陕北黄土高原植被动态变化及其对气候因子的响应

陕北黄土高原植被动态变化及其对气候因子的响应

郭力宇1，郭 昭1，2，王 涛1，张 越1，李雨思1，柳 莹1

【摘 要】为了研究退耕还林还草工程实施后期，陕北黄土高原地区地表植被变化特征及气候因子对植被变化的影响，采用MODISNDVI数据，通过像元二分法计算植被覆盖度，结合相关气象站点监测数据，利用线性回归分析、相关系数及显著性检验法，分析了陕北黄土高原植被覆盖度时空变化趋势及其对气温、降水因子的响应。结果表明：研究区植被覆盖度空间分布差异显著，由北向南植被覆盖度由低向高过渡明显，2009—2016年植被覆盖等级的空间转移变化主要发生在北部和中部地区，表现出由中低植被覆盖向中等植被覆盖转移、中等植被覆盖向中高植被覆盖转移的态势。2009—2016年研究区植被覆盖度年际变化速率较小，整体呈平缓增加趋势，中部和南部部分地区有减少趋势但变化趋势不显著。研究区内年植被覆盖度与年降水量、年平均气温的相关系数、偏相关系数均较小，相关性不显著。不同区域的植被覆盖度对气候因子的响应结果不同，在空间上正负相关性共存，研究区北部受年降水量影响较大，而中部受年平均气温影响较大。研究区植被覆盖度对气候因子的响应存在滞后性，生长季的植被生长受同月降水量和前一月平均气温的影响较大，且绝大部分地区均表现为正向相关。

【期刊名称】西安科技大学学报 【年(卷),期】2019(039)002 【总页数】10

【关键词】退耕还林还草；植被覆盖度；动态变化；气候响应；陕北黄土高原 责任编辑：高 佳

基金项目：国家自然科学基金（41771576）；黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室开放基金（A314021402-1616）

0 引 言

植被是反映陆地生态环境变化的重要因子之一，在土壤、水分、大气物质和能量循环过程中扮演重要角色［1-2］。植被覆盖度（Fractional Vegetation Coverage，FVC）是衡量地表植被覆盖信息的重要指标，是指植被冠层在地面上垂直投影面积与土地总面积的比值［3］。随着遥感技术发展，归一化差异植被指数（Normalized Differential Vegetation Index，NDVI）常用来监测区域植被覆盖变化［4-5］，估算植被覆盖度［6］。特别是MODIS提供的NDVI数据产品具有较高的时间分辨率［7］，广泛应用于地表植被变化研究中。戚德康等采用MODISNDVI数据研究了2000—2016年朝鲜植被覆盖变化特征［8］；何宝忠等基于MODISNDVI数据，利用像元二分模型估算新疆2005—2015年的植被覆盖度，研究了新疆不同生态区植被覆盖变化趋势［9］。在具体的研究中，线性回归法［10］、相关系数法［11］也已经成为研究植被覆盖变化特征、分析气候因子与植被覆盖相关性的常用研究方法。

陕北黄土高原地区生态环境脆弱，水土流失严重，是我国生态环境建设与保护的重点区域。1999年陕西省开始试点推行退耕还林还草工程，随后国家正式发布《退耕还林工程规划（2001—2010年）》。自1999—2008年陕北地区榆林和延安两地累计退耕造林面积达4 721 km2，植被覆盖度显著提高，退耕还林还草活动成为影响陕北黄土高原植被覆盖变化的主要驱动因素。

当前与陕北黄土高原植被覆盖变化相关的研究已有一些成果［12-15］，多集中在退耕还林工程实施过程的10年前后，多以年际尺度人类活动或自然环境因

子对植被覆盖变化影响为主，如范建忠等研究表明受退耕还林还草工程实施影响，陕北地区2000—2011年退耕还林区植被覆盖度显著增加［16］；韩可欣等研究了2001—2010年陕北黄土高原不同坡度区植被覆盖变化特征［17］；肖强等研究了2001—2010年黄土高原植被覆盖变化与气候因子的相关性［18］。这些研究为陕北黄土高原生态环境建设发挥了重要作用，但研究中较少以月际尺度进行研究，且很少关注退耕还林后期（即2001—2010年工程规划结束之后），大范围人为活动减弱背景下，陕北黄土高原植被覆盖年际和月际尺度上的变化特征。因此，文中选取2009—2016年为研究时段，利用MODISNDVI数据结合相关气象站监测资料，计算植被覆盖度，并分别从年际和月际尺度上分析退耕还林还草后期陕北黄土高原植被变化特征及其对气候因子的响应，为新一轮退耕还林还草工程实施与政策制定提供参考。

1 研究区概况

陕北黄土高原地区是中国黄土高原的核心区域，位于 107°15′13″E～111°14′40″E，35°04′10″N～39°15′13″N之间，依据陕西省测绘地理信息局发布的《陕西地理省情白皮书2011》中对陕北、关中、陕南的划分成果，陕北地区面积约8.3×104 km2，包括榆林和延安两市的3区22县以及铜川市和渭南市北部部分乡镇。该区域属半干早温带大陆季风气候，处于半干旱和干旱过渡带，多年平均温度8～14℃，多年平均降雨量375～613 mm，水热条件时空分配不均，呈现出由南而北逐渐减少的变化趋势，且降水集中于夏秋2季。植被处于暖温带落叶阔叶林和温带草原之间，过渡性明显，由北向南依次为草原区、森林草原区以及落叶阔叶林区［19］。地势西高东低，北部为毛乌素沙漠南缘，地形平坦，植被稀疏，中部为黄土梁峁区，生态环境脆弱，地表植被