生态环境学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (1): 1-10.DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.01.001
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贾志峰1,2,3,4,*(), 刘鹏程1,2,3, 刘宇5, 吴博博1,2,3, 陈丹姿1,2,3, 张向飞6
收稿日期:
2022-11-03
出版日期:
2023-01-18
发布日期:
2023-04-06
通讯作者:
*贾志峰(1986年生),男,副教授,博士,主要从事水文生态过程研究。E-mail: jiazhifeng123@163.com基金资助:
JIA Zhifeng1,2,3,4,*(), LIU Pengcheng1,2,3, LIU Yu5, WU Bobo1,2,3, CHEN Danzi1,2,3, ZHANG Xiangfei6
Received:
2022-11-03
Online:
2023-01-18
Published:
2023-04-06
摘要:
探究植被变化及其对气候变化和人类活动的响应,对科学高效管理区域生态系统具有重要意义。基于年归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)、年降水量和年平均气温数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall趋势检验、残差分析等方法,定量分析了松辽流域1998—2018年NDVI时空变化特征及其驱动因素。结果表明,流域年均NDVI在0.72—0.82之间,呈极显著增加趋势,总体增长速率为0.0041/a;在2000—2005年和2009—2014年期间增速较快,平均增长速率分别为0.0137/a和0.0092/a。流域NDVI空间变化率在 (-0.44—0.44)/(10 a)之间,92.85%区域植被呈改善趋势,极显著改善区域面积占比达72.26%;而7.15%的区域植被呈退化趋势,极显著退化的区域面积占比仅为0.91%,退化区域主要集中在大兴安岭西部地区、渤海湾及东北各省会城市区。气候因素对流域NDVI影响在 (-1.4×10-3—1.6×10-3)/a之间,人类活动对流域NDVI影响在(-3.6×10-3—4.0×10-3)/a之间;气候驱动和人类活动驱动下流域植被呈极显著改善区域的面积占比分别为3.77%,62.84%。流域内有79.40%的区域人类活动贡献率超过了70%。气候变化对NDVI抑制的区域主要分布在海拉尔河左岸及大兴安岭西南侧区域;人类活动对NDVI抑制区域主要分布于东北城市群及大兴安岭西部区域。对于不同的土地利用类型,人类活动对NDVI的贡献率均明显高于气候变化的贡献率。在植被改善区域,人类活动对林地植被变化的贡献率最大,其次为耕地、未利用土地、草地。在植被退化区域,人类活动对草地植被变化的贡献率最大,其次为未利用土地、林地、耕地。建议在东北地区高质量发展战略规划中应更加重视对草地、未利用地的保护。
中图分类号:
贾志峰, 刘鹏程, 刘宇, 吴博博, 陈丹姿, 张向飞. 气候变化和人类活动对松辽流域植被覆盖的影响[J]. 生态环境学报, 2023, 32(1): 1-10.
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数据类型 | 等级 | 描述 | S | |Z| |
---|---|---|---|---|
NDVI/SPEI/ 降水/气温 | 1 | 极显著提升/极显著 湿润化/极显著上升 | >0 | [2.58, ∞) |
2 | 显著提升/显著 湿润化/显著上升 | [1.96, 2.58) | ||
3 | 弱显著提升/弱显著 湿润化/弱显著上升 | [1.64, 1.96) | ||
4 | 不显著提升/不显著 湿润化/不显著上升 | [0, 1.64) | ||
5 | 极显著退化/极显著 干旱化/极显著下降 | <0 | [2.58, ∞) | |
6 | 显著退化/显著 干旱化/显著下降 | [1.96, 2.58) | ||
7 | 弱显著退化/弱显著 干旱化/弱显著下降 | [1.64, 1.96) | ||
8 | 不显著退化/不显著 干旱化/不显著下降 | [0, 1.64) | ||
9 | 无变化 | =0 | — |
表1 NDVI/SPEI/降水/气温变化趋势的分类标准
Table 1 Classification of NDVI/SPEI/Precipitation/Air temperature trend
数据类型 | 等级 | 描述 | S | |Z| |
---|---|---|---|---|
NDVI/SPEI/ 降水/气温 | 1 | 极显著提升/极显著 湿润化/极显著上升 | >0 | [2.58, ∞) |
2 | 显著提升/显著 湿润化/显著上升 | [1.96, 2.58) | ||
3 | 弱显著提升/弱显著 湿润化/弱显著上升 | [1.64, 1.96) | ||
4 | 不显著提升/不显著 湿润化/不显著上升 | [0, 1.64) | ||
5 | 极显著退化/极显著 干旱化/极显著下降 | <0 | [2.58, ∞) | |
6 | 显著退化/显著 干旱化/显著下降 | [1.96, 2.58) | ||
7 | 弱显著退化/弱显著 干旱化/弱显著下降 | [1.64, 1.96) | ||
8 | 不显著退化/不显著 干旱化/不显著下降 | [0, 1.64) | ||
9 | 无变化 | =0 | — |
KH | KE | KF | 贡献率/% | |
---|---|---|---|---|
气候变化 | 人类活动 | |||
>0 | <0 | >0 | 0 | 100 |
>0 | <0 | 100 | 0 | |
>0 | >0 | |||
<0 | <0 | >0 | 100 | 0 |
>0 | <0 | 0 | 100 | |
<0 | <0 |
表2 植被NDVI变化的驱动因素判定标准及贡献率计算方法
Table 2 Identification criterion and contribution calculation of the drivers of NDVI change
KH | KE | KF | 贡献率/% | |
---|---|---|---|---|
气候变化 | 人类活动 | |||
>0 | <0 | >0 | 0 | 100 |
>0 | <0 | 100 | 0 | |
>0 | >0 | |||
<0 | <0 | >0 | 100 | 0 |
>0 | <0 | 0 | 100 | |
<0 | <0 |
图2 松辽流域1998—2018年NDVI/SPEI/降水/气温年际变化
