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        水熱條件和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)山西省植被覆蓋變化的影響

        2014-01-26 09:26:14張嘉琪任志遠(yuǎn)
        水土保持通報(bào) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:降水量氣溫山西省

        張嘉琪,任志遠(yuǎn),張 翀

        植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,既是生態(tài)系統(tǒng)存在的基礎(chǔ),又是聯(lián)結(jié)土壤、水分和大氣的天然紐帶,它維持著生態(tài)系統(tǒng)平衡,在陸地表面的能量交換過(guò)程、水文循環(huán)過(guò)程和生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中扮演著重要的角色。植被覆蓋度顯示了植被的茂密程度以及植物進(jìn)行光合作用面積的大小,是反映地表植被群落生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)的重要指標(biāo)和描述生態(tài)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化有著重要的指示作用[1]。在全球變化研究中,自然因素和人為因素對(duì)植被覆蓋變化的影響以及植被覆蓋對(duì)影響因素的反饋現(xiàn)在已成為全球變化的研究熱點(diǎn)[2-3]。一方面,氣候變化對(duì)植被覆蓋變化的響應(yīng)作用非常明顯[4],它主要通過(guò)氣溫和降水來(lái)影響有效積溫和可利用水分來(lái)調(diào)控植物光合作用、呼吸作用及土壤有機(jī)碳分解等進(jìn)而影響 植 物 的 生 長(zhǎng) 和 分 布[5]。 國(guó) 內(nèi) 外 學(xué) 者[6-11]利用NDVI數(shù)據(jù)分析氣候與植被覆蓋變化的關(guān)系作了大量的研究,結(jié)果表明NDVI與氣候因子具有較高的相關(guān)性,如降水量、蒸發(fā)量、溫度等。另一方面,植被覆蓋的時(shí)空變化是氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)相互作用的結(jié)果[12],尤其在是人類(lèi)活動(dòng)影響日益劇烈的今天,農(nóng)業(yè)活動(dòng)、生態(tài)建設(shè)、城市建設(shè)、土地利用、水土保持等都使得植被覆蓋的變化深刻地記錄上人類(lèi)活動(dòng)的烙印。但許多學(xué)者在研究植被覆蓋變化時(shí),對(duì)氣候要素的關(guān)注較多,對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的因素考慮較少,導(dǎo)致影響植被覆蓋變化驅(qū)動(dòng)因素的客觀性降低。本文以山西省作為研究區(qū)域,分析1999—2010年該省水熱條件和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋變化的影響,旨在揭示各因素影響下的植被覆蓋變化過(guò)程,為人類(lèi)更好地建設(shè)地方生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)的決策依據(jù)。并基于1999—2010年的SPOT Vegetation旬值NDVI數(shù)據(jù)獲取山西省地表植被覆蓋度的時(shí)空變化信息,結(jié)合研究區(qū)同期降水量和溫度的數(shù)據(jù),從時(shí)間尺度和空間尺度上分別對(duì)山西省生長(zhǎng)季內(nèi)(4—10月)植被覆蓋對(duì)降水和氣溫的相關(guān)性做分析,并嘗試將降水因素和氣溫因素分離,從而進(jìn)一步得出人類(lèi)活動(dòng)對(duì)山西省植被覆蓋變化的影響。

        1 研究區(qū)概況

        山西省是中國(guó)的一個(gè)內(nèi)陸省份,地處華北西部的黃土高原東部地帶,東起太行山,與河北省為鄰;西、南沿黃河與陜西省、河南省隔河相望;北抵外長(zhǎng)城,與內(nèi)蒙古自治區(qū)毗連。東西長(zhǎng)約682km,南北寬約385km。地理位置在東經(jīng)110°14′—114°33′,北緯34°34′—40°44′之間。全省總面積為1.56×105km2,占全國(guó)總面積的1.6%。山西省地形較為復(fù)雜,地勢(shì)北高南低,境內(nèi)有山地、丘陵、高原、盆地、谷地、臺(tái)地等多種地貌類(lèi)型交錯(cuò)分布,以山地、丘陵為主,占總面積的2/3以上。省內(nèi)平均海拔在1 000m左右,其中,北部大部分地區(qū)海拔在1 000~2 000m之間,而南部地區(qū)海拔僅在500~900。東有太行山,西有呂梁山,北有恒山、五臺(tái)山,南有中條山,中有太岳山。中部地區(qū)由北向南分布有大同、忻州、太原、臨汾、長(zhǎng)治和運(yùn)城等盆地。汾河為主要河流。

