2000—2020年我国五大国家公园植被覆盖时空变化特征.pdf

DOI：10.12335/2096-8981.202206100120002020 年我国五大国家公园植被覆盖时空变化特征张晓莹1,2 何毅1,2*赵蕾1,2(1.西北大学城市与环境学院,西安 710127；2.陕西省地表系统与环境承载力重点实验室,西安 710127)摘要：【目的】明确 20002020 年我国 5 大国家公园内的植被覆盖变化特征，揭示气候对植被覆盖的影响。【方法】基于 MODIS-NDVI 数据，采用趋势分析和 Hurst 指数分析 5 大国家公园园区 20002020 年的植被时空变化特征以及未来变化趋势，并将气温和降水作为影响因子，利用偏相关分析法探究植被覆盖变化与气象因子的关系。【结果】20002020 年 5 个园区的植被覆盖均呈波动上升趋势，其中海南热带雨林国家公园增速最快，大熊猫国家公园增速最慢；20002020 年各园区内植被覆盖变化以改善为主，改善面积均占各园区面积的 70%以上；5 大园区未来植被变化反持续性要强于持续性，变化类型均以由增加到减少为主，其中在东北虎豹国家公园植被减少趋势最为显著；三江源和大熊猫国家公园内的植被覆盖变化在年际水平上与降水的相关性较强，其他园区的变化主要受气温影响；三江源、大熊猫、东北虎豹、海南热带雨林和武夷山园区的植物生长对气温分别表现出 0、1、0、2 和 2 个月为主的时滞效应；对降水而言，仅在海南热带雨林园区表现出有 1 个月的滞后性，其余园区均没有明显滞后效应。【结论】我国 5 大国家公园植被在近 21 年都得到了改善，受气温和降水的影响呈现不同的时空变化特征，但未来植被变化反持续性较强，需重点关注。关键词：国家公园；植被覆盖；趋势分析；Hurst 指数；气象因素；滞后性中图分类号：X826 文献标志码：A 文章编号：2096-8981（2023）03-0011-17张晓莹,何毅,赵蕾.20002020 年我国五大国家公园植被覆盖时空变化特征J.自然保护地，2023，3（3）：1127.ZHANG Xiaoying,HE Yi,ZHAO Lei.The Spatial-Temporal Variation Characteristics of Vegetation Coverage in Five National Parksfrom 2000 to 2020J.Natural Protected Areas,2023,3(3):1127.根据联合国政府间气候变化专门委员会（intergovernmental panel on climate change，IPCC）最新的第 6 次研究报告显示，18501990 年，全球的地表平均温度已增加约 1，并且从 20212040 年的地表气温变动来看，预估全球气温将会升高 1.5 甚至更高1。全球气候的变化与陆地生态系统紧密相关，气候的剧烈变化必然会对生态系统造成重大影响2。作为陆地生态系统赖以生存和发展的根本，植被连接了自然界中的大气、土壤和水分，在地球生态系统进行能量流动、物质循环和信息传递的过程中具有重要先导作用3。同时，植被可以敏感地反映人类活动和气候变化，故植被的覆盖状况也被视为评估区域生态系统健康状况的一项重要指标4。随着全球变暖成为当前科学研究的焦点，植被对气候变化的响应也日益成为学术界广为关注的科学问题 5。目前，归一化植被指数（normalized differ-ence vegetation index，NDVI）被视为表征植被覆盖的最优指数67。NDVI 与植被覆盖度、光合作用以及生长状况等关系密切，能够综合衡量区域 收稿日期：20220609；修回日期：20220928 基金项目：国家自然科学基金专项项目（42341102）；中国南北过渡带综合科学考察（2017FY100904）*通讯作者 Corresponding author,E-mail： 第 3 卷 第 3 期自然保护地Vol.3 No.32023 年 8 月Natural Protected AreasAug.,2023http:/ 等9研究发现，在北半球中纬度地区，全球变暖导致植被覆盖呈现增加趋势。Piao 等10研究发现，欧亚大陆的植被覆盖总体呈增加趋势，但在 1997 年前后出现翻转，并据此分析了温度和降水对植被变化过程的影响。学者们对于国内的研究主要集中于我国东部11、西北干旱区12、黄土高原13、秦巴山地14等生态脆弱区。