顧羊羊,鄒長(zhǎng)新,喬旭寧,黃賢峰,葉 鑫①,徐夢(mèng)佳②，楊忠慶，杜世鵬

(1. 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042;2.河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454003;3.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，貴州 貴陽(yáng) 550081;4.安龍縣自然資源局，貴州 安龍 552400)

石漠化是由于喀斯特區(qū)脆弱的生態(tài)本底與人類不合理經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)活動(dòng)相互作用產(chǎn)生的現(xiàn)象[1]，也是我國(guó)西南地區(qū)主要生態(tài)問(wèn)題[2]。石漠化加劇水土流失，破壞土地資源，降低土壤肥力，惡化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，已經(jīng)成為制約我國(guó)西南喀斯特地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素[3-4]。黔西南州石漠化現(xiàn)象嚴(yán)重，全州石漠化面積為6 094.65 km2，占全州國(guó)土面積的36.27%，全州8個(gè)縣(市)全部納入石漠化治理工程縣或扶貧攻堅(jiān)石漠化治理重點(diǎn)區(qū)域，石漠化問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重阻礙黔西南州經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[5-6]。

植被覆蓋度能有效表征地表植被覆蓋，是描述植被生態(tài)系統(tǒng)狀況的重要定量參數(shù)[7]，地表植被覆蓋增加能夠減少水土流失，增加植被固碳，防治石漠化，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境[4,8]。在全球氣候變化背景下，利用長(zhǎng)時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)，分析石漠化地區(qū)植被覆蓋年際變化規(guī)律及其影響因素，降低區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)潛在威脅，對(duì)石漠化區(qū)生態(tài)環(huán)境治理和科技扶貧具有重要意義[9]。

由于MODIS NDVI產(chǎn)品具有時(shí)間序列長(zhǎng)、覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)易獲取等特點(diǎn)，已被廣泛運(yùn)用于植被特征變化[10]、植被生產(chǎn)力估測(cè)[11]、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)[10,12]、保護(hù)成效評(píng)估[3]等方面。以往研究注重植被整體變化趨勢(shì)，針對(duì)不同地質(zhì)類型，特別是喀斯特區(qū)與非喀斯特區(qū)，對(duì)比分析植被覆蓋變化差異的研究較少[13]。植被覆蓋時(shí)空變化影響因素方面研究多關(guān)注氣溫、降水、海拔等自然因素對(duì)植被覆蓋的影響，而近年來(lái)城鎮(zhèn)化建設(shè)及國(guó)土空間整治重大工程實(shí)施，顯著改變地表植被覆蓋，如何從人類活動(dòng)變化角度定量分析其對(duì)植被覆蓋的影響已成為目前研究熱點(diǎn)[8,10]。

因此，以石漠化典型區(qū)黔西南州為例，基于MOD13Q1數(shù)據(jù)，利用像元二分法構(gòu)建植被覆蓋度模型，揭示2000—2015年黔西南州植被覆蓋時(shí)空演變規(guī)律，采用變化趨勢(shì)法分析植被變化特征，結(jié)合Hurst指數(shù)分析植被覆蓋未來(lái)變化趨勢(shì)，并運(yùn)用殘差分析法和熱點(diǎn)分析法研究氣候因子與人類活動(dòng)對(duì)植被覆蓋變化的影響，為喀斯特石漠化區(qū)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)提供決策支持。

1 研究區(qū)概況

黔西南州位于貴州省西南部(24°38′～26°11′ N、104°35′～106°32′ E)，地處珠江上游，云貴高原東南端，云南、廣西、貴州3省(區(qū))結(jié)合部(圖1)。全州國(guó)土面積為16 804 km2，轄2市6縣1新區(qū)，州境內(nèi)地形起伏大，海拔范圍為275～2 207 m，地貌復(fù)雜。研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，多年平均氣溫為12.8～19.4 ℃，年平均降水量為1 352.8 mm。州境內(nèi)共有河長(zhǎng)10 km以上且流域面積大于20 km2的河流有102條，南盤江、北盤江和紅水河是州內(nèi)3條較大的江河。1999年黔西南州巖溶出露面積為10 129.51 km2，占全州國(guó)土面積的60.28%，石漠化面積占全州國(guó)土面積的36.27%，其中中度及以上面積為2 693.79 km2，占石漠化面積的44.2%[5]。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

