地形對山區(qū)植被空間分布的影響

李嘉霖 衛(wèi)曉慶

摘要：本文以長白山為研究區(qū)域，運用像二元法及趨勢分析法對2010-2019年長白山的地形與植被的關系進行研究，結(jié)果表明：（1）長白山植被分布大致隨海拔的升高而降低，受氣候、人類活動等因素的影響，植被覆蓋度呈下降趨勢。（2）植被覆蓋度的變化與坡度呈負相關關系。在坡度為2-5°的時候植被覆蓋率最高，由于氣候、降水以及人類活動等因素的影響，植被覆蓋度隨坡度的上升而降低。（3）長白山坡向?qū)χ脖桓采w的影響規(guī)律性不強，陽坡的總體植被覆蓋度高于陰坡。總體而言，長白山植被分布對地形因子有明顯的響應。

關鍵詞：長白山;植被覆蓋度;地形;響應作用

0引言

隨著地球氣候的劇烈變化，陸地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了顯著的改變，植被是生態(tài)系統(tǒng)的重要的組成部分，也是生態(tài)系統(tǒng)中容易受到人類活動等因素影響而發(fā)生波動的部分之一[1]，因此植被變化也成為了更多學者關注的焦點問題[2]。

近年來國內(nèi)外基于ArcGIS以及ENVI進行的植被覆蓋對于地形因子變化的響應的研究日漸豐富。歐美國家對于環(huán)境的關注早于我國，進而研究成果也較為豐富，研究方法也比較新穎。地形因子對山區(qū)植被的影響的研究成果也很豐富，為我國研究此類問題提供了部分參考[3-4]。我國對山地植被分布的研究由來已久，研究方案與研究體系日漸成熟，相關研究技術日益完備。劉增力[5]等人分析研究了小五臺山地區(qū)植被群落的分布狀況發(fā)現(xiàn)植被類型的分布面積比例與山體海拔高度存在著密切的聯(lián)系，且由于坡度的影響，增加了譜內(nèi)植被組成的復雜性。田地[6]等人采用像二元模型反演長汀縣2000-2016年間植被覆蓋度時空特征，分析高程、坡度、坡向等地形因子對植被覆蓋度的影響，發(fā)現(xiàn)地形因子對長汀縣植被覆蓋度的時空特征具有顯著影響。陳艷英[7]等人采用最大值合成法合成逐旬歸一化植被指數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，地形因素對植被指數(shù)有較大的影響，且高度因素對植被指數(shù)及其分布的影響較坡度更明顯。這些研究成果為研究長白山植被覆蓋對地形因子的響應提供了數(shù)據(jù)參考和技術支持，為日后的研究提供了有力的支持。

長白山作為我國東北部重要的生態(tài)保護區(qū)，地形復雜多變，植被分布面積廣且種類繁多，是人類寶貴的“綠色財富”。長白山具有多方面的研究價值，應該受到相應的關注與研究，因此研究長白山植被覆蓋度對地形因子的響應的研究十分必要，該研究也將對有關長白山的其他研究做出貢獻，也為長白山生態(tài)環(huán)境的科學管理提供參考。

1研究區(qū)概況

1.1地理位置

長白山是我國為數(shù)不多的自然生態(tài)系統(tǒng)保護區(qū)，擁有較為龐大的物種基因庫。該地區(qū)森林資源豐富，地形復雜，森林植被隨著地形的變化呈現(xiàn)出十分顯著的水平和垂直的分布，是亞洲地區(qū)為數(shù)不多的植被覆蓋度與地形因子的重點研究區(qū)域。本文研究的長白山以吉林省延邊朝鮮族自治州安圖縣（長白山北坡）、白山市長白朝鮮自治縣（長白山南坡）和撫松縣（長白山西坡）3個縣級單元為代表的長白山典型生態(tài)連片區(qū)域是長白山最為典型的生態(tài)區(qū)。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本文基于長白山地區(qū)的MOIDIS數(shù)據(jù)以及該地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)進行研究。MODIS數(shù)據(jù)來源于NASA平臺，分辨率為250m×250m，研究時段為7-8月。DEM數(shù)據(jù)來于地理空間數(shù)據(jù)云，分辨率為30m×30m，將其重采樣為250m×250m。

