西南地區(qū)植被覆蓋度時(shí)空演變及其與氣候和地形的相關(guān)性

陳新明,盤(pán)鈺春,徐 勇,郭振東,鄭志威,戴強(qiáng)玉

(桂林理工大學(xué)測(cè)繪地理信息學(xué)院,廣西 桂林 541006)

【研究意義】植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要成分,對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量循環(huán)發(fā)揮著重要作用[1-4]。隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益重視,植被覆蓋度的時(shí)空演變及影響因素受到廣泛關(guān)注[5-7]。但目前對(duì)西南地區(qū)不同植被類(lèi)型覆蓋度與氣候因子和地形間的關(guān)系尚未充分了解。因此,探究西南地區(qū)不同植被類(lèi)型覆蓋度的時(shí)空演變特征及其與氣候和地形的相關(guān)性,對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)和生態(tài)林業(yè)工程效益評(píng)估具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】植被群落的形成和變化與所處的地理環(huán)境及人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān),在空間分布上,不同水熱條件影響下植被覆蓋存在差異,在時(shí)間序列變化上,植被對(duì)降水和氣溫的響應(yīng)存在較大差異,而區(qū)域氣候條件和地形因素是決定植被生境的主要地理環(huán)境因子[8-11],其中,高程、坡度、坡向和曲率等地形要素間的相互作用會(huì)影響地表的水分、熱量和光照等條件,從而影響植被的生長(zhǎng)狀況[12-13]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在不同時(shí)空尺度上對(duì)區(qū)域氣候條件和地形差異與植被覆蓋時(shí)空分布差異的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了大量研究。Anees等[14]、Song等[15]研究發(fā)現(xiàn),降水對(duì)巴基斯坦和達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗植被生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用,而降溫對(duì)其植被生長(zhǎng)具有抑制作用。Mao等[16]研究表明,呼倫湖地區(qū)植被覆蓋度與降水量呈正相關(guān),與5 ℃積溫呈負(fù)相關(guān)。胡克宏等[17]研究認(rèn)為,我國(guó)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶沿線省份的植被覆蓋空間分異不僅受氣候變化影響,還與地形因子存在較強(qiáng)的相關(guān)性。徐勇等[12]研究指出,海拔是影響長(zhǎng)江流域各流域單元植被空間分異的重要影響因素,而長(zhǎng)江流域中游植被生長(zhǎng)受地形和氣象因子的共同作用。馬曉妮等[18]研究發(fā)現(xiàn),降水、氣溫和海拔等因子是影響黃土高原砒砂巖地區(qū)植被覆蓋空間分異的主要環(huán)境因子,且降水與其他環(huán)境因子的交互作用對(duì)植被覆蓋影響最明顯。徐勇等[19]研究證實(shí),氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)共同影響西南地區(qū)植被的歸一化植被指數(shù)(NDVI)時(shí)空演變,降水和氣溫變化對(duì)植被生長(zhǎng)的促進(jìn)作用大于抑制作用,且呈現(xiàn)明顯的空間異質(zhì)性。【本研究切入點(diǎn)】迄今,國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)植被覆蓋度時(shí)空演變特征的研究主要側(cè)重于區(qū)域植被覆蓋度與氣候和地形的相關(guān)性,關(guān)于不同類(lèi)型植被生長(zhǎng)對(duì)氣象因子(降水和氣溫)偏相關(guān)關(guān)系和時(shí)滯效應(yīng)及其地形效應(yīng)(坡度、坡向、曲率和高程)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文分析2000—2020年西南地區(qū)不同植被類(lèi)型植被覆蓋度的時(shí)空演變特征,探究西南地區(qū)不同植被類(lèi)型植被覆蓋度與降水和氣溫的偏相關(guān)關(guān)系和滯后性及其與地形因子的耦合關(guān)系,旨在為西南地區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合整治和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為我國(guó)西南地區(qū)(97°21′～112°04′E,20°54′～34°19′N(xiāo))的四川、云南、貴州、重慶和廣西等省(市、區(qū))(圖1-A)。該區(qū)地勢(shì)起伏大,高程在-20～6304 m,在空間上呈西北高、東南低的分布格局。西南地區(qū)以熱帶季風(fēng)和亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?降雨豐沛,氣溫較高,熱量條件較好,雨熱同期,年均氣溫-2.81～23.94 ℃,年均降水量54.56～2675.54 mm。植被類(lèi)型復(fù)雜多樣,包括針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草原、草甸和草叢等(圖1-B)。西南地區(qū)特殊的地理位置、復(fù)雜多樣的氣候條件和脆弱的生態(tài)環(huán)境,使其成為我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域之一。

