山西省植被NDVI時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)力研究

竇永靜，王讓虎，付含培，張?jiān)?，劉瑞?/p>

（1.太原師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院，山西 晉中 030619；2.山西大學(xué) 黃土高原研究所，山西 太原 030006；3.黃土高原生態(tài)恢復(fù)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006；4.山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

植被在聯(lián)系大氣圈、土壤圈、水圈和生物圈的過程中起著樞紐的作用，其與各種自然環(huán)境要素密切相關(guān)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的變化高度敏感［1］。因此地表植被覆蓋的時(shí)空變化特征及影響機(jī)制是全球生態(tài)變化研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域［2-4］。衛(wèi)星遙感影像具有覆蓋面積廣、時(shí)空分辨率高、獲取難度低等優(yōu)勢(shì)，使得人類能在更大范圍的宏觀尺度上對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列的植被覆蓋變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)［4］。其中，歸一化植被指數(shù)（NDVI）是常見植被指數(shù)中的一種，可作為檢測(cè)植被生長(zhǎng)狀態(tài)的重要指示因子。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于MODIS、SPOT/VEGETATION、Landsat等衛(wèi)星遙感影像利用NDVI指數(shù)開展了大量的植被覆蓋變化監(jiān)測(cè)及驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究［5-9］。

山西省位于黃土高原東部，擁有海河流域和黃河流域兩大水系，被稱為“華北水塔”，也是三北防護(hù)林的重要組成部分，是京津冀地區(qū)的水源涵養(yǎng)地和風(fēng)沙源生態(tài)屏障，但目前也面臨著生態(tài)脆弱、水土流失等問題。近年來(lái)，已有學(xué)者針對(duì)山西省的植被覆蓋時(shí)空變化特征及影響因素開展了研究。劉庚等［10］以MODIS遙感影像為數(shù)據(jù)源，對(duì)山西省2005?2006兩期植被指數(shù)進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，全省植被覆蓋度處于中等水平的區(qū)域有所增加，但植被覆蓋度較高的區(qū)域增幅并不明顯；武永利等［11］利用山西省1982?2006年的 NASA/GIMMSNDVI數(shù)據(jù)，得出25年來(lái)植被呈現(xiàn)總體變好的趨勢(shì)，NDVI受降水的年際變化影響最大；張茹等［12］利用1981?2011年的遙感數(shù)據(jù)，研究了人類活動(dòng)和氣候因子對(duì)山西省植被覆蓋的影響，結(jié)果表明溫度、降水等氣候因子對(duì)植被覆蓋影響較大；衛(wèi)宇婷等［13］發(fā)現(xiàn)2000年以后山西省的植被變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)更為敏感。但目前已有研究多以氣候因素為主要驅(qū)動(dòng)因子，未對(duì)地貌、地形、土壤等其他非氣候因子的影響進(jìn)行深入討論，山西省植被覆蓋空間分異及變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制尚不明確［14］。地理探測(cè)器是探測(cè)空間分異性，以及揭示其背后驅(qū)動(dòng)力的一組統(tǒng)計(jì)學(xué)方法［15］，已有眾多學(xué)者將其應(yīng)用在NDVI時(shí)空變化的驅(qū)動(dòng)力研究中［16-17］。因此本文基于SPOT NDVI 遙感數(shù)據(jù)，采用趨勢(shì)分析、空間轉(zhuǎn)移矩陣分析了2000?2015年山西省NDVI 時(shí)空變化特征，并采用地理探測(cè)器模型對(duì)影響植被變化的氣候因素與非氣候因素進(jìn)行探測(cè)分析，明確了山西省NDVI空間分異及變化的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素，全面地分析了山西植被動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，探討了山西省自2000年以來(lái)實(shí)施退耕還林等生態(tài)恢復(fù)工程的成效，為山西植被恢復(fù)與生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

