夏會娟,孔維靜,孫建新,侯利萍

1 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,北京 100083 2 中國環(huán)境科學(xué)研究院流域水生態(tài)保護(hù)技術(shù)研究室,北京 100012

河岸帶作為水陸交錯帶在河流生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用,具有廊道、緩沖帶和護(hù)岸三大功能[1]。河岸植被是河岸帶的重要組成部分,可以通過削減污染物、提供養(yǎng)分和能量以及調(diào)節(jié)河流微氣候等功能改善河流水質(zhì)和維持水生生物多樣性[2- 3]。然而,全球20%以上的河岸植被已經(jīng)消失,剩余部分也在逐漸退化和消失[1, 3]。鑒于河岸植被在河岸帶生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用,河岸植被常被用作河岸帶退化和恢復(fù)的評價指標(biāo),植被恢復(fù)成為河岸帶生態(tài)恢復(fù)的主要目的[4]。因此,研究植被時空動態(tài)及其驅(qū)動因素是恢復(fù)河岸植被和保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

歸一化植被指數(shù)(NDVI)常被用來表征植被覆蓋狀況,是目前應(yīng)用最廣泛的植被指數(shù)[5- 8]。國內(nèi)外眾多學(xué)者已利用長時間序列的NDVI數(shù)據(jù)開展了植被動態(tài)研究[9- 12]。植被動態(tài)受自然因素(包括氣候和地形地貌等)和人為因素的影響[6],其中氣候因素受到廣泛關(guān)注。氣候因素對植被覆蓋動態(tài)的驅(qū)動作用隨著降水量的不同而發(fā)生變化[13- 14]。Hou等[8]發(fā)現(xiàn)年降水量高于900 mm的中國西南地區(qū)NDVI受溫度的影響比降雨更大;而干旱區(qū)域的NDVI受降水量的影響更大[13, 15]。另外,氣候因素對NDVI的影響具有時間尺度效應(yīng)和時滯效應(yīng)[14,16- 17],通過研究不同時間尺度上(年、季和月)NDVI的時間動態(tài)及其與氣候因素的關(guān)系可以較為全面地反映氣候因素對植被動態(tài)的驅(qū)動作用。人為因素主要是通過改變土地利用/土地覆被變化影響植被覆蓋[5]。例如,農(nóng)牧耕作和城市建設(shè)等對植被覆蓋產(chǎn)生負(fù)面影響,而退耕還林還草工程促進(jìn)植被恢復(fù)[18- 20]。

為了研究土地利用/土地覆被變化對植被覆蓋動態(tài)的影響,本文以遼河保護(hù)區(qū)為研究對象,對比研究遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后的植被覆蓋時空動態(tài)及其驅(qū)動因素。遼河保護(hù)區(qū)是我國第一個大型河流保護(hù)區(qū),成立于2010年,保護(hù)范圍為遼河干流。保護(hù)區(qū)成立前,河道兩側(cè)的土地利用以農(nóng)田為主[21];保護(hù)區(qū)成立后,河道兩側(cè)實(shí)行了自然封育、農(nóng)田撂荒和退耕還林還草措施[22],河岸土地利用/土地覆被發(fā)生變化,農(nóng)田大幅度轉(zhuǎn)出為草地和林地[23],土地利用/土地覆被的變化對植被覆蓋動態(tài)有著深遠(yuǎn)的影響[5]?；诖?本文試圖回答以下問題：遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后植被覆蓋會發(fā)生什么變化？變化趨勢是否一致？

