劉 恒, 湯弟偉, 孫 毅, 宋鄂平, 常 勝, 劉小芳

(1.湖北民族大學(xué) 林學(xué)園藝學(xué)院, 湖北 恩施 445000; 2.恩施土家族苗族自治州自然資源和規(guī)劃局, 湖北 恩施 445000)

植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是連接大氣、水體和土壤等生態(tài)要素的自然紐帶[1]，其動態(tài)變化能夠表征地球表面的能量流動、碳循環(huán)和人類活動，在全球變化中起到“指示器”的作用[2-3]。同時，植被是生態(tài)環(huán)境變化的承受者，很大程度上代表了生態(tài)環(huán)境總體狀況[4-5]。歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)與葉面積指數(shù)、生物量及凈初級生產(chǎn)力等有較好的相關(guān)性[1,6]，能夠很好的反映植被生長狀況和植被覆蓋變化，是大尺度植被研究的重要指標(biāo)。

國內(nèi)外學(xué)者利用NDVI數(shù)據(jù)分析了不同時空尺度下植被時空特征及其對氣候變化的響應(yīng)。全球變暖使得北半球中高緯度地區(qū)植被覆蓋有增加趨勢[7]，也有學(xué)者認(rèn)為北半球中高緯度地區(qū)植被活動增強與溫度有關(guān)，而降水減少導(dǎo)致了南半球干旱地區(qū)NDVI呈減少趨勢[8]。有研究表明歐亞大陸植被生長季NDVI顯著增加[9]，而在不同數(shù)據(jù)源、不同時間尺度下我國植被NDVI整體也表現(xiàn)出增加趨勢，并且地區(qū)差異明顯，其中國家重點生態(tài)治理的青藏高原[10]、黃土高原[11]和三江源等[3]地區(qū)顯著增加。植被生長主要受到氣候變化和人類活動的影響，其中氣候變化是影響植被年際活動變化的重要影響因素[12-13]。植被對氣候變化響應(yīng)研究聚焦于與水熱因子關(guān)系，其關(guān)系具有高度的空間異質(zhì)性，如青藏高原[10]和北方地區(qū)[14]植被生長對氣溫變化更敏感，而在寧夏[15]降水和濕潤指數(shù)的影響最為顯著。因此，植被NDVI的變化特征及水熱因子的決定力存在區(qū)域差異。

武陵山區(qū)位于我國中南部，區(qū)內(nèi)森林覆蓋率高、自然資源豐富，《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》將其規(guī)劃為限制開發(fā)區(qū)，基本功能為生物多樣性及水土保持。由于多山、地形起伏大，惡劣的自然條件和人類不合理的開發(fā)活動使得該區(qū)面臨著生物多樣性受到威脅、土壤侵蝕嚴(yán)重、地質(zhì)災(zāi)害多等問題，同時作為亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)核心區(qū)、長江流域重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)屏障，武陵山區(qū)具有重要的生態(tài)保護(hù)和科學(xué)研究價值。然而，目前鮮有武陵山區(qū)植被覆蓋的相關(guān)研究，隨著該區(qū)區(qū)域性的扶貧開發(fā)，以及退耕還林(草)、石漠化治理等工程的實施，其植被生長和分布狀況必然發(fā)生變化，該區(qū)植被覆蓋的變化特征及對氣候變化的響應(yīng)特征有待厘清?；诖?，本研究旨在利用MODIS NDVI數(shù)據(jù)揭示武陵山區(qū)近20 a植被生長季NDVI的時空變化特征，分析影響植被生長的關(guān)鍵氣候因子及其滯后性，以期為氣候變化背景下該區(qū)的植被保護(hù)、生態(tài)治理和合理開發(fā)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

武陵山區(qū)地跨湖南省、湖北省、重慶市和貴州省，包含71個縣(市、區(qū))，總面積約17.18萬 km2，地理范圍為25°52′—31°24′ N，107°04′—112°02′ E，是云貴高原的東部延伸地帶，在我國地形階梯分級中，屬二、三級階梯過渡帶，地勢西北高、東南低(圖1A)，平均海拔1 000 m左右。其位于季風(fēng)區(qū)，氣候?qū)賮啛釒蚺瘻貛н^渡類型的山區(qū)類型氣候，夏涼冬冷。區(qū)內(nèi)土地利用多為林地和耕地(圖1B)，森林覆蓋率平均達(dá)56%，植被類型以常綠闊葉林和落葉闊葉林為主。

