长白山区植被覆盖度时空变化及地形分异研究.pdf

第4 3卷第3期2 0 2 3年6月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.3J u n.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 8-1 5 修回日期:2 0 2 2-1 0-2 0 资助项目:黑龙江省自然科学基金项目“黑龙江省绿色空间碳储量与景观格局适应性调控路径研究”(L H 2 0 2 2 E 0 0 1);中央高校基本科研业务费项目(4 1 4 2 1 0 1 6);国家自然科学基金项目“寒地城市森林水平与垂直结构季相变异的冷岛机制研究”(4 2 1 7 1 2 4 6)第一作者:石淞(1 9 9 5),女(满族),辽宁省沈阳市人,博士研究生,研究方向为区域环境变化与生态修复。E m a i l:h o n g y a n h a i b o n e f u.e d u.c n。通信作者:李文(1 9 7 1),女(汉族),黑龙江省哈尔滨市人,博士,副教授,主要从事城市生态修复与规划等方面研究。E m a i l:l i w e nn e f u.e d u.c n。长白山区植被覆盖度时空变化及地形分异研究石 淞,李 文,杨子仪,于 冉(东北林业大学 园林学院,黑龙江 哈尔滨1 5 0 0 4 0)摘 要:目的探究长白山区植被动态变化及其与地形的响应关系,为山区生态环境保护与治理提供科学支撑。方法基于MO D I SN D V I与D EM数据,采用像元二分模型估算长白山区2 0 0 02 0 2 0年植被覆盖度,运用S e n+M a n n-K e n d a l l趋势分析、空间自相关分析及重心迁移模型,结合地形面积差异修正系数,深入解析植被覆盖度时空演变特征,并定量揭示植被覆盖变化在高程、坡度、坡向因子上的分异效应。结果时空分布上,2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被覆盖度以0.0 2 37/(1 0a)(p0.0 0 1)的速率增长并于2 0 1 0年发生明显的上升突变,呈“四周高,中间低”的分布格局,整体处于较高水平。时空变化上,2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被改善区域面积远大于退化区域面积,呈以“高高”模式为主的显著聚集状态,但聚集程度波动下降;2 1a间植被覆盖重心整体向西南迁移。地形分异上,长白山区植被覆盖度随海拔、坡度升高均表现为先增加后减少趋势,不同时段下海拔6 0 0m,12 0 0m及坡度2,2 5 区域植被普遍呈退化趋势,海拔6 0 012 0 0m及坡度2 2 5 范围内以改善或稳定趋势为主;平地区域植被退化趋势明显,其他坡向上各变化类型差异较小。结论近2 1a来长白山区植被状况总体向好发展,不同高程和坡度条件下植被变化空间分异明显,而坡向对植被变化的影响并不显著。关键词:长白山区;植被覆盖度;时空变化;地形分异文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 3-0 2 5 4-1 1 中图分类号:S 1 5 7.1,T P 7 9文献参数:石淞,李文,杨子仪,等.长白山区植被覆盖度时空变化及地形分异研究J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(3):2 5 4-2 6 4,2 7 6.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3.0 3.0 3 0;S h iS o n g,L iW e n,Y a n gZ i y i,e ta l.S p a t i o t e m p o r a lv a r i a t i o n s a n d t o p o g r a p h i c d i f f e r e n t i a t i o n o ff r a c t i o n a lv e g e t a t i o n c o v e ri n C h a n g b a iM o u n t a i nJ.B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(3):2 5 4-2 6 4,2 7 6.S p a t i o t e m p o r a lV a r i a t i o n sa n dT o p o g r a p h i cD i f f e r e n t i a t i o no fF r a c t i o n a lV e g e t a t i o nC o v e r i nC h a n g b a iM o u n t a i nS h iS o n g,L iW e n,Y a n gZ i y i,Y uR a n(C o l l e g eo fL a n d s c a p eA r c h i t e c t u r e,N o r t h e a s tF o