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贵州赤水河流域植被指数时空变异研究

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黄兴成, 李渝, 蒋太明, 等. 贵州赤水河流域植被指数时空变异研究[J]. 西南大学学报（自然科学版）, 2020, 42(3): 139-145. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.03.019
引用本文: 黄兴成, 李渝, 蒋太明, 等. 贵州赤水河流域植被指数时空变异研究[J]. 西南大学学报（自然科学版）, 2020, 42(3): 139-145. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.03.019
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Xing-cheng HUANG, Yu LI, Tai-ming JIANG, et al. Spatio-Temporal Variations of Vegetation Index in the Chishui River Basin[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2020, 42(3): 139-145. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.03.019
Citation: Xing-cheng HUANG, Yu LI, Tai-ming JIANG, et al. Spatio-Temporal Variations of Vegetation Index in the Chishui River Basin[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2020, 42(3): 139-145. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.03.019
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贵州赤水河流域植被指数时空变异研究

  • 1.

    遵义师范学院 赤水河流域环境保护与山地农业发展协同创新中心, 贵州 遵义 563006

  • 2.

    贵州省农业科学院 土壤肥料研究所, 贵阳 550006

  • 3.

    农业农村部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站, 贵阳 550006

  • 4.

    遵义职业技术学院, 贵州 遵义 563000

  • 5.

    贵州省农业科学院 辣椒研究所, 贵阳 550006

  • 6.

    四川省农业科学院 土壤肥料研究所, 成都 610066

  • 基金项目: 贵州省科技支撑计划项目（黔科合支撑[2019]2266号）；遵义师范学院赤水河流域环境保护与山地农业发展协同创新中心开放基金项目（遵师协同创新[2018]02）；农业农村部西南山地农业环境重点实验室开放基金项目（AESMA-OPP-2019004）；贵州省农业科学院青年基金项目（黔农科院青年基金项目[2018]14号）
详细信息
    作者简介:

    黄兴成(1990-), 男, 硕士, 助理研究员, 主要从事生态环境研究 .

    通讯作者: 江秋菊, 讲师; 

  • 中图分类号: X81

Spatio-Temporal Variations of Vegetation Index in the Chishui River Basin

  • 1.

    Collaborative Innovation Center of Chishui River Basin Environmental Protection and Mountain Agriculture Development, Zunyi Normal University, Zunyi Guizhou 563006, China

  • 2.

    Institute of Soil and Fertilizer, Guizhou Academy of Agricultural Science, Guiyang 550006, China

  • 3.

    Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agricultural Environment(Guizhou), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Guiyang 550006, China

  • 4.

    Zunyi Vocational and Technical College, Zunyi Guizhou 563000, China

  • 5.

    Institute of Pepper, Guizhou Academy of Agricultural Science, Guiyang 550006, China

  • 6.

    Institute of Soil and Fetilizer, Sichuan Academy of Agricultural Science, Chengdu 610066, China

图( 4) 表( 2)
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  • 施引文献:  0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-12
  • 刊出日期:  2020-03-20

贵州赤水河流域植被指数时空变异研究

    通讯作者: 江秋菊, 讲师; 
    作者简介: 黄兴成(1990-), 男, 硕士, 助理研究员, 主要从事生态环境研究
  • 1. 遵义师范学院 赤水河流域环境保护与山地农业发展协同创新中心, 贵州 遵义 563006
  • 2. 贵州省农业科学院 土壤肥料研究所, 贵阳 550006
  • 3. 农业农村部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站, 贵阳 550006
  • 4. 遵义职业技术学院, 贵州 遵义 563000
  • 5. 贵州省农业科学院 辣椒研究所, 贵阳 550006
  • 6. 四川省农业科学院 土壤肥料研究所, 成都 610066
  • 收稿日期:  2019-04-12
基金项目:  贵州省科技支撑计划项目（黔科合支撑[2019]2266号）；遵义师范学院赤水河流域环境保护与山地农业发展协同创新中心开放基金项目（遵师协同创新[2018]02）；农业农村部西南山地农业环境重点实验室开放基金项目（AESMA-OPP-2019004）；贵州省农业科学院青年基金项目（黔农科院青年基金项目[2018]14号）

