張學玲,張 瑩,牛德奎,4,張文元,李 志,李真真,郭曉敏,*

1 江西農(nóng)業(yè)大學職業(yè)師范學院,南昌 330045 2 江西農(nóng)業(yè)大學國土資源與環(huán)境學院,南昌 330045 3 江西農(nóng)業(yè)大學林學院,南昌 330045 4 江西省森林培育重點實驗室,南昌 330045

植被覆蓋度是描述生態(tài)系統(tǒng)和反映地表植被分布特征的重要參數(shù),作為區(qū)域生態(tài)環(huán)境改變的重要指標,具有明顯的季候和年際變化特征[1- 5]。因此,植被覆蓋動態(tài)變化監(jiān)測意義深遠。遙感技術(shù)具有快速實時、監(jiān)測范圍廣、人力物力耗費較少、非破壞性等特點[6- 7],被廣泛應用在植被覆蓋動態(tài)研究中,其中植被指數(shù)已普遍用來評估植被覆蓋及其長勢。當前運用較廣的植被指數(shù)有NDVI、PVI、DVI、RVI等幾十種,其中NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,歸一化植被指數(shù))與植被覆蓋度存在很高的正相關(guān)性[8- 11],可以有效識別植被變化信息[12]。使用NDVI的像元二分模型已廣泛應用于植被覆蓋動態(tài)變化的監(jiān)測分析[1,5- 6,13]。

作為我國陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的生態(tài)屏障,草地具備防風固沙和水土保持等生態(tài)功效,對調(diào)節(jié)氣候、促進生態(tài)平衡具有重要作用[14- 15]。國內(nèi)外許多學者運用植被指數(shù)和相關(guān)模型[16,17]估算植被覆蓋度,但草地研究僅限于高寒荒漠草甸[6,14,18]和北方草原[19- 20],針對中亞熱帶山地草甸植被覆蓋度的研究還不多見。江西武功山山地草甸位于中亞熱帶,因其基準海拔低、分布面積廣,對衡量區(qū)域生態(tài)環(huán)境和氣候變化具有重要指示作用。研究顯示植被覆蓋與氣候、地形及人類活動之間的相關(guān)性顯著。氣候因子在長時間序列上對植被生長分布起主要作用,但短期內(nèi)尤其是禾本科植物,植被覆蓋變化主要受人類活動的影響[21]。近幾十年來,由于旅游業(yè)的發(fā)展、過度放牧以及氣候變化的影響,山地草甸生態(tài)系統(tǒng)日益脆弱[22]。武功山作為鄱陽湖流域重要的水源地和天然屏障,生態(tài)地位十分重要,但長期以來針對武功山的研究大多集中在地質(zhì)景觀、旅游開發(fā)和土壤養(yǎng)分以及動植物區(qū)系等領(lǐng)域[23- 25],對其在時空上植被覆蓋動態(tài)變化的研究還未見報道。本文基于Landsat5 TM數(shù)據(jù),提取NDVI,選用像元二分模型,運用ENVI 5.1和ArcGIS 10.0軟件計算得到武功山山地草甸1995、2002、2010和2015年的植被覆蓋度分布格局及動態(tài)變化,并剖析地形因子對草甸植被覆蓋分布格局的影響,以期為中亞熱帶山地草甸植被監(jiān)測與生態(tài)保護提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

武功山(114°05′—114°15′E,27°24′—27°34′N)地處江西省西北部,位居萍鄉(xiāng)市蘆溪縣、吉安市安?？h、宜春市袁州區(qū)三地交界處,地屬羅霄山脈北部,海拔高達1918.3m,為贛江、湘江兩大水系的分水嶺[20],國家4A級旅游景區(qū)。因其海拔較高,山脈垂直陡峻,使氣候、植被、土壤的垂直地帶性分化明顯。武功山山脈屬于中亞熱帶濕潤氣候,年均日照時間在 1580—1800h之間,年平均溫度約為14—18.6℃,年均降雨量為1350—1570mm,整體氣候溫和濕潤。綿延幾萬畝山地草甸主要分布在海拔 1400—1900m,土壤為山地草甸土,土層厚度在30—50cm,有機質(zhì)含量較高。在連綿的草地上,主要有禾本科的芒(Miscanthusspp．)、野古草(Arundinellaanomala)、箭竹(FargesiaspathaceaFranch),莎草科的中華苔草(Carexchinensis)、飄拂草(Fimbristylisdichotoma),菊科的鬼針草(Bidenspilosa)等。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