圖1 西南地區(qū)高程和植被類(lèi)型比較Fig.1 Spatial distribution of the elevation and vegetation types of southwest China

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2000—2020年西南地區(qū)植被遙感數(shù)據(jù)MODIS NDVI來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局發(fā)布的 MOD13A3產(chǎn)品(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/),時(shí)間分辨率為1個(gè)月,空間分辨率為1.0 km。為避免2000年1月數(shù)據(jù)缺失對(duì)試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的影響,本研究采用最大值合成法生成的2000—2020年MODIS NDVI年最大值數(shù)據(jù)集,能有效反映西南地區(qū)植被覆蓋在空間和時(shí)間尺度上的分布和變化狀況。氣象數(shù)據(jù)為來(lái)源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://data.cma.cn/site/index.html)1999—2020年的中國(guó)2416個(gè)氣象站點(diǎn)逐日降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)。首先,對(duì)站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值處理,得到月累積降水和月平均氣溫;通過(guò)ANUSPLIN插值模型,在考慮經(jīng)度、緯度和高程的基礎(chǔ)上生成覆蓋全國(guó)的降水和氣溫時(shí)間序列,經(jīng)過(guò)裁剪得到研究區(qū)1999—2020年月累積降水和月平均氣溫時(shí)間序列。數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)(https://www.resdc.cn/),空間分辨率為1.0 km。植被類(lèi)型數(shù)據(jù)來(lái)源于《1∶1000000 中國(guó)植被圖集》,由中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)(https://www.resdc.cn/)提供。

1.3 研究方法

1.3.1 像元二分模型 像元二分模型假設(shè)像元由植被覆蓋地表和無(wú)植被覆蓋地表兩部分構(gòu)成,所得光譜信息即為像元由植被覆蓋地表和無(wú)植被覆蓋地表以面積比加權(quán)的線性組合,植被覆蓋地表的面積比即為該像元的植被覆蓋度[5]。

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

式中,FVC為某一像元的植被覆蓋度,NDVI為該像元上的歸一化植被指數(shù)值,NDVIsoil為裸地對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)值,NDVIveg為純植被對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)值。從研究區(qū)植被NDVI累積概率分布上分別找出不同時(shí)相的5%和95%置信區(qū)間值,從所有時(shí)相內(nèi)選出最小5%置信區(qū)間值和最大95%置信區(qū)間值,分別作為NDVIsoil和NDVIveg的參數(shù)值。

1.3.2 Theil-Sen Median趨勢(shì)分析和 Mann-Kendall顯著性檢驗(yàn) Theil-Sen Median趨勢(shì)分析法具有抗噪性強(qiáng)及受異常值影響小的優(yōu)點(diǎn),是一種穩(wěn)定的非參數(shù)斜率估計(jì)方法,可反映植被NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)及用于長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)研究[19]。

Slope=median[(xj-xi)/(j-i) ],?>i

式中,Slope為變化斜率,xi和xj分別為第i和第j年的植被覆蓋度,?為全稱(chēng)量詞,表示“對(duì)所有的”“對(duì)任意一個(gè)”。當(dāng)Slope>0 時(shí),表示研究時(shí)段內(nèi)該像元的植被覆蓋度呈增加趨勢(shì),當(dāng)Slope=0 時(shí),表示研究時(shí)段內(nèi)該像元的植被覆蓋度整體基本保持不變,當(dāng)Slope<0 時(shí),表示研究時(shí)段內(nèi)該像元的植被覆蓋度呈減小趨勢(shì)。

Mann-Kendall顯著性檢驗(yàn)法具有適用范圍廣、對(duì)樣本分布特征無(wú)要求及不受少數(shù)異常值影響等優(yōu)點(diǎn)[19],是一種常用的非參數(shù)檢驗(yàn)法。運(yùn)用此法對(duì)植被覆蓋度時(shí)間序列變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),對(duì)于給定的置信水平α,當(dāng)|Z|>Z1-α/2時(shí),時(shí)間序列在α水平上存在顯著變化趨勢(shì),反之無(wú)顯著變化趨勢(shì)。

