全 文 ：第 ３６ 卷第 １２ 期
２０１６年 ６月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１２
Ｊｕｎ．，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：林业公益性行业科研专项经费项目（２０１１０４０２９）；中央级公益性科研院所基本科研业务专项（２０１５）
收稿日期：２０１４⁃１０⁃１９； 　 　 网络出版日期：２０１５⁃１０⁃１０
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｆａ６７１６＠ １６３．ｃｏｍ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１４１０１９２０５３
张建亮，刘方正，崔国发．长白山国家级自然保护区植被时空变化及其驱动因子．生态学报，２０１６，３６（１２）：３５２５⁃３５３６．
Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｌ， Ｌｉｕ Ｆ Ｚ， Ｃｕｉ Ｇ Ｆ．Ｓｐａｔｉｏ⁃ｔｅｍｐｏｒａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｔｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ Ｃｈａｎｇｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒｅ Ｒｅｓｅｒｖｅ．Ａｃｔａ
Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，３６（１２）：３５２５⁃３５３６．
长白山国家级自然保护区植被时空变化及其驱动因子
张建亮１，２，刘方正１，２，崔国发１，∗
１ 北京林业大学，自然保护区学院， 北京　 １０００８３
２ 环境保护部南京环境科学研究所， 南京　 ２１００４２
摘要：基于 ＭＯＤＩＳ ＮＤＶＩ数据，采用一元线性回归趋势分析和相关系数检验法对长白山国家级保护区 ２０００—２０１０ 年间植被时
空变化及其驱动因子进行研究。 结果表明：１０年来，长白山国家级自然保护区中 ８８．９５％的植被保持稳定，９．７１％的植被显著改
善，１．３４％的植被显著退化，植被的总体保护效果较好。 从植被变化的驱动因子来看，气温对植被的影响略强于降雨，气温和降
雨与植被变化的关系总体上都呈负相关，但显著相关的面积均不足 ８％，１０年间气温和降雨对自然保护区内植被的影响总体有
限。 自然保护区内不同地形上的植被变化存在一定空间差异，海拔 １ ８００ ｍ以上，坡度 ２６°—３５°范围内的岳桦林和苔原植被出
现较明显退化。 自然保护区内规模日益扩大的旅游活动以及不合理的开发建设与部分植被的退化有一定关系。 尽管自然保护
区内植被显著退化的面积仅占 １．３４％，但必须引起管理部门的高度重视。 据此，提出三点建议以更有效地保护现有植被和恢复
已退化植被，为长白山国家级自然保护区的科学管理提供参考。
关键词：植被；ＮＤＶＩ；趋势分析；自然保护区；长白山
Ｓｐａｔｉｏ⁃ｔｅｍｐｏｒａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｔｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ
Ｃｈａｎｇｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒｅ Ｒｅｓｅｒｖｅ
ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎｌｉａｎｇ１，２， ＬＩＵ Ｆａｎｇｚｈｅｎｇ１，２， ＣＵＩ Ｇｕｏｆａ１，∗
１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ
２ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４２，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｒｅｆｌｅｃｔｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｐｌａｙｓ ａ ｃｒｕｃｉａｌ ｒｏｌｅ ｉｎ
ｔｈｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｎｇｅｓ． Ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｎａｔｕｒｅ ｒｅｓｅｒｖｅｓ （ＮＲｓ）， ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｈａｂｉｔａｔ ｆｏｒ ｗｉｌｄ ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ ａｎｉｍａｌ； ｔｈｕｓ， ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｉｎ ＮＲｓ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｒｖｉｖａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｗｉｌｄｌｉｆｅ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｃａｎ ｒｅｆｌｅｃｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｎａｔｕｒａｌ ａｎｄ ａｎｔｈｒｏｐｏｇｅｎｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ， ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｃａｎ ｈｅｌｐ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃａｃｙ ｏｆ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｎａｔｕｒｅ
ｒｅｓｅｒｖｅ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｅｘａｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ＮＲｓ． Ｃｈａｎｇｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒｅ Ｒｅｓｅｒｖｅ （ ＣＭＮＲ） ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｒｌｉｅｓｔ
ｎａｔｕｒｅ ｒｅｓｅｒｖｅｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｉｔｓ ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｓ ｈｉｇｈ ｗｉｔｈ ９ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ａｍｐｈｉｂｉａｎｓ， １２ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｒｅｐｔｉｌｅｓ， ２４ ｓｐｅｃｉｅｓ
ｏｆ ｆｉｓｈ， ５６ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｍａｍｍａｌｓ， ２３０ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｂｉｒｄｓ， ａｎｄ １２５５ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｉｎｓｅｃｔｓ． Ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｈｏｍｅ ｔｏ ４３０ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｆｕｎｇｉ，
２００ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｌｉｃｈｅｎｓ， ３１１ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｍｏｓｓｅｓ ａｎｄ ｌｉｖｅｒｗｏｒｔｓ， ７８ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｆｅｒｎｓ， １１ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｇｙｍｎｏｓｐｅｒｍｓ， ａｎｄ １３２５
ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ａｎｇｉｏｓｐｅｒｍｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｉｍｅｄ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｔ ｏｆ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｏｖｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ２０００ ａｎｄ ２０１０ ｉｎ
ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｂｅｔｔｅｒ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎ ＣＭＮＲ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｄａｔａ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ
Ｍｏｄｅｒａｔｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ， ｗｅ ｅｘａｍｉｎｅｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｒｉｖｅｒ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｓｔ １０ ｙｅａｒｓ， ｕｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍｏｎａｄｉｃ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｔｒｅｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｅｓｔ． Ｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｎ ＣＭＮＲ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ， ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ８８．９５％， ｗａｓ ｓｔａｂｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｔ １０ ｙｅａｒｓ， ９．７１％ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ
ａｒｅａ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ， ａｎｄ ｏｎｌｙ １．３４％ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｄｅｇｒａｄｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ， ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ
ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｅ ｗａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｏｖｅｒａｌｌ． Ｗｈｅｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｖａｒｉａｔｉｏｎ， ｔｈｅ
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｃｈａｎｇｅｄ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔ ｗａｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈａｖｅ ａ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｇｒｅａｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ
ｏｎ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｔｈａｎ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ． Ｂｏｔｈ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ， ｂｕｔ ｔｈｅ ａｒｅａ ｗｉｔｈ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｂｏｔｈ ｆａｃｔｏｒｓ ｗａｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ８％． Ｉｎ ｇｅｎｅｒａｌ， ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｎ
ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｌｉｍｉｔｅｄ． Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｃｏｖｅｒ ｉｎ ＣＭＮＲ ｗａｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｒｒａｉｎｓ， ｉ． ｅ．， ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ
ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ａｌｔｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｓｌｏｐｅ． Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ， Ｂｅｔｕｌａ ｅｒｍａｎｉｉ ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ ｔｕｎｄｒａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ
ｔｈｅ ａｒｅａ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １８００ ｍ ａｂｏｖｅ ｓｅａ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｆｒｏｍ ２６ ｔｏ ３５° ｗｅｒｅ ｄｅｇｒａｄｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ． Ｂｅｓｉｄｅ
ｔｈｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｆａｃｔｏｒｓ， ｇｒｏｗｉｎｇ ｔｏｕｒｉｓｍ ａｎｄ ｕｎｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｈａｖｅ ａｌｓｏ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎ ＣＭＮＲ． Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｏｎｌｙ １． ３４％ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｇｒａｄｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎ ＣＭＮＲ， ｇｒｅａｔ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ
ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｒｅｌｅｖａｎｔ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ
ａｎｄ ｒｅｓｔｏｒｅ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄｅｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ＣＭＮＲ， ｗｅ ｈａｖｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ
ｔｈｒｅｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ： （１） ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｔｕｎｄｒａ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ ｉｎ ｔｏｕｒｉｓｔｉｃ ｒｅｇｉｏｎｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｔｕｎｄｒａ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｒｉｃｔｌｙ ｌｉｍｉｔ ｔｈｅ
ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｏｕｒｉｓｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ； （２） ｔｏ ｓｐｅｅｄ ｕｐ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄｅｄ Ｂｅｔｕｌａ ｅｒｍａｎｉｉ ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ ｔｕｎｄｒａ ｗｉｔｈ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ
ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ； ａｎｄ （３） ｔｏ ｂｌｏｃｋ ｏｒ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ Ｎｏ． ３０２ ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ ｒｏａｄ ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｎａｔｕｒｅ ｒｅｓｅｒｖｅ ｉｎ
ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｓｌｏｐｅ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ； ＮＤＶＩ； ｔｒｅｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｎａｔｕｒｅ ｒｅｓｅｒｖｅ； Ｃｈａｎｇｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ
植被与地质、地貌、气候、水文、土壤、动物和微生物共同构成了自然地理环境，是最能反映其他要素性质
的指示者，很大程度上代表了区域生态环境的总体状况［１］。 植被能够有效调节全球碳平衡、降低温室气体浓