武功山地處中亞熱帶,氣候溫暖濕潤,雨量充沛,日照較少,云多霧重。為減小季節(jié)變化及雨季云層對山地草甸景觀分析帶來的影響,特選取秋季晴朗無云且日期接近的4個年份的遙感數(shù)據(jù)。研究數(shù)據(jù)主要來自1995、2002、2010、2015年的Landsat5 TM衛(wèi)星影像,地面衛(wèi)星站接收時間分別為1995年10月27日、2002年10月14日、2010年11月5日、2015年10月18日,軌道號為122—41,云量均小于10%,質(zhì)量良好。影像數(shù)據(jù)來源為地理空間數(shù)據(jù)云和美國地質(zhì)調(diào)查局USGS,地圖投影坐標為 UTM—WGS 84投影坐標系;武功山區(qū)域DEM數(shù)據(jù)(1∶10000)來自江西省測繪局。

對TM影像數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)輻射校正以及地面控制點幾何校正,在實地調(diào)查的基礎(chǔ)上,結(jié)合監(jiān)督分類的方法形成1995、2002、2010、2015年武功山4個時期的植被類型圖,并通過人機交互解譯模式進行修正。在此基礎(chǔ)上提取出4期TM影像的山地草甸范圍,分別選用TM影像中第3、4兩個波段的數(shù)據(jù)進行植被覆蓋度的研究,并選取隨機樣點進行遙感解譯精度檢驗。

提取DEM數(shù)據(jù)的山地草甸范圍,運用ArcGIS 10.0軟件的3D分析模塊,生成山地草甸的高程圖、坡度圖及坡向圖。通過重新調(diào)整高程、坡度、坡向分級進行重分類,再與草甸植被覆蓋度分布圖疊加,探討武功山地形因子對山地草甸植被覆蓋度分布格局的影響。

1.3 研究方法

1.3.1 像元二分模型

像元二分模型[26]假定一個像元的地表S由有植被覆蓋地表和裸土覆蓋地表構(gòu)成。若像元完全由植被所覆蓋的純像元遙感信息為Sveg,完全由裸土所覆蓋的純像元遙感信息為Ssoil,則像元植被覆蓋度fc為：

fc=(S-Ssoil)/(Sveg-Ssoil)

(1)

式中,Ssoil和Sveg是兩個關(guān)鍵的因子,要估算像元植被覆蓋度,只需要計算土壤和植被的純像元遙感信息。

該模型除了簡單適用,易于推廣,另一個特點就是通過引入?yún)?shù)減弱了土壤背景、大氣以及植被類型等的影響。

1.3.2 基于NDVI估算植被覆蓋度

歸一化植被指數(shù)(NDVI)為反映植被生長狀態(tài)的重要參數(shù),是遙感圖像中近紅外波段NIR(0.7—1.1μm)的反射值與紅光波段R(0.4—0.7μm)的反射值之差和二者之和的比值。NDVI采用比值形式,能夠消減大部分與太陽角、云陰影、地形和儀器定標等有關(guān)的輻照度變化,以此加強對植被的響應。因此,NDVI是指示植物空間分布密度和生長狀態(tài)的有效因子[27]。

把NDVI代入像元二分模型,即得出基于 NDVI的植被覆蓋度像元二分模型,其公式為：

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

(2)

式中,NDVIsoil是全部由裸土覆蓋區(qū)域的 NDVI值,NDVIveg是全部由植被覆蓋區(qū)域的NDVI值,此模型對各種分辨率的遙感數(shù)據(jù)都適用[28]。