2.1.1MODIS NDVI數(shù)據(jù)

MODIS NDVI數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)陸地過(guò)程分布式數(shù)據(jù)存檔中心(LP DAAC，https:∥ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)提供的MOD13Q1植被指數(shù)產(chǎn)品，空間分辨率為250 m，時(shí)間分辨率為16 d，該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)輻射定標(biāo)、幾何校正、條紋去除等預(yù)處理[14]，數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，已被廣泛運(yùn)用于流域[7]、省[13]、市[15]等多尺度研究。共收集2000—2015年逐月覆蓋黔西南州范圍MOD13Q1產(chǎn)品192幅，首先采用ENVI 5.3軟件進(jìn)行批量投影轉(zhuǎn)換，將正弦曲線投影(Sinusoidal)轉(zhuǎn)為Albert等面積投影，并將HDF格式轉(zhuǎn)為TIFF格式，再采用最大值合成法獲得逐年最大值NDVI數(shù)據(jù)，根據(jù)黔西南州行政邊界裁剪得到2000—2015年研究區(qū)NDVI數(shù)據(jù)集。

2.1.2氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn/)的中國(guó)逐年年平均氣溫、年降水量空間插值數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集是基于全國(guó)2 400多個(gè)氣象站點(diǎn)日觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)整理、計(jì)算和運(yùn)用ANUSPLIN插值軟件進(jìn)行空間插值處理生成，空間分辨率為1 km[16]。采用ArcGIS 10.6軟件將逐年降水量和年均溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換、重采樣和裁剪等操作，獲得與MODIS NDVI數(shù)據(jù)像元大小一致、投影相同的年降水量和年均溫?cái)?shù)據(jù)。

2.1.3土地利用數(shù)據(jù)

黔西南州2000和2015年2期土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，根據(jù)劉紀(jì)遠(yuǎn)等[17]提出的中國(guó)土地利用遙感制圖分類系統(tǒng)，將研究區(qū)土地利用類型重分類為林地、草地、濕地、耕地、建設(shè)用地和其他用地。

2.2 研究方法

2.2.1像元二分法

作為反映地表植被覆蓋狀況的常用指標(biāo)之一，NDVI指數(shù)容易計(jì)算，但是該指數(shù)在植被覆蓋高值區(qū)易于飽和，而在植被覆蓋低值區(qū)難以辨識(shí)，通過(guò)像元二分法估算植被覆蓋度可有效提高精度[18]。根據(jù)像元二分模型理論，像元的植被覆蓋度與綠色植被部分信息和無(wú)植被覆蓋部分信息有關(guān)[7]。植被覆蓋度計(jì)算公式為

(1)

式(1)中，F(xiàn)為像元植被覆蓋度；I為像元NDVI值；Iveg為純植被像元NDVI值；Isoil為完全無(wú)植被覆蓋像元NDVI值。該研究Iveg為累計(jì)頻率95%時(shí)的NDVI值，Isoil為累計(jì)頻率5%時(shí)的NDVI值[19]。

2.2.2變化趨勢(shì)分析

采用一元線性回歸分析方法模擬黔西南州2000—2015年植被覆蓋度逐像元變化趨勢(shì)。以時(shí)間為自變量，以植被覆蓋度為因變量，根據(jù)最小二乘算法，計(jì)算變化趨勢(shì)斜率(S)[20]，其計(jì)算公式為

(2)

式(2)中，S為變化趨勢(shì)斜率；n為時(shí)間點(diǎn)數(shù)量；i為時(shí)間；Fi為各像元植被覆蓋度統(tǒng)計(jì)量。

2.2.3重新標(biāo)度極差分析(R/S分析)法和Hurst指數(shù)

基于R/S分析法的Hurst指數(shù)，能夠用于定量描述時(shí)間序列信息長(zhǎng)期依賴性，目前已被廣泛運(yùn)用于水文學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、氣候?qū)W等領(lǐng)域[21]。同樣，Hurst指數(shù)可用來(lái)分析區(qū)域植被覆蓋未來(lái)變化趨勢(shì)[10,14]，具體計(jì)算方法參考嚴(yán)恩萍等[12]、田義超等[22]的研究。Hurst指數(shù)(H，0

