貴州巖溶峽谷NDVI變化及與人口的關(guān)系

龍映豪, 李旭東, 程?hào)|亞

貴州巖溶峽谷NDVI變化及與人口的關(guān)系

龍映豪, 李旭東*, 程?hào)|亞

貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025

研究巖溶峽谷NDVI變化, 可為退耕還林、石漠化治理、峽谷生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)參考。以貴州境內(nèi)巖溶峽谷為研究區(qū), 選取2000—2018年NDVI數(shù)據(jù)和2010年人口數(shù)據(jù), 探究了其N(xiāo)DVI時(shí)空演變規(guī)律及與人口的關(guān)系。結(jié)果表明: (1)2000—2018年NDVI由0.659增長(zhǎng)至0.807, 增長(zhǎng)0.148, 表明植被處于恢復(fù)趨勢(shì); (2)2000—2018年城市及其附近NDVI較低; 期間NDVI上升地區(qū)面積超過(guò)97%, 下降地區(qū)不足3%; (3)將2000—2018年NDVI分為6等級(jí), 小于0.4、0.7—0.8、大于0.8的區(qū)域NDVI占比呈現(xiàn)上升趨勢(shì), 0.4—0.5、0.5—0.6、0.6—0.7的區(qū)域NDVI占比處于下降趨勢(shì); (4)2000—2018年隨人口密度增加NDVI總體處于下降趨勢(shì), 期間NDVI增量隨人口密度增加呈減少趨勢(shì)。貴州巖溶峽谷NDVI總體保持上升, 人口密度與NDVI變化關(guān)系密切。

NDVI; 人口; 空間變化; 巖溶峽谷; 貴州

0 前言

中國(guó)西南喀斯特地區(qū)以貴州、廣西等地區(qū)為核心地帶, 其石漠化問(wèn)題嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱性強(qiáng)、生態(tài)敏感性高[1]。貴州巖溶峽谷區(qū)作為喀斯特的一種特殊地形表現(xiàn)形式, 同樣面臨著上述嚴(yán)重問(wèn)題。有學(xué)者指出, 喀斯特石漠化問(wèn)題與水土流失相關(guān)[2–3], 提升植被覆蓋是解決喀斯特地區(qū)水土流失的重要途徑[4–5], 也是區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的重要方式。

植被是地表物質(zhì)能量循環(huán)與轉(zhuǎn)化的重要參與者, 其在水土保持、生物多樣性保護(hù)以及調(diào)節(jié)氣候等方面發(fā)揮著積極作用[6–7]。地表植被覆蓋與植被長(zhǎng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)變化, 受到氣候變化及人類(lèi)活動(dòng)影響[8–9]。相對(duì)于氣候作用, 人類(lèi)活動(dòng)影響正在逐漸增強(qiáng)。研究植被時(shí)空變化及與人口之間的聯(lián)系, 能夠一定程度上反映地區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化[10–11], 可為地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、合理規(guī)劃人口分布及自然資源利用提供參考。

歸一化植被指數(shù)(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)是標(biāo)準(zhǔn)植被指數(shù)的一種, 可以較準(zhǔn)確地反映地區(qū)植被生長(zhǎng)、覆蓋、生物量等特征[12], 已在研究植被變化領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。在全球極端氣候增加的大背景下, 越來(lái)越多的研究將目光聚集在植被時(shí)空變化[13–14]、植被變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)[15–16]、植被變化的驅(qū)動(dòng)/影響因素[17–19], 等等。如毛德華等在研究東北多年凍土NDVI變化及其對(duì)氣候變化響應(yīng)[10]; 孫慶齡等研究了三江源植被NDVI變化趨勢(shì)及影響因素[19]。由于地區(qū)植被變化是氣候與人類(lèi)活動(dòng)共同作用的結(jié)果[8.20], 在眾多的關(guān)注視角[21-23]中, 植被變化與氣候、人類(lèi)活動(dòng)更是受到廣泛的關(guān)注。如周偉等[16]、程?hào)|亞等[21]對(duì)氣候影響因子的研究, 王靜等[11]、陶帥等[17]對(duì)人類(lèi)活動(dòng)影響因子的關(guān)注。但根據(jù)目前掌握的文獻(xiàn)來(lái)看, 對(duì)于植被NDVI變化的影響因素研究, 多還是傾向于氣候因子, 對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響因子的研究尚顯不足, 對(duì)西南部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的重視程度更需要進(jìn)一步關(guān)注。貴州是集山地與巖溶的典型區(qū)域, 也是中國(guó)西南經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)。在貴州在交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善、大數(shù)據(jù)新興產(chǎn)業(yè)布局、貧困地區(qū)不斷實(shí)現(xiàn)脫貧摘帽的背景下, 貴州近十年來(lái)經(jīng)濟(jì)增速穩(wěn)居全國(guó)前列, 經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快。但貴州巖溶分布情況復(fù)雜, 經(jīng)濟(jì)資源稟賦差異明顯, 位于貴州西部的巖溶峽谷地區(qū)更是自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件復(fù)雜的地區(qū)。

