影响植被覆盖变化驱动因子的研究综述

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　　【摘 要】植被是陆地生态系统的基础，植被覆盖变化既可衡量区域生态环境状况，又可反映气候和人类对自然的影响。目前，我国的植被覆盖正在遭受着气候变化、人类活动等多种因素的影响，系统地评价和分析植被变化的驱动因素，对有效的开展生态建设、实现环境可持续发展有着重要的意义。本文综述分析了气候变化和人为因素对植被变化的影响，总结了目前各类研究所存在的问题，并对影响植被覆盖驱动因素的未来研究方向进行展望，以期为全球生态变化研究方向的确立及生态保护措施的制定提供理论依据。
　　【关键词】气候变化;人类活动;驱动因素;植被变化
　　中图分类号： Q948 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）27-0103-004
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.044
　　【Abstract】Vegetation is the foundation of terrestrial ecosystem. The  change of vegetation cover    can not only measure the regional natural and ecological environment， but also reflect the impact of climate change and human activities on natural. Currently climate change， human activities and other factors affected vegetation cover in China. It is great significant to analyze the driving factors of vegetation change for effectively carrying out ecological construction and realizing sustainable environmental development. This paper systematically reviewed and analyzed the impacts of climate change and human factors on vegetation change， summarized the existing problems in various research institutes， and prospected the future research directions of driving factors affecting vegetation cover，so as to provide theoretical basis for the establishing  research directions in global ecological change and the formulation of ecological protection measures.
　　【Key words】Climate change; Human activities; Driving factors; Vegetation change
　　陆地生态系统对全球的气候变化状况、生态环境的不断演变以及人类与自然的可持续性发展起着至关重要的作用，是人类生存以及发展所必不可少的支持条件。而陆地生态系统中的植被对陆地生态系统的物质循环与能量流动、维持大气的成分保持均衡状态以及对缓解气候变暖等方面都起着重要的作用[1]。而植被以重要组成成分之一的身份参与在陆地生态系统中，作为生态系统中重要功能和核心部分，存在于生物圈之中，因此对植被覆盖变化驱动因子进行研究已成为一个热点问题[2]。获取土壤表面植被生长状态和植被变化情况对于分析区域生态环境的变化以及对自然生态系统的保护有着重要的现实意义。全球气候的不断变化很大程度的影响了植被覆盖的范围和形式，地表植被覆盖的被迫改变又对全球气候变化产生了反馈[3]。但也有很多学者研究发现，人类活动对植被覆盖变化也起到了不可忽视的作用[2-4]。鉴于此，本文综述了气象要素和人类活动等因子对植被覆盖的影响，为气候变化背景下植被覆盖研究方向的确立以及生态环境的监测和改善提供理论依据。
