陕西省植被覆盖时空变异及其恢复潜力

[目的] 系统分析退耕还林以来植被覆盖时空变异特征,评估植被恢复的潜力,为陕西省生态环境建设的可持续发展提供科学的理论依据和实施建议。[方法] 以MODIS NDVI数据为基础,采用Sen+Mann-Kendall模型和Hurst指数探究了2000-2020年陕西省及秦巴山区、关中平原和黄土高原3个亚区植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)的时空变化特征,并运用相似生境法测算了不同区域的植被恢复潜力。[结果] ①2000-2020年陕西省FVC增长率为0.002 9/a,74.58 %的区域有所改善。其中:黄土高原区FVC改善面积达84.46 %,且以显著改善为主;秦巴山区FVC改善面积为74.40 %,以轻微改善为主;而关中平原区FVC具有退化趋势,退化区域占64.56 %。②全省FVC持续性改善面积占19.80 %,黄土高原区和秦巴山区以持续性改善为主,面积比例分别为27.83 %和13.68 %,而关中平原区以持续性退化为主。③黄土高原区西北部及其与关中平原接壤地带的植被恢复空间较大,而子午岭林区植被恢复空间较小;秦巴山区森林覆盖率较高,几乎没有恢复空间;关中平原受城市化的影响,植被恢复空间小。[结论] 近几十年来,陕西省植被覆盖度显著提高,但受气候、地形、植被类型和人类活动等因素的影响,植被覆盖变化具有明显的空间异质性。陕西省植被恢复的增长速度趋于放缓,持续改善能力已经较低,植被覆盖趋于平稳,但是黄土高原西北部地区及其与关中平原的接壤处植被覆盖恢复潜力仍较大。     

黄土高原不同地貌类型区植被恢复潜力及其土地利用变化

黄土高原1999年开始的退耕还林（草）工程，对植被覆盖与土地利用结构产生了深刻影响，评估黄土高原未来植被恢复潜力、植树造林适宜区以及土地利用变化，对黄土高原生态保护和高质量发展具有重要意义。该研究基于北洛河流域2020年下垫面状况，借鉴"相似生境法"，对不同地貌类型区的未来恢复潜力、植树造林适宜区与土地利用变化进行了分析。结果表明：1）丘陵沟壑区目前平均植被盖度为61.9%，未来20~30 a仍有9.2%左右的上升空间，植被可恢复土地面积约占丘陵区的36.4%。土石山林区尚有11.5%的土地面积具有恢复余地，高塬沟壑区与阶地平原区植被盖度恢复余地很小。2）未来土地利用变化面积主要集中在丘陵沟壑区，与2020年相比，其耕地将减少47.4%，而林地与草地会增加0.7%与15.8%。土石山林区耕地将减少23.0%，林地与草地分别会增加0.2%与36.0%。3）基于"适地适树"原则下的情景模拟，高塬沟壑区与阶地平原区分别有279.16、233.73 km2面积可植树造林，而丘陵沟壑区大片可退耕土地适宜于自然恢复。结果表明，丘陵沟壑区仍是未来生态恢复重点关注区域，是黄河流域生态保护和高质量发展的热点区域。     

2000—2018年乌海市植被覆盖度时空变化

为了探究乌海市植被覆盖度时空动态变化特征以及预测NDVI变化趋势,基于Lantsat OLI/TM/ETM,DEM影像运用像元二分模型法、趋势分析法研究了乌海市2000—2018年植被覆盖度时空动态变化特征,重标极差(R/S)分析法的Hurst指数预测了乌海市未来NDVI变化趋势。结果表明:(1)2000—2018年乌海市植被覆盖度整体呈现上升趋势,增长速率为0.07%/10 a,植被覆盖度均值由22.26%增至41.30%;(2)空间上植被覆盖度呈现由西北向东南逐渐递增的趋势,植被覆盖度改善的区域大于退化区域,海南区改善趋势更明显;(3)从地形因子来看,植被覆盖度受高程、坡度影响较大,不同坡向间变化不明显;(4)乌海市大部分地区植被未来变化趋势为随机发展,持续改善区域占10.95%,持续退化区域占2.93%,海勃湾区持续变化性强,乌达区反持续变化性强。整体来看研究区2000—2018年植被覆盖度持续上升,植被改善明显,未来进行生态保护时应多关注地形因素和植被退化的区域,从而制定合理的政策。     