因此, 以典型喀斯特地區(qū)為研究對(duì)象, 揭示區(qū)域植被時(shí)空變化特征及與人口之間的內(nèi)在關(guān)系具有現(xiàn)實(shí)意義。故本文基于貴州巖溶峽谷區(qū)2000—2018年NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 以期為研究結(jié)果能為巖溶地區(qū)石漠化治理、資源利用規(guī)劃及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供一定理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1.1 研究區(qū)概況

貴州巖溶峽谷區(qū)是中國(guó)南方喀斯特的重要分布地區(qū), 主要位于貴州省西部, 包括六盤(pán)水、安順市、畢節(jié)市及黔西南州等部分市縣(圖1), 國(guó)土面積約為22264 km2; 研究區(qū)北部海拔多在2000 m以上, 為烏蒙山區(qū)腹地, 是烏江、北盤(pán)江等重要河流的發(fā)源地, 中南部主要屬于珠江流域的北盤(pán)江水系; 區(qū)域氣候主要屬亞熱帶季風(fēng)氣候, 雨熱資源較為充足, 氣溫表現(xiàn)為南高北低, 降水量表現(xiàn)為南多北少。[24]

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

貴州巖溶峽谷邊界結(jié)合《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱(2006—2015年)》和貴州省行政區(qū)劃提取, 該地貌分類(lèi)在很多研究[25-26]中得到了使用。NDVI數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.resdc.cn)的中國(guó)年度植被指數(shù)空間分布數(shù)據(jù)集, 其是基于連續(xù)時(shí)間序列的SPOT/ VEGETATION NDVI衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù); 該數(shù)據(jù)是采用最大值合成法生成的年度數(shù)據(jù), 其分辨率為1000 m, 本研究選取數(shù)據(jù)時(shí)間年限為2000—2018年[27]。人口數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心共享服務(wù)平臺(tái)(http://www.geodata.cn), 數(shù)據(jù)集名為中國(guó)公里網(wǎng)格人口分布數(shù)據(jù)集, 其是把以行政區(qū)為基本單元的統(tǒng)計(jì)人口擴(kuò)展到一定空間柵格尺度上, 建立人口空間分布數(shù)據(jù)集[28]。受數(shù)據(jù)獲取影響, 本文選取2010年數(shù)據(jù)代表整個(gè)研究期的人口分布狀況, 柵格人口數(shù)據(jù)分辨率為1000 m。采用貴州巖溶峽谷區(qū)矢量邊界裁剪NDVI數(shù)據(jù)和人口數(shù)據(jù), 然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。將NDVI數(shù)據(jù)根據(jù)階段變化及等級(jí)變化進(jìn)行重分類(lèi)和分區(qū)統(tǒng)計(jì), 將人口數(shù)據(jù)分為十個(gè)等級(jí)進(jìn)行重分類(lèi)與分區(qū)統(tǒng)計(jì)。森林覆蓋面積、覆蓋率、造林面積、封山育林面積和2010年貴州城市化數(shù)據(jù)來(lái)自《貴州統(tǒng)計(jì)年鑒2011—2019》[29]。2018年貴州城市化數(shù)據(jù)來(lái)自《2018年貴州省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[30]。為了減少計(jì)算誤差, 本文統(tǒng)一坐標(biāo)系為WGS 84、Asia Lambert Conformal Conic。

