章維鑫，曹建華，吳秀芹

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基于Landsat影像的石漠化區(qū)植被動態(tài)監(jiān)測及治理效益研究

章維鑫1,2,3，曹建華4，吳秀芹1,2,3※

（1. 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083；2. 北京林業(yè)大學(xué)云南建水荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位研究，建水 654399； 3. 北京林業(yè)大學(xué)水土保持國家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；4. 中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，桂林 541004）

生態(tài)恢復(fù)工程是緩解石漠化、保持土壤、提高植被覆蓋率的有效措施之一，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。為了研究近30 a瀘西縣植被的時空變化特征、驅(qū)動因素以及石漠化綜合治理生態(tài)工程實(shí)施的生態(tài)效益。本文基于1986—2016 Landsat TM數(shù)據(jù)，借助Mann-Kendall突變分析、Thei-Sei Median趨勢分析等方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:1）30 a間，瀘西縣植被覆蓋整體呈增加趨勢，平均增速為0.43%/10 a，2001年是重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，增速由之前的0.35%/10 a增加到0.63%/10 a；2）在變化趨勢上，瀘西縣植被覆蓋呈增加和減少趨勢的面積分別占85.21%和14.79%。1986—2000年期間，植被覆蓋呈極顯著上升的面積為7.71%，零星分布在北部地區(qū)；2001—2016年，植被覆蓋呈現(xiàn)極顯著性上升的面積占21.62%，主要分布在石漠化綜合治理工程集中分布的東部山區(qū)；3）氣溫和降水的增加都對植被起到正向作用，氣溫對植被的影響明顯大于降水。2000年之后，人類活動對植被的提升起到了重要的作用，其中對植被覆蓋起積極作用的面積占79.6%，起消極作用的占20.4%；在貢獻(xiàn)大小上，氣候變化對NDVI的影響大小為39.1%，人類活動對NDVI的影響作用為60.9%。植被改善過程中人類活動的作用大于氣候變化，石漠化綜合治理生態(tài)工程是2001—2016年植被增加的重要驅(qū)動力之一。

遙感；時空變化；植被；歸因分析；瀘西縣

0 引 言

植被在全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動中一直扮演者最重要的角色[1-2]。植被的動態(tài)變化能夠直接影響到碳循環(huán)以及其它的生物物理過程[3-4]。理解植被變化機(jī)理，了解植被的變化過程是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的研究的重要內(nèi)容之一。遙感作為植被動態(tài)變化的監(jiān)測手段，具有迅速、準(zhǔn)確、實(shí)時、大尺度性等的特點(diǎn)，而大量的遙感衛(wèi)星（Landsat、MODIS等）也為研究提供了豐富的數(shù)據(jù)來源[5]。在遙感反演地表植被覆蓋指數(shù)中，歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation index, NDVI）與常見的植被的物理理化性質(zhì)，例如生物量、光合作用強(qiáng)度、葉面積指數(shù)（leaf area index, LAI）以及初級生產(chǎn)力（net primary productivity, NPP）呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性[6]，成為目前研究植被變化中使用最為廣泛的參數(shù)。

石漠化是一種典型的土地退化現(xiàn)象，廣泛分布在中國西南地區(qū)。其是在脆弱的喀斯特環(huán)境背景，土地受到巖溶作用和人類不合理的生產(chǎn)活動的干擾和破壞，導(dǎo)致土壤嚴(yán)重侵蝕，土地生產(chǎn)力下降，地表土層流失殆盡，基巖大面積裸露，地表缺水缺土少林草的現(xiàn)象[7-8]。為了保護(hù)和改善西南地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，國家自2000年左右，實(shí)施了一系列的生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)工程，如退耕還林工程、天然林保護(hù)工程、石漠化綜合治理生態(tài)工程，有效緩解了西南地區(qū)石漠化程度，促進(jìn)了植被恢復(fù)[9-11]。Liu等[12]基于集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法（ensemble empirical mode decomposition, EEMD），揭示了1982—2015年西南地區(qū)多時間尺度下植被動態(tài)的空間異質(zhì)性及其與氣候的關(guān)系，并指出在廣西和貴州北部，氣候變化對植被的動態(tài)影響大于人類活動；Tao等[13]利用標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)，分析了1982—2013年中國西南地區(qū)高山區(qū)氣候變化對植被綠度的影響，指出高海拔區(qū)對植被綠度的影響大于低海拔區(qū)；Tong等[14]指出石漠化治理工程以來，云南、貴州、廣西各省的植被恢復(fù)情況差異明顯，其中云南省東部的植被恢復(fù)較差。這些研究多注重在空間大尺度上揭示植被覆蓋的時空變化特征，針對典型喀斯特縣域植被變化的連續(xù)監(jiān)測及人類活動是否有效促進(jìn)植被恢復(fù)或引起植被退化的系統(tǒng)研究案例還不多。巖溶斷陷盆地是中國西南地區(qū)典型的生態(tài)脆弱區(qū)，是巖溶區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的重要區(qū)域，也是石漠化綜合治理類型區(qū)之一[15]。斷陷盆地的縣域尺度研究植被的動態(tài)變化，可以在局地尺度上更為精確的描述生態(tài)治理工程對生態(tài)脆弱區(qū)植被覆蓋的影響，對于深入探究植被恢復(fù)情況具有重要的參考價值。