2.2.4相關(guān)性分析

采用相關(guān)分析方法計(jì)算黔西南州植被覆蓋度與氣候因子(年均溫、年降水量)在時(shí)空尺度上相關(guān)系數(shù)的變化趨勢(shì)[20]。相關(guān)系數(shù)(rxy)計(jì)算公式為

(3)

2.2.5殘差分析

已有研究表明植被覆蓋度殘差分析能夠用于有效評(píng)估人類活動(dòng)的生態(tài)效益[23-24]。假設(shè)植被覆蓋度與氣候因子之間存在線性關(guān)系，在不考慮其他因素情況下，對(duì)2000—2015年每個(gè)柵格像元植被覆蓋度與氣候因子做二元回歸分析，從而得到每個(gè)像元植被覆蓋度預(yù)測(cè)值，即該值為氣候?qū)χ脖桓采w度的影響，計(jì)算實(shí)測(cè)植被覆蓋度與預(yù)測(cè)植被覆蓋度之間的殘差ε，用來(lái)衡量2000—2015年人類活動(dòng)對(duì)植被生長(zhǎng)的影響，最后運(yùn)用趨勢(shì)分析法計(jì)算殘差變化的空間特征，及人類活動(dòng)對(duì)植被生長(zhǎng)的影響[23]。計(jì)算公式為

F′=a+bx1+cx2，

(4)

εi=Fi-Fi′。

(5)

式(4)～(5)中，x1和x2分別為年均溫和年降水量2個(gè)氣候因子；a為常數(shù)；b和c分別為對(duì)應(yīng)多項(xiàng)式年均溫和年降水量系數(shù)；εi為第i年植被覆蓋度實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的殘差；Fi為第i年植被覆蓋度真實(shí)值；Fi′為第i年植被覆蓋度基于氣候條件的預(yù)測(cè)值。當(dāng)ε>0時(shí)，表示人類活動(dòng)對(duì)植被生長(zhǎng)存在正干擾；當(dāng)ε<0時(shí)，表示存在負(fù)干擾。

2.2.6熱點(diǎn)分析

熱點(diǎn)分析(hot spot analysis)方法可用于識(shí)別不同空間位置上高值區(qū)(hot spots)和低值區(qū)(cold spots)[25]。采用ArcGIS 10.6軟件熱點(diǎn)分析工具定量研究黔西南州植被覆蓋度殘差變化的空間格局分布特征，具體計(jì)算方法參考喬旭寧等[20]、王釗等[25]的研究。

3 結(jié)果與分析

3.1 黔西南州植被覆蓋時(shí)空變化特征

3.1.1植被覆蓋時(shí)間變化特征

2000—2015年黔西南州植被覆蓋整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，增長(zhǎng)率為0.033·(10 a)-1，2003年研究區(qū)植被覆蓋度年均值(0.529 1)最低，2015年(0.589 8)最高，16 a間植被覆蓋度年均值為0.548 3。2000—2003年研究區(qū)植被覆蓋呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2004—2011年呈波動(dòng)變化但相對(duì)穩(wěn)定，2012—2015年呈快速上升。由于不同地質(zhì)條件會(huì)影響地表植被生長(zhǎng)[13]，將黔西南州按喀斯特區(qū)和非喀斯特區(qū)進(jìn)行劃分[5]。16 a間喀斯特區(qū)植被覆蓋度呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢(shì)，植被覆蓋年際變化不明顯，增長(zhǎng)率僅為0.019·(10 a)-1，植被覆蓋度年均值為0.504 7；非喀斯特區(qū)植被覆蓋度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，增長(zhǎng)率為0.048·(10 a)-1，植被覆蓋度年均值為0.598 8，16 a間非喀斯特區(qū)植被增長(zhǎng)率高于喀斯特區(qū)(圖2)。

