潘 穎， 林 杰①， 佟光臣， 唐 鵬， 張金池， 顧哲衍

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院/ 江蘇省南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心/ 江蘇省水土保持與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 210037； 2.浙江省寧?？h水利局， 浙江 寧海 315600； 3.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225127)

太湖流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)達(dá),人口聚集,城市化水平高,城市化率高達(dá)52.9%,不合理的土地利用和開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目多,導(dǎo)致流域植被覆蓋發(fā)生變化。植被覆蓋度是刻畫地表植被覆蓋的重要參數(shù),是指示生態(tài)環(huán)境變化的基本指標(biāo),在大氣圈、生物圈和水圈中占有重要地位。在生態(tài)氣候模型、水文生態(tài)模型和土壤侵蝕預(yù)測模型中,植被覆蓋度均是基本的輸入?yún)?shù)。因此,區(qū)域尺度植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)變化對植被及相關(guān)領(lǐng)域研究具有十分重要的意義。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,長時(shí)間序列、大范圍、高精度的遙感數(shù)據(jù)成為研究植被動(dòng)態(tài)變化的有力工具,其中歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index,NDVI)已被廣泛用于表征地表植被覆蓋。

目前,已有不少研究利用遙感數(shù)據(jù)分析區(qū)域植被覆蓋時(shí)空變化。袁麗華等[1]基于2000—2010年250 m空間分辨率的MOD13Q1數(shù)據(jù),分析發(fā)現(xiàn)11 a來黃河流域植被覆蓋改善區(qū)域遠(yuǎn)大于退化區(qū)域,且未來持續(xù)改善區(qū)域面積占植被覆蓋區(qū)域總面積的53.7%,研究結(jié)果能有效反映黃河流域植被覆蓋的實(shí)際狀況,有助于促進(jìn)區(qū)域環(huán)境保護(hù)。郭敏杰等[2]采用8 km空間分辨率的GIMMS NDVI數(shù)據(jù)研究黃土高原1982—2006年植被覆蓋時(shí)空變化特征及對氣候的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)25 a來該地區(qū)植被覆蓋呈增加趨勢,且植被生長對降水因子的響應(yīng)更敏感,研究結(jié)果為區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善提供參考。劉憲鋒等[3]利用2000—2014年250 m空間分辨率的MODIS-NDVI數(shù)據(jù),分析秦巴山區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征、未來趨勢及驅(qū)動(dòng)因素,發(fā)現(xiàn)近15 a來秦巴山區(qū)植被覆蓋呈顯著增加趨勢且降水是主要影響因子,研究結(jié)果對促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的作用。楊艷麗等[4]基于2000—2013年1 km空間分辨率的SPOT VGT/NDVI數(shù)據(jù),分析海河流域植被覆蓋時(shí)空分布狀況、變化特點(diǎn)和趨勢及可持續(xù)性特征,發(fā)現(xiàn)近14 a該流域NDVI值呈顯著上升趨勢且持續(xù)改善區(qū)域面積占流域面積的89.11%,研究結(jié)果對流域未來生態(tài)建設(shè)有一定的借鑒意義。

綜上,目前對區(qū)域植被覆蓋的研究主要是分析植被覆蓋的時(shí)空特征和主要的氣候影響因子,而對人類影響因素的研究較少。因此,選取對我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義的太湖流域,利用MODIS-NDVI數(shù)據(jù),輔以像元二分模型、變異系數(shù)、一元線性回歸和主成分分析等方法,通過分析太湖流域植被覆蓋時(shí)空變化特征、變化趨勢特征及主要影響因素,有效反映太湖流域植被覆蓋變化狀況,為促進(jìn)太湖流域生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

太湖流域地處長江三角洲核心區(qū)域,位于30°28′～32°15′ N 、119°11′～121°53′ E之間,行政區(qū)劃分屬江蘇、浙江、上海和安徽3省1市。全流域面積為3.69萬km2,約占國土總面積的0.4%。地形以平原為主,其余為丘陵和山地,地勢周邊高中間低。從北向南丘陵山地現(xiàn)存的自然植被組成與類型漸趨復(fù)雜,常綠樹種逐漸增多。北部山區(qū)丘陵為北亞熱帶性植被,主要為落葉與常綠闊葉混交林,宜溧山區(qū)與天目山區(qū)均有中亞熱帶常綠闊葉林分布。氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),具有明顯的季風(fēng)特征。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

NDVI數(shù)據(jù)來源于2004—2014年的MOD13Q1數(shù)據(jù),空間分辨率為250 m×250 m,時(shí)間分辨率為16 d。由于MODIS/NDVI產(chǎn)品經(jīng)過水、云、重氣溶膠等處理,保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量,加上較高的空間分辨率,因此,被廣泛應(yīng)用于區(qū)域植被覆蓋變化研究[5-7]中。對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行水體和農(nóng)田掩膜,在數(shù)據(jù)分析與處理中水體和農(nóng)田均不包括在內(nèi)。

