中国大陆沿海地区生态状况时空演变及其影响因素探究

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全球气候变化严重影响生态系统的多样性、稳定性与平衡性,导致全球生态状况发生变化,不仅影响着人类生存环境的改变、农业生产的发展、社会进步及经济发展等方面,同时也会对生态系统如森林生态系统、水资源等产生重要影响。本研究以经济和城市化高度发展的我国大陆沿海地区为研究区域,基于土地利用/覆盖变化数据及归一化植被指数(NDVI)遥感数据集,结合生态等级指数评价法及Mann-Kendall趋势分析法,分析1980-2015年研究区域基于土地利用和植被的生态状况变化的时空特征,并探究2种方法得出的生态状况之间的差异;同时利用K均值聚类分析方法,探究研究区域116个地级城市生态状况的区域差异。在此基础上,结合高程(DEM)数据、距海距离数据、植被覆盖类型数据等,分析我国大陆沿海地区生态状况的高程梯度特征、海陆梯度特征及不同植被类型特征。结合气象数据(气温和降水)、社会经济数据(国内生产总值和人口)等多元数据,通过偏相关分析法探究生态状况时空分异的驱动因素;此外,作为我国重要的农业生产区域,积极了解农业活动强度(如施肥、灌溉等)对沿海地区植被的影响,进一步探究研究区域生态状况与社会经济发展间的关系。本研究的主要结论如下:(1)基于土地利用/覆盖变化数据资料反映的区域生态状况表明我国大陆沿海地区生态等级指数由1980与1990年的4.60上升至2015年的4.61,生态等级指数为负向指标,即生态等级指数值越大其生态状况越差,因此我国大陆沿海地区生态状况整体呈现基本稳定但有轻微恶化的趋势。我国大陆沿海地区其生态等级指数空间分布大致以杭州湾为界,呈南高北低的空间分布特征,具有明显的垂直地带性特征,生态等级指数随高程的增加呈现“升高-降低-再升高”的模式。同时研究区域生态等级指数海陆梯度特征明显,随着距海岸线越来越远,生态状况呈“高-低-高-低”的模式。生态等级指数的海陆梯度特征及高程分异特征主要是受到建设用地、林地等土地利用类型的面积比例变化及人类活动的影响。聚类分析表明研究区域内生态状况较好的类1城市多分布于南方,生态状况一般的类3城市和生态状况较差的类4、类5城市多分布于北方,如河北省、山东省和江苏省等省份。(2)基于遥感卫星归一化植被指数(NDVI)结果表明我国大陆沿海地区33.71%的区域面积呈显著绿化(植被恢复)趋势,8.88%的区域面积呈显著褐化(植被退化)趋势,且季节变化较大。与年际NDVI绿化速率0.0006/a(p<0.01)相比,研究区域内春季植被绿化速率较高为0.0021/a(p<0.01),这可能与全球变暖大背景下植被生长季的提前刺激了光合速率,促进了植被的生长有关;而研究区域内夏季绿化速率最小为0.0006/a(p<0.01),而年尺度的NDVI是取一年内最大值计算,表明用最大值合成法合成的NDVI数据集可能不足以反映甚至低估区域植被的生长状况。在中低海拔地区,植被以绿化为主,这是由于植物体内氮沉降的加速促进了植被的生长;而褐化主要分布在高海拔地区,可能是由于在高海拔地区高温加剧了水分对植物的胁迫。社会经济因素如经济发展、人口、农业活动强度和土地利用/覆盖变化对植被生长也具有影响,气候因素对研究区域植被的绿化或褐化的影响较为有限。K均值聚类分析表明生态状况较好的类1与类2城市多分布于南方及辽宁省和河北省的部分区域,生态状况一般的类3城市多分布于河北省的南部、山东省的中部和浙江省的北部。(3)通过对研究区域生态等级指数和植被NDVI进行标准化处理,并对生态等级指数进行正向化处理,对比分析发现在我国大陆沿海地区的NDVI值普遍高于正向标准化后的生态等级指数值,分布面积占比达97%;而生态等级指数值高于NDVI值的分布面积比例较小,仅为0%-1%,这反映了基于生态等级指数和NDVI值表征的生态状况存在不确定性,在对不同土地利用类型进行生态等级指数赋值受人为主观性影响较大。K均值聚类分析表明研究区域南方地区生态状况优于北方,这与第一、第二部分对生态状况的分析相一致。我国大陆沿海地区城市的发展应在科学技术进步的基础上,进一步优化产业结构,提高资源利用效率,促进经济与环境状况的协调发展。
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