由上述研究结果可发现，在不同的时间尺度上植被覆盖均呈现增加的趋势。在我国东部地区不同的土地利用类型其气候影响因素不同，西北地区的植被覆盖变动与温度和降水相关性较显著，同时植被变化对气象因子的响应也存在一定的时滞效应。黄土高原 NDVI 年际变化也与温度和降水呈显著相关性，秦巴山区植被覆盖与温度的相关性比与降水的相关性高。综上所述，在植被覆盖度和气象因子的相关性研究中，重点集中在温度和降水 2 个方面，且研究区不同导致其变化的主导因素不同。建立国家公园是中国生态文明制度建设的重要内容，能够有效地保护大空间尺度的生态过程及该区域的生物物种和自然生态环境，并提供文化教育、休闲游憩的机会15。在多项工作稳步推进下，我国于 2021 年 10 月正式设立了三江源、大熊猫、东北虎豹、海南热带雨林和武夷山 5 个国家公园，总面积达到 23 万 km2，包含了约 30%的国家重点保护野生动植物，其保护研究价值无以取代。然而，目前关于国家公园植被的研究较少，从国家公园视角开展园区内的植物生长状况监测与评估，对于区域生态系统的环境质量、平衡状况和野生动植物的保护具有重要意义。基于上述认识，选择 5 大国家公园作为研究区，分析 20002020 年园区内植被变化特征及未来变化趋势，并将气温和降水作为影响因子，探讨气候变化对植被覆盖的影响，以期为进一步加强对野生动植物生长环境的保护和国家公园的建设管理提供一定的科学依据。1 研究区概况本课题研究区为 5 个国家公园，分别为三江源国家公园、大熊猫国家公园、东北虎豹国家公园、海南热带雨林国家公园和武夷山国家公园。三江源国家公园位于青海省，处于青藏高原腹地，包括黄河源、长江源和澜沧江 3 个园区，总面积达 12.31 万 km2，以高山和峡谷地貌为主。园区内溪流密布，雪山冰川遍布，沼泽众多，拥有大量的水草资源和野生动植物，为我国一道重要的生态屏障，对于我国的生态文明建设具有重要意义。大熊猫国家公园跨过四川、陕西和甘肃三省，涉及邛崃山大相岭片区、岷山片区、白水江片区和秦岭片区，总面积达 2.713 4 万 km2。园区内秦岭山系横亘其中，地势崎岖。自然资源丰富，水系发达，园区内生活着全国 87%的野生大熊猫，包含了除大熊猫以外的 8 000 多种野生动植物。东北虎豹国家公园位于我国黑龙江和吉林省两省交界的老爷岭南部区域，东部和东南部接壤俄罗斯，西南部与朝鲜相邻，是中、俄、朝三国的交界地带，总面积达 1.492 6 万 km2。园区内郁郁葱葱的温带针阔叶混交林生态系统是众多生物的家园，400 多种野生动植物栖息于此，其中最引人注目是的 50 余只野生东北虎。海南热带雨林国家公园位于海南省中部山区，总面积达 4 400 km2，占海南岛面积的 1/7，集中分布的区域是海南岛主要江河的源头和重要的水源涵养区。园内温暖、湿润的水热条件孕育了全海南岛 95%以上的原始森林和中国面积最大的热带雨林，形成了以森林生态系统为主体的国家公园。武夷山国家公园位于福建省武夷山脉北部，总面积为 1 001.41 km2。武夷山国家公园内育有全球同纬度带面积最大、最具代表性的中亚热带原生性森林生态系统，拥有着丰富多样的植物种类，基本涵盖了我国中亚热带地区所有的植物种类，是中国亚热带东部区域林木植物保护体系最为完整的地方16。12自 然 保 护 地Natural Protected Areas2023,3(3):1127第 3 卷http:/ 数据与方法 2.1数据来源及预处理本研究所使用的 NDVI 数据来自于美国国家航空航天局的 MODIS 产品 MOD13A1（https:/www.nasa.gov），收集了研究区域在 20002020 年的NDVI 数据；空间分辨率为 500 m，时间分辨率为16 d。此产品数据由于进行了水、云、重气溶胶等处理，以及较高的空间分辨率被广泛应用于植被覆盖度研究。对于下载的数据通过使用 MRT 进行投影和格式转换，并使用最大合成法合成月值，进而将月值合成年值，最后利用各研究区边界的裁剪获得 NDVI 数据。为分析植被覆盖与气象因子的关系，共收集了 20002020 年 5 个园区内及其周边共 83 个气象站点的逐日气温和降水数据。为便于分析，利用克里金插值法将气温、降水插值为与 NDVI 同为 500 m 分辨率的栅格数据。上述逐日气温和降水数据均来源于中国国家气象科学数据中心（http:/）。