　　1 气候变化对于植被覆盖的影响
　　全世界气候变化及其对自然生态系统和人类社会产生的影响越来越受到世界各国政府与人民群众的关注[5]。世界气象组织下属机构气候变化专门委员会在第五次全世界气候变化水平评估报告指出：1880-2012年期间全世界表面的平均温度增加了约0.85℃，全世界地面的平均气温将会在21世纪末期上升0.3-4.8℃[6]。植被在地区气候变化调控、维持当地物种多样性、实现区域水土保持和水资源保护等方面发挥着十分重要的作用，是连接大气层、生物圈和水循环圈的天然“纽带”[7]。而气候变化波动是造成植被生长以及生理活动不同的主要因素[8]。
　　1.1 气候变化对植被生长的影响
　　植被与气候之间相互作用，相互影响，一方面气候不断变化对植被生长产生有利或有弊的影响，另一方面植被对气候有较强的反馈作用[9]。越來越多的国内外专家开始研究植被覆盖变化与气候之间的关系，但由于全球复杂的地理环境，不同地理位置的植被受到气候变化后的反馈存在较大的差异性[10]。气候变化是造成植被生理和生长不同的主要因素。适宜的气候条件是保证植物正常生理活动的必要环境条件，温度、降水的差异影响这植被的生长发育程度[11]。植被的生理活动周期具备显著的年际和季节变化特征，因此在某种程度上对植被生长状况的动态监测能够反映气温、降水等气象因子的变化趋势与规律[12]。Heumann[13]等发现苏丹地区在生长季植被与物候有明显的延长的态势，而其他地区没有，从而确定了植被与物候相关性具有地域差异性。周广胜[9]等认为植被对于气候变化的影响是由具体区域而定的，区域不同植被对局地气候的影响是不完全相同。此外，温度升高使农作物生长季延长，这使得中纬度地区的植被覆盖面积在生长季有所增加。Duan[14]等研究发现1961-2010年中国双季稻种植气候适宜地区面积有所增加，作物覆盖面积在生长季也相应有所增加;Seifert[15]等发现在美国，适用于二熟制的种植面积增加了28%，多熟种植面积也相应有所增加，因此作物植被覆盖面积增加。杨晓光[16]等通过模型和气候指标的计算预测种植制度北界及农作物北界的变化，结果表明我国降水量的增加会使得农作物北界向西北方向整体移动。仝莉棉[17]等研讨不同的植被类型在物候方面的变化及其与气候因子的相关关系，指出该区域植被物候主要被日照时数和降水影响控制。因此，在研究植被覆盖变化时不仅要考虑气象要素的变化，也要考虑地域因素带来的差异。 　　1.2 气候变化与植被覆盖的时滞效应
　　目前有很多学者将植被覆盖变化和气象要素结合起来，并分析二者的相关性。王静[18]等对宝鸡地区植被数据资料和气候资料进行分析发现植被在不同季节的变化走势与当季气温和降水量的变化特征基本保持一致，季节植被覆盖度最高值的出现时间与气温、降水量最高值的出现时间基本相同。Jia[19]等对阿拉斯加北极地区的植被覆盖变化特征进行了分析，研究表明植被丰富度和植被指数均与温度呈正相关。Yang[20]等对美国中部和北部地区的草原植被与气象要素间的相关性作出研究，结果表明植被与生长季的累积降水量存在显著正相关，与春季潜在蒸散量呈现负相关。区域植被指数与不同气候因子之间的关系以复杂的方式相互作用[21]，例如王永立[22]等研究發现，我国东部地区在气温达到最高值一个月以后植被指数的达到最大值，在植被指数与降水量的关系中发现在降水达到最大值两个月后植被指数达到最大值。神祥金等[23]研究了东北地区植被覆盖度变化及其与气候因子的相关性，并对不同生长季植被变化与气候因子的滞后性和相关性进行了详细的分析。赵茂盛[24]等研究看出降水是影响我国植被覆盖度的年际变化的主要因子，而气温是影响季变化的主要因子。刘绿柳[25]等在研究中发现黄河流域灌木和草地两种植被覆盖类型与气温和降水有显著相关性，但呈相关性的区域随着时间的变化会发生地理位置的变化。还有研究表明，降水量在200-1200mm之间时与植被覆盖指数具较高的相关性[26]。植被活动对降水异常敏感，植被活动对降水异常的响应总体上落后了1-3个月之多[27]。张含玉[28]等人研究表明黄土高原地区归一化植被指数主要受当月降水量的影响，其他因素影响较弱，而对当月气温的响应有一个月的滞后期。整体来看，多数学者认为降水最主要的影响气候因子[2]。从一定意义上可以看出植被变化在不同地区与气温、降水的变化可能出现时滞效应，不同地区植被生长的主要影响因子不同，这主要取决于该地区所处的水热条件[28]。
　　2 人类活动对植被覆盖的影响