度，在保持水土、维护地表生态系统平衡以及维持气候稳定等方面具有不可替代的作用［２⁃４］。
我国自然保护区包括自然生态系统类、野生生物类和自然遗迹类三个类别［５］。 对于自然生态系统类和
野生生物类自然保护区，植被是其主体。 这两类自然保护区作为动植物的重要生境，植被的优劣与动植物的
生存状况密切相关。 植被变化体现了自然以及人类活动对环境的交互作用［６］。 研究自然保护区内的植被变
化，探讨其驱动因素，对于自然保护区的保护和管理有着重要意义。
目前，利用遥感技术分析植被变化已较为普遍，植被指数是描述植被数量、质量的重要参数［７］，其中，归
一化植被指数（ＮＤＶＩ）反映了植被吸收光合有效辐射比例，能很好地反映地表植被的繁茂程度，与植被覆盖
度、叶面积指数、植被生产力等指标有较好的相关性［８⁃９］。 近年来，国内外学者应用 ＮＤＶＩ对全球、区域的植被
变化进行了大量实践研究［１０⁃１８］。 区域植被变化研究多采用高时间分辨率、低空间分辨率的遥感数据，如
ＳＰＯＴ⁃ＶＥＧＥＴＡＴＩＯＮ ＮＤＶＩ数据、ＮＯＡＡ ／ ＡＶＨＲＲ ＮＤＶＩ、ＧＩＭＭＳ ＮＤＶＩ数据等，而 ＭＯＤＩＳ ＮＤＶＩ 较以上数据，空
间分辨率（２５０ ｍ）有了很大提高，同时具备高时间分辨率，适用于在自然保护区尺度上研究植被的动态变化。
由于自然保护区的植被变化反映了保护区的总体保护效果，决定了自然保护区保护功能的发挥程度，当前研
究自然保护区植被变化成为保护区研究的重点内容。
长白山自然保护区是我国建立最早、地位最重要的、以保护森林和野生动物为主的森林生态系统类型自
然保护区。 １９８０年，长白山自然保护区被联合国科教文组织纳入“人与生物圈计划”，成为“世界生物圈自然
保护区网”成员。 １９８６年，长白山自然保护区被国务院批准为“国家级森林和野生动物类型自然保护区”。 本
文利用时间序列 ＭＯＤＩＳ ＮＤＶＩ数据，研究自然保护区植被时空动态，探讨其驱动因子，为长白山国家级自然保
护区植被的保护以及保护区管理提供科学依据。
６２５３ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
１　 研究区域
图 １　 长白山国家级自然保护区地貌图
　 Ｆｉｇ．１　 Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ Ｃｈａｎｇｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ｎａｔｕｒｅ Ｒｅｓｅｒｖｅ
长白山国家级保护区位于吉林省东南部安图县、抚
松县与长白县的三县交界处，地理坐标为 １２７° ４２′
５５′′—１２８°１６′４８′′Ｅ，４１°４１′４９′′—４２°２５′１８′′Ｎ，总面积
１９．６ 万 ｈｍ２。 自然保护区垂直高差近 ２０００ ｍ，海拔介于
７２０—２６９１ ｍ，地貌由下而上可明显分为熔岩台地、熔岩
高原和火山锥体 ３ 个环状地带（图 １）。 保护区属于温
带湿润季风气候，总体特点是冬季漫长寒冷，夏季短暂
温凉，春季风大干燥，秋季多雾凉爽。 区内植物属长白
山植物区系，植被随海拔梯度呈垂直变化，自下而上依
次形成阔叶林、针阔混交林、针叶林、岳桦林及高山苔原
５个植被分布带［１９⁃２０］。 由于地形、气候、生态系统的多
样化特点，造就了该区丰富的生物多样性资源，保护区
内拥有两栖类 ９种，爬行类 １２种，鱼类 ２４种，哺乳类 ５６
种，鸟类 ２３０ 种和昆虫 １２５５ 种［２１］。 另外，还具有 ４３０
种真菌，２００种地衣，３１１ 种苔藓，７８ 种蕨类，１１ 种裸子
植物和至少 １３２５中被子植物［２２］。
２　 数据来源与研究方法
２．１　 数据来源
２．１．１　 ＮＤＶＩ数据
ＮＤＶＩ数据采用 ＭＯＤＩＳ 中国 ＮＤＶＩ 产品，由国际科
学数据镜像网站（ ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ． ｇｓｃｌｏｕｄ． ｃｎ）提供。 该数
据集时间为 ２０００—２０１０ 年，时间分辨率 １ｄ，空间分辨
率 ２５０ ｍ。 为了研究 ２０００—２０１０ 年间长白山国家级自
然保护区内植被的变化趋势，以植被生长最旺盛月份的
ＮＤＶＩ为代表，分析近十年植被的动态变化。 参考长白山地区年内不同月份 ＮＤＶＩ 动态变化的相关研究［２３］，
７—８月植被生长最旺盛，提取每年 ７—８月的逐天 ＮＤＶＩ数据，总计 ６８２景。 利用自然保护区边界图批量裁剪
生成自然保护区 ＮＤＶＩ影像图。
２．１．２　 植被类型数据
基于自然保护区森林资源调查小班资料，利用 ＡｒｃＭＡＰ １０．０软件提取红松针阔混交林、云冷杉针叶林、长
白落叶松林、岳桦林及苔原等自然保护区典型的植被类型。 自然保护区植被类型空间分布图见 ２。
２．１．３　 气候数据
降雨和气温可以造成植被覆盖繁茂程度的年际波动，数据为 ２０００—２０１０年 ５—８月中国 １ ｋｍ２栅格数据，
利用 ＡｒｃＭＡＰ 栅格裁剪工具，获取自然保护区 ２０００—２０１０ 年间的降雨和气温数据。 由于植被生长对气候的
响应存在一个明显的滞后过程［２４⁃２５］，同期的降雨与气温以及滞后 １ 个月和滞后两个月的降雨和气温均对植
被生长有影响［２６］，因此选择 ５—８月的累积降雨量和平均气温作为影响该年份植被动态变化的气候因子，分
析降雨和气温对植被变化的影响。
２．１．４　 地形数据
地形数据为长白山国家级自然保护区高程 ＤＥＭ、坡度、坡向栅格图。 海拔以 ２００ ｍ 为一个梯度，划分 ７
７２５３　 １２期 　 　 　 张建亮　 等：长白山国家级自然保护区植被时空变化及其驱动因子 　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
图 ２　 自然保护区植被类型空间分布图
Ｆｉｇ．２　 Ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｎａｔｕｒｅ ｒｅｓｅｒｖｅ
个梯度：Ⅰ梯度—１０００ ｍ；Ⅱ梯度 １０００—１２００ ｍ；Ⅲ梯
度 １２００—１４００ ｍ；Ⅳ梯度 １４００—１６００ ｍ；Ⅴ梯度 １６００—
１８００ ｍ；Ⅵ梯度 １８００—２０００ ｍ；Ⅶ梯度 ２０００ ｍ。 坡度分
６个梯度：Ⅰ为平坡（０°—５°）；Ⅱ为缓坡（６°—１５°）；Ⅲ
为斜坡 （１６°—２５°）；Ⅳ为陡坡 （２６°—３５°）；Ⅴ为急坡
（３６°）。 坡向采用 ４坡向法，以正北方向为 ０°，划分为：
Ⅰ阳坡 １３５°—２２５°；Ⅱ阴坡 ０°—４５°，３１５°—３６０°；Ⅲ半
阳坡 ９０°—１３５°， ２２５°—２７０°； Ⅳ 半 阴 坡 ４５°—９０°，
２７０°—３１５°。
２．１．５　 人类活动干扰数据
人类活动干扰数据为长白山国家级自然保护区人
类活动的空间图层。 该数据基于 ２０１２年 ＺＹ⁃１ ０２Ｃ ＨＲ
和 Ｐ ／ ＭＳ的融合影像（空间分辨率 ２．３６ ｍ），结合实地调
查资料，采用人工目视解译的方法获取［２７⁃２８］。
２．２　 数据处理
２．２．１　 ＮＤＶＩ数据处理