圖1 武陵山區(qū)地形及土地利用

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

MODIS NDVI數(shù)據(jù)采用NASA發(fā)布的2000—2019年MOD13Q1植被指數(shù)數(shù)據(jù)集，時間和空間分辨率分別為16 d和250 m。利用MRT軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、重投影等操作，采用最大值合成法消除異常值影響并剔除NDVI值小于0.1的無植被區(qū)域，生成NDVI月值數(shù)據(jù)集，進(jìn)一步選取植被生長季(4—10月)NDVI平均值作為年NDVI平均值，最后利用研究區(qū)邊界裁剪獲得NDVI逐年、逐月數(shù)據(jù)。

氣象數(shù)據(jù)(氣溫、降水)為國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的2000—2019年中國地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集。選取研究區(qū)內(nèi)及周圍共49個氣象站點，其中44個用于插值，5個用于驗證。氣象數(shù)據(jù)插值采用Anusplin軟件，以經(jīng)緯度為自變量，并引入高程作為協(xié)變量來提高插值精度。交叉驗證法用于評估插值結(jié)果，選用平均絕對誤差(MAE)、平均相對誤差(MRE)和均方根誤差(RMSE)作為檢驗標(biāo)準(zhǔn)[16-17]。驗證結(jié)果見表1，氣溫插值精度高于降水，兩者的插值精度均能夠滿足研究需求。地表覆蓋數(shù)據(jù)GlobaLand30(2010年)來源于全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)，在該分類體系中，研究區(qū)主要包括耕地、林地、草地、灌木地、濕地、水體和人造地表等7種類型(圖1B)。此外， DEM數(shù)據(jù)(分辨率90 m)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(表2)。所有數(shù)據(jù)定義相同的空間參考(UTM WGS 84 49N)和分辨率(250 m)，數(shù)據(jù)處理與分析通過ArcGIS和Python完成。

表1 氣象插值交叉驗證結(jié)果

表2 研究數(shù)據(jù)來源

2 研究方法

2.1 穩(wěn)定性分析

變異系數(shù)可用于表示NDVI的相對波動程度，其值越大，說明植被受到的干擾多、不穩(wěn)定，反之，植被處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。其計算公式為：

(1)

2.2 趨勢分析與檢驗

Sen趨勢分析的優(yōu)點是不需要數(shù)據(jù)服從特定的分布，并且不受異常值的干擾，對測量誤差或離散數(shù)據(jù)具有較強的規(guī)避能力[18-19]。其計算公式為：

2000≤i

(2)

式中:β為NDVI變化趨勢;β>0說明植被覆蓋呈上升趨勢,β< 0則為下降趨勢。變化趨勢的顯著性通過Mann-Kendall統(tǒng)計檢驗法判斷,相關(guān)公式如下:

檢驗統(tǒng)計量

(3)

符號函數(shù)

(4)

標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計量

(5)

(6)

趨勢檢驗的方法[20]：零假設(shè)H0，β=0，當(dāng)|Z|>Z1-α/2，拒絕零假設(shè)。Z1-α/2為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)方差，α為置信度水平。

2.3 Hurst指數(shù)

基于重標(biāo)極差(R/S)分析方法的Hurst指數(shù)是定量描述時間序列信息長期依賴性的有效方法[3, 19]，它能夠依據(jù)長時間序列數(shù)據(jù)的過去趨勢預(yù)測未來發(fā)展趨勢。其基本原理是：

考慮一個NDVI時間序列{NDVI(τ)}，對于任意正整數(shù)，計算公式如下所示。

均值序列：

(7)

累計離差：

1≤t≤τ

(8)

極差：

(9)

標(biāo)準(zhǔn)差：

(τ=1,2,…，n)

τ=1,2,…，n

(10)