　　随着经济增长，人类对生活环境指标要求也逐渐提高，对生态环境建设的需求也变得更加强烈，导致人类活动对植被覆盖变化产生显著的影响[29-30]。人类活动对植被覆盖具有双重影响，首先各地政府实施退耕还林还草工程使得植被覆盖度有所增加，其次过快的城市发展对植被也有负面影响[31]。研究表明，植被覆盖在人口密度较小或人类活动较少的区域变化比较轻微，而在人口较为密集或人类活动集中的区域较为明显[32]。也有些研究指出，人类活动是影响针叶林覆盖面积发生变化的最大因子，尤其是人类活动所引发的森林火灾对针叶林的生长繁衍有阻碍作用[33]，还有些地区的植被覆盖变化与农耕方式有关[2]。人类不断的乱砍滥伐、毁林开荒、城市化等导致植被大面积减少，生态环境严重破坏。随着人类日益增强的生态保护意识，通过退耕还草还林还湖、节水灌溉、建立自然保护区等措施扩大植被，改善生态环境[34-35]。因此，在近代以来人类活动相对于气候变化而言对植被可能产生了更强烈的影响。
　　2.1 定性研究
　　之前对于人类活动对植被覆盖变化的影响多集中在定性研究上。杜子璇[36]等对黄淮海地区植被覆盖用主成分分析法对其变化及驱动力进行研究，发现植被覆盖变化的驱动力因子为气候和人类活动，以气候因素为主，人类活动在局部作用较大。白文龙[37]研究发现影响关中地区植被覆盖变化的主要因素是高程，其次是经济和气温变化，人口和降水量的影响最小;而有一些研究发现植被覆盖变化最主要是受到农业技术及政府政策的影响[2]，人类活动对植被变化的正负效应并存[38]。周夏飞[31]研究表明黄土高原年均净初级生产力呈显著增加趋势，气候对其影响不大，而人类活动对其有重要影响。易浪[38]等人研究表明在黄土高原人类活动对植被变化的正负效应并存。王子玉[39]等利用人口、GDP、城镇化率、农作物播种面积等社会经济数据对内蒙古地区的植被变化与人类活动和气候因素之间的关系进行分析，得到人类活动作用大于气候因素。
　　2.2 定量研究
　　随着植被覆盖变化驱动机制研究的日渐成熟，一些学者对人类活动对植被变化的影响进行了定量研究。孙艳玲[40]、Evans[41]、Cao X[42]、Geerken[43]等在分析人为因素对植被覆盖变化影响时，均利用残差分析方法定量分析了人类活动影响植被覆盖变化的贡献率，有利于为所研究区域提出切实可行的实施方案。张倩[44]在研究黄土高原植被覆盖变化的影响因素时结合改进的残差趋势法，得出人类活动对植被覆盖变化的贡献率为86%;Wang[45]利用Restrend法对影响植被变化的因子作出假设，主要为气候变化和人类活动，并建立了影响因子贡献率分离的理论方法;李辉霞[46]等研究发现人类活动和气候因子对三江源地区的植被变化贡献率分别为20.68%和79.32%，存在较大差异。
　　综上，目前人类活动对植被覆盖的影响是毋庸置疑的，但是在定量分析上还需要再加一步验证和分析，同一地区得到的结果可能会出现差异较大的情况。这可能是由于研究方法、研究数据、研究时段等不同造成的[47]，亟待针对植被覆盖情况对研究方法和数据进行统一，以便更深刻地了解人为因素对植被覆盖变化的影响。
　　3 展望
　　植被覆盖变化的驱动性因素研究已取得了一些重要成果，但由于有限的数据和方法，评价结果会直接影响生态工程的准确性和有效性。系统地研究气候和人为因素引起的植被覆盖面积减小，对有效的开展生态建设工作，实现生态环境的可是续发展有着重要意义。目前所获数据难以准确预测和理解引起植被变化的关键性因子，基于现有研究成果，未来应侧重以下工作。
　　（1）进一步量化驱动因子对植被变化的过程的影响。现在的研究大都基于遥感产品提供的数据，再依靠比较差值法，成为获取各个因素的贡献程度的基本途径。在试验研究数据的基础上，开发或者优化植被覆盖变化模型，并加以数据计算，从而准确预测植被变化的驱动因子，进而更好的估算生态效应。 　　（2）完善影响植被覆盖变化因素的评价方法。由于植被对于不同的影响因子响应的阈值存在物种差异，这为不同物种危害风险评估提供依据。因此我们应当基于现有评价方法，结合实际统计资料，将不同因素和物种加以区分，同时加强模型的建立和验证，将有助于提高评价精度。
　　（3）加强气候、人类活动和其他因素对植被覆盖变化的复合影响研究。当前陆地生态系统受到降水、温度、日照、海拔、人类活动等其他胁迫因子的复合作用，诸多环境因子对陆地生态系统的作用相互关联，因此，这些环境因子的复合作用必然影响植被覆盖度。目前，针对气候、人类活动和其他因素的复合效应研究偏少，不够深入系统。因此，亟需加强植被变化驱动力的复合效应研究。
　　【参考文献】
　　[1]张树誉，李登科，景毅剛，等.基于MODIS时序植被指数的陕西植被季相变化分析[J].中国农业气象，2007，28（1）：88-92.