Figure 2 Interannual variation of NDVI/SPEI/Precipitation/Air temperature in Songliao River Basin from 1998 to 2018
图3 松辽流域1998—2018年NDVI/SPEI/降水/气温变化趋势及显著性空间分布
Figure 3 Spatial distribution of change trend and significance of NDVI/SPEI/Precipitation/Air temperature in Songliao River Basin from 1998 to 2018
类别 | 极显著改善 | 显著改善 | 弱显著改善 | 不显著改善 | 极显著退化 | 显著退化 | 弱显著退化 | 不显著退化 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
气候变化 | 3.77 | 10.57 | 10.25 | 57.97 | 0.07 | 0.51 | 0.72 | 16.15 |
人类活动 | 62.84 | 13.13 | 4.03 | 13.63 | 0.69 | 0.56 | 0.35 | 4.76 |
表3 不同显著性区域面积占比
Table 3 Percentage of area in different significance zones %
类别 | 极显著改善 | 显著改善 | 弱显著改善 | 不显著改善 | 极显著退化 | 显著退化 | 弱显著退化 | 不显著退化 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
气候变化 | 3.77 | 10.57 | 10.25 | 57.97 | 0.07 | 0.51 | 0.72 | 16.15 |
人类活动 | 62.84 | 13.13 | 4.03 | 13.63 | 0.69 | 0.56 | 0.35 | 4.76 |
图5 气候变化和人类活动对松辽流域植被变化的贡献率空间分布
Figure 5 Spatial distribution of contribution rates of climate change and human activities to vegetation change in Songliao River Basin
图6 1998—2018年气候变化和人类活动贡献率分级面积统计 图中横轴的编号1—20分别代表贡献率-100%— -90%、-90%— -80%、……、90%—100%
Figure 6 Graded area statistics on the contribution rates of climate change and human activities from 1998 to 2018
类别 | 驱动因素 | 耕地 | 林地 | 草地 | 未利用土地 |
---|---|---|---|---|---|
植被改善区 | 气候变化 | 17.31 | 12.55 | 24.31 | 18.08 |
人类活动 | 82.69 | 87.45 | 75.69 | 81.92 | |
植被退化区 | 气候变化 | 25.67 | 24.2 | 19.08 | 22.09 |
人类活动 | 74.33 | 75.8 | 80.92 | 77.91 |
表4 不同LUCC类型下气候变化和人类活动对松辽流域植被变化的贡献率
Table 4 Contribution rate of climate change and human activities to vegetation change in Songliao River Basin under different LUCC types %
类别 | 驱动因素 | 耕地 | 林地 | 草地 | 未利用土地 |
---|---|---|---|---|---|
植被改善区 | 气候变化 | 17.31 | 12.55 | 24.31 | 18.08 |
人类活动 | 82.69 | 87.45 | 75.69 | 81.92 | |
植被退化区 | 气候变化 | 25.67 | 24.2 | 19.08 | 22.09 |
人类活动 | 74.33 | 75.8 | 80.92 | 77.91 |
2005年 | 2018年 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
草地 | 耕地 | 建设用地 | 林地 | 水体 | 未利用土地 | 转出合计 | |
草地 | 110033 | 30690 | 2579 | 52927 | 2245 | 34554 | 233028 |
耕地 | 21897 | 271762 | 20700 | 41557 | 5297 | 12441 | 373654 |
建设用地 | 1640 | 16376 | 8604 | 2484 | 770 | 716 | 30590 |
林地 | 24328 | 44137 | 3184 | 392475 | 2755 | 29408 | 496287 |
水域 | 1543 | 6522 | 733 | 2008 | 11762 | 5672 | 28240 |
未利用土地 | 11379 | 15684 | 1101 | 6471 | 2237 | 29869 | 66741 |
表5 2005—2018年LUCC类型转移矩阵
Table 5 LUCC transfer matrix from 2005 to 2018 km2
2005年 | 2018年 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
草地 | 耕地 | 建设用地 | 林地 | 水体 | 未利用土地 | 转出合计 | |
草地 | 110033 | 30690 | 2579 | 52927 | 2245 | 34554 | 233028 |
耕地 | 21897 | 271762 | 20700 | 41557 | 5297 | 12441 | 373654 |
建设用地 | 1640 | 16376 | 8604 | 2484 | 770 | 716 | 30590 |
林地 | 24328 | 44137 | 3184 | 392475 | 2755 | 29408 | 496287 |
水域 | 1543 | 6522 | 733 | 2008 | 11762 | 5672 | 28240 |
未利用土地 | 11379 | 15684 | 1101 | 6471 | 2237 | 29869 | 66741 |
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