干旱区研究 ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (8): 1322-1332.doi: 10.13866/j.azr.2023.08.13
文妙霞(),何学高,刘欢,张婧,罗晨,贾丰铭,王义贵,胡云云(
)
收稿日期:
2023-01-27
修回日期:
2023-03-17
出版日期:
2023-08-15
发布日期:
2023-08-24
通讯作者:
胡云云. E-mail: 作者简介:
文妙霞(1971-),女,高级工程师,主要从事林草资源调查和监测工作. E-mail: 基金资助:
WEN Miaoxia(),HE Xuegao,LIU Huan,ZHANG Jing,LUO Chen,JIA Fengming,WANG Yigui,HU Yunyun(
)
Received:
2023-01-27
Revised:
2023-03-17
Online:
2023-08-15
Published:
2023-08-24
摘要:
以2000—2019年SPOT/VEGETATION的NDVI时间序列数据集为数据源,采用年均值法、Theil-Sen Median倾斜度分析和Mann-Kendall检验方法,研究宁夏草地植被覆被的时空分布及变化特征,利用Hurst指数方法分析草地植被覆被的可持续性特征和未来发展趋势。同时,基于地理探测器量化了平均降水量、海拔、地区生产总值(GDP)等13个因子对其时空分布的影响。结果表明:(1) 2000—2019年间,宁夏草地植被年均NDVI呈波动增加趋势,增速为0.005?a-1,区域波动差异性较大;空间上呈现南高北低的分布特征,极高植被覆被和高植被覆被区域集中分布在固原市六盘山地区以及沿黄河灌溉地带;(2) 20 a间植被覆被状况显著改善,总体变化趋势向好,但仍有59.341%的草地未来可能存在持续退化或由改善向退化转变的潜在风险;(3) 草地植被分布响应最敏感的环境因子是降水,交互解释力整体最强的是气候与土壤;影响草地植被分布和变化特征的因子之间交互作用的主要表现形式为相互增强或非线性增强关系,因子之间不存在独立关系。
文妙霞, 何学高, 刘欢, 张婧, 罗晨, 贾丰铭, 王义贵, 胡云云. 基于地理探测器的宁夏草地植被覆被时空分异及驱动因子[J]. 干旱区研究, 2023, 40(8): 1322-1332.
WEN Miaoxia, HE Xuegao, LIU Huan, ZHANG Jing, LUO Chen, JIA Fengming, WANG Yigui, HU Yunyun. Analysis of the spatiotemporal variation characteristics and driving factors of grassland vegetation cover in Ningxia based on geographical detectors[J]. Arid Zone Research, 2023, 40(8): 1322-1332.
表1
数据来源与处理"
数据集 | 数据来源 | 空间分辨率 | 数据预处理 |
---|---|---|---|
NDVI数据集 | 中国科学院资源环境科学数据 中心( | 1 km | - |
中国气象背景数据集 | 500 m | - | |
中国1∶1000000地貌类型空间分布数据 | 1 km | - | |
中国土壤类型空间分布数据 | 1 km | - | |
(数字高程模型)DEM | 90 m | 利用ArcGIS 10.8获取坡度和坡向数据,统一范围大小和空间分辨率 | |
GDP密度 | 宁夏数据网站 ( | 县域尺度 | 在ArcGIS 10.8中,插值到县域尺度 |
人口密度 | |||
草地矢量数据 | 2021年宁夏林草资源数据库 | - | 按细化地类提取宁夏回族自治区范围内的草地图斑,融合生成草地范围矢量数据 |
表4
宁夏草地植被覆被空间转移矩阵"
植被类型 | 2000年 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
极低植被覆被 | 低植被覆被 | 中植被覆被 | 高植被覆被 | 极高植被覆被 | 合计 | ||
2019年 | 极低植被覆被 | 15.746 | 0.040 | 0.007 | 0.010 | 15.803 | |
低植被覆被 | 29.591 | 0.297 | 0.008 | 29.896 | |||
中植被覆被 | 28.450 | 1.291 | 0.071 | 0.022 | 29.834 | ||
