2000年以来四川省植被恢复成效与影响因素研究_向珈瑶.pdf

第 卷第 期 年 月生态学报 .基金项目:国家教育部人文社科规划基金()收稿日期:通讯作者 .:.:/.:./向珈瑶彭文甫陶帅银盈刘华山.年以来四川省植被恢复成效与影响因素研究.生态学报().().年以来四川省植被恢复成效与影响因素研究向珈瑶彭文甫陶 帅银 盈刘华山 四川师范大学地理与资源科学学院成都 四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室成都 上海华讯网络系统有限公司成都分公司成都 摘要:国家实施天然林资源保护工程与退耕还林等生态建设工程为构筑长江上游生态屏障、促进长江流域经济可持续发展做出了突出贡献评估退耕还林等生态工程实施后植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复优化与生态环境改善的关键一步 本文基于 数据应用 斜率与 趋势检验、“基线”评价方法、时空地理加权回归模型等量化不同时间尺度的植被时空变化、恢复成效和恢复机制 结果表明()植被覆盖状况良好截止 年底四川省 的区域植被出现增长四川盆地东北部、四川省南部地区以及东南部乌蒙山、川西北高原地区植被覆盖较高成都市内以及周围市区植被覆盖率较低()植被恢复成效时空差异显著占全省面积.的区域植被恢复成效明显高值区面积占比.集中于除成都平原外的四川省绝大部分区域()气候变化对植被变化的影响以不显著为主气温、降水对四川省植被恢复影响微弱海拔和坡度面积比等地理环境因子则以弱抑制作用为主()在相对平稳的气候背景下人均财政支出、耕地面积与人均 所代表的社会经济因素是植被恢复成效改善的重要影响因素 研究揭示的植被恢复效果及关键气候、地理环境和社会经济因子可为植被恢复政策的优化提供一定理论支撑关键词:植被恢复成效气候地理环境社会经济因素时空地理加权回归四川省 .:.:().网络首发时间：2022-10-14 08:50:14网络首发地址：https:/ 而作为陆地生态系统的重要组成部分植被具有保持水土、涵养水源、改善土壤、调节气候、净化空气等生态功能 植被覆盖的变化影响全球或区域的生态系统平衡和生境条件研究植被覆盖变化是保护生态环境质量的基础 归一化植被指数()在空间尺度、时效性以及表征植被的生物物理特征等方面具有明显优势基于 数据在不同时间、空间尺度上评估植被变化特征及其响应机制成为当前全球研究热点之一 植被恢复是生态恢复的关键更是建设生态型城市的重要途径 通过明晰植被恢复空间分异与潜在的植被恢复力有助于指导可持续性生态城市的建设我国始终重视保护生态环境建设良好的生态环境 从上世纪的三北防护林到本世纪初开始实施的“退耕还林还草”等生态修复工程中国在生态环境脆弱地区大规模植树造林、涵养水源已经取得了举世瞩目的环保成就 植被恢复项目是社会经济生态复合系统的组成部分其成效受到诸多自然因素(如气候、地貌、土壤等)社会经济因素的共同影响且表现出复杂的非线性关系 许多研究已表明基于遥感的植被指数在地表过程和全球变化研究中具有重要作用对认识植被变化的驱动因素具有重要意义目前许多学者采用不同方法对植被覆盖变化或植被恢复变化及驱动因素进行了研究 等构建了 与气候的关系模型对中国西南喀斯特地区生态恢复项目的有效性进行评估 张仕山等利用 时序集对治理区域植被生长状态进行监测并定量分析植被恢复情况与治理时间长度以及治理方式之间的关系得出福建省长汀县植被整体恢复趋势要明显优于未治理区域 等基于 计算了三北防护林工程植被覆盖率的变化通过植被覆盖率的变化推断区域植被恢复效果 高海东等采用线性回归、指数分析法、统计学方法以及地理空间分析技术对黄土高原植被恢复状况和潜力进行了探讨得出整个黄土高原地区平均植被恢复潜力为.