確定NDVImax與NDVImin的值是像元二分模型的關(guān)鍵,因為選用NDVIveg與NDVIsoil一般為遙感影像中置信區(qū)間(已給定置信度)內(nèi)的最大值 NDVImax與最小值NDVImin。本研究分別對4期 NDVI數(shù)據(jù)進行直方圖的統(tǒng)計分析,分別在累積概率95%和5%處確定 NDVImax和NDVImin。因此可轉(zhuǎn)換為公式(3)來計算植被覆蓋度：

FC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVIsoil)

(3)

以此可反演得到武功山山地草甸4個時期的植被覆蓋度。

1.3.3 山地草甸植被覆蓋度等級劃分

因為植被覆蓋度Fc介于[0,1]之間,結(jié)合武功山植被覆蓋的實際情況,并根據(jù)已有研究結(jié)果[29],采用等間距重分類將武功山山地草甸植被覆蓋度分為3個等級：①低覆蓋植被區(qū),Fc<0.3,等級值為1;②中覆蓋植被區(qū),0.3≤Fc<0.6,等級值為2;③高覆蓋植被區(qū),Fc≥0.6,等級值為3。然后依據(jù)分類指標計算,即得到山地草甸各個時期植被覆蓋度的分布格局。

1.3.4 山地草甸各期植被平均覆蓋度

以植被覆蓋度等級面積加權(quán)平均估算山地草甸各期植被平均覆蓋度。若高、中、低植被覆蓋度等級面積分別為S3、S2、S1,對應的覆蓋度取值分別為3、2、1,由公式(4)計算得到武功山山地草甸各時期植被平均覆蓋度。

平均值=(S1×1+S2×2+S3×3)/(S1+S2+S3)

(4)

1.3.5 山地草甸植被覆蓋度動態(tài)分析

利用差值法量化不同時期之間的植被覆蓋度變化ΔFg,如公式(5)：

?Fg=Fgyear2-Fgyear1

(5)

式中,Fgyear1和Fgyear2分別為前后2個不同時期的植被覆蓋度等級。

按以下標準對覆蓋度等級差值進行劃分：①當ΔFg=3時記為極度改善;②當ΔFg=2時記為中度改善;③當ΔFg=1時記為輕微改善;④當ΔFg=0時記為未變化;⑤當ΔFg=-1時記為輕微退化;⑥當ΔFg=-2時記為中度退化;⑦當ΔFg=-3時記為嚴重退化。以此來反映植被覆蓋度變化的程度。

2 結(jié)果與分析

本研究對于解譯結(jié)果的精度檢驗主要是通過在整個研究區(qū)選取隨機樣點90個,然后通過實地調(diào)研以及同一時期的各景觀類型分布圖進行對比,在ENVI 5.1的基礎(chǔ)上分析各景觀類型的解譯精度計算得出,Kappa 指數(shù)分別為0.80(1995年)、0.84(2002年)、0.81(2010年)和0.85(2015年),均達到80%以上,基本可以滿足研究的要求;同時表明了本研究采用的解譯方法是切實而可行的。

2.1 山地草甸植被覆蓋度空間分布特征

將NDVIsoil和NDVIveg代入基于NDVI的像元二分模型,計算得出山地草甸4個時期的植被覆蓋度。運用ENVI 5.1軟件生成山地草甸植被覆蓋度圖,在此基礎(chǔ)上按其等級進行密度分割,得到武功山山地草甸1995年、2002年、2010年和2015年4個時期植被覆蓋度空間格局圖(圖2)。

圖2 武功山山地草甸4個時期植被覆蓋度空間格局Fig.2 Vegetation coverage degree of upland meadow in four periods

分析結(jié)果表明,總體上植被覆蓋度在空間上呈現(xiàn)東南高西北低的分布特征。低覆蓋度草甸區(qū)集中在武功山山脈的部分山脊線上和西北側(cè)坡面的崖壁,而高覆蓋度草甸區(qū)多分布在武功山山脈的東南坡面,坡度相對較緩,說明山地草甸的分布和坡向、坡度密切相關(guān)。在3種植被覆蓋度區(qū)中,高覆蓋度草甸區(qū)所占比例最大,4個時期分別占到山地草甸總體面積的58.31%、69.88%、62.45%和63.69%,反映了武功山山地草甸良好的植被覆蓋狀況。