2.2研究方法 2.2.1 Sen+Mann-Kendall 趋势分析采用 Theil-Sen Median 趋 势 分 析 和 Mann-Kendall 检验方法，两者如今已被广泛地应用于植被的长时间序列趋势分析中。该方法改善了线性回归法的缺点，能够有效地减少噪声干扰，并且不需要数据服从一定的正态分布，使分析结果更为准确、可信。已有大量论文对该方法进行了详细介绍1718，此处不再赘述。2.2.2 Hurst 指数Hurst 指数是描述时间序列长期依赖性的有效方法，可以反映序列的自相似性和序列发展的相关强度19。根据计算结果，本研究将 H 值分为3 类：1）当 0H0.5 时，则表明时间序列未来变化趋势与过去相反；2）当 H=0.5 时，则表明时间序列为随机序列，无持续性；3）当 0.5H1 时，则表明时间序列未来变化趋势与过去一致。2.2.3 偏相关分析地理系统是一个由多重要素所组成的复杂生态系统，体系内某个要素的变动必然会导致其他要素的变动。偏相关分析是指在研究 2 个特定变量的相互关系时，消除其他与其有关变量的因素后，只研究 2 个变量之间相关关系的过程20。3 结果与分析 3.1植被覆盖时间变化特征通过对 20002020 年期间 5 个国家公园的NDVI 值进行曲线拟合，研究结果（图 1）表明：在整体变化趋势上，三江源国家公园 NDVI 指数值在 0.250.40 范围内波动，其他 4 个国家公园在0.800.95 范围内表现出不同程度的波动情况。20002020 年 5 个园区的植被覆盖均呈上升趋势，其中以海南热带雨林国家公园增速最快，大熊猫国家公园增速最慢，分别以每年 0.002 5 和 0.001 1的速率逐年增长。武夷山、三江源、东北虎豹国家公园分别以每年 0.001 8、0.001 5 和 0.001 3 的速率波动上升。从分阶段看，三江源园区近 21 年的植被增长可分为 3 个阶段：20002010 年呈增长趋势；20112015 年呈减少趋势，且在 2015 年 NDVI值减至最小值 0.30；20162020 年植被出现明显改善，到 2020 年 NDVI 值增至最大值 0.36。由此可见，自 2000 年三江源自然保护区成立，2005 年保护区的移民、退牧还草等重大工程的实施以及2015 年国家公园体制试点的设立，进一步加强了管理力度，使其植被状况得到明显改善，但其植物生长的波动也反映了该区域地理条件和人为因素的复杂性21。大熊猫国家公园的植被在 20002007 年期间呈缓慢增长趋势，且到 2007 年 NDVI值增至 0.84；20082012 年期间园区植被覆盖出现明显下降，2012 年是 NDVI 值最小年份，这说明 2008 年汶川大地震可能给大多数位于岷山片区和邛崃片区的植被造成了重大损失，波动较大；从 2013 年开始，园区内植被覆盖又出现上升趋势，2020 年 NDVI 值增至 0.86，这表明省、市出台的植被恢复政策以及对园区内各类自然保护地的管理取得很大成效。东北虎豹国家公园的植被变化第 3 期张晓莹，等：20002020 年我国五大国家公园植被覆盖时空变化特征13http:/ 3 个阶段：20002005 年呈上升趋势；20062011 年呈下降趋势（期间可能受到了商业性采伐的影响）；2011 年之后植被覆盖大幅增长，且园区在 2015 年成为试点后于 2016 年汪清县地方国有林业全面停止了天然林商业性采伐，园区内植物生长得到有效保护。相比于其他国家公园来说，海南热带雨林园区的植被覆盖波动较小，20002005 年植被趋于减少，2005 年为植被覆盖最小年份。海南岛在2004 年没有受到热带气旋的影响，是“无热带气旋影响年”。全年降水明显减少，从 2004 年 9 月到2005 年 7 月出现了海南全岛范围干旱现象22，对植被生长造成影响，导致 2005 年植被覆盖最低；20062020 年园区植被覆盖呈现逐年稳步增长趋势，植物生长得到进一步改善。武夷山国家公园20002005 年植被明显减少，与海南热带雨林园区受气候影响一致，由于福建省南平市在 2003 和2004 年出现了持续高温现象，降雨减少、蒸发量增加，处于大旱状态23，导致武夷山国家公园内植被显著低于 2002 年水平；随后在 20062012 年期间武夷山国家公园植被呈增长趋势，但在 2012年武夷山市出现极端低温天气，导致 20122014年植被又呈现下降趋势；在 2015 年武夷山国家公园的发展进入新的阶段后，20162020 年植被覆盖得到了有效恢复。