李嘉霖 衛(wèi)曉慶

摘要：本文以長(zhǎng)白山為研究區(qū)域，運(yùn)用像二元法及趨勢(shì)分析法對(duì)2010-2019年長(zhǎng)白山的地形與植被的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明：（1）長(zhǎng)白山植被分布大致隨海拔的升高而降低，受氣候、人類(lèi)活動(dòng)等因素的影響，植被覆蓋度呈下降趨勢(shì)。（2）植被覆蓋度的變化與坡度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在坡度為2-5°的時(shí)候植被覆蓋率最高，由于氣候、降水以及人類(lèi)活動(dòng)等因素的影響，植被覆蓋度隨坡度的上升而降低。（3）長(zhǎng)白山坡向?qū)χ脖桓采w的影響規(guī)律性不強(qiáng)，陽(yáng)坡的總體植被覆蓋度高于陰坡。總體而言，長(zhǎng)白山植被分布對(duì)地形因子有明顯的響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)白山;植被覆蓋度;地形;響應(yīng)作用

0引言

隨著地球氣候的劇烈變化，陸地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了顯著的改變，植被是生態(tài)系統(tǒng)的重要的組成部分，也是生態(tài)系統(tǒng)中容易受到人類(lèi)活動(dòng)等因素影響而發(fā)生波動(dòng)的部分之一[1]，因此植被變化也成為了更多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題[2]。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外基于ArcGIS以及ENVI進(jìn)行的植被覆蓋對(duì)于地形因子變化的響應(yīng)的研究日漸豐富。歐美國(guó)家對(duì)于環(huán)境的關(guān)注早于我國(guó)，進(jìn)而研究成果也較為豐富，研究方法也比較新穎。地形因子對(duì)山區(qū)植被的影響的研究成果也很豐富，為我國(guó)研究此類(lèi)問(wèn)題提供了部分參考[3-4]。我國(guó)對(duì)山地植被分布的研究由來(lái)已久，研究方案與研究體系日漸成熟，相關(guān)研究技術(shù)日益完備。劉增力[5]等人分析研究了小五臺(tái)山地區(qū)植被群落的分布狀況發(fā)現(xiàn)植被類(lèi)型的分布面積比例與山體海拔高度存在著密切的聯(lián)系，且由于坡度的影響，增加了譜內(nèi)植被組成的復(fù)雜性。田地[6]等人采用像二元模型反演長(zhǎng)汀縣2000-2016年間植被覆蓋度時(shí)空特征，分析高程、坡度、坡向等地形因子對(duì)植被覆蓋度的影響，發(fā)現(xiàn)地形因子對(duì)長(zhǎng)汀縣植被覆蓋度的時(shí)空特征具有顯著影響。陳艷英[7]等人采用最大值合成法合成逐旬歸一化植被指數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，地形因素對(duì)植被指數(shù)有較大的影響，且高度因素對(duì)植被指數(shù)及其分布的影響較坡度更明顯。這些研究成果為研究長(zhǎng)白山植被覆蓋對(duì)地形因子的響應(yīng)提供了數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支持，為日后的研究提供了有力的支持。

長(zhǎng)白山作為我國(guó)東北部重要的生態(tài)保護(hù)區(qū)，地形復(fù)雜多變，植被分布面積廣且種類(lèi)繁多，是人類(lèi)寶貴的“綠色財(cái)富”。長(zhǎng)白山具有多方面的研究?jī)r(jià)值，應(yīng)該受到相應(yīng)的關(guān)注與研究，因此研究長(zhǎng)白山植被覆蓋度對(duì)地形因子的響應(yīng)的研究十分必要，該研究也將對(duì)有關(guān)長(zhǎng)白山的其他研究做出貢獻(xiàn)，也為長(zhǎng)白山生態(tài)環(huán)境的科學(xué)管理提供參考。

1研究區(qū)概況

1.1地理位置

長(zhǎng)白山是我國(guó)為數(shù)不多的自然生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)，擁有較為龐大的物種基因庫(kù)。該地區(qū)森林資源豐富，地形復(fù)雜，森林植被隨著地形的變化呈現(xiàn)出十分顯著的水平和垂直的分布，是亞洲地區(qū)為數(shù)不多的植被覆蓋度與地形因子的重點(diǎn)研究區(qū)域。本文研究的長(zhǎng)白山以吉林省延邊朝鮮族自治州安圖縣（長(zhǎng)白山北坡）、白山市長(zhǎng)白朝鮮自治縣（長(zhǎng)白山南坡）和撫松縣（長(zhǎng)白山西坡）3個(gè)縣級(jí)單元為代表的長(zhǎng)白山典型生態(tài)連片區(qū)域是長(zhǎng)白山最為典型的生態(tài)區(qū)。