摘要: 利用MODISNDVI数据，评估贵州赤水河流域2001-2018年植被指数时间变化规律和空间分布特征，为区域生态演变和环境保护提供参考依据.研究结果表明，贵州赤水河流域植被指数总体呈波动上升趋势，由2001年的0.789提升至2018年的0.842，提升幅度6.64%，年平均增长率为0.003.各县域NDVI增长速率由大到小依次为：大方县、金沙县、七星关区、仁怀市、播州区、桐梓县、习水县、赤水市.贵州赤水河流域2001-2018年NDVI指数降低的面积占8.3%，其中以仁怀市、桐梓县、习水县植被指数降低的面积比例较大，分别为12.05%，10.75%和10.53%，毕节市所辖七星关区、大方县和金沙县植被指数上升的面积比例较大，分别为61.2%，76.6%和77.5%.各县域NDVI平均值以赤水市最高，为0.845，仁怀市NDVI平均值最低，仅0.797.

English Abstract

    全文HTML

  • 植被指数客观反映了植被覆盖状况，是衡量区域生态环境状况的重要指标[1].归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)是目前应用最为广泛的植被指数之一，大量研究证实了归一化植被指数与植被覆盖度有较好的相关性，能够应用于不同区域尺度的植被覆盖度研究[2-4].随着遥感技术的迅速发展，采用QuickBird[5]，Landsat[6-7]，MODIS[8]等多源对地遥感卫星对区域尺度植被动态变化的快速获取分析已经成为可能，尤其是MODISNDVI时序数据产品，已经广泛应用于全球植被覆盖变化[9-10]及气候变化响应[11-14]等热点问题研究.学者通过对不同尺度的植被指数时空动态变化研究，为区域植被建设和生态环境保护等提供了丰富的依据[15-18].赤水河流域是贵州重要的生态水源涵养地和生态屏障，贵州省2011年起颁布实施了《贵州省赤水河流域保护条例》，明确提出保护赤水河，实现地区绿色发展，成为当前贵州赤水河流域生态建设的重点.然而，目前贵州赤水河流域植被指数的时空尺度变化尚不明确，不能为区域生态环境保护提供依据.本研究利用2001-2018年MODISNDVI产品获取贵州赤水河流域各县域的植被指数情况，从时空尺度上分析流域内各县域植被指数的变化特征，旨在为了解赤水河流域生态环境变化状况和区域生态环境保护提供理论参考.

1.   材料与方法

    1.1.   研究区概况

  • 贵州赤水河流域位于贵州省北部，东经105°13′19″-106°58′34″，北纬27°13′16″-28°45′58″之间.行政区划辖七星关区、大方县、金沙县、播州区、仁怀市、桐梓县、习水县和赤水市共8个县(县级市)域行政单位(图 1)，流域面积11 392 km2.流域海拔在218~2 107 m，气候属亚热带季风气候区，年平均气温13.1~17.6 ℃，年平均降水1 286 mm，植被类型以人工云南松、马尾松和亚热带次生常绿阔叶林为主.土壤类型以黄壤、石灰(岩)土、紫色土、粗骨土、水稻土分布较为广泛.

    • 1.2.   数据来源与处理

  • 基础遥感数据来源于美国国家航空航天局网站(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)，选取MOD13Q1影像数据产品，该数据空间分辨率为250 m，时间分辨率为16天，贵州赤水河流域位于H：27，V：6图幅，2001年1月至2018年12月共有414期影像.使用ArcGIS软件对其进行投影转换和裁剪等批量处理，提取出贵州赤水河流域2001-2018年的NDVI数据.为了消除云层、大气和太阳高度角等的干扰，采用最大值合成法[8]将每年23期的数据进行最大值合成，得到年最大NDVI代表相应年的NDVI值，以指示NDVI年际变化.赤水河流域及各县(县级市)域边界等矢量数据来源于国家科技基础条件平台—国家地球系统科学数据共享服务平台(http://www.geodata.cn).