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

遼河保護(hù)區(qū)位于我國東北地區(qū)的西南部(123°55.5′—121°41′E,43°02′—40°47′N),起始于東西遼河交匯處,終于盤錦入?？?總面積1869.2 km2(圖1)。遼河保護(hù)區(qū)地處中高緯度,屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,溫差大,四季分明。降水量自西北向東南遞增,多年平均降水量在517—657 mm;降水量年際變化較大,豐、枯水年降水量比值一般可達(dá)2.1—3.5,年內(nèi)分配不均,主要集中在6—9月,約占全年降水量的75%。蒸發(fā)量的地域變化與降水量相反,自東南向西北遞增,多年平均蒸發(fā)量為1110—2500 mm,蒸發(fā)量最大月是5月,為240—390 mm,最小月是1月,為15—45 mm。多年平均氣溫自下游平原向上游山區(qū)逐漸降低,氣溫年際變化較大,年均溫為4—9℃,7月份最高,平均在20—30℃,1月份最低,平均為-18—-10℃[24]。

遼河保護(hù)區(qū)成立后,河岸帶主要包括封育區(qū)(河道兩側(cè)500 m范圍內(nèi))和農(nóng)田耕作區(qū)(河道兩側(cè)500 m范圍外),所占面積比例分別約為42%和30%。遼河保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)措施包括自然恢復(fù)(封育)、濕地(支流河口濕地、坑塘濕地和牛軛湖濕地)建設(shè)和人工經(jīng)營牧草地,所占面積比例分別為36.17%、22.56%和0.52%。其中坑塘濕地面積共6.72 km2,單個濕地面積范圍為0.07—0.95 km2;牛軛湖濕地面積共87.83,單個濕地面積范圍為1.04—36.93 km2;支流河口人工濕地面積共26 km2,單個濕地面積范圍為0.5—7 km2[24]。遼河保護(hù)區(qū)土地利用專項規(guī)劃中,遼河保護(hù)區(qū)自上而下被劃分為8個河段[24](圖1)。遼河保護(hù)區(qū)成立后,福德店—三河下拉段和柳河—盤山閘段以自然生態(tài)恢復(fù)為主;清河口—拉馬河段以坑塘濕地恢復(fù)為主;三河下拉—清河口段采用人工濕地技術(shù)和牛軛湖建設(shè)為主;石佛寺水庫—柳河口河段以自然濕地恢復(fù)為主;盤錦城市段是人類活動干擾嚴(yán)重,多數(shù)河道已被渠道化;遼河口保護(hù)區(qū)段是遼寧遼河口國家級自然保護(hù)區(qū),植被生長良好[24]。由于遼河口保護(hù)區(qū)段的植被覆蓋動態(tài)不受遼河保護(hù)區(qū)成立的影響,因此本研究的植被覆蓋時空動態(tài)分析不涉及該河段。

圖1 遼河保護(hù)區(qū)地理位置圖Fig.1 The locations of Liaohe River Reserve

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1.2.1 NDVI數(shù)據(jù)

本文采用的NDVI數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn)提供的中國500M NDVI月合成產(chǎn)品MODND1M。該產(chǎn)品是通過最大值合成法由MODND1D計算得到的,MODND1D產(chǎn)品是由MOD09GA經(jīng)過拼接、切割、投影轉(zhuǎn)換、單位換算等過程加工而成。MODND1M產(chǎn)品的空間分辨率是500 m,本文的時間尺度是2000年1月至2016年2月。在ArcGIS 10.1中,利用研究區(qū)邊界截取下載的MODND1D數(shù)據(jù)獲得遼河保護(hù)區(qū)NDVI時序數(shù)據(jù)集。

1.2.2 氣象數(shù)據(jù)

考慮到氣候因素對植被的影響可能存在“時滯效應(yīng)”[6],本文氣象數(shù)據(jù)的時間尺度前推一年從1999年1月至2016年2月。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/site/index.html),包括中國地面降水和氣溫月值0.5°×0.5°格點(diǎn)數(shù)據(jù)集以及中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)。采用反距離加權(quán)插值(IDW)方法對下載的降水、氣溫和日照時數(shù)的數(shù)據(jù)集進(jìn)行空間插值,獲得統(tǒng)一分辨率(0.01°×0.01°)的柵格數(shù)據(jù)。在ArcGIS 10.1中,利用研究區(qū)邊界提取遼河保護(hù)區(qū)的氣象數(shù)據(jù),通過計算可得到月、季節(jié)和年數(shù)據(jù)。