3.1.2植被覆蓋空間分布特征

黔西南州植被覆蓋度多年均值空間分布見(jiàn)圖3。如圖3所示，黔西南州植被覆蓋空間分布呈現(xiàn)東南部高、北部低的分布特征。

參考陳效逑等[26]的植被覆蓋度劃分方法，將研究區(qū)劃分成5個(gè)等級(jí)(表1)。圖3和表1顯示，16 a間全州植被覆蓋低值區(qū)面積為3 335.81 km2，占總面積的19.21%，其中極低覆蓋度區(qū)面積占比為4.03%，主要分布在各市縣城鎮(zhèn)區(qū)，低覆蓋度區(qū)主要分布在興義市、興仁縣、貞豐縣等市縣周邊地形平緩、地勢(shì)較低的旱地和坡耕地周邊。植被中覆蓋度區(qū)面積為6 632.63 km2，占比為38.19%，廣泛分布在黔西南州西部和北部，該區(qū)域地形平坦，海拔較高，以中高覆蓋度草地、灌木林為主。研究區(qū)植被覆蓋高值區(qū)面積為7 396.75 km2，占比為42.60%，其中極高覆蓋度區(qū)面積占比為5.30%，主要集中在望謨縣、冊(cè)亨縣以及普安縣烏蒙山脈區(qū)域，植被覆蓋以闊葉林、針葉林和高覆蓋度草地為主，2015年望謨縣、冊(cè)亨縣森林覆蓋率均達(dá)到67%以上。黔西南州非喀斯特區(qū)植被高覆蓋度區(qū)面積占比為57.84%，主要分布在望謨縣和冊(cè)亨縣?？λ固貐^(qū)植被高覆蓋度區(qū)面積占比低于非喀斯特區(qū)，主要分布在各市縣輕度石漠化和無(wú)石漠化地區(qū)。

表1 2000—2015年黔西南州植被覆蓋度多年均值不同分級(jí)區(qū)面積占比

3.1.3植被覆蓋空間變化特征

采用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法(Jenks)將2000—2015年黔西南州植被覆蓋度年際變化趨勢(shì)柵格數(shù)據(jù)劃分成5個(gè)等級(jí)(圖4和表2)。如圖4和表2所示，16 a間全州植被覆蓋整體呈現(xiàn)改善趨勢(shì)，有40.38%的區(qū)域面積植被狀況趨于改善，其中輕微改善區(qū)域面積占比為28.78%，明顯改善區(qū)域面積占比為11.60%，明顯改善區(qū)域主要分布在貞豐縣與望謨縣交界處、普安縣中南部和興仁縣東部。有31.03%的區(qū)域面積植被狀況趨于退化，其中輕度退化區(qū)域面積占比為23.19%，嚴(yán)重退化區(qū)域面積占比為7.84%，退化區(qū)域主要分布在市縣建成區(qū)及周邊旱地、低覆蓋度草地區(qū)域。植被狀況基本不變區(qū)域面積為4 965.13 km2，占比為28.59%，在全州廣泛分布。16 a間非喀斯特區(qū)植被改善區(qū)域面積占比(41.53%)高于喀斯特區(qū)植被改善區(qū)域面積占比(39.37%)，非喀斯特區(qū)植被改善面積較大。

表2 2000—2015 年黔西南州植被覆蓋度年際變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)

3.1.4植被覆蓋未來(lái)變化特征

根據(jù)2000—2015年黔西南州植被覆蓋度數(shù)據(jù)，基于R/S理論的分析原理，采用MATLAB 2014b軟件實(shí)現(xiàn)Hurst指數(shù)的逐像元空間計(jì)算，獲得植被覆蓋度變化持續(xù)性分布狀況，并將Hurst值域范圍設(shè)定為弱、中、強(qiáng)持續(xù)性/反持續(xù)性共6個(gè)類型(表3)，得到研究區(qū)Hurst指數(shù)空間分級(jí)(圖5)。16 a間研究區(qū)Hurst指數(shù)均值為0.45，黔西南州植被覆蓋整體趨向于反持續(xù)性，這與馬梓策等[10]的研究結(jié)果一致。Hurst指數(shù)大于0.65的植被覆蓋中強(qiáng)持續(xù)性區(qū)域較少且分布破碎，其面積僅占全州面積的3.26%，主要分布在望謨縣西部。Hurst指數(shù)大于0.5的區(qū)域主要分布在黔西南州東部和北部，其面積占全州面積的31.98%。Hurst指數(shù)小于等于0.5的區(qū)域廣泛分布在黔西南州各市縣，其面積占全州面積的68.02%，其中Hurst指數(shù)小于等于0.35的區(qū)域面積占全州面積的13.53%，主要分布在安龍縣、興仁縣和貞豐縣西部等地區(qū)。喀斯特區(qū)和非喀斯特區(qū)植被覆蓋反持續(xù)性區(qū)域面積比例均高于65%，這表明研究區(qū)植被覆蓋易出現(xiàn)反持續(xù)性特征，植被未來(lái)變化趨勢(shì)與過(guò)去趨勢(shì)相反。