高植被覆被 | 9.923 | 4.493 | 0.692 | 0.086 | 0.021 | 15.215 | |
极高植被覆被 | 0.304 | 3.093 | 3.477 | 1.735 | 0.643 | 9.252 | |
合计 | 84.014 | 9.214 | 4.255 | 1.831 | 0.686 | 100.000 |
表7
不同影响因子的适宜类型或范围"
因子 | 草地NDVI适宜类型或范围 | NDVI均值 |
---|---|---|
年平均降水量 | 545~623 mm | 0.596 |
湿润度 | 80~200 | 0.596 |
干燥度 | 0~62 | 0.542 |
年均温 | 2.8~3.7 ℃ | 0.472 |
≥0 ℃积温 | 2165~2416 ℃ | 0.472 |
≥10 ℃积温 | 1905~2087 ℃ | 0.402 |
海拔 | 2303~2502 m | 0.436 |
土壤类型 | 半水成土 | 0.403 |
地貌 | 中起伏山脉 | 0.596 |
坡度 | 24.73°~28.73° | 0.365 |
坡向 | 349.69°~0.84° | 0.385 |
GDP | 5×104~6×104元·km-2 | 0.475 |
人口密度 | 62~72人·km-2 | 0.587 |
[1] | Gibson D J. Grasses and Grassland Ecology[M]. New York: Oxford University Press, 2009:1-320. |
[2] |
Dixon A P, Faber-Langendoen D, Josse C, et al. Distribution mapping of world grassland types[J]. Journal of Biogeography, 2014, 41(11): 2003-2019.
doi: 10.1111/jbi.12381 |
[3] | Conant R T. Challenges and opportunities for carbon sequestration in grassland systems[J]. Integrated Crop Management, 2010, 9: 3-5. |
[4] | 赵同谦, 欧阳志云, 贾良清, 等. 中国草地生态系统服务功能间接价值评价[J]. 生态学报, 2004, 24(6): 1101-1110. |
[ Zhao Tongqian, Ouyang Zhiyun, Jia Liangqing, et al. Ecosystem services and their valuation of China grassland[J]. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(6): 1101-1110. ] | |
[5] | 郭艳菊, 马晓静, 许爱云, 等. 宁夏东部风沙区沙化草地土壤水分和植被的空间特征[J]. 生态学报, 2022, 42(4): 1571-1581. |
[ Guo Yanju, Ma Xiaojing, Xu Aiyun, et al. Spatial characteristics of soil moisture and vegetation in desertification grassland in eastern Ningxia sand-wind area, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(4): 1571-1581. ] | |
[6] |
Carlson T N, Ripley D A. On the relation between NDVI, fractional vegetation cover, and leaf area index[J]. Remote Sensing of Environment, 1997, 62(3): 241-252.
doi: 10.1016/S0034-4257(97)00104-1 |
[7] |
Zhao L, Dai A, Dong B. Changes in global vegetation activity and its driving factors during 1982-2013[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2018, 249: 198-209.