        山西省地處亞歐大陸東岸中緯度的內(nèi)陸,處于干旱、半干旱地區(qū),屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫為3~14℃,但由于受地形和地勢(shì)的影響,南北氣侯差異顯著,晝夜溫差也較大;日照時(shí)間長(zhǎng),熱量資源較為豐富;降水稀少,年平均降水量在400~650 mm,但季節(jié)分布不均,主要集中在6—8月且多為暴雨,其降水量約占全年的60%以上。同時(shí),蒸發(fā)量也較大,全年蒸發(fā)量可達(dá)600~1 000mm,為降水量的2~3倍,所以山西省出現(xiàn)“十年九旱”的氣候特點(diǎn)。從整體上看,山西省缺水狀況相當(dāng)嚴(yán)重,造成植被覆蓋度降低,土壤土質(zhì)黏結(jié)度差,加之人類(lèi)長(zhǎng)期不合理的利用土地,導(dǎo)致水土流失十分嚴(yán)重,生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱。

        2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

        2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

        2.1.1 NDVI空間數(shù)據(jù)集 所用數(shù)據(jù)為1999—2000年SPOT Vegetation旬值NDVI數(shù)據(jù),來(lái)自于比利時(shí)弗萊芒技術(shù)研究所。本數(shù)據(jù)集選取時(shí)間為1999—2010年,已經(jīng)過(guò)幾何校正、輻射校正、大氣校正等預(yù)處理,并且已采用最大值合成法(maximum value composite,MVC)以減少云、大氣、太陽(yáng)高度角等的影響,數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率為10d,空間分辨率為1km。在使用前,為了更明顯地反映地表植被覆蓋情況,先提取出生長(zhǎng)季(4—10月)的平均NDVI數(shù)據(jù),這是因?yàn)樵谏L(zhǎng)季內(nèi),NDVI平均值分別與降水量和氣溫的平均值有著相關(guān)性,因此使用生長(zhǎng)季NDVI的年平均值作為每年的NDVI值[13]。

        2.1.2 氣象數(shù)據(jù) 氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng),選取1999—2010年山西省及其周邊完整且均勻分布的19個(gè)氣象站臺(tái)的旬值降水量和旬值氣溫?cái)?shù)據(jù)資料。由于生長(zhǎng)季的降水量和氣溫的平均值分別與NDVI平均值具有很強(qiáng)的相關(guān)性,所以本研究利用生長(zhǎng)季平均的降雨量和氣溫值作為每年的降水量值和氣溫值[13]。首先計(jì)算出每年每旬降水量和氣溫的累積值,再根據(jù)累積值求出其平均值,然后在ArcGIS 10.1平臺(tái)下通過(guò)反距離加權(quán)插值(inverse distance weighted,IDW)將降水、氣溫?cái)?shù)據(jù)生成與NDVI數(shù)據(jù)具有同樣投影和空間分辨率的柵格數(shù)據(jù)。

        2.2 研究方法及數(shù)據(jù)處理

        2.2.1 Sen+Mann—Kendall法 生長(zhǎng)季年際平均NDVI是將每年生長(zhǎng)季內(nèi)的NDVI累加,計(jì)算出4—10月的年平均值,將這個(gè)值作為生長(zhǎng)季的年平均NDVI值。在Matlab環(huán)境下,利用Sen趨勢(shì)方法分析1999—2010年植被變化趨勢(shì)的空間分布特征,并通過(guò)Mann—Kendall方法進(jìn)行檢驗(yàn),置信度為0.05。Sen趨勢(shì)度的公式為:

        式中:xj,xi——序列數(shù)據(jù)。若β>0時(shí)表示上升趨勢(shì),反之表示下降趨勢(shì)。

        2.2.2 殘差分析法 影響植被覆蓋變化的因素主要包括氣候因素和人為因素,在氣候因素中,由于降水因子和氣溫因子的作用存在于NDVI變化的結(jié)果中,通過(guò)剔除生長(zhǎng)季平均NDVI長(zhǎng)時(shí)間序列變化中降水因素和氣溫的影響,將植被覆蓋變化中的自然因素和人為因素分離開(kāi)來(lái)。具體做法是在每個(gè)柵格單元上分別建立生長(zhǎng)季NDVI與降水和氣溫的回歸模型,通過(guò)該回歸模型來(lái)預(yù)測(cè)每一個(gè)柵格單元上每年的生長(zhǎng)季NDVI值,然后用遙感觀測(cè)的NDVI真實(shí)值減去預(yù)測(cè)的NDVI值得到每年生長(zhǎng)季NDVI的殘差,以此作為人為因素對(duì)植被覆蓋變化的影響[14],再對(duì)生長(zhǎng)季的NDVI殘差序列與其相對(duì)應(yīng)的時(shí)間計(jì)算出相關(guān)系數(shù)。用得到的相關(guān)系數(shù)來(lái)表示山西省生長(zhǎng)季NDVI殘差年際變化趨勢(shì)的空間分布并進(jìn)行相關(guān)性顯著檢驗(yàn)。殘差法的表達(dá)式為:

        2.2.3 相關(guān)分析法 地理要素之間相關(guān)分析的任務(wù),是揭示地理要素之間相互關(guān)系的密切程度。而地理要素之間相互關(guān)系密切程度的測(cè)定,主要通過(guò)相關(guān)系數(shù)的計(jì)算與檢驗(yàn)來(lái)完成。

        生長(zhǎng)季平均NDVI與降水量及氣溫的相關(guān)性分析是通過(guò)逐柵格計(jì)算山西省1999—2010年生長(zhǎng)季平均NDVI與降水量及之間的相關(guān)系數(shù),并進(jìn)行p<0.1和0.01<p<0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 生長(zhǎng)季平均NDVI變化特征

        3.1.1 生長(zhǎng)季平均NDVI年際變化趨勢(shì) 山西省1999—2010年近12a來(lái),年際平均NDVI變化趨勢(shì)如圖1所示。從整體的年際變化上看,1999—2010年植被生長(zhǎng)季平均NDVI呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì),其增加速率為0.199 4/a,通過(guò)了0.05的置信度檢驗(yàn),表明植被覆蓋率顯著增加。NDVI變化分為6個(gè)階段,即3個(gè)上升階段3個(gè)下降階段,并分別在2000,2004和2008年出現(xiàn)波峰,其中以2004年的波峰最為明顯;而在2001和2006年出現(xiàn)波谷。

        圖1 山西省1999-2010年生長(zhǎng)季年際平均NDVI的變化趨勢(shì)

        3.1.2 生長(zhǎng)季平均NDVI空間格局變化特征 從各區(qū)域之間來(lái)看,存在著明顯的空間差異性。附圖7是先將研究區(qū)內(nèi)每個(gè)柵格的年內(nèi)生長(zhǎng)季平均NDVI序列與其相對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列進(jìn)行計(jì)算得出相關(guān)系數(shù),用計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)來(lái)表示山西省植被覆蓋生長(zhǎng)季年際變化趨勢(shì)的空間分布,若系數(shù)為正,表示生長(zhǎng)季內(nèi)平均NDVI值與植被覆蓋的變化呈正相關(guān),即在生長(zhǎng)季內(nèi)平均NDVI值呈上升趨勢(shì),植被的覆蓋度就逐漸增加;反之,在生長(zhǎng)季內(nèi)平均NDVI值呈下降趨勢(shì),植被的覆蓋度就逐漸減少。此外,再對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性水平檢驗(yàn),并給出了極顯著(p<0.01)與顯著(0.01<p<0.05)檢驗(yàn)的植被生長(zhǎng)季平均NDVI年際變化趨勢(shì)的空間分布(附圖7)。