山西省國(guó)土面積為156 748.01 km2，位于我國(guó) 黃 土 高 原 東 部（北 緯 34°36′～40°44′，東 經(jīng)110°15′～114°32′），屬于水土 流失嚴(yán)重地區(qū)。全省以溫帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?，年降水量大約為400 mm～620 mm，夏季炎熱多雨，暴雨頻發(fā)，冬季寒冷干燥。地勢(shì)地貌復(fù)雜多樣，總體特征為兩山夾一川，山地丘陵面積占全省國(guó)土面積的67.52%。山西省第一次全國(guó)地理國(guó)情普查結(jié)果顯示，全省植被覆蓋（包括種植土地、林草覆蓋）面積為144 801.59 km2，占國(guó)土面積的92.38%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

2000?2015年NDVI數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)植被指數(shù)（NDVI）空間分布數(shù)據(jù)集（空間分辨率為1 km），其基于SPOT/VEGETATION 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)采用最大值合成法生成；氣象氣候數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象背景數(shù)據(jù)集（空間分辨率為500 m），其利用反向距離加權(quán)平均的方法對(duì)全國(guó)1915個(gè)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)插值生成；地貌數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)1∶100萬(wàn)地貌類型空間分布數(shù)據(jù)集（空間分辨率為1 km），其來(lái)源于《中華人民共和國(guó)地貌圖集（1∶100萬(wàn)）》；土壤數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)土壤類型空間分布數(shù)據(jù)集（空間分辨率為1 km），其來(lái)源于《1∶100萬(wàn)中華人民共和國(guó)土壤圖》；植被類型數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)100萬(wàn)植被類型空間分布數(shù)據(jù)集（空間分辨率為1 km），其來(lái)源于《1∶1 000 000中國(guó)植被圖集》；數(shù)字高程模型（DEM）來(lái)自于SRTM V4.1數(shù)據(jù)（空間分辨率為90 m）。以上柵格數(shù)據(jù)均通過中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn/）獲取，并利用ArcGIS軟件完成裁剪、投影變換等處理。

1.3 研究方法

1.3.1 趨勢(shì)分析

Sen氏斜率趨勢(shì)分析能夠較好的解決數(shù)據(jù)誤差問題，且分析結(jié)果較為科學(xué)可信［18］。其計(jì)算公式如下：

式中，NDVIi、NDVIj分別為 i、j時(shí)間序列的 ND?VI值。當(dāng)斜率S大于0時(shí)，表示NDVI呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，反之則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。Manna-Kendall檢驗(yàn)（MK檢驗(yàn)）可判斷趨勢(shì)的顯著性，且能夠排除少數(shù)異常值對(duì)數(shù)據(jù)的干擾［19］。因此，本文將二者相結(jié)合，用來(lái)判斷山西省NDVI在像元尺度的變化趨勢(shì)及其顯著性。

Hurst指數(shù)多用于描述自然界中長(zhǎng)時(shí)間序列的自然現(xiàn)象［20］。對(duì)于NDVI的時(shí)間序列｛NDVI（t）｝，t=1，2，…，n，基本原理和表達(dá)式如下：

對(duì)比值 R(T)/S(T)?R/S，如果有 R/S∝TH，則可以證明序列中體現(xiàn)出Hurst現(xiàn)象?？筛鶕?jù)log(R/S)n=a+H×log(n)利用最小二乘法擬合得到 Hurst指數(shù)H 值［21］。當(dāng) 0

1.3.2 空間轉(zhuǎn)移矩陣

空間轉(zhuǎn)移矩陣能夠定量表征某土地利用或植被斑塊在某一時(shí)間段內(nèi)從T時(shí)刻向T+1時(shí)刻的轉(zhuǎn)化過程，可以直觀反映不同類型或不同等級(jí)斑塊的面積變化和轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出情況，已廣泛應(yīng)用于土地利用和植被覆蓋度變化等方面［22］。其表達(dá)式為：

