全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员圆期摇 摇 圆园员源年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
中国景观生态学发展历程与未来研究重点 陈利顶袁李秀珍袁傅伯杰袁等 渊猿员圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市景观格局演变的水环境效应研究综述 黄摇 硕袁郭青海 渊猿员源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
多功能景观研究进展 汤摇 茜袁丁圣彦 渊猿员缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空间形态受限型城市紧凑发展研究要要要以厦门岛为例 黄摇 硕袁郭青海袁等 渊猿员缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
紫金山森林公园降温效应影响因素 闫伟姣袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿员远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市公园景观空间结构对其热环境效应的影响 冯悦怡袁胡潭高袁张力小 渊猿员苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 韵宰粤的低丘缓坡建设开发适宜性评价要要要以云南大理白族自治州为例
刘焱序袁彭摇 建袁韩忆楠袁等 渊猿员愿愿冤
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生态安全条件下土地利用格局优化要要要以皇甫川流域为例 喻摇 锋袁李晓兵袁王摇 宏 渊猿员怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎
新疆玛纳斯河流域 圆园园园要圆园员园年土地利用 辕覆盖变化及影响因素 刘金巍袁靳甜甜袁刘国华袁等 渊猿圆员员冤噎噎噎
基于 郧陨杂和 砸杂的赣江上游流域土地利用动态趋势分析 鲁燕飞袁彭摇 芳袁万摇 韵袁等 渊猿圆圆源冤噎噎噎噎噎噎噎
员怨缘源要圆园员园年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力 刘吉平袁赵丹丹袁田学智袁等 渊猿圆猿源冤噎噎噎噎
基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究 王永艳袁李阳兵袁邵景安袁等 渊猿圆源缘冤噎噎噎噎
贵州省山地鄄坝地系统土地利用与景观格局时空演变 李阳兵袁姚原温袁谢摇 静袁等 渊猿圆缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
中国西南地区土地覆盖情景的时空模拟 李摇 婧袁范泽孟袁岳天祥 渊猿圆远远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的岷江干旱河谷景观格局梯度分析 张玲玲袁赵永华袁殷摇 莎袁等 渊猿圆苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于植被覆盖度的藏羚羊栖息地时空变化研究 赵海迪袁刘世梁袁董世魁袁等 渊猿圆愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量 悦尧晕尧孕 空间变异特征 范夫静袁黄国勤袁宋同清袁等 渊猿圆怨猿冤噎噎噎噎噎
峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征 谭秋锦袁宋同清袁彭晚霞袁等 渊猿猿园圆冤噎噎噎噎噎
长三角地区土地利用时空变化对生态系统服务价值的影响 刘桂林袁张落成袁张摇 倩 渊猿猿员员冤噎噎噎噎噎噎噎
基于视觉廊道的青藏铁路沿线旅游动态景观评价 张瑞英袁席建超袁姚予龙袁等 渊猿猿圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸杂与 郧陨杂的农村居民点空间变化特征与景观格局影响研究 任摇 平袁洪步庭袁刘摇 寅袁等 渊猿猿猿员冤噎噎噎
生态系统保护现状及保护等级评估要要要以江西省为例 樊乃卿袁张育新袁吕一河袁等 渊猿猿源员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
崇明东滩盐沼植被变化对滩涂湿地促淤消浪功能的影响 任璘婧袁李秀珍袁杨世伦袁等 渊猿猿缘园冤噎噎噎噎噎噎噎
基于气候尧地貌尧生态系统的景观分类体系要要要以新疆地区为例 师庆东袁王摇 智袁贺龙梅袁等 渊猿猿缘怨冤噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区景观格局演变特征要要要以陕西省延安市为例 钟莉娜袁赵文武袁吕一河袁等 渊猿猿远愿冤噎噎噎噎噎
不同干扰背景下农业景观异质性要要要以巩义市为例 张晓阳袁梁国付袁丁圣彦 渊猿猿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山西高原草地景观的数量分类与排序 张先平袁李志琴袁王孟本袁等 渊猿猿愿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山区夏季地表温度的影响因素要要要以泰山为例 孙常峰袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿猿怨远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素 张继光袁苏以荣袁陈洪松袁等 渊猿源园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的豫西山地丘陵地区景观异质性分析 李栋科袁丁圣彦袁梁国付袁等 渊猿源员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应 童晓伟袁王克林袁岳跃民袁等 渊猿源圆缘冤噎噎噎噎噎噎
喀斯特与非喀斯特区域植被覆盖变化景观分析要要要以广西壮族自治区河池市为例
汪明冲袁王兮之袁梁钊雄袁等 渊猿源猿缘冤
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不同干扰背景下景观指数与物种多样性的多尺度效应要要要以巩义市为例
董翠芳袁梁国付袁丁圣彦袁等 渊猿源源源冤
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石栎鄄青冈常绿阔叶林土壤有机碳和全氮空间变异特征 杨摇 丹袁项文化袁方摇 晰袁等 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎
湘中丘陵区南酸枣阔叶林群落特征及群落更新 易摇 好袁邓湘雯袁项文化袁等 渊猿源远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸月云晕的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析 张明阳袁王克林袁邓振华袁等 渊猿源苑圆冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿缘圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 空间发展受限城市的厦门要要要在我国城市化进程中袁中小城市在城镇体系建设中处于中间环节袁起到了联系大城市
和小城镇的作用遥 但是袁每个城市由于发展历史尧社会经济结构尧自然地理形态等因素的不同袁都有其发展的特性袁
这些问题都必须要因地制宜地去把握遥 例如袁厦门岛相对隔离袁没有多余的发展空间袁该城市以居住功能为主袁城市
功能较为单一袁公共服务功能和商业服务功能比例较小遥 研究这样紧凑型的城市发展必须要考虑该城市结构转换