3.2植被覆盖空间格局分布特征为了更好地分析植被覆盖变化，将近 21 年各园区的 NDVI 指数划分为 5 个等级24，分别为低植被覆盖（00.2）、中低植被覆盖（0.20.4）、中植被覆盖（0.40.6）、中高植被覆盖（0.60.8）和高植被覆盖（0.81）。三江源国家公园的植被覆盖具有明显的空间分布差异，整体呈现由西北向东南增加的变化趋势。低植被覆盖区和中低植被覆盖区所占比重最大，占据园区面积的 65.53%；其次为中植被覆盖区和中高植被覆盖区，分别占比 22.85%和 11.57%；高植被覆盖区极少。从图 2 可以看出，长江源园区的植被覆盖最低，植被大多分布在澜沧江园区和黄河源园区南部地区。为了更好地实现园区保护，将各园区按照生态系统功能划分为核心保育区、生态保育修复区和传统利用区，实行差别化管理。按三江源园区功能区位看，园区内植被覆盖偏低的区域主要分布在核心保育区，以长江源园区分布为主，相对偏高的植被覆盖区域主要分 200020022004200620082010201220142016201820200.30.40.50.60.70.80.91.0y=0.001 3x+0.893 6,R2=0.571 7y=0.002 5x+0.854 8,R2=0.926 2y=0.001 8x+0.845 0,R2=0.746 5y=0.001 1x+0.828 5,R2=0.481 0y=0.001 5x+0.308 7,R2=0.283 3三江源东北虎豹 海南热带雨林武夷山大熊猫NDVI年份 图120002020 年 5 大国家公园植被覆盖年际变化趋势Fig.1InterannualchangetrendofvegetationcoverageinfiveNationalParksfrom2000to202014自 然 保 护 地Natural Protected Areas2023,3(3):1127第 3 卷http:/ 3 表明，大熊猫国家公园绝大部分区域属于高植被覆盖区，占园区植被面积的 83.92%；其次为中高植被覆盖地区占比 10.73%，较少有低植被覆盖区。其中，高植被覆盖区大多属于核心保护区，由此看出国家公园的建设是根据地区差异化进行功能分区，从而可以更好地保护园区内植物的生长。由图 46 可以看出，东北虎豹国家公园、海南热带雨林国家公园和武夷山国家公园均以高植被覆盖为主，并且均明显高于大熊猫国家公园。其中：东北虎豹国家公园高植被覆盖区域遍布园 96 E92 E96 E92 E36 N36 N34 N34 N32 NNDVI00.20.81.00.60.80.20.40.40.60100200 km50 图2三江源国家公园 21 年平均植被覆盖空间Fig.2Averagevegetationcoveragespacefor21yearsinThree-River-SourceNationalPark 108 E108 E104 E104 E34 N32 N30 N34 N32 N30 N0100200 km50NDVI00.20.81.00.60.80.20.40.40.6 图3大熊猫国家公园 21 年平均植被覆盖空间Fig.3Averagevegetationcoveragespacefor21yearsinGiantPandaNationalPark 132 E131 E131 E130 E130 E129 E129 E44 N43 N43 N03060 km15NDVI00.20.81.00.60.80.20.40.40.6 图4东北虎豹国家公园 21 年平均植被覆盖空间Fig.4Averagevegetationcoveragespacefor21yearsinNortheastChinaTigerandLeopardNationalParkin21years 110 E110 E109 E109 E19 N19 N02040 km10NDVI00.20.81.00.60.80.20.40.40.6 图5海南热带雨林国家公园近 21 年平均植被覆盖空间Fig.5Averagevegetationcoveragespacefor21yearsinNationalParkofHainanTropicalRainforest 1180 E1180 E11730 E11730 E280 N2730 N2730 N01020 km5NDVI00.20.81.00.60.80.20.40.40.6 图6武夷山国家公园近 21 年平均植被覆盖空间Fig.6Averagevegetationcoveragespacefor21yearsinWuyishanNationalPark第 3 期张晓莹，等：20002020 年我国五大国家公园植被覆盖时空变化特征15http:/ 98%；海南热带雨林和武夷山国家公园高植被覆盖区域分别高达 97%和 92%，鲜有低植被覆盖区域，植被在整个园区均得到了良好的保护。