式中，S為研究地區(qū)面積，i、j分別為2000年與2015年的NDVI等級(jí)序號(hào)，n為NDVI分級(jí)數(shù)。本研究中將NDVI按照≤0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8、≥0.8分為5個(gè)等級(jí)。

1.3.3 地理探測(cè)器

地理探測(cè)器模型能夠用來(lái)探測(cè)地理要素空間分異性和揭示其背后驅(qū)動(dòng)因子，它既可以度量自變量對(duì)因變量的解釋度，又可以分析兩因子的交互作用對(duì)因變量的影響［15］。本文選取了年平均氣溫、年平均降水量、≥0 ℃積溫、≥10 ℃積溫、干燥指數(shù)、濕潤(rùn)指數(shù)、高程、地貌、土壤、植被類型等10個(gè)自然因子指標(biāo)（表1）。本文利用自然斷點(diǎn)法將年平均氣溫、年平均降水量、≥0 ℃積溫和≥10 ℃積溫劃分8級(jí)；將干燥度指數(shù)、濕潤(rùn)指數(shù)和高程劃分6級(jí)；將地貌類型重分類劃分為6類：平原、臺(tái)地、丘陵、小起伏山、中起伏山、大起伏山；土壤類型為10類：淋溶土、半淋溶土、鈣層土、初育土、半水成土、水成土、鹽堿土、人為土、湖泊河流及養(yǎng)殖場(chǎng)；植被類型9類：針葉林、針闊混交林、闊葉林、灌叢、草原、草叢、草甸、沼澤、栽培植被。在ArcGIS中利用Create Fishnet工具，生成研究區(qū)范圍7 km格網(wǎng)，取每個(gè)網(wǎng)格的中心點(diǎn)為采樣點(diǎn)，共3023個(gè)，然后再利用ArcGIS的Extract Values to Points工具將NDVI及各影響因子數(shù)據(jù)提取到對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)上，最后導(dǎo)入地理探測(cè)器模型中計(jì)算。

本研究采用了3個(gè)探測(cè)器工具：

（1） 因子探測(cè)

主要用于探測(cè)自然因子能夠多大程度地反映植被NDVI的變化，也就是解釋力度的大小，用q來(lái)衡量，公式如下：

式中，L為因變量NDVI或自變量影響因子X的分類或分區(qū)，Nh和σh2分別為層h的單元數(shù)和方差，N和σ2分別為區(qū)域內(nèi)整體的單元數(shù)和方差。q值度量影響因子對(duì)NDVI的解釋力，其值域?yàn)椋?，1］，q值越大，表示該自然因子對(duì) NDVI的解釋力就越強(qiáng)。

（2） 交互因子探測(cè)

主要是識(shí)別不同自變量Xi兩兩交互作用對(duì)因變量NDVI的空間分異解釋力是增強(qiáng)還是減弱。確定因子間交互影響類型，是通過對(duì)比q（X1）和 q（X2）與交互時(shí)的 q（X1∩X2）這三個(gè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果 q（X1∩X2）小于 q（X1）和 q（X2）的最小值則為非線性減弱，大于兩者最大值則為雙因子增強(qiáng)，等于兩者之和則為獨(dú)立作用，大于兩者之和則為非線性增強(qiáng)，如果介于q（X1）和q（X2）之間則為單因子非線性增強(qiáng)。

（3） 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)探測(cè)

用于評(píng)價(jià)不同子區(qū)域?qū)傩跃档牟町愋裕设b別各區(qū)域植被覆蓋情況，用t統(tǒng)計(jì)量來(lái)檢驗(yàn)［15］。具體公式如下所示：

