元謀干熱河谷旱季植被覆蓋度的時(shí)空異質(zhì)性*

歐朝蓉 朱清科 孫永玉(.西南林業(yè)大學(xué)地理學(xué)院 昆明 650224； 2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院 北京0008； .中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲(chóng)研究所 昆明 65026)

元謀干熱河谷旱季植被覆蓋度的時(shí)空異質(zhì)性*

歐朝蓉1,2朱清科1孫永玉3
(1.西南林業(yè)大學(xué)地理學(xué)院 昆明 650224； 2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院 北京100083； 3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲(chóng)研究所 昆明 650216)

【目的】 探究2008—2016年元謀干熱河谷植被覆蓋的時(shí)空異質(zhì)性，分析植被覆蓋度變化的原因，為區(qū)域植被生態(tài)保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)?！痉椒ā?以2008， 2010， 2012， 2014和2016年5期Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源，以ENVI為技術(shù)平臺(tái)，采用像元二分法獲取研究區(qū)5個(gè)時(shí)期的研究區(qū)植被覆蓋度數(shù)據(jù)，確定植被覆蓋度等級(jí)和分類標(biāo)準(zhǔn)，利用地理空間分析法研究不同年份植被覆蓋度特征，分析各高程帶植被覆蓋度的構(gòu)成狀況； 在ArcGIS支持下提取各年份不同等級(jí)植被覆蓋度的面積，通過(guò)GIS疊置分析獲取2008和2016年的植被覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣； 以與研究區(qū)等面積的空間格網(wǎng)對(duì)不同年份的植被覆蓋度進(jìn)行空間采樣，以多元統(tǒng)計(jì)法計(jì)算格網(wǎng)點(diǎn)植被覆蓋度標(biāo)準(zhǔn)差和回歸斜率研究植被覆蓋度的時(shí)間演變特征?！窘Y(jié)果】 研究區(qū)植被覆蓋度以龍川江河谷及金沙江河谷為界表現(xiàn)出東高西低、南高北低，且自河谷壩區(qū)向中高山呈現(xiàn)中低—低—中—中高的整體空間格局； 5個(gè)時(shí)段植被覆蓋度分別為0.562，0.586，0.494，0.578和0.566； 中高山區(qū)Ⅰ和Ⅱ級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積分別占研究區(qū)Ⅰ和Ⅱ級(jí)植被覆蓋度總面積的60%和50%以上，壩周低山區(qū)和中低山區(qū)Ⅲ和Ⅳ級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積分別占研究區(qū)Ⅲ和Ⅳ級(jí)植被覆蓋度總面積的70%～80%； 河谷區(qū)壩區(qū)的Ⅴ級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積占研究區(qū)Ⅴ級(jí)植被覆蓋率總面積的60%以上； 8年來(lái)不同等級(jí)植被覆蓋度的轉(zhuǎn)移面積占區(qū)域總面積的 61.03%，Ⅰ級(jí)植被覆蓋度中有 95.19 km2向Ⅱ級(jí)植被覆蓋度轉(zhuǎn)移； 年際間植被覆蓋度標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為0～0.541，植被覆蓋度增加的區(qū)域面積和減少的區(qū)域面積之比為10∶9，呈顯著性減少和顯著性增長(zhǎng)的區(qū)域面積分別占研究區(qū)面積的9.132%和6.794%?！窘Y(jié)論】 干熱河谷植被覆蓋度空間地帶差異明顯； 植被覆蓋度偏低，植被覆蓋度等級(jí)間轉(zhuǎn)換較為頻繁； 植被覆蓋度年際間變化幅度不大，植被覆蓋度呈增長(zhǎng)的區(qū)域面積略大于減少區(qū)域面積，但呈顯著性減少的區(qū)域面積大于呈顯著性增長(zhǎng)的區(qū)域面積； 東部和南部的中高山地帶植被覆蓋度的結(jié)構(gòu)惡化。應(yīng)繼續(xù)強(qiáng)化退耕還林還草、強(qiáng)化天然林保護(hù)等措施的力度，降低中高山和中低山的人為干擾強(qiáng)度，在河谷壩區(qū)和壩周低山積極開(kāi)展人工植被恢復(fù)工作，促進(jìn)區(qū)域植被生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

干熱河谷； 植被覆蓋度； 時(shí)空異質(zhì)性； GIS； RS； 空間格局； 年際波動(dòng)； 人為干擾

植被是山地生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，是山地物質(zhì)循環(huán)和能量交換的紐帶，對(duì)山地生物、氣候和水文等生態(tài)過(guò)程均具有重要作用(Parmesanetal., 2003)。植被覆蓋度是反映植被生長(zhǎng)狀況的主要指標(biāo)，是氣候和土壤侵蝕數(shù)值模擬的重要參數(shù)，能有效指示山地生態(tài)環(huán)境變化(陳效逑等， 2009； Purevdorjetal.， 1998； Zengetal.， 2000； Gitelsonetal.， 2002； Qietal.， 2000)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用3S技術(shù)研究了山地植被覆蓋度的時(shí)空變化和影響因素(Jiangetal.， 2005； Guetal.， 2009； Xinetal.， 2008； Ianetal., 2010； Duoetal.， 2016； Kokutseetal.， 2016； Liuetal.， 2016； Caraccioloetal.， 2016)。

