龍映豪, 李旭東, 程東亞

貴州巖溶峽谷NDVI變化及與人口的關系

龍映豪, 李旭東*, 程東亞

貴州師范大學地理與環(huán)境科學學院, 貴陽 550025

研究巖溶峽谷NDVI變化, 可為退耕還林、石漠化治理、峽谷生態(tài)保護提供科學參考。以貴州境內(nèi)巖溶峽谷為研究區(qū), 選取2000—2018年NDVI數(shù)據(jù)和2010年人口數(shù)據(jù), 探究了其NDVI時空演變規(guī)律及與人口的關系。結(jié)果表明: (1)2000—2018年NDVI由0.659增長至0.807, 增長0.148, 表明植被處于恢復趨勢; (2)2000—2018年城市及其附近NDVI較低; 期間NDVI上升地區(qū)面積超過97%, 下降地區(qū)不足3%; (3)將2000—2018年NDVI分為6等級, 小于0.4、0.7—0.8、大于0.8的區(qū)域NDVI占比呈現(xiàn)上升趨勢, 0.4—0.5、0.5—0.6、0.6—0.7的區(qū)域NDVI占比處于下降趨勢; (4)2000—2018年隨人口密度增加NDVI總體處于下降趨勢, 期間NDVI增量隨人口密度增加呈減少趨勢。貴州巖溶峽谷NDVI總體保持上升, 人口密度與NDVI變化關系密切。

NDVI; 人口; 空間變化; 巖溶峽谷; 貴州

0 前言

中國西南喀斯特地區(qū)以貴州、廣西等地區(qū)為核心地帶, 其石漠化問題嚴重、生態(tài)環(huán)境脆弱性強、生態(tài)敏感性高[1]。貴州巖溶峽谷區(qū)作為喀斯特的一種特殊地形表現(xiàn)形式, 同樣面臨著上述嚴重問題。有學者指出, 喀斯特石漠化問題與水土流失相關[2–3], 提升植被覆蓋是解決喀斯特地區(qū)水土流失的重要途徑[4–5], 也是區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復的重要方式。

植被是地表物質(zhì)能量循環(huán)與轉(zhuǎn)化的重要參與者, 其在水土保持、生物多樣性保護以及調(diào)節(jié)氣候等方面發(fā)揮著積極作用[6–7]。地表植被覆蓋與植被長勢的動態(tài)變化, 受到氣候變化及人類活動影響[8–9]。相對于氣候作用, 人類活動影響正在逐漸增強。研究植被時空變化及與人口之間的聯(lián)系, 能夠一定程度上反映地區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化[10–11], 可為地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護、合理規(guī)劃人口分布及自然資源利用提供參考。

歸一化植被指數(shù)(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)是標準植被指數(shù)的一種, 可以較準確地反映地區(qū)植被生長、覆蓋、生物量等特征[12], 已在研究植被變化領域發(fā)揮了重要作用。在全球極端氣候增加的大背景下, 越來越多的研究將目光聚集在植被時空變化[13–14]、植被變化對氣候變化的響應[15–16]、植被變化的驅(qū)動/影響因素[17–19], 等等。如毛德華等在研究東北多年凍土NDVI變化及其對氣候變化響應[10]; 孫慶齡等研究了三江源植被NDVI變化趨勢及影響因素[19]。由于地區(qū)植被變化是氣候與人類活動共同作用的結(jié)果[8.20], 在眾多的關注視角[21-23]中, 植被變化與氣候、人類活動更是受到廣泛的關注。如周偉等[16]、程東亞等[21]對氣候影響因子的研究, 王靜等[11]、陶帥等[17]對人類活動影響因子的關注。但根據(jù)目前掌握的文獻來看, 對于植被NDVI變化的影響因素研究, 多還是傾向于氣候因子, 對社會經(jīng)濟因素影響因子的研究尚顯不足, 對西南部欠發(fā)達地區(qū)的重視程度更需要進一步關注。貴州是集山地與巖溶的典型區(qū)域, 也是中國西南經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)。在貴州在交通網(wǎng)絡不斷完善、大數(shù)據(jù)新興產(chǎn)業(yè)布局、貧困地區(qū)不斷實現(xiàn)脫貧摘帽的背景下, 貴州近十年來經(jīng)濟增速穩(wěn)居全國前列, 經(jīng)濟發(fā)展較快。但貴州巖溶分布情況復雜, 經(jīng)濟資源稟賦差異明顯, 位于貴州西部的巖溶峽谷地區(qū)更是自然環(huán)境和社會經(jīng)濟條件復雜的地區(qū)。