表3 不同像元Hurst指數(shù)分級(jí)結(jié)果

通過(guò)分析變化趨勢(shì)S值與Hurst指數(shù)疊加計(jì)算的結(jié)果，得到黔西南州植被未來(lái)變化特征，共分為6種情況(圖6和表4)。如圖6和表4所示，研究區(qū)植被覆蓋未來(lái)呈現(xiàn)持續(xù)改善趨勢(shì)區(qū)域面積占比為13.30%，其中持續(xù)顯著改善和持續(xù)輕微改善趨勢(shì)區(qū)域面積占比分別為3.83%和9.47%，持續(xù)改善表明植被狀態(tài)未來(lái)變化趨勢(shì)將與過(guò)去一致，保持持續(xù)改善狀態(tài)，該區(qū)域主要分布在貞豐縣東部和望謨縣西部。持續(xù)退化趨勢(shì)區(qū)域面積占比為9.77%，其中持續(xù)嚴(yán)重退化和持續(xù)輕度退化趨勢(shì)區(qū)域面積占比分別為2.50%和7.27%，持續(xù)退化表明植被狀態(tài)未來(lái)變化趨勢(shì)將與過(guò)去一致，保持持續(xù)退化狀態(tài)，該區(qū)域主要分布在各市縣主城區(qū)和義龍新區(qū)。持續(xù)基本不變趨勢(shì)區(qū)域面積占比為8.91%，零散分布在各市縣。植被覆蓋未來(lái)變化趨勢(shì)不確定區(qū)域面積占比為68.02%，其中反持續(xù)與嚴(yán)重退化、輕度退化、基本不變、輕微改善以及顯著改善趨勢(shì)區(qū)域面積占比分別為5.42%、16.14%、19.48%、19.34%和7.64%，在黔西南州分布廣泛。全州喀斯特區(qū)和非喀斯特區(qū)植被覆蓋未來(lái)變化趨勢(shì)不確定區(qū)域面積占比均高于65%，未來(lái)植被退化區(qū)域面積占比均達(dá)到9%，需因地制宜，加強(qiáng)研究區(qū)喀斯特區(qū)和非喀斯特區(qū)未來(lái)變化趨勢(shì)不確定區(qū)域及植被退化區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理，增加植被覆蓋，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

3.2 黔西南州植被覆蓋變化影響因素分析

3.2.1植被覆蓋與氣候因子相關(guān)性分析

逐像元計(jì)算2000—2015年黔西南州植被覆蓋度與氣候因子的相關(guān)系數(shù)(圖7)。研究區(qū)植被覆蓋度與年均溫的最大正相關(guān)和負(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.849和-0.852，與年降水量的最大正相關(guān)和負(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.931和-0.866。植被覆蓋度與年均溫和年降水量之間均存在正、負(fù)相關(guān)性，其中植被覆蓋度與年均溫呈正相關(guān)區(qū)域面積占比為53.63%，與年均溫呈顯著正相關(guān)區(qū)域面積占比為2.68%(r>0.49，P<0.05)，主要分布在黔西南州南部、普安縣和晴隆縣北部以及貞豐縣東南部，該區(qū)域地貌類型以低海拔山地河谷和高原山地峽谷為主；植被覆蓋度與年均溫呈顯著負(fù)相關(guān)區(qū)域面積占比為1.76%(r<-0.49，P<0.05)，主要分布在望謨縣南部和興義市西南部；植被覆蓋度與年降水量呈正相關(guān)區(qū)域面積占比為54.94%，與年降水量呈顯著正相關(guān)區(qū)域面積占比為3.36%(r>0.49，P<0.05)，主要分布在黔西南州南部南盤江河谷地帶，豐沛的降水和平緩的地形有助于植被生長(zhǎng)；植被覆蓋度與年降水量呈顯著負(fù)相關(guān)區(qū)域面積占比為1.85%(r<-0.49，P<0.05)，主要分布在安龍縣、晴隆縣和興義市西南部，該區(qū)域地貌類型以巖溶侵蝕為主，年降水量增加會(huì)導(dǎo)致水土流失加劇，不利于植被恢復(fù)?？傮w而言，黔西南州植被覆蓋與氣溫、降水存在正相關(guān)關(guān)系，通過(guò)對(duì)比植被覆蓋度與年均溫、年降水量之間的絕對(duì)相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)植被覆蓋度與年均溫絕對(duì)相關(guān)系數(shù)大于植被覆蓋度與年降水量絕對(duì)相關(guān)系數(shù)的區(qū)域面積占比為52.43%，這表明2000—2015年黔西南州植被覆蓋對(duì)氣溫的響應(yīng)強(qiáng)于降水量。