1.3 分析方法

根據(jù)研究需要,本文將研究時段劃分為年際、季節(jié)和月份3種時間尺度。季節(jié)劃分采用氣象學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)：春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)和冬季(12—次年2月)[17]。各研究時段的NDVI平均值作為該研究時段的NDVI值,采用趨勢分析法分析NDVI的年際變化。

1.3.1 NDVI的空間分布特征

分析NDVI的空間分布特征時,分別取遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后NDVI的多年平均值代表研究區(qū)的植被覆蓋狀況,以此分析遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后NDVI空間分布的差異。

1.3.2 NDVI的時間變化趨勢

NDVI的時間變化趨勢利用ENVI 軟件中的趨勢分析模塊對每個柵格的NDVI值進(jìn)行一元線性回歸,回歸方程的斜率代表NDVI的年際變化速率[17]。計算公式如下：

分析NDVI的年際變化時,式中：slope為斜率,即變化速率;i為年序號;NDVIi為第i年的NDVI。當(dāng)slope>0時,則該柵格的NDVI年際變化趨勢是增加的;反之則說明NDVI變化趨勢是減小的;當(dāng)slope=0時表明該柵格的NDVI無年際變化。

分析NDVI季節(jié)尺度上的年際變化時,NDVIi為第i年某一季節(jié)的NDVI。

通過查詢相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表中0.05顯著水平的R2閾值檢驗(yàn)slope的顯著性。當(dāng)某一像元的R2大于閾值,slope>0時,說明該像元的NDVI呈顯著增加的年際變化趨勢;當(dāng)某一像元的R2大于閾值,slope<0時,說明該像元的NDVI呈顯著減小的年際變化趨勢;當(dāng)某一像元的R2小于閾值,說明該像元的NDVI無顯著年際變化。采用Google Earth遙感影像驗(yàn)證NDVI趨勢分析結(jié)果[5]。

1.3.3 NDVI變化的驅(qū)動因素

選取氣溫、降水和日照時數(shù)分析研究區(qū)內(nèi)NDVI與氣候因素的相關(guān)性。如果各氣候要素之間存在顯著相關(guān)性,則采用偏相關(guān)分析;反之,則采用雙變量相關(guān)分析。相關(guān)分析在SPSS 17.0中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 多年平均NDVI的空間分布特征

在各研究時段(2000—2009年和2010—2015年),遼河保護(hù)區(qū)河道附近的NDVI均較低(圖2)。2001—2009年,遼河保護(hù)區(qū)遠(yuǎn)河道區(qū)域的NDVI多為0.4—0.45,且無明顯的空間變化。2010—2015年,遼河保護(hù)區(qū)NDVI的空間變異較大,低植被覆蓋區(qū)域(NDVI<0.4)所占面積較小,主要分布于盤錦城市河段、石佛寺水庫和柳河入河口下游4 km范圍內(nèi);0.45—0.5之間的植被覆蓋區(qū)域所占面積最大,廣泛分布于遼河保護(hù)區(qū)內(nèi);三河下拉上游2 km范圍內(nèi)和下游張荒地遼河大橋處河流左岸有小面積高植被覆蓋(NDVI>0.5)區(qū)域分布。

2.2 NDVI的時間變化特征

2.2.1 多年平均NDVI的年內(nèi)變化

遼河保護(hù)區(qū)成立前(2000—2009年)和成立后(2010—2015年)的NDVI年內(nèi)變化均呈單峰模式(圖3)。月NDVI最小值出現(xiàn)在1月份,隨著溫度回升,NDVI逐漸增加。4—6月份NDVI迅速增加,7月份達(dá)到峰值,隨后逐漸下降,9—12月植被NDVI迅速減少。通過對比遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后的月NDVI發(fā)現(xiàn),除8月和9月份外,其他月份的NDVI在遼河保護(hù)區(qū)成立后均高于成立前的(圖3)。

