陳新明,盤鈺春,徐 勇,郭振東,鄭志威,戴強(qiáng)玉

(桂林理工大學(xué)測繪地理信息學(xué)院,廣西 桂林 541006)

【研究意義】植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要成分,對陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量循環(huán)發(fā)揮著重要作用[1-4]。隨著人們對生態(tài)環(huán)境的日益重視,植被覆蓋度的時空演變及影響因素受到廣泛關(guān)注[5-7]。但目前對西南地區(qū)不同植被類型覆蓋度與氣候因子和地形間的關(guān)系尚未充分了解。因此,探究西南地區(qū)不同植被類型覆蓋度的時空演變特征及其與氣候和地形的相關(guān)性,對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和生態(tài)林業(yè)工程效益評估具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】植被群落的形成和變化與所處的地理環(huán)境及人類活動密切相關(guān),在空間分布上,不同水熱條件影響下植被覆蓋存在差異,在時間序列變化上,植被對降水和氣溫的響應(yīng)存在較大差異,而區(qū)域氣候條件和地形因素是決定植被生境的主要地理環(huán)境因子[8-11],其中,高程、坡度、坡向和曲率等地形要素間的相互作用會影響地表的水分、熱量和光照等條件,從而影響植被的生長狀況[12-13]。國內(nèi)外學(xué)者在不同時空尺度上對區(qū)域氣候條件和地形差異與植被覆蓋時空分布差異的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了大量研究。Anees等[14]、Song等[15]研究發(fā)現(xiàn),降水對巴基斯坦和達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗植被生長具有促進(jìn)作用,而降溫對其植被生長具有抑制作用。Mao等[16]研究表明,呼倫湖地區(qū)植被覆蓋度與降水量呈正相關(guān),與5 ℃積溫呈負(fù)相關(guān)。胡克宏等[17]研究認(rèn)為,我國絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶沿線省份的植被覆蓋空間分異不僅受氣候變化影響,還與地形因子存在較強(qiáng)的相關(guān)性。徐勇等[12]研究指出,海拔是影響長江流域各流域單元植被空間分異的重要影響因素,而長江流域中游植被生長受地形和氣象因子的共同作用。馬曉妮等[18]研究發(fā)現(xiàn),降水、氣溫和海拔等因子是影響黃土高原砒砂巖地區(qū)植被覆蓋空間分異的主要環(huán)境因子,且降水與其他環(huán)境因子的交互作用對植被覆蓋影響最明顯。徐勇等[19]研究證實,氣候變化和人類活動共同影響西南地區(qū)植被的歸一化植被指數(shù)(NDVI)時空演變,降水和氣溫變化對植被生長的促進(jìn)作用大于抑制作用,且呈現(xiàn)明顯的空間異質(zhì)性?！颈狙芯壳腥朦c】迄今,國內(nèi)外學(xué)者針對植被覆蓋度時空演變特征的研究主要側(cè)重于區(qū)域植被覆蓋度與氣候和地形的相關(guān)性,關(guān)于不同類型植被生長對氣象因子(降水和氣溫)偏相關(guān)關(guān)系和時滯效應(yīng)及其地形效應(yīng)(坡度、坡向、曲率和高程)的研究鮮見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文分析2000—2020年西南地區(qū)不同植被類型植被覆蓋度的時空演變特征,探究西南地區(qū)不同植被類型植被覆蓋度與降水和氣溫的偏相關(guān)關(guān)系和滯后性及其與地形因子的耦合關(guān)系,旨在為西南地區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合整治和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為我國西南地區(qū)(97°21′～112°04′E,20°54′～34°19′N)的四川、云南、貴州、重慶和廣西等省(市、區(qū))(圖1-A)。該區(qū)地勢起伏大,高程在-20～6304 m,在空間上呈西北高、東南低的分布格局。西南地區(qū)以熱帶季風(fēng)和亞熱帶季風(fēng)氣候為主,降雨豐沛,氣溫較高,熱量條件較好,雨熱同期,年均氣溫-2.81～23.94 ℃,年均降水量54.56～2675.54 mm。植被類型復(fù)雜多樣,包括針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草原、草甸和草叢等(圖1-B)。西南地區(qū)特殊的地理位置、復(fù)雜多樣的氣候條件和脆弱的生態(tài)環(huán)境,使其成為我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點區(qū)域之一。

