基于特征分区的陕北黄土高原植被覆盖变化及其驱动因素.pdf
《基于特征分区的陕北黄土高原植被覆盖变化及其驱动因素.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于特征分区的陕北黄土高原植被覆盖变化及其驱动因素.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第 期 年 月生态学报 ,:基金项目:国家自然科学基金项目();陕西省重点研发计划项目();黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金项目()收稿日期:;采用日期:通讯作者 :,:韩磊,曹鑫鑫,朱会利,陈芮,赵永华,刘钊,赵子林,常钰卿,杨梅丽,高毅丰基于特征分区的陕北黄土高原植被覆盖变化及其驱动因素生态学报,():,():基于特征分区的陕北黄土高原植被覆盖变化及其驱动因素韩 磊,曹鑫鑫,朱会利,陈 芮,赵永华,刘 钊,赵子林,常钰卿,杨梅丽,高毅丰 长安大学土地工程学院,西安 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室,西安 陕西省土地整治重点实验室,西安 长安大学地球科学与资
2、源学院,西安 长安大学地质工程与测绘学院,西安 摘要:陕北黄土高原是退耕还林(草)工程的重要实施区域,深入分析退耕以来不同时段的植被覆盖变化和驱动因素特征,对推进区域生态环境建设具有重要指导意义。基于 年中分辨率成像光谱仪()获取的归一化植被指数()数据,在地理分区的基础上,根据气候和植被覆盖类型等自然地理要素对陕北黄土高原进行特征区域划分,采用趋势分析、相关分析和残差分析等方法,研究全域及各分区在两轮退耕还林(草)工程实施期间(年、年)植被覆盖的时空变化及其驱动因素,探究不同时期植被变化及驱动因素的差异性。结果表明:()年,各分区年均 值为土石丘陵林区(区)黄土塬区(区)黄土梁状丘陵区(区)
3、黄土峁状丘陵区(区)盖沙黄土丘陵区(区)黄土宽谷丘陵区(区)风沙丘陵区(区),均呈增加趋势。()年间,研究区植被显著改善面积占比约为。在第二轮工程实施期间,研究区植被改善速度较第一轮降低(、),、区部分植被发生退化。()陕北地区植被变化是气候和人类活动共同作用的结果。人类活动是引起研究区植被变化的主导因素,但气候因素在植被变化中的影响程度逐渐加深。气候因素在第二轮工程实施期间对各分区植被变化的贡献率较第一轮增大。()在长时间尺度上,植被的生长和分布受水分等自然条件的制约。因此,在进行植被恢复时,要充分考虑自然环境条件,以达到区域生态恢复的可持续性。关键词:植被覆盖;特征分区;驱动因素;陕北黄土
4、高原 ,:(),()(),(,),:(),():()()()()()()()(),(),(),:;植被是生态系统的主体和存在基础。在全球气候变化的背景下,陆地地表植被覆盖变化会对区域生态平衡和局地气候变化产生直接或间接的影响,是全球气候变化的指示器。陕北黄土高原地表疏松、沟多坡陡、地形起伏破碎、降雨多以暴雨形式出现,受该区域特有的地理因素和人为因素的影响,生态环境状况严峻,植被建设是黄土高原生态恢复的重要举措。年以来已在该区域开展了两轮退耕还林(草)工程,工程部署面积与力度均超过高原平均水平。退耕还林(草)工程的实施显著增加了陕北黄土高原植被覆盖面积,有效改善了当地生态环境。但由于近年来气候变
5、化明显、人为扰动频繁,导致该地区植被仍波动显著,进而影响生态系统的稳定性。因此,深入探讨陕北地区植被变化特征和驱动因素,对陕北乃至黄土高原地区植被恢复和生态环境修复具有重要意义。植被覆盖变化一直是生态脆弱区地表景观研究的热点。已有学者从全区或植被分区尺度出发,围绕黄土高原植被覆盖变化及驱动因素展开了大量研究。目前普遍认为植被覆盖变化是气候变化与人类活动共同作用的结果,植被生长在区域大尺度上主要受气候变化的影响,人类活动对植被的影响主要体现在区域小尺度。陕北黄土高原植被分布因自然条件的不同产生空间差异。从现有研究来看,对于植被覆 期 韩磊 等:基于特征分区的陕北黄土高原植被覆盖变化及其驱动因素:
6、盖变化特征,学者们多集中于行政界线,、植被分区,等尺度的研究,但对于地理分区和地表覆盖尺度下的植被变化涉及较少,忽视了自然地理要素与植被气候人类活动之间的关系。此外,因已有的生态环境和经济社会环境的不同,两轮工程实施的重点及措施有很大的差异。而在当前的研究中,大多局限于对比分析退耕还林(草)工程实施前后黄土高原的植被变化,对两轮工程实施期间植被变化和驱动力因素差异性的研究较少。通过对比分析两轮工程实施期间植被变化和驱动力因素差异性,不仅可以探讨两轮工程实施期间陕北黄土高原自然环境的反馈和正负效应,深入认识该区生态环境演变,还能为以后退耕还林(草)工程的实施提供有效的基础数据,促进植被恢复政策更
