近20 年河池市植被覆蓋度時空演變特征

覃弼勇，黃肖寒，陳燕麗，莫建飛，韋春苗

(1.河池市氣象局，廣西 河池547000 2.廣西壯族自治區氣象科學研究所，南寧 530022)

前言

植被是陸地生態系統中的重要一部分，植被覆蓋的變化會直接影響當地生態平衡及環境質量，植被動態變化研究已成為國內外學者們關注的熱點之一［1-3］。在人類活動和自然環境的演變下，河池市植被覆蓋情況也相應發生了變化。近年來有部分學者對河池植被變化、植被恢復進行了研究，并取得了一定的成果。童曉偉［4］等利用1999—2010 年SPOTVGT NDVI 數據，通過趨勢分析和偏相關分析法對河池植被變化趨勢、植被與氣候、地形的關系進行了分析，指出河池植被受氣候因子和地形影響，整體上呈恢復趨勢。梁釗雄等［5］選取河池市巖溶地區1990年、2000 年和2010 年3 個時相的TM 影像，基于NDVI 的像元二分模型方法分析指出：近20a 來河池高植被覆蓋區的面積已增加到53.66%，且巖溶區域低植被覆蓋區域的面積變化率比非巖溶區的大。汪明沖等［6］學者對河池喀斯特區域植被覆蓋變化景觀、植被恢復模式土壤性狀等進行了研究。覃榮勇等［7］在對河池宜州和環江縣進行實地調查、植被恢復模式進行分析的基礎上，指出與豆科植物混交的植被恢復模式有利于石漠化土地植被恢復。以上學者的研究鮮見針對河池植被覆蓋年際變化趨勢(2010 年以來)進行相關研究。

河池市退耕還林工程于2001 年在東蘭縣試點，2002 年在全市11 個縣(區)全面鋪開，通過采取植被管護、封山育林、人工造林等措施恢復巖溶石漠化植被，巖溶區植被恢復明顯。河池市石漠化治理工程開始于2008—2010 年，都安、環江、大化、鳳山首批作為石漠化綜合治理示范縣，開始實施石漠化治理工程，到了2011 年石漠化治理工程在全市11 個縣(區)全部鋪開。近年來，在人類活動、氣候變化等多種因素的共同作用下，河池植被覆蓋年際變化趨勢是相關部門一直關注的問題?；诖吮尘?，本文選取河池市為研究對象，基于遙感與地理信息系統技術，利用河池市2000—2019 年的MODIS 衛星遙感數據，對該地區植被覆蓋度進行分析。本研究旨在及時有效的掌握該地區植被覆蓋度的變化特征，為地方植被資源保護、合理開發及可持續發展提供參考。

1 數據方法

1.1 研究區概況

河池市地處廣西西北邊陲、云貴高原南麓，屬亞熱帶季風氣候。河池地勢西北高，東南低，境內地形多樣，結構復雜，山地、丘陵和各種地表、地下喀斯特發育廣泛，喀斯特地貌面積占全市土地總面積的49.7%［8］。本研究區域包括10 個縣(區)：金城江區、宜州區、都安縣、南丹縣、天峨縣、東蘭縣、巴馬縣、鳳山縣、羅城縣、環江縣。因大化縣無國家氣象站，故不作為研究區域。

1.2 數據及處理

遙感數據采用2000—2019 年植被指數產品MOD13Q1，空間分辨率為250m，數據來源于美國國家航空航天局，MOD13Q1 遙感數據進行了圖像鑲嵌、投影轉換及質量檢驗等處理步驟得到歸一化植被指數NDVI 數據集。

1.3 研究方法

1.3.1 最大值合成法

采用最大值合成法［9］將NDVI 旬數據合成為月數據，并將各月最大值合成為年數據。該方法通過選取某一時間段內的NDVI 最大值，從而進一步消除大氣、云、太陽高度角等多種因素的干擾。

式中：NDVIi為第i 個月或第i 年的NDVI 值；NDVIi，j為 第i 月的第j 個16d 的NDVI 數據或第i年的第j 月的NDVI 數據。

1.3.2 像元線性分解模型

植被覆蓋度是指植被在地上部分垂直投影面積占地面面積的百分比，是衡量生態綠化程度的量化指標。根據像元線性分解模型，利用NDVI 計算植被覆蓋度的公式，表達式如下［10］：