圖2 遼河保護(hù)區(qū)NDVI的空間分布圖Fig.2 The distribution of NDVI in Liaohe River Reserve

圖3 遼河保護(hù)區(qū)NDVI的年內(nèi)變化Fig.3 Intra-annual variations of NDVI in Liaohe River Reserve

2.2.2 年和季節(jié)NDVI的年際變化

圖4 遼河保護(hù)區(qū)季節(jié)和年NDVI的年際變化 Fig.4 Inter-annual variations of season and year NDVI in Liaohe River Reserve

遼河保護(hù)區(qū)不同季節(jié)和全年的NDVI從2000年到2015年整體上呈增加趨勢(P<0.01;圖4)。遼河保護(hù)區(qū)成立前不同季節(jié)NDVI增加的顯著性由高到低依次是：夏季(P=0.017)>春季(P=0.275)>冬季(P=0.453)>秋季(P=0.469);遼河保護(hù)區(qū)成立后則是春季(P=0.001)>冬季(P=0.006)>夏季(P=0.057)>秋季(P=0.516)?？梢?遼河保護(hù)區(qū)成立前植被覆蓋的增加主要發(fā)生在夏季,遼河保護(hù)區(qū)成立后則主要發(fā)生在春季和冬季。

基于像元的一元線性趨勢分析顯示NDVI年際動態(tài)存在空間差異。遼河保護(hù)區(qū)成立前,年NDVI顯著增加的像元占41.97%;夏季約41.81%的像元NDVI顯著增加,主要分布在盤山閘以上河段;春季、秋季和冬季NDVI顯著增加的像元較少,所占比例分別是14.65%、4.23%和0.52%(圖5)。春季、夏季、秋季和冬季NDVI顯著減小的像元較少,所占比例分別為1.54%、0.13%、0.26%和0.36%,主要分布在盤錦城市段(圖5)。

遼河保護(hù)區(qū)成立后,年NDVI顯著增加的像元占47.87%;春季約53.95%的像元NDVI顯著增加,廣泛分布在遼河保護(hù)區(qū)各個河段;冬季約22.15%的像元NDVI顯著增加,主要分布在石佛寺水庫—柳河段;夏季NDVI顯著增加的像元主要分布在柳河—盤山閘段,所占比例為13.20%;秋季NDVI顯著增加的像元較少,所占比例為3.90%(圖6)。春季、夏季、秋季和冬季NDVI顯著減小的像元較少,所占比例分別為0.16%、0.43%、2.20%和0.00%,主要分布在距河道較遠(yuǎn)的大堤附近(圖6)。

圖5 2000—2009年遼河保護(hù)區(qū)季節(jié)和年NDVI的變化趨勢 Fig.5 The change trends of season and year NDVI from 2000 to 2009 in Liaohe River Reserve顯著性水平P=0.05

圖6 2010—2015年遼河保護(hù)區(qū)季節(jié)和年NDVI的變化趨勢 Fig.6 The change trends of season and year NDVI from 2010 to 2015 in Liaohe River Reserve顯著性水平P=0.05

2.3 NDVI與氣候的相關(guān)性

遼河保護(hù)區(qū)降水、氣溫和日照時數(shù)之間的相關(guān)性分析表明,降水與氣溫顯著正相關(guān)(r=0.71,P<0.01),氣溫與日照時數(shù)顯著正相關(guān)(r=0.48,P<0.01),而降水與日照時數(shù)無顯著相關(guān)性(r=0.024,P>0.05)。故分析NDVI與降水和氣溫的相關(guān)性時,采用偏相關(guān)分析;分析NDVI與日照時數(shù)的相關(guān)性時,采用雙變量相關(guān)分析。

季節(jié)尺度上,NDVI與氣候因素的相關(guān)分析表明(表1),遼河保護(hù)區(qū)成立前的春季NDVI與當(dāng)季(春季)降水顯著正相關(guān)(P<0.05);夏季NDVI與當(dāng)季(夏季)氣溫顯著負(fù)相關(guān),與前期1季(春季)降水顯著正相關(guān)(P<0.05);冬季NDVI與當(dāng)季(冬季)氣溫和日照時數(shù)顯著正相關(guān)(P<0.05)。遼河保護(hù)區(qū)成立后僅夏季NDVI與前期1季(春季)氣溫和當(dāng)季(夏季)日照時數(shù)顯著正相關(guān)(P<0.05)。