doi: 10.1016/j.agrformet.2017.11.013 |
[8] | 李茂林, 闫庆武, 仲晓雅, 等. 干旱半干旱地区植被覆盖度变化及主导因素分析: 以锡林郭勒为例[J]. 生态与农村环境学报, 2021, 37(12): 1548-1558. |
[ Li Maolin, Yan Qingwu, Zhong Xiaoya, et al. Analysis on evolution and dominant factors of factional vegetation coverage in arid and semi-arid regions: A case of Xilingol[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2021, 37(12): 1548-1558. ] | |
[9] | 张起鹏, 王建, 张志刚, 等. 高寒草甸草原景观格局动态演变及其驱动机制[J]. 生态学报, 2019, 39(17): 6510-6521. |
[ Zhang Qipeng, Wang Jian, Zhang Zhigang, et al. Dynamic change of landscape patterns and its driving mechanism in the Qinghai-Tibetan alpine meadow[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(17): 6510-6521. ] | |
[10] | 李鑫磊, 李瑞平, 王秀青, 等. 基于地理探测器的河套灌区林草植被覆盖度时空变化与驱动力分析[J]. 干旱区研究, 2023, 40(4): 623-635. |
[ Li Xinlei, Li Ruiping, Wang Xiuqing, et al. Spatiotemporal change and analysis of factors driving forest-grass vegetation coverage in Hetao Irrigation District based on geographical detector[J]. Arid Zone Research, 2023, 40(4): 623-635. ] | |
[11] |
林妍敏, 李文慧, 南雄雄, 等. 基于地理探测器的宁夏贺兰山植被覆盖度时空分异及驱动因子[J]. 应用生态学报, 2022, 33(12): 3321-3327.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202212.025 |
[ Lin Yanmin, Li Wenhui, Nan Xingxiong, et al. Spatial-temporal differentiation and driving factors of vegetation coverage in Ningxia Helan Mountain based on geodetector[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2022, 33(12): 3321-3327. ]
doi: 10.13287/j.1001-9332.202212.025 |
|
[12] |
李梦华, 韩颖娟, 赵慧, 等. 基于地理探测器的宁夏植被覆盖度时空变化特征及其驱动因子分析[J]. 生态环境学报, 2022, 31(7): 1317-1325.
doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.07.004 |
[ Li Menghua, Han Yingjuan, Zhao Hui, et al. Analysis on spatial-temporal variation characteristics and driving factors of fractional vegetation cover in Ningxia based on geographical detector[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2022, 31(7): 1317-1325. ]
doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.07.004 |
|
[13] | 付含培, 王让虎, 王晓军. 1999—2018年黄河流域NDVI时空变化及驱动力分析[J]. 水土保持研究, 2022, 28(2): 146-162. |
[ Fu Hanpei, Wang Ranghu, Wang Xiaojun. Analysis of spatiotemporal variations and driving forces of NDVI in the Yellow River Basin during1999-2018[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2022, 28(2): 146-162. ] | |
[14] |
王劲峰, 徐成东. 地理探测器:原理与展望[J]. 地理学报, 2017, 72(1): 116-134.
doi: 10.11821/dlxb201701010 |
[ Wang Jingfeng, Xu Chengdong. Geodetector: Principle and prospective[J]. Acta Geographica Sinica, 2017, 72(1):116-134. ]
doi: 10.11821/dlxb201701010 |
|
[15] | 《中国地图集》编辑部. 中国地图集[M]. 北京: 地质出版社, 2010: 250-253. |
[ Editorial Board of Atlas of China. Atlas of China[M]. Beijing: Geology Press, 2010: 250-253. ] | |
[16] | Theil H. A rank-invariant method of linear and polynomial regression analysis. I, II and III[J]. Proceedings of Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen, 1950, 53: 386-392. |
[17] |
Sen K P. Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s tau[J]. Journal of the American Statistical Association, 1968, 63(324): 1379-1389.
doi: 10.1080/01621459.1968.10480934 |
[18] |
Ali R, Kuriqi A, Abubaker S, et al. Long-term trends and seasonality detection of the observed flow in Yangtze river using Mann-Kendall and Sen’s innovative trend method[J]. Water, 2019, 11: 1855.
doi: 10.3390/w11091855 |
[19] |
Hurst H E. Long-term storage capacity of reservoirs[J]. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 1951, 116(1): 770-799.
