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    長江中游地區土地利用和植被NDVI動態及驅動因素研究

    胡昕利  
    【摘要】:長江中游地區(湖北、湖南和江西省)是長江經濟帶中心區域,也是三峽水庫所在地和退耕還林項目重點地帶。研究土地利用格局、植被演變與驅動因素,對于該地區的社會經濟和環境可持續發展具有重要意義。本文以長江中游地區為對象,應用Landsat TM土地利用類型圖、MODIS NDVI影像與氣象、DEM、統計年鑒數據,在Arc GIS、Fragstats、Matlab、SPSS等分析軟件的支持下,采用景觀格局分析、Sen+MK趨勢分析、Hurst指數及相關分析等方法,研究了1990-2015年不同時期土地利用變化格局,探討了1999-2015年植被覆蓋時空變化特征及其與氣候(氣溫、降水、相對濕度、日照時數)、地形(海拔、坡度、坡向)、人為因素(人口密度、GDP、城市化)的關系,并針對區域生態發展問題,提出土地與植被生態可持續發展應對策略。主要研究結果如下:(1)2015年長江中游各土地利用類型面積占比排序為林地(49.82%)耕地(30.41%)灌木(7.03%)水域(4.61%)草地(3.92%)建設用地(2.81%)果園(1.08%)未利用地(0.32%)。與1990年相比,該區耕地和林地面積分別減少1.06%、0.49%,而建設用地和果園面積分別增加1.08%、0.54%。從景觀格局指數來看,隨城市化進程,研究區景觀趨于破碎化,斑塊趨于復雜化、景觀多樣性增加。經濟與產業發展、城市化及國家實施的生態保護工程與恢復政策是景觀格局變化的驅動因素。(2)在城-鄉梯度上,林地占地比例增加,而耕地、建設用地呈相反趨勢;建設用地和耕地破碎化水平增加,而林地破碎化水平降低;景觀水平指數則表現為斑塊密度增加、斑塊平均面積減小、周長面積分維數增加,顯示了城市化地區景觀集聚、邊緣區(偏遠)破碎化加重的特點。這些結果表明,長江中游地區一體化方向發展可能是這種空間格局的驅動因素。(3)1999-2015年長江中游地區植被NDVI明顯上升,且高于其它重要城市群(例如,長三角、珠三角等)區域。在區域尺度上,植被NDVI呈“西高東低、北高南低”的空間分布特點。近17年來,植被NDVI增加的面積約占90%,退化面積約占7%,嚴重退化區域位于省會城市中心地帶。根據Hurst指數可知,植被可持續性改善區約占35%,主要分布在西部山區;植被持續性退化區約占3%,主要分布在較發達城市地區。不同植被類型NDVI大小排序為天然林(0.81)草地(0.78)人工林(0.77)耕地(0.75);近17年來,相比于其它植被類型,耕地、人工林NDVI降低的面積占比較大,表明這些植被生長具有退化趨勢且可能進一步退化,需進一步探討原因和對策。(4)近17年,長江中游地區NDVI年際變化對同期氣候的響應不強烈,各相關系數均未達到顯著水平(p0.05),表現為NDVI與氣溫、降水呈正相關,與相對濕度、日照時數呈負相關。各植被類型NDVI與氣溫、降水均呈微弱的正相關,與相對濕度均呈顯著負相關,耕地NDVI與降水呈顯著正相關??臻g尺度上,研究區與氣溫、相對濕度、降水、日照時數達到顯著相關的比例分別為:7.53%、7.31%、4.12%、3.76%,植被NDVI與同期氣溫的顯著相關性比例最大,與降水、日照時數的顯著相關性比例較小,表明氣溫是影響該區植被生長年際變化的主要氣候因子。(5)從各月植被NDVI與氣候因子的月際相關性來看,該區1-4月植被NDVI受降水、日照影響,且有明顯的滯后性;7月植被NDVI受5月降水的滯后性影響;8月植被NDVI與氣溫、相對濕度、日照時數均呈顯著相關,受氣候因子的影響最大。由此來看,月際降水和日照時數是影響該區植被NDVI季節變化的主要氣候因子,同時夏季氣溫與相對濕度對該區植被生長的影響也較為顯著。(6)地形因素對該區植被NDVI的驅動表現為:海拔小于2500m時,植被NDVI隨海拔升高而增加,而海拔大于2500m時,NDVI值有下降趨勢;隨坡度增加,植被NDVI也逐漸增大,但其增加的速率越來越慢;植被NDVI與坡向的關系,呈現南高北低的方向性規律,由南向北方向轉變時,植被NDVI表現為逐漸降低。(7)人為因素對該區植被NDVI的驅動表現為:隨著人口密度的增加,植被NDVI逐漸下降且下降幅度不斷增大;隨著GDP等級的遞增,植被NDVI逐漸降低;城市化也是植被NDVI下降的驅動因素。隨著造林面積的逐年增加,NDVI呈現逐漸上升的趨勢,二者呈顯著相關,表明國家實施的生態造林等工程改善了區域植被覆蓋狀況。該研究結果對長江經濟帶開發、“三屏兩帶”建設和低效林改造均具有重要意義,也對該地區城市群經濟與生態環境可持續發展具有指導作用。


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