（１）ＮＤＶＩ值合成
基于长白山国家级自然保护区 ７—８月逐日 ＭＯＤＩＳ
ＮＤＶＩ数据，通过最大合成法（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｖａｌｕｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，
ＭＶＣ）生成植被 ＮＤＶＩ 值［２９⁃３０］。 ＭＶＣ 法假设 ＮＤＶＩ 最
大值的那一天天气是晴朗的，不受云层的影响，取这一
天的 ＮＤＶＩ值可以有效地消除云、雾及太阳高度角的部
分干扰。 ＭＶＣ法借助 ＡｒｃＭＡＰ １０．０ 空间分析工具模糊
叠加功能实现。
（２）ＮＤＶＩ变化趋势分析
采用一元线性回归趋势分析模拟每个栅格 ＮＤＶＩ 的变化，一元线性回归趋势分析定义为某时间段内
ＮＤＶＩ年际变化的最小次方程的斜率［３１］，该斜率反映植被在时间序列内的变化趋势，按公式（１）计算：
ＶＧｓｌｏｐｅ ＝
ｎ∑
ｎ
ｉ ＝ １
ＮＤＶＩｉ － ∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｉ∑
ｎ
ｉ ＝ １
ＮＤＶＩＩ
ｎ∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｉ２ － （∑
ｎ
ｊ ＝ １
ｉ） ２
（１）
式中，ＶＧｓｌｏｐｅ为植被 ＮＤＶＩ变化率，即 ＮＤＶＩｉ 年变化趋势线的斜率；ＮＤＶＩｉ 为第 ｉ 年 ＮＤＶＩ 值；ｉ 为年序列号。
ＶＧｓｌｏｐｅ＞０说明植被覆盖程度增加，趋于改善，反之则植被的覆盖程度减少，趋于衰退。 ＶＧｓｌｏｐｅ值的大小则反映
了植被改善或退化的程度。
（３）ＮＤＶＩ变化趋势显著性检验
对回归方程斜率 ＶＧｓｌｏｐｅ利用相关系数 Ｒ 在 ９５％的置信水平上做显著性检验，相关系数 Ｒ 按公式（２）
计算：
Ｒ ＝
∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｉ － 􀭰ｉ( ) ＮＤＶＩｉ － ＮＤＶＩｉ( )
∑
ｎ
ｉ ＝ １
ｉ － 􀭰ｉ( ) ２·∑
ｎ
ｉ ＝ １
ＮＤＶＩｉ － ＮＤＶＩｉ( ) ２
（２）
相关系数检验法是专门针对一元线性回归拟合使用的一种显著性检验法，其本质上和 Ｆ 检验法是一致
８２５３ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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的，数学上可以通过公式（３）推导获得［３２］：
Ｆ ＝ ｎ － ２( ) Ｕ
Ｑ
＝ ｎ － ２( ) Ｒ
２
１ － Ｒ２
（３）
式中，Ｒ为相关系数；ＮＤＶＩｉ 和 ｉ的含义同公式（１）；Ｆ为 Ｆ检验的统计量；Ｕ为回归平方和；Ｑ为残差平方和。
（４）ＮＤＶＩ变化驱动分析
１）年际间降雨和气温的动态变化采用一元线性回归趋势分析，方法与 ＮＤＶＩ 变化趋势分析相同。 降雨、
气温对植被的影响通过计算其与 ＮＤＶＩ相关系数进行分析，利用相关系数检验法验证其相关显著性。
２）不同海拔、坡度、坡向上 ＮＤＶＩ的差异采用方差分析的多重比较法。 具体分析过程如下：①将 ＶＧｓｌｏｐｅ栅
格数据转换为矢量点图层，借助 ＡｒｃＭＡＰ １０．０ Ｔｏｏｌｂｏｘ 中“栅格转点”工具实现；②利用 ＶＧｓｌｏｐｅ点图层提取不同
梯度的海拔、坡度和坡向值，借助 Ｔｏｏｌｂｏｘ中“值提取至点”工具实现；③比较不同海拔、坡度、坡向上 ＮＤＶＩ 的
差异显著性，借助 ＳＰＳＳ软件采用 Ｏｎｅ⁃ｗａｙ ＡＮＯＶＡ的 ＬＳＤ方法分析。
３）人类活动对植被的影响分析采用图形叠加法，即在 ＶＧｓｌｏｐｅ图层上叠加人工干扰图层，分析人类活动对
植被变化的影响。
图 ３　 ＶＧｓｌｏｐｅ频数分布特征
Ｆｉｇ．３　 Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＶＧｓｌｏｐｅ ｖａｌｕｅ
３　 结果分析
对 ２０００—２０１０年 １０ 年间长白山国家级自然保护
区植被 ＮＤＶＩ 变化趋势的各像元 ＶＧｓｌｏｐｅ值进行统计分
析，利用 ＳＰＳＳ统计软件绘制 ＶＧｓｌｏｐｅ频数分布直方图（图
３）。 统计结果表明，ＶＧｓｌｏｐｅ最大值 ４．９３，最小值－９．８１。
经非参数 Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ⁃ｓｍｉｒｎｏｖ 检验 （ ｄｆ ＝ ６ １４１， Ｐ ＜
０．０５），属于左偏态分布，峰值右移。 从图 ３可知，ＶＧｓｌｏｐｅ
值多集中在－１—１之间。
３．２　 ＮＤＶＩ变化趋势及空间分布特征
为了定量描述研究区植被动态变化的总体趋势，常
将时间序列的 ＮＤＶＩ 拟合后的回归方程斜率 ＶＧｓｌｏｐｅ值
划分等级，不同研究者在划分 ＶＧｓｌｏｐｅ值等级时界值有所
不同，没有统一的划分标准［３，３３］。 本文在对所有像元的 ＶＧｓｌｏｐｅ值经 ＳＰＳＳ 频数分布统计分析的基础上，划定 ６
个等级定量分析自然保护区内植被变化状况。 ＶＧｓｌｏｐｅ界值的划分见表 １。 ＶＧｓｌｏｐｅ＞０ 说明植被覆盖程度增加，
生长状况良好，趋于改善，反之，植被覆盖程度减少，长势变差，趋于衰退。 ＶＧｓｌｏｐｅ绝对值的大小则反映了植被
覆盖增加或减少的程度。
表 １　 自然保护区植被 ＮＤＶＩ变化趋势的面积分配
Ｔａｂｌｅ １　 Ａｒｅａ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｎｇｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ＮＤＶＩ ｉｎ ｔｈｅ ｎａｔｕｒｅ ｒｅｓｅｒｖｅ
植被类型
Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ
面积比例 ／ ％ Ａｒｅａ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
—－５ －５—－３ －３—－１ －１—１ １—３ ３—
所有植被 Ａｌｌ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ０．４７ ２．２０ １０．７６ ６４．６１ ２１．６８ ０．２８
红松针阔混交林
Ｐｉｎｕｓ ｋｏｒａｉｅｎｓｉｓ ｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓ ａｎｄ ｂｒｏａｄｌｅａｆ ｍｉｘｅｄ ｆｏｒｅｓｔ ０．０３ ０．１９ ４．１７ ６５．０３ ３０．０６ ０．５２
长白落叶松林 Ｌａｒｉｘ ｏｌｇｅｎｓｉｓ ｆｏｒｅｓｔ ０．００ １．１６ ４．３６ ６５．０３ ２９．０４ ０．４２
云冷杉针叶林 Ｐｉｃｅａ⁃Ａｂｉｅｓ ｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓ ｆｏｒｅｓｔ ０．６０ ２．０３ １１．７４ ６０．０４ ２５．５９ ０．００