2.2研究方法

2.2.1基于像元二分模型的植被覆蓋度計算

長白山植被覆蓋度采用像元二分模型來估算，其公式為：

式1中：為某一像元的植被覆蓋度，為該像元上的歸一化植被指數(shù)值，為裸地對應的植被指數(shù)值，為純植被對應的植被指數(shù)值。

植被覆蓋度均值，依據(jù)研究區(qū)植被覆蓋度總值與像元總數(shù)進行計算，公式為：

式2中：為像元總數(shù)，為第個像元的植被覆蓋度，為植被覆蓋度均值。

2.2.2趨勢分析

趨勢分析是對一組隨時間變化的序列數(shù)據(jù)采用趨勢線進行回歸分析，采用最小二乘法逐像元擬合植被覆蓋度的年際變化趨勢，公式為：

式3中：為年序號，為第i年植被覆蓋度，為變化斜率。

當>0時，表示該像元的植被覆蓋度呈增加趨勢，當<0時，表示減小趨勢。

3結(jié)果分析

3.1 不同地形因素下長白山植被覆蓋空間分布特征

3.1.1植被分布

長白山地區(qū)近10年植被覆蓋度由最初的98.1%增長至98.4%。由于該地區(qū)總體植被覆蓋率較高，氣候穩(wěn)定，且為自然保護區(qū)，受人類活動影響不大，因此近年來，長白山地區(qū)植被覆蓋度較高且變化幅度不大。

利用趨勢分析法研究發(fā)現(xiàn)長白山植被覆蓋率由東南向西北逐漸遞減，覆蓋率上升的山區(qū)為完達山、老爺嶺以及長白山主脈;覆蓋率降低的山區(qū)為張廣才嶺、哈達嶺。

運用平均值法，得到長白山近十年的平均植被覆蓋率，該結(jié)果對長白山2010-2019不同地形因子下的植被覆蓋度變化趨勢的研究有一定的參考依據(jù)，體現(xiàn)了植被覆蓋的變化幅度的大致水平。

3.1.2植被覆蓋度海拔梯度差異

不同高程等級的植被覆蓋率研究發(fā)現(xiàn)，長白山植被覆蓋度隨海拔的變化在第二高程和第六高程中，長白山植被分布與海拔高度呈明顯負相關的關系，隨著海拔的上升，植被覆蓋度明顯降低，而在第七高程中出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，該現(xiàn)象是由于海拔分級時，海拔高度為第七高程下的地理面積相對其它高度級較大，因此植被所占的面積也相對較大引起的。

山區(qū)植被的生長規(guī)律受多種因素影響，在低海拔地區(qū)，水熱充足，因此植被覆蓋的面積較為廣泛;而隨著海拔的上升，氣溫降低，植被的生長受限，因此植被覆蓋度呈現(xiàn)下降趨勢;而隨著海拔高度的繼續(xù)上升，人類活動受到限制，植被覆蓋面積有所好轉(zhuǎn)。將這些因素與研究結(jié)果相結(jié)合，總體體現(xiàn)的是長白山植被分布與海拔高度呈負相關的關系。

3.1.3植被覆蓋空間分布在坡度坡向上的差異

坡度對地表河流的分布以及地表水的流向都有影響，山區(qū)的土質(zhì)性質(zhì)有所不同，且人類活動也因此受到影響;坡向?qū)τ谏絽^(qū)的光照強度和受到的風向有所影響，進而關系到地表水分的散發(fā)與保持。因此，在不同的坡度坡向會影響植被的空間分布。