r e s t r yU n i v e r s i t y,H a r b i n,H e i l o n g j i a n g1 5 0 0 4 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ed y n a m i cc h a n g e so fv e g e t a t i o na n di t sr e s p o n s er e l a t i o n s h i pw i t ht o p o g r a p h yi nC h a n g b a iM o u n t a i nw e r ee x p l o r e d i no r d e r t op r o v i d es c i e n t i f i cs u p p o r t f o re c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dm a n a g e m e n t i nt h i sm o u n t a i n o u sa r e a.M e t h o d sB a s e do n MO D I SN D V Ia n dD EM d a t a,f r a c t i o n a lv e g e t a t i o nc o v e ri nC h a n g b a iM o u n t a i nf r o m2 0 0 0t o2 0 2 0w a se s t i m a t e du s i n gap i x e ld i c h o t o m y m o d e l.S p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o n so ff r a c t i o n a lv e g e t a t i o nc o v e rw e r ea n a l y z e di nd e p t hu s i n gS e n+M a n n-K e n d a l lt r e n da n a l y s i s,s p a t i a l a u t o c o r r e l a t i o na n a l y s i s,a n dac e n t e ro fg r a v i t ym i g r a t i o nm o d e l.A t t h es a m et i m e,t h ed i f f e r e n t i a l e f f e c t s o f v e g e t a t i o nc o v e r v a r i a t i o n sw e r eq u a n t i t a t i v e l yd e t e r m i n e db yc o m b i n i n g t h e a n a l y s i sr e s u l t sw i t ht h ec o r r e c t i o nc o e f f i c i e n tf o rt o p o g r a p h i ca r e a si nt h i ss t u d yi nt e r m so fe l e v a t i o n,s l o p e,a n da s p e c t f a c t o r s.R e s u l t sI n t e r m so f s p a t i o t e m p o r a l d i s t r i b u t i o n,t h e f r a c t i o n a l v e g e t a t i o nc o v e r i nC h a n g b a iM o u n t a i n i n c r e a s e da t ar a t eo f0.0 2 37/1 0y r(p0.0 0 1)f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0a n du n d e r w e n ta no b v i o u su p w a r dm u t a t i o n i n2 0 1 0,s h o w i n gad i s t r i b u t i o np a t t e r no f“h i g ha r o u n da n dl o wi nt h em i d d l e”,w i t ha no v e r a l l l e v e l o f h i g h.I n t e r m s o f s p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o n,t h e a r e ao f v e g e t a t i o n i m p r o v e m e n t i nC h a n g b a iM o u n t a i nw a sm u c hl a r g e r t h a nt h ea r e ao fd e g r a d a t i o nf r o