圖1 研究區(qū)位置

Figure 1 Study area location

2 NDVI時(shí)空變化特征

2.1 NDVI總體變化特征

2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI保持上升趨勢(shì), NDVI變化的階段差異性明顯(表1)。

從總體NDVI平均值來(lái)看, 貴州巖溶峽谷2000— 2018年NDVI值呈不斷增加趨勢(shì), 2000年、2010年、2018年其N(xiāo)DVI值分別為0.659、0.750、0.807。從階段變化特征來(lái)看, 其中2000—2010年NDVI年變化值為0.091, 年均變化0.009, 為增長(zhǎng)值最多時(shí)段; 2010—2018年變化值0.007, 屬于平均變化最少的時(shí)段?？傮w來(lái)看, 2000—2018年NDVI值增長(zhǎng)0.148, 年均變化0.008, 表明區(qū)域植被處于恢復(fù)特征。

2.2 NDVI空間變化特征

2000—2018年貴州巖溶峽谷區(qū)NDVI分布總體表現(xiàn)為東北高, 西北低, 中部高, 南部低(圖2)。

2000—2010年NDVI低值區(qū)在西北部分布集中, 南部分布較為零散; 該時(shí)段NDVI最低值由0.184增長(zhǎng)至0.372, 最高值由0.92下降至0.896; 在空間分布上表現(xiàn)為中部NDVI高值區(qū)減小, 南部低值分布擴(kuò)大。2010—2018年西北部NDVI低值分布面積減小明顯, 中部高值分布面積得到恢復(fù), 且NDVI恢復(fù)至最高值0.92, 但最低值有所下降。至2018年, 中部鐘山和水城所在地區(qū)的NDVI低值分布面積擴(kuò)大較明顯, 可能是受到城市建設(shè)的影響。此外, 北部NDVI低值區(qū)分布面積總體小于南部, 原來(lái)西北部低值分布聚集和南部低值零散的格局有所改變。

2.3 NDVI階段變化特征

2000—2018年貴州巖溶峽谷地區(qū)NDVI以上升為主, 顯著下降的區(qū)域多為城市周邊(表2、圖3)。

2000—2010年為研究區(qū)NDVI值變化最劇烈時(shí)段, 其中NDVI顯著增加面積達(dá)18230.35 km2, 占總面積的81.95%; 輕微增加地區(qū)面積為3520.01 km2, 占比為15.82%; 而呈顯著減少和輕微減少地區(qū)的總面積僅為494.44 km2, 占比不到3%。在空間分布上看, NDVI顯著增加地區(qū)表現(xiàn)為北部分布最廣, 中部其次, 南部相對(duì)零散。NDVI輕微增加地區(qū)在南部分布較為集中, 中部和北部相對(duì)分散。而NDVI顯著減少和輕微減少地區(qū)稀疏分布在南部和威寧西北部。

表1 2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI平均值變化

圖2 2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI空間分布圖

Figure 2 Spatial distribution of NDVI in karst canyon in Guizhou from 2000 to 2018

2010—2018年研究區(qū)NDVI呈現(xiàn)顯著減少、輕微減少和輕微增加地區(qū)較2000—2010年均有較大增加, 但顯著增加地區(qū)占比減少明顯。其中NDVI呈顯著減少地區(qū)面積為1006.86 km2, 占4.53%; 輕微減少地區(qū)面積為2602.05 km2, 占11.70%; 輕微增加地區(qū)面積增長(zhǎng)至5885.33 km2, 占26.46%; 而顯著增加地區(qū)面積減少至12750.56 km2, 占比為57.32%, 較上時(shí)段減少25%左右。從空間分布上看, NDVI值顯著減少地區(qū)主要分布在中部鐘山和水城所在區(qū)域, 以及南部貞豐以南和貞豐與興仁之間地帶, 北部分布較為零散。輕微減少地區(qū)主要分布在北部赫章西北、中部鐘山和水城北部、中西部地區(qū)以及南部晴隆東南部。輕微增加地區(qū)在南部分布最為集中, 中部次之, 北部相對(duì)分散。顯著增加地區(qū)主要分布在西北部, 其次在中部, 南部分布最分散。