7、加科学和完善。因此,本文基于 年中分辨率成像光谱仪()获取的归一化植被指数()数据,根据地形、降水等自然条件进行特征分区,利用趋势分析和残差分析等方法,探讨两轮工程实施期间全区及各分区 的时空变化及其与气候和人类活动的响应关系。研究区概况陕北地区位于黄土高原腹地(,),包括榆林、延安 个地级市,年均气温,年降水量从南至北,海拔高度约,地势西北高东南低(图)。气候上处于暖温带大陆性季风半湿润性气候向温带半干旱气候过渡带。研究区境内沟壑纵横,地形复杂,降水和气温空间分布差异明显,植被类型多样。因植被、地形、土壤等自然原因以及过度放牧、滥砍滥伐等人为原因,导致陕北黄土高原产生水土流失、土地沙漠化等生
8、态问题,使得该地区成为世界上生态环境退化最严重的地区之一。图 陕北黄土高原地形图 数据来源及研究方法 数据来源 植被遥感数据归一化植被指数()是目前最为常用的表征地表植被生长特征的指标,在一定程度上可以客观反映植被覆盖状况。本文所使用的是 数据,来源于美国国家航天局网站,空间分辨率为,时间分辨率为,时间范围为 年 月 年 月。为有效去除云、大气和太阳高度角等产生的影响,采用最大值合成法获取 年年最大 数据(年)。生 态 学 报 卷:气象及土壤水分数据降水及气温数据来自国家青藏高原科学数据中心(:),空间分辨率为。日照时数数据来自中国气象科学数据共享服务网(:),包括研究区及其周边地区 个气象站
9、 年的逐日气象数据,通过插值获得其空间分布。地表土壤水分()和根区土壤水分()均采用()版本数据,空间分辨率为。为使其与 分辨率一致,采用 重采样方式将气象及土壤水分数据分辨率采样为。分区数据地理分区数据来源于国家科技基础条件平台国家地球系统科学数据中心黄土高原分中心(:)。基于地形地貌,将陕北黄土高原区划分为风沙丘陵、盖沙黄土丘陵、黄土峁状丘陵、黄土梁状丘陵、黄土宽谷丘陵、土石丘陵和黄土塬 大类。土地利用 覆被数据来源于中国科学院资源环境数据中心,空间分辨率为。数字高程模型()数据来源于地理空间数据云(:)的星载热反射和反射辐射仪全球数字高程模型数据产品()数据产品,空间分辨率为。为使其与
10、分辨率一致,故采用 重采样方式将其分辨率采样为。利用 对黄土高原地理分区、土地利用及地形图进行投影转换,提取研究区域。基于七大地理分区,遵循区域划分原则,依据降水、植被类型及年均植被指数的区域性特征及差异,在 中对其进行合并,划分特征区域。研究方法 线性趋势分析使用最小二乘法计算年 及气候因子的变化趋势,斜率()为年际变化趋势率。()()()式中,为时间变量,取值范围为 到 的整数;为;为第 年变量 的值。对变化趋势采用 检验判断其显著性。相关分析相关系数()的计算如下:()()()()()式中,、为两个要素样本的第 个值;、为两个要素样本的平均值;为 与 之间的相关系数。残差分析本文以年 为
11、自变量、同期气候因子为因变量建立回归模型,计算出 真实值和预测值()之间的差值,即 残差(),用来表示人类活动对于 的影响。预测值()表示气候因素对于 的影响。()()式中,、为常数;为年降水量,单位为;为年均气温,单位为。和 的线性趋势率分别表示气候变化和人类活动对 变化的贡献。正值表示促进 增加,反之为抑制。参考相关研究成果,将 和 变化趋势率划分为 个等级:明显抑制、中度抑制、轻微抑制、基本无影响、轻微促进、中度促进和明显促进(表)。期 韩磊 等:基于特征分区的陕北黄土高原植被覆盖变化及其驱动因素:表 气候变化和人类活动对 的影响分级()趋势()()影响程度 趋势()()影响程度 明显抑
12、制轻微促进 中度抑制中度促进轻微抑制明显促进基本无影响 :归一化植被指数 ;趋势()表示在气候变化影响下的 的变化趋势()或人类活动影响下的 的变化趋势()图 多年平均年最大 空间分布 :归一化植被指数 ;年:年 最大 归一化 植被指 数 研究结果与分析 空间分布状况基于陕北地区年最大 影像数据,计算 年的年,并进行 等分分级处理,获得植被覆盖分级图(图)。由图 可知,年陕北黄土高原植被覆盖总体上呈现出南高北低的空间分布格局。植被覆盖高()的区域主要位于延安市的富县、黄龙县和黄陵县,土地覆被类型为林地,植被生长密集。中高度植被覆盖区()主要分布于子午岭和黄龙山之间的北洛河流域,土地覆被类型主要