土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)(http:∥www.geodata.cn)提供的2005和2010年的1∶10萬TM影像解譯數(shù)據(jù);氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn)提供的代表太湖流域的溧陽、常州、東山、上海、平湖和杭州6個(gè)站點(diǎn)的降水和平均氣溫的月值數(shù)據(jù)[8],采用反距離權(quán)重插值法(IDW)進(jìn)行插值[9];社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于2004—2013年各地官方統(tǒng)計(jì)年鑒及國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展公報(bào),按市統(tǒng)計(jì),選取代表太湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的上海、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江、嘉興、杭州和湖州8個(gè)城市,從人口、經(jīng)濟(jì)和交通3個(gè)方面選取10個(gè)因子,采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行主成分分析[10]。

2.2 研究方法

2.2.1像元二分模型

采用像元二分模型估算植被覆蓋度,假設(shè)每個(gè)像元的NDVI值由植被和土壤2個(gè)部分組成[7],計(jì)算公式為

(1)

式(1)中,fc為植被覆蓋度;INDV，v為完全植被覆蓋像元的NDVI值;INDV，s為裸土或無植被覆蓋像元的NDVI值。

由于受到光照、大氣條件等的影響,INDV，s值變化范圍一般為-0.1～0.2之間,INDV，v值也受到植被各種因素和變化的影響[7]。在沒有實(shí)測數(shù)據(jù)的情況下,INDV，v和INDV，s分別為圖像給定置信度的置信區(qū)間內(nèi)的最大值和最小值,可以在一定程度上消除圖像噪聲帶來的誤差[11]。根據(jù)NDVI頻率統(tǒng)計(jì)表,這里INDV，v和INDV，s分別取研究區(qū)內(nèi)累計(jì)頻率為99.5%和0.5%的NDVI值。

2.2.2變異系數(shù)和殘差分析

變異系數(shù)能反映數(shù)據(jù)的相對波動(dòng)程度[3],可以消除單位或平均數(shù)不同對多個(gè)資料變異程度比較的影響。采用變異系數(shù)分析植被覆蓋變化的穩(wěn)定性,計(jì)算公式為

(2)

為與變異系數(shù)結(jié)果相互驗(yàn)證,采用殘差分析的方法分析植被覆蓋的變化特征[3],計(jì)算過程如下:(1)殘差指實(shí)際觀測值與回歸估計(jì)值的差,通過回歸方程計(jì)算不同年份植被覆蓋度的殘差值;(2)對不同年份殘差值取絕對值,生成殘差序列并對其進(jìn)行趨勢分析。波動(dòng)趨勢值越接近0,說明該區(qū)域植被覆蓋波動(dòng)越小,反之越大。

2.2.3線性趨勢分析

一元線性回歸分析指在一定時(shí)間內(nèi),采用最小二乘法逐像元擬合年平均植被覆蓋度的斜率,以綜合反映植被覆蓋度的時(shí)空變化特征[12-13],計(jì)算公式為

(3)

式(3)中,S為變化趨勢;fc,i為第i年植被覆蓋度均值;n為研究時(shí)序。S>0時(shí),表明植被覆蓋呈增加趨勢;S<0時(shí),表明植被覆蓋呈下降趨勢。參照已有資料[14-15],根據(jù)S的變化范圍,定義嚴(yán)重退化、輕微退化、基本不變、輕微改善和明顯改善5個(gè)變化區(qū)間,并分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)變化區(qū)間內(nèi)的面積比例和主要分布的城市。

2.2.4相關(guān)分析法

采用相關(guān)分析法分析太湖流域植被覆蓋度與氣候因子之間的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)的絕對值越大,說明植被與氣候因子之間的相關(guān)性越高;反之,相關(guān)性越低。計(jì)算公式為

(4)

3 結(jié)果與分析

3.1 太湖流域植被覆蓋時(shí)空變化特征

3.1.1太湖流域植被覆蓋時(shí)間變化特征

為研究太湖流域植被覆蓋隨時(shí)間變化的特征,選取2004—2014年植被覆蓋度年平均值表示流域每年植被覆蓋的狀況[1],作年際植被覆蓋度變化圖(圖1)。由圖1可知,太湖流域植被覆蓋度年平均值在0.58～0.63之間波動(dòng),呈顯著下降趨勢,下降速率為2.6%·(10 a)-1(P<0.05)。植被覆蓋度均值由2004年的0.606 5下降到2014年的0.594 2,下降2.03%。植被覆蓋度年平均值的最大值和最小值分別出現(xiàn)在2006和2011年,分別為0.624 5和0.583 6。近11 a來,太湖流域植被覆蓋變化分為3個(gè)上升階段和4個(gè)下降階段,其中,2006、2010和2013年植被覆蓋狀況較好,出現(xiàn)波峰,而2007、2009和2011年植被覆蓋狀況較差,出現(xiàn)波谷。