總體來(lái)看, 2000—2018年研究區(qū)NDVI值變化呈顯著減少、輕微減少、輕微增加以及顯著增加地區(qū)面積分別為281.68 km2、343.61 km2、844.04 km2以及20775.47 km2, 占比分別為1.27%、1.54%、3.79%以及93.39 %?？梢?jiàn)2000—2018年絕大多數(shù)地區(qū)NDVI值都呈增長(zhǎng)趨勢(shì), 且顯著增加地區(qū)在北部和中部分布都很集中, 僅南部相對(duì)分散。

2.4 NDVI等級(jí)變化特征

2000—2018年貴州巖溶峽谷區(qū)NDVI值變化主要發(fā)生在大于0.6的等級(jí)范圍, 面積占比最高地區(qū)的NDVI值等級(jí)范圍由0.6—0.7不斷向大于0.8等級(jí)范圍過(guò)渡(表3)。

2000年研究區(qū)NDVI值在0.6—0.7的地區(qū)范圍面積最廣, 占比達(dá)69.026%; 其次為NDVI值0.7—0.8的地區(qū), 占比為19.892%; 大于0.8地區(qū)面積最小, 占比僅為0.009%。2010年NDVI值在0.7—0.8之間的地區(qū)面積占比最大, 達(dá)71.527%; 其次為大于0.8的地區(qū), 其占比為14.809%; NDVI值小于0.4的地區(qū)面積占比最小, 占比僅為0.022%。2018年NDVI值大于0.8的地區(qū)面積占比最大, 占比為62.057%, 較2010年增加47.248%; NDVI值為0.7—0.8地區(qū)面積次之, 占比為32.757%; 小于0.4的地區(qū)面積占比仍最少, 為0.148%。

圖3 2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI分階段空間變化特征

Figure 3 The spatial change characteristics of NDVI in karst canyon in Guizhou from 2000 to 2018 in stages

表2 2000—2018年貴州巖溶峽谷不同類(lèi)型NDVI變化

表3 2000—2018年貴州巖溶峽谷不同等級(jí)NDVI分布變化特征

2000—2010年研究區(qū)NDVI值小于0.7地區(qū)面積占比下降, 大于0.7地區(qū)面積占比呈上升趨勢(shì); 2010—2018年NDVI值小于0.5地區(qū)面積占比有所上升, 0.5—0.8地區(qū)面積占比下降, 而大于0.8地區(qū)面積占比有很大上升; 2000—2018年NDVI整體變化過(guò)程表現(xiàn)為小于0.4低值區(qū)面積有所上升, 0.4—0.7地區(qū)占比下降, 0.7以上高值區(qū)面積占比上升。

3 NDVI變化與人口的關(guān)系

3.1 人口分布特征

人口密度與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān), 人口密度大的地區(qū)相對(duì)應(yīng)的人口活動(dòng)強(qiáng)度也更加劇烈。同時(shí), 人口密度是反映區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)和人口狀況的重要指標(biāo), 也是其重要表征形式, 故本文采用人口密度探究人口與NDVI的關(guān)系。貴州巖溶峽谷區(qū)人口密度分布呈北部和南部相對(duì)密集, 中部較稀疏的特點(diǎn); 20%以上的地區(qū)人口密度均小于50人·km-2(圖4)。

人口密度小于100人·km-2的地區(qū)主要分布在鐘山和水城以南的中部地區(qū)、威寧以西以及貞豐以南地區(qū); 100—200人·km-2的地區(qū)主要分布在南部地區(qū),中部分布最分散; 200—300人·km-2地區(qū)在南部分布較為集中, 在中部和北部分布較為零碎; 300—400人·km-2地區(qū)在威寧西北部、興仁和貞豐之間地區(qū)以及鐘山以北部分地區(qū)分布較集中; 400—450人·km-2或人口密度更高的地區(qū)集中分布在威寧、鐘山、水城、興仁以及六枝城區(qū), 威寧西北部以及六枝特區(qū)以西也有零散分布。