干熱河谷是中國(guó)西南山區(qū)一種特殊的地理區(qū)域和氣候類型，其景觀特征與周邊地區(qū)濕潤(rùn)半濕潤(rùn)景觀有明顯差異。干熱是指水分條件和熱量條件的配合，所謂干是指干燥度達(dá)到半干旱氣候的標(biāo)準(zhǔn)，熱是指具有北溫帶的溫度條件，而河谷則為地形地貌條件(歐曉昆， 1994)。干熱河谷植被類型以河谷型薩瓦納植被為主，自然植被稀少，植被退化嚴(yán)重，是中國(guó)西南地區(qū)典型生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)(周躍， 1987)。植被生態(tài)狀況研究是干熱河谷生態(tài)環(huán)境研究的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容之一。有學(xué)者從植被類型、植被恢復(fù)及植物生理等方面(歐曉昆， 1994； 聶小軍等， 2008)探討了干熱河谷植被與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系。目前該領(lǐng)域研究側(cè)重于探討植被生物機(jī)理或植被指數(shù)空間結(jié)構(gòu)，鮮少關(guān)注干熱河谷植被狀況的變化和影響因素，不能有效揭示干熱河谷植被生態(tài)演化的規(guī)律和機(jī)理。鑒于此，本研究以具有干熱河谷典型環(huán)境特征的元謀縣為案例地，以2008—2016年5期Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源，基于GIS、RS和多元統(tǒng)計(jì)方法，分析研究區(qū)植被覆蓋度時(shí)空異質(zhì)性特征，以期為干熱河谷植被恢復(fù)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)(元謀縣全境)地處滇中高原北部金沙江下游龍川江河谷盆地內(nèi)(101°35′—102°06′E， 25°23′—26°06′N)。除元謀盆地底部為河谷沖積平原外，其余均為山地丘陵地形。氣候干熱，光熱充足，年均氣溫21.9 ℃，降水量少且季節(jié)分配不均，年均降水量?jī)H為616 mm，年蒸發(fā)量高達(dá)3 627 mm。全年90%的降水集中在6—10月(雨季)，旱季(11月至翌年5月)降水量少。其地帶性土壤為燥紅土和紅壤，土層薄且分層不明顯，土壤風(fēng)化度較低，礫石含量較高，有機(jī)質(zhì)含量少，土壤保水性較差。從谷底到山頂相對(duì)高差大，按高程大致可以分為河谷壩區(qū)(899～1 100 m)、壩周低山(1 100～1 350 m)、中低山(1 350～1 600 m)和中高山(1 600～2 835 m)，海拔1 350 m以下屬于典型的干熱河谷區(qū)。植被發(fā)育與山地垂直地形相適應(yīng)，海拔1 600 m以下植被以稀樹(shù)灌草叢為主，海拔1 600 m以上主要為灌叢草地，也有片狀森林分布。干熱河谷區(qū)植被退化嚴(yán)重形成天然次生植被，以黃茅(Heteropogoncontortus)和西南菅草(Themedahookeri)等旱生禾草本植物為優(yōu)勢(shì)種，在此背景下散生著具硬葉、卷葉、厚葉、多刺、多毛等耐旱特征的小灌木樹(shù)種，群落結(jié)構(gòu)單一(歐曉昆， 1994)。每年的5月雨季來(lái)臨前植被開(kāi)始萌芽，雨季是植被的主要生長(zhǎng)期，旱季期間植物的生長(zhǎng)受到抑制，多數(shù)植被干枯致死，因此雨季和旱季的植被生長(zhǎng)狀況有明顯差異。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，選取Landsat遙感影像，時(shí)相為2008， 2010和2012年 Landsat 7 ETM 衛(wèi)星影像， 2014和2016年的Landsat 8 OLI衛(wèi)星影像(同源)?？臻g分辨率為30 m，云霧量為0，影像時(shí)段為1月。影像時(shí)段處于研究區(qū)旱季，氣溫和降水條件非常近似，圖像清晰無(wú)云。為了研究植被覆蓋度的地帶性特征，本研究采集了地面分辨率為30 m 的ASTER GDEM高程模型和研究區(qū)1∶10萬(wàn)的地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在ENVI軟件的支持下實(shí)現(xiàn)Landsat遙感圖像和ASTER GDEM高程模型的幾何精校正和圖像配準(zhǔn)，以研究區(qū)邊界裁剪運(yùn)算獲得研究區(qū)多期Landsat遙感圖像和ASTER GDEM高程模型，并通過(guò)柵格計(jì)算提取各高程帶的空間范圍。

2.2 植被覆蓋度的提取

植被覆蓋度VFC與歸一化植被指數(shù)NDVI有著顯著的線性相關(guān)關(guān)系，常用的方法是通過(guò)建立二者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，直接提取植被覆蓋度，采用像元二分模型估算植被覆蓋度值(劉琳等， 2010； 李恒凱等， 2016)。

VFC=(NDVI-NDVIs)/(NDVIv-NDVIs),

(1)

式中： NDVIv為完全被植被覆蓋部分的NDVI值；NDVIs為裸地或者無(wú)植被覆蓋的NDVI值。目前對(duì)NDVIv和NDVIs的取值沒(méi)有統(tǒng)一的方法，部分研究者將NDVIv和NDVIs取定值計(jì)算VFC值(李雙雙等， 2012； 劉軍會(huì)等， 2013； 胡玉福等， 2015)，通常以研究區(qū)植被覆蓋度的最大值和最小值分別取代NDVIv和NDVIs值。此種方法簡(jiǎn)單便捷，且在植被覆蓋度估算中誤差較小，被廣泛應(yīng)用于植被覆蓋度的估算中。本研究借鑒前人研究方法，根據(jù)研究區(qū)整幅影像上的NDVI灰度分布，以0.5%置信度截取NDVI的上、下閾值作為NDVI的最大值和最小值來(lái)代替NDVIv和NDVIs，于是公式(1)轉(zhuǎn)化成公式(2):