岳桦林 Ｂｅｔｕｌａ ｅｒｍａｎｉｉ ｆｏｒｅｓｔ １．８５ ８．３０ ２５．０９ ５７．１２ ７．６３ ０．００
苔原 Ｔｕｎｄｒａ １．３２ ７．９２ ２１．３４ ５５．４１ １３．５１ ０．５０
从表 １可知，自然保护区内所有植被 ＶＧｓｌｏｐｅ值介于－１—１的面积占自然保护区总面积的 ６４．６１％，ＶＧｓｌｏｐｅ＞
９２５３　 １２期 　 　 　 张建亮　 等：长白山国家级自然保护区植被时空变化及其驱动因子 　
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图 ４　 ２０００—２０１０年 ＮＤＶＩ变化趋势及显著性检验
Ｆｉｇ．４　 Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ＮＤＶＩ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｅｓｔ ｆｒｏｍ
２０００ ｔｏ ２０１０
１的植被面积占 ２１．９６％。 ＶＧｓｌｏｐｅ＜ －１ 的植被面积总计
１３．４３％，其中介于 － ３—－ １ 之间的植被比例较高，占
１０．７６％，介于－５—－３之间的植被占 ２．２０％，ＶＧｓｌｏｐｅ＜ －５
的植被仅占 ０．４７％。 从植被变化的空间分布来看，长白
山国家级自然保护区内植被覆盖程度增加，趋于改善的
植被多分布在北坡，植被覆盖程度减少，趋于退化的植
被多集中在保护区的南坡，如长白山天池附近区域以及
望天鹅、张草帽顶子一带（图 ４）。
采用相关系数检验法对植被 ＶＧｓｌｏｐｅ变化趋势进行
显著性检验 （表 ２），没有显著变化的植被面积为
１７４７４６．４６ ｈｍ２，占自然保护区总面积的 ８８．９５％；显著改
善的面积占自然保护区总面积的 ９．７１％；１．３４％的植被
显著退化。 利用 ＶＧｓｌｏｐｅ变化趋势图与植被类型空间分
布图叠加分析可知，红松针阔混交林、云冷杉林和长白
落叶松林显著改善的面积比例均在 １０％以上；岳桦林
有 ４．９０％显著退化，面积 ２５６．１７ ｈｍ２；苔原有 １７５．２８ ｈｍ２
显著退化，占苔原总面积的 ３．２４％。
３．３　 ＮＤＶＩ变化的驱动力分析
３．３．１　 降雨对植被 ＮＤＶＩ的影响
降雨是影响植被生长状况以及覆盖程度的重要气
候因子之一。 从 ２０００—２０１０年时间序列的降雨趋势分
析可知（图 ５），长白山自然保护区降雨随时间的变化有
递减的趋势，递减趋势斜率介于－２４．５１３６—－５．１３９１ 之
间，递减的程度基本与等高线平行，即海拔越高，降雨减少的程度随之增加。
表 ２　 自然保护区植被 ＮＤＶＩ变化显著性检验
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ＮＤＶＩ ｉｎ ＣＭＢＲ
植被类型
Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ
显著退化
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ
不显著变化
Ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｈａｎｇｅ
显著改善
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
面积 ／ ｈｍ２
Ａｒｅａ
占比 ／ ％
Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
面积 ／ ｈｍ２
Ａｒｅａ
占比 ／ ％
Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
面积 ／ ｈｍ２
Ａｒｅａ
占比 ／ ％
Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
所有植被 Ａｌｌ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ２６３７．８３ １．３４ １７４７４６．４６ ８８．９５ １９０８０．７１ ９．７１
红松针阔混交林
Ｐｉｎｕｓ ｋｏｒａｉｅｎｓｉｓ ｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓ ａｎｄ ｂｒｏａｄｌｅａｆ
ｍｉｘｅｄ ｆｏｒｅｓｔ
６０．４３ ０．１２ ４４０６４．６２ ８９．５４ ５０８７．１８ １０．３４
云冷杉针叶林
Ｐｉｃｅａ⁃Ａｂｉｅｓ ｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓ ｆｏｒｅｓｔ １００８．８２ １．４７ ５８６２２．４０ ８５．６９ ８７８４．７６ １２．８４
长白落叶松林 Ｌａｒｉｘ ｏｌｇｅｎｓｉｓ ｆｏｒｅｓｔ １２５．７６ ０．８３ １２９６４．８７ ８５．６７ ２０４２．９３ １３．５０
岳桦林 Ｂｅｔｕｌａ ｅｒｍａｎｉｉ ｆｏｒｅｓｔ ２５６．１７ ４．９０ ４８３４．６９ ９２．５５ １３３．０２ ２．５５
苔原 Ｔｕｎｄｒａ １７５．２８ ３．２４ ４８６２．２３ ８９．９０ ３７１．１３ ６．８６
从自然保护区的降雨与植被 ＮＤＶＩ相关关系分析来看（表 ３，图 ６），降雨与植被 ＮＤＶＩ 的变化主要表现为
负相关，负相关面积比例为 ６３．８６％（表 ３），但是其中有 ５９．９８％的面积不具有相关显著性（Ｐ≥０．１０），仅有
３．８８％、１．５７％的面积分别在 ０．１０和 ０．０５两个水平上表现为显著负相关。 另外，有 ３６．１４％的植被面积与降雨
表现为正相关，其中仅有 １．４３％在 ０．１０水平上具有正相关显著性，０．０５水平上仅有 ０．６１％表现为显著正相关。
０３５３ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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总体而言，植被 ＮＤＶＩ变化与降雨的相关性较小，不显著相关的面积达到 ９４．６９％，显著相关部分主要为负相
关，降雨对植被的影响总体程度有限。
图 ５　 ２０００—２０１０年 ５—８月累积降雨的变化趋势
　 Ｆｉｇ． ５ 　 Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ
Ｍａｙ ｔｏ Ａｕｇｕｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ２０００ ａｎｄ ２０１０
图 ６　 ２０００—２０１０年 ＮＤＶＩ与降雨的相关关系
　 Ｆｉｇ． ６ 　 Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＮＤＶＩ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ
２０００ ｔｏ ２０１０
表 ３　 气候因子与植被 ＮＤＶＩ的相关性
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ＮＤＶＩ
气候因子
Ｃｌｉｍａｔｅ ｆａｃｔｏｒｓ
相关性
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
面积比例 ／ ％
Ａｒｅａ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
显著水平
Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｌｅｖｅｌ
面积比例 ／ ％
Ａｒｅａ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
降雨 正相关 ３６．１４ Ｐ≥０．１０ ３４．７１
Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ Ｐ ＜０．１０ １．４３
Ｐ ＜０．０５ ０．６１
负相关 ６３．８６ Ｐ≥０．１０ ５９．９８
Ｐ ＜０．１０ ３．８８
Ｐ ＜０．０５ １．５７
气温 正相关 ２６．８４ Ｐ≥０．１０ ２６．４０
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐ＜０．１０ ０．４４
Ｐ ＜０．０５ ０．２７
负相关 ７３．１６ Ｐ≥０．１０ ６６．５５
Ｐ ＜０．１０ ６．６１
Ｐ ＜０．０５ ２．７２
　 　 显著水平为 ０．１０和 ０．０５， Ｐ＜０．１０表示 ０．１０水平上显著相关；Ｐ＜０．０５表示在 ０．０５水平上显著相关；Ｐ≥０．１０表示不存在显著相关性
３．３．２　 气温对植被 ＮＤＶＩ的影响
气温是影响植被状况的又一重要的气候因子。 从 ２０００—２０１０ 年时间序列的气温数据趋势分析可知（图
１３５３　 １２期 　 　 　 张建亮　 等：长白山国家级自然保护区植被时空变化及其驱动因子 　
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７），长白山国家级自然保护区气温总体上变化不大，１０年来 ５—８月平均气温较为稳定或呈略微的递减趋势，
递减斜率在－０．０２１８—０之间，只在保护区最南部一定面积的呈现微弱增加趋势，增加斜率为 ０—０．００２０。
气温的时空变化会对植被的动态产生一定影响，从自然保护区的气温与植被 ＮＤＶＩ 相关关系分析来看
（表 ３，图 ８），气温对植被 ＮＤＶＩ 的影响主要表现为负相关，负相关的面积比例达 ７３． １６％（表 ３），其中有
６６．５５％的面积在０．１０水平上不具有相关显著性（Ｐ≥０．１０），仅有 ６．６１％在 ０．１０ 水平上具有相关显著性，０．０５
水平上表现显著负相关的面积仅占 ２．７２％。 另外，有 ２６．８４％的植被与降雨表现为正相关，其中仅有 １．４３％在
０．１０水平上具有正相关显著性，０．０５水平上仅有 ０．６１％表现为显著正相关。 总体而言，气温的变化及其时空
分异对植被 ＮＤＶＩ变化造成一定影响，主要表现为负相关，但由于负相关显著性面积比例仅为 ６．６１％，这种影
响总体程度有限。
图 ７　 ２０００—２０１０年 ５—８月平均气温的变化趋势
　 Ｆｉｇ．７　 Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ａｖｅｒａｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍａｙ ｔｏ
Ａｕｇｕｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ２０００ ａｎｄ ２０１０
图 ８　 ２０００—２０１０年 ＮＤＶＩ与气温的相关关系
　 Ｆｉｇ．８　 Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＮＤＶＩ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ２０００
ｔｏ ２０１０
３．３．３　 不同地形上植被 ＮＤＶＩ变化的差异
基于地形因子海拔、坡向和坡度划分的不同等级，比较 ＮＤＶＩ 动态变化的拟合斜率 ＶＧｓｌｏｐｅ的差异（图 ９）。
不同梯度的海拔、坡向和坡度上，ＶＧｓｌｏｐｅ存在明显的差异。 总体上，ＶＧｓｌｏｐｅ随着海拔的升高有减小趋势。 在不
同坡向上植被 ＶＧｓｌｏｐｅ值表现为：阴坡＞半阴坡＞半阳坡＞阳坡。 ＶＧｓｌｏｐｅ值在不同坡度上的变化与海拔梯度上的
变化类似，坡度在Ⅳ梯度（３５°）以内，表现为 ＶＧｓｌｏｐｅ值随着坡度的增加而减小，坡度在 ３６°以上 ＶＧｓｌｏｐｅ明显增
加，但 ＶＧｓｌｏｐｅ在第Ⅴ梯度与第Ⅲ梯度上无显著差异。
３．３．４　 植被 ＮＤＶＩ变化与人类活动的关系
长白山天池是自然保护区中旅游活动最为集中的区域，在环绕天池的苔原植被中有 ３．２４％面积的植被覆
盖程度减少，出现显著性退化（表 ２），主要分布在天池的西部以及西北一带，如西坡口区域（图 １０）。 天池南
２３５３ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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图 ９　 不同海拔、坡度和坡向上 ＶＧｓｌｏｐｅ的差异及变化趋势
Ｆｉｇ．９　 Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ＶＧｓｌｏｐｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｈａｎｇｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｏｆ ａｌｔｉｔｕｄｅ， ｓｌｏｐｅ ａｓｐｅｃｔ ａｎｄ ｓｌｏｐｅ ｇｒａｄｅ
图 １０　 自然保护区人类活动对植被 ＮＤＶＩ变化的影响
Ｆｉｇ．１０　 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ＮＤＶＩ ｃｈａｎｇｅ
ａ： ＮＤＶＩ变化分布图，ｂ： ＮＤＶＩ显著性变化分布图，ｃ： 天池附近 ＮＤＶＩ变化分布图，ｄ： 天池附近 ＮＤＶＩ显著性变化分布图，ｅ： 南坡张草帽顶
子一带 ＮＤＶＩ变化分布图，ｆ： 南坡张草帽顶子一带 ＮＤＶＩ显著性变化分布图
坡旅游公路沿线岳桦林、苔原植被出现一定面积退化（图 １０ｃ），部分达到了显著水平（图 １０ｄ）。 自然保护区
南坡张草帽顶子区域植被有一定面积退化，植被主要是云冷杉林、岳桦林，（图 １０ｅ），退化植被部分达到显著
水平（图 １０ｆ）。
４　 讨论
２０００—２０１０年长白山国家级自然保护区中 ８８．９５％的植被保持稳定，没有发生显著变化。 ９．７１％的植被
覆盖程度有明显的增加趋势，显著改善，有 １．３４％的植被显著退化。 总体而言，自然保护区内植被覆盖程度和