因此, 以典型喀斯特地區(qū)為研究對象, 揭示區(qū)域植被時空變化特征及與人口之間的內(nèi)在關系具有現(xiàn)實意義。故本文基于貴州巖溶峽谷區(qū)2000—2018年NDVI數(shù)據(jù)進行分析, 以期為研究結(jié)果能為巖溶地區(qū)石漠化治理、資源利用規(guī)劃及生態(tài)環(huán)境保護等提供一定理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 研究區(qū)概況

貴州巖溶峽谷區(qū)是中國南方喀斯特的重要分布地區(qū), 主要位于貴州省西部, 包括六盤水、安順市、畢節(jié)市及黔西南州等部分市縣(圖1), 國土面積約為22264 km2; 研究區(qū)北部海拔多在2000 m以上, 為烏蒙山區(qū)腹地, 是烏江、北盤江等重要河流的發(fā)源地, 中南部主要屬于珠江流域的北盤江水系; 區(qū)域氣候主要屬亞熱帶季風氣候, 雨熱資源較為充足, 氣溫表現(xiàn)為南高北低, 降水量表現(xiàn)為南多北少。[24]

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

貴州巖溶峽谷邊界結(jié)合《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱(2006—2015年)》和貴州省行政區(qū)劃提取, 該地貌分類在很多研究[25-26]中得到了使用。NDVI數(shù)據(jù)來自中國科學院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(http://www.resdc.cn)的中國年度植被指數(shù)空間分布數(shù)據(jù)集, 其是基于連續(xù)時間序列的SPOT/ VEGETATION NDVI衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù); 該數(shù)據(jù)是采用最大值合成法生成的年度數(shù)據(jù), 其分辨率為1000 m, 本研究選取數(shù)據(jù)時間年限為2000—2018年[27]。人口數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心共享服務平臺(http://www.geodata.cn), 數(shù)據(jù)集名為中國公里網(wǎng)格人口分布數(shù)據(jù)集, 其是把以行政區(qū)為基本單元的統(tǒng)計人口擴展到一定空間柵格尺度上, 建立人口空間分布數(shù)據(jù)集[28]。受數(shù)據(jù)獲取影響, 本文選取2010年數(shù)據(jù)代表整個研究期的人口分布狀況, 柵格人口數(shù)據(jù)分辨率為1000 m。采用貴州巖溶峽谷區(qū)矢量邊界裁剪NDVI數(shù)據(jù)和人口數(shù)據(jù), 然后對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理。將NDVI數(shù)據(jù)根據(jù)階段變化及等級變化進行重分類和分區(qū)統(tǒng)計, 將人口數(shù)據(jù)分為十個等級進行重分類與分區(qū)統(tǒng)計。森林覆蓋面積、覆蓋率、造林面積、封山育林面積和2010年貴州城市化數(shù)據(jù)來自《貴州統(tǒng)計年鑒2011—2019》[29]。2018年貴州城市化數(shù)據(jù)來自《2018年貴州省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》[30]。為了減少計算誤差, 本文統(tǒng)一坐標系為WGS 84、Asia Lambert Conformal Conic。

圖1 研究區(qū)位置

Figure 1 Study area location

2 NDVI時空變化特征

2.1 NDVI總體變化特征

2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI保持上升趨勢, NDVI變化的階段差異性明顯(表1)。

從總體NDVI平均值來看, 貴州巖溶峽谷2000— 2018年NDVI值呈不斷增加趨勢, 2000年、2010年、2018年其NDVI值分別為0.659、0.750、0.807。從階段變化特征來看, 其中2000—2010年NDVI年變化值為0.091, 年均變化0.009, 為增長值最多時段; 2010—2018年變化值0.007, 屬于平均變化最少的時段。總體來看, 2000—2018年NDVI值增長0.148, 年均變化0.008, 表明區(qū)域植被處于恢復特征。

2.2 NDVI空間變化特征

2000—2018年貴州巖溶峽谷區(qū)NDVI分布總體表現(xiàn)為東北高, 西北低, 中部高, 南部低(圖2)。

2000—2010年NDVI低值區(qū)在西北部分布集中, 南部分布較為零散; 該時段NDVI最低值由0.184增長至0.372, 最高值由0.92下降至0.896; 在空間分布上表現(xiàn)為中部NDVI高值區(qū)減小, 南部低值分布擴大。2010—2018年西北部NDVI低值分布面積減小明顯, 中部高值分布面積得到恢復, 且NDVI恢復至最高值0.92, 但最低值有所下降。至2018年, 中部鐘山和水城所在地區(qū)的NDVI低值分布面積擴大較明顯, 可能是受到城市建設的影響。此外, 北部NDVI低值區(qū)分布面積總體小于南部, 原來西北部低值分布聚集和南部低值零散的格局有所改變。