VFC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)。

(2)

式中： NDVImax和NDVImin分別為研究區(qū)NDVI的最大值和最小值。利用ENVI中的波段處理函數(shù)Bandmath計(jì)算研究區(qū)不同年份的植被覆蓋度，在ArcGIS中提取每個(gè)高程帶不同等級(jí)植被覆蓋度的面積及其比例。

2.3 植被覆蓋度年際變化狀況表達(dá)方法

受自然和人為因素多種因素干擾，山地植被覆蓋度在不同年份會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。年際間植被覆蓋度波動(dòng)狀況反映了干擾后植被的生長(zhǎng)狀況和變化特征，植被覆蓋度波動(dòng)值越大表明植被生長(zhǎng)狀況越不穩(wěn)定。參考相關(guān)文獻(xiàn)(Jiangetal.,2005； 穆少杰等， 2012； 張世文等， 2016)，以與研究區(qū)等面積的空間格網(wǎng)對(duì)不同年份植被覆蓋度進(jìn)行空間采樣，以格網(wǎng)中包含像素的植被覆蓋度均值作為格網(wǎng)點(diǎn)植被覆蓋度值，采用年際間植被覆蓋度標(biāo)準(zhǔn)差SD來(lái)反映植被覆蓋度的波動(dòng)程度，其公式為：

(3)

式中：vi為第i個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)的植被覆蓋度值。

2.4 植被覆蓋度變化趨勢(shì)表達(dá)方法

以采樣格網(wǎng)點(diǎn)植被覆蓋度值為因變量，以年份為自變量，在不同時(shí)相的每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)上進(jìn)行線性回歸，得到擬合回歸直線斜率θslope。斜率為負(fù)值時(shí)，表示植被覆蓋度減少，反之則為增加。變化趨勢(shì)是否顯著采用相關(guān)系數(shù)r來(lái)判定，r的正負(fù)分別表示植被覆蓋度隨年份變化線性增加或減少的趨勢(shì)。用t分布檢驗(yàn)2個(gè)變量的相關(guān)性及顯著水平(張世文等， 2016)。

(4)

(5)

式中：r為相關(guān)系數(shù)，n為總年數(shù)，本研究取n=5。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被覆蓋度的空間異質(zhì)性

3.1.1 植被覆蓋度的空間格局 提取2008—2016年間5個(gè)年份研究區(qū)的植被覆蓋度(VFC)值。為了更好地反映植被覆蓋的變化情況，參照土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程(1984)、《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(2008)及相關(guān)文獻(xiàn)(穆少杰等， 2012； 胡玉福等， 2015； 張世文等， 2016)，確定研究區(qū)植被覆蓋度的等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)及其對(duì)應(yīng)的景觀類型： Ⅰ級(jí)，0.75～1.0，高覆蓋度，對(duì)應(yīng)有林地和水澆地； Ⅱ 級(jí)，0.60～0.75，中高覆蓋度，對(duì)應(yīng)高覆蓋度草地、灌木林和其他林地； Ⅲ級(jí)，0.40～0.60，中覆蓋度，對(duì)應(yīng)中覆蓋度草地、旱地和灌草叢； Ⅳ級(jí)，0.15～0.40，中低覆蓋度，對(duì)應(yīng)低覆蓋度草地、建設(shè)用地和稀疏灌草叢； Ⅴ級(jí)，0～0.15，低覆蓋度，對(duì)應(yīng)水域和未利用地。VFC值越大，表明植被覆蓋度越大，植被生長(zhǎng)狀況越好。2008—2016年間研究區(qū)植被覆蓋度特征為： 以龍川江河谷和金沙江河谷為界，東高西低、南高北低，且自河谷壩區(qū)向中高山呈現(xiàn)中低—低—中—中高的整體空間格局特征(圖1)。

圖1 研究區(qū)不同年份植被覆蓋等級(jí)Fig.1 Vegetation coverage degree of the study area in different years

3.1.2 不同高程帶植被覆蓋度的構(gòu)成 圖2表明,Ⅰ和Ⅱ級(jí)植被覆蓋度主要分布在龍川江中段沿岸的河谷區(qū)及東部、南部和西部邊緣中高山區(qū)域。龍川江中段沿岸河谷屬于稀樹(shù)農(nóng)田帶，多發(fā)育河漫灘和一級(jí)階地，地勢(shì)平坦。雖然氣候干燥炎熱，但水源及灌溉條件好，目前已建成高效的人工農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，水田及蔬菜園地集中分布于此，植被狀況較好。中高山區(qū)Ⅰ和Ⅱ級(jí)植被覆蓋度區(qū)域面積分別占研究區(qū)Ⅰ和Ⅱ級(jí)植被覆蓋度總面積的60%和50%以上。中高山區(qū)氣候類型從亞熱帶逐漸過(guò)渡到暖溫帶，海拔升高使水熱條件明顯改善，植被類型從稀樹(shù)灌木及草本類型逐漸過(guò)渡到亞熱帶半濕潤(rùn)常綠闊葉林與松林，成為元謀植被生態(tài)狀況最好的地帶。壩周低山區(qū)和中低山區(qū)Ⅲ和Ⅳ級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積分別占研究區(qū)Ⅲ和Ⅳ級(jí)植被覆蓋度總面積比例的70%～80%。壩周低山區(qū)植被類型屬于河谷型Savana植被類型，自然植被為強(qiáng)烈退化的以黃茅-車桑子(Dodonaeaviscosa)群落為基帶的稀樹(shù)灌木草叢，加之放牧和墾殖等強(qiáng)烈人為活動(dòng)的影響，水土流失和生態(tài)環(huán)境退化嚴(yán)重，植被覆蓋狀況差。中低山為元謀盆地兩側(cè)山地下端，是干熱河谷與溫暖山區(qū)的過(guò)渡類型,植被類型以稀樹(shù)灌木草叢、非泥巖山地灌木林成分較多，有少量云南松(Pinusyunnanensis)和桉(Eucalyptusrobusta)。海拔的升高使水熱條件改善，該地帶植被覆蓋狀況好于壩周低山區(qū)。由于龍川江和金沙江在河谷壩區(qū)橫穿而過(guò)，因而河谷壩區(qū)水域面積較多，導(dǎo)致河谷壩區(qū)的Ⅴ級(jí)植被覆蓋度占研究區(qū)Ⅴ級(jí)植被覆蓋度總面積比例超過(guò)60%，河谷壩區(qū)Ⅳ級(jí)植被覆蓋度的面積占研究區(qū)Ⅳ級(jí)植被覆蓋度總面積比例約為20%，主要是因?yàn)槌擎?zhèn)化進(jìn)程加快使建設(shè)用地等人工用地增多。

