影響植被覆蓋變化驅動因子的研究綜述

吳姍薇

【摘 要】植被是陸地生態系統的基礎，植被覆蓋變化既可衡量區域生態環境狀況，又可反映氣候和人類對自然的影響。目前，我國的植被覆蓋正在遭受著氣候變化、人類活動等多種因素的影響，系統地評價和分析植被變化的驅動因素，對有效的開展生態建設、實現環境可持續發展有著重要的意義。本文綜述分析了氣候變化和人為因素對植被變化的影響，總結了目前各類研究所存在的問題，并對影響植被覆蓋驅動因素的未來研究方向進行展望，以期為全球生態變化研究方向的確立及生態保護措施的制定提供理論依據。

【關鍵詞】氣候變化;人類活動;驅動因素;植被變化

中圖分類號： Q948 文獻標識碼： A 文章編號： 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

陸地生態系統對全球的氣候變化狀況、生態環境的不斷演變以及人類與自然的可持續性發展起著至關重要的作用，是人類生存以及發展所必不可少的支持條件。而陸地生態系統中的植被對陸地生態系統的物質循環與能量流動、維持大氣的成分保持均衡狀態以及對緩解氣候變暖等方面都起著重要的作用[1]。而植被以重要組成成分之一的身份參與在陸地生態系統中，作為生態系統中重要功能和核心部分，存在于生物圈之中，因此對植被覆蓋變化驅動因子進行研究已成為一個熱點問題[2]。獲取土壤表面植被生長狀態和植被變化情況對于分析區域生態環境的變化以及對自然生態系統的保護有著重要的現實意義。全球氣候的不斷變化很大程度的影響了植被覆蓋的范圍和形式，地表植被覆蓋的被迫改變又對全球氣候變化產生了反饋[3]。但也有很多學者研究發現，人類活動對植被覆蓋變化也起到了不可忽視的作用[2-4]。鑒于此，本文綜述了氣象要素和人類活動等因子對植被覆蓋的影響，為氣候變化背景下植被覆蓋研究方向的確立以及生態環境的監測和改善提供理論依據。

1 氣候變化對于植被覆蓋的影響

全世界氣候變化及其對自然生態系統和人類社會產生的影響越來越受到世界各國政府與人民群眾的關注[5]。世界氣象組織下屬機構氣候變化專門委員會在第五次全世界氣候變化水平評估報告指出：1880-2012年期間全世界表面的平均溫度增加了約0.85℃，全世界地面的平均氣溫將會在21世紀末期上升0.3-4.8℃[6]。植被在地區氣候變化調控、維持當地物種多樣性、實現區域水土保持和水資源保護等方面發揮著十分重要的作用，是連接大氣層、生物圈和水循環圈的天然“紐帶”[7]。而氣候變化波動是造成植被生長以及生理活動不同的主要因素[8]。

1.1 氣候變化對植被生長的影響

植被與氣候之間相互作用，相互影響，一方面氣候不斷變化對植被生長產生有利或有弊的影響，另一方面植被對氣候有較強的反饋作用[9]。越來越多的國內外專家開始研究植被覆蓋變化與氣候之間的關系，但由于全球復雜的地理環境，不同地理位置的植被受到氣候變化后的反饋存在較大的差異性[10]。氣候變化是造成植被生理和生長不同的主要因素。適宜的氣候條件是保證植物正常生理活動的必要環境條件，溫度、降水的差異影響這植被的生長發育程度[11]。植被的生理活動周期具備顯著的年際和季節變化特征，因此在某種程度上對植被生長狀況的動態監測能夠反映氣溫、降水等氣象因子的變化趨勢與規律[12]。Heumann[13]等發現蘇丹地區在生長季植被與物候有明顯的延長的態勢，而其他地區沒有，從而確定了植被與物候相關性具有地域差異性。周廣勝[9]等認為植被對于氣候變化的影響是由具體區域而定的，區域不同植被對局地氣候的影響是不完全相同。此外，溫度升高使農作物生長季延長，這使得中緯度地區的植被覆蓋面積在生長季有所增加。Duan[14]等研究發現1961-2010年中國雙季稻種植氣候適宜地區面積有所增加，作物覆蓋面積在生長季也相應有所增加;Seifert[15]等發現在美國，適用于二熟制的種植面積增加了28%，多熟種植面積也相應有所增加，因此作物植被覆蓋面積增加。楊曉光[16]等通過模型和氣候指標的計算預測種植制度北界及農作物北界的變化，結果表明我國降水量的增加會使得農作物北界向西北方向整體移動。仝莉棉[17]等研討不同的植被類型在物候方面的變化及其與氣候因子的相關關系，指出該區域植被物候主要被日照時數和降水影響控制。因此，在研究植被覆蓋變化時不僅要考慮氣象要素的變化，也要考慮地域因素帶來的差異。