1.3.3 偏相關(guān)分析 偏相關(guān)分析可探討不同植被類(lèi)型與氣候因子間的偏相關(guān)關(guān)系,采用偏相關(guān)分析法對(duì)2000—2020年西南地區(qū)降水和氣溫進(jìn)行偏相關(guān)分析,計(jì)算公式[19]為:

式中,x和y為自變量,Rxy為氣候因子與植被覆蓋度的相關(guān)系數(shù),Rxy·z為剔除變量z影響后變量x與y間的偏相關(guān)系數(shù)。本研究通過(guò)計(jì)算植被覆蓋度及前0～6個(gè)月降水和氣溫的偏相關(guān)系數(shù),并根據(jù)一階偏導(dǎo)得到最大偏相關(guān)系數(shù)和最大響應(yīng)的滯后期,揭示西南地區(qū)不同植被類(lèi)型植被覆蓋度與降水和氣溫的偏相關(guān)關(guān)系及滯后效應(yīng)。

1.3.4 地形因子提取 地形因子不僅是描述地貌形態(tài)的參數(shù),也是植被垂直分布及多樣性分布的關(guān)鍵因素。本研究選取坡度、坡向、曲率和高程4個(gè)因子對(duì)植被覆蓋變化驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行研究。參考前人研究結(jié)果[20-21],結(jié)合實(shí)際情況對(duì)西南地區(qū)坡度、坡向、曲率和高程進(jìn)行等級(jí)劃分(表1)。

表1 西南地區(qū)地形因子的分級(jí)及占比

1.3.5 植被類(lèi)型提取 參考張遠(yuǎn)東等[22]的方法,將研究區(qū)植被類(lèi)型劃分為針葉林(17.64%)、闊葉林(7.51%)、針闊混交林(0.11%)、高山植被(0.73%)、栽培植被(27.82%)、灌叢(25.17%)、草原(0)、草甸(8.30%)、草叢(12.20%)、沼澤(0.21%)和其他植被(0.31%),本研究選取占比超過(guò)1.00%的植被類(lèi)型即針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢為研究對(duì)象。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

基于植被NDVI時(shí)間序列,采用ArcGIS 10.6根據(jù)像元二分模型[5]計(jì)算覆蓋度;基于DEM數(shù)據(jù),采用ArcGIS 10.6的表面分析提取坡度、坡向和曲率?；贛ATLAB R2016b進(jìn)行 Theil-Sen Median趨勢(shì)分析和 Mann-Kendall顯著性檢驗(yàn),并根據(jù)生成的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果將變化趨勢(shì)劃分為極顯著變化(|Z|>2.58,置信區(qū)間為 99%)、顯著變化(1.96<|Z|≤2.58,置信區(qū)間為 95%)和不顯著變化(0<|Z|≤1.96,無(wú)顯著變化特征)3個(gè)變化等級(jí);利用MATLAB R2016b計(jì)算植被覆蓋度與氣溫和降水的相關(guān)關(guān)系和偏相關(guān)關(guān)系,并利用t檢驗(yàn)法對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 西南地區(qū)植被覆蓋度的時(shí)空演變特征

2.1.1 時(shí)間變化特征 從圖2可看出,在2000—2020年,西南地區(qū)植被覆蓋度總體上呈波動(dòng)上升趨勢(shì),上升斜率為0.0011/年,但植被覆蓋度在2011年呈明顯下降趨勢(shì);植被覆蓋度均值為0.88,最大值出現(xiàn)在2018年,為0.89,最小值出現(xiàn)在2000年,為0.86;針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢的植被覆蓋度均呈上升趨勢(shì),其中闊葉林覆蓋度的上升趨勢(shì)最明顯,上升斜率為0.0019/年,草甸覆蓋度的上升趨勢(shì)次之,上升斜率為0.0014/年,而草叢的覆蓋度呈波動(dòng)變化趨勢(shì);栽培植被覆蓋度的平均值最大,為0.95,其次為針葉林和闊葉林,均為0.91,最小的為草叢,為0.82。綜上所述,21年內(nèi)西南地區(qū)植被覆蓋度總體呈上升趨勢(shì);在植被類(lèi)型上,針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢的覆蓋度均呈上升趨勢(shì),闊葉林覆蓋度的上升趨勢(shì)最明顯,草叢的覆蓋度上升速率最小,栽培植被的覆蓋度總體上優(yōu)于其他植被類(lèi)型。