的承受力袁周边社会经济环境以及居民的生活习惯等遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 12 期
2014年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.12
Jun.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:中国科学院西部行动计划项目(KZCX2鄄XB3鄄10); 国家科技支撑计划课题(2010BAE00739鄄02); 国家自然科学基金项目(41371418)
收稿日期:2013鄄10鄄16; 摇 摇 修订日期:2014鄄04鄄23
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: kelin@ isa.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201310162503
童晓伟,王克林,岳跃民,廖楚杰,徐艳芳,朱海涛.桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应.生态学报,2014,34 ( 12):
3425鄄3434.
Tong X W, Wang K L,Yue Y M, Liao C J, Xu Y F, Zhu H T.Trends in vegetation and their responses to climate and topography in northwest Guangxi.
Acta Ecologica Sinica,2014,34(12):3425鄄3434.
桂西北喀斯特区域植被变化趋势
及其对气候和地形的响应
童晓伟1,2,3,王克林1,2,*,岳跃民1,2,廖楚杰1,2,3,徐艳芳1,2,3,朱海涛4
(1. 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙摇 410125;
2. 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站, 环江摇 547100;3.中国科学院大学, 北京摇 100049;
4.环境保护部卫星环境应用中心, 北京摇 100094)
摘要:基于 1999—2010年的 SPOT NDVI数据,分析了河池市植被变化趋势及空间差异,并结合气象和地形数据分析了植被与
气候、地形的关系。 结果表明:(1)桂西北喀斯特地区植被变化总体上呈恢复趋势,年均气候因子对植被变化的作用不明显;
(2)200—500m的海拔范围内植被恢复显著,但 400—500m的海拔范围内有小面积植被退化现象,随着海拔增加,植被变化趋
于稳定;(3)6—15毅的坡度范围内植被恢复最显著,而 2—6毅及大于 25毅坡度范围存在植被退化的现象;(4)不同坡向上的植被恢
复差异不明显,但随着坡向由阴坡转阳坡,植被总体恢复呈减小趋势。 喀斯特地区人类生态建设取得一定成效,但由于人类活
动的负面影响,在海拔 400—500m、坡度大于 25毅的阳坡区域仍存在植被减少的现象。
关键词: SPOT鄄VGT NDVI;气候变化;地形面积差异修正系数;生态建设工程; 喀斯特
Trends in vegetation and their responses to climate and topography in northwest
Guangxi
TONG Xiaowei1,2,3, WANG Kelin1,2,*,YUE Yuemin1,2, LIAO Chujie1,2,3, XU Yanfang1,2,3, ZHU Haitao4
1 Key Laboratory of Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, the Chinese Academy of Sciences, Changsha
410125, China
2 Huanjiang Observation and Research Station for Karst Eco鄄systems, Huanjiang 547100, China
3 University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China
4 Satellite Environment Cent,Ministry of Environment Protection, Beijing 100094, China
Abstract: The annual dynamics and spatial variability of vegetation in northwest Guangxi were studied based on the SPOT
NDVI datasets during 1999—2010. The response of vegetation to climate and topography was analyzed. The results showed
that: (1) Vegetation had a large proportion of increasing trends in northwest Guangxi from 1999 to 2010. Partial correlation
analysis between NDVI and climate parameters showed that climate had little effect on vegetation. (2) Elevation affected
vegetation trend. It increased between 200 and 500 m, however, there were a small areas between 400 m and 500 m where
vegetation decreased. Vegetation tended to be stable as the elevation increasing. ( 3) Vegetation recuperated on slopes
between 6毅and 15毅, but decreased on slopes between 2毅and 6毅 and above 25毅. (4) The differences of vegetation restoration
on aspects were not obvious. However, vegetation recovery trended to be decreasing as the aspect turning from shady to
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sunny slopes. Our study indicated that the implementation of environmental conservation policies and ecological construction
had resulted in the improvement of vegetation in karst regions. However, there were some regions with vegetation degradation
caused by human disturbance. In the further implementation of ecological restoration, the government should pay more
attention to the sunny regions where the elevation between 400m and 500m and the steep slope that larger than 25毅.