從人口密度占比來(lái)看, 小于250人·km-2的人口密度較低地區(qū)占比較高, 占比均超過(guò)10%。特別是人口密度小于50人·km-2的地區(qū)面積最廣, 占比達(dá)24.46%; 而大于250人·km-2的人口密度相對(duì)較高地區(qū)占比均低于10%, 400—450人·km-2的地區(qū)占比最低, 均低于5%; 人口密度大于450人·km-2地區(qū)占比相對(duì)較高, 為7.23%。

3.2 NDVI與人口的相關(guān)關(guān)系

2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI與人口密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 其中2000年與2018年呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(表4)。

相關(guān)系數(shù)上來(lái)看, 2000年、2010年、2018年NDVI 與人口密度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.775、-0.454、-0.877。顯著性分別為0.009、0.187、0.001, 表明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于NDVI有一定限制作用。相對(duì)于2000年, 2018年兩者的相關(guān)性和顯著性更高。人口密度大的地區(qū), 直接說(shuō)明其人類(lèi)活動(dòng)較強(qiáng), 對(duì)植被資源的破壞程度也嚴(yán)重。因此, 在人口密度大、人類(lèi)活動(dòng)劇烈地區(qū), 其N(xiāo)DVI值明顯偏低, 呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。由于退耕還林的過(guò)程中存在人口搬遷與城市化現(xiàn)象, 可能在一定程度促進(jìn)兩者的負(fù)相關(guān)關(guān)系更為密切。

圖4 貴州巖溶峽谷人口空間分布(左)與各人口密度分布面積(右)

Figure 4 The spatial distribution of population in karst canyon in Guizhou (Left) and the distribution area of each population density (Right)

表4 2000—2018年貴州巖溶峽谷NDVI與人口密度相關(guān)系數(shù)表

注: ** 相關(guān)性在 0.01 級(jí)別顯著(雙尾)。

3.3 年NDVI變化與人口的關(guān)系

2000年、2010年、2018年隨著人口密度上升, 貴州巖溶峽谷NDVI總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖5)。

采用線(xiàn)性模型模擬NDVI與人口密度之間的關(guān)系(圖5), 2000年、2010年、2018年研究區(qū)NDVI與人口密度的之間擬合優(yōu)度分別為0.6313、0.2713、0.8139。相對(duì)2000年、2018年, 2010年擬合優(yōu)度偏低。

2000年人口密度小于150人·km-2時(shí), NDVI隨人口密度增加有一定提升。在人口密度在100—150人·km-2之間時(shí), NDVI值到最高值0.663; 當(dāng)人口密度大于450人·km-2時(shí), NDVI值降至最低0.649。2010年人口密度100—150人·km-2時(shí), NDVI達(dá)到最高值0.752; 當(dāng)人口密度大于200人·km-2時(shí), NDVI大致持平0.751; 當(dāng)超過(guò)450人·km-2時(shí), NDVI降低至最低值0.743。2018年NDVI與人口密度的擬合優(yōu)度最高, 其隨人口密度增加而降低; 當(dāng)人口密度大于450人·km-2時(shí), NDVI下降至最低值0.77。

2000年及2010年NDVI值在人口密度100— 150人·km-2時(shí)有一定上升, 這可能與21世紀(jì)初國(guó)家全面啟動(dòng)退耕還林、植樹(shù)造林、封山育林等工程有關(guān)。2006—2010貴州省累計(jì)完成植樹(shù)造林任務(wù)38.92萬(wàn)公頃和封山育林任務(wù)66.53萬(wàn)公頃, 2010—2018年為257.57萬(wàn)公頃和82.07萬(wàn)公頃[29], 這對(duì)于NDVI值提升有直接的影響。但之后隨人口密度增加, 人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度不斷加大和城市化進(jìn)程加快, 對(duì)于植被的占用較多, NDVI值也隨之下降。特別是2010年后貴州省進(jìn)入快速城市化階段, 2010年貴州省城市化率為33.8%[29], 到2018年城市化率升至47.52%[30], 8年提升13.72個(gè)百分點(diǎn)。在城市化快速推進(jìn)期間, 巖溶峽谷基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得較大成就, 城市用地又進(jìn)一步擴(kuò)張, NDVI值隨人口密度增加就體現(xiàn)為持續(xù)的減小趨勢(shì)。