3.2 植被覆蓋度的時(shí)間異質(zhì)性

3.2.1 植被覆蓋度的總體變化 2008， 2010， 2012， 2014和2016年研究區(qū)植被覆蓋度均值分別為0.562，0.586，0.494，0.578和0.566，均屬于Ⅲ級(jí)植被覆蓋度水平，植被覆蓋度均值偏低。2012年植被覆蓋度均值顯著偏低(P=0.000，Plt;0.05)，其余各年份差別不大，表明植被覆蓋度均值總體上趨于穩(wěn)定。表1表明研究區(qū)植被覆蓋度以Ⅲ和Ⅱ級(jí)為主，2者之和接近區(qū)域總面積的80%，總體結(jié)構(gòu)呈“兩頭小、中間大”的特征。從不同等級(jí)植被覆蓋度年際變化上看，Ⅲ和Ⅱ級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積增長(zhǎng)，Ⅰ和Ⅳ級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積減少，Ⅴ級(jí)植被覆蓋度變化不明顯。值得注意的是Ⅰ級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積減少了96.96 km2，變化率達(dá)到-67.94%，降幅非常明顯。從不同等級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積波動(dòng)狀況看，Ⅳ級(jí)覆蓋度的CV值為119.19%，該等級(jí)植被覆蓋度波動(dòng)程度最大，Ⅰ級(jí)植被覆蓋度CV值也達(dá)到47.83%，波動(dòng)程度也較大。

3.2.2 植被覆蓋度年際轉(zhuǎn)移狀況 對(duì)2008(基年)和2016年(末年)研究區(qū)不同等級(jí)植被覆蓋度的面積轉(zhuǎn)移狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析(表2)?；⒛┠瓴煌燃?jí)植被覆蓋度的面積總轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出量為1 240.61 km2，占研究區(qū)總面積的 61.03%，表明植被覆蓋度等級(jí)間轉(zhuǎn)換較為頻繁。Ⅰ級(jí)中有 95.19 km2向Ⅱ級(jí)轉(zhuǎn)移，雖然等級(jí)只降1級(jí)，植被退化程度不太嚴(yán)重，但是退化的區(qū)域面積較大。Ⅱ級(jí)植被覆蓋度向Ⅲ級(jí)轉(zhuǎn)移的面積為183.74 km2，Ⅲ級(jí)植被覆蓋度向Ⅱ級(jí)轉(zhuǎn)移的區(qū)域面積為162.56 km2，這2個(gè)等級(jí)相互轉(zhuǎn)移面積最多，是轉(zhuǎn)化最為活躍的2個(gè)等級(jí)，表明這2個(gè)等級(jí)狀態(tài)不穩(wěn)定。Ⅳ級(jí)植被覆蓋度有106.15 km2向Ⅲ級(jí)轉(zhuǎn)化，大于其逆向轉(zhuǎn)化過(guò)程(30.33 km2)，表明Ⅳ級(jí)植被覆蓋度狀態(tài)好轉(zhuǎn)。

圖2 各高程帶不同等級(jí)植被覆蓋度的面積比例Fig.2 Area proportion of different vegetation coverage degree in each elevation belt

表1 不同等級(jí)覆蓋度的面積變化Tab.1 Area change of different VFC degree

表2 不同等級(jí)植被覆蓋度的面積轉(zhuǎn)移矩陣Tab.2 Area transformation matrix of different VFC degree

3.2.3 植被覆蓋度的年際波動(dòng)狀況 計(jì)算各采樣格網(wǎng)點(diǎn)年際間植被覆蓋度標(biāo)準(zhǔn)差(SD) 以分析植被覆蓋度的年際波動(dòng)狀況。研究區(qū)年際間植被覆蓋度標(biāo)準(zhǔn)差(SD)為0～0.541，以Breakpoint法分為5個(gè)級(jí)別，即低幅度(0～0.074)、中低幅度(0.075～0.109)、中幅度(0.110～0.153)、中高幅度(0.154～0.238)和高幅度(0.239～0.541)，各等級(jí)的面積分別占研究區(qū)總面積的21.76%，38.38%，30.13%，9.6%和0.13%，中及低幅度波動(dòng)的區(qū)域面積占研究區(qū)總面積比例超過(guò)90%，表明絕大多數(shù)區(qū)域植被覆蓋度年際間變化幅度不大(圖3)。中高山區(qū)北部植被覆蓋度年際波動(dòng)以中幅度為主，東部、南部和西南部中高山區(qū)以中低和低幅度為主，中低山總體以中低幅度為主，但西部和北部的中低山波動(dòng)狀況略高于東部中低山。壩周低山區(qū)植被覆蓋度年際波動(dòng)整體上以中和中高幅度為主，且在區(qū)域方向上的差別小，表明該地帶植被覆蓋度變化幅度較大。河谷壩區(qū)的北部植被覆蓋度年際波動(dòng)以中幅度為主，中部以中高幅度為主，下部則以中低幅度和低幅度為主。壩周低山和河谷壩區(qū)中段和上段植被覆蓋度年際標(biāo)準(zhǔn)差的空間形態(tài)較為破碎，難以形成均質(zhì)化片區(qū)，表明這2個(gè)地帶植被覆蓋度變化復(fù)雜。