①～③為3個(gè)上升階段,④～⑦為4個(gè)下降階段。

3.1.2太湖流域植被覆蓋空間變化特征

(1)植被覆蓋的空間分布特征

為闡明太湖流域植被覆蓋空間變化特征,根據(jù)2004—2014年年平均植被覆蓋度計(jì)算11 a的平均值，得到植被覆蓋度均值空間分布(圖2)和頻度分布(圖3)。由圖2可知,太湖流域植被覆蓋空間分布呈西南部高、東部低的分布特征,11 a植被覆蓋度平均值為0.617 7。

圖2 太湖流域植被覆蓋度均值空間分布Fig.2 Spatial distribution of the mean values of vegetation coverage in the Taihu Lake Basin

圖3 太湖流域植被覆蓋度頻度分布Fig.3 Frequency distribution of vegetation cover in the Taihu Lake Basin

結(jié)合圖2～3可知,太湖流域植被覆蓋度均值大于0.8的高值區(qū)主要位于西南部,占流域總面積的32.15%,集中分布在湖州市和臨安市。湖州市以低山丘陵地貌為主,森林覆蓋率為48.7%,主要森林植被類型有馬尾松、毛竹林、杉木林、常綠闊葉林和針闊混交林等[18],對當(dāng)?shù)氐闹脖桓采w起到了積極作用;臨安市森林資源豐富,森林覆蓋率高達(dá)76.55%,植被區(qū)屬亞熱帶常綠闊葉林亞區(qū)[19],具有較高的植被覆蓋度。

植被覆蓋度小于0.4的低值區(qū)面積占流域總面積的24.98%,主要位于東部地勢平坦的三角洲平原和北部沿江平原,集中分布在上海、無錫、常州、蘇州、杭州等城市中心,小部分散布在丹陽、溧陽、宜興、常熟等市。這些地區(qū)以城鄉(xiāng)、居民用地等建設(shè)用地為主,因此,植被覆蓋度較低。

(2)植被覆蓋的空間波動(dòng)特征

太湖流域2004—2014年植被覆蓋度變異系數(shù)介于0～1.23之間,表明該流域植被覆蓋變化存在明顯的空間差異性。整體表現(xiàn)為東部地區(qū)變化最劇烈,北部和西部地區(qū)次之,西南部地區(qū)變化最穩(wěn)定(圖4)。具體而言,低值區(qū)主要集中在湖州市和臨安市,該區(qū)域森林資源豐富,森林覆蓋率高,因此,植被覆蓋度高且變化較穩(wěn)定;高值區(qū)主要分布在上海、昆山、蘇州、無錫和常州等市,這些地區(qū)主要為城鄉(xiāng)、工礦和建設(shè)用地,隨著礦山、裸地等地區(qū)植被恢復(fù)工程的實(shí)施,植被變化較為劇烈,覆蓋狀況變好。由圖5可知,殘差分析得到的波動(dòng)趨勢值接近于0的區(qū)域?qū)?yīng)變異系數(shù)低值區(qū),兩者相互驗(yàn)證,說明利用變異系數(shù)分析植被覆蓋變化穩(wěn)定性的結(jié)果具有可靠性[3]。

圖4 2004—2014年太湖流域植被覆蓋變化穩(wěn)定性Fig.4 Stability of the changes in vegetation cover in the Taihu Lake Basin from 2004 to 2014

3.1.3植被覆蓋變化趨勢分析

基于一元線性回歸模型,得到太湖流域植被覆蓋年際變化趨勢空間分布(P<0.05，圖6)。S值范圍為-0.098～0.056,表明太湖流域植被覆蓋變化趨勢存在明顯的空間差異性。由圖6可知,植被覆蓋變化趨勢表現(xiàn)為西南部和東部明顯增加、西北部明顯減少的空間格局。

由表1和圖6可知,太湖流域退化區(qū)域面積占流域面積的40.91%,其中,嚴(yán)重退化區(qū)域面積占35.08%,主要分布在湖州、臨安、宜興、丹陽、鎮(zhèn)江、句容等市;改善區(qū)域面積占45.82%,其中,明顯改善區(qū)域面積占40.00%,主要分布在上海、昆山、蘇州、無錫、常州、杭州等市,小部分分布在嘉興、宜興、江陰等市,分布面積較廣;基本不變區(qū)域面積占13.27%,集中分布在湖州、臨安、宜興、溧陽等市。

