“胡煥庸線”兩側(cè)植被覆蓋度地域分異的時(shí)空特征分析

摘 要： 探究“胡煥庸線”兩側(cè)植被覆蓋度的地域分異對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)與自然資源的可持續(xù)管理具有重要意義。本研究根據(jù)MODIS-NDVI 遙感數(shù)據(jù)及相關(guān)研究資料，運(yùn)用像元二分法量化了2000 至2020 年間植被覆蓋的變化情況，并結(jié)合斜率分析、空間自相關(guān)分析、轉(zhuǎn)移矩陣及相關(guān)分析法，系統(tǒng)分析了“胡煥庸線”東西兩側(cè)植被覆蓋度的動(dòng)態(tài)及降水對(duì)其的潛在影響。研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)植被覆蓋度在“胡煥庸線”兩側(cè)展現(xiàn)出顯著的空間異質(zhì)性，西部地區(qū)普遍低于東部；冷點(diǎn)主要分布于線西，熱點(diǎn)主要分布于線東。盡管過(guò)去21 年間全國(guó)植被覆蓋度經(jīng)歷了局部年度波動(dòng)，但從整體趨勢(shì)看呈上升態(tài)勢(shì)，約有45%的地區(qū)植被覆蓋水平實(shí)現(xiàn)了由低向高的轉(zhuǎn)變。具體而言，“胡煥庸線”以西區(qū)域的年均植被覆蓋度增長(zhǎng)率約為0.003 5/a，而線東地區(qū)則達(dá)到0.005 9/a，且在各自區(qū)域內(nèi)，植被顯著增長(zhǎng)的區(qū)域占比分別為53.22%和59.81%。此外，年降水量與年際間植被覆蓋度的相關(guān)性在“胡煥庸線”兩側(cè)表現(xiàn)出空間上的差異化特征，即東部地區(qū)呈負(fù)相關(guān)，而西部則為正相關(guān)。綜上所述，以“胡煥庸線”為界，中國(guó)的植被覆蓋度在時(shí)間和空間上的分布特征凸顯了其獨(dú)特的地域分異性。本研究為理解我國(guó)植被生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 胡煥庸線；植被覆蓋度；地域分異；時(shí)空特征分析

中圖法分類號(hào)： TP79；X87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1000-2324（2024）03-0335-12

“胡煥庸線”又稱璦琿—騰沖線，是一條著名的地理特征線，反映我國(guó)東西部人口發(fā)展的空間格局，常被歸結(jié)為生態(tài)承載力在中國(guó)空間地理上所呈現(xiàn)的差異，其東南區(qū)域以平原丘陵為主，西北區(qū)域?yàn)楦咴蛘呋哪?］。不少學(xué)者圍繞“胡煥庸線”開(kāi)展了人口分布格局等研究［2， 3］，或者分析東西部城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡趨勢(shì)［4］。近年來(lái)，也有關(guān)于土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)研究［5］。基于中國(guó)變綠的大背景，探討“胡煥庸線”下的植被覆蓋度時(shí)空異質(zhì)性，將為研究東西部生態(tài)和城市發(fā)展提供參考。

植被覆蓋度（Fractional Vegetation Coverage，F(xiàn)VC）通常是指所有植被的葉、莖、枝在地面垂直投影面積占區(qū)域面積的百分比。它是反映地表植被覆蓋狀況和生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)，已被頻繁用于地表植被動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)分析及生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)等研究［6］。目前常用歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index， NDVI）計(jì)算植被覆蓋度。

對(duì)于植被覆蓋度，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在不同時(shí)空尺度上開(kāi)展了研究，已取得豐碩成果。趙舒怡等［7］基于NDVI分析了華北地區(qū)干旱指數(shù)和植被指數(shù)的關(guān)系，其結(jié)論是華北的植被覆蓋度和氣候呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。阿多等［8］利用基于1981～2013 年的NDVI 數(shù)據(jù)分析了華北平原氣候因子和植被覆蓋的關(guān)系，討論了華北平原干熱化的氣候?qū)χ脖桓采w度增長(zhǎng)的抑制作用。劉鴻雁［9］基于2000～2017 年MODIS 數(shù)據(jù)分析了“胡煥庸線”和中國(guó)變綠的情況，指出西北地區(qū)植被生長(zhǎng)及森林?jǐn)U展增加緩慢的原因，即干旱區(qū)的擴(kuò)大，盲目地植樹(shù)造林并不能改變胡煥庸線的分布格局，基于此給出了一些關(guān)于生態(tài)工程建設(shè)的見(jiàn)解。穆少杰等［10］基于MODIS-NDVI 數(shù)據(jù)反演了內(nèi)蒙古2001～2010 年植被覆蓋度的空間格局和變化規(guī)律，從中分析可推測(cè)，人類活動(dòng)的影響使得內(nèi)蒙古植被覆蓋度對(duì)氣候因子的相關(guān)性變低，這也從側(cè)面說(shuō)明，國(guó)家在西北和其他低植被覆蓋區(qū)域所進(jìn)行的干預(yù)使得氣候等其他因子影響相對(duì)減弱。