在 2 个园区中分布差异较明显的中高植被覆盖区分别隶属于海南热带雨林国家公园和武夷山国家公园的一般控制区。在武夷山国家公园内，植被整体表现出西北高、东南低的变化趋势，其高植被覆盖区分布的核心保护区一直以来受到严格保护，是多种野生动植物的栖息地，并且没有人为干扰，因此，其生态环境得到了较好的保护。3.320002020 年植被覆盖变化趋势特征参考袁丽华17对 Theil-Sen Median 和 Mann-Kendall 的分类结果，将 S 值分为 3 类：改善区域（S0.000 5）、稳定区域（0.000 50.000 5）和退化区域（S0.000 5）。将 Mann-Kendall 在0.05 显著性水平上的检验结果分为显著变化（ZMK1.96）和不显著变化（1.96ZMK1.96）。通过对 Theil-Sen Median 和 Mann-Kendall两者进行叠加分析，得到像元尺度上的近 21 年NDVI 变化趋势，并将研究结果分为 5 类（表 1）。同时，参考黄豪奔等25对未来空间耦合分析的方法，将 Theil-Sen Median 和 Hurst 指数的分析结果叠加，计算结果也分为 5 类，从而得到像元尺度上园区内 NDVI 的未来变化趋势（表 2）。根据 5 个园区近 21 年的 NDVI 空间变化和未来趋势变化图显示，植被覆盖在空间上均以增长（S0.000 5）为主，园区植被得到明显改善；然而，由于在未来变化中气候和人为不确定性因素的存在，5 个园区表现出不同程度的植被反持续性变化，Hurst 指数值均在 0.5 以下。图 7 表明，三江源园区植被在近 21 年里得到改善的面积为 9.129 86 万 km2，占园区面积的74.17%，其中轻微改善和明显改善地区的面积占比分别为 36.22%和 37.94%。主要分布在核心保育区，其中以长江源园区的低植被覆盖区和黄河 表120002020 年 NDVI 变化趋势统计Table1NDVIchangetrendfrom2000to2020S值ZMK值NDVI变化趋势0.000 51.96明显改善0.000 51.961.96轻微改善0.000 50.000 51.961.96稳定不变0.000 51.961.96轻微退化0.000 50.5持续改善0.000 50.5由增变减0.000 50.000 5无显著变化0.000 50.5由减变增0.5持续退化 96 E96 E92 E92 E36 N36 N34 N34 N32 N0100 200 km50严重退化明显改善轻微改善轻微退化稳定不变无植被区96 E96 E92 E92 E36 N36 N34 N34 N32 N0100 200 km50持续退化持续改善无显著变化由减变增由增变减无植被区 图7三江源国家公园年均 NDVI 变化趋势（左）和未来变化趋势空间（右）Fig.7AnnualaverageNDVIchangetrend(left)andfuturetrends(right)ofThree-River-SourceNationalPark16自 然 保 护 地Natural Protected Areas2023,3(3):1127第 3 卷http:/ 14.82%，而园区植被出现退化的面积高达 1.356 13 万 km2，占园区面积的 11.02%，其中以轻微退化为主，占比为 9.47%。退化地区以长江源园区东南部和澜沧江园区西北部表现为主。此园区的 Hurst 平均指数为 0.43，其中 Hurst 指数小于 0.5 的像元占 80.87%，反向特征尤为显著。趋势分析和 Hurst 指数叠加结果显示：未来植被变化以由增到减的变化类型为主，共占园区面积的 59.18%，在长江源园区和黄河源园区所占比重较高；长江源园区的西北部和黄河源园区共有 14.39%的植被将会持续改善，并且长江源园区东南部和澜沧江园区西北部地区的植被将在未来保护下增加 9.02%的植被面积，持续退化的面积将减少至 2%。