圖5 2004—2014年太湖流域植被覆蓋波動(dòng)趨勢Fig.5 Fluctuation trend of the vegetation cover in the Taihu Lake Basin from 2004 to 2014

圖6 2004—2014年太湖流域植被覆蓋度一元線性回歸趨勢分布Fig.6 Linear regression trend map of the vegetation coverage in the Taihu Lake Basin from 2004 to 2014

3.2 太湖流域植被覆蓋變化影響因素

3.2.1植被覆蓋與氣候因子的相關(guān)性

為闡明太湖流域植被覆蓋對氣候因子的響應(yīng)關(guān)系,太湖流域2004—2014年植被覆蓋度年平均值與年降水量和年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)空間分布見圖7～8。

表12004—2014年太湖流域植被覆蓋度一元線性回歸趨勢統(tǒng)計(jì)結(jié)果

Table1StatisticsofthelinearregressiontrendsofthevegetationcoverageintheTaihuLakeBasinfrom2004to2014

斜率變化范圍等級變化比例/%主要的分布城市<-0002嚴(yán)重退化3508湖州、臨安、宜興、丹陽、鎮(zhèn)江、句容>-0002～-0001輕微退化583湖州、臨安、杭州、宜興、溧陽>-0001～0001基本不變1327湖州、臨安、宜興、溧陽>0001～0002輕微改善582上海、湖州、臨安、杭州、溧陽、宜興>0002明顯改善4000上海、昆山、蘇州、無錫、常州、杭州

圖7 2004—2014年太湖流域年降水量與植被覆蓋度均值的相關(guān)系數(shù)Fig.7 Correlation coefficient between annual precipitation and mean vegetation coverage from 2004 to 2014 in the Taihu Lake Basin

如圖7所示,正相關(guān)表示太湖流域植被覆蓋度隨年降水量的增加而增大,主要集中在上海、昆山、蘇州、無錫、常州和杭州等市;負(fù)相關(guān)表示植被覆蓋度隨年降水量的增加而減少,分布范圍較廣,主要分布在湖州、臨安、宜興、丹陽和鎮(zhèn)江等市。由于太湖流域降水充沛,降水過多則會(huì)抑制植被的生長[13]。如圖8所示,正相關(guān)表示植被覆蓋度隨年平均氣溫的升高而增大,分布區(qū)域較廣,主要分布在上海、昆山、蘇州、無錫和常州等市;負(fù)相關(guān)表示植被覆蓋度隨年平均氣溫的升高而減少,集中分布在宜興、湖州、臨安和杭州等市。

如表2所示,2004—2014年太湖流域植被覆蓋度年平均值與年降水量、年平均氣溫分別呈顯著負(fù)相關(guān)和不顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.617和0.540。太湖流域?qū)贊駶櫟膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),降水充沛,植被生長所需水分已經(jīng)相對充足,當(dāng)降水量緩慢增加時(shí),對植被覆蓋度的影響不大;但是過多的降水又會(huì)使云量增加,減少光照,從而降低植被的光合作用,進(jìn)而對植被生長產(chǎn)生不利影響[8]。當(dāng)氣溫在適宜植物生長的范圍內(nèi)時(shí),氣溫升高,植被的生理反應(yīng)和生長發(fā)育加快,反之減慢。

圖8 2004—2014年太湖流域年平均氣溫與植被覆蓋度均值的相關(guān)系數(shù)Fig.8 Correlation coefficient between annual mean temperature and mean vegetation coverage from 2004 to 2014 in the Taihu Lake Basin

表2太湖流域年降水量、年平均氣溫與植被覆蓋度均值的Pearson相關(guān)系數(shù)

Table2Pearsoncorrelationtestofannualmeanprecipitation,annualmeantemperatureandmeanvegetationcoverageintheTaihuLakeBasin

指標(biāo)年降水量年平均氣溫植被覆蓋度均值-0617?0540年降水量-0360

*表示通過置信水平為0.05的顯著性檢驗(yàn)。

3.2.2植被覆蓋與人類影響因素分析

由主成分分析可知,太湖流域植被覆蓋變化的主要人類影響因素是人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。Pearson 相關(guān)分析結(jié)果顯示,植被覆蓋度均值與總?cè)丝跀?shù)、非農(nóng)業(yè)人口比例、GDP、工業(yè)總產(chǎn)值之間的相關(guān)系數(shù)分別為-0.592、-0.634、-0.609和-0.604,均呈負(fù)相關(guān),且與非農(nóng)業(yè)人口比例的相關(guān)性達(dá)顯著水平(P<0.05),即人口增加、經(jīng)濟(jì)增長會(huì)導(dǎo)致植被覆蓋度降低。結(jié)合2期土地利用數(shù)據(jù),2005—2010年太湖流域城鄉(xiāng)、工礦和居民用地及草地面積分別增加2 348.73和29.67 km2,增幅為33.93%和18.73%;而同期林地面積減少41.69 km2,降幅為0.84%。