瀘西縣地處西南喀斯特?cái)嘞菖璧?，一直遭受到石漠化的困擾。據(jù)《云南省巖溶地區(qū)石漠化監(jiān)測報(bào)告》顯示，2005年的石漠化的面積為381.9 km2，占總面積的22.8%，石漠化的發(fā)展嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)水平和生態(tài)安全。隨著石漠化綜合治理生態(tài)工程的實(shí)施，石漠化的范圍呈現(xiàn)逐步縮小轉(zhuǎn)好的趨勢[16]。研究該區(qū)域的植被覆蓋的動態(tài)變化以及氣候和人類活動對植被的影響，能夠明確石漠化綜合治理生態(tài)工程對區(qū)域生態(tài)改變的作用，對進(jìn)一步提升石漠化治理的效率有重要的意義。本文利用1986—2016年Landsat遙感數(shù)據(jù)、10個周邊氣象站點(diǎn)的氣溫和降雨數(shù)據(jù)，借助Mann-Kendall突變分析、Thei-Sei Median趨勢分析以及殘差分析等方法，綜合分析了瀘西縣植被覆蓋的動態(tài)變化特征，并確定了氣候變化和人類活動對植被覆蓋的影響的相對大小。通過對區(qū)域植被覆蓋的動態(tài)變化的研究，可以了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化特征，對促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的作用[17]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

瀘西縣位于云南省東部，介于東經(jīng)103°30￠～104°03￠，北緯24°15￠～24°46￠之間，總面積為1674.0 km2，其中：壩區(qū)面積285.0 km2，占總面積的17.0%；山區(qū)面積808.2 km2，占總面積的48.3%；丘陵面積580.8 km2，占總面積的34.7%。該地區(qū)地處珠江流域上游，地勢呈現(xiàn)東部高，西南低的特點(diǎn)，平均海拔1 843.0 m，氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏季多雨，冬季干旱，年平均氣溫為15.2 ℃，年平均降水量達(dá)950.0 mm，且降水量多集中在6—10月。雖然降雨充沛，但是喀斯特區(qū)地表土層薄，保水能力差，地表水缺乏，加上人類不合理的開發(fā)方式，導(dǎo)致瀘西縣成為西南三省石漠化嚴(yán)重地區(qū)之一（圖1）。國家自2000年以來，在石漠化分布較廣的東部地區(qū)，開展了一系列的石漠化綜合治理生態(tài)工程，其中對地下水的合理利用，成為瀘西縣石漠化治理的重要工作之一。

圖1 研究區(qū)位置及土地利用類型與高程

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究采用1986-2016年30 m×30 m分辨率的Landsat TM/ETM+系列數(shù)據(jù)，時間分辨率為16 d，獲取自美國地質(zhì)勘查局（United States Geological Survey, USGS）網(wǎng)站（https://earthexplorer.usgs.gov/），由于研究區(qū)7—9月份云量多（云量多大于80%），而在3—5月份云量特別少，因此，本研究選擇的影像多集中在4月下旬至5月上旬，篩選研究區(qū)云量小于2%的影像，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度。最后，共使用了149景Landsat影像。