圖5 2000—2018年貴州巖溶峽谷年NDVI變化與人口的關(guān)系

Figure 5 The relationship between annual NDVI changes and population in karst canyon in Guizhou from 2000 to 2018

3.4 階段NDVI變化與人口的關(guān)系

2000—2010年、2010—2018年、2000—2018年三個(gè)階段中, 隨著人口密度上升貴州巖溶峽谷NDVI增量變化趨勢(shì)并不一致; 整個(gè)階段來(lái)看(2000—2018年), 隨著人口密度上升其N(xiāo)DVI增量處于下降趨勢(shì)(圖6)。

階段NDVI變化的人口效應(yīng)可以反映一定時(shí)間段內(nèi)NDVI隨人口密度等級(jí)變化而表現(xiàn)出的增量或減量變化。2000—2010年、2010—2018年、2000— 2018年的階段NDVI變化值與人口密度的擬合優(yōu)度分別為0.5383、0.8992以及0.7862, 能夠較好地體現(xiàn)各人口密度等級(jí)地區(qū)的階段NDVI值變化特征。

具體來(lái)看, 2000—2010年NDVI增量呈現(xiàn)明顯的峰值特征。NDVI增量在人口密度為400—450人·km-2時(shí), 增量達(dá)到峰值0.098。當(dāng)人口密度大于450人·km-2時(shí), NDVI增量迅速降低; 2010—2018年, NDVI在人口密度小于50人·km-2時(shí)增量最大, 為0.067; 之后隨人口密度增加NDVI增量不斷減少, 當(dāng)人口密度大于450人·km-2時(shí), NDVI值增量為最小值0.028; 2000—2018年, 各人口密度等級(jí)地區(qū)的階段NDVI值變化特征也總體體現(xiàn)出NDVI增量不斷減小趨勢(shì)。NDVI增量最大出現(xiàn)在人口密度小于50人·km-2時(shí), 人口密度大于 450人·km-2時(shí)增量最小。

圖6 2000—2018年貴州巖溶峽谷階段NDVI變化與人口的關(guān)系

Figure 6 The relationship between NDVI changes and population in karst canyon in Guizhou from 2000 to 2018 in stages

各時(shí)間階段NDVI變化具有較大差異, 但2000—2018年NDVI值變化均為正值, 可見(jiàn)隨時(shí)間推移在各人口密度等級(jí)地區(qū)NDVI值都是呈上升趨勢(shì), 植被覆蓋恢復(fù)較好。NDVI增量隨人口密度增加而出現(xiàn)減小趨勢(shì), 是由于人類(lèi)生產(chǎn)生活活動(dòng)對(duì)下墊面進(jìn)行了改造, 土地利用方式發(fā)生了巨大變化[31]。隨建設(shè)用地增加其他用地方式也發(fā)生相應(yīng)變化, 包括耕地、林地以及草地等。如林地和草地表現(xiàn)為相應(yīng)地減少, 在NDVI增量上就體現(xiàn)為下降。