圖1 西南地區(qū)高程和植被類型比較Fig.1 Spatial distribution of the elevation and vegetation types of southwest China

1.2 數(shù)據(jù)來源

2000—2020年西南地區(qū)植被遙感數(shù)據(jù)MODIS NDVI來源于美國國家航空航天局發(fā)布的 MOD13A3產(chǎn)品(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/),時間分辨率為1個月,空間分辨率為1.0 km。為避免2000年1月數(shù)據(jù)缺失對試驗結(jié)果帶來的影響,本研究采用最大值合成法生成的2000—2020年MODIS NDVI年最大值數(shù)據(jù)集,能有效反映西南地區(qū)植被覆蓋在空間和時間尺度上的分布和變化狀況。氣象數(shù)據(jù)為來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://data.cma.cn/site/index.html)1999—2020年的中國2416個氣象站點逐日降水和氣溫數(shù)據(jù)。首先,對站點數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值處理,得到月累積降水和月平均氣溫;通過ANUSPLIN插值模型,在考慮經(jīng)度、緯度和高程的基礎(chǔ)上生成覆蓋全國的降水和氣溫時間序列,經(jīng)過裁剪得到研究區(qū)1999—2020年月累積降水和月平均氣溫時間序列。數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(https://www.resdc.cn/),空間分辨率為1.0 km。植被類型數(shù)據(jù)來源于《1∶1000000 中國植被圖集》,由中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(https://www.resdc.cn/)提供。

1.3 研究方法

1.3.1 像元二分模型 像元二分模型假設(shè)像元由植被覆蓋地表和無植被覆蓋地表兩部分構(gòu)成,所得光譜信息即為像元由植被覆蓋地表和無植被覆蓋地表以面積比加權(quán)的線性組合,植被覆蓋地表的面積比即為該像元的植被覆蓋度[5]。

FVC= (NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

式中,FVC為某一像元的植被覆蓋度,NDVI為該像元上的歸一化植被指數(shù)值,NDVIsoil為裸地對應(yīng)的植被指數(shù)值,NDVIveg為純植被對應(yīng)的植被指數(shù)值。從研究區(qū)植被NDVI累積概率分布上分別找出不同時相的5%和95%置信區(qū)間值,從所有時相內(nèi)選出最小5%置信區(qū)間值和最大95%置信區(qū)間值,分別作為NDVIsoil和NDVIveg的參數(shù)值。

1.3.2 Theil-Sen Median趨勢分析和 Mann-Kendall顯著性檢驗 Theil-Sen Median趨勢分析法具有抗噪性強(qiáng)及受異常值影響小的優(yōu)點,是一種穩(wěn)定的非參數(shù)斜率估計方法,可反映植被NDVI時間序列數(shù)據(jù)在一段時間內(nèi)的變化趨勢及用于長時間序列數(shù)據(jù)變化趨勢研究[19]。

Slope=median[(xj-xi)/(j-i) ],?>i

式中,Slope為變化斜率,xi和xj分別為第i和第j年的植被覆蓋度,?為全稱量詞,表示“對所有的”“對任意一個”。當(dāng)Slope>0 時,表示研究時段內(nèi)該像元的植被覆蓋度呈增加趨勢,當(dāng)Slope=0 時,表示研究時段內(nèi)該像元的植被覆蓋度整體基本保持不變,當(dāng)Slope<0 時,表示研究時段內(nèi)該像元的植被覆蓋度呈減小趨勢。