m2 0 0 0t o2 0 2 0,s h o w i n gas i g n i f i c a n tc l u s t e r i n gs t a t ed o m i n a t e db ya“h i g h-h i g h”p a t t e r n.H o w e v e r,t h ed e g r e eo f c l u s t e r i n gs h o w e da f l u c t u a t i n gd o w n w a r dt r e n d,a n dt h ec e n t e ro fg r a v i t yo fv e g e t a t i o nc o v e rg e n e r a l l y m i g r a t e dt ot h es o u t h w e s td u r i n gt h e2 1-y rs t u d yp e r i o d.I n t e r m s o f t o p o g r a p h i cd i f f e r e n t i a t i o n,t h e f r a c t i o n a l v e g e t a t i o nc o v e r i nC h a n g b a iM o u n t a i ni n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo fe l e v a t i o na n ds l o p eo v e rt i m e.D u r i n gd i f f e r e n tt i m ep e r i o d s,v e g e t a t i o n i nt h ea r e a so fe l e v a t i o n 6 0 0m,1 2 0 0ma n ds l o p e2,2 5 g e n e r a l l ys h o w e dad e g r a d a t i o nt r e n d.T h ea r e a sp r i m a r i l ys h o w i n gi m p r o v e m e n to rs t a b i l i z a t i o no v e rt i m eh a de l e v a t i o n so f6 0 012 0 0ma n ds l o p e so f 2 2 5 .T h et r e n do fv e g e t a t i o nd e g r a d a t i o nw a so b v i o u s i nt h ef l a t l a n da r e a,w h i l el i t t l ed i f f e r e n c ei nt h ev a r i a t i o nt y p e sw a so b s e r v e df o ro t h e ra s p e c t s.C o n c l u s i o nT h ev e g e t a t i o nc o n d i t i o no fC h a n g b a iM o u n t a i nh a sg e n e r a l l yi m p r o v e do v e rt h ep a s t2 1y e a r s.S p a t i a ld i f f e r e n t i a t i o no fv e g e t a t i o nv a r i a t i o n su n d e rd i f f e r e n te l e v a t i o n sa n ds l o p e sw a so b v i o u s,w h i l et h ee f f e c to fa s p e c to nv e g e t a t i o nv a r i a t i o n sw a sn o t s i g n i f i c a n t.K e y w o r d s:C h a n g b a iM o u n t a i n;f r a c t i o n a l v e g e t a t i o nc o v e r a g e;s p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o n;t o p o g r a p h i cd i f f e r e n t i a t i o n 植被在地球系统中扮演重要角色,具有维持碳氧平衡,减少水土流失,调节局地气候等作用,对生境变化十分敏感1。探索植被动态变化并揭示其空间分异规律,是全球变化研究中关注的热点问题2。植被覆盖度(F V C)指植被地上部分在地面的垂直投影面积占研究区总面积的比例,是衡量陆表植被状况与环境质量变化的有效指标3。植被覆盖度估算方法有野外地面实测与卫星遥感反演等,其中基于归一化植被指数(N D V I)的像元二分模型法效果良好,是测量植被覆盖度的常用方法之一4。近年来,国内外学者在不同时空尺度上关于植被变化及其影响因素的研究已有丰硕成果。