等利用研究时段最大 值之差表征植被恢复程度借助地理加权回归与普通最小二乘法结合以得出地形、气象、社会经济和政策因素对植被恢复的贡献程度温晓金等基于 归一化植被指数数据通过人为赋值与自然社会因子借助地理加权回归得到各影响因素与植被恢复趋势回归系数 等建立了 与气候变量的多元回归模型利用残差分析法用于区分气候和人为因素对植被动态的影响但结果表明残差分析也仅适用于 与气候因子显著相关的地区然而现有研究大多基于植被指数对植被变化进行分析以植被恢复为研究对象的生态恢复成效研究较少对植被恢复成效及其未来发展与区域社会经济生态复合系统的关系仍然值得研究与关注生 态 学 报 卷:/.四川省生态建设工程对长江流域原始林保护、森林恢复、生态环境改善、构筑长江上游生态屏障以及促进长江流域经济可持续发展做出了突出贡献 作为长江上游重要的生物多样性功能区域四川省地形复杂水土流失较为严重地质灾害频发生态环境极其脆弱 自上世纪末其作为试点省份之一在全国率先启动退耕还林、天然林保护等生态建设工程开启了中国从“毁林种粮”、“越垦越穷、越穷越垦”到修复自然、保护自然、改善生态的绿色发展征程 年后退耕还林与天然林保护工程对植被恢复发挥了有效的作用作为生态建设的重点区域评估四川省 年以来实施的退耕还林等生态建设工程是否显著促进了植被恢复显得十分重要且对该区域生态环境保护政策的制定与实施及可持续发展具有重要意义 但目前基于区域长时间尺度的植被恢复成效与及社会经济影响因素之间的研究较少社会经济因素对植被覆盖变化的定量化研究亟待加强 因此本文基于 数据通过趋势检验刻画区域植被变化情况再借助“基线”设定法评估区域植被恢复成效并运用时空地理加权回归模型分析四川省 年不同时间尺度下植被恢复成效影响机制以全面把握四川省植被在退耕还林等工程实施以来的变化规律探讨生态建设工程对四川省植被的实施成效显著性为该地区乃至长江上游地区未来植被保护、水土保持与生态环境建设提供科学依据和决策参考 研究区概况四川省位于中国西南腹地介于 与 之间位于我国大陆地势第一级阶梯青藏高原和第二级阶梯长江中下游平原的过渡带地处长江上游地区总面积约.(图)地势西高东低由西北向东南倾斜地形地貌复杂多样以山地、高原为主丘陵次之 气候区域差异显著尤其是川西北高原山区气候垂直变化显著西部高原以寒温带气候为主东部四川盆地气候为亚热带季风气候冬季温暖夏季炎热日照少 四川是全国林业资源大省生物资源丰富森林覆盖率较高矿产资源种类齐全蕴藏丰富开发利用价值高 自 世纪末在全国率先实施天然林资源保护工程、退耕还林工程以来其天然林管护面积由.亿 上升到.亿 累计退耕还林面积达.万 数据来源与研究方法.数据来源及处理研究所用的 数据来自美国国家航天局 陆地 级标准数据产品(:/./)其空间分辨率为 时间分辨率为 轨道号为、本文选取了 年 月至 年 月的 数据共 期影像为数据源按每年 月至次年 月为一年 首先利用 进行数据提取和投影转换的批量处理、再利用 软件对数据进行批量拼接和剪裁以及对坐标系进行投影转换等处理再运用 软件对 数据采用最大值合成法()消除云层、大气和太阳高度角的干扰以合成月度 数据最后求取均值合成年度 数据海拔、地形起伏度、平均坡度与坡度面积占比等自然因子均由来自中国科学院资源环境科学与数据中心(:/./)的 数据计算获取 气候数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心(:/./)研究中获取了 年四川省 个气象站逐日降水和逐日气温数据通过相关计算处理并运用反距离权重插值得到了 个县区的年降水量与年平均气温值社会与经济数据源于、和 年四川省统计年鉴及各市州统计年鉴据此整理得出四川省 个县区的相关社会经济指标数据.研究方法.趋势检验 斜率趋势分析可以有效避免时间序列数据缺失和数据分布形态的影响并且可以消除异常值对 期 向珈瑶 等:年以来四川省植被恢复成效与影响因素研究:/.图 四川省略图.时间序列的干扰 斜率计算公式如下:()式中 时标准正态统计量 为:生 态 学 报 卷:/.()()序列存在上升趋势序列呈下降趋势 当等于.、.和.时表示其趋势置信度分别为、和 所以本文采用 斜率分析与 检验相结合分析植被覆盖度在像元尺度上的变化趋势及显著性 此外本文分析 年降水、气温的变化趋势时均采用 检验方法.