1.2 氣候變化與植被覆蓋的時滯效應

目前有很多學者將植被覆蓋變化和氣象要素結合起來，并分析二者的相關性。王靜[18]等對寶雞地區植被數據資料和氣候資料進行分析發現植被在不同季節的變化走勢與當季氣溫和降水量的變化特征基本保持一致，季節植被覆蓋度最高值的出現時間與氣溫、降水量最高值的出現時間基本相同。Jia[19]等對阿拉斯加北極地區的植被覆蓋變化特征進行了分析，研究表明植被豐富度和植被指數均與溫度呈正相關。Yang[20]等對美國中部和北部地區的草原植被與氣象要素間的相關性作出研究，結果表明植被與生長季的累積降水量存在顯著正相關，與春季潛在蒸散量呈現負相關。區域植被指數與不同氣候因子之間的關系以復雜的方式相互作用[21]，例如王永立[22]等研究發現，我國東部地區在氣溫達到最高值一個月以后植被指數的達到最大值，在植被指數與降水量的關系中發現在降水達到最大值兩個月后植被指數達到最大值。神祥金等[23]研究了東北地區植被覆蓋度變化及其與氣候因子的相關性，并對不同生長季植被變化與氣候因子的滯后性和相關性進行了詳細的分析。趙茂盛[24]等研究看出降水是影響我國植被覆蓋度的年際變化的主要因子，而氣溫是影響季變化的主要因子。劉綠柳[25]等在研究中發現黃河流域灌木和草地兩種植被覆蓋類型與氣溫和降水有顯著相關性，但呈相關性的區域隨著時間的變化會發生地理位置的變化。還有研究表明，降水量在200-1200mm之間時與植被覆蓋指數具較高的相關性[26]。植被活動對降水異常敏感，植被活動對降水異常的響應總體上落后了1-3個月之多[27]。張含玉[28]等人研究表明黃土高原地區歸一化植被指數主要受當月降水量的影響，其他因素影響較弱，而對當月氣溫的響應有一個月的滯后期。整體來看，多數學者認為降水最主要的影響氣候因子[2]。從一定意義上可以看出植被變化在不同地區與氣溫、降水的變化可能出現時滯效應，不同地區植被生長的主要影響因子不同，這主要取決于該地區所處的水熱條件[28]。

2 人類活動對植被覆蓋的影響

隨著經濟增長，人類對生活環境指標要求也逐漸提高，對生態環境建設的需求也變得更加強烈，導致人類活動對植被覆蓋變化產生顯著的影響[29-30]。人類活動對植被覆蓋具有雙重影響，首先各地政府實施退耕還林還草工程使得植被覆蓋度有所增加，其次過快的城市發展對植被也有負面影響[31]。研究表明，植被覆蓋在人口密度較小或人類活動較少的區域變化比較輕微，而在人口較為密集或人類活動集中的區域較為明顯[32]。也有些研究指出，人類活動是影響針葉林覆蓋面積發生變化的最大因子，尤其是人類活動所引發的森林火災對針葉林的生長繁衍有阻礙作用[33]，還有些地區的植被覆蓋變化與農耕方式有關[2]。人類不斷的亂砍濫伐、毀林開荒、城市化等導致植被大面積減少，生態環境嚴重破壞。隨著人類日益增強的生態保護意識，通過退耕還草還林還湖、節水灌溉、建立自然保護區等措施擴大植被，改善生態環境[34-35]。因此，在近代以來人類活動相對于氣候變化而言對植被可能產生了更強烈的影響。