研究表明5-7,植被覆盖变化不仅与气温8、降水9、土地利用1 0、人口密度等1 1因素密切相关,且受制于所处的地形环境。地形在影响地表水热条件再分配的同时,对人类活动的强度和范围产生不同程度作用,进而影响植被生长发育及其空间分布格局1 2。探讨植被覆盖与地形因子的空间关系对深入认知植被地域分异规律,科学优化区域生态修复措施具有重要现实意义,受到学者们广泛关注。如银朵朵等1 3以内蒙古大青山为例探讨了温带大陆性半干旱气候区植被覆盖度的动态变化及其地形分异特征,表明植被覆盖度总体以改善为主,且随海拔和坡度升高呈上升趋势;张诗羽等1 4分析了岷江上游流域植被覆盖度变化的地形效应,发现各等级植被覆盖度区域对地形因子的响应程度不同,其中低、高植被覆盖度区分别受坡度、海拔影响最为明显;Em r a n等1 5评估了孟加拉国吉大港山区植被指数与地形参数间的多尺度相关性,指出植被N D V I变化与土壤水分含量、高程和坡度高度响应,而与坡向无显著关联。前人的研究主要以植被覆盖起止年为单一研究跨度,忽略了不同阶段下植被覆盖变化及其与地形因子响应关系的差异;且大多只结合地形因子等级分析植被覆盖的变化规律,对于各植被变化类型在不同地形因子等级上优势分布的定量研究仍非常有限。长白山为鸭绿江、松花江、图们江三江之源,是中国东北地区的碳汇核心区与水源涵养地,也是全球变化响应的敏感区域1 6。原始生态系统与典型火山地貌,造就长白山区独特的植被带垂直分异格局,其植被变化不仅关系到东北地区的社会经济发展,更对东北亚区域的生态安全产生深远影响1 7。鉴于此,本文基于MO D I SN D V I与D EM数据,采用像元二分模型估算长白山区2 0 0 02 0 2 0年植被覆盖度,运用S e n+M a n n-K e n d a l l趋势分析、空间自相关分析及重心迁移模型,结合地形面积差异修正系数,深入探究不同阶段下植被覆盖度时空演变特征,并定量揭示植被覆盖变化在海拔、坡度、坡向因子上的分异效应,以期为长白山区植被恢复与可持续发展提供借鉴。1 研究区概况长白山位于中国东北部中朝交界处,呈“东北西南”山脉走向,垂直高差达20 0 0m以上,地貌类型随海拔升高包括玄武岩台地、玄武岩高原与火山锥体三大部分。属温带大陆性山地气候,冬季严寒漫长,夏季短暂温凉,年降水约7 0 014 0 0mm,年均温约-73。植被资源丰富,包括针阔混交林带、针叶林带、岳桦林带、高山冻原带4个植被带,尤以红松(P i n u sk o r a i e n s i s)、长白落叶松(L a r i xo l g e n s i s)、白桦(B e t u l ap l a t y p h y l l a)等为典型树种1 8。本文选取以长白山国家级保护区为核心所辐射的吉林省东南部白山 市 与 延 边 朝 鲜 族 自 治 州 为 研 究 区(1 2 6 1 1 1 3 1 3 1 E,4 1 3 6 4 4 5 1 N),包含抚松县、敦化市、江552第3期 石淞等:长白山区植被覆盖度时空变化及地形分异研究源区等1 4个县(市、区),总面积6.0 71 04k m2,囊括长白山主峰与主脉,地势起伏大,植被覆盖变化及其地形分异效应更为显著。2 数据与方法2.1 数据来源及预处理2 0 0 02 0 2 0年N D V I数据来源于G E E(G o o g l eE a r t hE n g i n e)平台MO D I S 1 3 Q 1数据集(MO D I S/0 6 1/MO D 1 3 Q 1),时 间 分 辨 率1 6d,空 间 分 辨 率2 5 0m。通过在G E E平台中上传研究区矢量边界、调用函数与编写循环代码,实现批量格式与投影转换、最大值合成(MV C)、影像拼接、矢量裁剪等,得到年尺度N D V I最大值数据集。植被类型数据来源于资源环境科学 与 数 据 中 心(h t t p s:www.r e s d c.c n)11 0 0万中国植被图集,空间分辨率1k m。按研究区边界裁剪并重分类后得到研究区针叶林、针阔混交林、阔叶林、灌丛、草甸、沼泽、高山植被、栽培植被和其他共9种植被类型。D EM数据来源于G E E平台NA S AD EM3 0m数据集(NA S A/NA S A D EM_HG T/0 0 1),该数据集通过对S T RM数据的再处理提高其准确性,为与MO D I S数据叠加分析,将其空间分辨率重采样为2 5 0m。运用A r c G I S1 0.8软件S u r f a c e工具,基于D EM数据提取坡度和坡向数据,并对各地形因子进行分级。结合研究区海拔分布实际,将高程划分为2 0 0,2 0 04 0 0,4 0 06 0 0,6 0 08 0 0,8 0 010 0 0,10 0 012 0 0,12 0 014 0 0,14 0 016 0 0,16 0 018 0 0,18 0 0m共1 0级。依据自然资源部 第三次全国国土调查技术规程,将坡度划分为2,2 6,6 1 5,1 5 2 5,2 5 共5级,将坡向划分为平地,阴坡(3 1 5 4 5),半阴坡(4 5 1 3 5),阳坡(1 3 5 2 2 5),半阳坡(2 2 5 3 1 5)共5类。