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长江中游地区土地利用和植被NDVI动态及驱动因素研究

胡昕利  
【摘要】:长江中游地区(湖北、湖南和江西省)是长江经济带中心区域,也是三峡水库所在地和退耕还林项目重点地带。研究土地利用格局、植被演变与驱动因素,对于该地区的社会经济和环境可持续发展具有重要意义。本文以长江中游地区为对象,应用Landsat TM土地利用类型图、MODIS NDVI影像与气象、DEM、统计年鉴数据,在Arc GIS、Fragstats、Matlab、SPSS等分析软件的支持下,采用景观格局分析、Sen+MK趋势分析、Hurst指数及相关分析等方法,研究了1990-2015年不同时期土地利用变化格局,探讨了1999-2015年植被覆盖时空变化特征及其与气候(气温、降水、相对湿度、日照时数)、地形(海拔、坡度、坡向)、人为因素(人口密度、GDP、城市化)的关系,并针对区域生态发展问题,提出土地与植被生态可持续发展应对策略。主要研究结果如下:(1)2015年长江中游各土地利用类型面积占比排序为林地(49.82%)耕地(30.41%)灌木(7.03%)水域(4.61%)草地(3.92%)建设用地(2.81%)果园(1.08%)未利用地(0.32%)。与1990年相比,该区耕地和林地面积分别减少1.06%、0.49%,而建设用地和果园面积分别增加1.08%、0.54%。从景观格局指数来看,随城市化进程,研究区景观趋于破碎化,斑块趋于复杂化、景观多样性增加。经济与产业发展、城市化及国家实施的生态保护工程与恢复政策是景观格局变化的驱动因素。(2)在城-乡梯度上,林地占地比例增加,而耕地、建设用地呈相反趋势;建设用地和耕地破碎化水平增加,而林地破碎化水平降低;景观水平指数则表现为斑块密度增加、斑块平均面积减小、周长面积分维数增加,显示了城市化地区景观集聚、边缘区(偏远)破碎化加重的特点。这些结果表明,长江中游地区一体化方向发展可能是这种空间格局的驱动因素。(3)1999-2015年长江中游地区植被NDVI明显上升,且高于其它重要城市群(例如,长三角、珠三角等)区域。在区域尺度上,植被NDVI呈“西高东低、北高南低”的空间分布特点。近17年来,植被NDVI增加的面积约占90%,退化面积约占7%,严重退化区域位于省会城市中心地带。根据Hurst指数可知,植被可持续性改善区约占35%,主要分布在西部山区;植被持续性退化区约占3%,主要分布在较发达城市地区。不同植被类型NDVI大小排序为天然林(0.81)草地(0.78)人工林(0.77)耕地(0.75);近17年来,相比于其它植被类型,耕地、人工林NDVI降低的面积占比较大,表明这些植被生长具有退化趋势且可能进一步退化,需进一步探讨原因和对策。(4)近17年,长江中游地区NDVI年际变化对同期气候的响应不强烈,各相关系数均未达到显著水平(p0.05),表现为NDVI与气温、降水呈正相关,与相对湿度、日照时数呈负相关。各植被类型NDVI与气温、降水均呈微弱的正相关,与相对湿度均呈显著负相关,耕地NDVI与降水呈显著正相关。空间尺度上,研究区与气温、相对湿度、降水、日照时数达到显著相关的比例分别为:7.53%、7.31%、4.12%、3.76%,植被NDVI与同期气温的显著相关性比例最大,与降水、日照时数的显著相关性比例较小,表明气温是影响该区植被生长年际变化的主要气候因子。(5)从各月植被NDVI与气候因子的月际相关性来看,该区1-4月植被NDVI受降水、日照影响,且有明显的滞后性;7月植被NDVI受5月降水的滞后性影响;8月植被NDVI与气温、相对湿度、日照时数均呈显著相关,受气候因子的影响最大。由此来看,月际降水和日照时数是影响该区植被NDVI季节变化的主要气候因子,同时夏季气温与相对湿度对该区植被生长的影响也较为显著。(6)地形因素对该区植被NDVI的驱动表现为:海拔小于2500m时,植被NDVI随海拔升高而增加,而海拔大于2500m时,NDVI值有下降趋势;随坡度增加,植被NDVI也逐渐增大,但其增加的速率越来越慢;植被NDVI与坡向的关系,呈现南高北低的方向性规律,由南向北方向转变时,植被NDVI表现为逐渐降低。(7)人为因素对该区植被NDVI的驱动表现为:随着人口密度的增加,植被NDVI逐渐下降且下降幅度不断增大;随着GDP等级的递增,植被NDVI逐渐降低;城市化也是植被NDVI下降的驱动因素。随着造林面积的逐年增加,NDVI呈现逐渐上升的趋势,二者呈显著相关,表明国家实施的生态造林等工程改善了区域植被覆盖状况。该研究结果对长江经济带开发、“三屏两带”建设和低效林改造均具有重要意义,也对该地区城市群经济与生态环境可持续发展具有指导作用。


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