doi: 10.1061/TACEAT.0006518 |
[20] | 任丽雯, 王兴涛, 刘明春, 等. 石羊河流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素[J]. 干旱区研究, 2023, 40(5): 818-828. |
[ Ren Liwen, Wang Xingtao, Liu Mingchun, et al. Temporal and spatial changes and the driving factors of vegetation NPP in Shiyang River Basin[J]. Arid Zone Research, 2023, 40(5): 818-828. ] | |
[21] | 郝家田, 胡云云, 杜一尘, 等. 基于NDVI的2009—2018年黄河流域林草植被覆盖变化[J]. 林业科学, 2022, 58(3): 10-19. |
[ Hao Jiatian, Hu Yunyun, Du Yichen, et al. NDVI-based coverage changes of forest and grass vegetation in Yellow River Basin during 2009 to 2018[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2022, 58(3): 10-19. ] | |
[22] |
杜灵通, 宋乃平, 王磊, 等. 近30 a气候变暖对宁夏植被的影响[J]. 自然资源学报, 2015, 30(12): 2095-2106.
doi: 10.11849/zrzyxb.2015.12.011 |
[ Du Lingtong, Song Naiping, Wang Lei, et al. Impact of global warming on vegetation activity in Ningxia Province from 1982 to 2013[J]. Journal of Natural Resources, 2015, 30(12): 2095-2106. ]
doi: 10.11849/zrzyxb.2015.12.011 |
|
[23] | 裴志方, 杨武年, 吴彬, 等. 2000—2016年宁夏植被覆盖景观格局遥感动态分析[J]. 水土保持研究, 2018, 25(1): 215-219. |
[ Pei Zhifang, Yang Wunian, Wu Bin, et al. Analysis of dynamic vegetation cover landscape pattern in Ningxia Hui Autonomous Region from 2000 to 2016 using remote sensing[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2018, 25(1): 215-219. ] | |
[24] | 王文晓, 黄文广, 杨君珑, 等. 宁夏草原物种丰富度分布格局及其水热解释[J]. 干旱区资源与环境, 2019, 33(5): 158-163. |
[ Wang Wenxiao, Huang Wenguang, Yang Junlong, et al. Distribution patterns and climate explanation of plant species richness in Ningxia grasslands[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2019, 33(5): 158-163. ] | |
[25] | 查同刚, 孙向阳, 于卫平, 等. 宁夏段黄河护岸林体系结构的研究[J]. 北京林业大学学报, 2004, 26(3): 93-96. |
[ Zha Tonggang, Sun Xiangyang, Yu Weiping, et al. Search on the construction of the Yellow River protection forest system in Ningxia Autonomous Region[J] Journal of Beijing Forestry University, 2004, 26(3): 93-96. ] | |
[26] | 叶培龙, 张强, 王莺, 等. 1980—2018年黄河上游气候变化及其对生态植被和径流量的影响[J]. 大气科学学报, 2020, 43(6): 967-979. |
[ Ye Peilong, Zhang Qiang, Wang Ying, et al. Climate change in the upper Yellow River Basin and its impact on ecological vegetation and runoff from 1980 to 2018[J]. Transactions of Atmospheric Sciences, 2020, 43(6): 967-979. ] | |
[27] | 李玉武, 徐友宁, 张江华. 宁夏“三区两线”露天矿山复绿对策[J]. 宁夏工程技术, 2015, 14(4): 380-383. |
[ Li Yuwu, Xu Youning, Zhang Jianghua. Countermeasures on vegetation restoration for opencast of Three Districts and Two Lines in Ningxia[J]. Ningxia Engineering Technology, 2015, 14(4): 380-383. ] | |
[28] |
秦格霞, 吴静, 李纯斌, 等. 中国北方草地植被物候变化及其对气候变化的响应[J]. 应用生态学报, 2019, 30(12): 4099-4107.