2.3 NDVI階段變化特征

2000—2018年貴州巖溶峽谷地區(qū)NDVI以上升為主, 顯著下降的區(qū)域多為城市周邊(表2、圖3)。

2000—2010年為研究區(qū)NDVI值變化最劇烈時段, 其中NDVI顯著增加面積達18230.35 km2, 占總面積的81.95%; 輕微增加地區(qū)面積為3520.01 km2, 占比為15.82%; 而呈顯著減少和輕微減少地區(qū)的總面積僅為494.44 km2, 占比不到3%。在空間分布上看, NDVI顯著增加地區(qū)表現(xiàn)為北部分布最廣, 中部其次, 南部相對零散。NDVI輕微增加地區(qū)在南部分布較為集中, 中部和北部相對分散。而NDVI顯著減少和輕微減少地區(qū)稀疏分布在南部和威寧西北部。

表1 2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI平均值變化

圖2 2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI空間分布圖

Figure 2 Spatial distribution of NDVI in karst canyon in Guizhou from 2000 to 2018

2010—2018年研究區(qū)NDVI呈現(xiàn)顯著減少、輕微減少和輕微增加地區(qū)較2000—2010年均有較大增加, 但顯著增加地區(qū)占比減少明顯。其中NDVI呈顯著減少地區(qū)面積為1006.86 km2, 占4.53%; 輕微減少地區(qū)面積為2602.05 km2, 占11.70%; 輕微增加地區(qū)面積增長至5885.33 km2, 占26.46%; 而顯著增加地區(qū)面積減少至12750.56 km2, 占比為57.32%, 較上時段減少25%左右。從空間分布上看, NDVI值顯著減少地區(qū)主要分布在中部鐘山和水城所在區(qū)域, 以及南部貞豐以南和貞豐與興仁之間地帶, 北部分布較為零散。輕微減少地區(qū)主要分布在北部赫章西北、中部鐘山和水城北部、中西部地區(qū)以及南部晴隆東南部。輕微增加地區(qū)在南部分布最為集中, 中部次之, 北部相對分散。顯著增加地區(qū)主要分布在西北部, 其次在中部, 南部分布最分散。

總體來看, 2000—2018年研究區(qū)NDVI值變化呈顯著減少、輕微減少、輕微增加以及顯著增加地區(qū)面積分別為281.68 km2、343.61 km2、844.04 km2以及20775.47 km2, 占比分別為1.27%、1.54%、3.79%以及93.39 %?？梢?000—2018年絕大多數(shù)地區(qū)NDVI值都呈增長趨勢, 且顯著增加地區(qū)在北部和中部分布都很集中, 僅南部相對分散。

2.4 NDVI等級變化特征

2000—2018年貴州巖溶峽谷區(qū)NDVI值變化主要發(fā)生在大于0.6的等級范圍, 面積占比最高地區(qū)的NDVI值等級范圍由0.6—0.7不斷向大于0.8等級范圍過渡(表3)。

2000年研究區(qū)NDVI值在0.6—0.7的地區(qū)范圍面積最廣, 占比達69.026%; 其次為NDVI值0.7—0.8的地區(qū), 占比為19.892%; 大于0.8地區(qū)面積最小, 占比僅為0.009%。2010年NDVI值在0.7—0.8之間的地區(qū)面積占比最大, 達71.527%; 其次為大于0.8的地區(qū), 其占比為14.809%; NDVI值小于0.4的地區(qū)面積占比最小, 占比僅為0.022%。2018年NDVI值大于0.8的地區(qū)面積占比最大, 占比為62.057%, 較2010年增加47.248%; NDVI值為0.7—0.8地區(qū)面積次之, 占比為32.757%; 小于0.4的地區(qū)面積占比仍最少, 為0.148%。

圖3 2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI分階段空間變化特征

Figure 3 The spatial change characteristics of NDVI in karst canyon in Guizhou from 2000 to 2018 in stages

表2 2000—2018年貴州巖溶峽谷不同類型NDVI變化

表3 2000—2018年貴州巖溶峽谷不同等級NDVI分布變化特征

2000—2010年研究區(qū)NDVI值小于0.7地區(qū)面積占比下降, 大于0.7地區(qū)面積占比呈上升趨勢; 2010—2018年NDVI值小于0.5地區(qū)面積占比有所上升, 0.5—0.8地區(qū)面積占比下降, 而大于0.8地區(qū)面積占比有很大上升; 2000—2018年NDVI整體變化過程表現(xiàn)為小于0.4低值區(qū)面積有所上升, 0.4—0.7地區(qū)占比下降, 0.7以上高值區(qū)面積占比上升。