    • 1.3.   研究方法

  • 利用一元回归趋势线法，可以分析研究区每个像元上的NDVI变化情况.回归趋势线法是对一组随时间变化的变量进行回归分析的方法，常表现为随时间变化，序列整体的上升或下降趋势空间分布格局变化，可预测其变化趋势[8, 19].

    式中：k为趋势线的斜率；n为监测时间段的年数，本研究中n=18；j为1~n年中的第j年；dj为第j年的NDVI值.当k>0时，表明NDVI在n年间呈现增加趋势；k=0时，表明NDVI没有变化；反之，若k < 0时，NDVI呈现减少趋势.

2.   结果与分析

    2.1.   赤水河流域植被指数年际变化规律

  • 贵州赤水河流域及各县域NDVI年际变化特征如图 2所示.贵州赤水河流域2001-2018年NDVI呈波动增长趋势(p < 0.01)，年均增长率为0.0030，18年来增长幅度达6.64%.对比各县域可知，近18年以来各县域NDVI均呈波动增长趋势，其中以大方县和金沙县增长最快，年增长率分别达0.004 7和0.004 5，其次依次为七星关区、仁怀市、播州区、桐梓县、习水县和赤水市.各县域植被指数增长幅度在5.37%~10.12%，其中以金沙县和大方县涨幅最大，分别达10.12%和8.98%.

    • 2.2.   赤水河流域植被指数变化率空间分布规律

  • 通过一元回归趋势法分析，得到2001-2018年贵州赤水河流域植被指数变化率空间分布如图 3所示.研究结果表明，2001-2018年贵州赤水河流域植被指数整体呈增长趋势(k≥0)，但局部仍出现植被退化(k < 0)，全流域植被指数降低面积比例达8.3%(表 1)，退化区域集中在仁怀市、桐梓县、习水县和赤水市局部.

    对比各县域植被指数变化率特征(表 1)可知，各县域植被指数降低(k < 0)面积比例均较大，其中仁怀市、桐梓县和习水县分别达12.1%，10.8%和10.5%，赤水市和播州区植被指数降低面积比例分别为9.2%和6.3%.而毕节市所辖七星关区、大方县和金沙县植被指数降低面积比例均小于5%.从增长面积比例来看，各县域植被指数取得较快增长(k≥0.003)的面积比例仍然以毕节市所辖3个县域较大，七星关区、大方县和金沙县植被指数增长较快的面积比例分别达61.2%，76.6%和77.5%.仁怀市植被指数增长较快的面积比例也达到了56.4%，其他各县域植被增长较快的面积比例均小于50%.

    • 2.3.   赤水河流域植被指数空间分布特征

  • 从2001-2018年NDVI平均值的空间分布可以看出(图 4)，贵州赤水河流域整体呈现出沿赤水河一线较低趋势，从行政区划上看以仁怀市、习水县较低，赤水市较高.全流域内NDVI平均值为0.820，各县域NDVI平均值以赤水市最大，达0.845；其次依次为金沙县、大方县、播州区、习水县、桐梓县和七星关区，仁怀市NDVI平均值最小，仅0.797.

    从不同县域NDVI平均值频率分布特征可以看出(表 2)，各县域NDVI小于0.750的面积比例以仁怀市最大，达10.5%；其次为习水县和桐梓县，分别为5.8%和4.4%.赤水市是各县域中植被指数较高(NDVI≥0.800)分布面积比例最大的，达到90.4%，其次为金沙县、大方县和播州区，分别达到了85.2%、84.5%和81.6%，仁怀市植被指数较高的面积比例仅占47.5%.

3.   结论

  • 1) 贵州赤水河流域2001年以来植被指数整体呈波动增长趋势，增长速率从大到小依次为：大方县、金沙县、七星关区、仁怀市、播州区、桐梓县、习水县、赤水市，涨幅最大的是大方县和金沙县.

    2) 贵州赤水河流域植被指数降低的面积占8.3%，仁怀市、桐梓县和习水县植被指数降低的面积比例较大，毕节市所辖七星关区、大方县和金沙县植被指数增长的面积比例较大.

    3) 2001-2018年NDVI平均值以赤水市最大，其次依次为金沙县、大方县、播州区、习水县、桐梓县和七星关区，仁怀市最小.

参考文献 (19)

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