近20年横断山区植被覆盖时空变化及驱动力研究

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横断山区作为西南诸河重要的生态屏障,对我国西南及周边地区生态环境的绿色可持续发展起着至关重要的作用。但全球气候变暖已经对人类赖以生存的陆地生态系统带来了巨大的挑战。植被作为陆地生态系统最重要的组成部分,在调节气候、水土保持、防风固沙等方面发挥着重要的作用。随着人口增加,经济建设加快,区域气候变化和人类活动对植被的影响显著,加之横断山区独特的地质环境,使得该地区植被变化十分复杂。科学探索该区域植被覆盖的时空分布特征和变化规律,深入分析植被与气候和非气候之间的相互关系对于区域生态环境可持续发展和生态环境保护具有重要意义。然而,目前对横断山区植被覆盖时空变化趋势及对气候的响应研究在时空尺度方面较粗,研究内容和研究方法等存在较大差异,对影响植被覆盖的非气候因素研究也相对薄弱。因此,本文基于归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)、典型地区Landsat遥感影像、气候、植被类型、地形、土地利用及其他辅助数据,采用非参数Sen趋势分析和Mankendall检验、偏相关分析、灰色关联分析(GRA)、残差趋势分析等方法,从多个时间尺度(月、季节、生长季)和多个空间尺度(像元、县域、生态区)研究了横断山区2000-2018年植被覆盖的时空变化特征,分析了植被覆盖变化的气候驱动力和非气候驱动力,并对比了NDVI与EVI在植被覆盖时空演变和驱动力研究中存在的差异。主要结论如下:(1)研究区植被覆盖时空差异显著。生长季年均NDVI和EVI分别为0.47和0.25,因地形、纬度差和植被类型不同而表现出明显的空间差异。研究区2000-2018年间植被覆盖呈增加趋势,增速最大的为阔叶林生态区、其次是草甸生态区、针叶林生态区和雨林生态区。低海拔、坡度较小的地区植被改善和退化更加显著。NDVI与EVI均值的差异表现为低覆盖区差异较小、高覆盖区差异较大;生长季年均NDVI和EVI随海拔和坡度的变化差异较小,而随坡向的变化差异较大;NDVI对低覆盖区植被变化趋势更加敏感,EVI对高覆盖区的植被变化趋势更加敏感。(2)研究区植被与气候的相关性较复杂。总体上与气温呈正相关,与降水呈微弱负相关、与相对湿度负相关性最强。高纬度地区植被与气温多呈正相关(春季最明显),低纬度地区多呈负相关(夏季最明显);降水和相对湿度对植被的影响随季节变化差异较大。地形会改变植被与气候的关系,河谷地区植被与气温多呈负相关、与降水和相对湿度多呈正相关,以夏季最为明显。EVI与气候的正相关性更强、而NDVI与气候的负相关性更强,但会因气候类型和季节不同而存在差异。(3)研究区影响植被的主导气候因子为气温,纬度和地形会改变植被与气候的关系。河谷地区,降水和相对湿度是影响植被的主导气候因子(夏秋季节最明显),随着海拔升高,气温逐渐成为影响植被生长的主导气候因子;高纬度地区植被主要受气温和降水驱动;在低纬度地区,气温和相对湿度是主要驱动因子。低覆盖植被区NDVI受气候的影响普遍强于EVI,高覆盖植被区EVI受气候的影响更强,但气候因子、植被类型和季节会改变这种关系。(4)植被对气候的响应存在0-4个月或更长的滞后期,高纬度地区植被对气温的响应最快,其次是降水和相对湿度;低纬度地区植被对降水的响应最快,对温度响应最慢;河谷地区植被对气候的响应普遍快于高海拔地区。总体上对气候响应由快到慢的植被类型依次为沼泽>草甸>灌木>林地>栽培植被,但会因植被指数和气候因子不同而存在差异。高纬度地区NDVI受气温的滞后性作用强于EVI,而受降水和相对湿度的滞后性作用更弱;低纬度地区,气候对NDVI的滞后性普遍强于EVI。(5)非气候因素是影响研究区植被覆盖的重要成因。研究区植被覆盖受气候主导而显著改善的区域面积最大,其次是非气候主导的显著改善区、气候和非气候共同主导的显著改善区,而气候和非气候共同主导而显著退化的区域面积最小。非气候因素总体表现出对植被的正向促进作用远大于逆向抑制作用,且对低海拔地区植被的影响要强于高海拔地区。人类活动对植被的影响具有两面性,但人类活动在植被覆盖改善中发挥的积极作用远大于消极作用。除人类活动外,地质灾害、火灾等也是植被受非气候因素显著退化的原因之一。
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