2 結(jié)果分析

2.1 NDVI變化趨勢(shì)分析

2.1.1 區(qū)域尺度

本研究采用ArcGIS的Cell Statistics工具，對(duì)2000?2015年山西省區(qū)域尺度的NDVI月、季、年平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖1）。結(jié)果表明，ND?VI月變化曲線呈單峰特征，2月的NDVI值最低，隨后逐漸升高，并在8月達(dá)到峰值，之后迅速降低。NDVI季節(jié)平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果同樣表明，夏季NDVI最高，多年平均植被指數(shù)高達(dá)0.64，其次是秋季 0.59，春季 0.43，冬季 NDVI最低只有0.22。這種特征主要受氣候的影響，山西省處于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，故6?9月植被指數(shù)值較高，且山西省處于溫帶落葉闊葉林帶，冬春季大部分樹木無(wú)樹葉覆蓋，導(dǎo)致冬春季節(jié)植被指數(shù)低。

從NDVI季節(jié)變化特征上看，春季植被指數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)最突出，平均變化率0.006/a；夏季，秋季次之，平均變化率分別為0.004/a、0.003/a；冬季植被指數(shù)增長(zhǎng)幅度最小，變化率為0.001/a。從NDVI年際變化特征上看，2000?2015年山西省年平均NDVI為0.65，總體上處于波動(dòng)上升的趨勢(shì)，變化范圍在0.546 8（2001年）～ 0.730 7（2013年）之間，年NDVI平均增長(zhǎng)率為0.006/a。整體上呈現(xiàn)出四個(gè)周期性特征，四個(gè)時(shí)段分別為2000?2004，2004?2008，2008?2013和 2013?2015，2000?2001有 所 下降，2001?2004為增加階段；2004?2005有所下降，2005?2008為增加階段；2008?2009有所下降，2009?2013為增加階段；2013?2015有所下降。

2.1.2 像元尺度

根據(jù)Sen趨勢(shì)分析結(jié)果及MK檢驗(yàn)結(jié)果（0.05 置信水平），將NDVI變化趨勢(shì)與顯著性分為5級(jí)（圖2）。結(jié)果表明，15年間山西省NDVI變化趨勢(shì)整體向好，以緩慢增長(zhǎng)為主。極顯著緩慢增長(zhǎng)區(qū)域面積最大，占山西省面積的51.92%；極顯著快速增長(zhǎng)區(qū)域其次，占山西省面積的36.08%，主要分布在沿黃河地區(qū)、呂梁山以及系舟山和太岳山區(qū)；不顯著變化區(qū)域占10.08%；極顯著緩慢退化和極顯著快速退化占比最小，共占1.83%，多散布在盆地地區(qū)，如大同盆地、太原盆地、臨汾盆地等。極顯著快速退化區(qū)大多位于各地市的核心城區(qū)，以太原市小店區(qū)最為顯著；極顯著緩慢退化區(qū)位于核心城區(qū)外圍，是城市化主要推進(jìn)區(qū)，植被覆蓋度緩慢下降，以晉城市區(qū)周邊最為明顯；不顯著變化區(qū)主要位于城郊區(qū)域，連接著盆地與山脈丘陵，植被覆蓋以農(nóng)作物為主，其受季節(jié)影響大，如清徐縣、太谷區(qū)。

2.2 NDVI變化可持續(xù)性分析

山西省Hurst指數(shù)分析結(jié)果如圖3所示，H值在0～0.3的區(qū)域零星分布在全省各處，僅占山西省面積的1.18%；0.4～0.5占比最大，占全省的面積的39.07%，特別是山西省西部呈現(xiàn)出明顯的反持續(xù)特征；H值0.5～0.6占33.66%，0.6～0.7占10.04%，大于0.7的區(qū)域占1.67%，表現(xiàn)為可持續(xù)性特征的區(qū)域呈破碎狀分布于呂梁山區(qū)、太岳山區(qū)和運(yùn)城盆地。反持續(xù)性特征區(qū)域共占全省面積的53.91%，這表明山西省ND?VI受自然或人為因素影響較大，特別是西部植被較好的區(qū)域尤為明顯，需要進(jìn)一步加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)工作，增強(qiáng)可持續(xù)性。