式中：植被覆蓋度為fg；NDVI0為裸土地或完全沒有植被覆蓋的區域的NDVI 值；NDVIg代表植被完全覆蓋區域像元的NDVI 值。

1.3.3 逐像元趨勢分析法

植被覆蓋度變化趨勢率可用來反映植被覆蓋在一段時間內的變化速度，本研究運用線性趨勢法分析河池2000—2019 年植被覆蓋度的整體變化趨勢。計算公式為［11］：

式中：slope 為植被覆蓋度變化趨勢的斜率；n 為20a，Ci 為第i 年的年最大植被覆蓋度。當植被覆蓋度變化趨勢率為正值，表明該地區在一段時間內的植被覆蓋度呈現上升趨勢；反之，負值表示呈現下降趨勢。絕對值表示變化的快慢程度。

2 結果與分析

2.1 河池市植被覆蓋度時間變化特征分析

2.1.1 河池市植被覆蓋度月際變化特征

對河池1—12 月各月植被覆蓋度特征進行分析(見圖1)：河池1—12 月植被覆蓋度上升速率為1.42%/月，年平均值為71.14%，月最大值出現在8月(82.08%)，月最小值出現在2 月(54.05%)。1 月和2 月的植被覆蓋度低于60%，3 月、12 月植被覆蓋度介于60%～70%之間，4、5、10、11 月的植被覆蓋度介于70%～80%之間，6—9 月植被覆蓋度均大于80%。

社會經濟的快速發展，特別是“健康中國”的有效推進，體育作為特殊的身體練習項目之一，既能滿足人們的健康需要，也能提升人們的生活品質，體育健身健康逐漸成為人們生活的必需．習近平在黨的十九大報告中指出：中國特色社會主義進入新時代，我國社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾 [1]．健康與養生已成為人們對美好生活的基本需求之一，滿足人民對體育健康和養生的需求已成為一種社會責任．從民族傳統武術文化傳承的視角，探索和構建民族傳統養生與健康高素質人才的培養模式，是一個全新且具挑戰性的嘗試．

圖1 河池植被覆蓋度月際變化特征

2.1.2 河池市植被覆蓋度季度變化特征

各季度河池市植被覆蓋度特征見圖2。夏季(6—8 月)的植被覆蓋度最大(81.01%)，其次為秋季(9—11 月)的植被覆蓋度為75.92%，春季(3—5 月)的植被覆蓋度為70.30%，冬季(12—2 月)的植被覆蓋度最小(57.32%)。

圖2 河池植被覆蓋度季度變化特征

2.1.3 河池市植被覆蓋度年際變化特征

據衛星遙感監測數據分析，經Arcgis 區域統計功能計算獲取年均植被覆蓋度值，用其表示當年河池市的植被覆蓋水平。2000—2019 年河池植被覆蓋度總體呈現明顯上升趨勢(圖3)，植被覆蓋度持續改善，上升速率為6.84%·(10a)-1，20a 均值為72.83%，其中2019 年植被覆蓋度繼續保持增長趨勢，達到79.6%，為近20a 來最高。河池市植被覆蓋度在2000—2019 年期間大致可以劃分為以下五個階段：2000—2003 年，植被覆蓋度呈現明顯上升趨勢；2003—2004 年，植被覆蓋度呈現下降趨勢；2004—2013 年，植被覆蓋度呈現“W 型”的波動過程，但總體呈現緩慢上升趨勢；其中2013 年植被覆蓋度達到最大值；2014—2015 年，植被覆蓋度呈現下降趨勢；2015—2019 年，植被覆蓋度呈現“上升—基本持平”的趨勢，且每年的植被覆蓋度高于20a 平均值。

圖3 2000—2019 年河池植被覆蓋度年際變化

利用本年度與上一年的差值得到河池2000—2019 年際植被覆蓋度差異圖(圖4)。整體上看，年度植被覆蓋度數值增長的幅度遠大于減少的幅度，即植被覆蓋度總體呈現上升趨勢，植被覆蓋度逐步改善，這與植被覆蓋度年際變化特征圖所反映的趨勢是相同的。其中：2002—2003 年、2003—2004 年、2005—2006 年、2007—2008 年、2011—2012 年、2013—2014 年和2014—2015 年的植被覆蓋度差值是負值，說明2003 年、2004 年、2006 年、2008 年、2012 年、2014 年以及2015 年與上一年相比，植被覆蓋度是降低的，其中2003—2004 年度植被覆蓋度降低最多。其他年度植被覆蓋度差值為正值，其中2000—2001 年植被覆蓋度增加比其他年度要大。植被覆蓋度降低主要原因由于一些基礎設施的建設以及鄉鎮、城區的改造。氣候變化對植被覆蓋度的影響還需進一步研究。

