鮮明睿，程文龍，李繼品，武 旭，劉燕婕

(國家林業(yè)和草原局昆明勘察設計院，云南 昆明 650216)

國家級公益林是維護我國國土生態(tài)安全、生物多樣性保護和經濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要基礎[1]。我國自2004年正式建立中央森林生態(tài)效益補償基金制度以來，逐步完善了國家級公益林區(qū)劃界定和保護管理相關政策和辦法，使其在空間布局上趨于科學合理，保護管理也愈發(fā)嚴格規(guī)范。鑒于社會公眾對國家級公益林越來越高的關注度，國家林業(yè)和草原局自2018年開始逐年開展國家級公益林監(jiān)測評價工作，以期對國家級公益林資源和生態(tài)狀況進行動態(tài)監(jiān)測，客觀評價其建設成效。

歸一化植被指數(NDVI)常用于表征植被覆蓋狀況，是目前應用最廣泛的植被指數[2-5]，國內外眾多學者也通過長時間序列的NDVI數據開展植被動態(tài)研究。Tucker等[6]通過分析1981—1999年全球NDVI序列發(fā)現，北半球中緯度植被覆蓋明顯增長；董弟文等[7]基于Landsat數據運用NDVI、像元二分模型等方法研究發(fā)現，和田綠洲植被覆蓋面積和覆蓋度均呈升高趨勢；劉家琰等[8]基于SPOT-VEGETATION NDVI數據估算了神農架林區(qū)植被覆蓋度，并分析其空間格局及植被覆蓋度變化影響因素。

本文利用2004—2018年的SPOT-VEGETATION NDVI遙感數據，運用一元線性回歸趨勢分析、相關性分析等數理方法估算了云南省國家級公益林植被覆蓋時空變化趨勢，以期為國家級公益林遙感宏觀監(jiān)測提供科學依據。

1 概況

云南省地處中國西南邊陲，地理坐標為東經97°31′～106°11′，北緯21°08′～29°15′。云南東鄰廣西、貴州，北連四川，西北緊靠西藏，西部與緬甸接壤，南部與老撾、越南兩國毗鄰。全省東西橫貫865 km，南北縱距990 km，幅員面積39.4萬 km2。云南地處低緯高原，東部高原綿延，西部山川縱橫，全省地勢北高南低，呈明顯的階梯狀下降，海拔高差懸殊。全省江河縱橫，水系十分復雜，且高原湖泊眾多，是我國湖泊最多的省份之一，氣候類型豐富多樣，夏無酷暑，冬無嚴寒，干濕分明，垂直變化規(guī)律明顯。

云南省是中國植物種類最多的省份，素有“植物王國”美譽，幾乎集中了從熱帶、亞熱帶至溫帶甚至寒帶的所有品種，約占全國高等植物種類的 2/3，在我國生物多樣性保護領域具有極其重要地位。全省國家級公益林面積達806萬 hm2，位居全國前列，主要分布在滇東北、滇西北以及滇中、滇南等重點生態(tài)保護區(qū)域。

2 數據來源與處理

采用的遙感數據來自中國科學院資源環(huán)境數據云平臺提供的中國月度NDVI空間分布數據，空間分辨率為1 km，NDVI有效值在0～1之間。選取了2004—2018年15個年度3月份的NDVI遙感數據進行分析，采用ArcGIS軟件進行批量裁剪、投影等操作。所采用的云南省國家級公益林范圍來源于國家林業(yè)和草原局昆明勘察設計院西南生態(tài)監(jiān)測評估中心，采用ArcGIS軟件對2017年國家級公益林區(qū)劃落界小班進行融合生成全省國家級公益林范圍。

3 研究方法

3.1 植被覆蓋等級劃分

結合云南省國家級公益林植被覆蓋的實際情況，并參考學者研究[9-11]，將云南省國家級公益林植被覆蓋分為4個等級：低覆蓋區(qū)(NDVI≤0.4)、中等覆蓋區(qū)(0.40.6)。選取2004年和2018年的NDVI數據對云南省國家級公益林植被覆蓋的空間分布和變化情況進行分析。

3.2 一元線性回歸趨勢線分析

隨著時間的變化，NDVI常表現出隨時間序列而上升或下降以及空間分布的變化，利用一元線性回歸趨勢線分析方法[12]對云南省國家級公益林范圍內每個像元的NDVI變化趨勢進行分析，基于像元的計算公式為：

式中：Bslope為趨勢線斜率，Xi為第i年的NDVI值，t為年份，n=4。當Bslope>0時，表示隨著時間的增加，NDVI呈上升趨勢，反之NDVI呈下降的趨勢，Bslope值的大小反映NDVI上升或下降的速率。

3.3 相關分析檢驗

相關分析就是研究2個或多個隨機變量之間的聯系，通過研究每個像元對應的NDVI序列和時間序列的相關系數rxy來檢驗植被生長狀況的變化趨勢，如果rxy值通過了0.05的顯著性水平(P≤0.05)r0.05=0.482檢驗，說明NDVI值或NPP值具有顯著的變化趨勢。rxy計算公式為：