近30 a黄土高原植被覆盖时空演变监测与分析

为监测黄土高原植被建设成效,采用GIMMS和SPOT VGT 2种数据集的归一化植被指数作为植被覆盖评价指标,分析了近30 a黄土高原植被覆盖时空演变趋势。结果表明,大规模植被建设开始前,黄土高原植被覆盖以小幅波动为主,个别地区有所好转,但大部分区域无显著变化。1999年以后研究区归一化植被指数年度平均值增加显著,并以夏、秋两季增长贡献最大。植被覆盖在空间上呈现出明显的区域性增加趋势,其中黄土高原丘陵沟壑区增加趋势最为明显,植被恢复成效显著。研究区15°～25°和6°～15°坡地植被覆盖状况得到明显改善,对控制水土流失可产生积极影响。大规模植被建设促进了该区植被恢复,但截止2009年,黄土高原处于较低植被覆盖水平的区域面积依然占较大比重,生态环境建设仍须进一步加强。     

黄土高原区植被恢复的空间差异性分析

为了探究黄土高原区植被覆盖的空间分布特征、不同退耕坡度区域和不同气候带区域植被恢复程度,采用黄土高原区2000—2013年的MODIS/NDVI数据进行分析。结果表明:1)2000—2013年黄土高原区的归一化植被指数均值从东南向西北逐渐递减,呈3条带状:<0.2、≥0.2~0.4、≥0.4,大致对应于中国农业气候分区的干旱中温带、中温带、南温带3个气候区。2)2000—2013年黄土高原区植被覆盖呈增加趋势,增加区域的面积比例超过88%,且夏季比年均表现更明显。50%以上区域年均植被覆盖呈现中度改善或明显改善,50%区域上夏季植被覆盖明显改善。3)黄土高原区中温带的年均植被覆盖呈中度改善趋势,夏季植被覆盖呈明显改善趋势;干旱中温带、南温带的年均植被覆盖处于轻微改善状态,夏季植被覆盖以中度改善和轻微改善为主。4)≥15°~25°的坡度区域,植被恢复效果都好于其他坡度条件,夏季明显改善和中度改善的面积比例超过60%,年均也超过40%;坡度<6°或≥35°的区域,年均植被覆盖基本不变和退化面积比例接近20%。     

陕西省榆林市植被生态演变及其驱动机制

[目的] 研究陕西省榆林市植被生态演变规律以及驱动机制，为该区域生态恢复工程成效评价提供科学数据。[方法] 基于2000—2018年美国MODIS卫星植被指数产品MOD₁₃Q₁和像元二分方法对陕西省榆林市的植被生态系统进行反演，同时利用趋势分析法和相关性分析等方法研究气候条件和人为因素对植被生态变化的驱动机制。[结果] ①2000—2018年榆林市植被生态明显改善，主要表现为植被覆盖度在波动中呈现极显著增加趋势，年均增速1.47%/a；所辖各区县中吴堡县增加最大。南部黄土高原丘陵沟壑区植被覆盖度增速1.66%，高于北部风沙草滩区的1.17%。②2000—2018年，整体气候条件呈现暖湿化，表现为年降水量呈现很显著增加趋势，增加232.2 mm，增幅78.8%，年均增速10.7 mm/a；年均气温增加趋势不显著，增加0.3℃，增幅2.8%，年均增速0.11℃/a。年降水量与植被覆盖度呈现极显著正相关，年均气温与植被覆盖度相关性不显著，气候条件对于植被生态恢复起到了促进作用。[结论] 退耕还林工程和防沙治沙示范建设工程调整了产业结构，黄土高原丘陵沟壑区减少了水土流失，毛乌素沙地风沙草滩区流沙得到有效治理，生态建设效益显著。生态恢复工程是研究区植被生态恢复的主要驱动力。     

