福建省长汀县植被覆盖度变化趋势及其影响因素研究

作     者：杨婷婷 

作者单位：福建农林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴鹏飞;郭福涛

授予年度：2016年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 090707[农学-水土保持与荒漠化防治] 0907[农学-林学] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0713[理学-生态学] 

主      题：长汀县 植被覆盖度 归一化植被指数 影响因子 气候因子 人类活动 

摘      要：我国南方红壤区人多地少,山高坡陡,加上降雨量强度较大,容易产生水土流失。福建省长汀县是我国南方亚热带丘陵区土壤侵蚀治理的典型区,由于历史与自然原因,长汀曾是我国南方水土流失最严重的区域之一,长汀的水土流失治理经历了一个漫长的过程,尤其2000年以后,政府投入大量资金和技术开始对长汀水土流失进行综合治理。科学评价长汀地区植被恢复情况并揭示植被覆盖度动态变化的主要影响因素是水土保持、林业管理部门和科研人员共同关注的问题。植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)是指植被在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。植被覆盖度的变化会对土壤侵蚀、农业发展、生态环境等造成一系统的影响,也必然影响并制约本区乃至全国的经济发展。分析当地植被覆盖度的变化趋势是评价区域水土流失治理及生态环境恢复的重要指标。目前国内外很多学者开展了植被覆盖度时空变化及影响因素的研究。然而,研究多集中在气象因素和地形地貌因素,对人为社会经济因素的分析还不够深入。此外,目前国内外关于植被覆盖度影响因素研究主要采用相关分析和多元线性回归方法,这种方法假设影响因子与植被覆盖度之间为线性关系,因此无法揭示植被覆盖度和影响因子之间复杂的非线性关系。随机森林(Random Forest,RF)是一种非参数的分类模型,其不受线性回归模型的假设条件限制,近年来被广泛应用在生物学各领域,然而在植被覆盖度的响应因子判别上还鲜有报道。鉴于此,本研究选择福建省长汀县为研究区域,采用空间分辨率为30m的Landsat TM(Thematic Mapper,TM)数据和环境一号卫星(HJ-1)遥感数据,利用地理信息系统(Geographic Information System,GIS)技术提取并计算长汀县2000-2014年的隔年归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI),采用像元二分模型和差值法来分析该区域植被覆盖度和植被恢复等级的时空变化。在此基础上,本研究应用随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)算法对水土流失治理典型区域—长汀县近1 1年来的植被覆盖度时空变化情况及主要影响因子进行分析,综合考虑了气象、地形和社会经济等因素,揭示了影响长汀地区植被盖度变化的关键因素,此外,通过曼-肯德尔(Mann-Kendall)趋势检验法对长汀地区植被恢复与小气候变化之间相关性进行分析,探明植被恢复对小气候的影响。研究可为长汀地区植被、生态恢复评价及未来水土保持工作提供参考和决策依据。主要结论如下:(1)长汀县从2000-2014年15年间NDVI值呈现上升趋势。其中,中低、中高植被覆盖逐步转变为高植被覆盖,促使高植被覆盖度呈明显增加趋势。高植被覆盖主要分布在该区域的西部和北部,中高植被覆盖和中低植被覆盖则主要分布在中部和东南部,尤其是沿汀江两岸地区。长汀县的植被变化以恢复和完全恢复为主,植被严重退化区主要分布于汀江两岸。(2)采用RFR法进行分析,得出2000-2010年长汀县因变量和自变量的方差解释率较高,FVC值的观测值与预测值的相关性较高,其均方残差都小于0.01,并呈极显著相关(P0.01)。通过植被覆盖度和各个自变量的重要性排序得出两种不同降序排列,两种排序结果都得出气候因子、社会经济因子和人口密度等都对长汀县植被覆盖度有不同程度的影响。(3)长汀县地区气温、降水量、相对湿度、风速和地表温度的变化总体上与对照地区屏南县的变化趋势相近,但气温、相对湿度和地表温度存在突变点滞后的现象,而降水量与风速突变发生时间相同。人为开发因素对植被覆盖造成了一定的破坏,进而影响了当地区域气象因子的变化。(4)综上所述,经过多年的治理,长汀县植被覆盖度明显增加,整体植被恢复效果明显,尤其是西北部为高植被覆盖区;也有局部区域发生退化主要分布于汀江两岸,由于人类活动对其造成较大影响。整体上,气候因子、社会经济因子和人类活动均会对植被覆盖度产生较大的影响,当地财政支出、农民人均纯收入的增加均会对植被覆盖度有促进作用,而GDP、人口密度和基础设施的增长会在一定程度上抑制植被覆盖度的增长。在气候因子对植被覆盖度产生影响的同时,区域植被覆盖度也会对气候产生一定的反馈作用。要正视人为因素的主导作用,进一步做好水土保持工作,加强水土保持宣传力度,并采取尽可能完善的水土保持措施,以充分发挥人为主观能动性促进生态环境的发展。将水土流失治理、生态环境建设、区域经济发展和人民生活提高相结合,坚持走水土保持与经济建设协调发展的可持续发展道路。