人口增加和經(jīng)濟(jì)發(fā)展促使城市規(guī)模擴(kuò)大,從而提高城市容納人口的能力[20]。流域內(nèi)主要城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和就業(yè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)第二產(chǎn)業(yè)>第三產(chǎn)業(yè)>第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特征,即工業(yè)是太湖流域的支柱產(chǎn)業(yè)。然而,快速的工業(yè)化和城市化在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得巨大成就的同時(shí),也帶動(dòng)流域內(nèi)土地利用類型的轉(zhuǎn)變[21]。城市擴(kuò)張和各類開發(fā)區(qū)的建立無序占用林地、草地等,使城市周邊的植被遭到破壞,植被退化嚴(yán)重。工業(yè)發(fā)展帶來的各種環(huán)境污染,如大氣污染、水污染和有毒廢料污染等都會(huì)加劇全球氣候變暖,導(dǎo)致極端惡劣天氣出現(xiàn)的頻率增加,植被生長受到嚴(yán)重脅迫,導(dǎo)致植被覆蓋度降低。同時(shí),太湖流域是我國交通運(yùn)輸最繁忙的地區(qū)之一,交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展會(huì)對交通干線周圍區(qū)域植被產(chǎn)生負(fù)面影響[22],導(dǎo)致周圍植被退化嚴(yán)重。

由3.1.3節(jié)可知,植被覆蓋嚴(yán)重退化區(qū)域主要集中在句容、鎮(zhèn)江等市。句容市礦產(chǎn)資源豐富,礦區(qū)不合理的開采和尾礦堆積的廢棄物會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu),使植被遭到嚴(yán)重破壞[23],其中,露天采礦對生態(tài)環(huán)境的破壞尤為明顯。露天采礦中挖損和占壓等工程活動(dòng)會(huì)直接破壞地表植被,干擾原地區(qū)相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)[24],并且露天采礦的棄土?xí)雇寥狼治g加劇,遇到強(qiáng)降雨還可能造成滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。因此,在進(jìn)行城市擴(kuò)建、礦山開采等人類活動(dòng)時(shí),應(yīng)注重保護(hù)周圍生態(tài)環(huán)境,盡量避開森林和大面積灌叢,以減少對森林植被的破壞,同時(shí)應(yīng)對已經(jīng)遭到破壞的土地實(shí)施植被恢復(fù)措施。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

植被覆蓋對氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)是一個(gè)長期、復(fù)雜的過程,目前,已受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[25-30]。植被覆蓋有攔截降雨、降低降雨侵蝕力和控制土壤侵蝕的作用。選取250 m空間分辨率的MOD13Q1數(shù)據(jù),在較大尺度上研究太湖流域近11 a來的植被變化,結(jié)果能從整體上很好地反映研究區(qū)的植被變化狀況。研究發(fā)現(xiàn),近11 a來流域內(nèi)植被整體呈顯著下降趨勢,但近年來,隨著生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施,植被覆蓋呈恢復(fù)勢頭。降水、氣溫等氣候因子對植被生長有重要影響,太湖流域處于濕潤地區(qū),降水充足,過多的降水反而會(huì)抑制植被生長,導(dǎo)致植被覆蓋隨降水的增加而減少。筆者研究也表明,除氣候因素外,人類活動(dòng)也是影響流域植被覆蓋變化的重要因素,其中,人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是植被覆蓋減少的主要人類影響因素。同時(shí),退耕還林還草、建設(shè)生態(tài)林等植被恢復(fù)措施對增加植被覆蓋、改善生態(tài)環(huán)境、減少水土流失也有一定的積極作用。可見,人類在進(jìn)行不合理活動(dòng)而引起植被破壞的同時(shí),也在積極地改善生態(tài)環(huán)境,這也表明人類活動(dòng)對植被覆蓋變化具有重要的雙重影響。

因此,太湖流域應(yīng)控制人口增長,優(yōu)化就業(yè)結(jié)構(gòu),明確城市增長邊界,以緊湊的城市形態(tài)遏制城市的無序擴(kuò)張[22],提高城市土地利用效率,以保護(hù)外圍草地和森林植被;繼續(xù)落實(shí)“退耕退漁退養(yǎng)”政策，加快還林還湖還濕地工程,繼續(xù)加大植被恢復(fù)和生態(tài)保護(hù)力度。同時(shí),對于大量擾動(dòng)土地的活動(dòng)或生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目要加強(qiáng)監(jiān)管,最大限度地減輕對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞。