2.1.2 空間變化特征 從圖3-A可看出,西南地區(qū)2000—2020年植被覆蓋度的變化斜率為-0.042～0.045/年;植被覆蓋度呈上升趨勢(shì)的面積占比為67.00%,其中,呈極顯著(P<0.01,下同)上升和顯著(P<0.05,下同)上升的面積占比為29.53%,主要分布在四川省南部和東北部、重慶市北部、貴州省西部、云南省東北部及廣西的中部和南部(圖3-B);植被覆蓋度呈下降趨勢(shì)的面積占比為33.00%,其中,呈極顯著下降和顯著下降的面積占比為6.16%,主要分布在西南地區(qū)各省會(huì)城市及周邊地區(qū),以四川省成都市及其周邊地區(qū)、四川省與重慶市交界處較聚集。在植被類(lèi)型上,2000—2020年闊葉林、針葉林、栽培植被、灌叢和草叢覆蓋度呈上升趨勢(shì)的面積均大于呈下降趨勢(shì)的面積,呈上升趨勢(shì)的面積占比分別為61.89%、67.15%、68.15%、69.24%和79.24%;而草甸覆蓋度呈下降趨勢(shì)的面積占比為55.06%,稍大于呈上升趨勢(shì)的面積。綜上所述,2000—2020年西南地區(qū)植被覆蓋度空間變化特征差異明顯,植被覆蓋度改善態(tài)勢(shì)表現(xiàn)為從地理位置的東南方向往西北方向逐漸減小。 除草甸外,其余植被類(lèi)型的覆蓋度呈上升趨勢(shì)的面積均大于呈下降趨勢(shì)的面積。

圖3 2000—2020 年西南地區(qū)植被覆蓋度的空間變化特征Fig.3 Spatial variation of fractional vegetation cover in southwest China from 2000 to 2020

2.2 植被覆蓋度與氣象因子的相關(guān)分析

2.2.1 植被覆蓋度與氣象因子的偏相關(guān)分析 從圖4可看出,西南地區(qū)植被覆蓋度與降水的偏相關(guān)系數(shù)在-0.915～0.902(圖4-A),與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)在-0.906～0.994(圖4-B);植被覆蓋度與降水和氣溫總體上均呈正相關(guān),平均偏相關(guān)系數(shù)分別為0.094和0.096;植被覆蓋度與降水呈正相關(guān)的面積占比63.68%,其中,呈顯著和極顯著正相關(guān)的面積占比10.94%,主要分布在貴州省西部、重慶市南部和四川省東部地區(qū)(圖4-C);植被覆蓋度與氣溫呈正相關(guān)的面積占比62.09%,其中,呈顯著和極顯著正相關(guān)的面積占比13.58%,主要分布在四川省南部、云南省東北部、貴州省西部、重慶市東北部和廣西中部(圖4-D)。

由表2可知,栽培植被與降水的偏相關(guān)系數(shù)平均值最大,為0.120,與闊葉林的偏相關(guān)系數(shù)平均值最小,為0.061;草叢與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)平均值最大,為0.164,與草甸的偏相關(guān)系數(shù)平均值最小,為0.007。說(shuō)明在各類(lèi)型植被中,栽培植被受降水影響最明顯,闊葉林受降水影響最小,草叢受氣溫影響最明顯,草甸受氣溫影響最小。由表3可知,各類(lèi)型植被的覆蓋度與降水呈正相關(guān)的面積占比均大于呈負(fù)相關(guān)的面積占比,其中,栽培植被與降水呈正相關(guān)的面積占比最大,為67.32%;除草甸外,各類(lèi)型植被覆蓋度與氣溫呈正相關(guān)的面積占比均大于呈負(fù)相關(guān)的面積占比,其中,草叢與氣溫呈正相關(guān)的面積比例最大,為70.96%?？梢?jiàn),西南地區(qū)植被覆蓋度及針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢的植被覆蓋度與降水和氣溫總體上均呈正相關(guān),栽培植被受降水影響最明顯,其次是草叢,而闊葉林受降水影響最小;草叢受氣溫影響最明顯,其次是灌叢,而草甸受氣溫影響最小。