        從附圖7中可以看出,山西省大部分地區(qū)NDVI均有增加趨勢(shì),其中極顯著增加區(qū)域達(dá)72.94%,主要分布在山西省的黃土丘陵溝壑區(qū)及山區(qū),包括東部的太行山脈、陽(yáng)泉市、晉中市及周邊各縣市;西部的呂梁山脈(管涔山,蘆芽山等);南部的中條山及沁水縣、陽(yáng)城縣等;北部的恒山,以及忻州市邊緣的各縣市如五臺(tái)縣、代縣、偏關(guān)縣、岢嵐縣等。該區(qū)域由于受到大氣環(huán)流及地形影響,降水較多,植被生長(zhǎng)較為茂密,加之近年來(lái)山西省著力實(shí)施植樹(shù)造林的綠化工程,使得生態(tài)環(huán)境得到十分顯著的改善。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速的省會(huì)城市以及各地級(jí)市所在的地形單元中,如太原盆地、臨汾盆地、運(yùn)城盆地、長(zhǎng)治盆地、忻定盆地、大同盆地及其周邊地區(qū),生長(zhǎng)季平均NDVI呈不顯著變化或者顯著增加趨勢(shì)。在太原市中心地區(qū)以及晉北地區(qū)的大同市、朔州市等生長(zhǎng)季平均NDVI出現(xiàn)小范圍的顯著減小和極顯著減小,這部分地區(qū)占總面積的0.21%,它與顯著增加和極顯著增加區(qū)域相互交織在一起,說(shuō)明這些地區(qū)植被覆蓋變化的趨勢(shì)漸漸趨于緩和且生長(zhǎng)情況較為復(fù)雜,這可能與當(dāng)?shù)氐牡孛?、氣候條件等存在一定的聯(lián)系,同時(shí)也與這些地區(qū)城市化進(jìn)程的加快,人類(lèi)不合理的開(kāi)礦及其它建設(shè)有密切聯(lián)系,使得植被破壞,地表裸露。

        3.2 生長(zhǎng)季平均NDVI與氣候因子的相關(guān)關(guān)系

        3.2.1 生長(zhǎng)季平均NDVI與降水量的相關(guān)性分析降水對(duì)植被的生長(zhǎng)具有重要的影響,尤其是對(duì)以干旱半干旱氣候?yàn)橹鞯纳轿魇?lái)說(shuō),水分條件是植被生長(zhǎng)發(fā)育的制約因子,降水對(duì)植被的空間分布有著決定性的意義[12]。由附圖8可以看出,山西省生長(zhǎng)季植被NDVI與降水量的相關(guān)性從整體上呈現(xiàn)出由北向南逐漸減少的特點(diǎn)。其中呈正相關(guān)的面積占總面積的98.54%,有0.23%和1.34%的面積分別通過(guò)了p<0.01和0.01<p<0.05的顯著性水平檢驗(yàn),主要分布在忻定盆地,滹沱河流域周?chē)按笸璧?,以及晉城澤州盆地等地區(qū),表明這些地區(qū)的植被對(duì)降水的依賴(lài)程度較高。占總面積1.59%的地區(qū)NDVI與降水量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),主要分布在五臺(tái)山周?chē)?,太原盆地,運(yùn)城盆地以及呂梁山脈南段。圖1和圖2對(duì)比顯示,在NDVI顯著上升的同時(shí),平均降水量也在顯著上升,其速率為3.676 8/a。平均降水量的趨勢(shì)線與NDVI的趨勢(shì)線十分相似,分別出現(xiàn)3個(gè)波峰和波谷,波峰出現(xiàn)在2000,2003,2007年;波谷出現(xiàn)在2001,2005,2009年。說(shuō)明植被在生長(zhǎng)季的平均NDVI與降水的相關(guān)性比較高,使得降水量成為植被生長(zhǎng)的限制性因素[15]。