4.2 結(jié)論

基于MODIS/NDVI估算了2004—2014年太湖流域植被覆蓋度,運(yùn)用像元二分模型、變異系數(shù)、線性趨勢分析及主成分分析等方法,分析了近11 a太湖流域植被覆蓋時(shí)空變化特征、變化趨勢特征及影響因素,得出如下結(jié)論:

(1)2004—2014年太湖流域植被覆蓋呈顯著下降趨勢,下降速率為2.6%·(10 a)-1。植被覆蓋度均值由2004年的0.606 5下降到2014年的0.592 4,下降2.03%。隨著《太湖流域管理?xiàng)l例》的實(shí)施和太湖濕地公園等生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施,植被覆蓋狀況呈恢復(fù)勢頭。

(2)近11 a太湖流域植被覆蓋空間分布呈現(xiàn)西南部高、東部低的分布特征,高值區(qū)(植被覆蓋度均值大于0.8)面積占32.15%,主要分布在湖州和臨安市內(nèi),這些地區(qū)森林資源豐富,森林覆蓋率較高,對當(dāng)?shù)氐闹脖桓采w起到了積極作用。植被覆蓋空間波動(dòng)特征表現(xiàn)為東部地區(qū)變化最劇烈,北部和西部地區(qū)次之,西南部地區(qū)變化最穩(wěn)定。

(3)近11 a太湖流域植被覆蓋空間分布變化表現(xiàn)為西南部和東部明顯增加、西北部明顯減少,呈增加和減少趨勢的區(qū)域面積分別占45.82%和40.91%。其中,嚴(yán)重退化區(qū)域面積占研究區(qū)總面積的35.08%,主要集中在湖州、臨安、宜興、丹陽、鎮(zhèn)江、句容等市。

(4)太湖流域植被覆蓋減少是氣候變化和人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果,其中,降水量的增加、人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是其主要影響因素。人類活動(dòng)對植被覆蓋變化具有雙重影響：一方面,城市規(guī)模擴(kuò)張、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和礦山開采等活動(dòng)會(huì)使植被遭到破壞；另一方面,退耕還林還草、建設(shè)生態(tài)林等植被恢復(fù)工程對增加植被覆蓋又有一定的積極作用。

[1] 袁麗華,蔣衛(wèi)國,申文明,等.2000—2010年黃河流域植被覆蓋的時(shí)空變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(24):7798-7806.[YUAN Li-hua,JIANG Wei-guo,SHEN Wen-ming,etal.The Spatio-Temporal Variations of Vegetation Cover in the Yellow River Basin From 2000 to 2010[J].Acta Ecologica Sinica,2013,33(24):7798-7806.]

[2] 郭敏杰,張亭亭,張建軍,等.1982—2006年黃土高原地區(qū)植被覆蓋度對氣候變化的響應(yīng)[J].水土保持研究,2014,21(5):35-40,48.[GUO Min-jie,ZHANG Ting-ting,ZHANG Jian-jun,etal.Response of Vegetation Coverage to Climate Change in Loess Plateau in 1982-2006[J].Research of Soil and Water Conservation,2014,21(5):35-40,48.]

[3] 劉憲鋒,潘耀忠,朱秀芳,等.2000—2014年秦巴山區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征及其歸因[J].地理學(xué)報(bào),2015,70(5):705-716.[LIU Xian-feng,PAN Yao-zhong,ZHU Xiu-fang,etal.The Spatiotemporal Variation of Vegetation Coverage in Qinling-Daba Mountains in Relation to Environmental Factors[J].Acta Geographica Sinica,2015,70(5):705-716.]

[4] 楊艷麗,孫艷玲,王中良.2000—2013年海河流域植被覆蓋的時(shí)空變化[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2016,30(7):65-70.[YANG Yan-li,SUN Yan-ling,WANG Zhong-liang.The Spatio-Temporal Variation of Vegetation Cover in Haihe River Basin From 2000 to 2013[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2016,30(7):65-70.]

[5] 劉憲鋒,任志遠(yuǎn),林志慧,等.2000—2011年三江源區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征[J].地理學(xué)報(bào),2013,68(7):897-908.[LIU Xian-feng,REN Zhi-yuan,LIN Zhi-hui,etal.The Spatio-Temporal Changes of Vegetation Coverage in the Three-River Headwater Region in Recent 12 Years[J].Acta Geographica Sinica,2013,68(7):897-908.]

[6] 王朗,傅伯杰,呂一河,等.生態(tài)恢復(fù)背景下陜北地區(qū)植被覆蓋的時(shí)空變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2010,21(8):2109-2116.[WANG Lang,FU Bo-jie,Lü Yi-he,etal.Spatio-Temporal Variations of Vegetation Cover in Northern Shaanxi Under the Background of Ecological Restoration[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(8):2109-2116.]