将以上所有影像定义统一的空间参考(WG S 8 4_UTM_Z o n e_5 2N)(图1)。注:本图基于中华人民共和国民政部官网审图号G S(2 0 2 2)1 8 7 3号标准地图制作,底图无修改。下同。图1 长白山区高程、坡度及坡向空间分布F i g.1 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f e l e v a t i o n,s l o p ea n da s p e c t i nC h a n g b a iM o u n t a i n2.2 研究方法2.2.1 像元二分模型 植被覆盖度与N D V I值呈高度正相关,像元二分模型假设各像元对应地表由植被和非植被两部分线性混合构成1 9。公式如下:F V C=N D V I-N D V Is o i lN D V Iv e g-N D V Is o i l(1)式中:N D V Is o i l为纯裸土或无植被覆盖区域N D V I值;N D V Iv e g为纯植被覆盖区域N D V I值,理论上分别接近0,1,但实际由于气候条件与季节变化等原因,二者并非定值。结合研究区N D V I灰度分布及土地利用情况,本研究截取累计频率为0.5%,9 9.5%分别作为历年N D V Is o i l和N D V Iv e g的参数值。F V C值域为0,1,参考水利部 土壤侵蚀分类分级标准,将植被覆盖度划分为极低(0F V C0.3),低(0.3F V C0.4 5),中等(0.4 5F V C0.6),高(0.6F V Ci)(2)式中:m e d i a n为中值函数,当0,表示F V C呈上升趋势,反之则呈下降趋势。对于给定的显著性水平,当|Z|Z1-/2,表示F V C时间序列存在显著变化,反之则为不显著变化。本文取=0.0 5为显著性水平数值,即当|Z|1.9 6时,代表通过置信度为9 5%的显著性检验。2.2.3 空间自相关分析 通过计算全局莫兰指数 结合z得分度量区域整体是否存在集聚现象并对其显著性进行分析,采用局部莫兰指数 进一步确定空间652 水土保持通报 第4 3卷集聚的具体位置及类型2 1。公式如下:I=ni=1nj=1wi j(xi-x)(xj-x)S2ni=1nj=1wi j(3)Ii=(xi-x)nj=1wi j(xj-x)S2(4)式中:wi j为空间权重矩阵;S2为样本方差。I值域为-1,1,当I0,表示空间分布趋向集聚,反之则趋向离散。根据Ii生成L I S A聚类图,将空间分布划分为“高高”“低低”“高低”“低高”聚集及不显著共5类。2.2.4 重心迁移模型 重心是经济、人口、PM2.5等空间动态演变过程中的重要指标2 2,本文根据2 0 0 02 0 2 0年植被覆盖度重心位置变化追踪植被覆盖的迁移方向与距离。公式如下:X=ni=1WiAiXini=1WiAi(5)Y=ni=1WiAiYini=1WiAi(6)式中:X,Y分别为重心的经度、纬度;Xi,Yi分别为栅格i的几何中心经度、纬度;Ai,Wi分别为栅格i的面积与F V C值。2.2.5 地形面积差异修正 为消除因地形绝对面积差异而导致的植被覆盖度评价不合理性,引入地形面积差异修正系数k,以量化揭示不同F V C变化趋势类型在不同地形条件下的分异特征6。公式如下:k=Si e/SeSi/S(7)式中:Si e,Se,Si,S分别为第i种F V C变化趋势类型在第e级地形条件下的面积、第e级地形的面积、第i种F V C变化趋势类型的面积及研究区总面积。k1,k1,k=1,分别表示第i种F V C变化趋势类型在第e级地形条件下为优势分布、非优势分布及平稳分布。3 结果与分析3.1 植被覆盖度的时空分布特征3.1.1 时间分布特征 2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被覆盖度 整 体 呈 显 著 上 升 趋 势,增 长 率 为0.0 2 37/(1 0a)(p0.0 0 1),表明林草生态建设等工作成果逐步显现。植被覆盖度在2 0 0 3年跌至最低值0.7 6 1,2 0 0 8年 回 升 至 最 高 值0.8 2 6,多 年 均 值 为0.8 0 0。2 0 0 02 0 0 3年植被覆盖度有所减少,主要原因可能与该 时 段 东 北 地 区 遭 遇 严 重 旱 情 灾 害 有 关2 3。2 0 0 02 0 2 0年白山市与延边朝鲜族自治州植被覆盖度均表现为增长趋势,增长率分别为0.0 2 95/(1 0a),0.0 2 14/(1 0a),植被覆盖度均值分别为0.7 9 0,0.8 0 3,表明2 1a间白山市植被覆盖度增长率高于延边朝鲜族自治州,而植被覆盖状况则相对较差(图2 a)。为进一步判断植被覆盖度的突变特征,通过M-K检验发现U F与U B两条曲线在约2 0 1 0年处存在一个交点,且交点位于9 5%置信区间内,同时U F曲线在交点后呈上升趋势并于2 0 1 2年超出上限临界值1.9 6,说明长白山区植被覆盖度在2 0 1 0年发生明显的上升突变。