表2 不同植被類(lèi)型植被覆蓋度與降水和氣溫的偏相關(guān)系數(shù)

表3 不同植被類(lèi)型植被覆蓋度與降水和氣溫偏相關(guān)的顯著性檢驗(yàn)

2.2.2 植被覆蓋度對(duì)氣象因子的滯后期分析 西南地區(qū)植被覆蓋度與植被生長(zhǎng)前0～2個(gè)月降水和氣溫的相關(guān)系數(shù)最大,降水滯后期為植被生長(zhǎng)前0～2個(gè)月的面積占比88.32%,其中,植被覆蓋度響應(yīng)于當(dāng)月降水變化的面積占比50.04%,主要分布在四川省東部和西北部、重慶市東部、貴州省西北部和廣西南部(圖5-A);植被覆蓋度響應(yīng)于植被生長(zhǎng)前0～2個(gè)月氣溫的面積占比86.49%,其中,響應(yīng)于當(dāng)月氣溫的面積占比48.14%,略低于響應(yīng)于降水的占比,主要分布在四川省東部和西北部、云南省東北部、貴州省西部和重慶市南部(圖5-B)。

圖5 植被覆蓋度對(duì)降水(A)和氣溫(B)變化響應(yīng)的滯后期Fig.5 Lag time of fractional vegetation cover response to precipitation(A) and temperature(B) variation

由于西南地區(qū)植被生長(zhǎng)主要響應(yīng)于前0～2個(gè)月降水和氣溫,因此本研究主要分析不同植被類(lèi)型植被覆蓋度與降水和氣溫前0～2個(gè)月的滯后效應(yīng)。從圖5可看出,在不同植被類(lèi)型降水變化的滯后期中,滯后期為前0～2個(gè)月占比最高的是草甸,為90.92%,其次是草叢,為88.77%,最低的是灌叢,為87.79%;在與氣溫變化的滯后期中,滯后期為前0～2個(gè)月占比最高的是栽培植被,為87.28%,其次是草叢,為87.26%,最低的是草甸,為83.96%。

綜上所述,西南地區(qū)植被生長(zhǎng)主要受前0～2個(gè)月降水和氣溫變化的影響,不同植被類(lèi)型植被覆蓋度對(duì)降水和氣溫的響應(yīng)存在差異。在前0～2個(gè)月尺度上,草甸響應(yīng)于生長(zhǎng)前0～2個(gè)月降水的滯后期最短,栽培植被響應(yīng)于生長(zhǎng)前0～2個(gè)月氣溫的滯后期最短。

2.3 植被覆蓋度的地形效應(yīng)

2.3.1 植被覆蓋度變化與坡度的相關(guān)性 從圖6-A可看出,植被覆蓋度在坡度為0°～2°、2°～6°和6°～15°范圍內(nèi)均以改善為主,其中,坡度范圍為2°～6°的植被覆蓋度改善態(tài)勢(shì)最明顯,改善面積占其總面積的74.10%,植被覆蓋度極顯著上升和顯著上升的面積占35.04%;坡度15°～25°范圍內(nèi)植被覆蓋度無(wú)明顯變化,而當(dāng)坡度>25°時(shí),植被覆蓋度以退化為主,退化面積占其總面積的56.64%,其中,極顯著下降和顯著下降的面積占9.33%;植被覆蓋度平均值在各坡度上無(wú)明顯差異?？梢?jiàn),植被覆蓋度的改善狀況隨著坡度增大呈先上升后下降變化趨勢(shì),植被退化呈先下降后上升變化趨勢(shì),改善效果和退化效果均在2°～6°的坡度范圍達(dá)極值。

圖6 植被覆蓋度及其變化趨勢(shì)與地形因子的相關(guān)性分析Fig.6 Relationship of fractional vegetation cover and its variation trend with topographic factors