　　[2]信忠保，许炯心，郑伟.气候变化和人类活动对黄土高原植被覆盖变化的影响[J].中国科学：地球科学，2007，37（11）：1504-1514.
　　[3]师庆东，吕光辉，潘晓玲，等.中国西部干旱区植被覆盖变化特征分析[J].科技导报，2006，24（0603）：52-56.
　　[4]徐影，丁一汇，赵宗慈.人类活动引起的我国西北地区21世纪温度和降水变化情景分析[J].冰川冻土，2003，25（3）：327-330.
　　[5]雷Wen，查尔斯A.Lin.全球气候变化及其影响[J].水科学进展，2003，14（5）：667-674.
　　[6]IPCC. Summary for Policymakers of Climate Change 2013： The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press， 2013.
　　[7]孙红雨，王长耀，牛铮，等.中国地表植被覆盖变化及其与气候因子关系--基于NOAA时间序列数据分析[J].遥感学报，1998，03（2）：204-210.
　　[8]李林，申红艳，戴升，等.黄河源区径流对气候变化的响应及未来趋势预测[J].地理学报，2011，66（9）：1261-1269.
　　[9]周广胜，王玉辉.全球变化与气候-植被分类研究和展望[J].科学通报，1999，44（24）：2587-2593.
　　[10]邓晨晖，白红英，高山，等.秦岭植被覆盖时空变化及其对气候变化与人类活动的双重响应[J].自然资源学报，2018，33（3）：425-438.
　　[11]李丽娜.基于陕西省温度和降水的空间变化及其与NDVI的相关性研究[D].西北大学，2009.
　　[12]李春晖，杨志峰.黄河流域NDVI时空变化及其与降水/径流关系[J].地理研究，2004，23（6）：753-759.
　　[13]Heumann B W， Seaquist J W， Eklundh L， et al. AVHRR derived phenological change in the Sahel and Soudan， Africa， 1982–2005[J]. Remote Sensing of Environment， 2007， 108（4）：385-392.
　　[14]Duan J，Zhou G Dynamics of decadal changes in the distribution of double-cropping rice cultivation in China[J].Chinese Science Bulletin， 2013， 58（16）： 1955-1963.
　　[15]Seifert C A，Lobell D B.Response of double cropping suitability to climate change in the United States[J].Environmental Research LenerS， 2015， 10（2）： 24002-24007.
　　[16]杨晓光，刘志娟，陈阜.全球气候变暖对中国种植制度可能影响：未来气候变化对中国种植制度北界的可能影响.中国农业科学，2011，44（8）：1562-1570.
　　[17]仝莉棉，曾彪，王鑫.2000-2012年山西省不同植被类型物候变化及其对气候变化的响应[J].水土保持研究，2016，23（02）：194-200.
　　[18]王静，万红莲，张翀，等.2001-2013年宝鸡地区植被NDVI对气温和降水量的季节响应特征[J].水土保持通报，2017，37（5）：235-240.
　　[19]G.J.Jia，H.E.Epstein，D.A.Walker.Controls over intra-seasonal dynamics of AVHRR NDVI for the Arctic tundra in northern Alaska[J].International Journal of Remote Sensing， 2004，25（9）：1547-1564.
　　[20]Yang L， Wylie B K， Tieszen L L， et al. An Analysis of Relationships among Climate Forcing and Time-Integrated NDVI of Grasslands over the U.S. Northern and Central Great Plains[J]. Remote Sensing of Environment， 1998， 65（1）： 25-37. 　　[21]李小燕.秦岭南北NDVI动态变化及对气温和降水因子的响应[J].陕西理工大学学报（自然科学版），2016，32（6）：86-92.
　　[22]王永立，范广洲，周定文，等.我国东部地区NDVI与气温、降水的关系研究[J].热带气象学报，2009，25（6）：725-732.
　　[23]神祥金，周道玮，李飞，等.中国草原区植被变化及其对气候变化的响应[J].地理科学，2015，35（5）：622-629.
　　[24]赵茂盛，符淙斌，延晓冬，等.应用遥感数据研究中国植被生态系统与气候的关系[J].地理学报，2001，56（3）：287-296.