        附圖8中植被與降水的相關(guān)性所表現(xiàn)出的這種空間分布形態(tài)與當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境條件有著密切的聯(lián)系。在自然地理環(huán)境條件下,降水量對(duì)植被覆蓋的影響受地形的影響很大,在山區(qū)較多,盆地較少;同時(shí)也受區(qū)域水文條件的不同而變化,在非沿河流域,降水對(duì)植被覆蓋的影響較大;此外,還與地表覆蓋的植被類(lèi)型有關(guān),不同植被類(lèi)型獲取土壤水分能力的大小是不同的,地表的植被覆蓋為耕地、草地和灌叢,降水量對(duì)其影響較大。因此,有必要對(duì)不同植被類(lèi)型的NDVI與降水量的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

        圖2 山西省1999-2010年年際平均降水量和平均氣溫的變化趨勢(shì)

        根據(jù)研究區(qū)的植被類(lèi)型圖,計(jì)算出不同植被類(lèi)型在1999—2000年內(nèi)生長(zhǎng)季的平均NDVI值,對(duì)不同的植被類(lèi)型在生長(zhǎng)季的平均NDVI值與降水量做相關(guān)性統(tǒng)計(jì),得出Pearson相關(guān)系數(shù),以分析不同植被類(lèi)型NDVI的變化特征(表1)。由表1得出,山西省不同植被類(lèi)型NDVI值與降水量的相關(guān)性程度由高到低的順序?yàn)椋阂荒暌皇旒Z作和耐寒經(jīng)濟(jì)作物>草原和稀樹(shù)灌木草原>針葉林>灌叢和萌生矮林>一年兩熟或兩年三熟旱作和暖溫帶落葉經(jīng)濟(jì)林(果樹(shù)園)>闊葉林。其中一年一熟糧作和耐寒經(jīng)濟(jì)作物以及草原和稀樹(shù)灌木草原的NDVI與降水的相關(guān)性最高,分別達(dá)到0.537和0.518。表明隨著降水量的增加,這兩種植被的NDVI值提高得速度越快,這是由于處在干旱半干旱的山西省降水稀少,蒸發(fā)量大,年降水量?jī)H在400~650mm,且季節(jié)分配不均勻,使得糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物以及草地、低矮灌叢地等對(duì)水分條件的依賴(lài)程度較高。

        表1 不同植被類(lèi)型生長(zhǎng)季平均NDVI與降水量的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

        3.2.2 生長(zhǎng)季平均NDVI與氣溫的相關(guān)性分析 受太陽(yáng)輻射等天文因素的影響,溫度的變化對(duì)植被的季節(jié)性生長(zhǎng)也起到一定作用[16]。由附圖9可以看出,山西省大部分地區(qū)的植被生長(zhǎng)季平均NDVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)為負(fù),只有恒山,五臺(tái)山一帶,忻定盆地以及長(zhǎng)治、晉城的東部地區(qū)植被在生長(zhǎng)季的平均NDVI與氣溫的相關(guān)指數(shù)稍高些,但最高也只達(dá)到了0.374,呈正的弱相關(guān)關(guān)系。通過(guò)對(duì)比圖1和圖2,年平均氣溫的增加速率僅為0.008 5/a,說(shuō)明氣溫與NDVI的相關(guān)性較低。6—10月是山西省植被生長(zhǎng)最為旺盛的時(shí)期,水熱條件和光照條件比一年當(dāng)中其它時(shí)期充沛得多。將每個(gè)柵格中生長(zhǎng)季平均NDVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行平均,得到平均相關(guān)系數(shù)為-0.415,呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,即當(dāng)溫度升高,植被覆蓋率減少。這是由于溫度的升高一方面為植被提供熱量,促進(jìn)植被的生長(zhǎng),NDVI值迅速增長(zhǎng);另一方面溫度超過(guò)了植被生長(zhǎng)的適宜溫度,增加地表的蒸發(fā)量,使土壤水分流失并不斷干化,導(dǎo)致植被生長(zhǎng)缺水,NDVI值減少,這對(duì)于處在干旱半干旱地區(qū)的植被生長(zhǎng)十分不利。顯然,單從溫度條件來(lái)講,后者是影響山西省植被覆蓋的主要原因。