本文的主要的處理過程是：首先，利用ENVI對數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正；然后，對有云污染的區(qū)域應(yīng)用重疊替代方法[18]消除異常值；接著利用NDVI計(jì)算公式，得到研究區(qū)的NDVI數(shù)據(jù)；之后采用最大合成法(maximum value composites, MVC)[19]合成4—5月NDVI數(shù)據(jù)。該方法可有效降低云層、太陽高度角、氣溶膠等因素的干擾，進(jìn)一步提高了NDVI數(shù)據(jù)的可靠性。

氣象數(shù)據(jù)獲取自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http://cdc.cma.gov.cn）和國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺（http://www.geodata.cn/），選擇瀘西縣周邊的10個氣象站點(diǎn)，運(yùn)用Anuspline軟件基于高程數(shù)據(jù)插值生成1986—2016年4—5月份的平均氣溫和累計(jì)降水?dāng)?shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 突變分析

Mann-Kendall突變分析，常用于氣象方面，對變化要素從一個相對穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的變化檢驗(yàn)非常有效。本文將其用于NDVI的時間序列，可探討NDVI在各時間節(jié)點(diǎn)的變化情況。突變檢驗(yàn)方法如下[20-21]

對于具有個樣本量的時間序列{x}，觀察值序列{x1,2,…,}。構(gòu)造一個秩序列

其中

式中秩序列s表示的是第年份的NDVI的值大于第年份時，NDVI值個數(shù)的累加，x表示第年的NDVI值，x表示第年的NDVI值。

在時間序列隨機(jī)獨(dú)立的假定下，定義統(tǒng)計(jì)量

其中UF1=0，當(dāng)123,…x相互獨(dú)立，且有相同連續(xù)分布時，它們可由下式算出

UF為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，它是按時間序列順序1,2,3，…,x計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量序列，按時間序列的逆序的序列x,x-1,…,1，再重復(fù)上述過程，同時使UF=–UB（,–1,…,1）。分別將UF和UB2個統(tǒng)計(jì)量曲線和顯著性水平線繪在同一個圖上，若UF和UB的值大于0，則表明序列呈上升趨勢，小于0則呈下降趨勢。當(dāng)超過臨界直線時，表明上升或下降趨勢顯著，超過臨界線的范圍確定為突變的時間區(qū)域。如果UF和UB2條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對應(yīng)的時刻便是突變開始的時間。

1.3.2 趨勢分析

Thei-Sei Median（TSM）趨勢分析[22]和Mann-Kendall Test (MK)顯著性檢驗(yàn)[23]能夠?qū)DVI的空間演變特征進(jìn)行分析，其中TSM趨勢分析可以有效減少異常值的影響[23]，是一種比較穩(wěn)健的趨勢計(jì)算方法，其公式為

當(dāng)>0時，表示NDVI值呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)<0時，表示NDVI值呈現(xiàn)下降趨勢。

MK是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，用來判斷趨勢的顯著性，它無需樣本服從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾。此外，MK顯著性檢驗(yàn)法能夠利用空間自相關(guān)原理來表征地理現(xiàn)象，其結(jié)果從地理角度來看更具有直觀意義，并增強(qiáng)了在相對較短的時間序列中監(jiān)測趨勢的能力。計(jì)算公式如下

在公式中

式中NDVI、NDVI為柵格數(shù)據(jù)集（1986≤<≤2016），表示時間序列的長度；統(tǒng)計(jì)量Z的范圍為（-∞，+∞）。在給定顯著性水平下，當(dāng)∣Z∣>1–α/2時，表示時間序列在水平上存在顯著性變化。當(dāng)=0.01時，∣Z∣>2.58，當(dāng)=0.05時，1.96<∣Z∣<2.58，當(dāng)=0.1時，1.65<∣Z∣<1.96，而當(dāng)∣Z∣<1.65時，該數(shù)據(jù)不具有顯著性水平。本研究分別討論了置信水平=0.1，0.05和0.01時，NDVI趨勢變化的顯著性特征。

1.3.3 氣候變化和人類活動對植被覆蓋的影響

殘差法廣泛用于剝離氣候變化和人類活動對植被覆蓋度的影響[24]。利用1986—2000年的NDVI、氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行基于像元的多元回歸，得到NDVI與氣候的關(guān)系，再用該關(guān)系式去預(yù)測2001—2016年的NDVI。多元回歸模型的公式如下[14]