表4 植被覆蓋度未來(lái)變化特征分區(qū)統(tǒng)計(jì)

3.2.2人類活動(dòng)對(duì)植被覆蓋的影響

2000—2015年黔西南州植被覆蓋度殘差的空間變化特征見(jiàn)圖8。如圖8可知，2000—2015年黔西南州人類活動(dòng)對(duì)植被覆蓋的影響程度整體呈增強(qiáng)趨勢(shì)，即生態(tài)環(huán)境得到改善，增強(qiáng)幅度為1.58%·(10 a)-1，高于全國(guó)同期的0.57%·(10 a)-1水平[10]，呈增強(qiáng)趨勢(shì)區(qū)域面積占研究區(qū)總面積的55.42%，其中植被覆蓋度殘差增加較明顯的區(qū)域主要分布在望謨縣西部、貞豐縣東部和普安縣中南部，這些區(qū)域植被覆蓋除受氣候因素影響外，在很大程度上體現(xiàn)了封山育林、小流域綜合治理、退耕還林還草等人類活動(dòng)的影響，這些活動(dòng)都能大幅提高植被覆蓋。由2000—2015年黔西南州植被覆蓋度殘差變化冷熱點(diǎn)空間分布(圖8)和表5可知，2000—2015年研究區(qū)植被覆蓋度殘差變化熱點(diǎn)區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)型主要表現(xiàn)為草地轉(zhuǎn)為林地、耕地轉(zhuǎn)為林地和耕地轉(zhuǎn)為草地，2000年327.35 km2草地在2015年轉(zhuǎn)為林地，420.24 km2耕地轉(zhuǎn)為林地和草地。人類活動(dòng)對(duì)植被覆蓋的影響程度呈減弱趨勢(shì)區(qū)域面積占地區(qū)總面積的44.58%，即人類活動(dòng)加劇導(dǎo)致植被退化，主要分布在各市縣城區(qū)，由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程擴(kuò)張，大量耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。16 a間冷點(diǎn)區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型主要表現(xiàn)為林地轉(zhuǎn)為草地、耕地和建設(shè)用地以及耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，2000年238.66 km2林地在2015年轉(zhuǎn)為草地、耕地和建設(shè)用地，58.08 km2耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地(圖8和表5)。退耕還林還草工程實(shí)施和城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度增加是導(dǎo)致黔西南州植被覆蓋變化的主要人為因素。

表5 2000—2015年黔西南州植被覆蓋殘差變化冷熱點(diǎn)區(qū)域土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

2000—2015年黔西南州植被覆蓋呈上升趨勢(shì)，這與針對(duì)西南地區(qū)[13]、貴州地區(qū)[27]等不同空間尺度的研究結(jié)果一致。植被覆蓋變化在空間分布上呈現(xiàn)較大差異，主要與氣候因子[28]、地形因子[15]、地質(zhì)條件[13]和人類活動(dòng)[13,23]有關(guān)。黔西南州植被覆蓋與氣溫、降水量呈正相關(guān)，植被覆蓋對(duì)氣溫的響應(yīng)強(qiáng)于降水量，研究區(qū)豐富的降水導(dǎo)致土壤水分長(zhǎng)期處于過(guò)飽和狀態(tài)，生物活性降低，地表徑流增加，土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失，間接對(duì)植被生長(zhǎng)造成脅迫[28]。因此溫度成為影響研究區(qū)植被生長(zhǎng)最主要?dú)夂蛞蛩?，這與肖建勇等[15]、張凱選等[30]對(duì)該區(qū)域的研究結(jié)論相似。全州非喀斯特區(qū)植被覆蓋高于喀斯特區(qū)，植被覆蓋高值區(qū)主要分布在望謨縣、冊(cè)亨縣和普安縣烏蒙山等非喀斯特區(qū)，而喀斯特區(qū)植被覆蓋高值區(qū)主要分布在各市縣輕度石漠化和無(wú)石漠化區(qū)，喀斯特區(qū)以巖溶侵蝕為主，地形起伏大，常年豐富的降水易加劇水土流失，不利于植被生長(zhǎng)。