本文將Hurst指數(shù)分析圖與趨勢(shì)分析圖在ArcGIS中疊加，得到了山西省NDVI未來(lái)趨勢(shì)變化圖（圖3）。結(jié)果表明，持續(xù)快速退化和持續(xù)緩慢退化面積極小，僅占1.14%，大部分區(qū)域位于城市中心或城鎮(zhèn)周邊，受城市建設(shè)和城市擴(kuò)張的影響較為明顯；持續(xù)基本不變的區(qū)域占5.33%；波動(dòng)變化的區(qū)域占全省面積的54.54%，是占比最大的區(qū)域。持續(xù)緩慢增長(zhǎng)區(qū)域占24.18%；持續(xù)快速增長(zhǎng)占14.71%，主要分布于呂梁山中南部地區(qū)、太岳山區(qū)、太原市東部山區(qū)（系舟山脈），這些山區(qū)受地形地貌影響較大，人類活動(dòng)較少，同時(shí)受退耕還林、封山育林、植樹造林等政策的影響，植被快速增長(zhǎng)，持續(xù)性強(qiáng)，生態(tài)功能逐步恢復(fù)。

2.3 NDVI空間變化分析

2000?2015年山西省植被狀況總體呈現(xiàn)出東南部植被覆蓋較高，西北部植被覆蓋較低的分布，區(qū)域內(nèi)NDVI的空間分布差異比較顯著，中部的盆地地區(qū)和呂梁山以西的黃土丘陵區(qū)植被覆蓋相對(duì)稀疏（圖4）。2000?2015年NDVI變化以西部、南部的山地和中部盆地為主。其中植被NDVI增加的區(qū)域主要分布在呂梁山和太行山為代表的山地地區(qū)；植被NDVI值減少的區(qū)域主要分布于太原盆地、忻州盆地、大同盆地和長(zhǎng)治盆地為主的人類聚集區(qū)。

在ArcGIS中通過疊加分析得到了2000?2015年植被NDVI變化轉(zhuǎn)移矩陣表（表3），結(jié)果表明，16年來(lái)NDVI≥0.8的區(qū)域面積大幅增加，從占比0.35%增加到25.78%，主要是由低一級(jí)植被覆蓋轉(zhuǎn)化而來(lái)。而0.4

2.4 NDVI空間分異及變化的地理探測(cè)

2.4.1 NDVI空間分異的驅(qū)動(dòng)分析

利用地理探測(cè)器模型研究不同因子對(duì)NDVI空間分異特征的驅(qū)動(dòng)作用。因子探測(cè)結(jié)果顯示（表3），不同驅(qū)動(dòng)因子對(duì)NDVI空間分異特征的解釋力度由高到低排序?yàn)椋旱孛差愋?年平均降水量>濕潤(rùn)指數(shù)>土壤類型>植被類型>年平均氣溫>高程>≥0 ℃積溫>干燥指數(shù)>≥10 ℃積溫，這說(shuō)明地貌因素主導(dǎo)著山西省植被的空間分布狀況，其次是年平均降水量和濕潤(rùn)指數(shù)。交互探測(cè)結(jié)果表明（表4），在兩兩交互的組合當(dāng)中，交互作用最強(qiáng)的因子組合為年平均降水量和≥0 ℃積溫，他們雙因子交互作用的q值為0.48，體現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性增強(qiáng)交互作用。

通過風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)可以得出（圖5），總體上不同分區(qū)內(nèi)的NDVI均值存在差異，但并不顯著。其中，NDVI隨著高程的增加而增加，隨著年平均降水量的增加也呈逐漸上升的趨勢(shì)。