此外，為了確定氣候變化和人類活動對植被變化的貢獻(xiàn)率大小，本研究參考Kong等學(xué)者提出公式進(jìn)行計(jì)算[25]

式中氣候表示氣候變化貢獻(xiàn)率，NDVI之后預(yù)測表示使用多元回歸模型預(yù)測后的NDVI，NDVI之后實(shí)際表示實(shí)際計(jì)算2001—2016年的NDVI，NDVI之前表示實(shí)際計(jì)算的1986—2000的NDVI，人為表示人類活動的貢獻(xiàn)率。

2 結(jié)果分析

2.1 瀘西縣植被覆蓋時間變化特征

1986—2016年瀘西縣平均植被覆蓋呈增加趨勢(圖2)，增速為0.43%/10 a（0.01）。其中1986—2000年增速為0.35%/10 a（0.1），而從2000年之后，增速達(dá)到了0.63%/10 a（0.1）。2010年和2012年植被出現(xiàn)了明顯的下降趨勢，主要是由于該年份的干旱事件引起的。

圖2 1986—2016年植被覆蓋時間變化趨勢

2.2 瀘西縣植被覆蓋空間變化特征

2.2.1 瀘西縣植被覆蓋空間分布特征

NDVI的頻度圖顯示，瀘西縣植被覆蓋整體較好，呈“東西高，中部低”的分布特征（圖3），其中植被覆蓋高值區(qū)域主要分布在向陽鄉(xiāng)、三塘鄉(xiāng)、白水鎮(zhèn)的東部山區(qū)以及永寧鄉(xiāng)的南部山區(qū)，主要植被類型為常綠闊葉林，植被生長狀況較好；植被覆蓋低值區(qū)域則主要分布在金馬、午街鋪、中樞和白水鎮(zhèn)交界處，多以耕地和居民區(qū)為主，植被相對比較稀疏。

隨著海拔的升高，瀘西縣植被覆蓋整體呈上升的。800 m左右區(qū)域，NDVI值波動劇烈，河谷地區(qū)分布在此。海拔1 700～1 900 m之間，植被覆蓋度明顯下降，主要因?yàn)槿祟惥幼^(qū)大多分布于此。海拔超過2 300 m，植被覆蓋度呈現(xiàn)飛速的增長，是高山地區(qū)也是石漠化綜合治理工程的集中實(shí)施區(qū)（圖3c）。

2.2.2 瀘西縣植被覆蓋空間突變特征

對瀘西縣1986—2016年平均NDVI進(jìn)行MK突變檢驗(yàn)，結(jié)果表明（圖4a），在2000年之后，植被覆蓋上升的趨勢明顯，均大于顯著性水平0.05臨界線。根據(jù)UF和UB的曲線交點(diǎn)的位置，確定瀘西縣植被覆蓋度上升的突變發(fā)生在2001年左右，這與國家開始實(shí)施石漠化綜合治理生態(tài)工程的時間節(jié)點(diǎn)大致相吻合。

圖3 1986—2016年 NDVI空間分布特征及NDVI和像元數(shù)量分布與DEM關(guān)系

注：UB，UF的交點(diǎn)為突變點(diǎn)，對應(yīng)年份為突變年份，Z、α代表顯著性水平。

利用逐像元的MK突變檢驗(yàn)可以得到空間上NDVI的突變特征，由突變年份可以看出（圖4b），在1986—2000年發(fā)生突變的面積占37.7%，2001—2016年發(fā)生突變的面積占62.3%，在2000—2010年發(fā)生突變的數(shù)量明顯呈現(xiàn)快速上升的趨勢，并且突變發(fā)生的區(qū)域主要集中在東部的石漠化集中實(shí)施區(qū)，植被相較之前有明顯的改善（圖4c）。