郭昆明等［11］利用NDVI 數(shù)據(jù)研究了河西地區(qū)2000～2016 年植被覆蓋時(shí)空變化，并探討其對(duì)氣候的響應(yīng)；文章指出河西地區(qū)植被覆蓋的改善主要在河西走廊中南部及中部地區(qū)，這種分布格局主要來(lái)自于降水因素的限制，這揭示了河西地區(qū)植被變綠改善的方向。閆敏等［12］通過(guò)分析2000～2013 年兩期的Landsat5 遙感影像，對(duì)根河森林保護(hù)區(qū)覆蓋進(jìn)行了估算和分析，作者以小見(jiàn)大，從根河森林保護(hù)區(qū)的植被變化情況十多年來(lái)未有明顯的提升出發(fā)，為東北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)提供科學(xué)分析依據(jù)。Chen 等［13］利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究分析二十年間中國(guó)和印度主導(dǎo)的全球變綠，其中依據(jù)葉面積凈增長(zhǎng)比例分析指出，中國(guó)森林變綠貢獻(xiàn)達(dá)到了42%，而印度的森林貢獻(xiàn)才占到葉面積凈增長(zhǎng)的4%，對(duì)比同時(shí)期下中國(guó)的生態(tài)環(huán)保工程，不難發(fā)現(xiàn)其中的緣由，即人類活動(dòng)在植被變綠中所發(fā)揮的作用。Piao 等［14］系統(tǒng)梳理了全球植被變綠的證據(jù)、驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其對(duì)氣候系統(tǒng)的作用，指出變綠趨勢(shì)在北方高緯地區(qū)以及農(nóng)田和植樹(shù)造林區(qū)尤為醒目，這也啟示我們不同的研究區(qū)域變綠主導(dǎo)因子也不盡相同，如降水主導(dǎo)、CO2施肥效應(yīng)，甚至存在復(fù)雜的雙向耦合規(guī)律。以上研究詳盡的闡述了各地理區(qū)劃的植被時(shí)空分布并分析其影響因子，甚至還給出了生態(tài)建設(shè)的建議，但大都基于某省份或者如華北地區(qū)和華中地區(qū)等地理區(qū)劃進(jìn)行研究，而以某些地理特征線研究中國(guó)的變綠情況則更少。有學(xué)者也對(duì)秦嶺-淮河線附近的南北植被動(dòng)態(tài)變化空間格局和趨勢(shì)進(jìn)行過(guò)分析，指出雖然植被覆蓋度整體呈現(xiàn)了增加趨勢(shì)，但是秦嶺-淮河線南北增幅存在空間差異［15］。這也啟示我們探討其他的地理分界線附近或者兩側(cè)是否也存在相似的時(shí)空差異。“胡煥庸線”是一條包含了人口、400 mm等降水量線、GDP 等多重性質(zhì)的地理分界線，以“胡煥庸線”研究整個(gè)中國(guó)區(qū)域的植被覆蓋度并進(jìn)行時(shí)空分析具有重要意義。

因此，本文基于MODIS-NDVI 數(shù)據(jù)，利用像元二分模型估算全國(guó)2000 年至2020 年間的植被覆蓋度，探討“胡煥庸線”下的中國(guó)植被覆蓋度時(shí)空異質(zhì)性的特點(diǎn)，并分析了降水對(duì)植被覆蓋度的影響，為科學(xué)的評(píng)價(jià)植被覆蓋度變化情況提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

中國(guó)地處亞洲東部，太平洋西海岸，領(lǐng)土遼闊，陸地總面積約960 萬(wàn) km2。中國(guó)劃分為北方地區(qū)、西北地區(qū)、南方地區(qū)、青藏地區(qū)四大區(qū)域。其中“胡煥庸線”以西包括了大部分西北地區(qū)、青藏地區(qū)，其以東主要是北方地區(qū)和南方地區(qū)。中國(guó)地勢(shì)西高東低，呈現(xiàn)階梯狀分布，地形復(fù)雜，包含了高原、盆地、山地、丘陵等。中國(guó)境內(nèi)有七大水系，從南到北依次為珠江水系、長(zhǎng)江水系、淮河水系、黃河水系、海河水系、遼河水系、松花江水系［16］。氣候類型方面季風(fēng)氣候顯著，西北以溫帶大陸性氣候?yàn)橹鳎瑬|南以溫帶和亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎邓傏厔?shì)是東南多，西北少，夏季普遍高溫，冬季南北溫差較大。中國(guó)北方寒溫帶區(qū)域以林地為主，有少許耕地和草地；暖溫帶區(qū)域以耕地為主，有少許林地和草地；南方亞熱帶和熱帶區(qū)域除成都平原耕地面積較大之外，區(qū)域以林地和耕地混交為主；西北溫帶草原區(qū)域以草地為主，有部分裸地和林地，而西北荒漠區(qū)則以大面積沙漠為主；青藏高寒區(qū)以草地為主，有部分裸地和耕地［17］。