若存在R/S∝τH，說明時間序列存在Hurst現(xiàn)象，H稱為Hurst指數(shù)，H值在雙對數(shù)坐標(biāo)系(lnτ，ln(R/S))中用最小二乘法擬合獲得。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被生長季NDVI變化特征分析

3.1.1 植被生長季NDVI的時間變化特征 武陵山區(qū)近20 a植被生長季NDVI的變化范圍為0.64～0.76(圖2)，多年NDVI均值是0.71，整體呈現(xiàn)波動增加態(tài)勢，增速為0.52%/a(p<0.01)，植被條件不斷改善。NDVI的年際變化存在2001年(0.64)，2006年(0.66)和2014年(0.71)3個明顯谷值，其中2001年為研究時段最低值，而2019年(0.76)為最高值。

圖2 武陵山區(qū)植被生長季NDVI年際變化趨勢

3.1.2 植被生長季NDVI的空間變化特征 2000—2019年，武陵山區(qū)各地多年植被生長季NDVI均值的范圍為0.1～0.86，其中NDVI>0.6的地區(qū)比例達(dá)到94.65%，表明該區(qū)植被覆蓋整體較好。但從圖3A可以看出，區(qū)內(nèi)NDVI空間差異明顯，空間格局總體表現(xiàn)為“東北高、東南和西部低”。高值區(qū)主要是湖北境內(nèi)的鶴峰、五峰和長陽等地，該區(qū)氣候濕潤，植被長勢好、覆蓋度高，同時建有國家級自然保護(hù)區(qū)，植被不易受到侵?jǐn)_。而區(qū)域的東南和西部多以耕地為主(圖1B)，特別是西部喀斯特地貌分布廣泛，存在嚴(yán)重的石漠化問題，致使植被稀疏、NDVI低值集中。

武陵山區(qū)植被生長季NDVI變異系數(shù)的變化范圍為0.01～0.62(圖3B)，均值是0.07。變異系數(shù)低于0.15的區(qū)域比例達(dá)到99.54%，表明研究時段武陵山區(qū)植被生長季NDVI空間變化整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)。區(qū)域東北部海拔高、以林地為主，受到的干擾少，變異系數(shù)低值聚集。區(qū)域西部，尤其是貴州境內(nèi)，可能是進(jìn)行退耕還林(草)、封山育林等生態(tài)工程治理石漠化，致使NDVI變化相對劇烈、高值集中，但植被生態(tài)系統(tǒng)趨向良性循環(huán)。東南部整體變化較穩(wěn)定，由于城鎮(zhèn)化建設(shè)對植被的破壞，少數(shù)不穩(wěn)定區(qū)域零散分布于城鎮(zhèn)周圍。

圖3 武陵山區(qū)多年生長季NDVI及變異系數(shù)空間分布

NDVI的垂直變化特征可以分為3個階段(圖4)：第一段(≤500 m)，低海拔地區(qū)人類活動劇烈，用地多為耕地，植被覆蓋低，隨著海拔的升高，植被類型變得多樣，NDVI急劇上升；第二段(500～2 100 m)，人類活動的影響減弱，耕地比例減少而林草地增多，NDVI平穩(wěn)上升；第三段(>2 100 m)，高海拔地區(qū)雖然林地占比多，但植被類型單一，同時生境變惡劣、植被生長受到限制，NDVI下降?？傮w而言，NDVI隨著海拔上升表現(xiàn)出先增后減的特征。

圖4 不同海拔NDVI的分布

3.1.3 植被生長季NDVI空間變化的趨勢 圖5將Sen趨勢與Mann-Kendall檢驗結(jié)合，分析武陵山區(qū)植被生長季NDVI變化趨勢的空間分布：趨勢分析β值介于0.033～0.022/a，均值是0.004/a，其中94.79%的區(qū)域植被覆蓋呈上升趨勢(β>0)，說明武陵山區(qū)植被生長季NDVI總體趨勢為微弱上升，與3.1.1線性變化趨勢結(jié)論一致。