3.2.4 植被覆蓋度變化趨勢(shì) 為了進(jìn)一步揭示研究區(qū)植被覆蓋度的變化特征及變化趨勢(shì)，計(jì)算2008—2016年間各采樣格網(wǎng)點(diǎn)的擬合回歸直線斜率θslope和相關(guān)系數(shù)r。θslope值介于-0.045和0.058之間，顯著性t檢驗(yàn)結(jié)果表明相關(guān)系數(shù)r為-0.665～0.633，θslope的相關(guān)性不顯著。研究區(qū)植被覆蓋度增加區(qū)域面積和減少的區(qū)域面積之比為10∶9，植被覆蓋度增長(zhǎng)的區(qū)域面積略大于植被覆蓋度減少的區(qū)域面積。但從植被覆蓋度變化的顯著性來(lái)看，植被覆蓋度呈顯著減少的區(qū)域面積大于呈顯著增長(zhǎng)的區(qū)域面積，2者占研究區(qū)總面積的比例分別為9.132%和6.794%。根據(jù)顯著性t檢驗(yàn)結(jié)果及θslope的正負(fù)性，將研究區(qū)植被覆蓋度變化趨勢(shì)分為7個(gè)等級(jí)： 較極顯著減少(θslopelt;0，0.01lt;Plt;0.025)、顯著減少(θslopelt;0，0.025lt;Plt;0.05)、較顯著減少(θslopelt;0，0.05lt;Plt;0.1)、無(wú)顯著變化(Pgt;0.1)、較極顯著增加(θslopegt;0，0.01lt;Plt;0.025)、顯著增加(θslopegt;0，0.025lt;Plt;0.05)和較顯著增加(θslopegt;0，0.05lt;Plt;0.1)(圖4)。

圖3 植被覆蓋度年際間標(biāo)準(zhǔn)差Fig.3 Interannual SD of VFC degree

圖4 植被覆蓋度變化趨勢(shì)Fig.4 Change trend of vegetation coverage degree

當(dāng)θslopelt;0，相關(guān)系數(shù)r為-0.885～-0.855，通過(guò)了0.025的顯著性檢驗(yàn)，植被退化極為明顯，屬于較極顯著減少等級(jí)，其面積占研究區(qū)總面積1.487%； 相關(guān)系數(shù)r為-0.884～-0.795，通過(guò)了0. 05的顯著性檢驗(yàn)，植被退化明顯，屬于顯著減少等級(jí)，其面積占研究區(qū)總面積2.457%； 相關(guān)系數(shù)r為-0.794～-0.666通過(guò)了0.10的顯著性檢驗(yàn)，植被退化較為明顯，屬于較顯著減少等級(jí)，其面積占研究區(qū)總面積的5.188%。屬于較極顯著減少等級(jí)和顯著減少等級(jí)的區(qū)域主要分布在南部中高山區(qū)和東部壩周低山，在南部中高山也有少許分布。8年來(lái)北部和南部中高山區(qū)植被覆蓋度顯著變化主要是由于Ⅰ級(jí)植被覆蓋度的區(qū)域面積減少，人類干擾影響范圍從低海拔山區(qū)擴(kuò)大至中高海拔山區(qū)，表明干熱河谷生態(tài)問(wèn)題形勢(shì)復(fù)雜化。當(dāng)θslopegt;0，相關(guān)系數(shù)r為0.878～0.922，通過(guò)了0.025的顯著性檢驗(yàn)，植被改善最為明顯，屬于較極顯著增加等級(jí)，其面積占研究區(qū)總面積的1.540%； 相關(guān)系數(shù)r為0.783～0.877，通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，植被改善較為明顯，屬于顯著增加等級(jí)，其面積占研究區(qū)總面積0.213%； 相關(guān)系數(shù)r為0.632～0.782，通過(guò)了0.10的顯著性檢驗(yàn)，屬于較顯著增加等級(jí)，其面積占研究區(qū)總面積的5.041%。屬于較極顯著增加和顯著增加等級(jí)的區(qū)域主要分布在西部壩周低山與河谷壩區(qū)交界處及金沙江沿岸河谷地帶，屬于較顯著增加等級(jí)的區(qū)域主要分布在西部壩周低山、中低山、金沙江沿岸河谷地帶及南部和東部中高山。退耕還草和荒漠化治理等生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施改善了當(dāng)?shù)刂脖粻顩r，一定程度緩解了中低山和壩周低山生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，而金沙江干熱河谷壩區(qū)人工生態(tài)系統(tǒng)不斷完善使該區(qū)域植被狀況好轉(zhuǎn)。