Mann-Kendall顯著性檢驗法具有適用范圍廣、對樣本分布特征無要求及不受少數(shù)異常值影響等優(yōu)點[19],是一種常用的非參數(shù)檢驗法。運用此法對植被覆蓋度時間序列變化趨勢進(jìn)行顯著性檢驗,對于給定的置信水平α,當(dāng)|Z|>Z1-α/2時,時間序列在α水平上存在顯著變化趨勢,反之無顯著變化趨勢。

1.3.3 偏相關(guān)分析 偏相關(guān)分析可探討不同植被類型與氣候因子間的偏相關(guān)關(guān)系,采用偏相關(guān)分析法對2000—2020年西南地區(qū)降水和氣溫進(jìn)行偏相關(guān)分析,計算公式[19]為:

式中,x和y為自變量,Rxy為氣候因子與植被覆蓋度的相關(guān)系數(shù),Rxy·z為剔除變量z影響后變量x與y間的偏相關(guān)系數(shù)。本研究通過計算植被覆蓋度及前0～6個月降水和氣溫的偏相關(guān)系數(shù),并根據(jù)一階偏導(dǎo)得到最大偏相關(guān)系數(shù)和最大響應(yīng)的滯后期,揭示西南地區(qū)不同植被類型植被覆蓋度與降水和氣溫的偏相關(guān)關(guān)系及滯后效應(yīng)。

1.3.4 地形因子提取 地形因子不僅是描述地貌形態(tài)的參數(shù),也是植被垂直分布及多樣性分布的關(guān)鍵因素。本研究選取坡度、坡向、曲率和高程4個因子對植被覆蓋變化驅(qū)動力進(jìn)行研究。參考前人研究結(jié)果[20-21],結(jié)合實際情況對西南地區(qū)坡度、坡向、曲率和高程進(jìn)行等級劃分(表1)。

表1 西南地區(qū)地形因子的分級及占比

1.3.5 植被類型提取 參考張遠(yuǎn)東等[22]的方法,將研究區(qū)植被類型劃分為針葉林(17.64%)、闊葉林(7.51%)、針闊混交林(0.11%)、高山植被(0.73%)、栽培植被(27.82%)、灌叢(25.17%)、草原(0)、草甸(8.30%)、草叢(12.20%)、沼澤(0.21%)和其他植被(0.31%),本研究選取占比超過1.00%的植被類型即針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢為研究對象。

1.4 統(tǒng)計分析

基于植被NDVI時間序列,采用ArcGIS 10.6根據(jù)像元二分模型[5]計算覆蓋度;基于DEM數(shù)據(jù),采用ArcGIS 10.6的表面分析提取坡度、坡向和曲率。基于MATLAB R2016b進(jìn)行 Theil-Sen Median趨勢分析和 Mann-Kendall顯著性檢驗,并根據(jù)生成的顯著性檢驗結(jié)果將變化趨勢劃分為極顯著變化(|Z|>2.58,置信區(qū)間為 99%)、顯著變化(1.96<|Z|≤2.58,置信區(qū)間為 95%)和不顯著變化(0<|Z|≤1.96,無顯著變化特征)3個變化等級;利用MATLAB R2016b計算植被覆蓋度與氣溫和降水的相關(guān)關(guān)系和偏相關(guān)關(guān)系,并利用t檢驗法對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 西南地區(qū)植被覆蓋度的時空演變特征

2.1.1 時間變化特征 從圖2可看出,在2000—2020年,西南地區(qū)植被覆蓋度總體上呈波動上升趨勢,上升斜率為0.0011/年,但植被覆蓋度在2011年呈明顯下降趨勢;植被覆蓋度均值為0.88,最大值出現(xiàn)在2018年,為0.89,最小值出現(xiàn)在2000年,為0.86;針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢的植被覆蓋度均呈上升趨勢,其中闊葉林覆蓋度的上升趨勢最明顯,上升斜率為0.0019/年,草甸覆蓋度的上升趨勢次之,上升斜率為0.0014/年,而草叢的覆蓋度呈波動變化趨勢;栽培植被覆蓋度的平均值最大,為0.95,其次為針葉林和闊葉林,均為0.91,最小的為草叢,為0.82。綜上所述,21年內(nèi)西南地區(qū)植被覆蓋度總體呈上升趨勢;在植被類型上,針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢的覆蓋度均呈上升趨勢,闊葉林覆蓋度的上升趨勢最明顯,草叢的覆蓋度上升速率最小,栽培植被的覆蓋度總體上優(yōu)于其他植被類型。