圖5 NDVI變化趨勢及其顯著性的空間分布

表3呈現(xiàn)了NDVI變化趨勢的分級標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果，可以看到植被覆蓋雖然以上升趨勢為主，但多為不顯著上升(80.58%)，而下降趨勢也主要表現(xiàn)為不顯著(4.96%)。從空間分布上看，不顯著上升廣泛分布于整個區(qū)域，顯著上升區(qū)域集中于研究區(qū)中、西部，極顯著上升和不顯著下降區(qū)域分布均較為零散，其中不顯著下降區(qū)域主要在城鎮(zhèn)周圍及低植被覆蓋地區(qū)，而顯著下降和極顯著下降區(qū)域較少。結(jié)合高程來看，下降趨勢主要發(fā)生在海拔1 000 m以下的地區(qū)(62.39%)，其次是1 000～2 000 m(37.29%)。

表3 NDVI變化趨勢統(tǒng)計

為分析不同用地類型NDVI的變化特征，統(tǒng)計其變異系數(shù)及變化趨勢(表4)。各用地類型變異系數(shù)均較小，從小到大排序為林地、草地、耕地、灌木地和濕地：林地較穩(wěn)定、抗干擾力強，NDVI變化最??；而濕地易受干擾、NDVI變化相對大，但整體上NDVI處于穩(wěn)定狀態(tài)。退耕還林(草)等生態(tài)工程實施以后，不同用地類型NDVI都有上升趨勢，最多的是林地(95.82%)，然后依次是耕地(94.16%)、草地(93.86%)、灌木地(90.22%)和濕地(76.47%)，但多為不顯著上升。

表4 不同用地類型的變異系數(shù)及變化趨勢統(tǒng)計 %

3.1.4 植被生長季NDVI空間變化的可持續(xù)性 由Hurst指數(shù)空間分布圖可知(圖6)，武陵山區(qū)生長季NDVI的Hurst指數(shù)介于0.09～0.98，均值為0.41。Hurst指數(shù)大于0.5表明NDVI變化趨勢是持續(xù)的上升或下降，小于0.5則是反持續(xù)，未來趨勢與過去趨勢相反。參考相關(guān)研究[21]，進(jìn)一步將變化趨勢的持續(xù)性劃分為強反持續(xù)(0

圖6 Hurst指數(shù)空間分布

圖7 Hurst指數(shù)分級及統(tǒng)計

將空間變化趨勢與可持續(xù)性圖層疊加，分析植被覆蓋的未來變化特征。由圖8可以看出，武陵山區(qū)生長季植被NDVI未來趨勢主要表現(xiàn)為下降(81.55%)，其中上升—下降占比80.27%，意味著80.27%的區(qū)域上升趨勢將轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆?，全區(qū)廣泛分布。未來表現(xiàn)為上升趨勢的區(qū)域占比18.45%，持續(xù)上升的區(qū)域多在湖南境內(nèi)，而由下降轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙闹饕獮橹貞c的豐都、彭水、武隆及貴州的江口、余慶、湄潭、石阡等地。值得注意是，1.28%的區(qū)域過去和未來都將處于下降狀態(tài)，主要分布于湖南的懷化、洞口、武岡、邵陽和湖北的恩施等地，多集中在城鎮(zhèn)用地周邊，城鎮(zhèn)化建設(shè)大量侵占耕地和林草地導(dǎo)致NDVI持續(xù)下降。

圖8 NDVI的未來變化特征

總體而言，武陵山區(qū)生長季植被覆蓋雖然以上升為主，生態(tài)保護(hù)工作取得了一定成效，但未來變化特征卻主要表現(xiàn)為下降。這些區(qū)域多為海拔1 000 m以下(76.78%)，坡度相對平緩(<15°占比78.58%)，容易受到人類活動的影響，可能是未來下降趨勢的原因。需在鞏固現(xiàn)有保護(hù)成果基礎(chǔ)上，持續(xù)關(guān)注重點區(qū)域，防止植被覆蓋下降趨勢的發(fā)生。

3.2 植被生長季NDVI對氣候因子的響應(yīng)