Key Words: SPOT鄄VGT NDVI; climate change; correction coefficient for topographic areas; ecological construction
projects;karst.
摇 摇 脆弱的地质背景加上长期以来人类的不合理干
扰,使我国西南喀斯特地区自然植被不断遭到破坏,
土壤侵蚀严重,基岩大面积裸露,土地生产力下降,
呈现出类似荒漠的石漠化景观[1鄄2]。 植被保护与恢
复对遏制石漠化发生、有效控制水土流失、改善喀斯
特生态环境起着至关重要的作用。 国家先后在西南
喀斯特地区实施了退耕还林还草、保护、天然草地植
被恢复与建设等一系列生态建设工程,开展生态恢
复工作,尤其在 2008 年国务院批复了《岩溶地区石
漠化综合治理大纲(2006—2015)》以来,喀斯特地区
植被发生了较大变化。 因此,植被动态监测与分析
成为喀斯特地区生态建设工程成效监测与评估的关
键内容之一。
我国西南喀斯特地区作为生态系统退化比较严
重的典型生态脆弱区,地貌类型多样,生境具有高度
的景观异质性,植被变化不仅受气候变化影响和人
类活动的干扰,也受喀斯特特殊地形地貌的影响。
目前,喀斯特地区植被长时间序列变化的研究较少,
且多集中在大尺度植被与气候关系的探讨上,较少
考虑区域尺度人为因素及喀斯特特殊地形地貌对喀
斯特植被变化的影响[3鄄5]。 复杂的喀斯特山区地形,
影响太阳辐射和降水的空间再分配,不同喀斯特地
区土壤质地、水分和养分的差异造成植被生境的高
度异质性,对植被变化产生重要影响。 然而,在研究
地形因子对植被变化的影响时,往往忽略了不同地
形因子绝对面积差异的影响,如某一地形因子条件
下,植被发生变化的面积可能较小,但该地形因子条
件下植被发生变化的比例可能占所有不同地形条件
下植被变化的比例较大,从而造成评价地形因子对
植被变化影响的不确定性[6]。 因此,本研究综合考
虑气候因子、喀斯特地形因子对喀斯特区域植被变
化的影响,提出地形面积差异修正方法,揭示不同地
形因子条件下喀斯特植被恢复趋势差异,明确植被
恢复成效显著的区域及特别需要加强生态治理的区
域,为喀斯特地区石漠化综合治理、退耕还林等生态
建设工程的生态效益评估提供科学依据。
1摇 研究地区与研究方法
1.1摇 研究区概况
河池市(106毅34忆—109毅09忆E,23毅41忆—25毅37忆N)
地处广西西北边陲、云贵高原南麓,喀斯特地貌广泛
发育,占地区总面积的 66%,地形破碎、地貌类型多
样,是举世闻名的中国西南喀斯特地区之一。 现辖
宜州、环江、都安、大化、凤山等 11 个县(区、市) (图
1),全市土地面积 33500km2,总人口 409 万人,是广
西壮族自治区少数民族聚居最多的地区之一。 该地
区属于亚热带季风气候区,热量丰富,雨量充沛,且
雨热同期;无霜期长,历年平均无霜期约为 329d。 河
池市石漠化严重,广西有 12 个县属于国家石漠化治
理首批试点县,而河池就占有 4个,2012年公布的石
漠化监测结果显示,全市石漠化土地面积 8520km2,
潜在石漠化土地面积 11470 km2,占全市土地总面积
的近 60%。
图 1摇 河池市行政区划图
Fig.1摇 The administrative map of Hechi
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1.2摇 数据来源及处理
1.2.1摇 SPOT鄄NDVI和气象数据
归一化植被指数(NDVI)是反映植被覆盖状况
的良好指标[7鄄8],是公认的用来表征植被变化的有效
遥感参数[9鄄10]。 本文遥感数据选用的是 SPOT
VEGETATION NDVI 10 天合成的产品( http: / / free.