根据图 8 表明，大熊猫国家公园植被改善面积为 2.063 81 万 km2，占园区面积的 76.06%。其中，以明显改善为主，达到园区面积的 46.45%。4 个片区的植被得到明显改善区均主要分布在核心保护区，该园区的核心保护区大多数位于中海拔区域，植被覆盖较好，抵抗力较为稳定，并且群落结构复杂，导致核心保护区的植被改善状况较好。稳定不变的植被类型占园区面积的 13.72%，植被出现退化的面积为 2 774.28 km2，占园区面积的 10.22%，其中以轻微退化为主，占比为 8.87%。值得注意的是，退化地区主要分布在核心保护区，集中在岷山片区东南部的九顶山、白水河和龙溪虹口 3 个自然保护区，以及邛崃山大相岭片区的草坡和卧龙自然保护区。植被 NDVI 的 Hurst 平均指数为 0.44，其中 Hurst 指数小于 0.5 的像元占76.44%。从空间上看，未来在 4 个片区内将有16.59%的植被得到持续改善，有 6.42%的植被由减少变为增加。预测在未来园区经过保护之后，九顶山、白水河和龙溪虹口 3 个自然保护区的植被得到明显改善。植被反向减少部分区域零星分布在园区内，比重为 59.46%，未来持续退化区域仍以邛崃山大相岭片区尤为严重。在东北虎豹国家公园（图 9）、海南热带雨林国家公园（图 10）和武夷山国家公园（图 11）全域内植被得到改善的地区远远大于退化地区，分别占园区面积的 94.12%、97.31%和 88.53%。不同的是，在东北虎豹园区和海南热带雨林园区中植被得到明显改善的地区显著多于轻微改善的地区，而武夷山园区两部分相差不大，轻微改善和明显改善的地区仅差 5%。其中，植被得到明显改善的地区大多分布在园区东南部，位于武夷山国家自然保护区和景区过渡地带及景区的一般控制区。过渡区为原住居民生活、生产的地方，景 108 E108 E104 E104 E34 N34 N32 N32 N30 N34 N32 N30 N30 N34 N32 N30 N0100200 km50严重退化明显改善轻微改善轻微退化稳定不变108 E108 E104 E104 E0100200 km50持续退化持续改善无显著变化由减变增由增变减 图8大熊猫国家公园年均 NDVI 变化趋势（左）和未来变化趋势空间（右）Fig.8AnnualaverageNDVIchangetrend(left)andfuturetrends(right)ofGiantPandaNationalPark第 3 期张晓莹，等：20002020 年我国五大国家公园植被覆盖时空变化特征17http:/ 个地区均有人类活动影响，植被却得到明显改善，这表明人类活动对其植物生长有积极作用，可能与长期的人为绿化有关26。3 个园区退化区域面积极少，均不足园区总面积的 1%，稳定不变的区域面积分别占比5.18%、2.16%和 10.63%。132 E131 E131 E130 E130 E129 E44 N43 N43 N03060 km1503060 km15严重退化明显改善轻微改善轻微退化稳定不变持续退化持续改善无显著变化由减变增由增变减132 E131 E131 E130 E130 E129 E44 N43 N43 N 图9东北虎豹国家公园年均 NDVI 变化趋势（左）和未来变化趋势空间（右）Fig.9AnnualaverageNDVIchangetrend(left)andfuturetrends(right)ofNortheastChinaTigerAndLeopardNationalPark 110 E110 E109 E109 E19 N19 N02040 km1002040 km10严重退化明显改善轻微改善轻微退化稳定不变持续退化持续改善无显著变化由减变增由增变减110 E110 E109 E109 E19 N19 N 图10海南热带雨林国家公园年均 NDVI 变化趋势（左）和未来变化趋势空间（右）Fig.10AnnualaverageNDVIchangetrend(left)andfuturetrends(right)ofNationalParkofHainanTropicalRainforest 1180 E1180 E11730 E11730 E280 N2730 N2730 N01020 km5严重退化明显改善轻微改善轻微退化稳定不变持续退化持续改善无显著变化由减变增由增变减1180 