2數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本文基于長(zhǎng)白山地區(qū)的MOIDIS數(shù)據(jù)以及該地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。MODIS數(shù)據(jù)來(lái)源于NASA平臺(tái)，分辨率為250m×250m，研究時(shí)段為7-8月。DEM數(shù)據(jù)來(lái)于地理空間數(shù)據(jù)云，分辨率為30m×30m，將其重采樣為250m×250m。

2.2研究方法

2.2.1基于像元二分模型的植被覆蓋度計(jì)算

長(zhǎng)白山植被覆蓋度采用像元二分模型來(lái)估算，其公式為：

式1中：為某一像元的植被覆蓋度，為該像元上的歸一化植被指數(shù)值，為裸地對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)值，為純植被對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)值。

植被覆蓋度均值，依據(jù)研究區(qū)植被覆蓋度總值與像元總數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式為：

式2中：為像元總數(shù)，為第個(gè)像元的植被覆蓋度，為植被覆蓋度均值。

2.2.2趨勢(shì)分析

趨勢(shì)分析是對(duì)一組隨時(shí)間變化的序列數(shù)據(jù)采用趨勢(shì)線(xiàn)進(jìn)行回歸分析，采用最小二乘法逐像元擬合植被覆蓋度的年際變化趨勢(shì)，公式為：

式3中：為年序號(hào)，為第i年植被覆蓋度，為變化斜率。

當(dāng)>0時(shí)，表示該像元的植被覆蓋度呈增加趨勢(shì)，當(dāng)<0時(shí)，表示減小趨勢(shì)。

3結(jié)果分析

3.1 不同地形因素下長(zhǎng)白山植被覆蓋空間分布特征

3.1.1植被分布

長(zhǎng)白山地區(qū)近10年植被覆蓋度由最初的98.1%增長(zhǎng)至98.4%。由于該地區(qū)總體植被覆蓋率較高，氣候穩(wěn)定，且為自然保護(hù)區(qū)，受人類(lèi)活動(dòng)影響不大，因此近年來(lái)，長(zhǎng)白山地區(qū)植被覆蓋度較高且變化幅度不大。

利用趨勢(shì)分析法研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)白山植被覆蓋率由東南向西北逐漸遞減，覆蓋率上升的山區(qū)為完達(dá)山、老爺嶺以及長(zhǎng)白山主脈;覆蓋率降低的山區(qū)為張廣才嶺、哈達(dá)嶺。

運(yùn)用平均值法，得到長(zhǎng)白山近十年的平均植被覆蓋率，該結(jié)果對(duì)長(zhǎng)白山2010-2019不同地形因子下的植被覆蓋度變化趨勢(shì)的研究有一定的參考依據(jù)，體現(xiàn)了植被覆蓋的變化幅度的大致水平。

3.1.2植被覆蓋度海拔梯度差異

不同高程等級(jí)的植被覆蓋率研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)白山植被覆蓋度隨海拔的變化在第二高程和第六高程中，長(zhǎng)白山植被分布與海拔高度呈明顯負(fù)相關(guān)的關(guān)系，隨著海拔的上升，植被覆蓋度明顯降低，而在第七高程中出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，該現(xiàn)象是由于海拔分級(jí)時(shí)，海拔高度為第七高程下的地理面積相對(duì)其它高度級(jí)較大，因此植被所占的面積也相對(duì)較大引起的。

山區(qū)植被的生長(zhǎng)規(guī)律受多種因素影響，在低海拔地區(qū)，水熱充足，因此植被覆蓋的面積較為廣泛;而隨著海拔的上升，氣溫降低，植被的生長(zhǎng)受限，因此植被覆蓋度呈現(xiàn)下降趨勢(shì);而隨著海拔高度的繼續(xù)上升，人類(lèi)活動(dòng)受到限制，植被覆蓋面積有所好轉(zhuǎn)。將這些因素與研究結(jié)果相結(jié)合，總體體現(xiàn)的是長(zhǎng)白山植被分布與海拔高度呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

3.1.3植被覆蓋空間分布在坡度坡向上的差異

坡度對(duì)地表河流的分布以及地表水的流向都有影響，山區(qū)的土質(zhì)性質(zhì)有所不同，且人類(lèi)活動(dòng)也因此受到影響;坡向?qū)τ谏絽^(qū)的光照強(qiáng)度和受到的風(fēng)向有所影響，進(jìn)而關(guān)系到地表水分的散發(fā)與保持。因此，在不同的坡度坡向會(huì)影響植被的空間分布。

長(zhǎng)白山植被覆蓋度與坡度總體呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，坡度大于2°的區(qū)域植被覆蓋度隨坡度的上升而降低;而坡向?qū)τ谥脖桓采w的影響較小，總體植被覆蓋度水平比較平均，所呈現(xiàn)出的相關(guān)性也不是非常明顯，不同坡向的植被覆蓋度的面積大小關(guān)系為：陽(yáng)坡>半陽(yáng)坡>陰坡>平地>半陰坡。由于植被的生長(zhǎng)受光照和降雨的影響，處在陽(yáng)坡的植被擁有較好的光照和降水條件，因此陽(yáng)坡區(qū)域的植被覆蓋度較高。