2.1.2 空間變化特征 從圖3-A可看出,西南地區(qū)2000—2020年植被覆蓋度的變化斜率為-0.042～0.045/年;植被覆蓋度呈上升趨勢的面積占比為67.00%,其中,呈極顯著(P<0.01,下同)上升和顯著(P<0.05,下同)上升的面積占比為29.53%,主要分布在四川省南部和東北部、重慶市北部、貴州省西部、云南省東北部及廣西的中部和南部(圖3-B);植被覆蓋度呈下降趨勢的面積占比為33.00%,其中,呈極顯著下降和顯著下降的面積占比為6.16%,主要分布在西南地區(qū)各省會城市及周邊地區(qū),以四川省成都市及其周邊地區(qū)、四川省與重慶市交界處較聚集。在植被類型上,2000—2020年闊葉林、針葉林、栽培植被、灌叢和草叢覆蓋度呈上升趨勢的面積均大于呈下降趨勢的面積,呈上升趨勢的面積占比分別為61.89%、67.15%、68.15%、69.24%和79.24%;而草甸覆蓋度呈下降趨勢的面積占比為55.06%,稍大于呈上升趨勢的面積。綜上所述,2000—2020年西南地區(qū)植被覆蓋度空間變化特征差異明顯,植被覆蓋度改善態(tài)勢表現(xiàn)為從地理位置的東南方向往西北方向逐漸減小。 除草甸外,其余植被類型的覆蓋度呈上升趨勢的面積均大于呈下降趨勢的面積。

圖3 2000—2020 年西南地區(qū)植被覆蓋度的空間變化特征Fig.3 Spatial variation of fractional vegetation cover in southwest China from 2000 to 2020

2.2 植被覆蓋度與氣象因子的相關(guān)分析

2.2.1 植被覆蓋度與氣象因子的偏相關(guān)分析 從圖4可看出,西南地區(qū)植被覆蓋度與降水的偏相關(guān)系數(shù)在-0.915～0.902(圖4-A),與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)在-0.906～0.994(圖4-B);植被覆蓋度與降水和氣溫總體上均呈正相關(guān),平均偏相關(guān)系數(shù)分別為0.094和0.096;植被覆蓋度與降水呈正相關(guān)的面積占比63.68%,其中,呈顯著和極顯著正相關(guān)的面積占比10.94%,主要分布在貴州省西部、重慶市南部和四川省東部地區(qū)(圖4-C);植被覆蓋度與氣溫呈正相關(guān)的面積占比62.09%,其中,呈顯著和極顯著正相關(guān)的面積占比13.58%,主要分布在四川省南部、云南省東北部、貴州省西部、重慶市東北部和廣西中部(圖4-D)。