E1180 E11730 E11730 E280 N2730 N2730 N01020 km5 图11武夷山国家公园年均 NDVI 变化趋势（左）和未来变化趋势空间（右）Fig.11AnnualaverageNDVIchangetrend(left)andfuturetrends(right)ofWuyishanNationalPark18自 然 保 护 地Natural Protected Areas2023,3(3):1127第 3 卷http:/ Hurst 指数上看，3 个园区植被 NDVI 的Hurst 平均指数分别为 0.42、0.44 和 0.42，植被变化也均表现出一定的反持续性，Hurst 指数小于0.5 的像元分别占 79.54%、74.31%和 76.84%，反持续性较强。从空间上看，由于近 21 年植被退化区域极少，在未来变化中基本无持续退化区域，占比也均不足 1%。3 个园区的变化类型同样均以由增加到减少变化为主，其次为持续改善区域。东北虎豹国家公园在原有植被增长的基础上将有19.03%的区域将持续改善，以核心保护区变化为主；植被由增加到减少的比重达到 75.09%，在整个园区内分布广泛，而且在 5 个园区内减少趋势最为显著，故未来对于该地区的生态系统修复和保护显得尤为重要。从海南热带雨林园区图中可以看出，植被变化同样在全区尺度上变化较大，未来植被变化由增加到减少变化比重为 72.37%，在近年来植被得到改善的基础上未来将有 24.94%植被持续向好发展。在武夷山园区内，未来植被变化由增加到减少变化比重为 67.75%；植被持续改善的区域占比为 20.87%，以核心保护区为主，在过渡区和景区内植被减少变化面积较大，可能受到人类活动的影响较大，对于农户的生产与生活和旅游业在未来需进一步加强管理。3.4植被覆盖与气象因子的相关性分析 3.4.1 年尺度植被覆盖对气候变化的响应基于 20002020 年的气温和降水数据，从空间像元尺度上分析了 5 个园区植被覆盖与气温和降水的偏相关系数，并在 0.05 显著水平上对其进行 t 检验。由表 3 可见，三江源国家公园和大熊猫国家公园内的植被覆盖与降水的相关性更高，而其他 3 个园区与气温的相关性更高。此外，5 个研究区内植被覆盖与气温均以正相关为主，呈负相关区域相对较少。降水量的相关结果与之不同，在武夷山园区植被覆盖与降水量整体呈负相关，其他 4 个园区均以正相关为主。由于我国南方的湿润地区降水量充足，对于海拔较高的低温地面，降水偏多会导致云层加厚，使入射的辐射量减少；同时，气温的下降导致了植物的光合作用减弱，因此，对植物生长发育也具有一定的负作用，这与该研究结果类似27。表3五大国家公园年尺度植被覆盖与气象因子偏相关系数Table3PartialcorrelationcoefficientbetweenannualvegetationcoverageandmeteorologicalfactorsinfiveNationalParks气象因子三江源国家公园大熊猫国家公园东北虎豹国家公园海南热带雨林国家公园武夷山国家公园降水量/mm0.2070.1610.1200.0900.023年平均气温/0.1520.0230.3630.3050.301 20002020 年研究区内的植被覆盖在空间尺度上对气候响应也表现出较大差异。由图 12 可知，三江源国家公园内植被覆盖与降水量呈正相关的区域面积为 10.145 1 万 km2，占全园区的 82.41%。其中，呈显著正相关的面积为 1.605 7 万 km2，约占 13.04%，主要分布在黄河源园区西北部和长江源园区东部的相对较低海拔地区。与气温呈正相关的区域面积为 9.258 0 万 km2，占总面积的75.21%。其中呈显著正相关的面积为1.014 4 万km2，约占 8.24%，主要分布在长江源园区西北部的高海拔寒冷地区。这表明温度对于寒区的影响较大。由于处于西北干旱区，园区整体上会受降水的影响较大。在图 13 中，大熊猫国家公园的植被覆盖与降水量呈正相关的区域面积为 2.026 7 万 km2，占总面积的 74.69%。其中，显著正相关的区域为 3 049km2，约占 11.24%，主要零星分布在岷山片区的秦岭片区的东北部。与气温呈正相关的区域面积为1.475 2 万 km2，占总面积的 54.37%，其中呈显著正相关的区域较少，仅占 1.82%，主要集中在岷山片区东南部九顶山、白水河和龙溪虹口 3 个自然保护区的高海拔地区。