        對(duì)統(tǒng)計(jì)不同植被類(lèi)型生長(zhǎng)季的平均NDVI與氣溫做相關(guān)性統(tǒng)計(jì)如表2所示。由于所得系數(shù)是對(duì)同種植被的NDVI求平均值,可得所有植被類(lèi)型的NDVI與氣溫的相關(guān)性系數(shù)都為負(fù),表明所有植被在溫度升高時(shí),平均植被覆蓋率下降。這可能是由于在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,對(duì)NDVI和氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行多年平均所導(dǎo)致的;若將降水因素考慮進(jìn)來(lái),降水量增量小于由于溫度升高引起的蒸發(fā)量增量,導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)植被覆蓋率下降,水土流失現(xiàn)象加劇。

        表2 不同植被類(lèi)型生長(zhǎng)季平均NDVI與氣溫的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)表

        3.3 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋變化的影響

        自然因素如降水、氣溫、地形、土壤、水文條件為植被覆蓋的空間分布奠定了總體格局[17],其中降水量和氣溫的變化是影響植被覆蓋變化的主要原因。但是近年來(lái)由于人類(lèi)采取不同的方式對(duì)地表生態(tài)環(huán)境進(jìn)行干擾,引起地表過(guò)程和自然演化進(jìn)程越來(lái)越顯著,使得人類(lèi)活動(dòng)成為植被覆蓋變化不可忽視的驅(qū)動(dòng)因素。通過(guò)殘差法剝離了降水和氣溫對(duì)植被覆蓋變化的影響,得到人類(lèi)活動(dòng)作用下的影響。附圖10為山西省生長(zhǎng)季NDVI殘差年際變化趨勢(shì)空間分布的顯著性檢驗(yàn)圖。從附圖10可以看出,1999—2010年山西省大部分地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋的影響總體是顯著增加的趨勢(shì),但人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)季影響主要存在兩個(gè)方面:(1)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)季NDVI的增加起到促進(jìn)的作用,即人類(lèi)活動(dòng)的正影響。(2)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)季NDVI起到抑制的作用,即人類(lèi)活動(dòng)的負(fù)影響。如附圖10所示,人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被的正影響區(qū)域(92.98%)遠(yuǎn)大于負(fù)影響區(qū)域(0.533%)。

        植被NDVI的殘差呈現(xiàn)顯著增加的區(qū)域主要集中在西部的呂梁山脈,包括蘆芽山、管芩山、以及汾河下游的臨汾盆地,南部的中條山、晉城以西,東部的太行山脈以西,忻州的東部、陽(yáng)泉、晉中地區(qū)東部、長(zhǎng)治地區(qū)北部等。說(shuō)明這些地區(qū)植被的生長(zhǎng)不能僅用降水因素來(lái)解釋?zhuān)貏e是那些與降水呈負(fù)相關(guān)性的區(qū)域,植被NDVI的變化在很大的程度上體現(xiàn)出了人類(lèi)活動(dòng)的影響。如汾河下游的臨汾盆地,化肥農(nóng)藥的大量使用和農(nóng)田灌溉水利設(shè)施的建設(shè)等人來(lái)活動(dòng)促進(jìn)了植被覆蓋的增加。加之近些年來(lái)國(guó)家出臺(tái)了一系列的森林保護(hù)工程、退耕還林以及水土流失治理等相關(guān)政策法規(guī),促進(jìn)了山西省植被覆蓋度的增加,生態(tài)效益正在日益顯現(xiàn)。