3 NDVI變化與人口的關系

3.1 人口分布特征

人口密度與人類活動密切相關, 人口密度大的地區(qū)相對應的人口活動強度也更加劇烈。同時, 人口密度是反映區(qū)域人類活動和人口狀況的重要指標, 也是其重要表征形式, 故本文采用人口密度探究人口與NDVI的關系。貴州巖溶峽谷區(qū)人口密度分布呈北部和南部相對密集, 中部較稀疏的特點; 20%以上的地區(qū)人口密度均小于50人·km-2(圖4)。

人口密度小于100人·km-2的地區(qū)主要分布在鐘山和水城以南的中部地區(qū)、威寧以西以及貞豐以南地區(qū); 100—200人·km-2的地區(qū)主要分布在南部地區(qū),中部分布最分散; 200—300人·km-2地區(qū)在南部分布較為集中, 在中部和北部分布較為零碎; 300—400人·km-2地區(qū)在威寧西北部、興仁和貞豐之間地區(qū)以及鐘山以北部分地區(qū)分布較集中; 400—450人·km-2或人口密度更高的地區(qū)集中分布在威寧、鐘山、水城、興仁以及六枝城區(qū), 威寧西北部以及六枝特區(qū)以西也有零散分布。

從人口密度占比來看, 小于250人·km-2的人口密度較低地區(qū)占比較高, 占比均超過10%。特別是人口密度小于50人·km-2的地區(qū)面積最廣, 占比達24.46%; 而大于250人·km-2的人口密度相對較高地區(qū)占比均低于10%, 400—450人·km-2的地區(qū)占比最低, 均低于5%; 人口密度大于450人·km-2地區(qū)占比相對較高, 為7.23%。

3.2 NDVI與人口的相關關系

2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI與人口密度呈負相關關系, 其中2000年與2018年呈極顯著負相關關系(表4)。

相關系數(shù)上來看, 2000年、2010年、2018年NDVI 與人口密度的相關系數(shù)分別為-0.775、-0.454、-0.877。顯著性分別為0.009、0.187、0.001, 表明人類活動對于NDVI有一定限制作用。相對于2000年, 2018年兩者的相關性和顯著性更高。人口密度大的地區(qū), 直接說明其人類活動較強, 對植被資源的破壞程度也嚴重。因此, 在人口密度大、人類活動劇烈地區(qū), 其NDVI值明顯偏低, 呈現(xiàn)負相關。由于退耕還林的過程中存在人口搬遷與城市化現(xiàn)象, 可能在一定程度促進兩者的負相關關系更為密切。

圖4 貴州巖溶峽谷人口空間分布(左)與各人口密度分布面積(右)

Figure 4 The spatial distribution of population in karst canyon in Guizhou (Left) and the distribution area of each population density (Right)

表4 2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI與人口密度相關系數(shù)表

注: ** 相關性在 0.01 級別顯著(雙尾)。

3.3 年NDVI變化與人口的關系

2000年、2010年、2018年隨著人口密度上升, 貴州巖溶峽谷NDVI總體呈現(xiàn)下降趨勢(圖5)。

采用線性模型模擬NDVI與人口密度之間的關系(圖5), 2000年、2010年、2018年研究區(qū)NDVI與人口密度的之間擬合優(yōu)度分別為0.6313、0.2713、0.8139。相對2000年、2018年, 2010年擬合優(yōu)度偏低。

2000年人口密度小于150人·km-2時, NDVI隨人口密度增加有一定提升。在人口密度在100—150人·km-2之間時, NDVI值到最高值0.663; 當人口密度大于450人·km-2時, NDVI值降至最低0.649。2010年人口密度100—150人·km-2時, NDVI達到最高值0.752; 當人口密度大于200人·km-2時, NDVI大致持平0.751; 當超過450人·km-2時, NDVI降低至最低值0.743。2018年NDVI與人口密度的擬合優(yōu)度最高, 其隨人口密度增加而降低; 當人口密度大于450人·km-2時, NDVI下降至最低值0.77。