vgt.vito.be / ),每年 36期数据,空间分辨率为 1km,时
间范围是 1999年 1 月至 2010 年 12 月,共计 432 期
影像。 获得的 SPOT鄄VGT 遥感数据已经过 MVC
(maximum value composite)方法处理,为了进一步减
少云、大气等噪声对数据的影响,利用 Chen 等[11]提
出的基于 Savitzky鄄Golay滤波器的平滑方法,对 NDVI
时间序列数据进行平滑滤波处理,在此基础上再次
利用最大合成法获得月 NDVI 值,最后取 12 个月
NDVI的平均值得到年均 NDVI,用以表征植被年均
生长状况。 气候数据从中国气象局获得 ( http: / /
cdc.cma.gov. cn / home. do),包括河池地区及周边 14
个气象站点。 数据内容为 1999 年 1 月—2010 年 12
月逐月的月平均气温,降水量以及各站点的经度和
纬度。 在 Arcgis 9.3软件的空间分析模块中对 14 个
站点的气象数据进行 Kriging 插值,利用各项交叉验
证指标,选取合适的插值模型,使插值结果精度满足
数据分析要求。
1.2.2摇 土地覆盖和 DEM数据
土地覆盖数据从寒区旱区科学数据中心获取
(http: / / westdc.westgis. ac. cn / ),该数据是在中国科
学院 2000年 1颐10 万按县分幅的土地资源调查成果
的基础上进行合并、矢栅转换(面积最大法)后得到
全国幅的土地利用数据产品,采用中国科学院资源
环境分类系统,是目前国家尺度上精度最高的土地
利用数据产品,已被国内外学者广泛应用于相关研
究中,其空间分辨率为 1km。 DEM 数据从国际科学
数据服务平台获得( http: / / datamirror. csdb. cn / ),空
间分辨率 90m,利用 Arcgis9.3软件提取研究区海拔、
坡度和坡向。 本文采用 100m 等间距划分法将研究
区海拔划分为 12个等级,其中海拔 1100m以上区域
所占面积比例较小,故将其合并为一个等级;将坡向
划分为东、西、南、北 4 个坡向,分别表示半阴坡,半
阳坡,阳坡,阴坡[12];根据中国农业区划委员会颁发
的《土地利用现状调查技术规程》,将坡度划分为 5
级,即臆2毅、2毅—6毅、6毅—15毅、15毅—25毅和>25毅,其中<
6毅为平耕地,6—25毅为缓坡, >25毅为陡坡耕地。 将以
上 3 种地形因子分级栅格数据进行矢量化处理,生
成分级矢量数据,统一坐标投影为 WGS 1984 UTM
Zone49 N。
1.3摇 研究方法
1.3.1摇 趋势分析
趋势线是对一组随时间变化的序列数据进行回
归分析,预测其长期趋势的变化态势。 趋势线包括
直线和曲线两种,采用线性趋势线来模拟植被覆盖
的年际变化,即最小二乘拟合直线,其斜率计算公
式如:
兹slope =
n 伊 移
n
i = 1
i 伊 NDVIi - 移
n
i = 1
i移
n
i = 1
NDVIi
n 伊 移
n
i = 1
i2 - (移
n
i = 1
i)
2
(1)
式中,变量 i为 1—12的年序号;NDVIi 表示第 i年的
年均 NDVI值。 变化趋势图反映了在 12a 的时间序
列中,河池市植被 NDVI的变化趋势。 某像元的趋势
线是这个像元 12a 的年均 NDVI 值用一元线性回归
模拟出来的一个总的变化趋势,兹slope即这条趋势线
的斜率, 兹slope> 0说明植被在 12a间的变化趋势是增
加的,反之则是减少,兹slope = 0 表示植被无变化趋势。
对斜率的显著性进行 F 检验,并依据 F 值将植被变
化趋势划分为不显著 (F<4.96)和显著 (F>4.96)两
种。 利用植被变化趋势和显著性检验的叠加分析,
将研究区植被变化趋势分为减少,不变和增加 3 种
类型。
对研究区年均降水和年均气温的时间序列变化
趋势采用 Mann鄄Kendall 分析法, Mann鄄Kendall 检验
法是世界气象组织推荐的非参数统计检验法,广泛
应用于分析降水、气温和径流等要素时间序列的趋
势变化[13]。 其检验统计量公式为:
s =移
n
i = 2
移
i -1
j = 1
sign(X i - X j) (2)
式中, sign()为符号函数。 当 X i - X j小于、等于或大
于零时, sign = (X i - X j) 分别为-1、0或 1;M鄄K统计
量公式 S大于、等于、小于零时分别为:
z =
(S - 1) / n(n - 1)(2n + 5) / 18 S > 0
0 S = 0
(S + 1) / n(n - 1)(2n + 5) / 18 S <
ì
î
í
ï
ï
ïï
ü
þ
ý
ï
ï
ïï0
(3)
式中, Z为正值表示增加趋势,负值表示减少趋势。
7243摇 12期 摇 摇 摇 童晓伟摇 等:桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应 摇
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Z的绝对值在大于等于 1.28、1.64、2.32 时表示分别