第 3 期张晓莹，等：20002020 年我国五大国家公园植被覆盖时空变化特征19http:/ 1416 表明，在其他 3 个与温度相关性更强的园区，其植被覆盖与温度呈正相关的区域均超过 90%。位于寒区的东北虎豹国家公园内植被覆盖与温度的相关性更强，其中与温度呈正相关的区域面积为 1.427 0 万 km2，占总面积的 95.6%，呈显著正相关的面积为 4 966 km2，约占总面积的33.27%，主要分布在核心保护区东南部的沿海地区。与降水呈正相关的区域面积为 1.097 8 万 km2，占总面积的 73.55%，其中呈显著正相关的区域面积为仅占 3.49%，主要分布在园区的中部地区。对于气候相对温暖、湿润的海南热带雨林国家公园和武夷山国家公园，相较降水来说受到温度的影响也更大。从空间上看，在海南热带雨林国家公园园区，植被覆盖与温度和降水的空间格局大致相同，相关性均由西向东减少。其中，与温度呈正相关的区域面积显著高于与降水呈正相关的面积，约占总面积的 93.50%。呈显著正相关的区域面积为 1 040 km2，约占总面积的 23.64%，主要分布在园区的西部地区。在武夷山国家公园内，植被覆盖与降水呈负相关表现明显，与降水呈负相关的区域面积为 560 km2，占总面积的55.92%，但显著性不强，显著负相关面积仅占1.20%，主要分布在园区的南部地区。与温度呈正相关的区域面积达总面积的 93.89%，呈显著正相 96 E96 E92 E92 E36 N36 N34 N34 N32 N96 E96 E92 E92 E36 N36 N34 N34 N32 N0100 200 km500100 200 km50 高:0.99 低:0.95 高:0.99 低:0.96 图12三江源国家公园植被覆盖与降水（左）和气温（右）偏相关空间分布Fig.12Partiallycorrelatedspatialdistributionbetweenvegetationcoverageandprecipitation(left)andtemperature(right)inThree-River-SourceNationalPark 108 E108 E104 E104 E34 N34 N32 N32 N30 N30 N108 E108 E104 E104 E34 N34 N32 N32 N30 N30 N0100200 km500100200 km50高:0.84低:0.74高:0.75低:0.78 图13大熊猫国家公园植被覆盖与降水（左）和气温（右）偏相关空间分布Fig.13Partiallycorrelatedspatialdistributionbetweenvegetationcoverageandprecipitation(left)andtemperature(right)inGiantPandaNationalPark20自 然 保 护 地Natural Protected Areas2023,3(3):1127第 3 卷http:/ 23.06%，累计 231 km2。3.4.2 月尺度植被覆盖对气候变化的响应气候对植物的生长具有时间滞后效应，即植 132 E131 E131 E130 E130 E129 E44 N43 N43 N132 E131 E131 E130 E130 E129 E44 N43 N43 N03060 km1503060 km15高:0.87低:0.63高:0.72低:0.61 图14东北虎豹国家公园植被覆盖与降水（左）和气温（右）偏相关空间分布Fig.14Partiallycorrelatedspatialdistributionbetweenvegetationcoverageandprecipitation(left)andtemperature(right)inNortheastChinaTigerAndLeopardNationalPark 110 E110 E109 E109 E19 N19 N110 E110 E109 E109 E19 N19 N02040 km1002040 km10高:0.66低:0.69高:0.85低:0.76 图15海南热带雨林国家公园植被覆盖与降水（左）和气温（右）偏相关空间分布Fig.15Partiallycorrelatedsp