        植被NDVI的殘差呈顯著減少的區(qū)域主要分布在太原盆地內(nèi)部,包括太原市,古交縣,介休市、孝義市,在朔州市,河津市,長(zhǎng)治潞城,大同,晉城地區(qū)內(nèi)部也有零星分布。說(shuō)明這些地區(qū)植被的生長(zhǎng)狀況落后于降水和氣溫預(yù)測(cè)的植被生長(zhǎng)狀況,可能是由于人類(lèi)活動(dòng)引起土地退化,植被覆蓋減少。其中一個(gè)重要體現(xiàn)是在太原市西山煤礦、朔州寧武煤礦、大同煤礦、介休、晉城等煤礦區(qū)植被NDVI的殘差呈顯著減少,其可能的原因是人類(lèi)不合理對(duì)煤炭資源的開(kāi)發(fā)導(dǎo)致地表土層破壞,導(dǎo)致土壤肥力下降,水土流失嚴(yán)重,NDVI值降低;同時(shí)改變了土地的利用方式,造成土地退化,植被被進(jìn)一步破壞,生態(tài)環(huán)境惡化。人類(lèi)活動(dòng)的另一個(gè)表現(xiàn)為在經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快的省會(huì)城市及以地級(jí)市為中心的地區(qū)如太原、大同和長(zhǎng)治地區(qū),人口大量集聚,工業(yè)化及城市化進(jìn)程的加快導(dǎo)致建設(shè)用地?cái)U(kuò)張,植被NDVI的顯著減少。

        此外,通過(guò)對(duì)比附圖7和附圖10可以看出,NDVI殘差的變化與NDVI變化的空間分布形式非常相似,可以理解為山西省植被NDVI的變化除了響應(yīng)降水和氣溫的自然因素外,呈顯著增加或減少的區(qū)域很大程度上都是由于人類(lèi)活動(dòng)引起的,也就是說(shuō),人類(lèi)活動(dòng)無(wú)論是對(duì)山西省植被覆蓋的改善還是破壞都起到了關(guān)鍵作用。

        4 結(jié)論

        (1)從年際變化上看,1999—2010年植被生長(zhǎng)季平均NDVI呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì),其增加速率為0.199 4/a;從空間變化來(lái)看,研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)NDVI均有增加趨勢(shì),其中極顯著增加區(qū)域達(dá)72.94%,主要分布在山西省的黃土丘陵溝壑區(qū)及山區(qū);而下降趨勢(shì)地區(qū)的面積僅為研究區(qū)面積的0.21%,成不均勻零星分布。

        (2)NDVI與降水量具有顯著的相關(guān)性,山西省生長(zhǎng)季植被NDVI與降水量的相關(guān)性從整體上呈現(xiàn)出由北向南逐漸減少的特點(diǎn)。占總面積98.54%的生長(zhǎng)季植被平均NDVI與降水呈正相關(guān)。其中極顯著和顯著變化的區(qū)域僅占0.23%和1.34%。NDVI與氣溫的相關(guān)性不高,平均相關(guān)系數(shù)為-0.415。NDVI與降水之間的相關(guān)性高于NDVI與溫度之間的相關(guān)性,表明植被在生長(zhǎng)季的平均NDVI與降水的相關(guān)性比氣溫要高。

        (3)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)山西省植被覆蓋變化有很大的影響,植被NDVI殘差年際變化的正相關(guān)區(qū)域面積要大于負(fù)相關(guān)面積,正影響區(qū)域占92.98%,負(fù)影響區(qū)域占0.533%。說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被促進(jìn)作用要強(qiáng)于抑制作用。

        (4)山西省植被覆蓋變化是氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)共同作用的結(jié)果。本研究?jī)H在大尺度上分析了兩大因素對(duì)植被覆蓋率變化的影響,但具體到小區(qū)域范圍內(nèi),植被覆蓋的變化受氣候因素影響更大還是人類(lèi)活動(dòng)影響更大仍需綜合考慮后進(jìn)行深入研究。同時(shí),人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋影響的表現(xiàn)形式可根據(jù)研究區(qū)的具體情況進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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