同時(shí)，喀斯特地區(qū)植被覆蓋與植樹(shù)造林、石漠化治理及城鎮(zhèn)擴(kuò)張等人類活動(dòng)顯著相關(guān)[27]。通過(guò)對(duì)比2000和2015年2期土地覆被變化數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)16 a間黔西南州林地面積增加2 040.63 km2，耕地面積減少1 367.17 km2，草地面積減少513.09 km2，其他用地面積減少275.49 km2，全州植被覆蓋度從2000年的0.537 7增加到2015年的0.589 8，植被覆蓋呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。2002年黔西南州開(kāi)始實(shí)行退耕還林還草工程、石漠化治理工程、珠防工程和國(guó)家儲(chǔ)備林建設(shè)等工程，綜合治理石漠化面積1 065.23 km2[5]，采取封山育林、土地整治和小流域綜合治理等措施，植被恢復(fù)取得顯著成效，全州森林覆蓋率從2000年的31.81%增加到2015年的52.66%。全州有31.03%的區(qū)域處于植被退化狀況，退化區(qū)域主要分布在興義市、義龍新區(qū)、安龍縣等城鎮(zhèn)化發(fā)展較快區(qū)域，16 a間城市建設(shè)用地面積增加52.93 km2，城鎮(zhèn)快速擴(kuò)張占用草地和耕地，導(dǎo)致植被覆蓋下降。

該研究?jī)H選擇氣溫和降水量2個(gè)氣象要素構(gòu)建二元線性回歸模型，模擬植被覆蓋變化，對(duì)表征人類活動(dòng)具有一定局限性，而太陽(yáng)輻射、日照時(shí)數(shù)、蒸散發(fā)等氣象因子也會(huì)對(duì)植被覆蓋產(chǎn)生影響。同時(shí)植被覆蓋與氣象要素間存在復(fù)雜非線性關(guān)系，該研究假設(shè)植被覆蓋與氣象要素存在線性關(guān)系，導(dǎo)致部分區(qū)域相關(guān)性較低，未來(lái)研究將選擇多種氣候因素，構(gòu)建多元非線性回歸模型模擬植被覆蓋變化，確保研究結(jié)果更加客觀合理。

4.2 結(jié)論

(1)2000—2015年黔西南州植被覆蓋整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為0.033·(10 a)-1，非喀斯特區(qū)植被增長(zhǎng)區(qū)域面積占比高于喀斯特區(qū)。植被覆蓋在空間上呈現(xiàn)東南部高、北部低的分布特征，非喀斯特區(qū)植被覆蓋高于喀斯特區(qū)。

(2)黔西南州植被覆蓋整體呈現(xiàn)改善趨勢(shì)，改善區(qū)域面積占比為40.38%，主要分布在貞豐縣東部、望謨縣西部和普安縣中南部；退化區(qū)域面積占比為31.03%，主要分布在市縣建成區(qū)周邊；基本不變區(qū)域面積占比為28.59%，在全州廣泛分布。16 a間非喀斯特區(qū)植被改善區(qū)域面積比例(41.53%)高于喀斯特區(qū)植被改善區(qū)域比例(39.37%)。

(3)黔西南州植被覆蓋未來(lái)持續(xù)改善區(qū)域面積占比(13.30%)大于未來(lái)持續(xù)退化區(qū)域(9.77%)，持續(xù)基本不變趨勢(shì)區(qū)域面積占比為8.91%?？λ固貐^(qū)和非喀斯特區(qū)未來(lái)變化趨勢(shì)不確定區(qū)域面積占比均高于65%，植被退化區(qū)域占比均達(dá)到9%。

(4)黔西南州植被覆蓋與年均溫和年降水量存在正相關(guān)關(guān)系，氣溫對(duì)植被覆蓋的影響強(qiáng)于降水量。人類活動(dòng)對(duì)植被覆蓋的影響整體呈增強(qiáng)趨勢(shì)，退耕還林還草工程實(shí)施和城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度增加是導(dǎo)致黔西南州植被覆蓋變化的主要人為因素。