其主要原因可能为,相关研究表明2 4,近6 0a来东北地区气温显著上升,降水量则周期波动较大,干旱缺水情况持续存在,而2 0 1 0年前后,降水量处于相对丰水期,长白山区气候环境“暖湿化”趋势明显增强,促使植被物候期提前,积雪加速融化补充土壤水分改善其墒情,更有利于植被生长发育(图2 b)。图2 2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被覆盖度年际变化及突变特征F i g.2 I n t e r a n n u a l v a r i a t i o na n dm u t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fv e g e t a t i o nc o v e r a g e i nC h a n g b a iM o u n t a i nf r o m2 0 0 0t o2 0 2 0752第3期 石淞等:长白山区植被覆盖度时空变化及地形分异研究3.1.2 空间分布特征 长白山区2 0 0 02 0 2 0年植被覆盖度多年均值的范围为00.9 3 1,呈“四周高,中间低”的分布格局。其中极高植被覆盖度占主导,比例8 1.6 1%,表明长白山区植被覆盖总体处于较高水平;高植被覆盖度次之,比例1 4.3 8 4%,主要分布在敦化市、龙井市、和龙市等地;极低与低植被覆盖度面积极少,比例仅有1.7 0%,主要分布在延吉市东南部、珲春市西南部、敦化市中部等各城市主城区。总体来看,植被覆盖度高值区主要分布在地势相对平缓、水热资源充足的区域,优渥的土壤状况与气候环境使植被生长发育良好,生态质量较高;低值区主要分布在人口聚集或地势陡峭的区域,频繁的人类活动干扰导致环境承载力下降,且陡坡地区土壤侵蚀严峻,因此植被覆盖水平较低。造成植被覆盖度空间分布差异的原因同时与植被类型密切相关,植被覆盖度较高区域以森林为主要植被类型,而较低区域主要分布有大量的草地和农田。在极低、低、中等、高、极高植被覆盖度区域中,针叶林、针阔混交林及阔叶林占其总面积的比例依次递增,分别为2 6.8 2%,3 8.9 4%,4 5.6 6%,5 1.8 9%,8 6.2 5%,而灌丛、草甸及栽培植被占其总面积的 比 例 则 依 次 递 减,分 别 为6 7.3 0%,5 6.6 0%,5 0.6 3%,4 4.6 3%,1 2.6 4%(图3)。图3 2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被覆盖度空间分布及各级植被覆盖度植被类型统计F i g.3 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no fv e g e t a t i o nc o v e r a g ea n ds t a t i s t i c so f v e g e t a t i o nt y p e sa td i f f e r e n tg r a d e so fv e g e t a t i o nc o v e r a g e i nC h a n g b a iM o u n t a i nf r o m2 0 0 0t o2 0 2 03.2 植被覆盖度的时空变化特征3.2.1 趋势特征 如图4,表1所示,2 0 0 02 0 1 0年,长白山区植被覆盖度S e n趋势呈“西南向东北递减”的空间格局,改善与退化区域比例分别为7 0.8 0%,2 1.5 7%,主 要 变 化 趋 势 类 型 为 轻 微 改 善,比 例6 2.8 1%。改善区域主要分布在敦化市、安图县、临江市等地,退化区域主要分布在汪清县、珲春市、图们市等地。植被改善与退化区域的变化程度均以轻微为主,分 别 占 其 各 自 总 面 积 的8 6.7 2%,9 6.3 5%。2 0 1 02 0 2 0年,长白山区植被覆盖度S e n趋势呈“中部和南部偏低,东北偏高”的空间格局,较上一时段主要由轻微改善向轻微退化转化。主要变化趋势类型仍为轻微改善,比例5 9.8 7%,较上一时段比例减少8.8 0%,主要分布在龙井市、图们市、汪清县中部等地,轻微退化区域较上一时段比例增加7.7 9%,主要分布在敦化市、安图县、和龙市等地。总体来看,2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被覆盖向好趋势显著,改善区域面积远大于退化区域面积,改善面积总计4.9 31 04k m2,比例为8 1.2 9%,其中显著改善和轻微改善比例分别3 4.3 7%,4 6.9 2%。显著改善区域主要分布在龙井市北部、和龙市东北部、安图县东南部、江源区等地,植被覆盖度有大幅提升,改善程度较高,应持续推动这些区域生态建设高质量发展。退化区域面积为54 1 8.1 3k m2,仅比例8.9 4%,主要分布在延吉市中部、珲春市西南部、和龙市东南部等地,主要原因:与高山风蚀、盲目开垦导致土地沙化有关;由于快速城镇化背景下建设用地扩张,对植被的干扰增大,这些地区植被退化形势依然严峻,仍需引起重视。2 1a间长白山区植被覆盖度变化趋势空间分布异质性明显,不同时段下各变化趋势类型所占比例有所起伏,但整体均以改善为主。