通过了信度 90%、95%、99%显著性检验。
1.3.2摇 偏相关分析
偏相关分析是在对其他变量的影响进行控制的
条件下,衡量多个变量中某两个变量之间的线性相
关程度,在确定两个变量之间的内在线性联系时会
更真实、更可靠。 本研究利用 Matlab 6.5对植被年均
NDVI和两种主要气候因子进行偏相关分析,计算河
池市各像元 NDVI与气候因子的偏相关系数,分析各
量之间的偏相关程度及空间分布特征。
1.3.3摇 地形面积差异修正
不同地形条件下植被变化特征不同,如某一植
被变化趋势类型在特定地形条件下的分布面积可能
较小,然而与整个研究区此植被变化趋势类型所占
的面积比例相比,此地形条件下该植被变化趋势类
型分布却较大,从而造成评价不同地形因子对植被
变化影响的不确定性。 因此,需要消除不同地形因
子绝对面积不同的影响,揭示特定地形因子对植被
变化的影响,明确不同地形条件对植被变化类型分
布的影响及其演变趋势。 本研究提出地形面积差异
修正系数 k ,用来消除各地形因子条件下因地形绝
对面积不同而引起的植被恢复评价的不确定性,其
计算公式为:
k =
驻Vi
Ti
/ 驻V
S
(4)
式中, 驻Vi 为某一植被变化趋势类型(植被减少型、
植被不变型、植被增加型)在特定地形因子条件 (如
某一海拔、坡向和坡度范围)下所占的面积; 驻V为某
一植被变化趋势类型的总面积; Ti 为特定地形因子
的面积; S为研究区总面积;
驻Vi
Ti
为特定地形条件下
某一植被变化趋势类型所占的面积比, 驻V
S
为整个研
究区某一植被变化趋势类型所占的面积比。 k >1 表
明此植被变化趋势类型在该特定地形因子条件下的
变化趋于增强、面积比趋于增加; k = 1 表明此植被
变化趋势类型在该特定地形因子条件下的分布与全
区该植被变化趋势类型的分布比例持平,此植被变
化趋势类型在该特定地形因子条件下的变化趋于平
稳、面积比趋于不变; k <1表明此植被变化趋势类型
在该特定地形因子条件下的变化趋于减弱、面积比
趋于减少。
2摇 结果与分析
2.1摇 植被变化总体趋势分析
SPOT NDVI 时间序列分析显示,1999—2010 年
河池市 69.9%的区域植被增加,29.9%的区域植被不
变,植被减少的区域仅占 0.2%(图 2)。 植被变化趋
势和土地覆盖叠加分析表明,植被增加的区域,其土
地覆盖类型以有林地及高、中覆盖度草地为主;西北
及南部地区植被基本不变,且存在极少数植被减少
的区域,其土地覆盖类型以中覆盖度草地及灌木疏
林地为主。 说明在 1km空间尺度、年际尺度上,河池
市近 12年来植被以增加为主,表明研究区总体生态
状况呈恢复改善的趋势,但由于毁林开垦、陡坡耕
种、过度放牧等现象的存在,导致极小部分地区存在
植被减少的现象。
图 2摇 河池市植被变化趋势空间分布
Fig.2摇 The distribution of vegetation change trends in Hechi
2.2摇 植被变化与气候因子的关系
近 12年来河池市年均降水为 1193 mm,年均温
为 20.4益,1999—2010年,河池市年均降水在波动变
化中呈较小的下降趋势,年均气温呈微弱的上升趋
势(图 3)。 Mann鄄Kendall分析表明,河池市约 63郾 4%
的区域年均降水呈减少趋势,广泛分布在中部及东
部,其中约 3.1%的区域在置信度为 90%水平上呈显
著减少趋势,主要分布在罗城、宜州及都安 3 县;研
究区西部地区降水呈微弱增加趋势,仅 3.2%的区域
在置信度为 90%水平上呈显著增加趋势,主要分布
8243 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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在巴马和凤山县,其中巴马县有 207km2的区域在置
信度为 95%水平上存在显著增加趋势。 对年均温而
言,仅有 1.54%的区域在置信度为 90%水平上呈显
著增加趋势,主要分布在天峨、河池、大化和都安四
县。由此可见,近12年来河池市年均降水呈小幅下
图 3摇 河池地区 1999—2010年均降水量、气温变化趋势
Fig.3摇 The change trends of temperature and precipitation in
Hechi during 1999—2010
降趋势,年均气温呈微弱的上升趋势,但总体变化趋
势不显著。
植被变化与气候因子(年均温、年均降水)的偏
相关分析可知,河池市植被对降水、气温变化的响应
存在明显差异(图 4),其偏相关显著区域可分为:负
相关不显著,相关显著,正相关不显著 3 种。 研究区
植被 NDVI与气温基本呈正相关,比例达 95.4%,但
相关性不显著;成负相关的区域主要分布在大化、凤
山及都安 3县,仅 5郾 1%的区域其植被 NDVI 与气温
通过了 琢= 0.1 的显著性检验水平。 对降水而言,以
东北—西南方向连线划分研究区,此线以南植被
NDVI与降水呈负相关,以北呈正相关,两者所占比
例相差不大,但显著性水平达到 0. 1 的区域仅占