表1 季節(jié)NDVI與降水量、氣溫和日照時數(shù)的相關(guān)關(guān)系

*P<0.05,**P<0.01. 年NDVI與氣候因素之間均無顯著相關(guān)性(P<0.05),表中未顯示

月尺度上,NDVI與氣候因素的相關(guān)分析表明,2000—2009年遼河保護(hù)區(qū)當(dāng)月NDVI與降水和日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)高于2010—2015年的,與氣溫的相關(guān)系數(shù)低于2010—2015年的(表2)。遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后月NDVI與氣溫的相關(guān)性均高于與降水和日照時數(shù)的相關(guān)性(表2)。

2000—2009年NDVI與降水和氣溫的偏相關(guān)系數(shù)最大值出現(xiàn)在前期1個月,與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大值出現(xiàn)在前期3個月(表2)?？梢?遼河保護(hù)區(qū)成立前NDVI對降水和氣溫的響應(yīng)存在1個月的滯后期,對日照時數(shù)的響應(yīng)存在3個月的滯后期。2010—2015年期間NDVI與降水的偏相關(guān)系數(shù)最大值出現(xiàn)在當(dāng)月,與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)最大值出現(xiàn)在前期1個月,與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大值出現(xiàn)在前期3個月(表2)?？梢?遼河保護(hù)區(qū)成立后NDVI對降水無滯后效應(yīng),對氣溫的響應(yīng)存在1個月的滯后期,對日照時數(shù)的響應(yīng)存在3個月的滯后期。

表2 月NDVI與降水、氣溫和日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)

*P<0.05,**P<0.01.RNDVI·降水：NDVI與降水的偏相關(guān)系數(shù);RNDVI·氣溫：NDVI與氣溫的偏相關(guān)系數(shù);RNDVI·日照：NDVI與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)

3 討論

從空間分布來看,遼河保護(hù)區(qū)低NDVI區(qū)域主要分布在河道附近,頻繁的洪水干擾和飽和的土壤水分導(dǎo)致多數(shù)非耐受性物種難以在河道附近生存[25- 26],從而降低了地表植被覆蓋。遼河保護(hù)區(qū)成立前,河道兩側(cè)土地利用以農(nóng)田為主,單一的耕作方式形成較為均一的地表覆被,導(dǎo)致NDVI無顯著空間差異。而遼河保護(hù)區(qū)成立后,NDVI的空間差異顯著。盤錦城市段以城市景觀用地為主,NDVI較低;由于水體具有較低的NDVI[27],導(dǎo)致石佛寺水庫河段的NDVI較低;柳河是遼河干流的主要泥沙來源之一,來沙大部分淤積在柳河口以下河道內(nèi),河漫灘淤高、土壤沙化[24],不利于植被生長;三河下拉和張荒地遼河大橋附近的高NDVI源于生態(tài)示范區(qū)和人工濕地的建設(shè)[24]。