生长状况稳定或增加，植被趋于改善，保护区的植被保护效果总体较好。
本文采取了一年中植被生长最为旺盛的 ７—８月份的 ＮＤＶＩ 代表当年的植被状况，分析自然保护区植被
在 ２０００—２０１０年的动态变化。 考虑到植被生长对气候响应的滞后效应，综合了同期和滞后两个月的降雨与
气温因素，即 ５—８月的累积降雨和平均气温来分析气候对植被变化的影响。 从降雨与植被变化相关性分析
来看，降雨对植被的变化影响总体程度有限或者表现为略微负相关，这与东北地区相关研究结果一致［２６，３４］。
主要原因为 ２０００—２０１０年 ５—８月份的累积降雨虽然有一定程度减少趋势，但由于累积降水量本身较高，均
３３５３　 １２期 　 　 　 张建亮　 等：长白山国家级自然保护区植被时空变化及其驱动因子 　
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达到 ６５０ ｍｍ 以上，降雨并不能成为植被生长的限制因素，总体上降雨对植被变化的影响并不大。 不同的树
种对水分存在一定的适应性，如红松和长白落叶松虽然均为长白山地区喜光性较强的树种，红松对土壤水分
要求较高，过干和过湿的土壤均对红松的生长不利，而长白落叶松对土壤的适应性较强，有一定耐干旱和耐水
湿能力。 从降雨与植被变化相关显著性分析可知（图 ６），降雨与植被显著负相关的区域主要分布在自然保护
区北坡和西坡的红松针阔混交林区，这表明在 ２０００—２０１０ 年长白山自然保护区降雨量相对于红松针阔混交
林而言维持在一个较高水平，降雨量的适度减少反而对红松针阔混交林的生长有利，而由于长白落叶松对土
壤水分存在一定的耐受性，所以在长白落叶松分布区域降雨与植被变化的相关性多数表现为不显著相关。
长白山国家级自然保护区内 ２０００—２０１０年 ５—８月平均气温表现出基本稳定或呈略微的下降趋势。 从
气温与植被变化显著相关的面积比例来看，气温对植被变化的影响程度略强于降雨，与罗玲、李晓兵等的相关
研究结果相吻合［２６，３５］。 这表明相对降雨而言，保护区内小范围温度的波动可能对植被的影响更为敏感。 由
于长白山地区红松、云冷杉、长白落叶松等树种均喜冷凉气候，夏季温度的小幅度的下降可能对部分植被的生
长更为有利。 但从总体上来看，５—８月份的平均气温对植被变化的总体影响程度有限，０．１０ 显著水平上不存
在显著相关的面积比例也达到 ９２．９５％。 相关研究结果表明［３４］：春季温度与植被变化正相关，因为春季温度
的升高，对于当期植物发芽、展叶等生长活动有利。 然而，夏季表现为不相关或相关不显著，就夏季 ７—８月而
言，植被生长已经达到旺盛期，气温的波动对植被生长的总体影响并不大。
自然保护区内不同的地形和地貌上植被的变化存在差异，低海拔和坡度较小区域，植被覆盖程度呈增加
趋势，趋于改善。 随着海拔和坡度的增加，植被覆盖下降的面积逐渐增多，在 １ ８００ ｍ 以上，坡度 ２６°—３５°的
范围内，植被退化较为集中，尤其是岳桦林和苔原植被较为明显。 一方面由于该区域植被处于长白山火山锥
体上，坡度大，土壤母质由火山碎屑和碱性粗面岩构成，土壤疏松，土层非常薄，加之冷而多强风的气候特征，
致使该区植被较为脆弱。 另一方面也可能与人类活动的有关，自然保护区内旅游开发活动，包括旅游公路、停
车场的修建及其他旅游设施的建设，本身会造成植被覆盖程度减少，加之水土流失、游人踩踏等因素，附近区
域的植被也很容易退化，并且退化后很难恢复。
天池以西及西北方向苔原植被的退化，除受海拔和坡度等地形因子影响外，可能与旅游活动有一定关系。
这一区域是游人活动的集中区域，并且在 ２００９年之前这里还曾存在过一条从长白山北坡到西坡的高山苔原
穿越路线。 ２００８年前后，为了进一步满足旅游需求，新建了长白山南坡旅游路线，旅游公路穿插于高山岳桦
林带和苔原带，不但破坏了大面积的岳桦林和苔原植被，造成植被覆盖减少（图 １０ｃ，ｄ），而且很容易造成滑坡
和水土流失问题，引起公路两侧植被的进一步退化。 早期有研究表明，在长白山北坡海拔 ２ ５９０ ｍ 的高山公
路一侧，１９８３年植被覆盖度为 ３０％，植物种 ７ 种，到 １９９６ 年植物覆盖率下降至 １０％，种数下降为 ５ 种，时隔
１３ａ的时间，植物群落结构和盖度发生了明显的变化［３６］。 另外，在自然保护区南坡 ３０２ 省道张草帽顶子一带
岳桦林、云冷杉林的退化现象（图 １０ｅ，ｆ），也很可能与人类活动的影响有关，因为这一区域除了车流量较大的
省道公路外，还分布着密集的林区公路，公路很可能成为人类活动对植被造成干扰的通道。
尽管长白山国家级自然保护区内植被总体上保持稳定或趋于改善，但仍然有 １．３４％植被的覆盖程度明显
减少，趋于退化，面积达 ２ ６３７．８３ ｈｍ２，须引起管理部门的重视。 据此，提出以下三点建议：第一，在旅游活动
区增设苔原防护设施，严格限制游人活动范围。 由于高山苔原带植被所受威胁主要来自游人的践踏和不合理
的开发建设，为了有效保护这些珍奇的植被，必须加强对游客的管理，严格限制游人的活动范围，要在广泛宣
传教育和警示的前提下，苔原植被易受踩踏区域增设一定的防护设施，尤其是在环绕天池西坡和南坡苔原植
被的敏感地带。 第二，人工采取措施加快南坡旅游公路两侧退化岳桦林和苔原的恢复。 由于南坡通往天池旅
游公路的修建，致使公路沿线植被破坏，尤其是在海拔较高、坡度较大的岳桦林和苔原带。 要使由于修建公路
两侧破坏的植被恢复到原始植被至少需要 ２００—３００ａ［３７⁃３８］，加之这一区域自然条件严酷（土层薄、风力大等因
素），植被很难恢复，所以采取人工促进植被恢复促使则十分必要。 第三，封闭或改建南坡横穿自然保护区的
３０２省道公路。 随着交通运输业的快速发展，该公路运输车辆逐年增多，对保护区的影响越来越大，不但破坏
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了动植物生境，也给周边的植被及动物带来了不安全的因素。
本文还存在不足和有待完善之处。 由于气候对植被的影响属于长期过程，而 ＭＯＤＩＳ ＮＤＶＩ 数据最早于
２０００年接收，本文获取的 ＮＤＶＩ数据时间跨度仅为 １０ａ，研究结果仅反映自然保护区 ２０００—２０１０ 年降雨与气
温对植被的影响，短时期内气候因素对植被的影响可能还存在一定不确定性。 本文以夏季 ７—８月植被生长
最旺盛月份的 ＮＤＶＩ为代表，研究 ２０００—２０１０ 年植被年季间的动态变化，分析了气候对植被年季变化的影
响，然而同一年内不同季节植被对气候的响应会有所不同，由于数据获取原因，没能进一步分析气候对植被同
一年内不同季节的影响。 因此，一方面，将 ＭＯＤＩＳ与其他中分辨率的遥感数据结合，利用多源遥感数据扩展
研究时间尺度，另一方面，进一步收集每年内不同季节 ＮＤＶＩ数据和相应的气候数据，把植被年季与年内变化
分析相结合，将更能反映气候因素对长白山地区植被的影响。
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