1986—2020年陜西省植被覆蓋時空變化特征分析

李楊 呼海濤 趙德懷 周明芳

摘 要 以1986—2020年陜西省植被為研究對象，基于Landsat系列數據（Landsat5/7/8）和MODIS數據，采用一元線性回歸趨勢分析等方法，分析1986—2020年陜西省植被覆蓋時空變化特征。結果表明：1986—2020年陜西省植被覆蓋度年增長率為0.29%；1986—1999年陜南地區植被覆蓋度增長最快，年增長率為0.318%，2000—2020年陜北地區植被覆蓋度增長最快，年增長率為0.63%；

1986—1999年，陜西省植被覆蓋度總體呈現上下波動趨勢，其中植被覆蓋度顯著增加的區域占比20.56%；2000—2010年，陜西省植被覆蓋度呈現急劇增加趨勢，植被覆蓋度顯著增加的區域占比45.31%；2011—2020年，陜西省植被覆蓋度呈現平穩增加趨勢，植被覆蓋度顯著增加的區域占比23.48%。

關鍵詞 植被覆蓋度；時空變化；陜西省

中圖分類號：S794.4 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.06.028

植被對地球生態系統之間的物質循環和能量傳遞影響巨大，植被類型和數量變化間接導致生態系統在水土保持、碳循環等方面的平衡波動，監測植被的變化情況對于揭示生態環境變化、評價區域生態質量具有重要的意義[1-3]。植被覆蓋度（Fractional Vegetation Coverage，FVC）是指植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統計區總面積的百分比，是反映植被茂密程度和植物進行光合作用面積大小的重要指數，也是評價生態環境質量的重要依據[4-6]。近年來，遙感技術廣泛應用于地表植被分布狀況、植被覆蓋度變化及植被固碳能力的研究中，是大面積、長時間、實時準確監測植被變化的重要手段之一[7]。

陜西省40%的土地位于黃土高原，水土流失嚴重。近40年來，陜西省前后啟動三北防護林、退耕還林等一系列水土保持生態建設，使得陜西省植被覆蓋狀況總體呈現改善趨勢[8]。然而，雖然重點生態建設工程在涵養水源、水土保持、改善小氣候等方面發揮著重要作用，但也面臨著局部植被衰退、造林存活率低、生長緩慢等諸多問題。雖然目前已有學者利用遙感技術對陜西省植被覆蓋狀況進行分析研究，但研究重點聚焦于省級植被覆蓋的時空變化特征，時間跨度不大，僅限于對小尺度時空范圍內植被覆蓋變化的分析，關于基于大尺度時空范圍對陜西省植被覆蓋變化進行分析的研究還相對較少。因此，本文開展1986—2020年陜西省植被覆蓋遙感動態變化監測，分析陜西省植被覆蓋度時空變化規律，以期為科學評估區域生態建設成效提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

陜西省位于內陸腹地，地理位置105°29′～

111°15′E，31°42′～39°35′N，呈南北凸起、中間凹平的地勢特征，總面積210 000 km2[9]。陜北、關中、陜南三大區域土地利用類型存在差異，陜北地區以耕地、荒漠和草地為主，關中地區以耕地、林地為主，而陜南地區則以林地為主。

1.2 數據來源與處理

本文采用長時間序列的多源衛星遙感數據，基于遙感大數據分析方法，在計算獲得年度最大合成植被指數的基礎上采用像元二分模型構建1986—2020年陜西省植被覆蓋時間序列數據。歸一化植被指數（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）來自美國國家航空航天局（NASA）對地觀測系統數據（https：//modis.gsfc.nasa.gov/data/）共享平臺，主要包括Landsat系列數據（Landsat5/7/8）和MODIS數據。在生成系列數據的基礎上，利用遙感數據處理、地理信息空間統計和數據分析方法，分析陜西省植被覆蓋變化，解釋植被覆蓋變化區域分異規律。

1.3 方法

1.3.1 植被覆蓋度

基于像元二分模型對研究區域植被覆蓋度（FVC）進行計算，采用的數據主要包括Landsat系列數據（Landsat5/7/8）和MODIS數據[10]。FVC計算公式為

（1）

式中：INDV為植被指數；INDVs為純裸土像元的植被指數；INDVv為純植被像元或高植被覆蓋度區域的植被指數。根據像元二分模型的定義，INDVs和INDVv采用研究區域植被指數統計結果5%和95%處的值，低于純裸土像元值的用INDVs替代，高于純植被像元值的用INDVv替代。

將陜西省植被覆蓋度分為5個等級，即低植被覆蓋（FVC≤10%）、中低植被覆蓋（10%＜FVC≤30%）、中植被覆蓋（30%＜FVC≤50%）、中高植被覆蓋（50%＜FVC≤70%）和高植被覆蓋（FVC＞70%）5類。