2.4.2 NDVI變化趨勢(shì)的驅(qū)動(dòng)分析

利用地理探測(cè)器對(duì)2000?2015年NDVI變化趨勢(shì)歸因，從因子探測(cè)器結(jié)果（表3）可以看出，各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)山西NDVI變化趨勢(shì)的影響程度排序?yàn)椋旱孛差愋?濕潤(rùn)指數(shù)>植被類型>年平均降水量>土壤類型>≥10 ℃積溫>高程>≥0 ℃積溫>干燥指數(shù)>年平均氣溫。從表5可以看出，在NDVI變化趨勢(shì)影響因素的交互作用中，大部分因子兩兩組合后表現(xiàn)出非線性增強(qiáng)作用，也有因子組合后表現(xiàn)出雙因子增強(qiáng)作用。其中地貌類型和濕潤(rùn)指數(shù)組合的交互作用解釋力最強(qiáng)，q值為0.154 3；其次是地貌類型和年平均降水量（q值為0.151 1）以及年平均降水量和高程組合，q值為0.150 6；此外，年平均氣溫和其他影響因子的交互作用均表現(xiàn)出非線性增強(qiáng)作用。

如圖6所示，NDVI的變化率隨著年平均降水量的增加呈上升趨勢(shì)，在610.6 mm～672.1 mm之間（分區(qū)7）變化率最高；在不同高程上，NDVI變化率非線性波動(dòng)，增長(zhǎng)最快的區(qū)域高程出現(xiàn)在1435 m ～ 1753 m之間（分區(qū)5）；不同的地貌類型對(duì)NDVI變化趨勢(shì)也存在著空間差異，中起伏山地（分區(qū)5）的NDVI變化最快，而平原（分區(qū)1）的NDVI增長(zhǎng)緩慢；在土壤類型方面，人為土（分區(qū)8）上生長(zhǎng)的植被出現(xiàn)了減少的趨勢(shì)，高山土（分區(qū)9）上生長(zhǎng)的植被增長(zhǎng)最快；植被類型分區(qū)中，針葉林（分區(qū)2）中的NDVI增長(zhǎng)較快。

3 討論

山西省2000?2015年間植被覆蓋狀況整體呈改善趨勢(shì)，空間分布存在差異，其中山地地區(qū)植被覆蓋度大于盆地地區(qū)。NDVI≥0.8的區(qū)域面積顯著增加，說(shuō)明退耕還林還草政策的實(shí)施發(fā)揮了重大成效，這與張珺等［23］的研究結(jié)果基本一致。

多數(shù)已有研究表明降水是植被活動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力［24-26］。在溫帶季風(fēng)氣候顯著、區(qū)域內(nèi)地形復(fù)雜的山西省，地貌類型對(duì)NDVI變化的解釋度最高，這可能是因?yàn)榈孛差愋筒粌H影響水熱條件，并在一定程度上影響人類的活動(dòng)范圍，從而影響植被覆蓋程度的空間分異以及變化趨勢(shì)，這與同英杰等人在陜西省的研究結(jié)果類似［27］，中起伏山地NDVI變化最快，大起伏山地次之，平原地區(qū)增長(zhǎng)最慢。地形對(duì)植被覆蓋度影響較大，山脈、丘陵區(qū)植被覆蓋度高且變化快，如太岳山、中條山等海拔較高的山區(qū)；盆地、河谷地區(qū)植被覆蓋度低且變化慢，如大同盆地、太原盆地和運(yùn)城盆地。高程在1435 m～1753 m間NDVI增速最快，表明該高程區(qū)間有利于植被生長(zhǎng)，這也對(duì)應(yīng)了山區(qū)、丘陵區(qū)的地形；另外，濕潤(rùn)指數(shù)對(duì)NDVI空間分異和變化趨勢(shì)的影響程度都比較大，這可能是因?yàn)橹脖坏纳L(zhǎng)不僅跟降水有關(guān)，還與蒸發(fā)和徑流有關(guān)。本次研究采用交互探測(cè)器對(duì)雙因子交互作用進(jìn)行探討，結(jié)果表明年平均降水量和≥0 ℃積溫雙因子作用下對(duì)NDVI空間分異的解釋力近50%；地貌類型和濕潤(rùn)指數(shù)雙因子作用下對(duì)NDVI變化趨勢(shì)的解釋力達(dá)15%。