2.2.3 瀘西縣植被覆蓋變化趨勢的空間特征

利用TSM趨勢度分析，研究了瀘西縣植被覆蓋變化趨勢，并運(yùn)用MK檢驗(yàn)，將結(jié)果劃分為極顯著變化（= 0.01）、顯著變化（= 0.05）、弱顯著變化（= 0.1）和無顯著變化4個等級。結(jié)果顯示（表1），1986—2016年瀘西縣植被覆蓋整體呈上升趨勢，呈增加趨勢面積遠(yuǎn)大于呈減少趨勢的面積分別占85.21%和14.79%。其中，極顯著上升的面積達(dá)到47.77%。1986—2000年，呈現(xiàn)增加和減少趨勢的面積分別為71.37%和28.68%，其中極顯著上升和顯著上升的面積達(dá)17.9%；2001—2016年，呈現(xiàn)增加趨勢的面積較2000年之前有所增加，呈現(xiàn)下降趨勢的面積有所減少，分別為78.97%和21.03%，極顯著性上升的面積大幅度增加。從空間分布來看（圖5），1986—2000年，顯著上升的區(qū)域零星的分布在北部和中部，2001—2016年，顯著上升的區(qū)域主要分布在東部的石漠化綜合治理生態(tài)工程區(qū)。

表1 瀘西縣不同植被變化類型像元個數(shù)及比例

2.3 氣候變化和人類活動對植被覆蓋的影響

2.3.1 氣候變化對植被覆蓋的影響

瀘西縣氣溫的升高和降水的增多均會一定程度上導(dǎo)致植被覆蓋的增加（圖6a，6b）。1986—2016年瀘西縣出現(xiàn)了暖干的趨勢，不利于植被的生長（圖6c，6d）。為了進(jìn)一步探究植被和氣候的關(guān)系，選取了瀘西氣象站1公里范圍內(nèi)的區(qū)域，計(jì)算了1986—2016年NDVI與氣溫、降水的偏相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明：NDVI與降水的相關(guān)系數(shù)為0.372（=0.043），而NDVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)為0.45（=0.013），表明瀘西縣NDVI受氣溫的影響大于降水。

2.3.2 人類活動對植被覆蓋的影響

綜合來說，2001—2016年間瀘西縣植被覆蓋變化受到氣候變化的影響大小為39.1%，人類活動為60.9%，2001—2016年瀘西縣植被改善過程中人類活動的作用大于氣候變化。在2000年之后，瀘西縣實(shí)施大規(guī)模的石漠化綜合治理生態(tài)工程，是2001—2016年植被覆蓋增加的重要原因之一。

圖5 1986—2016年NDVI變化趨勢的空間分布特征

通過多元回歸模型得到2001—2016年NDVI的預(yù)測值，將實(shí)際的NDVI與預(yù)測的NDVI相減得到殘差，即可認(rèn)定為人類活動變化和氣候變化共同作用對NDVI的影響大小。圖7a中對植被有正向影響的區(qū)域占79.6%，其中明顯促進(jìn)植被增加的區(qū)域，占整體面積的15.6%，主要分布在東部的山區(qū)和西部的地區(qū)；對植被逆向影響的區(qū)域分布在中部地區(qū)，占總面積的20.4%，其中顯著減少的區(qū)域只有5.2%。該些區(qū)域自2000年起實(shí)施了一系列的石漠化綜合治理工程，其中之一是巖溶水的開發(fā)，通過9個巖溶水開發(fā)示范點(diǎn)周邊的1.0 km范圍，分別計(jì)算人類活動的影響大小，結(jié)果顯示（圖7b），3、5、7號巖溶水開發(fā)示范點(diǎn)的人類活動對植被均產(chǎn)生逆向影響，主要原因是城市的擴(kuò)展，說明石漠化綜合治理生態(tài)工程對植被恢復(fù)的作用是小于城市化對植被的破壞；1、2、4、6、8、9號巖溶示范點(diǎn)周邊人類活動對植被都是正向影響，但影響大小差異顯著，其中2號溶水開發(fā)示范點(diǎn)正向影響最大，主要原因在于除了巖溶水開發(fā)示范點(diǎn)建設(shè)外，人們還在此進(jìn)行了大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)作物的種植，使得植被覆蓋上升的最為明顯。4、6巖溶水開發(fā)示范點(diǎn)相對較低，主要在于它們靠近城市地區(qū)，因此也受到了一定程度上的人類活動的逆向影響。而8、9號巖溶水開發(fā)示范點(diǎn)位于瀘西縣的東部重度石漠化地區(qū)，遠(yuǎn)離城市，人類活動的逆向作用相對較輕，石漠化綜合治理生態(tài)工程成為植被變化的主要影響。