13、为有林草地。中度植被覆盖区土地利用类型为坡耕地和草地,主要分布于榆林市东部及南部地区。中低度植被覆盖区()主要位于长城以北的风沙区,土地覆被类型为以草地和灌木为主。低度植被覆盖区()主要分布于榆林市西北部毛乌素沙地,降水稀少,植被稀疏。和气候因素的变化趋势及相互关系由图 所示,陕北地区年 减少幅度为,增加幅度为 ,年均增长率为 ,整体上呈明显改善趋势。其中,极显著增加区域()所占面积比为,显著增加区域()面积比为(图)。研究区大部分区域年降水量和年均气温均无显著性变化。降水呈增加趋势的区域主要分布在榆林市的神木、佳县、榆阳等地,占整个陕北地区的,增加幅度在 之间。年均气温呈增加趋势的区域零散分
14、布在榆林市东北部及西部地区,占整个研究区的,增加幅度为 。年均日照时数呈减少趋势的区域面积占比为,主要分布于延安市南部;增加区域面积占比为,主要分布于榆林市东北部。在全区范围内对植被年最大 和各气候因素做相关分析可知,年 与年降水量的相关系数为,与年均气温、日照时数的相关系数分别为、,相关性均不显著。这与刘静、张含玉等的研究结果相符,。受生态工程的影响,研究区大部分植被为人工植被,植被覆盖度的变化很大程度受植被种植密度、生长年限及生物种的影响,人类植被恢复活动会掩盖气候变化和植被之间的作用。此外,因自然环境条件不同,研究区植被类型在空间分布上存在很大差异性。研究表明,气候对不同植被类型产生不同
15、的影响。因此,在全区范围内研究气候与植被之间的关系不仅会忽视植被类型对气候变化的响应差异,而且掩盖了植被气候人类活动之间的关系。生 态 学 报 卷:图 年陕北黄土高原 及气候因子变化趋势 各分区 动态变化 特征分区 陕北黄土高原地貌类型多样、地面起伏较大,降水分布不平衡,自然地理条件复杂,空间组合变化明显,这样的地域差异决定了植被类型多样。不同环境也决定了不同的退耕还林模式。基于中国科学院水利部水土保持研究所提出的地理分区,陕北黄土高原可划分风沙丘陵、盖沙黄土丘陵、黄土峁状丘陵、黄土梁状丘陵、黄土宽谷丘陵、土石丘陵和黄土塬 大区域。结合陕北黄土高原土地覆盖与年均 数据,可以发现陕北地区整体上呈
16、现由西北到东南从裸地景观,到荒漠草地景观、草地景观,再到森林景观的分布格局,植被覆盖逐渐增大。降水也呈现出由西北到东南逐渐增大的分布格局。通过综合分析发现,位于延长县的黄土塬区与黄土梁状地区的植被覆盖类型、植被覆盖度及年降水量等气候条件较为接近,而与位于黄陵、洛川和富县的黄土塬区的植被生长状态及气候条件差异性较大,因此将位于延长县的黄土塬区归入到黄土梁状丘陵区。其他地理分区则呈现出与研究区地形特点、植被变化、气候特征等相适应的格局分布。陕北黄土高原特征分区布局如图 所示。由表 可知,风沙丘陵区(区)位于长城以北毛乌素沙漠南缘地区,地势平坦,年降水量小于,日照时数大,气候条件恶劣,植被覆盖度最低
17、,主要土地利用类型为沙地。盖沙黄土丘陵区(区)介于风沙丘和黄土峁之间,地势起伏较小,土地利用类型以草地与旱地为主。黄土宽谷丘陵区(区)气温高于区和区,年降水量低于区,地面平均高程最大,地形起伏较大,土地利用类型以草地为主,植被覆盖度较低。黄土峁状丘陵区(区)境内有窟野河、无定河穿过,土地利用类型以旱地为主,气候条件较差,地势起伏较大。黄土梁状丘陵区(区)主要土地利用类型为中覆盖度草地与旱地,气候条件一般,地势起伏最大,中部有延河穿过。土石丘陵林区(区)年降水量大于,土地覆被类型为针阔叶混交林,植被覆盖度最高,是人工 期 韩磊 等:基于特征分区的陕北黄土高原植被覆盖变化及其驱动因素:图 变化趋势
18、显著性等级及其比例 表 陕北黄土高原各分区的自然特征 分区主要土地利用类型 年均 地形起伏度 年均降水量 年均气温 年均日照时数 风沙丘陵区 沙地盖沙黄土丘陵区 旱地、低覆盖度草地黄土宽谷丘陵 低覆盖度草地中覆盖度草地黄土峁状丘陵 旱地黄土梁状丘陵 旱地、中覆盖度草地土石丘陵林区 林地黄土塬 林地生 态 学 报 卷:图 陕北黄土高原特征分区示意图 林地潜力区。黄土塬区(区)位于黄龙山和子午岭之间,中间有北洛河穿过,气候条件一般,土地覆被类型为有林草地。结合图 和表 可知,陕北地区由北向南降水和气温依次升高,植被覆盖也依次增大;地形起伏大的地区植被覆盖大。因此,地形地貌和水热条件从宏观上决定了陕
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 特征 分区 陕北 黄土高原 植被 覆盖 变化 及其 驱动 因素
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。