植被恢复成效定量化方法“基线”设定通过相关文献综合研究本文借鉴“基线”的方法定量化比较四川省不同时间尺度的植被恢复成效变化 其中以四川省各县区为评价单元应用年均 数据趋势检验结果即显著增加区域与显著退化区域面积比之差作为植被指标的“净变化量”公式如下:()()其中 为不同评价单元 为不同时间尺度即分别为 年、年、年、年为年均 在时间尺度 内发生显著增加区域的面积占评价单元 的面积比为年均 在时间尺度 内发生显著减少区域占评价单元 的面积比此外将 年四川省植被显著增长区域面积与显著退化区域面积比之差作为评价的参比值即评价“基线”()据此可以得到各县区植被恢复成效在不同时间尺度(即 年、年、年、年)的时空变化 其公式如下:()()/()根据上述公式可得四川省各县区植被恢复成效指数()随时间发生空间变化:当 时表明该县区在该时段内植被整体有所退化未能实现植被恢复效果当 时表明该县区在该时段实现了较好的植被恢复效果且超过“基线”水平的程度越大恢复成效越显著.时空地理加权回归模型方法时空地理加权回归模型()是空间地理加权回归模型的在时间维度的扩展是在考虑影响因素空间异质性的基础上顾及时间非平稳性其核心是将时间因子加入到空间地理加权回归模型中进行运算 对于不同尺度的四川省植被恢复成效机制分析 模型能够充分考虑不同影响因素的时空非平稳性在顾及不同阶段植被恢复成效机制分析的基础上剖析其时空分异格局及机制 其具体模型如下:()()()式中:为第 个样本的被解释变量值 为样本的个数 为样本 的解释变量的个数为第 个市的时间坐标()表示是样本 的时空截距项表示样本 的第 个解释变量值()表示样本 的第 个解释变量的回归系数是时空坐标的函数为误差项.植被恢复成效的影响因素已有研究表明气候因子对四川植被具有显著影响 因此本文首先将气温和降雨作为影响植被恢复的重要因子纳入研究 同时四川省地形复杂多样地貌差异大生态环境复杂对植被变化及其恢复影响较大 因此本文进一步选取海拔、地形起伏度、平均坡度和坡度面积占比等地理环境因子作为植被恢 期 向珈瑶 等:年以来四川省植被恢复成效与影响因素研究:/.复成效影响因素 毋庸置疑的是随着城市经济的快速建设社会经济因素对植被恢复的影响已不可忽视人口、城市化、经济效益成为影响许多发展中国家植被恢复的主要因素 因此本文经检索并参考相关文献选取的社会因素主要为年底常住人口、农村总人口、粮食总产量和耕地面积经济因素为第一产业占比、第二产业占比、第三产业占比、人均公共财政收入和人均公共财政支出表 植被恢复影响因子指标 指标类型 指标变量单位指标类型 指标变量单位气候维度降雨第二产业占比 气温第三产业占比地理环境维度海拔人均公共财政收入元地形起伏度人均公共财政支出元平均坡度社会维度年底常住人口万人坡度面积占比 农村总人口万人经济维度人均 元粮食总产量 第一产业占比耕地面积 结果与分析.植被覆盖时空变化分析 年四川省植被覆盖度变化趋势如图 由图 可知自四川省实施退耕还林及各项生态建设工程后其植被覆盖呈现非常明显的增长趋势四川省整体上的植被出现增长的区域占全省面积的 而出现下降的仅占全省面积的 其中具有统计学意义的极显著增长区域占.显著增长区域占.主要分布在川南地区、川东南乌蒙山、川东北秦岭大巴山等四川盆地盆周山区从其分布趋势可以看出四川省总体分布相对较为集中 具有统计学意义的极显著退化区域与显著退化区域占比分别为.与.主要集中分布在成都市内以及周围市区有零散分布主要是经济快速发展导致建设用地大量增加此外不存在显著变化趋势的区域占全区面积的.广泛分布在四川省西部高原及成都平原、川南丘陵等传统农业地区图 年四川省植被变化.植被恢复成效动态变化本文所建立的植被恢复成效指数()参考“基线”设定的方法基于县级尺度平均植被覆盖度变化特征生 态 学 报 卷:/.量化植被恢复成效结果如图 与表 研究结果表明过去 年四川省各县区在不同时间尺度下植被恢复程度有显著差异:年是四川省退耕还林还草项目的早期阶段 个县区中有 个县区实现植被有效恢复()合计面积占全省总面积的.其余县区暂未呈现明显的恢复趋势()这一时期四川省实