2000年及2010年NDVI值在人口密度100— 150人·km-2時有一定上升, 這可能與21世紀初國家全面啟動退耕還林、植樹造林、封山育林等工程有關。2006—2010貴州省累計完成植樹造林任務38.92萬公頃和封山育林任務66.53萬公頃, 2010—2018年為257.57萬公頃和82.07萬公頃[29], 這對于NDVI值提升有直接的影響。但之后隨人口密度增加, 人類活動強度不斷加大和城市化進程加快, 對于植被的占用較多, NDVI值也隨之下降。特別是2010年后貴州省進入快速城市化階段, 2010年貴州省城市化率為33.8%[29], 到2018年城市化率升至47.52%[30], 8年提升13.72個百分點。在城市化快速推進期間, 巖溶峽谷基礎設施建設取得較大成就, 城市用地又進一步擴張, NDVI值隨人口密度增加就體現(xiàn)為持續(xù)的減小趨勢。

圖5 2000—2018年貴州巖溶峽谷年NDVI變化與人口的關系

Figure 5 The relationship between annual NDVI changes and population in karst canyon in Guizhou from 2000 to 2018

3.4 階段NDVI變化與人口的關系

2000—2010年、2010—2018年、2000—2018年三個階段中, 隨著人口密度上升貴州巖溶峽谷NDVI增量變化趨勢并不一致; 整個階段來看(2000—2018年), 隨著人口密度上升其NDVI增量處于下降趨勢(圖6)。

階段NDVI變化的人口效應可以反映一定時間段內(nèi)NDVI隨人口密度等級變化而表現(xiàn)出的增量或減量變化。2000—2010年、2010—2018年、2000— 2018年的階段NDVI變化值與人口密度的擬合優(yōu)度分別為0.5383、0.8992以及0.7862, 能夠較好地體現(xiàn)各人口密度等級地區(qū)的階段NDVI值變化特征。

具體來看, 2000—2010年NDVI增量呈現(xiàn)明顯的峰值特征。NDVI增量在人口密度為400—450人·km-2時, 增量達到峰值0.098。當人口密度大于450人·km-2時, NDVI增量迅速降低; 2010—2018年, NDVI在人口密度小于50人·km-2時增量最大, 為0.067; 之后隨人口密度增加NDVI增量不斷減少, 當人口密度大于450人·km-2時, NDVI值增量為最小值0.028; 2000—2018年, 各人口密度等級地區(qū)的階段NDVI值變化特征也總體體現(xiàn)出NDVI增量不斷減小趨勢。NDVI增量最大出現(xiàn)在人口密度小于50人·km-2時, 人口密度大于 450人·km-2時增量最小。

圖6 2000—2018年貴州巖溶峽谷階段NDVI變化與人口的關系

Figure 6 The relationship between NDVI changes and population in karst canyon in Guizhou from 2000 to 2018 in stages

各時間階段NDVI變化具有較大差異, 但2000—2018年NDVI值變化均為正值, 可見隨時間推移在各人口密度等級地區(qū)NDVI值都是呈上升趨勢, 植被覆蓋恢復較好。NDVI增量隨人口密度增加而出現(xiàn)減小趨勢, 是由于人類生產(chǎn)生活活動對下墊面進行了改造, 土地利用方式發(fā)生了巨大變化[31]。隨建設用地增加其他用地方式也發(fā)生相應變化, 包括耕地、林地以及草地等。如林地和草地表現(xiàn)為相應地減少, 在NDVI增量上就體現(xiàn)為下降。

4 討論

巖溶峽谷地區(qū)本質(zhì)是一種山區(qū)地貌, 并集合了喀斯特地區(qū)生態(tài)脆弱的特征。貴州境內(nèi)巖溶峽谷地區(qū)位于中國西南喀斯特地區(qū)的核心區(qū)域, 也是石漠化治理的關鍵地帶。自20世紀90年代實施退耕還林、封山育林等生態(tài)保護政策以來[32], 貴州省在植被恢復和生態(tài)文明建設方面取得極大成就。截至2018年貴州省森林覆蓋面積為1004.16萬公頃, 較2010年713.80萬公頃增加290.36萬公頃[29], 森林覆蓋率由40.52%提升至57%, 提升了16.48%[29]。因此, 2000—2018年研究區(qū)NDVI值總體呈現(xiàn)上升趨勢, 很大程度上也得益于退耕還林等一系列政策的落實落地。同時, 貴州巖溶峽谷NDVI上升也在一定程度上表明區(qū)域生態(tài)環(huán)境正處于改善和恢復的趨勢。未來一段時間, 繼續(xù)推進巖溶峽谷石漠化治理、生態(tài)環(huán)境修復、國土環(huán)境優(yōu)化對可持續(xù)發(fā)展具有重要價值。