3.2.1 氣溫和降水時空變化格局 2000—2019年，武陵山區(qū)植被生長季平均氣溫變化范圍為-0.03～0.07℃/a(圖9A)，平均值是0.017℃/a，呈不顯著增溫趨勢。除中部和東北部少數(shù)地區(qū)氣溫呈下降趨勢外，大部分地區(qū)氣溫增加，北部和西南部相對明顯，空間差異顯著。植被生長季累積降水量變化介于-21.56～17.31 mm/a(圖9B)，平均值是1.70 mm/a，呈不顯著增加趨勢。降水變化趨勢也存在明顯的空間差異，東北、西南部降水減少，湖南中部降水增加顯著?？偟膩碚f，不同用地類型水、熱均有所增加，武陵山區(qū)植被生長季氣候趨向暖濕。

圖9 2000-2019年武陵山區(qū)生長季氣溫、降水變化趨勢的空間分布

3.2.2 植被生長季NDVI與氣溫、降水的相關(guān)性 采用偏相關(guān)性分析，定量識別植被生長季NDVI對氣候因子的響應(yīng)。NDVI與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)介于-0.84～0.89(圖10A)，均值是0.07，大部分區(qū)域(62.75%)表現(xiàn)為正相關(guān)。NDVI與降水的偏相關(guān)系數(shù)在-0.90～0.87(圖10B)，均值為0.1，正相關(guān)區(qū)域占比66.64%。NDVI與氣溫和降水均以正相關(guān)為主，且與降水的關(guān)系更密切，區(qū)域差異顯著：NDVI與氣溫呈負(fù)相關(guān)主要是重慶的秀山、酉陽、黔江與貴州的沿河等地，在湖南的會同、芷江、靖州、通道、洪江和辰溪等地明顯正相關(guān)；NDVI與降水在貴州的務(wù)川、德江、沿河、印江和重慶的酉陽、秀山等地以負(fù)相關(guān)為主，明顯正相關(guān)主要集中于湖南的懷化、溆浦、洪江、辰溪、麻陽和重慶的豐都等地。

圖10 植被生長季NDVI與氣溫、降水偏相關(guān)性

根據(jù)NDVI與氣候因子偏相關(guān)系數(shù)正負(fù)及大小，將偏相關(guān)系數(shù)分為8個類別(圖10C，D)，分析區(qū)域NDVI主要氣候因子，結(jié)果表明：

RT+>RP+，RT+>|RP-|，|RT-|>RP+和RT-RP+主要是湖北北部、湖南東北和西南部及貴州西南部分地區(qū)，NDVI與氣溫、降水均為正相關(guān)，占整個區(qū)域的21.44%，這些區(qū)域氣溫呈上升趨勢(圖9A)，少數(shù)地區(qū)(湖北、貴州境內(nèi))降水呈下降趨勢(圖9B)，適當(dāng)增溫能夠促進(jìn)植被光合作用，氣溫是主要氣候因子。湖北北部和貴州西部等地，RT+>|RP-|，NDVI與氣溫和降水分別為正、負(fù)相關(guān)，比例為5.72%，多為高海拔地區(qū)，氣溫低而降水充足，氣溫對植被生長的影響高于降水。重慶中部、貴州東部及湖北東部，|RT-|>RP+，NDVI與氣溫和降水分別為負(fù)、正相關(guān)，比例為6.02%，該區(qū)氣溫高，進(jìn)一步升溫會增強植被呼吸作用從而加速營養(yǎng)物質(zhì)消耗，同時加快地面水分蒸發(fā)不利于干物質(zhì)積累，為主要限制因子。重慶南部和湖北東北部，RT-

降水主導(dǎo)包括RT+≤RP+，RT+≤|RP-|，|RT-|≤RP+和RT-≥RP-。30.85%的區(qū)域RT+≤RP+，包括湖南大部分地區(qū)(尤其是中部)及重慶西北部，該區(qū)降水量較少，氣溫與降水均呈增加趨勢，水熱條件改善，特別是充足的水分利于植被生長。RT+≤|RP-|零散分布于貴州中部和湖北中部，占比4.99%，水分增加對植被生長起抑制作用，降水是主要氣候因子。重慶北部和湖南東南部，|RT-|≤RP+，比例為8.30%，水分增加促進(jìn)植被生長，降水是主要影響因素。貴州中部和湖北東部，RT-≥RP-，NDVI與氣溫和降水均為負(fù)相關(guān)，比例為9.85%，水熱因子對NDVI具有負(fù)效應(yīng)且主要受水分影響。