4%,且以负相关为主,集中分布在都安县。 由此表
明,河池市年均气温变化对植被 NDVI的影响略高于
年均降水变化对其的影响,但整体表现为植被 NDVI
与气候因子的相关性不显著,说明在区域尺度上,近
12年的年均气候变化对研究区植被变化作用不
明显。
图 4摇 河池市植被年均 NDVI与气温、降水偏相关显著性检验空间分布
Fig.4摇 The significant test of partial correlation between mean annual NDVI and temperature and precipitation in Hechi
2.3摇 植被变化对不同地形因子的响应
2.3.1摇 海拔对植被变化的影响
植被变化趋势类型在不同海拔范围内的分布差
异较大,从不同植被变化类型随海拔的变化趋势来
看(图 5),植被减少类型在高程小于 500m的范围内
呈趋于增强的分布趋势(1.45500m的海拔区间此类型分布最明显(k= 4.25),高程
大于 500m的区域无植被减少类型的分布,表明研究
区植被减少现象主要发生在海拔小于 500m的区域,
特别是 400—500m海拔范围内。 而植被增加类型随
海拔增大表现为先增加后趋于缓慢减少的分布趋
势,在 200—500m的海拔范围内植被增加类型的分
布趋于增强,但其增强趋势较植被减少类型的幅度
弱(1.019243摇 12期 摇 摇 摇 童晓伟摇 等:桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应 摇
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波动大,容易受到干扰,受到干扰后更易于发生退
化。 同时,随着海拔升高(大于 800m),植被增加类
型的分布趋势逐步减弱,表明研究区植被增加的幅
度随海拔升高越来越弱。 对于植被不变的类型而
言,其随高程变化表现为先减弱后趋于缓慢增加的
分布趋势,在海拔 200—500m范围内,其分布趋于减
弱,表明在此海拔范围内植被变化趋势容易波动,但
随着海拔升高,特别是海拔大于 800m 范围内,其变
化趋于增强,说明高海拔区域的植被变化趋于稳定。
从不同海拔范围内植被变化类型所占的面积百
分比来看(图 6),不同海拔范围内,植被变化均以不
变和增加为主,植被减少类型所占比例极小。 植被
增加类型的比例除在海拔小于 100m 的范围内较小
外(约 33%),其余各海拔区段所占比例均大于
54%,表明除海拔较低(小于 100m)区域外,研究区
植被总体在恢复,海拔 200—500m 范围内的植被恢
复显著(植被增加类型所占比例均大于 71%),其中,
200—300m海拔范围内植被恢复最显著,其植被增
加类型所占比例约 78%。 然而, 200—500m 的海拔
区域也是植被覆盖变化易于波动的区域,易于恢复,
同时也易于退化(400—500m),这主要是两方面的
原因:一方面耕地主要分布在此海拔范围内,受农作
物等植被类型的生长周期变化的影响较大;另一方
面退耕还林等生态建设工程的实施促进了植被恢
复,而喀斯特地区毁林开垦、樵采薪材等人为逆向干
扰活动导致了植被退化。 随着海拔的升高,特别是
海拔大于 800m的区域,植被变化趋于稳定,这主要
是因为海拔高的地区坡度往往也更陡峭,受人类活
动干扰少,同时,封山育林等政策的实施也有利于高
海拔地区的植被结构稳定。
图 5摇 地形面积差异修正系数 k随海拔的变化趋势
Fig.5摇 Topographic factor k applied to different vegetation change trends depending on elevation
图 6摇 不同植被变化类型在不同海拔范围内的面积比
Fig.6摇 The area rate of vegetation change types at
different elevations
摇 摇
2.3.2摇 坡度对植被变化的影响
从不同坡度上研究区植被变化趋势来看,坡度
对植被增加和不变两种类型分布的影响程度差异较
小,对植被减少类型的分布影响较大(图 7)。 植被
减少类型随坡度增大表现为先增加后减少再趋于增
加的分布趋势,在 2—6毅的坡度范围内植被减少类型
分布最明显(k = 1.87),其次为>25毅的坡度范围,6—
25毅坡度范围内植被减少类型的变化趋于减少。 而
植被增加类型随坡度增大差异不明显,仅在 6—15毅
的坡度范围内植被增加类型分布趋于小幅度的增加
(k= 1.04)。 植被不变的类型随坡度增大表现为先
减后增的分布趋势,在小于 2毅及大于 15毅的坡度范围
内植被不变的类型分布明显。 从不同坡度上各植被
0343 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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类型所占的面积百分比来看(图 8),不同坡度范围
内,植被变化均以增加和不变为主,且植被增加类型
所占比例均在 68%以上,植被减少类型所占比例极
小,表明不同坡度上植被总体在恢复。 综合 k 值及
