中国东北虎豹国家公园植被NDVI时空变化及原因探究

摘要

【目的】中国东北虎豹国家公园是东北地区重要的生态安全屏障,其植被对气候变化较为敏感,且易受人类活动影响。探究该地区植被时空变化及其成因,为园区生态环境科学管理提供依据。【方法】借助GEE(Google earth engine)云平台,基于2001—2020年生长季(4—10月)中分辨率成像光谱仪(MODIS)NDVI数据,辅以数字高程模型(DEM)数据、气象数据、土地利用数据和植被类型数据,采用Sen+Mann⁃Kendall趋势分析,揭示不同时间尺度下中国东北虎豹国家公园植被时空变化特征;考虑到不同植被类型对气候变化的时滞效应及差异,运用偏相关分析、改进的残差分析与相对作用分析法,量化植被对气候变化和人类活动的响应机制,厘清不同情景下气候变化和人类活动在植被演变过程中的相对作用。【结果】①时间上,20 a来园区生长季归一化植被指数(NDVI)呈速率为0.0032/a的显著增长趋势(P春季>秋季,NDVI增长速率依次为春季>秋季>夏季;空间上,2001—2020年NDVI变化趋势具有明显的季节和区域差异,但总体均为改善区域面积大于退化区域面积,且随生长季内季节循环变化,NDVI改善区域面积先减少后增加,NDVI主要变化趋势类型由明显改善向轻微改善转化。②不同时间尺度下园区NDVI对气候的响应空间异质性明显,但整体上NDVI与气温和降水均呈正相关,且NDVI对气温的响应均强于降水,其中春季和生长季NDVI与气温呈显著正相关的区域面积较大(P<0.05),分别占比83.558%、42.241%,各时间尺度下园区大多数区域NDVI与降水均呈不显著正相关(P≥0.05);不同植被类型NDVI对气温和降水的最大响应滞后期不同,除栽培植被和草甸外,其余植被类型对降水响应的滞后性均强于气温。③人类活动对园区NDVI的影响具有双重效应,其中正向促进与负向干扰NDVI变化的区域分别占比94.087%、5.913%,实施林业工程是NDVI增长的关键,而建设用地扩张是NDVI减少的重要原因。④园区NDVI变化主要受气候变化和人类活动共同驱动,但整体上气候变化对NDVI变化的相对作用均值为32.699%、人类活动的相对作用均值为67.301%,且在NDVI改善及退化区域,人类活动的相对作用均值均大于气候变化。【结论】2001—2020年中国东北虎豹国家公园植被状况总体向好发展,不同时间尺度下植被时空变化趋势存在显著差异。气温是各时间尺度下促进园区植被生长的主导气候因子,气候变化和人类活动对植被变化的影响区域异质性明显,但均以积极作用为主,其中人类活动对园区NDVI变化的贡献度相对更高。建议在园区未来的植被维护中,除提升植被对气候变化的适应能力外,还应更加注重生态修复措施的持续落实,遏制土地资源的过度开发。