由于貴州巖溶峽谷區(qū)海拔南北差異大, 南部有北盤江穿過形成了河谷地區(qū), 北部位于烏蒙山區(qū)核心地帶。因此, 在晴隆和關嶺之間地帶形成延河流地帶的NDVI低值區(qū), 北部部分人口較少的地區(qū)NDVI明顯高于周邊。當然, 區(qū)域NDVI變化很重要的驅(qū)動力是人類活動, 在某些地區(qū)甚至是決定性作用, 巖溶峽谷地區(qū)也具有這種特征。貴州巖溶峽谷植被恢復的同時, 隨著人口密度變化, 地區(qū)人類活動強度發(fā)生改變對其產(chǎn)生迥然不同的影響, 例如某些階段隨著人口密度上升NDVI增量上升或者下降趨勢并不一致。同時, 人類活動使NDVI變化在微觀尺度上表現(xiàn)出一定差異, 如在人類活動劇烈的地區(qū), 城市擴張迅速, NDVI值表現(xiàn)為減少明顯。如程東亞等對喀斯特地區(qū)人口對植被的影響中發(fā)現(xiàn), 人口高密度地區(qū)植被覆蓋明顯減少, 可能是城市建設活動影響了植被變化[33]。韋振鋒等在研究西北地區(qū)植被覆蓋對氣候和人類活動的相應研究中也指出了類似觀點, 認為人類活動和城市擴張限制了植被生長[34]。

區(qū)域NDVI變化受光照、氣溫、降水、人類活動等因素共同作用, NDVI空間分布變化是不同因子非線性耦合作用的結(jié)果。由于本文主要探究人口密度分布差異對NDVI變化的影響, 其他影響因子缺乏相應的研究。因此, 在今后研究中對喀斯特地區(qū)NDVI空間分布變化的影響因素研究需要進行更深層次的探討。本文相對于以往研究, 更為系統(tǒng)的定量地闡釋了人口對NDVI變化的影響, 可為其他研究提供借鑒, 在其他地區(qū)人口效應如何也需要其他學者進一步完善。

5 結(jié)論

本文選取貴州巖溶峽谷區(qū)2000—2018年NDVI數(shù)據(jù), 以及2010年人口數(shù)據(jù)。探究該時段NDVI值時空變化特征, 以及與人口分布的關系。研究結(jié)果可為巖溶峽谷區(qū)資源利用及生態(tài)環(huán)境保護提供一定借鑒。得出結(jié)論如下:

(1)2000—2018年NDVI由0.659增長至0.807, 增長0.148, 表明貴州巖溶峽谷植被處于恢復趨勢。貴州巖溶峽谷地區(qū)是特殊的喀斯特地區(qū), 期間NDVI上升相對明顯, 表明巖溶地區(qū)生態(tài)保護政策促進了區(qū)域植被變化的好轉(zhuǎn)。

(2)2000—2018年城市及其附近NDVI較低; 期間NDVI上升地區(qū)超過97%, 下降地區(qū)不足3%。2000—2018年是貴州巖溶峽谷地區(qū)城市化發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展的快速階段, 在巖溶地區(qū)快速的城市化過程中必然產(chǎn)生植被侵占現(xiàn)象, 會導致少部分地區(qū)NDVI下降。

(3)2000—2018年NDVI分等級變化看, 小于0.4、0.7—0.8、大于0.8的區(qū)域, NDVI占比呈現(xiàn)上升趨勢; 0.4—0.5、0.5—0.6、0.6—0.7的區(qū)域, NDVI占比處于下降趨勢。研究區(qū)NDVI小于0.4上升主要是建設用地侵占導致, NDVI大于0.8上升和0.4—0.7的各等級下降主要是植被恢復導致NDVI上升。

(4)2000—2018年隨人口密度增加NDVI總體處于下降趨勢, 期間NDVI增量隨人口密度增加而減少。2000年、2010年、2018年隨著人口密度的上升, NDVI表現(xiàn)為下降趨勢, 但2010年并不明顯, 可能是多種因素導致。2000—2018年隨著人口密度上升, NDVI增量卻呈現(xiàn)逐漸減少趨勢, 一定程度表明高密度地區(qū)NDVI上升總體低于低密度地區(qū)。

[1] 李陽兵, 侯建筠, 謝德體. 中國西南巖溶生態(tài)研究進展[J]. 地理科學, 2002, 22(3): 365–370.

[2] 馬士彬, 安裕倫, 楊廣斌, 等. 喀斯特地區(qū)不同植被類型NDVI變化及驅(qū)動因素分析——以貴州為例[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2016, 25(7): 1106–1114.

[3] 劉發(fā)勇, 熊康寧, 蘭安軍, 等. 貴州省喀斯特石漠化與水土流失空間相關分析[J]. 水土保持研究, 2015, 22(6): 60– 64+71.

