第36卷第8期2014年8月2014，36（8）：1712-1723Resources ScienceVol.36，No.8Aug.，2014收稿日期：2013-12-25；修订日期：2014-05-14基金项目：国家自然科学基金：“基于样地观测与尺度转换的喀斯特区植被碳空间分异研究”（编号：31370484）；全国生态环境十年（2000-2010年）变化遥感调查与评估：“南方丘陵山地带生态环境调查与评估”（编号：STSN-09-05）。

作者简介：王静，女，河南焦作人，硕士生，从事区域与景观生态研究。

E-mail ：wangxiaojing.1126@ 通讯作者：王克林，E-mail ：kelin@文章编号：1007-7588（2014）08-1712-12南方丘陵山地带NDVI 时空变化及其驱动因子分析王静1，2，3，王克林1，2，张明阳1，2，段亚锋4（1.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，长沙410125；2.中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测研究站，环江547100；3.中国科学院大学，北京100049；4.长沙市环境监测中心站，长沙410000）摘要：本文利用MODIS 归一化植被指数（Normailized Difference Vegetation Index ，NDVI ）数据对南方丘陵山地带2000-2010年间植被覆盖的年际动态、季相变化和空间差异进行研究，并结合气象因子和土地利用/覆被数据分析植被覆盖变化的原因。

研究表明：南方丘陵山地带植被NDVI 值较高，属高植被覆盖区。

2000-2010年间植被NDVI 整体呈上升趋势，但并不显著（p =0.45）。

从不同植被类型的季相变化来看，草地的变化幅度最大，其次为灌丛，森林植被变化幅度最小，生长峰值主要出现在8、9月份。

植被覆盖变化存在显著的空间差异，封山育林、退耕还林还草生态恢复区和石漠化综合治理区的植被覆盖度显著提高，城镇化迅速发展区植被明显退化。

植被覆盖变化是气候和人类活动共同作用的结果。

植被覆盖年际变化与气候因子年际变化的相关系数区域分异比较明显。

降水量对植被覆盖的影响主要表现在对植被生长年内变动的控制，大部分植被生长对降水存在1个月滞后现象。

农业生产的提高、城市化进程的加速及生态建设的重视等人类活动是影响植被覆盖变化空间差异的另一重要因素。

关键词：NDVI ；植被覆盖；气候变化；土地利用变化；南方丘陵山地带1引言植被作为陆地生物圈的重要组成部分，在生态系统中的作用日益受到重视。

在全球变暖的形势下，越来越多的科学研究开始关注植被对全球变化的响应[1-6]。

气候因子，土地利用变化，CO 2的施肥效应等对植被均有不同的影响[7]，其中温度和降水直接影响着植物的生长[8]。

地表植被覆盖，尤其是植被的动态变化，对全球能量循环及物质生物化学循环具有重要的影响。

动态监测覆盖的时空变化，对深入研究植被与气候变化和人类活动之间的响应关系、揭示区域环境状况的演化与变迁等具有现实意义[9]。

归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index ，NDVI ）是目前最为常用的表征植被状况的指标，可以较准确地反映植被的覆盖程度、生长状况、生物量等。

NDVI 多时相的遥感数据记录了植被状况的变化，为大面积监测植被的演化过程以及动态驱动因子的研究提供了技术上的可行性，因而被广泛应用于大尺度植被活动状况的研究[10-20]。

诸多学者对于我国陆地植被NDVI 动态对气候变化的响应做了大量的研究[21-26]，植被覆盖与温度、降水等密切相关，且对气象因子的响应具有显著的空间差异。

有关国内学者在分析植被覆盖变化时，对气象变化因子考虑较多，但结合城镇化建设、生态工程实施等人类活动因子的相关研究较少，这在一定程度上影响了驱动机制分析的客观性。

南方丘陵山地带作为国家主体生态功能区划中的“两屏三带”国家生态安全格局中的重要组成部分，其主要功能是发挥华南和西南地区生态安全屏障作用。

同时作为长江流域与珠江流域的分水岭及源头区，对长江流域与珠江流域的主体功能的发挥也有至关重要的作用。

自1999年国家退耕还林还草、石漠化综合治理生态工程实施、生态移民及外出打工人员增加，该区域土地利用格局发生了重大转变。

但目前为止针对该区域的相关研究还2014年8月王静等：南方丘陵山地带NDVI时空变化及其驱动因子分析十分匮乏。

本文在该背景下对南方丘陵山地带植被覆盖时空变化进行分析，并在此基础上探讨气象因子和人类活动对植被动态变化的影响，以期深入了解南方丘陵山地带的植被覆盖特点及其变化的驱动因素，为研究区生态建设评估和环境保护提供理论依据和科学数据。

2研究区概况南方丘陵山地带地域辽阔，东西跨15个经度（102°45′E-117°08′E），南北跨6个纬度（22°45′N-27°14′N），涉及6个省（江西、湖南、广东、广西、贵州和云南部分地区），含114个县。