不同坡度上各植被变化趋势类型的面积比例可知,
6—15毅的坡度范围内植被减少类型分布不明显、植
被增加类型分布最明显,且植被增加类型的面积比
也最大(约 73%),因此,河池地区在 6—15毅坡度范
围内植被恢复最显著。 退耕还林还草政策和石漠化
治理等一系列生态建设工程的实施,使喀斯特地区
不同坡度上植被总体在恢复。 然而,由于陡坡耕种
等人类活动的负面影响,导致坡度大于 25毅的区域仍
然存在极少数的植被减少;同时由于耕地主要分布
于 2—6毅等坡度较缓的区域,农作物生长周期的变化
使该坡度范围内的植被减少类型分布较明显。
图 7摇 地形面积差异修正系数 k随坡度的变化趋势
Fig. 7 摇 Topographic factor k applied to different vegetation
change trends depending on slope
图 8摇 不同植被变化类型在不同坡度上的面积比
Fig.8摇 The area rate of vegetation change types at different
slopes摇
2.3.3摇 坡向对植被变化的影响
由不同坡向上植被变化类型的分布趋势可知
(图 9),植被减少类型随着坡向由阴坡转阳坡(北坡
寅东坡、西坡寅南坡)呈增加的分布趋势,北坡和东
坡上此植被变化类型的分布趋于减少、南坡和西坡
上此植被变化类型趋于增加;而植被增加类型在不
同坡向上的分布差异不明显,仅在北坡趋于较小幅
度的增加(k= 1.06)、南坡趋于较小幅度的减少(k =
0.96)。 植被不变的类型随坡向由阴转阳呈先增加
后减少的趋势,但变化幅度较弱(0.86不同坡向上各植被变化趋势类型的面积比可以看出
(图 10),不同坡向上,植被变化趋势均以增加和不
变为主,植被增加类型所占比例均在 67%以上,表明
研究区不同坡向的植被均在恢复。 随着坡向由阴转
阳,植被增加类型所占的面积比例呈减少趋势(图
10)。 综合 k 值及不同坡向上各植被变化趋势类型
的面积比例可知,研究区不同坡向的植被均在恢复,
随着坡向由阴坡转阳坡(北坡寅东坡、西坡寅南坡),
植被总体恢复呈减小趋势。 这主要是由人类干扰条
件下的喀斯特生境分化造成的,根据宋同清等[14]的
研究结果, 当坡向由阴坡转向阳坡,人为干扰作用
增强,土壤主要养分不断减少,从而发生植被退化。
需要特别注意的是,植被减少类型在南坡、西坡仍存
在趋于增加的分布趋势,说明虽然实施了退耕还林、
封山育林等生态恢复措施,但毁林开垦、坡耕地耕种
等人类干扰活动在阳坡仍有发生。
图 9摇 地形面积差异修正系数 k随坡向的变化趋势
Fig. 9 摇 Topographic factor k applied to different vegetation
change trends depending on aspect
图 10摇 不同植被变化类型在不同坡向上的面积比
Fig.10摇 The area rate of vegetation change types at different
aspects摇
3摇 讨论
本研究利用 12a 的气象和植被指数数据,分析
气候变化对喀斯特区域植被变化的影响,结果表明,
河池市在近 12年里气候变化趋势不显著,但降水已
1343摇 12期 摇 摇 摇 童晓伟摇 等:桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应 摇
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呈较小的下降趋势、气温呈微弱的上升趋势,说明研
究区气候因子在一定程度上已呈现出暖干化的趋
势;同时,NDVI 与年均气温、降水存在一定相关性,
但显著相关区域所占比例很小,据此可初步认为在
区域尺度上,非气候因素是引起近 12 年来喀斯特区
域植被增加的主要原因,这与其他地区区域尺度上
的研究结论类似[15鄄19],说明在区域尺度上,喀斯特区
域植被的增加虽不能完全排除气候变化的影响,但
人类活动已成为影响植被变化的重要因素,近年来
的植树造林、退耕还林还草等一系列生态建设工程
所带来的生态效益正在呈现。
为了明确不同地形因子条件下植被恢复的差
异,提出了地形面积差异修正系数 k 来消除由于不
同地形因子绝对面积差异而导致的恢复成效评价的
不确定性。 该修正系数 k 以某一植被变化趋势类型
占特定地形面积的比例作为基准,并归一化到以 k =
1作为植被演变的平衡变化点,不但有效消除了地
形绝对面积差异的影响,而且使判断特定地形因子
条件下植被的变化趋势成为可能。 研究结果表明,
不同喀斯特地形条件下植被恢复差异明显,从植被
变化在单一地形因子的表现看,海拔 200—500m 范
围内的植被恢复显著(200—300m 恢复最显著),但
此海拔范围区域也是植被覆盖变化易于波动的区
域,同时,海拔大于 800m 的区域,植被变化趋于稳
定。 参考现有相关研究[20],并结合桂西北地区植被
恢复野外调查,发现:广西人工造林主要选择在山坡
中下部适宜人工造林的地段,这对 200—500m 海拔
区段的植被增加起到了重要作用;同时,退耕还林、
