3.1 研究区EVI时间变化分析
四川省2001—2018年平均植被覆盖度以岷山—龙门山—邛崃山—大小凉山为界,表现出东高西低、南高北低的分布规律,空间异质性显著,但区域范围内存在部分区域的植被覆盖度一直稳定在高值或低值,四川省西北部长期处于低值状态。达州、德阳和成都等市首先于2006年出现极高值分布区,达州—巴中—广元—绵阳4个城市逐渐于2012年形成极高值包围圈,并在2018年,与德阳、成都、雅安、乐山、宜宾五市极高值带联结成一带。2001年、2006年、2012年、2018年植被覆盖度年均值分别为0.255,0.272,0.277,0.295,标准差分别为0.053,0.057,0.063,0.075。总体而言,EVI植被指数随时间变化显著(图2)。
图2 2001年、2006年、2012年、2018年四川省EVI植被指数
近18 a研究区域内植被年际EVI均值介于0.255 2～0.294 7,以0.22%/a的速率波动上升(图3)。2001年出现明显的偏离值,是研究时段内的最低值,分析原因,可能是由于各项工程刚开始实施,植被增长速度较快。2001年,2006—2008年,2010年,2012—2014年增幅显著,2008—2010年出现波动下降,并于2012年达到较低值。2008年前后标准差突变明显,但2007—2009年EVI植被指数值基本符合线性方程拟合值,说明2008年的汶川地震给四川植被造成了极大损失的同时,省市州各部门均出台植被恢复举措,使得四川省EVI植被指数处于正常值,未出现较大波动。
图4是2001—2018年四川省EVI指数年际变化率。根据四川2001—2018年EVI多年平均空间分布格局可将四川省可大致分为3个部分:川西北高原、川西南山地和川东四川盆地。据图可知四川省整体EVI植被指数年际变化率存在川东四川盆地>川西南山地>川西北高原的规律。3个区域中都零星分布着植被指数呈负增长的区域。但是川西北高原的整体变化率比较平均,即不存在年际变化率过于极端的地区。川西南山地地区属于川西北高原与川东四川盆地EVI植被指数的过渡区,该区的西南部—东北部连接带,变化率较大,增长趋势较明显。对比3个区域,可发现整个四川盆地区域EVI植被指数变化率都非常显著。
图3 2001-2018年四川省年均EVI植被指数
图4 2001-2018年四川省EVI指数年际变化率
为进一步研究2001—2018年四川省植被改善状况,本文将2001—2018年EVI年际变化率划分为6个等级,2001—2018年四川省EVI指数年际变化率分级及面积占比见
表1。
表1 2001-2018年四川省EVI指数年际变化率分级及面积占比
结合图4和表1分析,13.6%研究区域格网的年际EVI变化率为负值,集中分布在川西北地区甘孜州以及成都市境内,这些区域的植被覆盖呈减少趋势; 86.44%的为正值,区域植被覆盖呈增加趋势。川西北高原地区极显著退化、较显著退化、轻度退化、轻度改善、较显著改善和极显著改善的面积占比分别为0,0.32%,22.20%,75.47%,1.95%,0; 川西南山地区域极显著退化、较显著退化、轻度退化、轻度改善、较显著改善和极显著改善的面积占比分别为0.10%,0.67%,10.93%,47.57%,35.63%,5.01%; 川东四川盆地地区极显著退化、较显著退化、轻度退化、轻度改善、较显著改善和极显著改善的面积占比分别为0.19%,0.54%,2.38%,17.77%,56.93%,22.19%。
川西北高原范围内的植被变化情况不存在极显著退化和极显著改善区域,区域内的植被变化以轻度改善和较显著改善为主,轻度改善面积达60.12%,较显著改善面积占11.26%。川西南山地地区以轻度改善和较显著改善为主,合计面积占比超83%。与川西北高原相比,川西南山地的总体改善程度更好; 川东四川盆地较显著改善面积占比达56.93%,极显著改善的面积占13.40%,远大于川西北高原和川西南山地两个区域,是四川省植被恢复程度最好的区域。整体而言,所划分的3个区域年际变化大多介于-0.25～0.50范围内,即以轻度退化、轻度改善、较显著改善为主,而较显著退化、极显著退化和极显著改善面积占比较小,并且川东四川盆地植被增长速度远高于另外两个区域。西部EVI指数变化率基本稳定在0%～0.25%范围,甘孜州极少部分区域存在变化率在-1～-0.5区域; 东部变化率基本大于0,负值区域基本在成都平原范围,分析该现象出现原因,可能与成都市城市扩张速度过快、人口增长迅猛等因素有关。