綜合來看，氣溫和降水作為武陵山區(qū)生長季NDVI主導(dǎo)氣候因子的比例分別為46.01%，53.99%，整體上降水的影響范圍更大。此外，氣溫或降水主導(dǎo)的區(qū)域與NDVI的關(guān)系以正相關(guān)為主(63%)，兩者的比例分別為27.16%和35.84%。

3.2.3 植被生長季NDVI對氣候響應(yīng)的時滯效應(yīng) 植被生長對氣候響應(yīng)具有一定時滯效應(yīng)，滯后程度對于不同氣候因子、不同地區(qū)存在差異。計算植被生長季NDVI與氣候因子當(dāng)月(4—10月)、前1月(3—9月)、前2月(2—8月)的偏相關(guān)系數(shù)，分析植被對氣候響應(yīng)的時滯效應(yīng)。由圖11可知，月尺度上，武陵山區(qū)植被生長季NDVI整體上對氣溫的響應(yīng)未見明顯滯后性，占比達(dá)到98.50%，對降水則以滯后1個月為主，比例為63.79%。但仍有1.13%的區(qū)域NDVI對氣溫響應(yīng)存在1個月滯后期，主要位于湖南的城步、隆回等地，響應(yīng)滯后2個月的區(qū)域則零星分布。同時湖北東北部及重慶的豐都等地NDVI對降水響應(yīng)沒有滯后性，比例為7.23%；高于1個月響應(yīng)滯后期的區(qū)域主要集中在湖北利川、恩施、來鳳、咸豐及重慶的石柱、黔江等地，占整個區(qū)域的28.98%。

圖11 NDVI對氣候響應(yīng)滯后性的空間分布

將NDVI與當(dāng)月、前1月、前2月氣候因子的偏相關(guān)系數(shù)分類，得到0～2個月滯后期主控氣候因子的空間分布(圖12)。當(dāng)月，降水為NDVI主控氣候因子，類型以RT+≤RP+為主(79.01%)，整個區(qū)域廣泛分布，其次是|RT-|≤RP+(20.27%)，主要包括貴州的務(wù)川、湄潭、道真和重慶的彭水、酉陽及湖南的城步、通道等地。前1月，NDVI與氣溫、降水均以正相關(guān)為主，58.28%的區(qū)域氣溫主控(RT+>RP+占56.63%)，主要位于研究區(qū)中部和南部，而降水主控比例為41.72%(RT+≤RP+占39.91%)，集中在區(qū)域北部和東南部。前2月，NDVI主控氣候因子為氣溫，類型主要是RT+≤|RP-|(52.90%)，包括北部的大部分區(qū)域，其次是RT+>RP+(37.72%)，主要分布在湖南，尤其是東南部?？傮w而言，0～2個月滯后期主控氣候因子依次是降水、氣溫和氣溫，降水的影響隨著時間推移逐漸減弱，而氣溫逐漸增強。

圖12 NDVI對氣候響應(yīng)滯后性主控因子的空間分布及統(tǒng)計

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

植被在區(qū)域生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)中扮演著重要角色，武陵山區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，復(fù)雜的地形地貌和多變的自然環(huán)境，對植被覆蓋產(chǎn)生了巨大影響，因此，對該區(qū)植被進(jìn)行長時間監(jiān)測和分析具有重要的現(xiàn)實意義。隨著退耕還林、天然林保護(hù)、石漠化治理和水土保持等重點生態(tài)修復(fù)工程的實施，武陵山區(qū)生長季植被NDVI整體呈現(xiàn)波動增加態(tài)勢，植被條件不斷改善，與相關(guān)研究結(jié)果一致[22-23]。空間上，絕大多數(shù)區(qū)域(94.79%)植被覆蓋呈上升趨勢，下降區(qū)域主要是城鎮(zhèn)周圍及低植被覆蓋地區(qū)。2001年、2006年和2014年3個明顯NDVI谷值可能與該年份水熱不匹配有關(guān)：2001年氣溫低、降水少，干冷不利于植被生長；2006年氣溫多年最高、蒸發(fā)旺盛，但降水少，缺水抑制了植被生長；2014年氣溫低、降水過多，達(dá)到1 319.42 mm，易引起植被根系缺氧。