4 討論

以往研究多數(shù)關(guān)注于壩周低山區(qū)和中低山區(qū)的植被生態(tài)狀況，諸多研究表明這2個(gè)地帶的人為干擾嚴(yán)重，植被生態(tài)狀況較差(第寶鋒等， 2005； 何錦峰等， 2009； 江功武等， 2006)，本研究通過(guò)2008—2016年植被覆蓋度的時(shí)空演變研究發(fā)現(xiàn)東部和南部的中高山地帶植被覆蓋度的結(jié)構(gòu)惡化，南部中高山區(qū)植被覆蓋度退化更為明顯，表明人為干擾的范圍已經(jīng)從壩周低山擴(kuò)展到中高山區(qū)，且對(duì)中高山區(qū)的植被造成了重要影響。中高山區(qū)是干熱河谷重要的水源涵養(yǎng)地，其植被生態(tài)狀況對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全具有關(guān)鍵影響，應(yīng)引起重視。本研究側(cè)重于從植被覆蓋層面研究干熱河谷植被生態(tài)狀況，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合土地利用類型、景觀格局、植被類型深入分析干熱河谷植被生態(tài)狀況，同時(shí)量化分析人為干擾的作用力，從而為干熱河谷植被生態(tài)的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

本研究數(shù)據(jù)的時(shí)相均為1月份，側(cè)重于分析研究區(qū)旱季植被覆蓋度時(shí)空異質(zhì)性特征。雖然相對(duì)元謀的雨季，旱季植被覆蓋度值偏低，卻能真實(shí)地反映旱季植被生態(tài)狀況和研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況。未來(lái)研究可以將旱季植被覆蓋度和雨季植被覆蓋度進(jìn)行對(duì)比研究，更深入地探究研究區(qū)植被生態(tài)狀況變化。

5 結(jié)論

研究區(qū)植被覆蓋度的空間格局與地勢(shì)走向表現(xiàn)出一致性，即以龍川江河谷和金沙江為界表現(xiàn)出東高西低、南高北低，自河谷壩區(qū)向中高山呈現(xiàn)中低—低—中—中高的整體空間格局，植被覆蓋度的空間分布具有明顯的地帶差異性。研究區(qū)植被覆蓋度值總體偏低，除2012年外，總體變化幅度不大。研究區(qū)植被覆蓋度以Ⅲ和Ⅱ級(jí)為主，2者面積接近區(qū)域總面積的80%。

植被覆蓋度等級(jí)間轉(zhuǎn)換較為頻繁，不同等級(jí)間植被覆蓋度的轉(zhuǎn)移量占區(qū)域總面積的 61.03%。Ⅰ級(jí)植被覆蓋度退化區(qū)域面積大，Ⅱ和Ⅲ級(jí)植被覆蓋度的相互轉(zhuǎn)移量最多。植被覆蓋度年際間波動(dòng)幅度不大，以中及低幅度為主。植被覆蓋度增加的區(qū)域面積和減少的區(qū)域面積比為10∶9，植被覆蓋度增長(zhǎng)的區(qū)域面積略大于減少的區(qū)域面積，但顯著性減少的區(qū)域面積大于顯著性增長(zhǎng)的區(qū)域面積。植被覆蓋度較極顯著減少和顯著減少區(qū)域主要分布在南部中高山區(qū)和東部壩周低山。植被覆蓋度較極顯著增加和顯著增加區(qū)域主要分布在西部壩周低山與河谷壩區(qū)交界處及金沙江沿岸的河谷地帶，這些區(qū)域的植被狀況好轉(zhuǎn)，表明正向人為干擾對(duì)區(qū)域植被生態(tài)狀況的調(diào)節(jié)具有積極促進(jìn)作用。自然因素奠定了干熱河谷植被覆蓋度的時(shí)空基本格局，人為干擾表現(xiàn)出強(qiáng)大作用力，使植被覆蓋度時(shí)空變化更為復(fù)雜。必須正確認(rèn)識(shí)人為干擾對(duì)區(qū)域植被覆蓋度的作用，應(yīng)繼續(xù)實(shí)施退耕還林還草、天然林保護(hù)工程，減少中高山區(qū)和中低山區(qū)人為干擾活動(dòng)，禁止亂砍濫伐，防止天然林退化。在河谷區(qū)和壩周低山區(qū)應(yīng)強(qiáng)化各項(xiàng)植被恢復(fù)和水土保持措施，積極推動(dòng)以稀樹(shù)灌草叢為主的人工植被恢復(fù)工作的開(kāi)展，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域植被生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

陳效逑，王 恒．2009.1982—2003年內(nèi)蒙古植被帶和植被覆蓋度的時(shí)空變化. 地理學(xué)報(bào), 64(1):84-94．

(Chen X Q, Wang H.2009.Spatial and temporal variations of vegetation belts and vegetation cover degrees in Inner Mongolia from 1982 to 2003．Acta Geographica Sinica，64(1):84-94.[in Chinese])

第寶鋒, 楊 忠, 艾南山,等. 2005.基于RS與GIS的金沙江干熱河谷區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)——以云南省元謀縣為例.地理科學(xué),25(4):484-489.

(Di B F, Yang Z，Ai N S，etal. 2005. Evaluation on degraded ecosystem in Jinshajiang xerothermic valley using RS and GIS——a case study of Yuanmou County in Yunnan. Scientia Geohraphica Sinica, 25(4):484-489.[in Chinese])

何錦峰, 蘇春江, 舒 蘭，等. 2009.基于3S技術(shù)的金沙江干熱河谷區(qū)LUCC研究——以云南省元謀縣為例.山地學(xué)報(bào), 27(3):341-348.