由表2可知,栽培植被與降水的偏相關(guān)系數(shù)平均值最大,為0.120,與闊葉林的偏相關(guān)系數(shù)平均值最小,為0.061;草叢與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)平均值最大,為0.164,與草甸的偏相關(guān)系數(shù)平均值最小,為0.007。說明在各類型植被中,栽培植被受降水影響最明顯,闊葉林受降水影響最小,草叢受氣溫影響最明顯,草甸受氣溫影響最小。由表3可知,各類型植被的覆蓋度與降水呈正相關(guān)的面積占比均大于呈負(fù)相關(guān)的面積占比,其中,栽培植被與降水呈正相關(guān)的面積占比最大,為67.32%;除草甸外,各類型植被覆蓋度與氣溫呈正相關(guān)的面積占比均大于呈負(fù)相關(guān)的面積占比,其中,草叢與氣溫呈正相關(guān)的面積比例最大,為70.96%?？梢?西南地區(qū)植被覆蓋度及針葉林、闊葉林、栽培植被、灌叢、草甸和草叢的植被覆蓋度與降水和氣溫總體上均呈正相關(guān),栽培植被受降水影響最明顯,其次是草叢,而闊葉林受降水影響最小;草叢受氣溫影響最明顯,其次是灌叢,而草甸受氣溫影響最小。

表2 不同植被類型植被覆蓋度與降水和氣溫的偏相關(guān)系數(shù)

表3 不同植被類型植被覆蓋度與降水和氣溫偏相關(guān)的顯著性檢驗

2.2.2 植被覆蓋度對氣象因子的滯后期分析 西南地區(qū)植被覆蓋度與植被生長前0～2個月降水和氣溫的相關(guān)系數(shù)最大,降水滯后期為植被生長前0～2個月的面積占比88.32%,其中,植被覆蓋度響應(yīng)于當(dāng)月降水變化的面積占比50.04%,主要分布在四川省東部和西北部、重慶市東部、貴州省西北部和廣西南部(圖5-A);植被覆蓋度響應(yīng)于植被生長前0～2個月氣溫的面積占比86.49%,其中,響應(yīng)于當(dāng)月氣溫的面積占比48.14%,略低于響應(yīng)于降水的占比,主要分布在四川省東部和西北部、云南省東北部、貴州省西部和重慶市南部(圖5-B)。

圖5 植被覆蓋度對降水(A)和氣溫(B)變化響應(yīng)的滯后期Fig.5 Lag time of fractional vegetation cover response to precipitation(A) and temperature(B) variation

由于西南地區(qū)植被生長主要響應(yīng)于前0～2個月降水和氣溫,因此本研究主要分析不同植被類型植被覆蓋度與降水和氣溫前0～2個月的滯后效應(yīng)。從圖5可看出,在不同植被類型降水變化的滯后期中,滯后期為前0～2個月占比最高的是草甸,為90.92%,其次是草叢,為88.77%,最低的是灌叢,為87.79%;在與氣溫變化的滯后期中,滯后期為前0～2個月占比最高的是栽培植被,為87.28%,其次是草叢,為87.26%,最低的是草甸,為83.96%。

綜上所述,西南地區(qū)植被生長主要受前0～2個月降水和氣溫變化的影響,不同植被類型植被覆蓋度對降水和氣溫的響應(yīng)存在差異。在前0～2個月尺度上,草甸響應(yīng)于生長前0～2個月降水的滯后期最短,栽培植被響應(yīng)于生長前0～2個月氣溫的滯后期最短。

2.3 植被覆蓋度的地形效應(yīng)

2.3.1 植被覆蓋度變化與坡度的相關(guān)性 從圖6-A可看出,植被覆蓋度在坡度為0°～2°、2°～6°和6°～15°范圍內(nèi)均以改善為主,其中,坡度范圍為2°～6°的植被覆蓋度改善態(tài)勢最明顯,改善面積占其總面積的74.10%,植被覆蓋度極顯著上升和顯著上升的面積占35.04%;坡度15°～25°范圍內(nèi)植被覆蓋度無明顯變化,而當(dāng)坡度>25°時,植被覆蓋度以退化為主,退化面積占其總面積的56.64%,其中,極顯著下降和顯著下降的面積占9.33%;植被覆蓋度平均值在各坡度上無明顯差異?？梢?植被覆蓋度的改善狀況隨著坡度增大呈先上升后下降變化趨勢,植被退化呈先下降后上升變化趨勢,改善效果和退化效果均在2°～6°的坡度范圍達(dá)極值。