NDVI的年內(nèi)變化與植被物候節(jié)律有較好的響應(yīng)關(guān)系。遼寧地區(qū)農(nóng)業(yè)耕作為一年一熟制,自然植被在年內(nèi)完成一個生長周期,因此保護(hù)區(qū)成立前和成立后的NDVI均呈單峰變化趨勢,峰值出現(xiàn)在7月份。陜北地區(qū)的NDVI在8—9月份達(dá)到峰值[11, 28],華北地區(qū)NDVI在8月份達(dá)到峰值[29],云南省的NDVI峰值集中在7—9月份[12],浙江省的NDVI峰值出現(xiàn)在8月份[30],可見遼河保護(hù)區(qū)的植物生長季較短,這主要受當(dāng)?shù)貧夂驐l件的影響。農(nóng)田相對草地而言具有更短的生長季[31],遼河保護(hù)區(qū)成立后各月NDVI(8、9月份除外)高于成立前的,表明遼河保護(hù)區(qū)成立后植被的返青日期提前、枯黃日期延后。遼河保護(hù)區(qū)地表多為風(fēng)沙土,遇水易塌陷,遼河保護(hù)區(qū)成立前,在農(nóng)田休耕期、作物萌發(fā)前或收割后,地表裸露,植被稀少,風(fēng)力和暴雨的侵蝕易造成河岸帶水土流失和土壤沙化[24]。植被具有防風(fēng)固沙、截留降雨和增加土壤入滲等功能[17],因此遼河保護(hù)區(qū)成立后NDVI的增加,尤其是春季NDVI的增加,對于減少風(fēng)沙侵蝕和水土流失具有重要意義。

氣溫、降水和日照時數(shù)與年NDVI的年際動態(tài)無顯著相關(guān)性,而與季節(jié)NDVI的年際動態(tài)密切相關(guān),且遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后氣候因素對季節(jié)NDVI年際動態(tài)的影響存在差異。春季為植被萌發(fā)期,氣候變化對植被生長季的開始日期具有重要作用[32],從而影響全年NDVI的變化。遼河保護(hù)區(qū)成立前,農(nóng)田春季NDVI受春季降水的影響比氣溫顯著,春季降水的增加會使春季物候提前,從而促進(jìn)春季和夏季NDVI的增加;夏季氣溫的升高會增加植物蒸發(fā),減少植被可利用水量,不利于夏季NDVI增加[14];冬季氣溫升高和日照時數(shù)增長會促進(jìn)越冬作物的生長,促進(jìn)冬季NDVI增加。遼河保護(hù)區(qū)成立后,春季溫度的升高會使自然植被的春季物候期提前[33],有利于春季和夏季NDVI的增加,其中春季氣溫升高對夏季NDVI增加具有顯著促進(jìn)作用;另外,夏季日照時數(shù)的增長使植被光合作用增強(qiáng),促進(jìn)植被生長,從而增加了夏季NDVI。

月尺度上,遼河保護(hù)區(qū)年內(nèi)植被生長主要受氣溫影響。遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后NDVI對氣溫的響應(yīng)均存在1個月的滯后期,且成立前NDVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)低于成立后的,表明保護(hù)區(qū)成立后NDVI動態(tài)對氣溫變化更敏感。有研究表明,相對于草地而言,農(nóng)田對降水更為敏感,因而與降水因子之間具有更高的相關(guān)系數(shù)和更短的滯后期[14]。因此,遼河保護(hù)區(qū)成立前NDVI與降水的相關(guān)系數(shù)高于保護(hù)區(qū)成立后的,但遼河保護(hù)區(qū)成立前NDVI對降水的響應(yīng)存在1個月的滯后期,遼河保護(hù)區(qū)成立后無滯后效應(yīng)。遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后NDVI與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)無差異,且均存在3個月的滯后期,可見不同土地利用/土地覆被條件下NDVI年內(nèi)動態(tài)對日照時數(shù)的變化均不敏感。