封山育林等生态建设工程对中上坡位、坡度较大的
灌丛地和裸岩地采取全封的植被恢复策略,减少了
人类活动对高海拔区域的干扰,而高海拔喀斯特地
区植被主要以石山灌丛和次生林为主,植被恢复缓
慢,从而使高海拔区域植被结构趋于稳定。 坡度 6—
15毅范围内的植被恢复最显著,而不同坡向间植被均
恢复但差异不明显。 由此说明,自 2001 年以来,国
家相继在喀斯特地区实施的退耕还林工程、珠江防
护林工程、石漠化治理试点工程等重点生态工程取
得明显成效,喀斯特地区植被总体在恢复,生态环境
趋于好转。 另一方面,综合分析不同地形条件下喀
斯特区域植被变化情况,发现在海拔 400—500m、坡
度大于 25毅的阳坡区域仍然存在植被减少的现象,这
在一定程度上说明了喀斯特区域人类活动的干扰空
间在扩大,趋向于陡坡地区[21鄄22]。 同时,国家林业局
2012年公布的石漠化监测公报也表明喀斯特地区毁
林开垦、樵采薪材的现象还较严重,陡坡耕种、过度
放牧等现象还大量存在,使得部分区域仍然存在植
被退化的现象。 因此,后续喀斯特地区生态恢复与
重建过程中要注意海拔 200—500m范围内生态恢复
成果的巩固,同时要特别加强海拔 400—500m、坡度
大于 25毅的阳坡区域的生态治理措施的实施力度。
目前为止,SPOT VGT NDVI 资料的时间尺度还
较短,同时,基于国家气象站点的气象数据插值存在
一定的不确定性,针对喀斯特特殊地貌的气象插值
方法也需要考虑更多因素才能获得精度更高的插值
数据,因此,对于植被变化的影响因素(如气候变化、
人类活动等)的分析还需要更长时间的遥感资料积
累和气象插值方法上的改进。 另一方面,本研究主
要考虑了以生态建设工程为主的人类活动对植被变
化的正面影响,没有考虑其负面影响,在今后的研究
中应增加深入探讨人类生态建设对植被变化的负面
影响,从而有利于更全面的评价喀斯特地区植被恢
复成效。
4摇 结论
基于 SPOT VGT NDVI 时间序列数据和气候资
料(温度和降水),利用提出的地形面积差异修正系
数,分析了桂西北 1999—2010 年来植被变化趋势及
其与气候、地形因子的关系,揭示了不同地形因子条
件下喀斯特植被恢复趋势差异,明确了植被恢复成
效显著的区域及特别需要加强生态治理的区域,主
要结论如下:
(1)近 12年来,桂西北喀斯特地区植被变化总
体上呈恢复趋势,约 70%的区域植被呈增加趋势;区
域尺度上,年均气候因子对桂西北喀斯特地区植被
变化的作用不明显。
(2)海拔 200—500m 范围内的植被恢复显著
(200—300m恢复最显著),但此海拔范围区域也是
植被覆盖变化易于波动的区域,而海拔大于 800m的
区域,植被覆盖变化趋于稳定;坡度 6—15毅范围内的
植被恢复最显著,不同坡向上的植被均在恢复但差
异不明显,且随着坡向由阴坡转阳坡,总体恢复呈减
小趋势。
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(3) 由于人类干扰的负面影响,海拔 400—
500m、坡度大于 25毅的阳坡区域仍存在植被退化的
现象,后续喀斯特地区植被恢复与重建过程中要注
意海拔 200—500m范围内生态恢复成果的巩固,同
时要特别加强海拔 400—500m、坡度大于 25毅的阳坡
区域的生态治理措施的实施力度。
致谢:感谢中国西部环境与生态科学数据中心及中
国气象科学数据共享服务网对本研究的数据支持。
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藻增藻则早则藻藻灶 遭则燥葬凿造藻葬增藻凿 枣燥则藻泽贼 再粤晕郧 阅葬灶袁 载陨粤晕郧 宰藻灶澡怎葬袁 云粤晕郧 载蚤袁 藻贼 葬造 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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孕则燥增蚤灶糟藻袁 悦澡蚤灶葬 再陨 匀葬燥袁 阅耘晕郧 载蚤葬灶早憎藻灶袁 载陨粤晕郧 宰藻灶澡怎葬袁 藻贼 葬造 渊猿源远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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遭葬泽藻凿 燥灶 则葬凿蚤葬造 遭葬泽蚤泽 枣怎灶糟贼蚤燥灶 灶藻贼憎燥则噪 皂燥凿藻造 在匀粤晕郧 酝蚤灶早赠葬灶早袁 宰粤晕郧 运藻造蚤灶袁阅耘晕郧 在澡藻灶澡怎葬袁 藻贼 葬造 渊猿源苑圆冤噎噎噎噎噎噎噎
园愿源猿 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿源卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
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第 猿源卷摇 第 员圆期摇 渊圆园员源年 远月冤
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