圖6 植被覆蓋度及其變化趨勢與地形因子的相關(guān)性分析Fig.6 Relationship of fractional vegetation cover and its variation trend with topographic factors

2.3.2 植被覆蓋度變化與坡向的相關(guān)性 從圖6-B可看出,植被覆蓋度在正陰坡、半陰坡、半陽坡和正陽坡的變化趨于一致,均以改善為主,改善面積分別占其總面積的67.15%、66.56%、68.04%和66.63%,極顯著上升和顯著上升面積分別占其總面積的30.08%、29.18%、30.43%和28.91%;在平面上,植被覆蓋度以退化為主,退化面積占其總面積的70.27%,其中極顯著下降和顯著下降的面積占比24.32%;平面植被覆蓋度的平均值略低于其他坡向,但差異不明顯。說明植被覆蓋度僅在平面上退化,在正陰坡、半陰坡、半陽坡和正陽坡上總體上呈改善態(tài)勢。

2.3.3 植被覆蓋度變化與曲率的相關(guān)性 從圖6-C可看出,曲率范圍為-0.2000～0.0000和0.0000～0.2000地區(qū)的植被覆蓋度以改善為主,改善面積分別占其總面積的66.61%和67.49%,其中極顯著上升和顯著上升面積占比分別為29.54%和29.57%;而曲率范圍為-0.3476～-0.2000和0.2000～0.3545地區(qū)的植被覆蓋度以退化為主,退化面積占其總面積的58.57%和57.05%,其中極顯著下降和顯著下降面積占比分別為11.07%和9.40%;植被覆蓋度的改善狀況隨著曲率的增大呈先上升后下降變化趨勢,而植被覆蓋度退化效果呈先下降后上升變化趨勢;植被覆蓋度平均值在各曲率上無明顯差異?？梢?在曲率較小的地區(qū)植被覆蓋度呈改善態(tài)勢,在曲率較大的地區(qū)植被覆蓋度呈退化趨勢。

2.3.4 植被覆蓋度變化與高程的相關(guān)性 從圖6-D可看出,西南地區(qū)在高程<3000 m和高程>5000 m地區(qū)的植被覆蓋度以改善為主,其中,在高程<1000 m地區(qū)的植被覆蓋度改善態(tài)勢最明顯,改善面積占其總面積的76.66%,極顯著上升和顯著上升面積占39.21%;在3000～5000 m高程范圍內(nèi),植被覆蓋度以退化為主,以在3000～4000 m高程的退化趨勢最明顯,退化面積占其總面積的69.29%,其中極顯著下降和顯著下降的面積占14.91%;植被覆蓋度平均值在高程上差異較明顯,隨著高程的上升呈先上升后下降變化趨勢,在高程超過4000 m的地區(qū)呈明顯下降趨勢?？梢?當(dāng)高程大于4000 m時,西南地區(qū)植被覆蓋度的平均值明顯低于其他高程,植被覆蓋度隨著高程的上升呈先改善后退化再改善變化趨勢,在3000～4000 m時植被惡化最嚴(yán)重。

3 討 論

本研究中,2000—2020年西南地區(qū)植被覆蓋度總體呈上升趨勢,得益于長江中上游防護(hù)林工程、退耕還林還草、封山育林和巖溶地區(qū)石漠化綜合治理工程等一系列生態(tài)林業(yè)工程的實施;灌叢、針葉林、闊葉林和草甸等的面積得到大幅提升,得益于短期內(nèi)植被覆蓋度得到有效改善[23-24];但植被覆蓋度在2011年呈明顯下降趨勢,應(yīng)與2009—2010年我國西南地區(qū)出現(xiàn)的重大旱災(zāi)有關(guān)[23,26-27],也與植被生長對降水、蒸發(fā)和散發(fā)等水分盈虧的響應(yīng)具有累積效應(yīng)及植被覆蓋度對氣候變化的響應(yīng)存在滯后效應(yīng)有關(guān)[19,28];在植被類型上,栽培植被和草叢的植被覆蓋度改善程度較大,與茆楊等[29]、皇甫江云等[30]的研究結(jié)果一致,其認(rèn)為在人類長期活動過程中,大量土地被辟為農(nóng)田,森林被大量砍伐,生態(tài)的正向演替速度十分緩慢,形成次生草叢植被較多。本研究也發(fā)現(xiàn),四川省成都市及其周邊地區(qū)、四川省與重慶市交界處的植被覆蓋惡化嚴(yán)重,與前人研究結(jié)果一致[22,27-28],說明城鎮(zhèn)化及工業(yè)化快速發(fā)展及建設(shè)用地面積的擴(kuò)展,已導(dǎo)致部分地區(qū)植被被非法砍伐、過度放牧及土壤肥力降低。

