月處于低值區(qū)，且在年際變化中NDVI呈改善的趨勢。（2）不同海拔地區(qū)對應(yīng)的NDVI均值有所差異，在低海拔區(qū)，NDVI指數(shù)存在波動狀況，而在500—2000 m時，NDVI均值隨著海拔的升高而升高，但是海拔高于2000 m時，高海拔的山地和草甸的 NDVI均值會出現(xiàn)下降的趨勢；從坡度和NDVI的關(guān)系分析，豫北地區(qū)隨著坡度的上升，NDVI均值呈現(xiàn)下降的趨勢，而其他 4個分區(qū)呈現(xiàn)相反的趨勢；對坡向進行橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，半陰坡和半陽坡的NDVI均值高于陰坡和陽坡。（3）2000—2020年河南省降水和NDVI的偏相關(guān)系數(shù)在-0.57—0.95之間，92.09%的像元呈現(xiàn)正相關(guān)分布，而氣溫與NDVI的偏相關(guān)系數(shù)在-0.66—0.82之間，有64.23%像元處于低度正相關(guān)，主要集中分布在豫東和豫北區(qū)域。（4）人類活動對NDVI提升起到正向作用的像元比例為 47.2%，特別是豫東平原區(qū)，揭示區(qū)域人類活動在部分區(qū)域?qū)χ脖簧鷳B(tài)環(huán)境的提升起到積極作用。（5）總體上，在人類活動和氣候變化共同驅(qū)動下，河南省NDVI在長時間序列中得到改善的區(qū)域面積為 82.5%，其中人類活動和氣候變化的平均貢獻率分別為72.26%和27.74%。