[4] 王志印, 曹建生. 中國北方土石山區(qū)植被恢復及其生態(tài)效應研究進展[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報(中英文), 2019, 27(9): 1319–1331.

[5] 鄧艷, 曹建華, 蔣忠誠, 等. 西南巖溶石漠化綜合治理水-土-植被關鍵技術進展與建議[J]. 中國巖溶, 2016, 35(5): 476–485.

[6] 王曉利, 侯西勇. 1982—2014年中國沿海地區(qū)歸一化植被指數(shù)(NDVI)變化及其對極端氣候的響應[J]. 地理研究, 2019, 38(4): 807–821.

[7] 楊勝天, 李茜, 盛浩然, 等. 土壤酸化-植被生產(chǎn)力空間信息模型構(gòu)建及貴州典型森林對酸沉降的生態(tài)效應響應[J]. 環(huán)境科學學報, 2010, 30(1): 34–43.

[8] 杜加強, 賈爾恒·阿哈提, 趙晨曦, 等. 1982—2012年新疆植被NDVI的動態(tài)變化及其對氣候變化和人類活動的響應[J]. 應用生態(tài)學報, 2015, 26(12): 3567–3578.

[9] 羅敏, 古麗·加帕爾, 郭浩, 等. 2000—2013年塔里木河流域生長季NDVI時空變化特征及其影響因素分析[J]. 自然資源學報, 2017, 32(1): 50–63.

[10] 毛德華, 王宗明, 宋開山, 等. 東北多年凍土區(qū)植被NDVI變化及其對氣候變化和土地覆被變化的響應[J]. 中國環(huán)境科學, 2011, 31(2): 283–292.

[11] 王靜, 王克林, 張明陽, 等. 南方丘陵山地帶NDVI時空變化及其驅(qū)動因子分析[J]. 資源科學, 2014, 36(8): 1712– 1723.

[12] 張靜靜, 鄭輝, 朱連奇, 等. 豫西山地植被NDVI及其氣候響應的多維變化[J]. 地理研究, 2017, 36(4): 765–778.

[13] 鄧興耀, 姚俊強, 劉志輝. 基于GIMMS NDVI的中亞干旱區(qū)植被覆蓋時空變化[J]. 干旱區(qū)研究, 2017, 34(1): 10– 19.

[14]劉憲鋒, 朱秀芳, 潘耀忠, 等. 1982—2012年中國植被覆蓋時空變化特征[J]. 生態(tài)學報, 2015, 35(16): 5331– 5342.

[15] 白建軍, 白江濤, 王磊. 2000—2010年陜北地區(qū)植被NDVI時空變化及其與區(qū)域氣候的關系[J]. 地理科學, 2014, 34(7): 882–888.

[16] 周偉, 王倩, 章超斌, 等. 黑河中上游草地NDVI時空變化規(guī)律及其對氣候因子的響應分析[J]. 草業(yè)學報, 2013, 22(1): 138–147.

[17] 陶帥, 鄺婷婷, 彭文甫, 等. 2000—2015年長江上游NDVI時空變化及驅(qū)動力——以宜賓市為例[J].生態(tài)學報, 2020, 40(14): 5029–5043

[18] 姜麗光, 姚治君, 王蕊, 等. 金沙江梯級水電開發(fā)區(qū)NDVI時空變化及其驅(qū)動因子研究[J]. 資源科學, 2014, 36(11): 2431–2441.

[19] 孫慶齡, 李寶林, 許麗麗, 等. 2000—2013年三江源植被NDVI變化趨勢及影響因素分析[J]. 地球信息科學學報, 2016, 18(12): 1707–1716.

[20] 李輝霞, 劉國華, 傅伯杰. 基于NDVI的三江源地區(qū)植被生長對氣候變化和人類活動的響應研究[J]. 生態(tài)學報, 2011, 31(19): 5495–5504.

[21] 程東亞, 李旭東, 楊江州. 西南山地流域NDVI變化特征及降水敏感性——以貴州沅江流域為例[J]. 生態(tài)學報, 2020, 40(4): 1161–1174.

[22] 袁麗華, 蔣衛(wèi)國, 申文明, 等. 2000—2010年黃河流域植被覆蓋的時空變化[J]. 生態(tài)學報, 2013, 33(24): 7798– 7806.

[23] 王君, 楊曉梅, 隋立春, 等. 西安市1995—2016年植被覆蓋度動態(tài)變化監(jiān)測及景觀格局分析[J]. 生態(tài)科學, 2019, 38(6): 81–91.