黄土高原植被覆盖时空变化及原因

研究黄土高原地区植被覆盖动态变化及其与人类活动和气象因子的关系对评价区域生态环境质量及生态过程具有重要意义。以黄土高原1982—2018年NDVI(1982—2011年GIMMS NDVI和2000—2018年MODIS NDVI)数据为基础,利用像元二分模型对植被覆盖度进行估算,借助植被绿度、相关分析和多元回归残差法分析了黄土高原植被覆盖度时空变化规律及其对人类活动和气象因子的响应特征。结果表明:(1)过去37年,黄土高原春、夏、秋和生长季植被覆盖度呈现升高趋势,且各季节FVC增加速率逐年升高,尤其以夏季和生长季增加速率的变化最为明显;(2)空间上,春、夏、秋和生长季FVC呈由西北向东南递增的趋势,且大部分地区呈显著上升趋势,植被呈现改善趋势的面积要大于呈现退化趋势的面积;(3)春、夏、秋和生长季人类活动对FVC主要以正面影响为主,且夏季人类活动对于FVC影响更为显著。在气象因素方面,FVC与平均气温在夏季和生长季呈现显著正相关的区域面积占比较大,FVC与总降水量在春季和秋季呈现显著正相关的区域面积占比较大。退耕还林(草)等生态工程的实施,使得黄土高原植被状态得到明显改善,但是城市扩张使得部分地区植被覆盖度呈现退化现象。     

黄河流域甘肃段植被覆盖度时空变化及对气候因子的响应

[目的]分析黄河流域甘肃段2000—2018年植被覆盖度变化的时空演变规律,探讨该区域植被覆盖度的变化对气候的响应机制,为该区域生态环境与社会经济的协调可持续发展和进一步落实生态环境保护、建设及恢复提供科学依据。[方法]基于2000—2018年的MODIS NDVI数据、气象数据,采用线性趋势分析和相关性分析等方法,对黄河流域甘肃段植被覆盖度的时空变化特征及与气候因子之间的关系进行分析。[结果]①空间上,近19 a研究区植被覆盖度自西南向东北在不断降低,以甘南州的植被覆盖状况最好;植被覆盖度改善面积占36.64%,主要分布于兰州市北部、临夏州、定西市、庆阳市、平凉市大范围区域、天水市南部等,而退化面积占4.2%,主要集中于甘南州等地区。②时间上,研究区植被覆盖度以2013年为界呈现"先持续增加后波动减少"的变化趋势,但整体在不断增加;以平凉市的增加速度最快,平均每年增长0.96%。③研究区植被覆盖度对降水量变化的响应敏感,与降水量呈现显著的正相关关系。[结论]研究区植被覆盖度空间差异明显,2000—2018年植被以改善为主,降水是影响这些区域植被改善的有利因素,降水状况的改善对研究区生态环境建设与修复至关重要。     

黄土高原潜在自然植被空间格局及其生境适宜性

植被生态系统的恢复越来越多地受到全球各界关注,潜在自然植被(potential natural vegetation, PNV)和生境适宜性概念应纳入植被规划,作为植被恢复的参考依据。基于高空间分辨率气候数据,使用动态植被模型(LPJ-GUESS),揭示黄土高原2001—2020年PNV空间格局及其生境适宜性的动态演变,并界定了植被优先恢复区。结果表明:黄土高原的PNV以草地和森林为主,潜在草地主要集中在北部、西北部地区(约占73.23%),潜在森林主要分布在南部地区(约占26.16%),极少的裸地主要分布在西部高海拔山区;在潜在森林中,温带落叶阔叶林、寒温性常绿针叶林、温带常绿针叶林占比分别为22.28%,3.88%,0.01%;随着气候变化的推进,潜在森林面积有所下降,而潜在草地面积有些许增加。PNV的生境适宜性呈现西北低、南部及东南高的分布,其中,分布在黄土高原南部平原地带的潜在温带落叶阔叶林其生境适宜性较高,而分布在北部及东北部的潜在草地其生境适宜性较低;并且,对于每种PNV类型,其最高生境适宜性所占据的地理空间及优先恢复区有较大差异。研究结果可为黄土高原植被恢复重建提供科学依据。     

黄土高原人类活动与生物多样性的演变及关联性

为了科学地分析黄土高原人类活动与生物多样性的关系,对黄土高原生物多样性保护与生态环境质量改善提供科学依据。基于2000年、2010年、2018年土地利用遥感数据,借助人类活动强度模型测度研究区人类活动强度的时空分异特征,并结合多源遥感数据采用生境质量、物种多样性以及景观格局指数构建综合生物多样性指数,综合运用相关性分析和双变量空间自相关模型,探究了黄土高原人类活动与生物多样性的空间关系。结果表明:(1)2000—2018年,黄土高原人类活动强度整体呈减弱趋势,空间上以太原—西安轴线为界,轴线以西的区域人类活动强度偏低,以东的区域人类活动强度偏高;(2)2000—2018年黄土高原地区的综合生物多样性指数基本保持稳定,无剧烈变化; 生物多样性具有明显空间异质性,呈现出西北高、东部低的空间格局;(3)2000—2018年,黄土高原人类活动与生物多样性在空间上呈现显著负相关,二者之间有着显著的空间集聚效应,说明人类活动对黄土高原地区的生物多样性产生较大的负面影响。综上,整个黄土高原生物多样性基本保持稳定,但受人类活动强度影响仍然较大。     