(He J F, Su C J, Shu L,etal. 2009. A 3S-based study on land use and land cover change in the Jinshajiang xerothermic valley-a case of Yuanmou County, Yunnan Province.Journal of Mountain Science, 27(3):341-348. [in Chinese]).

胡玉福，鄧良基, 劉 宇, 等. 2015.基于RS 和GIS 的大渡河上游植被覆蓋時(shí)空變化.林業(yè)科學(xué),51(7):49-59.

(Hu Y F,Deng L J, Liu Y,etal. 2015.Temporal and spatial variation of the vegetation coverage in upper Dadu river based on RS and GIS. Scientia Silvae Sincae, 51(7):49-59. [in Chinese])

江功武 朱紅業(yè), 錢坤建, 等. 2006.人類活動(dòng)對(duì)元謀干熱河谷景觀變化的主要影響.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 19(sp1):320-322.

(Jiang G W, Zhu H Y, Qian K J,etal. 2006. The major influence of human activities on landscape change in Yuanmou dry-hot valley. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 19 (sp1): 320-322. [in Chinese])

李恒凱, 雷 軍, 楊 柳.2016.基于Landsat影像的離子稀土礦區(qū)植被覆蓋度提取及景觀格局分析. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 32(10):267-276．

(Li H K，Lei J，Yang L.2016.Extraction of vegetation coverage and analysis of landscape pattern in rare earth mining area based on Landsat image. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，32(10):267-276．[in Chinese])

李雙雙, 延軍平,萬(wàn) 佳．2012．近10年陜甘寧黃土高原區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征．地理學(xué)報(bào)，67(7):960 -970．

(Li S S,Yan J P, Wang J.2012.The spatial-temporal changes of vegetation restoration on Loess Plateau in Shaanxi-Gansu-Ningxia region. Acta Geographica Sinica, 67(7): 960-970．[in Chinese])

劉軍會(huì), 高吉喜, 王文杰．2013. 青藏高原植被覆蓋變化及其與氣候變化的關(guān)系.山地學(xué)報(bào), 31(2):234-242.

(Liu J H，Gao J X，Wang W J．2013.Variations of vegetation coverage and its relations to global climate changes on the Tibetan plateau during 1981—2005．Mountain Research,31(2):234-242. [in Chinese])

劉 琳, 姚 波．2010．基于NDVI 象元二分法的植被覆蓋變化監(jiān)測(cè)．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，26(13):230- 234．

(Liu L，Yao B． 2010． Monitoring vegetation-cover changes based on NDVI dimidiate pixel model．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，26(13):230-234. [in Chinese])

穆少杰, 李建龍, 陳奕兆，等.2012. 2001—2010年內(nèi)蒙古植被覆蓋度時(shí)空變化特征. 地理學(xué)報(bào),67(9)： 1255-1268.

(Mu S J, Li J L, Chen Y Z,etal．2012. Spatial differences of variations of vegetation coverage in the Inner Mongolia during 2001—2010．Acta Geographica Sinica, 67(9):1255-1268. [in Chinese])

聶小軍，張建輝，劉剛才,等. 2008. 金沙江干熱河谷侵蝕陡坡植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 17(4): 1636- 1640.

(Nie X J, Zhang J H, Liu G C，etal．2008.Effects of vegetation restoration on soil quality of eroded hill slopes in dry hot valley of Jinsha river.Ecology and Environment, 17(4): 1636- 1640. [in Chinese])

歐曉昆. 1994.云南省干熱河谷地區(qū)的生態(tài)現(xiàn)狀與生態(tài)建設(shè).長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 3(3):271-276.

(Ou X K.1994.Ecological condition and ecological construction in dry-hot valley of Yunnan Province. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 3(3):271-276. [in Chinese])

張世文, 寧匯榮, 許大亮, 等. 2016.草原區(qū)露天煤礦植被覆蓋度時(shí)空演變與驅(qū)動(dòng)因素分析.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 32(17): 233-241.

(Zhang S W, Ning H R, Xu D L,etal. 2016. Analysis of spatio-temporal evolution and driving factors of vegetation fraction for opencast coal mine in grassland area. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 32(17): 233-241. [in Chinese])

周 躍. 1987.元謀干熱河谷植被的生態(tài)及其成因. 生態(tài)學(xué)雜志,(5):28-33.

(Zhou Y. 1987.Vegetation ecology and its genesis in Yuanmou dry-hot valley. Chinese Journal of Ecology, (5):28-33. [in Chinese])

Caracciolo D, Istanbulluoglu E, Noto L V,etal. 2016. Mechanisms of shrub encroachment into Northern Chihuahuan desert grasslands and impacts of climate change investigated using a cellular automata model. Advances in Water Resources, 91(5):46-62.

Duo A, Zhao W, Qu X,etal. 2016.Spatio-temporal variation of vegetation coverage and its response to climate change in North China plain in the last 33 years. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 53(12): 103-117.

Gitelson A A, Kaufman Y J, Stark R,etal.2002. Novel algorithms for remote estimation of vegetation fraction. Remote Sensing of Environment, 80(1): 76 -87.

Gu Z J, Zeng Z Y,Shi X Z,etal. 2009. Assessing factors influencing vegetation coverage calculation with remote sensing imagery. International Journal of Remote Sensing, 30(10):2479-2489.

Ian O, Darren P.2010. Treeline vegetation composition and change in Canada’s western subarctic from AVHRR and canopy reflectance modeling. Remote Sensing of Environment,114(4):805-815．

Jiang T A, Wang S Q, Xue Z D. 2005.Correlation between vegetation coverage and Zoker population quantity. Bulletin of Soil amp; Water Conservation, (5):24-27.