4 結果與分析

4.1 NDVI時空變化特征

通過對2004—2018年間云南省國家級公益林NDVI均值進行統計，結果表明：2004—2018年間云南省國家級公益林NDVI均值為 0.774 6，最大值出現在2017年，達 0.819 3，最小值則在2011年，為 0.732 4。2004—2018年間NDVI均值整體上呈明顯增長趨勢(圖1)，2009—2011年云南省曾遭受較為嚴重的旱災，導致這一時間段內NDVI值出現明顯下降趨勢，其余年度基本保持增長趨勢。

圖1 2004—2018年云南省國家級公益林NDVI均值年際變化

通過對云南省各州市國家級公益林NDVI均值進行統計，結果表明：2004—2018年間云南省各州市國家級公益林NDVI均值存在差異，其中西雙版納州和德宏州的年均NDVI值最高，曲靖市的年均NDVI值最低。從回歸斜率來看，2004—2018年間云南省各州市國家級公益林NDVI值均呈增長趨勢，其中文山州增速最快，其次為玉溪市、大理州，迪慶州NDVI值增速最緩(表1)。

4.2 2004—2018年植被覆蓋等級比較分析

通過對2004—2018年云南省國家級公益林植被覆蓋等級進行統計，結果表明：2004年云南省國家級公益林密集覆蓋區(qū)面積為774.70萬 hm2，占96.04%，2018年密集覆蓋區(qū)面積為778.73萬 hm2，占96.54%，說明云南省國家級公益林在2004—2018年間植被覆蓋狀況很好，密集覆蓋區(qū)(綠色區(qū)域)面積始終占據絕大多數區(qū)域(圖2)。

將2018年NDVI影像減去2004年NDVI影像得到 2個年份的植被覆蓋差值分布圖(圖2)，統計出不同差值范圍所占面積(表2)。結果表明：2018年NDVI值比2004年NDVI值增長的區(qū)域面積為660.88萬 hm2，占81.92%，2018年NDVI值比2004年NDVI值下降的區(qū)域面積為145.84萬 hm2，占18.08%，說明2018年與2004年相比，云南省國家級公益林絕大部分區(qū)域NDVI值均在增長，且增長幅度基本為0～0.2。

表1 云南省各州市國家級公益林NDVI均值年際變化

圖2 2004—2018年云南省國家級公益林植被覆蓋等級與差值空間分布

表2 2004—2018年云南省國家級公益林NDVI差值分布

4.3 NDVI變化趨勢分析

通過對2004—2018年間云南省國家級公益林每個像元的NDVI值進行一元線性回歸趨勢線分析，得到其Bslope分布圖(圖3)和不同級別Bslope的面積。結果表明，Bslope大于0(呈增長趨勢區(qū)域)的面積為740.33萬 hm2，占91.78%，表明2004—2018年間云南省國家級公益林絕大部分區(qū)域植被指數總體呈增長趨勢，其中Bslope在0～0.01(增速較緩區(qū)域)的占多數，為83.33%；Bslope小于0(呈下降趨勢的區(qū)域)的面積為66.38萬 hm2，占8.23%，其中Bslope在0～-0.05(緩慢下降區(qū)域)的占多數，為7.51%。

通過對2004—2018年間云南省國家級公益林每個像元NDVI值與年份進行相關分析(圖3)，進一步驗證了一元線性回歸趨勢線分析的結果，經統計，rxy>0的面積為741.30萬 hm2，占91.90%，rxy>0.482的面積為500.44萬 hm2，占62.04%，表明云南省國家級公益林絕大部分區(qū)域NDVI值隨時間變化呈增長趨勢，且大部分區(qū)域增長趨勢顯著；NDVI值隨時間變化呈下降趨勢的面積僅為65.42萬 hm2，占8.11%。

5 結論與討論

基于2004—2018年的NDVI遙感數據，采用線性回歸分析、相關性分析等數理統計方法，反演了2004—2018年云南省國家級公益林植被覆蓋時空變化趨勢，得到以下結論：

1)2004—2018年間除受極端氣候影響的年度外，云南省國家級公益林植被指數均呈較明顯的增長趨勢。此外，植被指數在空間分布上并不均勻，各地市間差異較明顯。

2)通過對2004與2018年2個年度的植被覆蓋等級進行分析，結果表明，云南省國家級公益林植被覆蓋狀況始終保持在較高水平，且絕大多數區(qū)域的植被保持著增長趨勢。

3)通過對2004—2018年間云南省國家級公益林NDVI值進行逐像元的一元線性回歸趨勢分析和相關分析，結果表明，植被覆蓋增長的區(qū)域面積占總面積的91.78%，其中增速在0～0.01的占83.33%，隨時間顯著增長的面積占總面積的62.04%。本文采用15個年度的遙感影像分析云南省國家級公益林植被覆蓋的變化情況，但并未對其影響因素進行深入分析。影響植被覆蓋變化的因素可分為自然因素和人為因素[13]，這2種因素在植被覆蓋時空演變過程中的相對貢獻還有待進一步探討。近年來，國家持續(xù)加大對生態(tài)效益補償資金和政策的力度，國家級公益林作為其載體也相應得到了社會各界的關注，因此，從生態(tài)學角度綜合分析國家級公益林植被演變過程以及各影響因素的作用機制，對國家級公益林保護管理具有重要意義。

圖3 2004—2018年間云南省國家級公益林NDVI值變化趨 勢空間分布