相似降水年组下黄土高原植被恢复与土壤水分变化过程与空间特征分析

土壤水分是黄土高原植被恢复及其可持续性的主导限制因子,为认识退耕还林(草)工程以来大尺度植被恢复与土壤水分关系,以25km×25km格点为研究单元,采用1992—2013年逐月降水量、归一化植被指数(NDVI)和土壤水分指数(SWI)等数据,分析了该区植被恢复与土壤水变化过程及其区域分布特征。结果表明,黄土高原植被和土壤水分变化特征和趋势不一致,其中大部分区域(70%以上面积)NDVI呈极显著增加趋势(p0.01),但绝大部分地区(94%面积)的SWI没有趋势性变化。为进一步揭示植被和土壤水分变化关系,以格点为单元提取并分析了相似年组(年降水量差小于2%,年差大于或等于5年,逐月降水量相关性大于0.55),并分析了不同相似年组内NDVI和SWI的变化特征。植被指数与土壤水分变化主要包括两类:植被指数和土壤水分同时增加与植被指数增加而土壤水分减少。黄土高原植被、土壤水分变化的区域性明显,在未来生态恢复过程中,需要进一步认识植被恢复对土壤水分的关系,促进黄土高原植被恢复的可持续性。     

黄土高原植被覆被时空动态及其影响因素

为探究黄土高原植被覆被时空分布与动态变化及其与气候和人类活动的响应机制,基于趋势分析、偏相关性分析和残差分析等方法,利用2000—2015年黄土高原MODND1T/NDVI植被遥感数据、同期气象数据及ESA CCI-LC植被覆被分类数据,根据气候和人为因素对植被覆盖变化的驱动贡献,(1)分析了黄土高原NDVI分布格局、变化趋势及其驱动因素。结果表明：(1)黄土高原NDVI由西北向东南呈递增趋势,具有明显空间异质性分布特征。16年间NDVI呈显著增加趋势,平均递增速率0.010 2/a,波动范围介于0.54～0.71。(2)黄土高原NDVI变化趋势与降水有较强相关性,两者偏相关系数为0.53。(3)黄土高原不同季节NDVI均呈整体增长趋势,春季NDVI与降水呈显著正相关关系,降水是决定春季所有植被类型覆盖变化的最直接因素。(4)残差分析表明,人类活动对黄土高原NDVI的波动影响较大,是黄土高原植被覆盖变化的重要驱动因素。综上,黄土高原16年间植被覆被明显增加,降雨是黄土高原植被生长发育的主要限制因素,人类活动通过退耕还林等生态修复措施对黄土高原植被覆被带来明显改善。     

黄土高原典型地区不同植被覆盖下坡面土壤侵蚀阈值研究

为了分析植被覆盖对黄土高原坡面水土流失的影响，量化土壤侵蚀的植被覆盖阈值，基于模拟降雨数据分析了植被覆盖对土壤侵蚀的作用机制，利用绥德、西峰、天水等黄土高原高原典型地区的野外径流小区定位观测资料，探讨了不同覆被类型下植被覆盖控制径流和土壤侵蚀的有效性，确定了不同覆被类型下植被覆盖调控径流和防治土壤侵蚀的植被覆盖下限阈值和上限阈值。结果表明：(1)植被覆盖度的提高增加了土壤入渗、减少了径流量、延缓了径流流速、增加了土壤抵抗侵蚀的能力。(2)坡面径流量随植被覆盖度呈幂函数或指数函数下降，土壤侵蚀量随植被覆盖度呈指数函数、幂函数或者对数函数下降。(3)总体而言，不同地区植被控制土壤侵蚀的下限阈值在20%～30%,上限阈值在50%～70%。(4)土壤质地、植被类型、甚至植被的根系特征对植被控制径流和土壤侵蚀的效益有重要影响。研究结果为黄土高原水土保持工作提供研究依据。     