1.3.2 一元線性回歸趨勢分析法

利用一元線性回歸趨勢分析法，用最小二乘法逐像元擬合研究區域年均INDV的斜率，基于像元尺度分析陜西省1986—2020年植被覆蓋度的空間變化趨勢[11]。其公式為

y=ax+b（2）

（3）

式（2）（3）中：x代表年份，從1986為起始年開始，i值分別為1，2，…，35；n代表從1986—2020年的總年份，xi表示時間段內的第i年，yi表示第i年的均值INDV；x是xi的平均值；y為區域逐年INDV均值；y為全時段INDV總均值；b為常數，a為增加或減少的速率，a＞0表明該時間段內區域植被呈增加趨勢，

a＜0表明該時間段內區域植被呈下降趨勢，a=0表明該時間段內區域植被沒有變化。

2 結果與分析

2.1 陜西省植被覆蓋時間變化特征

以年為尺度，統計分析1986—2020年陜西省植被覆蓋度變化情況（見圖1）?？芍?986—2020年陜西省植被覆蓋度為38%～67%，總體呈現改善趨勢，年增長率為0.29%，2020年是陜西省植被覆蓋度峰值。2000年是陜西省植被覆蓋度增長趨勢分界線，1986—1999年陜西省植被覆蓋度呈上下波動變化趨勢，2000—2020年陜西省植被覆蓋度總體上呈急劇增長趨勢。

2.2 陜北、關中、陜南地區植被覆蓋時間變化特征

以年為尺度，統計分析1986—2020年陜北、關中、陜南地區植被覆蓋度變化情況（見圖2、圖3）。1986—1999年陜北地區植被覆蓋度呈穩定增長狀態，年增長率為0.227%；關中地區植被覆蓋度變化趨勢波動明顯，1991年植被覆蓋度開始明顯下降，1997年植被覆蓋度緩慢增加，年增長率為0.118%；陜南地區植被覆蓋度呈穩定增長趨勢，年增長率為0.318%。

由圖3可知，2000—2020年陜北、關中、陜南地區植被覆蓋度總體呈上升趨勢，但增長速率不同。陜北地區以2009年為節點，2009年之前植被覆蓋度增長較快，2009年之后有所波動，但基本呈上升趨勢；關中地區植被覆蓋度波動相對較大，2007年之前呈快速增長趨勢，年增長率為0.45%，2007年之后植被覆蓋度以年均0.18%的速率下降；陜南地區植被覆蓋度基本呈現穩定增長趨勢?？傮w上，2000—2020年陜北地區植被覆蓋度增長最快，年增長率為0.63%。

2.3 陜西省植被覆蓋空間變化特征

1986—1999年，陜西省植被覆蓋度總體呈現上下波動趨勢，其中植被覆蓋度顯著增加的區域占比20.56%，主要分布在安康市、商洛市和渭南市等地；植被覆蓋度輕度增加的區域則在陜西省廣泛分布；植被覆蓋度減少的區域占比48.93%，植被覆蓋度顯著減少的區域占比16.32%，主要分布在西安市、寶雞市及延安市南部。

2000—2010年，陜西省植被覆蓋度呈現急劇增加趨勢，植被覆蓋度顯著增加的區域占比45.31%，以延川縣、延長縣、吳堡縣及清澗縣為代表，這些地區都是退耕還林等生態修復的重點區域。

2011—2020年，陜西省植被覆蓋度呈現平穩增加趨勢，植被覆蓋度顯著增加的區域占比23.48%，以安塞區和府谷縣為代表。但關中和陜南地區部分城市植被呈現明顯的退化趨勢，其中以興平市植被覆蓋度下降最快。

3 結論與討論

總體上，1986—2020年陜西省植被覆蓋度年增長率為0.29%。1986—1999年陜南地區植被覆蓋度增長最快，年增長率為0.318%，2000—2020年陜北地區植被覆蓋度增長最快，年增長率為0.63%。1986—1999年，陜西省植被覆蓋度增加的區域占比為50.07%，顯著增加的區域占比為20.56%；2000—2010年，陜西省植被呈現急劇改善的趨勢，其中延安市植被覆蓋度增長最快；2011—2020年，陜西省植被呈現平穩改善的趨勢，但部分區域有明顯退化趨勢，其中以興平市植被覆蓋度下降最快。

截至2018年，陜西省累積退耕還林面積

2 689 000 hm2，其中退耕地還林面積1 241 000 hm2，封山育林面積160 000 hm2，生態環境顯著改善。從植被覆蓋度均值來看，陜南地區＞關中地區＞陜北地區，但陜北地區植被覆蓋度增長最快。原因可能是陜南地區位于亞熱帶濕潤氣候區，年均降水量700～1 200 mm，

水熱條件充足，受人類活動影響較小，有利于植被生長；關中地區耕地分布廣泛，受農作物生長和城市不斷擴張的影響很大；陜北地區近年來受人為退耕還林、防風固沙、封山育林等生態工程影響，植被覆蓋度呈顯著上升趨勢。因此，政府未來要重視陜西省空間的合理規劃，因地制宜建設生態工程。

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（責任編輯：劉寧寧）