[7] 穆少杰,李建龍,陳奕兆,等.2001—2010年內(nèi)蒙古植被覆蓋度時(shí)空變化特征[J].地理學(xué)報(bào),2012,67(9):1255-1268.[MU Shao-jie,LI Jian-long,CHEN Yi-zhao,etal.Spatial Differences of Variations Coverage in Inner Mongolia During 2001-2010[J].Acta Geographica Sinica,2012,67(9):1255-1268.]

[8] 紀(jì)迪,張慧,沈渭壽,等.太湖流域下墊面改變與氣候變化的響應(yīng)關(guān)系[J].自然資源學(xué)報(bào),2013,28(1):58-62.[JI Di,ZHANG Hui,SHEN Wei-shou,etal.The Response Relationship Between Underlying Surface Change and Climate Change in Taihu Lake Basin[J].Journal of Natural Resources,2013,28(1):58-62.]

[9] 徐昔保,楊桂山,李恒鵬.太湖流域土地利用變化對凈初級生產(chǎn)力的影響[J].資源科學(xué),2011,33(10):1940-1947.[XU Xi-bao,YANG Gui-shan,LI Heng-peng.Impacts of Land Use Change on Net Primary Productivity in Taihu Lake Basin,China[J].Resources Science,2011,33(10):1940-1947.]

[10] 吳美瓊,陳秀貴.基于主成分分析法的欽州市耕地面積變化及其驅(qū)動(dòng)力分析[J].地理科學(xué),2014,34(1):55-59.[WU Mei-qiong,CHEN Xiu-gui.Changes in Arable Land Area in Qinzhou City and Its Driving Force Based on Principal Component Analysis[J].Scientia Geographica Sinica,2014,34(1):55-59.]

[11] 李苗苗,吳炳方,顏長珍,等.密云水庫上游植被覆蓋度的遙感估算[J].資源科學(xué),2004,26(4):153-159.[LI Miao-miao,WU Bing-fang,YAN Chang-zhen,etal.Estimation of Vegetation Fraction in the Upper Basin of Miyun Reservoir by Remote Sensing[J].Resources Science,2004,26(4):153-159.]

[12] 安佑志,劉朝順,施潤和,等.基于MODIS時(shí)序數(shù)據(jù)的長江三角洲地區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2012,21(12):1923-1927.[AN You-zhi,LIU Chao-shun,SHI Run-he,etal.Spatio-Temporal Analysis of the Vegetation Changes Based on MODIS Time-Series Data in the Yangtze River Delta Region[J].Ecology and Environmental Sciences,2012,21(12):1923-1927.]

[13] 吳云,曾源,趙炎,等.基于MODIS數(shù)據(jù)的海河流域植被覆蓋度估算及動(dòng)態(tài)變化分析[J].資源科學(xué),2010,32(7):1417-1424.[WU Yun,ZENG Yuan,ZHAO Yan,etal.Monitoring and Dynamic Analysis of Fractional Vegetation Cover in the Hai River Basin Based on MODIS Data[J].Resources Science,2010,32(7):1417-1424.]

[14] 戴聲佩,張勃,王海軍,等.基于SPOT NDVI的祁連山草地植被覆蓋時(shí)空變化趨勢分析[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2010,29(9):1075-1080.[DAI Sheng-pei,ZHANG Bo,WANG Hai-jun,etal.Analysis of Spatio-Temporal Variation of Grassland Cover Using SPOT NDVI in Qilian Mountains[J].Progress in Geography,2010,29(9):1075-1080.]

[15] 周偉,王倩,章超斌,等.黑河中上游草地NDVI時(shí)空變化規(guī)律及其對氣候因子的響應(yīng)分析[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2013,22(1):138-147.[ZHOU Wei,WANG Qian,ZHANG Chao-bin,etal.Spatio-Temporal Variation of Grassland Vegetation NDVI in the Middle and Upper Reaches of Hei River and Its Response to Climatic Factors[J].Acta Prataculturae Sinica,2013,22(1):138-147.]

[16] 索玉霞,王正興,劉闖,等.中亞地區(qū)1982年至2002年植被指數(shù)與氣溫和降水的相關(guān)性分析[J].資源科學(xué),2009,31(8):1422-1429.[SUO Yu-xia,WANG Zheng-xing,LIU Chuang,etal.Relationship Between NDVI and Precipitation and Temperature in Middle Asia During 1982-2002[J].Resources Science,2009,31(8):1422-1429.]