陕西省植被覆盖时空演变特征及其与气候因子的关系

利用2000-2012年SPOT VGT NDVI数据,通过差值及相关分析法,对陕西省植被覆盖的时空演变进行研究,并对植被指数（NDVI）与气候因子的关系进行分析。结果表明：（1）2000-2012年,陕西省植被覆盖改善区域明显大于退化区域,植被覆盖增加区域主要分布在陕北风沙过渡区和黄土高原地区,减少区域主要分布在关中平原地区和陕南部分地区。（2）月平均NDVI与月平均降水量和气温呈极显著相关关系（P＜0.01）,相关系数分别为0.875、0.885。（3）2000-2012年,陕西全省NDVI增长速率为0.109·10a-1,说明生态恢复建设取得一定成效。（4）陕西NDVI变化具有明显的季节性,夏季和秋季NDVI增加最快,冬季增长最慢,且NDVI对降水、气温的响应存在时滞性。     

1982-2006年黄土高原地区植被覆盖度对气候变化的响应

基于黄土高原地区1982—2006年GIMMS AVHRR NDVI数据,获取地面植被覆盖度,并采用ArcGIS 9.3和ANUSPLIN 4.3分别对82个地面气象站点降水和温度数据进行插值处理,以此分析黄土高原地区植被覆盖度时空变化特征及其对气候变化的响应,为区域生态环境改善提供参考。结果表明:（1）黄土高原地区区域平均植被覆盖度为38%。植被覆盖度区域差异明显,在空间上呈东南高、西北低的分布特征。（2）近25年来,植被活动在相对稳定的态势下趋于增强,植被覆盖度增速为0.75%/10 a。在植被覆盖度变化趋势上,植被覆盖状况保持基本不变的面积为40.6%,趋于改善的面积（42%）大于退化面积（17.4%）。（3）黄土高原地区年降水呈不显著下降趋势,减少速率为1.9 mm/a;年均温度呈显著上升趋势,增速为0.7℃/10 a,气候趋于暖干化。（4）植被覆盖度与年降水量和年均温的偏相关性均达到显著,但空间差异明显。其中植被生长对降水因子的响应更为敏感。     

1981-2016年黄土高原植被NDVI变化及对气候和人类活动的响应

探析黄土高原植被覆盖演变及其驱动因素,有助于了解黄土高原生态现状,剖析植被变化和驱动因素,以期为区域生态环境治理和规划提供科学依据。基于黄土高原NDVI、气温、降水数据,采用变化趋势率分析、多元回归残差分析等方法,研究了1981—2016年黄土高原区植被NDVI变化特征及对气候和人类活动的响应。结果表明：(1) 1981—2016年,黄土高原区植被NDVI呈东南高西北低的空间格局,整体上升率高,生态恢复效果显著;在选择的45个地州市中,榆林、铜川、延安和渭南等地植被NDVI增加最快,兰西城市群和内蒙古部分区域植被呈减小趋势。(2)气候变化和人类活动的共同作用是近35年来黄土高原区植被NDVI整体快速增加和巨大空间差异的主要原因。气候变化对黄土高原NDVI变化的影响主要以轻微促进和中度促进为主,而农村人类活动、城市人类活动的影响主要为明显抑制和轻微抑制。(3)气候变化、农村人类活动和城市人类活动对黄土高原区植被NDVI增加的贡献率分别为82.03%,11.68%和6.29%;气候变化贡献率大于60%的区域占黄土高原的76.9%,主要集中在黄土高原的东部和中部,人类活动对NDVI的影响主要...     

2000—2019年黄土高原地区土壤保持时空变化及影响因素分析

为揭示全球气候变化背景下黄土高原的生态建设成效,以土壤保持量为评估指标,应用美国修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原土壤保持服务功能以及植被、气象等因素对其影响,分析了2000年以来植被和气候变化影响下黄土高原土壤保持量时空动态变化特征。结果表明:2000—2019年黄土高原土壤保持量平均值为109.5 t/hm²,并呈增加趋势,平均每年增加2.0 t/hm²,空间分布黄土高原中部和东部土壤保持量增加较明显。2000年以来黄土高原地区植被NPP呈增加趋势,年平均值为330.5 gC/m²,且平均每年增加7.2 gC/m²; 2000年以来植被覆盖度年平均值为29.2%,且以平均每年0.52%的趋势增加。黄土高原地区2000年以来气温和降水量均显著增加,平均年降水量为469.1 mm,且呈增加趋势,平均每年增加3.1 mm,年平均气温为10.2℃,平均每年增加0.03℃。黄土高原生态恢复措施加强,加之区域“暖湿化”有利气候条件,促进了区域生态建设成效显现,成为黄土高原生态恢复、功能提升的重要因素之一。