[24] 龍映豪, 李旭東, 程東亞. 貴州巖溶峽谷地表覆蓋變化的地形分異特征[J]. 土壤通報, 2021, 52(4): 767-776.

[25] 朱孟, 周忠發(fā), 蔣翼, 等. 基于貴州高原地貌分區(qū)的降水時空異質(zhì)性特征[J]. 水土保持研究, 2020, 27(3): 181– 189.

[26] 張繼, 周旭, 蔣嘯, 等. 貴州高原不同地貌區(qū)和植被類型水分利用效率的時空分異特征[J]. 山地學報, 2019, 37(2): 173–185.

[27] 徐新良. 中國年度植被指數(shù)(NDVI)空間分布數(shù)據(jù)集[DB].中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)注冊與出版系統(tǒng), 2018.

[28] 付晶瑩, 江東, 黃耀歡. 中國公里網(wǎng)格人口分布數(shù)據(jù)集[DB]. 全球變化科學研究數(shù)據(jù)出版系統(tǒng), 2014.

[29] 貴州省統(tǒng)計局, 國家統(tǒng)計局貴州調(diào)查總隊. 貴州統(tǒng)計年鑒(2011—2019)[M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社, 2019.

[30] 貴州省統(tǒng)計局, 國家統(tǒng)計局貴州調(diào)查總隊. 2018年貴州省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[R]. 貴陽: 貴州省統(tǒng)計局, 國家統(tǒng)計局貴州調(diào)查總隊, 2019.

[31] 曹茜, 于德永, 孫云, 等. 土地利用/覆蓋變化與氣候變化定量關系研究進展[J]. 自然資源學報, 2015, 30(5): 880–890.

[32] 程東亞, 李旭東, 安芬, 等. 高原山區(qū)小流域植被覆蓋度演變時空格局[J]. 貴州師范大學學報(自然科學版), 2020, 38(1): 6–13.

[33] 程東亞, 李旭東. 喀斯特地區(qū)植被覆蓋度變化及地形與人口效應研究[J]. 地球信息科學學報, 2019, 21(8): 1227– 1239.

[34] 韋振鋒, 王德光, 張翀, 等. 1999—2010年中國西北地區(qū)植被覆蓋對氣候變化和人類活動的響應[J]. 中國沙漠, 2014, 34(6): 1665–1670.

Changes of NDVI and its relationship with population in karst canyon in Guizhou

LONG Yinghao, LI Xudong*, CHENG Dongya

School of Geography and Environmental Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou 550025, China

Studying NDVI changes in karst canyon can provide scientific references for returning farmland to forests, stony desertification management, and canyon ecological protection.Taking karst canyon in Guizhou as the research area, NDVI data from 2000 to 2018 and population data from 2010 were selected to explore the temporal and spatial evolution rule of NDVI and therelationship of population. The results show that:(1) From 2000 to 2018, NDVI increased from 0.659 to 0.807, indicating that vegetation in karst canyon was in a trend of restoration. (2) The NDVI of the city and its vicinity was low during 2000-2018. During the period, the area of NDVI increased by over 97% and the area of NDVI decreased by less than 3%. (3) From 2000 to 2018, NDVI was divided into 6 grades. The proportion of NDVI in regions less than 0.4, 0.7-0.8 and greater than 0.8 was on the rise, while the proportion of NDVI in regions 0.4-0.5, 0.5-0.6 and 0.6-0.7 was on the decline.(4) From 2000 to 2018, NDVI generally declined with the increase of population density, during which the NDVI increment decreased with the increase of population density. NDVI in karst canyon in Guizhou keeps rising on the whole, and the population density was closely related to the change of NDVI.

NDVI; population; spatial change; karst canyon; Guizhou

龍映豪, 李旭東, 程東亞. 貴州巖溶峽谷NDVI變化及與人口的關系[J]. 生態(tài)科學, 2022, 41(5): 134–143.

LONG Yinghao, LI Xudong, CHENG Dongya. Changes of NDVI and its relationship with population in karst canyon in Guizhou[J]. Ecological Science, 2022, 41(5): 134–143.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.05.017

K903

A

1008-8873(2022)05-134-10

2020-08-27;

2020-10-23

國家自然科學基金項目(41261039); 貴州省科技廳項目【黔科合J字[2009]2253】

龍映豪(1997—), 男, 四川岳池人, 碩士研究生, 主要從事資源利用與低碳發(fā)展研究，E-mail:shslyh@163.com

李旭東(1969—), 男, 湖南邵東人, 教授, 主要從事人口地理與區(qū)域發(fā)展, 應對氣候變化與低碳經(jīng)濟研究，E-mail:616507732@qq.com