4 討論

巖溶峽谷地區(qū)本質(zhì)是一種山區(qū)地貌, 并集合了喀斯特地區(qū)生態(tài)脆弱的特征。貴州境內(nèi)巖溶峽谷地區(qū)位于中國(guó)西南喀斯特地區(qū)的核心區(qū)域, 也是石漠化治理的關(guān)鍵地帶。自20世紀(jì)90年代實(shí)施退耕還林、封山育林等生態(tài)保護(hù)政策以來(lái)[32], 貴州省在植被恢復(fù)和生態(tài)文明建設(shè)方面取得極大成就。截至2018年貴州省森林覆蓋面積為1004.16萬(wàn)公頃, 較2010年713.80萬(wàn)公頃增加290.36萬(wàn)公頃[29], 森林覆蓋率由40.52%提升至57%, 提升了16.48%[29]。因此, 2000—2018年研究區(qū)NDVI值總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì), 很大程度上也得益于退耕還林等一系列政策的落實(shí)落地。同時(shí), 貴州巖溶峽谷NDVI上升也在一定程度上表明區(qū)域生態(tài)環(huán)境正處于改善和恢復(fù)的趨勢(shì)。未來(lái)一段時(shí)間, 繼續(xù)推進(jìn)巖溶峽谷石漠化治理、生態(tài)環(huán)境修復(fù)、國(guó)土環(huán)境優(yōu)化對(duì)可持續(xù)發(fā)展具有重要價(jià)值。

由于貴州巖溶峽谷區(qū)海拔南北差異大, 南部有北盤(pán)江穿過(guò)形成了河谷地區(qū), 北部位于烏蒙山區(qū)核心地帶。因此, 在晴隆和關(guān)嶺之間地帶形成延河流地帶的NDVI低值區(qū), 北部部分人口較少的地區(qū)NDVI明顯高于周邊。當(dāng)然, 區(qū)域NDVI變化很重要的驅(qū)動(dòng)力是人類(lèi)活動(dòng), 在某些地區(qū)甚至是決定性作用, 巖溶峽谷地區(qū)也具有這種特征。貴州巖溶峽谷植被恢復(fù)的同時(shí), 隨著人口密度變化, 地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度發(fā)生改變對(duì)其產(chǎn)生迥然不同的影響, 例如某些階段隨著人口密度上升NDVI增量上升或者下降趨勢(shì)并不一致。同時(shí), 人類(lèi)活動(dòng)使NDVI變化在微觀尺度上表現(xiàn)出一定差異, 如在人類(lèi)活動(dòng)劇烈的地區(qū), 城市擴(kuò)張迅速, NDVI值表現(xiàn)為減少明顯。如程?hào)|亞等對(duì)喀斯特地區(qū)人口對(duì)植被的影響中發(fā)現(xiàn), 人口高密度地區(qū)植被覆蓋明顯減少, 可能是城市建設(shè)活動(dòng)影響了植被變化[33]。韋振鋒等在研究西北地區(qū)植被覆蓋對(duì)氣候和人類(lèi)活動(dòng)的相應(yīng)研究中也指出了類(lèi)似觀點(diǎn), 認(rèn)為人類(lèi)活動(dòng)和城市擴(kuò)張限制了植被生長(zhǎng)[34]。

區(qū)域NDVI變化受光照、氣溫、降水、人類(lèi)活動(dòng)等因素共同作用, NDVI空間分布變化是不同因子非線(xiàn)性耦合作用的結(jié)果。由于本文主要探究人口密度分布差異對(duì)NDVI變化的影響, 其他影響因子缺乏相應(yīng)的研究。因此, 在今后研究中對(duì)喀斯特地區(qū)NDVI空間分布變化的影響因素研究需要進(jìn)行更深層次的探討。本文相對(duì)于以往研究, 更為系統(tǒng)的定量地闡釋了人口對(duì)NDVI變化的影響, 可為其他研究提供借鑒, 在其他地區(qū)人口效應(yīng)如何也需要其他學(xué)者進(jìn)一步完善。

5 結(jié)論

本文選取貴州巖溶峽谷區(qū)2000—2018年NDVI數(shù)據(jù), 以及2010年人口數(shù)據(jù)。探究該時(shí)段NDVI值時(shí)空變化特征, 以及與人口分布的關(guān)系。研究結(jié)果可為巖溶峽谷區(qū)資源利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一定借鑒。得出結(jié)論如下:

(1)2000—2018年NDVI由0.659增長(zhǎng)至0.807, 增長(zhǎng)0.148, 表明貴州巖溶峽谷植被處于恢復(fù)趨勢(shì)。貴州巖溶峽谷地區(qū)是特殊的喀斯特地區(qū), 期間NDVI上升相對(duì)明顯, 表明巖溶地區(qū)生態(tài)保護(hù)政策促進(jìn)了區(qū)域植被變化的好轉(zhuǎn)。

(2)2000—2018年城市及其附近NDVI較低; 期間NDVI上升地區(qū)超過(guò)97%, 下降地區(qū)不足3%。2000—2018年是貴州巖溶峽谷地區(qū)城市化發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的快速階段, 在巖溶地區(qū)快速的城市化過(guò)程中必然產(chǎn)生植被侵占現(xiàn)象, 會(huì)導(dǎo)致少部分地區(qū)NDVI下降。

(3)2000—2018年NDVI分等級(jí)變化看, 小于0.4、0.7—0.8、大于0.8的區(qū)域, NDVI占比呈現(xiàn)上升趨勢(shì); 0.4—0.5、0.5—0.6、0.6—0.7的區(qū)域, NDVI占比處于下降趨勢(shì)。研究區(qū)NDVI小于0.4上升主要是建設(shè)用地侵占導(dǎo)致, NDVI大于0.8上升和0.4—0.7的各等級(jí)下降主要是植被恢復(fù)導(dǎo)致NDVI上升。

(4)2000—2018年隨人口密度增加NDVI總體處于下降趨勢(shì), 期間NDVI增量隨人口密度增加而減少。2000年、2010年、2018年隨著人口密度的上升, NDVI表現(xiàn)為下降趨勢(shì), 但2010年并不明顯, 可能是多種因素導(dǎo)致。2000—2018年隨著人口密度上升, NDVI增量卻呈現(xiàn)逐漸減少趨勢(shì), 一定程度表明高密度地區(qū)NDVI上升總體低于低密度地區(qū)。

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Changes of NDVI and its relationship with population in karst canyon in Guizhou

LONG Yinghao, LI Xudong*, CHENG Dongya

School of Geography and Environmental Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang, Guizhou 550025, China

Studying NDVI changes in karst canyon can provide scientific references for returning farmland to forests, stony desertification management, and canyon ecological protection.Taking karst canyon in Guizhou as the research area, NDVI data from 2000 to 2018 and population data from 2010 were selected to explore the temporal and spatial evolution rule of NDVI and therelationship of population. The results show that:(1) From 2000 to 2018, NDVI increased from 0.659 to 0.807, indicating that vegetation in karst canyon was in a trend of restoration. (2) The NDVI of the city and its vicinity was low during 2000-2018. During the period, the area of NDVI increased by over 97% and the area of NDVI decreased by less than 3%. (3) From 2000 to 2018, NDVI was divided into 6 grades. The proportion of NDVI in regions less than 0.4, 0.7-0.8 and greater than 0.8 was on the rise, while the proportion of NDVI in regions 0.4-0.5, 0.5-0.6 and 0.6-0.7 was on the decline.(4) From 2000 to 2018, NDVI generally declined with the increase of population density, during which the NDVI increment decreased with the increase of population density. NDVI in karst canyon in Guizhou keeps rising on the whole, and the population density was closely related to the change of NDVI.

NDVI; population; spatial change; karst canyon; Guizhou

龍映豪, 李旭東, 程?hào)|亞. 貴州巖溶峽谷NDVI變化及與人口的關(guān)系[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(5): 134–143.

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10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.05.017

K903

A

1008-8873(2022)05-134-10

2020-08-27;

2020-10-23

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41261039); 貴州省科技廳項(xiàng)目【黔科合J字[2009]2253】

龍映豪(1997—), 男, 四川岳池人, 碩士研究生, 主要從事資源利用與低碳發(fā)展研究，E-mail:shslyh@163.com

李旭東(1969—), 男, 湖南邵東人, 教授, 主要從事人口地理與區(qū)域發(fā)展, 應(yīng)對(duì)氣候變化與低碳經(jīng)濟(jì)研究，E-mail:616507732@qq.com