Kokutse N K, Temgoua A G, KavazoviZ. 2016. Slope stability and vegetation: conceptual and numerical investigation of mechanical effects.Ecological Engineering, 86(1):146-153.

Liu X Y, Zhou W, Bai Z K. 2016.Vegetation coverage change and stability in large open-pit coal mine dumps in China during 1990-2015.Ecological Engineering, 95(7):447-451

Ma H C, Jack A M. 2001.The dry-hot valleys and forestation in southwest china. Journal of Forestry Research, 12(1): 35-39.

Parmesan C, Yohe G. 2003. A globally coherent fingerprint of climate change impacts across natural systems．Nature,421(6918):37-42．

Purevdorj T S, Tateishi R, Ishiyama T,etal. 1998. Relationships between percent vegetation cover and vegetation indices. International Journal of Remote Sensing, 19(18):3519-3535.

Qi J, Marsett R C, Moran M S,etal. 2000. Spatial and temporal dynamics of vegetation in the San Pedro river basin area. Agricultural amp; Forest Meteorology, 105(1/2/3): 55-68.

Xin Z B, Xu J X, Zheng W. 2008. Spatiotemporal variations of vegetation cover on the Chinese Loess Plateau (1981-2006): impacts of climate changes and human activities．Science in China (Series D: Earth Sciences),51(1):67-78．

Zeng X,Dickinson R E,Walker A. 2000. Derivation and evaluation of global 1-km fractional vegetation cover data for land modeling．Journal of Applied Meteorology,39(6): 826-839．

(責(zé)任編輯 于靜嫻)

TemporalandSpatialHeterogeneityoftheVegetationCoverageintheDrySeasoninYuanmouDry-HotValley

Ou Zhaorong1,2Zhu Qingke1Sun Yongyu3
(1.SchoolofGeography,SouthwestForestryUniversityKunming650224; 2.SchoolofWaterandSoilConservation,BeijingForestryUniversityBeijing100083； 3.TheResearchInstituteofResourcesInsects,ChineseAcademyofForestryKunming650216)

【Objective】Temporal and spatial heterogeneity of vegetation cover in Yuanmou dry-hot valley from 2008 to 2016 was studied to analyze the causes for VFC change, in order to provide basic data and a theoretical basis for ecological protection of regional vegetation. 【Method】Based on remote sensing images of Landsat ETM and OLI in five periods (2008, 2010, 2012, 2014 and 2016), we obtained VFC data of the five periods by using pixel dichotomy method with ENVI as technical platform. Base on determining the classification criteria for the vegetation coverage levels, some geospatial analysis methods were used to study characteristics of VFC degree, and to analyze composition of VFC degree in each elevation belt. Area of different VFC degree in each year was calculated by ArcGIS, as well as a VFC transfer matrix of different VFC degree was obtained by GIS overlay analysis between 2008 and 2016. Spatial samplings of vegetation coverage in different years were carried out with spatial grids with an area equal to the study area, then standard deviation and regression slope of vegetation coverage were calculated by multivariate statistical method to analyze time evolutionary characteristics of the vegetation coverage. 【Result】Spatial pattern of vegetation coverage in Yuanmou dry-hot valley was characterized by middle-low, low, middle and high from the valley dam area to the middle-high mountains, higher vegetation coverage in east and south direction rather than in west and north direction, bounded by Longchuan river valley and Jinshajiang river valley. The values of vegetation coverage of the whole study area were respectively 0.562 in 2008, 0.586 in 2010, 0.494 in 2012, 0.578 in 2014, and 0.566 in 2016. The areas of VFC at level Ⅰ and level Ⅱ in the middle-high mountains respectively accounted for 60% and 50% of the total area of VFC at level Ⅰ and level Ⅱ in the study area. The total area of VFC at level Ⅲ and level Ⅳ in the low-mountain and low-middle mountains around the dam accounted for 70% to 80% of the total area of VFC at level Ⅲ and level Ⅳ in the study area. The area of VFC at level Ⅴ in the valley area accounted for more than 60% of the total area of VFC at level Ⅴ in the study area. The transfer area of different VFC degree accounted for 61.03% of the total area in the study area in the past eight years. There were 95.19 km2transferring from VFC level Ⅰ to Level Ⅱ. The standard deviation (SD) of vegetation coverage was 0-0.541. The ratio of increased area of vegetation coverage to reduced area was 10∶9, while the significantly reduced area and the significantly increased area respectively accounted for 9.132% and 6.794% of the study area. 【Conculsion】 Spatial differences of vegetation coverage in dry-hot valley were significant. VFC value of the whole study area was relatively low, and VFC transformation was relatively frequent. Annual variation of vegetation coverage was not significant. The increased area of vegetation coverage was slightly larger than the reduced area of vegetation coverage, but the significantly reduced area of vegetation coverage was greater than the significantly increased area of vegetation coverage. Vegetation coverage in the middle-high mountainous areas in the east and south was deteriorated. We should continue to strengthen measures of land conversion from farming to forests and grasses, strengthening natural forests protection, reducing intensity of human disturbance in the middle-high mountains and the low mountains. Artificial vegetation restoration should actively be carried out to promote continuous development of regional vegetation ecology.

dry-hot valley； vegetation coverage； temporal and spatial heterogeneity； GIS； RS； spatial pattern； interannual fluctuation； human disturbance

10.11707/j.1001-7488.20171103

2017-02-24；

2017-10-23。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFC0505102)； 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(CAFYBB2017ZA002-4)。

*孫永玉為通訊作者。

S157

A

1001-7488(2017)11-0020-09