圖6 1986—2016年瀘西縣氣溫、降水的變化趨勢及其與NDVI的相關(guān)性

注：1~9分別代表9處巖溶水開發(fā)示范區(qū)域。

3 討 論

植被覆蓋對氣候變化和人類活動的響應(yīng)是一個非常復(fù)雜的過程，目前已受到學(xué)者的廣泛關(guān)注[26-28]。在氣候變化中，氣溫和降水作為主導(dǎo)因子，對植被的生長有著重要的作用，有大量的學(xué)者對此進(jìn)行了研究[1-3]，然而其它氣候因子，如蒸發(fā)散、光照時長等的影響也不可忽視，特別在中國西南的干熱河谷地區(qū)，降水雖然充沛，但是蒸發(fā)量也大，加上喀斯特地貌特征，土壤中實(shí)際的含水量較低[29-30]，因此，需要更加關(guān)注其它氣候因子對植被覆蓋的影響。同時，植被覆蓋對氣候變化的響應(yīng)隨著季節(jié)的變化差異性顯著[31]，夏季和秋季由于氣溫較高，降水可能會成為限制植被覆蓋的主要原因，而春季和冬季由于氣溫較低，氣溫可能會成為的主要因子，因此，不同季節(jié)的植被覆蓋對氣候因子的響應(yīng)需得到進(jìn)一步關(guān)注[32-33]。

另一方面，本文僅僅關(guān)注了整體上人類活動對植被覆蓋的影響，而針對每一種治理措施下，植被覆蓋的變化的研究也需要加強(qiáng)。在數(shù)據(jù)源上，研究中僅使用了TM數(shù)據(jù)，并未使用多源NDVI數(shù)據(jù)集進(jìn)行相互驗(yàn)證工作。事實(shí)上，不同NDVI數(shù)據(jù)集，由于存在分辨率和影像質(zhì)量的差異，其對植被覆蓋變化的評估結(jié)果可能存在差異[26]，今后將進(jìn)一步分析不同NDVI數(shù)據(jù)集在植被覆蓋變化評估中的一致性及不確定性，以得到更為可靠的結(jié)論。

4 結(jié) 論

本文利用Landsat數(shù)據(jù)，借助MK突變檢驗(yàn)、TSM趨勢分析、殘差分析等方法，探討了近30 a瀘西縣植被的時空變化特征以及驅(qū)動因素，進(jìn)而探究石漠化綜合治理生態(tài)工程實(shí)施的生態(tài)效益。本文得出以下結(jié)論：

1）近30 a來，瀘西縣植被覆蓋以增速0.43%/10 a的速率增加。其中1986—2000年期間，增速為0.35%/10 a；2001—2016年期間，增速為0.63%/10 a。

2）在空間上，植被覆蓋呈“東西高、中間低”的分布特征，植被覆蓋度高的區(qū)域主要分布在瀘西縣的東部及西部高海拔的山區(qū)，植被覆蓋度低的區(qū)域則主要分布在中部和北部低海拔的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交界處。

3）在植被覆蓋的突變特征上，2001年是瀘西縣整體植被突變的時間點(diǎn)，恰好與國家開始實(shí)施石漠化綜合治理生態(tài)工程的時間點(diǎn)相吻合，1986—2000年的突變的面積小于2001—2016年。

4）在變化趨勢上，近30 a來，瀘西縣植被覆蓋呈增加和減少趨勢的面積分別占85.21%和14.79%。其中1986—2000年期間，植被覆蓋呈極顯著上升的面積為7.71%，零星分布在北部地區(qū)；2001—2016年，植被覆蓋呈現(xiàn)極顯著性增加的面積大幅度增加，占21.62%，主要分布在石漠化治理的東部山區(qū)。

5）氣溫和降水的增加都對植被起到正向作用，且氣溫對植被的影響明顯大于降水；2000年之后，人類活動對植被的提升起到了重要的作用，其中人類活動對植被覆蓋起積極作用的面積占79.6%，起消極作用的占20.4%；而在貢獻(xiàn)大小上，氣候變化對NDVI的影響為39.1%，人類活動對NDVI的影響作用為60.9%，人類活動的作用大于氣候變化，石漠化綜合治理生態(tài)工程是2001—2016年植被增加的重要驅(qū)動力之一。