3.2.2 聚集特征 如图5 a所示,2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被覆盖度全局莫兰指数I均为正值,多年均值为0.5 7 2,z得分范围为16 8 4.9 1 927 2 6.3 3 9,表明近2 1a来长白山区植被分布呈显著聚集状态。其中2 0 0 6,2 0 0 5年聚集度较低,I值分别为0.5 1 4,0.5 2 4,2 0 0 2,2 0 1 7年聚集度较高,I值分别为0.6 4 6,0.6 0 6。总体来看,2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被覆盖度I值852 水土保持通报 第4 3卷呈速率为-0.0 1 5/(1 0a)的波动下降趋势,表明植被覆盖空间集聚效应减弱,逐渐趋于破碎。如图5 b,图6所示,采用局部自相关分析进一步判断空间聚类模式及其具体分布位置,得出长白山区植被覆盖度以“高高”聚集为主,不显著与“低低”聚集次之,“高低”与“低高”聚集面积较少。除不显著区 外,各 聚 类 模 式 所 占 面 积 均 呈 减 少 趋 势,且“高高”与“低低”聚 集 区 面 积 的 下 降 速 率(-3 6.1 0,-8 1.5 4k m2/a)高于“高低”与“低高”聚集区面积的下降速率(-8.0 5,-2 9.8 9k m2/a),表明2 1a间长白山区植被覆盖趋于片段化、离散化,与全局自相关分析结果相吻合。由2 0 0 0,2 0 1 0,2 0 2 0年3个时期的L I S A聚类图可知,2 1a间各聚类模式分布格局变化幅度较小,其中“高高”聚集区密集分布在汪清县、珲春市、敦化市四周、安图县东北部等地,“低低”聚集区主要分布在敦化市中部、延吉市南部、龙井市北部等地,“高低”与“低高”聚集区分布相对零散。将时空分布与聚集特征结果进行综合分析可知,2 0 0 02 0 2 0年长白山区植被覆盖度的增长是全域共同作用的结果,而非某个地区的特定贡献。图4 2 0 0 02 0 2 0年长白山区不同时段植被覆盖度S e n趋势及变化趋势类型空间分布F i g.4 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no fv e g e t a t i o nc o v e r a g eS e nt r e n da n dv a r i a t i o nt r e n dt y p e sd u r i n gd i f f e r e n t t i m ep e r i o d s i nC h a n g b a iM o u n t a i nf r o m2 0 0 0t o2 0 2 0图5 2 0 0 02 0 2 0年长白山区全局莫兰指数及各聚类模式面积变化F i g.5 G l o b a lM o r a n i n d e xa n da r e ac h a n g eo f e a c hc l u s t e r i n gp a t t e r ni nC h a n g b a iM o u n t a i nf r o m2 0 0 0t o2 0 2 0952第3期 石淞等:长白山区植被覆盖度时空变化及地形分异研究表1 2 0 0 02 0 2 0年长白山区不同时段植被覆盖度变化趋势类型统计T a b l e1 S t a t i s t i c so nv a r i a t i o nt r e n dt y p e so fv e g e t a t i o nc o v e r a g ed u r i n gd i f f e r e n tt i m ep e r i o d s i nC h a n g b a iM o u n t a i nf r o m2 0 0 0t o2 0 2 0变化趋势类型划分依据 2 0 0 02 0 1 0年面积/k m2比例/%2 0 1 02 0 2 0年面积/k m2比例/%2 0 0 02 0 2 0年面积/k m2比例/%显著退化-0.0 0 05,|Z|1.9 64 7 7.0 60.7 910 0 4.5 61.6 67 7 9.3 11.2 9轻微退化-0.0 0 05,|Z|0.0 0 05,|Z|1.9 648 4 1.4 47.9 935 4 5.5 05.8 52 08 3 1.5 63 4.3 7轻微改善0.0 0 05,|Z|1.9 63 80 7 0.5 66 2.8 13 27 3 9.3 15 4.0 22 84 3 8.8 84 6.9 2图6 2 0 0 02 0 2 0年不同时期下长白山区植被覆盖度L I S A聚类F i g.6 L I S Ac l u s t e r i n go fv e g e t a t i o nc o v e r a g ed u r i n gd i f f e r e n tp e r i o d s i nC h a n g b a iM o u n t a i nf r o m2 0 0 0t o2 0 2 03.2.3 重心迁移特征 如图7所示,2 0 0 02 0 1 0年,极低、低、