表1 武功山山地草甸4個時期植被覆蓋度特征

對植被覆蓋度空間分布統(tǒng)計得到各覆蓋度等級的面積,表1中顯示,山地草甸面積20年來呈遞減趨勢,2015年比1995年減少了9.72%。這可能和全球氣候變化,林草過渡帶上移有關(guān)。1995年低植被覆蓋度區(qū)面積占當年草甸面積的7.06%,所占比例遠高于2015年的0.87%,面積高出2.50km2。20世紀90年代武功山山地草甸開展大規(guī)模的放牧,過度踩踏與啃噬可能是研究初期低植被覆蓋度草甸占很大面積的的直接原因。中植被覆蓋度區(qū)面積在20年期間呈先降低后增長的趨勢,但總體上降低,2015年比1995年減少了7.63%,計1.06km2。而高植被覆蓋度區(qū)面積先增加后減少,2010年為最低點22.64km2,2015年比2010年增加1.62%。從1995—2015年的植被覆蓋度圖看,不同時期之間植被覆蓋度有上升和下降,反映出植被覆蓋度在時間序列上的變化。

圖3 山地草甸4個時期平均植被覆蓋度變化趨勢Fig.3 Change trend of average vegetation coverage in four periods

由公式(4)計算得到武功山山地草甸4個時期植被平均覆蓋度(圖3),可以看出研究期間山地草甸平均植被覆蓋度呈波浪式變化。1995—2002年間植被覆蓋度呈增長趨勢,從2.51上升到2.71。之后至2010年期間植被覆蓋度一直降低,在最后5年有所上升,2015年達到2.70。研究期間山地草甸平均植被覆蓋度總體呈上升趨勢。

這可能主要和近20年來的武功山風景區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。1997年武功山風景區(qū)成立,山地草甸從自然狀態(tài)到有序管理狀態(tài),1995年到2002年期間草甸植被覆蓋度從2.51增長到2.71。但隨著旅游業(yè)發(fā)展,旅游設(shè)施建設(shè),游人踩踏、露營,使得武功山的優(yōu)質(zhì)草甸資源受到嚴重威脅。而武功山地處萍鄉(xiāng)、吉安、宜春3市區(qū)的行政交界處,受利益驅(qū)使無序的旅游開發(fā)更加重了山地草甸的退化,2010年期間草甸植被覆蓋度降低至2.62。從2012年以來開展的山地草甸生態(tài)修復是2010年至2015年期間草甸覆蓋度上升的直接原因。隨著管理的不斷完善,植被覆蓋狀況總體上趨于好轉(zhuǎn)。當然,由于自然、社會因素影響的復雜性,山地草甸植被覆蓋度的變化趨勢和20年來氣候因子的波動也有很大關(guān)系。

2.2 山地草甸植被覆蓋度動態(tài)變化

為了揭示武功山山地草甸20年間植被覆蓋度動態(tài)變化過程及特征,采用植被覆蓋度等級的差值量化分析1995—2015年間的4期數(shù)據(jù),通過ENVI 5.1軟件對4期數(shù)據(jù)的植被覆蓋度等級圖分別進行疊加運算,得到山地草甸不同時期各等級植被覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣。

圖4 武功山山地草甸4個時期植被覆蓋度差值Fig.4 Vegetation coverage changes of upland meadow in four periods

由圖4中可以看出,1995—2002年間山地草甸的發(fā)云界北端區(qū)域和九龍山西、南端,植被覆蓋度降低區(qū)域大于增加的區(qū)域,植被狀況有所下降;但在九龍山和百鶴峰的西北坡及發(fā)云界南部的東坡植被覆蓋度有大面積的增加,總體植被狀況好轉(zhuǎn)。2002—2010年山地草甸的北端和白鶴峰鐵蹄峰之間的西北坡以及九龍山西端植被狀況明顯下降,鐵蹄峰附近西南坡植被明顯增加,發(fā)云界以東的區(qū)域植被有所恢復,但整體上為降低趨勢。2010—2015年由于林草過渡帶上移,山地草甸的陰坡低海拔處退化為非草甸類型,陽坡植被覆蓋度增加明顯。1995—2015年20年間,草甸北端覆蓋度下降趨勢明顯,九龍山西端有大面積植被退化,但在白鶴峰鐵蹄峰區(qū)域的北坡、山脊,發(fā)云界南部的東坡植被覆蓋度增加。