植被受地形因素影響在垂向結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)明顯的空間分異特征[24]，武陵山區(qū)NDVI隨海拔升高表現(xiàn)為先增后減，與植被NPP隨海拔變化節(jié)點大致相同[25]。低海拔地區(qū)易受城鎮(zhèn)化建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人類活動的影響，是植被退化易發(fā)生區(qū)，研究區(qū)的退化區(qū)域主要集中于2 000 m以下，特別是1 000 m以下。

氣溫和降水通過影響有效積溫和可利用水分來調(diào)控植物光合作用、呼吸作用及土壤有機碳分解等進(jìn)而影響植物的生長和分布[26]，是主要的非生物因素。受季風(fēng)氣候和地形分異的影響，武陵山區(qū)氣溫和降水時空差異明顯，研究時段內(nèi)氣候總體趨向暖濕，有利于植被生長。生長季尺度，近20 a武陵山區(qū)植被生長季NDVI與氣溫、降水的關(guān)系均整體表現(xiàn)為正相關(guān)。NDVI與氣溫呈較顯著正相關(guān)主要是西南部(湖南西部)和高海拔的湖北北部，這些區(qū)域氣溫相對低，氣溫呈升高趨勢促進(jìn)了植被生長。研究區(qū)中部和西北部多為低海拔地區(qū)，氣溫高而降水不足，水分成為制約植被生長的主要因素，而降水在研究時段呈明顯增加趨勢，因此NDVI與降水具有較顯著的正相關(guān)關(guān)系。武陵山區(qū)NDVI最大值多為7月，而7月是最高氣溫月份，此外降水多集中在5—9月，特別是6月，月尺度而言，武陵山區(qū)對氣溫未見明顯滯后性，對降水以滯后一個月為主。

4.2 結(jié) 論

(1) 植被生長季NDVI的變化范圍為0.64～0.76，多年NDVI均值是0.71，整體呈現(xiàn)波動增加態(tài)勢，增速為0.52%/a(p<0.01)，植被條件不斷改善。

(2) 武陵山區(qū)各地多年植被生長季NDVI均值的介于0.1～0.86，94.65%的區(qū)域NDVI>0.6，植被覆蓋整體較好。NDVI空間差異明顯，空間格局呈現(xiàn)“東北高、東南和西部低”的特點?？臻g變化整體處于較穩(wěn)定狀態(tài)，東北部低值聚集，高值主要位于西部。NDVI的垂直變化特征分為急劇上升、平穩(wěn)上升和下降3個階段，隨海拔升高總體表現(xiàn)出先增后減。

(3) 絕大多數(shù)區(qū)域(94.79%)植被生長季NDVI呈上升趨勢，但多不顯著，而呈下降趨勢的區(qū)域也以不顯著為主。下降主要發(fā)生在海拔1 000 m以下，其次是1 000～2 000 m。NDVI空間變化整體趨向反持續(xù)性，未來大部分區(qū)域NDVI變化趨勢將會發(fā)生改變，但改變幅度比較小。未來變化特征主要表現(xiàn)為下降。

(4) 生長季尺度，武陵山區(qū)氣候趨向暖濕，NDVI與氣溫、降水均以正相關(guān)為主。氣溫和降水對區(qū)域NDVI的影響有明顯的空間差異性，整體上看降水的影響范圍更大。

(5) 月尺度，NDVI整體上對氣溫的響應(yīng)未見明顯滯后性，而對降水的響應(yīng)大都滯后一個月。0～2個月滯后期主控氣候因子依次是降水、氣溫和氣溫，其中降水的影響隨著時間推移逐漸減弱，而氣溫的影響逐漸增強。