遼河保護(hù)區(qū)成立前和成立后影響NDVI動態(tài)的人類活動發(fā)生了變化。遼河保護(hù)區(qū)成立前,影響NDVI動態(tài)的主要人類活動為農(nóng)田耕作。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長,提高農(nóng)作物產(chǎn)量是必需的農(nóng)業(yè)經(jīng)營手段,大量的化肥和農(nóng)藥以及新產(chǎn)品和新技術(shù)被投入使用,促進(jìn)農(nóng)作物生長,從而引起農(nóng)作物生長旺季(夏季)的NDVI顯著增加。NDVI顯著減小的像元主要分布在盤錦城市河段,該河段在遼河保護(hù)區(qū)成立前已建有一定規(guī)模的城市景觀[24],建設(shè)過程中的人類活動導(dǎo)致NDVI減少。遼河保護(hù)區(qū)成立后,自然恢復(fù)(封育)、濕地(支流河口濕地、坑塘濕地和牛軛湖濕地)建設(shè)和人工經(jīng)營牧草地等生態(tài)恢復(fù)措施促進(jìn)了河岸自然植被的演替,大多數(shù)像元的春季NDVI顯著增加,生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)。盤錦城市河段在遼河保護(hù)區(qū)成立后被重新規(guī)劃以恢復(fù)其濕地生態(tài)系統(tǒng)功能[24],其春季和夏季NDVI均顯著增加,表明生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃和生態(tài)管理促進(jìn)了NDVI的增加。遼河保護(hù)區(qū)成立后NDVI減小的區(qū)域多位于封育范圍外的生產(chǎn)用地(以農(nóng)田為主),表明遼河保護(hù)區(qū)成立后NDVI的增加主要來源于封育區(qū)。

不同生態(tài)恢復(fù)措施下NDVI的年際動態(tài)存在差異。就人工濕地建設(shè)而言,大型牛軛湖濕地NDVI無顯著變化;重要支流河口人工濕地NDVI顯著增加;坑塘濕地NDVI顯著增加。支流河口人工濕地和坑塘濕地單元面積較小,小型人工濕地建設(shè)有助于NDVI的增加,而大型人工濕地內(nèi)部形成的大面積水域削弱了濕地對NDVI增加的促進(jìn)作用[27]。人工經(jīng)營的恢復(fù)措施主要是指人工牧草地,人工牧草地內(nèi)多數(shù)像元的NDVI無顯著變化,表明人工經(jīng)營牧草地對NDVI動態(tài)無顯著作用。封育區(qū)內(nèi)的自然恢復(fù)促進(jìn)了NDVI增加,其中春季NDVI增加顯著。自然恢復(fù)河段柳河—盤山閘段部分區(qū)域的冬季和夏季NDVI亦顯著增加,該河段通過種植有抗性的喬木、灌木和草本逐步實(shí)現(xiàn)自然恢復(fù)[34];而在上游通過引種土著植物,利用物種的自我繁殖能力恢復(fù)植被群落的福德店—三河下拉段[34],僅春季NDVI顯著增加,其他季節(jié)均無顯著變化。河岸帶是受干擾較為嚴(yán)重的生態(tài)系統(tǒng),因此在自然恢復(fù)過程中,通過引種有抗性的先鋒物種可以促進(jìn)植被恢復(fù),提高NDVI。

4 結(jié)論

2000—2015年遼河保護(hù)區(qū)的NDVI呈逐年增加趨勢,且遼河保護(hù)區(qū)成立后NDVI的年際增加趨勢較成立前顯著。遼河保護(hù)區(qū)春季風(fēng)沙大,春季NDVI的增加可以減少風(fēng)沙侵蝕和水土流失,保護(hù)區(qū)成立后春季NDVI的年際增加趨勢說明遼河保護(hù)區(qū)的防風(fēng)固沙功能正在逐漸恢復(fù)。氣候因素和人為因素是NDVI時空動態(tài)過程中的重要驅(qū)動因素,不同土地利用/土地覆被條件下,NDVI時空動態(tài)過程中氣候因素和人為因素的相對貢獻(xiàn)可能存在差異。遼河保護(hù)區(qū)成立前遼河兩岸的土地利用以農(nóng)田為主,耕作活動在NDVI時空動態(tài)過程中發(fā)揮了更為重要的作用;而保護(hù)區(qū)成立之后,河岸農(nóng)田撂荒,生態(tài)恢復(fù)措施更為重要。通過分析不同人類活動對NDVI動態(tài)的影響可以為植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。本文定性地分析了人為因素在NDVI時空動態(tài)過程中的作用,但缺乏定量依據(jù),因此需要獲取更多與人類活動相關(guān)的量化指標(biāo),以全面地分析不同土地利用/土地覆被條件下氣候因素和人為因素對NDVI動態(tài)的相對貢獻(xiàn)。