表2 1995—2002年山地草甸植被覆蓋度等級轉(zhuǎn)移矩陣

表3 2002—2010年山地草甸植被覆蓋度等級轉(zhuǎn)移矩陣

表4 2010—2015年山地草甸植被覆蓋度等級轉(zhuǎn)移矩陣

從表2—4可以進一步了解各覆蓋度等級植被相互轉(zhuǎn)移面積和比例。1995—2002年間總體植被狀況有所好轉(zhuǎn)的原因是5.65km2的非草甸區(qū)域得以改善,成為不同植被覆蓋度的山地草甸;有1.78km2低覆蓋度草甸轉(zhuǎn)化為中、高覆蓋度草甸,4.50km2中覆蓋度草甸轉(zhuǎn)化為高覆蓋度草甸。改善面積11.94km2高于退化面積10.34km2。2002—2010年期間7.50km2高覆蓋度草甸退化為非草甸用地和中、低覆蓋度草甸,所以盡管同時2.30km2非草甸用地改善為不同植被覆蓋度的草甸,總體仍表現(xiàn)為退化趨勢。2010—2015年草甸覆蓋度變化趨勢有所改變,8.26km2非草甸用地改善為不同植被覆蓋度的草甸,3.35km2草甸覆蓋度明顯增加,在這個期間山地草甸為生態(tài)修復階段。

由表5可以看出,1995—2015年期間8.02km2非草甸面積轉(zhuǎn)移為山地草甸;同時11.92km2各等級植被覆蓋度的草甸轉(zhuǎn)移為非草甸類型。高植被覆蓋度草甸轉(zhuǎn)移明顯,其中9.43km2轉(zhuǎn)化為林地等非草甸用地,是山地草甸面積減少的重要原因。低等級覆蓋度草甸轉(zhuǎn)化為高等級覆蓋度草甸面積為5.14km2,遠大于高等級覆蓋度草甸轉(zhuǎn)化為低等級覆蓋度草甸的面積1.48km2,所以20年間山地草甸植被覆蓋度狀況整體表現(xiàn)出上升的特征。

表5 1995—2015年山地草甸植被覆蓋度等級轉(zhuǎn)移矩陣

2.3 山地草甸植被覆蓋度變化的空間差異性分析

圖5 1995—2015年山地草甸植被覆蓋度變化的空間差異性 Fig.5 Spatial difference of vegetation coverage change of upland meadow in 1995—2015

在研究區(qū)植被覆蓋度等級的差值量化分析的基礎(chǔ)上,對1995—2015年間山地草甸植被覆蓋度等級變化的空間差異進行具體分析(圖5和表6)。

植被覆蓋度等級面積變化統(tǒng)計結(jié)果表明,1995—2015年間全球氣候變化,研究區(qū)復雜的地質(zhì)地形和多樣的人為干擾,使山地草甸退化與改善并存。山地草甸最北端、九龍山的最西端和白鶴峰-九龍山區(qū)域的東南坡、南坡低海拔處植被總體有退化趨勢;發(fā)云界南部的東坡植被呈現(xiàn)改善趨勢。植被退化區(qū)域在20年間面積達到13.39km2,占武功山山地草甸總面積的28.07%,其中重度退化面積為9.43km2,占草甸總面積的19.77%;同時2.83%為中度退化草甸,5.47%為輕度退化草甸。研究期間13.16km2草甸呈現(xiàn)改善特征,占山地草甸總面積的27.58%。其中9.72%為輕度改善區(qū),4.59%為中度改善區(qū),13.26%為極度改善區(qū),其中極度改善面積為6.33km2,所占比例較大。

2.4 山地草甸植被覆蓋度的地形因子分異研究

山區(qū)地形特征是一個多維變量,不同坡向、坡度和高程具有不同的水熱條件分布和養(yǎng)分移動堆積的特點,在某一特征尺度上不同的特征對山地草甸植被覆蓋度的影響強度將會發(fā)生不同梯度的變化[30]。武功山山勢陡峻,地形復雜,對植被覆蓋度的分布格局有很大的影響。