3.2 研究区EVI空间变化分析
由四川省2001—2018年平均EVI指数(图5),可看出四川省范围内植被指数平均数出现明显的空间差异性,东西部差异较大。2001—2018年EVI指数平均值为0.255,标准差为0.053。最大值为0.410,零星分布在在川南、川东北地区; 最小值为-0.100,分散出现在川西甘孜、阿坝州以及成都市范围内。
结合研究区实际情况将植被覆盖度分为无植被覆盖、极低覆盖、低覆盖、中覆盖、高覆盖5个级别(
表2)。2001年基本以植被低覆盖和中覆盖为主,2001—2018年,低、中植被指数面积逐年减少,2018年高植被指数区域面积超过区域总面积的25%,而低植被指数区域面积下降近30%,中植被指数面积减少超过23%。整体情况可反映出:东西部各项造林工程、退耕还林工程以及天然林保护工程完成情况良好,植被覆盖呈现良好增长态势。
3.3 研究区EVI空间自相关分析
对四川省EVI植被指数进行全局空间自相关分析,得到2001—2018年四川省EVI植被指数莫兰指数(图6)。研究区2001年全局莫兰指数最低,说明该年植被覆盖破碎化程度较大,2001—2018年省内植被覆盖破碎化程度逐渐减小。莫兰指数在不同年份表现出一定的波动性:在2004年、2006年、2009年、2017年、2018年略微降低,2010—2016年都呈现良好的增长态势但在2017年开始略微减少。2001—2018年莫兰指数均大于0且明显增大,并且z得分都较大(z>0.7),说明区域内植被覆盖度在空间上具有极强正相关性,整体高聚集效应也更为显著。
表2 2001年、2006年、2012年、2018年EVI植被指数分级及各项面积占比
图6 2001-2018年四川省EVI植被指数莫兰指数
对2001年、2009年、2018年EVI植被指数进行热点分析,深入研究四川省EVI植被指数的局部相关性,得到2001年、2006年、2012年、2018年四川省EVI指数热点分析以及2001—2018年平均EVI指数热点分布图(附
图1)。结果表明:(1)四川省植被覆盖存在明显的差异性,植被覆盖度热点和冷点分带明显,植被覆盖度高的区域集中分布在省东部,而西部覆盖度低;(2)2001年植被覆盖度空间分布最为离散,极少出现连片分区现象,不显著区域占比63.0%。至2018年四川省植被覆盖度的高值点和低值点四川省的植被覆盖在空间上出现扩散效应,负值点和正值点范围都在扩大,不显著区域范围占比缩小至49.6%研究区域内不显著区域的范围显著减少。
3.4 EVI变化驱动力分析
气候条件是影响植被分布的主要环境因子,其中又以气温和降水为主。为探究2001—2018年四川省植被覆盖时空演变驱动因素,本文从气象因子、生态工程两方面进行进一步研究。2001—2018年,四川省年均降水量以2.48 mm/a的速度呈不显著波动减少趋势。全省降雨可以青川—汶川—康定—九龙—盐源为界,东部川中丘陵、成都平原和川东平行岭谷地区年均降水量达1 000 mm/a以上,水量丰富,为全国突出的多雨区; 雅安—乐山地区年均降水量高达1 300 mm/a以上,是全省降水最富集地带; 川西高原山地区域年降水量较少,基本不足800 mm/a,石渠等县年均降水量不足600 mm/a,属于降水量极少区域。
温度波动较大,整体以0.01℃/a的速度增加,增温幅度低于全国平均水平。2001—2018年四川年平均最高气温和年平均最低气温均呈上升趋势,且最低温度对增温贡献度最大。除2003年,2007年,2014三年外,其余年份温度与EVI指数的变化率呈正相关趋势(图7)。
四川省总体虽呈“干热化”发展趋势,但通过对四川省EVI植被指数与降水量、温度的相关性验证得:降水量和温度的显著性p值分别为0.296,0.255,均大于0.05,故四川省EVI植素与降水量以及温度相关性不显著,因此在四川省范围内降水量和温度对EVI植被指数的影响程度较低。
进一步分析生态工程措施对植被覆盖度的影响(图8),四川自2000年成为“退耕还林工程”和“天保工程”首批示范区,至今在各市开展了退耕还林、植树造林、天然林保护以及封山育林等一系列生态措施,使2001—2018年四川省森林面积增加56.93%[13],实施人工造林和封山育林措施的有林地和丘陵区植被改善显著。计算森林面积与EVI年均值的相关性可知:森林面积与植被指数变化呈现显著正相关关系(p<0.05)。
图8 2001-2018年森林面积与EVI植被指数