doi: 10.13287/j.1001-9332.201912.015 |
[ Qin Gexia, Wu Jing, Li Chunbin, et al. Grassland vegetation phenology change and its response to climate changes in North China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2019, 30(12): 4099-4107. ]
doi: 10.13287/j.1001-9332.201912.015 |
|
[29] | 王吉智. 宁夏土壤[M]. 银川: 宁夏人民出版社, 1990: 49. |
[ Wang Jizhi. Ningxia Soil[M]. Yinchuan: Ningxia people’s Publishing House, 1990: 49. ] | |
[30] | 王贵贤. 国土工作手册[M]. 济南: 山东人民出版社, 1988: 281. |
[ Wang Guixian. Homeland Work Manual[M]. Jinan: Shandong people’s Publishing House, 1988: 281. ] | |
[31] | 刘宪锋, 朱秀芳, 潘耀忠, 等. 1982—2012年中国植被覆盖时空变化特征[J]. 生态学报, 2015, 35(16): 5331-5342. |
[ Liu Xianfeng, Zhu Xiufang, Pan Yaozhong, et al. Spatiotemporal changes in vegetation coverage in China during 1982-2012[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(16): 5331-5342. ] |
[1] | 刘一丹, 姚晓军, 李宗省, 胡家瑜. 气候变化和土地利用覆盖变化对河西地区植被净初级生产力的影响[J]. 干旱区研究, 2024, 41(1): 169-180. |
[2] | 周静,孙永峰,丁杰萍,白浩江,马祥,王旭洋,罗永清. 退化沙质草地恢复过程中植被生物量变化及其与土壤碳的关系[J]. 干旱区研究, 2023, 40(9): 1457-1464. |
[3] | 陈春波,李均力,赵炎,夏江,田伟涛,李超锋. 新疆草地时空动态及其对气候变化的响应——以昌吉回族自治州为例[J]. 干旱区研究, 2023, 40(9): 1484-1497. |
[4] | 李虹, 李忠勤, 陈普晨, 彭加加. 近20 a新疆阿尔泰山积雪时空变化及其影响因素[J]. 干旱区研究, 2023, 40(7): 1040-1051. |
[5] | 王士维, 孙栋元, 周敏, 王亦可, 王祥镔, 季宗虎, 张文睿, 武兰珍. 1951—2020年疏勒河流域气温时空变化特征[J]. 干旱区研究, 2023, 40(7): 1065-1074. |
[6] | 赵卓怡, 郝兴明. 基于Priestley-Taylor方法的中亚干旱区实际蒸散特征及归因[J]. 干旱区研究, 2023, 40(7): 1085-1093. |
[7] | 孟乘枫, 仲涛, 郑江华, 王南, 刘泽轩, 任祥源. 昆仑山冰湖分布时空特征及驱动力[J]. 干旱区研究, 2023, 40(7): 1094-1106. |
[8] | 崔洋,王岱,高睿娜,安兴琴. 宁夏近60 a大气环境容量变化特征及其影响因子[J]. 干旱区研究, 2023, 40(6): 885-895. |
[9] | 薛一波, 张小啸, 雷加强, 李生宇, 王永东, 尤源. 北非埃及地区风蚀沙尘时空变化研究[J]. 干旱区研究, 2023, 40(6): 896-904. |
[10] | 杨建玲,张肃诏,马珺玢,王岱,黄莹. 北大西洋海温对宁夏春末夏初降水影响及成因研究[J]. 干旱区研究, 2023, 40(5): 703-714. |
[11] | 任丽雯, 王兴涛, 刘明春, 王大为. 石羊河流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素[J]. 干旱区研究, 2023, 40(5): 818-828. |
[12] | 段雨佳, 何毅, 赵杰, 吴琼. 人类活动对秦岭月河流域径流变化的影响分析[J]. 干旱区研究, 2023, 40(4): 605-614. |
[13] | 李鑫磊, 李瑞平, 王秀青, 王思楠, 王成坤. 基于地理探测器的河套灌区林草植被覆盖度时空变化与驱动力分析[J]. 干旱区研究, 2023, 40(4): 623-635. |
[14] | 赵剑, 邓成军, 李文利, 赵金, 公延明, 李凯辉. 近35 a新疆天山巴音布鲁克草原退化程度评价[J]. 干旱区研究, 2023, 40(4): 636-646. |
[15] | 康利刚, 曹生奎, 曹广超, 杨羽帆, 严莉, 王有财. 青海湖沙柳河流域蒸散发时空变化特征[J]. 干旱区研究, 2023, 40(3): 358-372. |
|