3.2長(zhǎng)白山植被覆蓋變化對(duì)地形因素的響應(yīng)

3.2.1海拔高度對(duì)植被覆蓋變化的分異作用

2010-2019年間長(zhǎng)白山地區(qū)植被覆蓋度的變化隨高程的變化呈現(xiàn)出了一定的響應(yīng)，雖然不同植被類(lèi)型的增減比例存在一定的海拔差異，但總體而言植被覆蓋度先上升后下降，低海拔地區(qū)以草地灌木林為主，中海拔地區(qū)以針葉闊葉混交林以及常綠針葉林為主，高海拔地區(qū)以落葉闊葉林以及常綠闊葉林為主，海拔400m以下，植被種類(lèi)及數(shù)量明顯增加，表明在某些時(shí)間該區(qū)域的植被結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)槭艿酵饨缫蛩赜绊懚兊酶环€(wěn)定。對(duì)研究區(qū)植被覆蓋度年際變化趨勢(shì)分析發(fā)現(xiàn)，植被覆蓋度在近十年中呈上升趨勢(shì)，植被分布與山區(qū)高程之間有明顯的相應(yīng)關(guān)系。但由于對(duì)長(zhǎng)白山的保護(hù)較好，沒(méi)有森林開(kāi)發(fā)為耕地，也不存在城市擴(kuò)張現(xiàn)象，不受人類(lèi)活動(dòng)影響，因此，長(zhǎng)白山的植被覆蓋度較高且在近十年里無(wú)明顯變化。

3.2.2坡度及坡向?qū)χ脖桓采w變化的分異作用

坡度、坡向?qū)χ脖环植加杏绊?，其中坡度因子?duì)植被覆蓋度的影響較大。坡度較陡的山區(qū)植被覆蓋度較低，但變化相對(duì)穩(wěn)定。坡度緩的山區(qū)受到的客觀(guān)因素較多（如動(dòng)物、人類(lèi)活動(dòng)），低海拔的植被類(lèi)型之間容易相互轉(zhuǎn)換，所以植被覆蓋變化相對(duì)不穩(wěn)定。

坡向?qū)χ脖环植嫉挠幸欢ǖ挠绊?，但總體趨勢(shì)不顯著。通常，陽(yáng)坡可以獲取更多的太陽(yáng)輻射，植物可以進(jìn)行更強(qiáng)的光合作用。但太陽(yáng)輻射過(guò)分充足反而會(huì)使地表的水分蒸發(fā)過(guò)快，土壤中的水分無(wú)法儲(chǔ)存，降低土壤中的水儲(chǔ)量。這兩種因素可以在地形因子的作用下中和，其綜合效應(yīng)導(dǎo)致坡向?qū)DVI變化的影響不明顯。

4結(jié)論

綜上研究表明，坡度、坡向以及高程因子對(duì)長(zhǎng)白山的植被分布有顯著的影響。研究時(shí)段內(nèi)植被覆蓋總體呈上升趨勢(shì)，坡度、坡向及高程對(duì)長(zhǎng)白山植被空間分布以及變化趨勢(shì)存在明顯的分異性。

其中，植被分布隨海拔的升高而降低，在300-400m時(shí)有一個(gè)峰值，該段覆蓋率最高，而在400-800m之間受氣候、人類(lèi)活動(dòng)等因素的影響，植被覆蓋度呈下降趨勢(shì)。根據(jù)上面的分析可以得出結(jié)論即高程對(duì)植被分布有明顯的影響。

研究區(qū)植被分布對(duì)坡度有著十分明顯的響應(yīng)，即隨著坡度的升高，長(zhǎng)白山的植被覆蓋度明顯下降。在坡度為2-5°的時(shí)候植被覆蓋率最高，由于其他因素的影響，植被覆蓋度隨坡度的上升而降低。

長(zhǎng)白山坡向?qū)χ脖桓采w的影響規(guī)律性不強(qiáng)，總體而言，長(zhǎng)白山陽(yáng)坡的總體植被覆蓋度高于陰坡。陽(yáng)坡的光照較充足，植被的光合作用強(qiáng)，對(duì)植被的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用;陰坡太陽(yáng)輻射弱，對(duì)植被的生長(zhǎng)沒(méi)有明顯促進(jìn)作用。以上兩個(gè)因素的共同作用導(dǎo)致陽(yáng)坡的植被覆蓋度高于陰坡。

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1.撫順市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧撫順 113008;2.沈陽(yáng)工學(xué)院能源與水利學(xué)院 遼寧撫順 113008