表6 1995—2015年山地草甸植被覆蓋度等級變化

2.4.1 不同坡向植被覆蓋度的變化

將從研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)提取的坡向分為9個坡向帶：平坡、正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西和西北。平坡為0°,正北方向是337.5°—360°和0—22.5°兩個坡向,其余7個坡向分級依次為22.5°—67.5°,67.5°—112.5°,112.5°—157.5°,157.5°—202.5°,202.5°—247.5°,247.5°—292.5°,292.5°—337.5°,然后統(tǒng)計不同坡向的山地草甸植被覆蓋度。

坡向是決定某一坡面接收太陽輻射的強度以及水分分布的一個重要的環(huán)境因子[30]。從圖6可以看出,由于不同的坡向接受的陽光照射的時間以及熱量、水分的差異,植被覆蓋度隨著坡向的變化呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化[31]。山地草甸在東南坡向植被覆蓋度最高,其次是正南坡向和正東坡向;植被覆蓋度最低的是西北坡向和正北坡向。主要因為在陽坡與半陽坡接收的太陽輻射相對較強,晝夜溫差較大,水分蒸發(fā)量較多,更適宜草甸植被的生長[30]。武功山東南坡向的半陽坡,可能是集中了陽坡、陰坡的優(yōu)點,使得水分和溫度更為適中,從而植被覆蓋較陽坡稍高?？傮w上山地草甸植被覆蓋度的分布規(guī)律為陽坡>平坡>陰坡。

2.4.2 不同坡度植被覆蓋度的變化

參照《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—1996),根據(jù)臨界坡度分級法,將草甸分布區(qū)DEM數(shù)據(jù)的坡度重分類為6級,0—5°為第1級,5°—10°為第2級,10°—15°為第3級,15°—25°為第4級,25°—45°為第5級,45°—90°為第6級,然后統(tǒng)計不同坡度級山地草甸的平均植被覆蓋度。

坡度的不同,直接影響到土壤的母質(zhì)組成、土層厚度、有機質(zhì)含量和土壤養(yǎng)分等基本屬性。另外,也影響著太陽輻射的量值和水分分布的差異,從而將進一步影響到坡面的植被覆蓋[30]。從圖7可以看出,植被覆蓋度先是隨著坡度的上升而升高,在坡度15°—25°時達到最高,然后隨坡度的上升而下降,在45°—90°最低。45°—90°和坡度小的區(qū)域之間差異顯著(P<0.05)。坡度大的區(qū)域(45°—90°)植被覆蓋度降低是因為武功山地形復雜,坡陡處因雨水沖刷,造成水土流失,土層較薄,草甸分布稀少,且某些區(qū)域為裸露的巖石和崖壁。

圖6 坡向?qū)ι降夭莸橹脖桓采w度的影響Fig.6 The influence of aspect to vegetation coverage

圖7 坡度對山地草甸植被覆蓋度的影響Fig.7 The influence of slope to vegetation coverage

2.4.3 不同海拔高度植被覆蓋度的變化

為了分析海拔高度對植被覆蓋度的影響,將草甸范圍的DEM數(shù)據(jù)進行重分類為7個高程帶,海拔范圍分別是 ≤800,800—1000,1000—1200,1200—1400,1400—1600,1600—1800,1800—1918.3m,分為7個等級,然后統(tǒng)計山地草甸不同高程帶的植被覆蓋度。

圖8 高程帶對山地草甸植被覆蓋度的影響Fig.8 The influence of elevation zone to vegetation coverage

從圖8可以看出,不同高程帶之間無顯著性差異(P>0.05),植被覆蓋度隨海拔升高呈波浪式下降,1000—1200m最高,在海拔1800—1918.3m最低。表明隨著高程的增加,氣溫下降,降雨量、相對濕度及風力在一定高度上則隨之增加,土壤狀況隨著高程的變化也呈現(xiàn)垂直地帶性的變異。這些自然環(huán)境狀況隨高程變化的規(guī)律同時也影響著山地草甸覆蓋度的分布,使之越來越低[30]。加之金頂作為核心景區(qū),受到旅游活動影響最為嚴重,所以山頂山地草甸退化明顯。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