2.3.2 植被覆蓋度變化與坡向的相關(guān)性 從圖6-B可看出,植被覆蓋度在正陰坡、半陰坡、半陽(yáng)坡和正陽(yáng)坡的變化趨于一致,均以改善為主,改善面積分別占其總面積的67.15%、66.56%、68.04%和66.63%,極顯著上升和顯著上升面積分別占其總面積的30.08%、29.18%、30.43%和28.91%;在平面上,植被覆蓋度以退化為主,退化面積占其總面積的70.27%,其中極顯著下降和顯著下降的面積占比24.32%;平面植被覆蓋度的平均值略低于其他坡向,但差異不明顯。說(shuō)明植被覆蓋度僅在平面上退化,在正陰坡、半陰坡、半陽(yáng)坡和正陽(yáng)坡上總體上呈改善態(tài)勢(shì)。

2.3.3 植被覆蓋度變化與曲率的相關(guān)性 從圖6-C可看出,曲率范圍為-0.2000～0.0000和0.0000～0.2000地區(qū)的植被覆蓋度以改善為主,改善面積分別占其總面積的66.61%和67.49%,其中極顯著上升和顯著上升面積占比分別為29.54%和29.57%;而曲率范圍為-0.3476～-0.2000和0.2000～0.3545地區(qū)的植被覆蓋度以退化為主,退化面積占其總面積的58.57%和57.05%,其中極顯著下降和顯著下降面積占比分別為11.07%和9.40%;植被覆蓋度的改善狀況隨著曲率的增大呈先上升后下降變化趨勢(shì),而植被覆蓋度退化效果呈先下降后上升變化趨勢(shì);植被覆蓋度平均值在各曲率上無(wú)明顯差異?？梢?jiàn),在曲率較小的地區(qū)植被覆蓋度呈改善態(tài)勢(shì),在曲率較大的地區(qū)植被覆蓋度呈退化趨勢(shì)。

2.3.4 植被覆蓋度變化與高程的相關(guān)性 從圖6-D可看出,西南地區(qū)在高程<3000 m和高程>5000 m地區(qū)的植被覆蓋度以改善為主,其中,在高程<1000 m地區(qū)的植被覆蓋度改善態(tài)勢(shì)最明顯,改善面積占其總面積的76.66%,極顯著上升和顯著上升面積占39.21%;在3000～5000 m高程范圍內(nèi),植被覆蓋度以退化為主,以在3000～4000 m高程的退化趨勢(shì)最明顯,退化面積占其總面積的69.29%,其中極顯著下降和顯著下降的面積占14.91%;植被覆蓋度平均值在高程上差異較明顯,隨著高程的上升呈先上升后下降變化趨勢(shì),在高程超過(guò)4000 m的地區(qū)呈明顯下降趨勢(shì)?？梢?jiàn),當(dāng)高程大于4000 m時(shí),西南地區(qū)植被覆蓋度的平均值明顯低于其他高程,植被覆蓋度隨著高程的上升呈先改善后退化再改善變化趨勢(shì),在3000～4000 m時(shí)植被惡化最嚴(yán)重。

3 討 論

本研究中,2000—2020年西南地區(qū)植被覆蓋度總體呈上升趨勢(shì),得益于長(zhǎng)江中上游防護(hù)林工程、退耕還林還草、封山育林和巖溶地區(qū)石漠化綜合治理工程等一系列生態(tài)林業(yè)工程的實(shí)施;灌叢、針葉林、闊葉林和草甸等的面積得到大幅提升,得益于短期內(nèi)植被覆蓋度得到有效改善[23-24];但植被覆蓋度在2011年呈明顯下降趨勢(shì),應(yīng)與2009—2010年我國(guó)西南地區(qū)出現(xiàn)的重大旱災(zāi)有關(guān)[23,26-27],也與植被生長(zhǎng)對(duì)降水、蒸發(fā)和散發(fā)等水分盈虧的響應(yīng)具有累積效應(yīng)及植被覆蓋度對(duì)氣候變化的響應(yīng)存在滯后效應(yīng)有關(guān)[19,28];在植被類(lèi)型上,栽培植被和草叢的植被覆蓋度改善程度較大,與茆楊等[29]、皇甫江云等[30]的研究結(jié)果一致,其認(rèn)為在人類(lèi)長(zhǎng)期活動(dòng)過(guò)程中,大量土地被辟為農(nóng)田,森林被大量砍伐,生態(tài)的正向演替速度十分緩慢,形成次生草叢植被較多。本研究也發(fā)現(xiàn),四川省成都市及其周邊地區(qū)、四川省與重慶市交界處的植被覆蓋惡化嚴(yán)重,與前人研究結(jié)果一致[22,27-28],說(shuō)明城鎮(zhèn)化及工業(yè)化快速發(fā)展及建設(shè)用地面積的擴(kuò)展,已導(dǎo)致部分地區(qū)植被被非法砍伐、過(guò)度放牧及土壤肥力降低。