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Dynamic monitoring and control benefits of vegetation in rocky desertification areas based on Landsat images

Zhang Weixin1,2,3, Cao Jianhua4, Wu Xiuqin1,2,3※

(1.100083,; 2.654399,; 3.100083,; 4.541004,)

Ecological restoration is an effective measure to mitigate rocky desertification, control water loss, protect the existing forests and increase vegetation coverage. The long-term ecological restoration project is the key to the sustainable development of regional economy and ecology. Chinese governments have implemented a series of the Karst Rocky Desertification Comprehensive Control and Restoration Project in the karst regions of Southwest China since the late 1990s. In order to reveal the effectiveness of the Karst Rocky Desertification Comprehensive Control and Restoration Project implemented in the typical rocky desertification zone in Luxi County of Yunnan Province, we analyzed the spatiotemporal variation of vegetation coverage on the basis of Mann-Kendall mutation test, Theil-Sei trend analysis, and the relationships between remotely sensed vegetation indices named normalized difference vegetation index (NDVI) and climate changes, human activities using multiple regression analysis and residual analysis. For the analysis, the Moderate Resolution Imaging Landsat TM data at a spatial resolution of 30 meters over the period 1986-2016 are considered. The results are as follows: 1) In the past 30 years, the vegetation coverage of Luxi County showed a significantly increasing trend, with a growth rate of 0.43%/10a (0.01), a sudden change-point of time appeared in 2001, and the growth rate increased from 0.35%/10a (0.1) to 0.63%/10a (0.1); 2) The areas with high vegetation coverage primarily distributed in the eastern and western mountain areas of Luxi County, while the low vegetation coverage distributed at the junction of towns in the central and northern areas; 3) In terms of trends, the areas of ??vegetation coverage showing increasing and decreasing accounted for 85.2% and 14.79% over the period 1986-2016, respectively. Between 1986 and 2000, the areas of ??vegetation coverage with extremely significantly increase only accounted for 7.71%, scattered in the northern. But the areas of ??vegetation coverage with extremely significantly increase rose to 21.62% between 2001 and 2016, which was primarily distributed in eastern mountainous areas where the priority was given to implement the Karst Rocky Desertification Comprehensive Control and Restoration Project; 4) Increase in temperature and precipitation had a positive effect on vegetation coverage, and the contribution of temperature (0.45,0.05) on vegetation coverage was significantly higher than precipitation (0.372,0.05). Between 2001 and 2016, human activities played an important role in the improvement of vegetation coverage. The areas that human activities played a positive role in vegetation coverage accounted for 79.6%, and the areas that human activities played a negative role in vegetation coverage only accounted for 20.4%, almost located in the towns. The impact of climate change on vegetation coverage accounted for 39.1%, the impact of human activities accounted for 60.9%; 5) The ecological restoration project farther from the town showed more important role in the improvement of vegetation coverage. The role of human activities in vegetation improvement is significantly stronger than climate changes. Our study suggested that the Karst Rocky Desertification Comprehensive Control and Restoration Project contributed on the improvement of vegetation coverage and was deemed as one of the important driving forces for vegetation increasing between 2001 and 2016.

remote sensing; spatio-temporal change; vegetation;driving factors; Luxi

2018-10-13

2019-03-27

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助（2016YFC0502500/2016YFC0502506）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41671080）

章維鑫，研究方向?yàn)?S技術(shù)在資源環(huán)境中的應(yīng)用。Email：zwishing@bjfu.edu.cn

吳秀芹，博士，教授，主要從事GIS應(yīng)用以及土地利用變化科學(xué)方面的研究。Email：wuxq@bjfu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.026

S127；TP79

A

1002-6819(2019)-08-0221-09

章維鑫，曹建華，吳秀芹. 基于Landsat影像的石漠化區(qū)植被動態(tài)監(jiān)測及治理效益研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(8)：221－229. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.026 http://www.tcsae.org

Zhang Weixin, Cao Jianhua, Wu Xiuqin. Dynamic monitoring and control benefits of vegetation in rocky desertification areas based on Landsat images[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(8): 221－229. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.026 http://www.tcsae.org