地势大致西高东低，北高南低，高程在-25~3040m之间。

属亚热带季风气候，年平均气温在19~19.8℃，年均降水在1000mm以上。

该区主要植被类型和面积百分比分别为（2010年解译数据）：亚热带常绿阔叶林（24.94%）、亚热带针叶林（28.33%）、混交林（3.2%）、温带阔叶/针叶林（2.33%）、亚热带灌丛（12.07%）、亚热带草地（6.53%）、耕地（17.87%）（图1，见下页）。

3数据来源与研究方法3.1数据来源及预处理遥感数据来自美国国家航空航天局（NASA）的数据信息服务中心（DISC）提供的MODIS数据产品NDVI数据（MOD13Q1）（http：//modis.gsfc.nasa. gov）。

其空间分辨率250m×250m。

时间分辨率为16天，时间序列为2000年2月至2010年12月。

NDVI是基于植被在红光波段的强吸收和近红外波段的强反射实现对植被信息状态的表达。

图像预处理包括大气校正、辐射校正、格式和投影转换，以及利用最大合成法（MVC）将原来16天的NDVI合成为月均值，获得逐月数据集。

气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http：//）的该区62个站点的月均气温和月总降水量，包括研究区内（29个）和周边（33个），选取周边气象站点是为了提高空间插值的精度。

植被分类数据来自全国生态环境10年变化评估数据库系统网，全国生态屏障区生态系统分类数据（http：///listdatabase.shtml?id= 6），其空间分辨率为30m，数据时间为2000年、2005年及2010年。

经重采样提取了250m分辨率的三期植被数据。

3.2研究方法首先，将重采样的植被类型图在原分类基础上合并成7类，即亚热带常绿阔叶林、亚热带针叶林、混交林、温带阔叶/针叶林、亚热带灌丛、亚热带草地、耕地。

为排除人文管理对气象因子敏感性分析的影响，本研究在对植被覆被与气象因子相关性分析中去除了耕地；其次，以分辨率为90m的数字高程模型（DEM）为基础，将研究区及周边气象站点逐月的气温和降水量数据采用薄盘光滑样条法[27]进行插值（图2，见下页）。

然后，对预处理过的NDVI在月均值的基础上提取每个像元12个月中出现的最大NDVI（NDVI max）。

NDVI max可代表一年中总的生物量生产，可分析生物量的空间分布。

以上所有空间数据转化为统一的阿尔伯斯等面积投影，空间分辨率250m。

为研究2000-2010年南方丘陵山地带植被覆盖变化及其变化在空间上的差异，对2000-2010年每个像元的NDVI max与年份进行回归来分析植被生长状况的变化趋势。

为了验证不同植被类型NDVI max与气温、降水量变化的相关性，在matlab中计算了逐个像元的气候因子年际变化率及NDVI max年际变化与温度、降水量年际变化的相关系数。

4结果与分析4.1植被NDVI的年际变化年均最大NDVI值（NDVI max）是影像中各个像元年最大NDVI值的平均值，可作为表征植被生长状况指标分析研究区植被覆盖的年际变化。

研究区2000-2010年间NDVI max都在0.83以上（图3）。

从年际变化来看，研究区NDVI max处于相对稳定状态，但图32000-2010年南方丘陵山地带年均最大NDVI时间动态变化Fig.3Variations of annual maximum NDVI from2000to2010in hilly terrain of southern China1713第36卷第8期资源科学也有小幅度升降变化：2000-2003年连续增长，2004年和2005年相继下降，2006年上升并至2010年波动较小。

2000-2010年间空间变化整体上呈上升趋势，但并不显著（p =0.45）。

2000-2010年间，占研究区面积71.9%的地区NDVI max 呈增加趋势，其中7.3%的地区增加趋势显著（p <0.05）（图4）。

主要为云南省的丘北县、砚山县、文山州及贵州省境内的黔西南州，中部地区湖南的永州市和广西省的全州县、鹿寨县、恭城，东部江西省的信丰和广东省的五华县、丰顺县、大埔县及梅县。

这些地区主要是林地自然生长地区、耕地转为林地、裸岩裸地转为林地、草地等土地利用类型的主要地带，其中耕地转为林地、草地分别为799.35km 2和205.51km 2，占到总耕地转移面积的51.4%、13.2%。

而NDVI max 显著下降的区域占7.0%，主要分布在研究区中东部较发达区，土地利用类型主要由耕地及其他生态系统类型转换为城镇用地等人工表面。

城镇用地面积增加818.0km 2，占总转移面积的24.4%。

4.2不同植被类型NDVI 值的季节变化分析南方丘陵山地带草地、灌丛和森林的年NDVI 有相似的季节变化规律，夏季出现最大值，一般在8、9月出现最高峰，冬季则降至最低图1研究区植被分布Fig.1Distribution of vegetation in the hilly area of southern China图42000-2010年研究区植被生长（NDVI max ）变化趋势的空间分布Fig.4Spatial distribution of variation trends of annual maximum NDVI from 2000to 2010图2研究区及周边各气象站点位置及2010年平均年降水量空间差异Fig.2Spatial distribution of meteorological stations and annual precipitation in 201017142014年8月王静等：南方丘陵山地带NDVI 时空变化及其驱动因子分析值。