西南地區(qū)植被各類(lèi)型及整體的覆蓋度與降水和氣溫均呈正相關(guān),但由于西南地區(qū)降水豐沛,能在一定程度上滿(mǎn)足植被生長(zhǎng)所需,植被生長(zhǎng)對(duì)降水的敏感性降低,而西南地區(qū)地貌復(fù)雜,地形起伏較大,使得氣溫的空間分異較明顯,因此,植被覆蓋度與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)平均值略大于與降水的偏相關(guān)系數(shù)平均值,與已有研究結(jié)果一致[19,29,31];西南地區(qū)整體植被生長(zhǎng)主要響應(yīng)于前0～2個(gè)月降水和氣溫,且不同植被類(lèi)型對(duì)氣候變化的響應(yīng)存在一定差異,與已有研究結(jié)果一致[25,32-35];植被覆蓋度與降水滯后期最長(zhǎng)的是灌叢,最短的是草甸,與氣溫滯后期最長(zhǎng)的是草甸,最短的是栽培植被,與陳亮等[36]、程?hào)|亞和李旭東[37]、張曦月[38]研究認(rèn)為植被類(lèi)型的獨(dú)特生理特性會(huì)引起其對(duì)氣候變化的時(shí)滯效應(yīng)差異的觀點(diǎn)相符。

陳亮等[36]研究發(fā)現(xiàn),在高程差異大的多山地區(qū),隨著高程的上升,植被呈明顯的垂直地帶性分布,表明高程的差異會(huì)影響環(huán)境中水分、熱量和光照條件分布,進(jìn)而影響植被生長(zhǎng)。本研究中,西南地區(qū)的植被覆蓋度平均值在高程上變化明顯,高程對(duì)植被覆蓋度的影響大于其他地形因子;植被覆蓋度隨著高程的上升呈先改善后退化再改善變化趨勢(shì),在高程低于1000 m時(shí)改善最明顯,雖然高程低于1000 m地區(qū)以平原、丘陵和低山為主,受人類(lèi)活動(dòng)影響較大,會(huì)存在部分地區(qū)植被覆蓋度退化現(xiàn)象,但在此范圍內(nèi),降水隨著高程的增加而增加,促進(jìn)了植被生長(zhǎng),且大部分生態(tài)林業(yè)工程的實(shí)施也在此高程范圍,可極大增加植被覆蓋度,與已有研究結(jié)果一致[39-40]。

本研究結(jié)果表明,西南地區(qū)植被覆蓋度的改善效果隨著坡度增大呈先上升后下降變化趨勢(shì),退化效果呈先下降后上升變化趨勢(shì);坡度為0°～15°是植被改善的主要區(qū)域,該區(qū)域充足的水、熱條件可促進(jìn)植被生長(zhǎng),植被覆蓋度較高,植被覆蓋度改善明顯,而坡度>25°是植被覆蓋度退化的主要發(fā)生區(qū)域,由于坡度升高導(dǎo)致坡面上水、熱因子分配產(chǎn)生較大差異,坡度大的地區(qū)積溫少,單位面積上的平均降水量也少,土壤水分容易流失,因此植被退化面積占比大,與已有研究結(jié)果一致[41]。

4 結(jié) 論

2000—2020年西南地區(qū)植被覆蓋度總體上呈上升趨勢(shì),但變化趨勢(shì)在地形因子和植被類(lèi)型上存在差異;植被覆蓋度與降水和氣溫均具有較密切的相關(guān)性,但相關(guān)性和滯后期均存在明顯地域差異。