　　[25]刘绿柳，肖风劲.黄河流域植被NDVI与温度、降水关系的时空变化[J].生态学杂志，2006，25（5）：477-481.
　　[26]Nicholson S E， Davenport M L， Malo A R. A comparison of the vegetation response to rainfall in the Sahel and East Africa， using normalized difference vegetation index from NOAA AVHRR[J]. Climatic Change， 1990， 17（2-3）： 209-241.
　　[27]Gessner U，Naeimi V，Klein I，et al.The relationship between precipitation anomalies and satellite-derived vegetation activity in Central Asia[J].Global & Planetary Change，2013，110（2）：74-87.
　　[28]张含玉，方怒放，史志华.黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候因子的响应[J].生态学报，2016，36（13）：3960-3968.
　　[29]Madelene Ostwald， CHen D L.Land-use change： impacts of climate variations and policies among small-scale farmers in the Loess Plateau， China. Land Use Policy，2006，23（4）：361-71.
　　[30]许炯心.农村社会经济因素变化对嘉陵江产沙量的影响.山地学报，2006，24（4）：385-394.
　　[31]周夏飞，马国霞，曹国志，等.2001-2013年黄土高原植被净初级生产力时空变化及其归因[J].安徽农业科学，2017，45（14）：48-53.
　　[32]丁明军，沈振西，张镱锂，等.青藏公路与铁路沿途1981年～2001年植被覆盖变化[J].资源科学，2005，05：128-133.
　　[33]Cuomo V， Lanfredi M， Lasaponara R， et al. Detection of interannual variation of vegetation in middle and southern Italy during 1985–1999 with 1 km NOAA AVHRR NDVI data[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres，2001，106（D16）：17863–17876.
　　[34]郭鈮，韩天虎，王静，等.玛曲退牧还草生态工程效果的遥感监测[J].中国沙漠，2010，30（1）：154-160.
　　[35]刘树林，王涛，屈建军，等.中国北方草原沙漠化发展过程及其成因分析——以内蒙古苏尼特左旗为例[J].中国沙漠，2009，29（2）：206-211
　　[36]杜子璇，陈怀亮，刘忠阳.黄淮海地区植被覆盖变化驱动力与驱动机制研究[J].气象与环境科学，2007，30：3-9.
　　[37]白文龙.关中地区植被覆盖变化及其主要驱动因子分析[D].陕西师范大学，2013.
　　[38]易浪，任志远，张翀，等.黄土高原植被覆盖变化与气候和人类活动的关系[J].资源科学，2014，36（01）：166-174.
　　[39]王子玉，许端阳，杨华，等.1981—2010年气候变化和人类活动对内蒙古地区植被动态影响的定量研（下转第63页）（上接第106页）究[J].地理科学进展，2017，36：1025-1032.
　　[40]孙艳玲，郭鹏，延晓冬，等.内蒙古植被覆盖变化及其与气候、人类活动的关系[J].自然资源学报，2010，03：407-414.
　　[41]Geerken R， Ilaiwi M. Assessment of rangeland degradation and development of a strategy for rehabilitation[J]. Remote Sensing of Environment， 2004， 90（4）：490-504.
　　[42]Cao X，Gu Z，CHen J，et al.Analysis of human-induced steppe degradation based on remote sensing in Xilin Gole，Inner Mongolia，China[J].Journal of Plant Ecology，2006，30（2）：268-277.
　　[43]Geerken R， Ilaiwi M. Assessment of rangeland degradation and development of a strategy for rehabilitation[J]. Remote Sensing of Environment， 2004， 90（4）：490-504.
　　[44]张倩.气候和人类因素在黄土高原植被覆盖变化中的贡献率研究[D].兰州交通大学，2014.
　　[45]Wang L.，Odorico P.D，Evans J.P.et al.Dryland ecohydrology and climate change：critical issues and technical advances[J].Hydrology and earth system sciences，2012，（16），2585-2603.
　　[46]李辉霞，刘国华，傅伯杰.基于NDVI的三江源地区植被生长对气候变化和人类活动的响应研究[J].生态学报，2011，31（19）：5495-5504.
　　[47]马启民，贾晓鹏，王海兵，等.气候和人为因素对植被变化影响的评价方法综述[J].中国沙漠，2019，39（6）：48-55.
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