[17] 陳京華,賈文雄,趙珍,等.1982—2006年祁連山植被覆蓋的時(shí)空變化特征研究[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2015,30(7):834-845.[CHEN Jing-hua,JIA Wen-xiong,ZHAO Zhen,etal.Research on Temporal and Spatial Variation Characteristics of Vegetation Cover of Qilian Mountains From 1982 to 2006[J].Advances in Earth Science,2015,30(7):834-845.]

[18] 吳家森,俞益武,朱志堅(jiān),等.湖州市不同森林植被生物量的研究[J].江蘇林業(yè)科技,2002,29(4):22-24.[WU Jia-sen,YU Yi-wu,ZHU Zhi-jian,etal.Study on the Biomass of Different Forest in Huzhou City[J].Journal of Jiangsu Forestry Science & Technology,2002,29(4):22-24.]

[19] 秦?zé)樍?陳永富.森林生態(tài)旅游的可持續(xù)發(fā)展研究:以浙江省臨安市為例[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2010(22):201-202.[QIN Wei-lin,CHEN Yong-fu.Study on Sustainable Development of Forest Eco-Tourism Taking Lin′an City of Zhejiang Province as an Example[J].Modern Agricultural Sciences and Technology,2010(22):201-202.]

[20] 蔣智.經(jīng)濟(jì)發(fā)展對植被覆蓋變化的影響分析:以重慶市北培區(qū)為例[D].重慶:西南大學(xué),2010.[JIANG Zhi.Analysis of the Impacts of Vegetation Cover Changes on Economic Development:A Case Study in Beibei District,Chongqing City[D].Chongqing:Southwest University,2010.]

[21] 李平星,陳誠.基于VSD模型的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)生態(tài)脆弱性評價(jià):以太湖流域?yàn)槔齕J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2014,23(2):237-243.[LI Ping-xing,CHEN Cheng.Ecological Vulnerability Assessment of Economic Developed Region Based on VSD Model:The Case of Taihu Basin[J].Ecology and Environmental Sciences,2014,23(2):237-243.]

[22] 呂國旭,陳艷梅,鄒長新,等.京津冀植被退化的空間格局及人為驅(qū)動(dòng)因素分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2017,33(5):417-425.[Lü Guo-xu,CHEN Yan-mei,ZOU Chang-xin,etal.Spatial Pattern and Driving Factors of Vegetation Degradation in Beijing-Tianjin-Hebei[J].Journal of Ecology and Rural Environment,2017,33(5):417-425.]

[23] 張彥彬,安楠,劉佩艷,等.基于MODIS數(shù)據(jù)的山西省六大煤田區(qū)植被覆蓋度時(shí)空變化特征及其驅(qū)動(dòng)力分析[J].干旱區(qū)地理,2016,39(1):162-170.[ZHANG Yan-bin,AN Nan,LIU Pei-yan,etal.Spatio-Temporal Variation and Driving Factors of Fractional Vegetation Cover of Six Major Coalfields in Shanxi Province[J].Arid Land Geography,2016,39(1):162-170.]

[24] 周偉,白中科,袁春,等.東露天煤礦區(qū)采礦對土地利用和土壤侵蝕的影響預(yù)測[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(3):55-60.[ZHOU Wei,BAI Zhong-ke,YUAN Chun,etal.Estimation of Influence of Dong Open-Cast Coal Mine Area on Soil Erosion and Land Use[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2007,23(3):55-60.]

[25] HILKER T,LYAPUSTIN A I,HALL F G,etal.On the Measurability of Change in Amazon Vegetation From MODIS[J].Remote Sensing of Environment,2015,166:233-242.

[26] JONG R D,BRUIN S D,WIT A D,etal.Analysis of Monotonic Greening and Browning Trends From Global NDVI Times-Series[J].Remote Sensing of Environment,2011,155(2):692-702.

[28] ANYAMBA A,TUCKER C J.Analysis of Sahelian Vegetation Dynamics Using NOAA-AVHRR NDVI Data From 1981-2003[J].Journal of Arid Environments,2005,63(3):596-614.

[29] KAWABATA A,ICHII K,YAMGAGUCHI Y.Global Monitoring of the Interannual Changes in Vegetation Activities Using NDVI and Its Relationship to Temperature and Precipitation[J].International Journal of Remote Sensing,2001,22(7):1377-1382.

[30] 信忠保,許炯心,鄭偉.氣候變化和人類活動(dòng)對黃土高原植被覆蓋變化的影響[J].中國科學(xué):D輯 地球科學(xué),2007,37(11):1504-1514.[XIN Zhong-bao,XU Jiong-xin,ZHENG Wei.Effects of Climate Change and Human Activities on Vegetation Cover Change in Loess Plateau[J].Science in China:Series D Earth Sciences,2007,37(11):1504-1514.]