圖4 2000—2019 年河池植被覆蓋度年際差異

2.2 河池市植被覆蓋度空間變化特征分析

2.2.1 河池市植被覆蓋度空間變化速度特征

通過Arcgis 區域統計功能計算獲取河池植被覆蓋度變化趨勢。在過去的20a，全市99.4%的區域植被覆蓋度呈現正向變化，表明植被覆蓋度變化速度得到了提高，植被得到了改善。尤其是大化縣西部(乙圩、北景、巖灘、羌圩鎮)、巴馬縣南部(燕洞、那桃、百林鎮)及環江縣中西部(洛陽、川山、水源、下南鎮) 等區域的年變化趨勢率明顯高于全市平均增長速度。天峨縣中部向陽鎮、羅城縣北部(寶壇、兼愛、納翁鄉)呈現出負向變化。因城區發展土地被改造，可能對植被造成了一定影響。

依據《土壤侵蝕分類分級標準》［12］，將河池市植被覆蓋度值劃分為6 個等級：＜0%為無植被覆蓋度；0%～30%為低植被覆蓋度；30%～45%為較低植被覆蓋度；45%～60%為中等植被覆蓋度；60%～75%為較高植被覆蓋度；＞75%為高植被覆蓋度。對2000—2005 年、2006—2010 年、2011—2015 年、2016—2019 年四個時間段的植被覆蓋度進行等級劃分，分級結果見空間分布圖5。相比2000—2005 年和2006—2010 年兩個時間段，2011—2015 年 和2016—2019 年兩個時段的植被覆蓋度得到了明顯改善。2016—2019 年，河池市植被覆蓋度的較低和低等級植被覆蓋度占比均較低，全市的植被覆蓋度保持在較高或高等級植被覆蓋水平。

圖5 四個時段河池植被覆蓋度空間分布圖

利用Arcgis10.2 軟件對各等級內面積占比進行統計(見表1)分析可知：(1)與2000—2005 年時段相比，河池2016—2019 年的高植被覆蓋面積占比增加了68.09%，其他等級的植被覆蓋面積占比呈現下降的趨勢特征。(2)相對于其他時段，2011—2015 年比2006—2010 年的中等及其以上等級植被覆蓋度面積占比變化趨勢明顯。其中高等級植被覆蓋度面積占比從15.47%提高到了61.82%，提高了約4 倍，較高等級植被覆蓋度面積占比從72.18%下降到了36.25%，中等級植被覆蓋面積占比從11.54%降低到1.67%，(3) 四個時間段的較低和低等級植被覆蓋面積占比變化不大，均小于1%，說明河池較高以上植被覆蓋面積的占比呈現良好的發展態勢。

表1 不同時段各等級植被覆蓋度面積占比(%)

3 結論與討論

(1)2000—2019 年河池植被覆蓋度持續改善，總體呈現明顯上升趨勢，上升速率為6.839%/10a，20a 均值為72.83%，最大值出現在2019 年(79.6%)。2011—2015 年和2016—2019 年兩個時段的植被覆蓋度得到了明顯改善。2016—2019 年，河池市的植被覆蓋度保持在較高或高等級植被覆蓋水平。

(2) 河池1—12 月植被覆蓋度總體呈現上升趨勢，上升速率為1.42%/月，月均值為71.14%，月最大、最小值出現在8 月和2月。夏季的植被覆蓋度最大，冬季的植被覆蓋度最小。

(3)河池市99.4%的區域植被覆蓋度呈現正向變化，植被覆蓋度變化速度提高，植被改善。大化縣西部、巴馬縣南部及環江中西部等區域的年變化趨勢率明顯高于全市平均增長速度。

在實施退耕還林、石漠化治理等生態工程系列措施下，明顯促進了河池市植被生長恢復。除人類活動影響外，溫度、降水等作為植物生長發育的必要環境因子，對植被的生長具有重要的影響，也還需進一步深入探討河池植被覆蓋度與年平均氣溫、降雨量等氣候因子及其變化的的相關性。進一步探索更加長期、有效的生態保護措施。