以武功山山地草甸為研究區(qū),基于1995、2002、2010和2015年4期TM遙感影像,提取NDVI,采用像元二分模型,運用ENVI 5.1和ArcGIS 10.0軟件計算得到研究區(qū)的植被覆蓋度分布格局與動態(tài)及其與地形因子的相關(guān)性。

(1)研究期間山地草甸面積呈遞減趨勢,2015年比1995年減少了9.72%。不同時期之間植被覆蓋度有上升和下降,20年來隨著武功山風景區(qū)成立—旅游業(yè)發(fā)展—山地草甸生態(tài)修復,山地草甸平均植被覆蓋度先升高再降低,然后再升高,總體呈上升趨勢,反映了植被覆蓋度在時間序列上的變異。

(2)植被覆蓋度空間格局特征分析表明,總體上植被覆蓋度呈現(xiàn)出東南高西北低的空間分布特征。低覆蓋度草甸區(qū)集中在武功山山脈的西北側(cè)坡面的崖壁和部分山脊線上,而高覆蓋度草甸區(qū)多分布在武功山山脈坡度較緩的東南坡面。在3種植被覆蓋度區(qū)中,高覆蓋度草甸區(qū)所占比例最大,反映了武功山山地草甸良好的植被覆蓋狀況。

(3)研究區(qū)山地草甸退化與改善并存。山地草甸最北端和白鶴峰-九龍山區(qū)域的東南坡、南坡低海拔處植被總體呈退化特征;發(fā)云界南部的東坡植被總體呈改善特征。研究期間山地草甸總面積的44.35%覆蓋度等級未變化,退化面積占草甸總面積的28.07%,草甸總面積的27.58%的植被得到改善。

(4)地形因子對山地草甸植被覆蓋度分布格局的影響顯著(P<0.05)：植被覆蓋度隨著坡向的變化而呈規(guī)律性的變化,總體上山地草甸植被覆蓋度的分布為陽坡>平坡>陰坡;植被覆蓋度先是隨著坡度的上升而升高,在坡度15°—25°時達到峰值,然后隨坡度的上升而下降,在45°—90°達到最低,45°—90°和坡度小的區(qū)域之間差異顯著(P<0.05);植被覆蓋度隨海拔升高呈波浪式下降,1000—1200m最高,在主峰海拔1800—1918.3m最低。

3.2 討論

研究表明,利用NDVI進行植被蓋度監(jiān)測能夠消弱由各種環(huán)境因子帶來的噪音和干擾[32],使用NDVI的像元二分模型對植被覆蓋度模擬,其精度對比其他植被指數(shù)靈敏度較高[6]。本研究將 NDVIsoil和 NDVIveg代入基于NDVI的像元二分模型,得到武功山20年間山地草甸植被覆蓋度的空間演變過程,同時遙感解譯精度檢驗結(jié)果證明采用此方法對大面積山地草甸覆蓋度分布及變化進行反演可行而準確。

在數(shù)據(jù)源上,本研究采用4個年度節(jié)點的TM遙感影像數(shù)據(jù),未使用多源NDVI數(shù)據(jù)集進行相互驗證。草地覆蓋具有明顯的時空動態(tài)性,并且受植被類型、人類活動、氣候變化等條件的影響,植被覆蓋度的最大值和最小值與研究區(qū)所在區(qū)域、時相、植被類型和圖像空間分辨率等因素有關(guān)[26]。另外,本研究TM影像數(shù)據(jù)來自10—11月份,此時部分群落如芒、野古草、飄拂草已經(jīng)枯黃,這可能是本研究中NDVIveg值比實測值偏低的原因。因此,在后續(xù)的研究中應采用不同季相的多期影像數(shù)據(jù)提取NDVI對研究區(qū)植被覆蓋度進行長期監(jiān)測,并探索使用時相變換方法[33],以更準確可靠地分析山地草甸演化過程和趨勢。

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