西南地區(qū)植被各類型及整體的覆蓋度與降水和氣溫均呈正相關(guān),但由于西南地區(qū)降水豐沛,能在一定程度上滿足植被生長所需,植被生長對降水的敏感性降低,而西南地區(qū)地貌復(fù)雜,地形起伏較大,使得氣溫的空間分異較明顯,因此,植被覆蓋度與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)平均值略大于與降水的偏相關(guān)系數(shù)平均值,與已有研究結(jié)果一致[19,29,31];西南地區(qū)整體植被生長主要響應(yīng)于前0～2個月降水和氣溫,且不同植被類型對氣候變化的響應(yīng)存在一定差異,與已有研究結(jié)果一致[25,32-35];植被覆蓋度與降水滯后期最長的是灌叢,最短的是草甸,與氣溫滯后期最長的是草甸,最短的是栽培植被,與陳亮等[36]、程東亞和李旭東[37]、張曦月[38]研究認(rèn)為植被類型的獨特生理特性會引起其對氣候變化的時滯效應(yīng)差異的觀點相符。

陳亮等[36]研究發(fā)現(xiàn),在高程差異大的多山地區(qū),隨著高程的上升,植被呈明顯的垂直地帶性分布,表明高程的差異會影響環(huán)境中水分、熱量和光照條件分布,進(jìn)而影響植被生長。本研究中,西南地區(qū)的植被覆蓋度平均值在高程上變化明顯,高程對植被覆蓋度的影響大于其他地形因子;植被覆蓋度隨著高程的上升呈先改善后退化再改善變化趨勢,在高程低于1000 m時改善最明顯,雖然高程低于1000 m地區(qū)以平原、丘陵和低山為主,受人類活動影響較大,會存在部分地區(qū)植被覆蓋度退化現(xiàn)象,但在此范圍內(nèi),降水隨著高程的增加而增加,促進(jìn)了植被生長,且大部分生態(tài)林業(yè)工程的實施也在此高程范圍,可極大增加植被覆蓋度,與已有研究結(jié)果一致[39-40]。

本研究結(jié)果表明,西南地區(qū)植被覆蓋度的改善效果隨著坡度增大呈先上升后下降變化趨勢,退化效果呈先下降后上升變化趨勢;坡度為0°～15°是植被改善的主要區(qū)域,該區(qū)域充足的水、熱條件可促進(jìn)植被生長,植被覆蓋度較高,植被覆蓋度改善明顯,而坡度>25°是植被覆蓋度退化的主要發(fā)生區(qū)域,由于坡度升高導(dǎo)致坡面上水、熱因子分配產(chǎn)生較大差異,坡度大的地區(qū)積溫少,單位面積上的平均降水量也少,土壤水分容易流失,因此植被退化面積占比大,與已有研究結(jié)果一致[41]。

4 結(jié) 論

2000—2020年西南地區(qū)植被覆蓋度總體上呈上升趨勢,但變化趨勢在地形因子和植被類型上存在差異;植被覆蓋度與降水和氣溫均具有較密切的相關(guān)性,但相關(guān)性和滯后期均存在明顯地域差異。