長白山植被覆蓋度與坡度總體呈明顯的負相關關系，坡度大于2°的區(qū)域植被覆蓋度隨坡度的上升而降低;而坡向?qū)τ谥脖桓采w的影響較小，總體植被覆蓋度水平比較平均，所呈現(xiàn)出的相關性也不是非常明顯，不同坡向的植被覆蓋度的面積大小關系為：陽坡>半陽坡>陰坡>平地>半陰坡。由于植被的生長受光照和降雨的影響，處在陽坡的植被擁有較好的光照和降水條件，因此陽坡區(qū)域的植被覆蓋度較高。

3.2長白山植被覆蓋變化對地形因素的響應

3.2.1海拔高度對植被覆蓋變化的分異作用

2010-2019年間長白山地區(qū)植被覆蓋度的變化隨高程的變化呈現(xiàn)出了一定的響應，雖然不同植被類型的增減比例存在一定的海拔差異，但總體而言植被覆蓋度先上升后下降，低海拔地區(qū)以草地灌木林為主，中海拔地區(qū)以針葉闊葉混交林以及常綠針葉林為主，高海拔地區(qū)以落葉闊葉林以及常綠闊葉林為主，海拔400m以下，植被種類及數(shù)量明顯增加，表明在某些時間該區(qū)域的植被結(jié)構(gòu)會因為受到外界因素影響而變得更不穩(wěn)定。對研究區(qū)植被覆蓋度年際變化趨勢分析發(fā)現(xiàn)，植被覆蓋度在近十年中呈上升趨勢，植被分布與山區(qū)高程之間有明顯的相應關系。但由于對長白山的保護較好，沒有森林開發(fā)為耕地，也不存在城市擴張現(xiàn)象，不受人類活動影響，因此，長白山的植被覆蓋度較高且在近十年里無明顯變化。

3.2.2坡度及坡向?qū)χ脖桓采w變化的分異作用

坡度、坡向?qū)χ脖环植加杏绊?，其中坡度因子對植被覆蓋度的影響較大。坡度較陡的山區(qū)植被覆蓋度較低，但變化相對穩(wěn)定。坡度緩的山區(qū)受到的客觀因素較多（如動物、人類活動），低海拔的植被類型之間容易相互轉(zhuǎn)換，所以植被覆蓋變化相對不穩(wěn)定。

坡向?qū)χ脖环植嫉挠幸欢ǖ挠绊?，但總體趨勢不顯著。通常，陽坡可以獲取更多的太陽輻射，植物可以進行更強的光合作用。但太陽輻射過分充足反而會使地表的水分蒸發(fā)過快，土壤中的水分無法儲存，降低土壤中的水儲量。這兩種因素可以在地形因子的作用下中和，其綜合效應導致坡向?qū)DVI變化的影響不明顯。

4結(jié)論

綜上研究表明，坡度、坡向以及高程因子對長白山的植被分布有顯著的影響。研究時段內(nèi)植被覆蓋總體呈上升趨勢，坡度、坡向及高程對長白山植被空間分布以及變化趨勢存在明顯的分異性。

其中，植被分布隨海拔的升高而降低，在300-400m時有一個峰值，該段覆蓋率最高，而在400-800m之間受氣候、人類活動等因素的影響，植被覆蓋度呈下降趨勢。根據(jù)上面的分析可以得出結(jié)論即高程對植被分布有明顯的影響。

研究區(qū)植被分布對坡度有著十分明顯的響應，即隨著坡度的升高，長白山的植被覆蓋度明顯下降。在坡度為2-5°的時候植被覆蓋率最高，由于其他因素的影響，植被覆蓋度隨坡度的上升而降低。

長白山坡向?qū)χ脖桓采w的影響規(guī)律性不強，總體而言，長白山陽坡的總體植被覆蓋度高于陰坡。陽坡的光照較充足，植被的光合作用強，對植被的生長有促進作用;陰坡太陽輻射弱，對植被的生長沒有明顯促進作用。以上兩個因素的共同作用導致陽坡的植被覆蓋度高于陰坡。

參考文獻

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