2.1 定性研究

之前對于人類活動對植被覆蓋變化的影響多集中在定性研究上。杜子璇[36]等對黃淮海地區植被覆蓋用主成分分析法對其變化及驅動力進行研究，發現植被覆蓋變化的驅動力因子為氣候和人類活動，以氣候因素為主，人類活動在局部作用較大。白文龍[37]研究發現影響關中地區植被覆蓋變化的主要因素是高程，其次是經濟和氣溫變化，人口和降水量的影響最小;而有一些研究發現植被覆蓋變化最主要是受到農業技術及政府政策的影響[2]，人類活動對植被變化的正負效應并存[38]。周夏飛[31]研究表明黃土高原年均凈初級生產力呈顯著增加趨勢，氣候對其影響不大，而人類活動對其有重要影響。易浪[38]等人研究表明在黃土高原人類活動對植被變化的正負效應并存。王子玉[39]等利用人口、GDP、城鎮化率、農作物播種面積等社會經濟數據對內蒙古地區的植被變化與人類活動和氣候因素之間的關系進行分析，得到人類活動作用大于氣候因素。

2.2 定量研究

隨著植被覆蓋變化驅動機制研究的日漸成熟，一些學者對人類活動對植被變化的影響進行了定量研究。孫艷玲[40]、Evans[41]、Cao X[42]、Geerken[43]等在分析人為因素對植被覆蓋變化影響時，均利用殘差分析方法定量分析了人類活動影響植被覆蓋變化的貢獻率，有利于為所研究區域提出切實可行的實施方案。張倩[44]在研究黃土高原植被覆蓋變化的影響因素時結合改進的殘差趨勢法，得出人類活動對植被覆蓋變化的貢獻率為86%;Wang[45]利用Restrend法對影響植被變化的因子作出假設，主要為氣候變化和人類活動，并建立了影響因子貢獻率分離的理論方法;李輝霞[46]等研究發現人類活動和氣候因子對三江源地區的植被變化貢獻率分別為20.68%和79.32%，存在較大差異。

綜上，目前人類活動對植被覆蓋的影響是毋庸置疑的，但是在定量分析上還需要再加一步驗證和分析，同一地區得到的結果可能會出現差異較大的情況。這可能是由于研究方法、研究數據、研究時段等不同造成的[47]，亟待針對植被覆蓋情況對研究方法和數據進行統一，以便更深刻地了解人為因素對植被覆蓋變化的影響。

3 展望

植被覆蓋變化的驅動性因素研究已取得了一些重要成果，但由于有限的數據和方法，評價結果會直接影響生態工程的準確性和有效性。系統地研究氣候和人為因素引起的植被覆蓋面積減小，對有效的開展生態建設工作，實現生態環境的可是續發展有著重要意義。目前所獲數據難以準確預測和理解引起植被變化的關鍵性因子，基于現有研究成果，未來應側重以下工作。

（1）進一步量化驅動因子對植被變化的過程的影響。現在的研究大都基于遙感產品提供的數據，再依靠比較差值法，成為獲取各個因素的貢獻程度的基本途徑。在試驗研究數據的基礎上，開發或者優化植被覆蓋變化模型，并加以數據計算，從而準確預測植被變化的驅動因子，進而更好的估算生態效應。

（2）完善影響植被覆蓋變化因素的評價方法。由于植被對于不同的影響因子響應的閾值存在物種差異，這為不同物種危害風險評估提供依據。因此我們應當基于現有評價方法，結合實際統計資料，將不同因素和物種加以區分，同時加強模型的建立和驗證，將有助于提高評價精度。

（3）加強氣候、人類活動和其他因素對植被覆蓋變化的復合影響研究。當前陸地生態系統受到降水、溫度、日照、海拔、人類活動等其他脅迫因子的復合作用，諸多環境因子對陸地生態系統的作用相互關聯，因此，這些環境因子的復合作用必然影響植被覆蓋度。目前，針對氣候、人類活動和其他因素的復合效應研究偏少，不夠深入系統。因此，亟需加強植被變化驅動力的復合效應研究。

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