從人類活動(dòng)情況來(lái)看，山西省在第一輪退耕還林中（2000?2015）累計(jì)完成了156.70萬(wàn)hm2的退耕還林任務(wù)，主要包括在山西北部的風(fēng)沙區(qū)以及西部的黃土丘陵區(qū)實(shí)施退耕還林，在汾河兩岸和呂梁山脈一帶實(shí)施荒山造林，在太行山脈一帶實(shí)施封山育林［28］。本研究結(jié)果也表明NDVI極顯著快速增長(zhǎng)區(qū)域主要分布在沿黃河地區(qū)、呂梁山以及系舟山、太岳山、中條山區(qū)。另外太原市實(shí)施了環(huán)城綠化帶的建設(shè)，新建多處城郊森林公園，使得太原市東西山植被覆蓋度迅速提高。而太原市、大同市、朔州市、長(zhǎng)治市、晉城市等城市的城郊區(qū)域植被指數(shù)有所下降，主要是由于城市擴(kuò)張占用土地，且聚落較多、人員密集，受人類活動(dòng)影響較大，植被減少明顯。山西城郊地區(qū)的農(nóng)作物以玉米、小麥為主，NDVI較低且受季節(jié)明顯。這說(shuō)明山西省植被覆蓋度的增加和減少都與人類活動(dòng)密不可分，由于積極的生態(tài)政策使得山區(qū)丘陵等受人類活動(dòng)影響小的區(qū)域植被迅速恢復(fù)，但城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展導(dǎo)致了城郊地區(qū)的植被減少。

以往對(duì)山西省NDVI的研究大多僅以氣候變化為響應(yīng)，本研究采用地理探測(cè)器更為全面深入地分析了5類共10種自然因子對(duì)山西省NDVI變化的驅(qū)動(dòng)作用。近年來(lái)人類對(duì)自然的干預(yù)有所增加，下一步NDVI變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制的深入研究還應(yīng)該結(jié)合人類活動(dòng)因素如人口密度、GDP、土地利用類型、糧食播種面積等進(jìn)行綜合分析［29］，同時(shí)進(jìn)一步厘定退耕還林等重大生態(tài)工程對(duì)NDVI變化的貢獻(xiàn)率［30］。

4 結(jié)論

本文基于SPOT NDVI 遙感數(shù)據(jù)，采用趨勢(shì)分析、空間轉(zhuǎn)移矩陣分析了2000?2015年山西省NDVI 時(shí)空變化特征，NDVI年平均增長(zhǎng)率為0.006/a，變化趨勢(shì)以極顯著緩慢增長(zhǎng)為主，極顯著快速增長(zhǎng)其次，整體趨勢(shì)向好，但未來(lái)趨勢(shì)以波動(dòng)變化為主，而NDVI≥0.8的區(qū)域面積大幅增加，從占比0.35%增加到25.78%，主要是由低一級(jí)植被覆蓋轉(zhuǎn)化而來(lái)。同時(shí)，本文采用地理探測(cè)器模型對(duì)影響植被變化的氣候因素與非氣候因素進(jìn)行了探測(cè)分析，明確了山西省NDVI空間分異及變化的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素，地貌類型、年平均降水量和濕潤(rùn)指數(shù)對(duì)NDVI空間分異的單因子解釋力均超過了15%，而地貌類型對(duì)NDVI變化趨勢(shì)的單因子解釋力也是最高的。因子交互作用均能增強(qiáng)其對(duì)植被空間分異和變化趨勢(shì)的解釋力度，對(duì)NDVI空間分異的影響最顯著的是年平均降水量和≥0 ℃積溫雙因子組合，而地貌類型和濕潤(rùn)指數(shù)的非線性增強(qiáng)交互作用對(duì)NDVI的變化趨勢(shì)影響最為顯著。未來(lái)山西省NDVI變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制的深入研究還應(yīng)充分考慮人類活動(dòng)因素，并厘定退耕還林等重大生態(tài)工程對(duì)NDVI變化的貢獻(xiàn)率。