地形对山区植被空间分布的影响

李嘉霖 卫晓庆

摘要：本文以长白山为研究区域，运用像二元法及趋势分析法对2010-2019年长白山的地形与植被的关系进行研究，结果表明：（1）长白山植被分布大致随海拔的升高而降低，受气候、人类活动等因素的影响，植被覆盖度呈下降趋势。（2）植被覆盖度的变化与坡度呈负相关关系。在坡度为2-5°的时候植被覆盖率最高，由于气候、降水以及人类活动等因素的影响，植被覆盖度随坡度的上升而降低。（3）长白山坡向对植被覆盖的影响规律性不强，阳坡的总体植被覆盖度高于阴坡。总体而言，长白山植被分布对地形因子有明显的响应。

关键词：长白山;植被覆盖度;地形;响应作用

0引言

随着地球气候的剧烈变化，陆地生态系统发生了显著的改变，植被是生态系统的重要的组成部分，也是生态系统中容易受到人类活动等因素影响而发生波动的部分之一[1]，因此植被变化也成为了更多学者关注的焦点问题[2]。

近年来国内外基于ArcGIS以及ENVI进行的植被覆盖对于地形因子变化的响应的研究日渐丰富。欧美国家对于环境的关注早于我国，进而研究成果也较为丰富，研究方法也比较新颖。地形因子对山区植被的影响的研究成果也很丰富，为我国研究此类问题提供了部分参考[3-4]。我国对山地植被分布的研究由来已久，研究方案与研究体系日渐成熟，相关研究技术日益完备。刘增力[5]等人分析研究了小五台山地区植被群落的分布状况发现植被类型的分布面积比例与山体海拔高度存在着密切的联系，且由于坡度的影响，增加了谱内植被组成的复杂性。田地[6]等人采用像二元模型反演长汀县2000-2016年间植被覆盖度时空特征，分析高程、坡度、坡向等地形因子对植被覆盖度的影响，发现地形因子对长汀县植被覆盖度的时空特征具有显著影响。陈艳英[7]等人采用最大值合成法合成逐旬归一化植被指数，研究发现，地形因素对植被指数有较大的影响，且高度因素对植被指数及其分布的影响较坡度更明显。这些研究成果为研究长白山植被覆盖对地形因子的响应提供了数据参考和技术支持，为日后的研究提供了有力的支持。

长白山作为我国东北部重要的生态保护区，地形复杂多变，植被分布面积广且种类繁多，是人类宝贵的“绿色财富”。长白山具有多方面的研究价值，应该受到相应的关注与研究，因此研究长白山植被覆盖度对地形因子的响应的研究十分必要，该研究也将对有关长白山的其他研究做出贡献，也为长白山生态环境的科学管理提供参考。

1研究区概况

1.1地理位置

长白山是我国为数不多的自然生态系统保护区，拥有较为庞大的物种基因库。该地区森林资源丰富，地形复杂，森林植被随着地形的变化呈现出十分显著的水平和垂直的分布，是亚洲地区为数不多的植被覆盖度与地形因子的重點研究区域。本文研究的长白山以吉林省延边朝鲜族自治州安图县（长白山北坡）、白山市长白朝鲜自治县（长白山南坡）和抚松县（长白山西坡）3个县级单元为代表的长白山典型生态连片区域是长白山最为典型的生态区。

2数据来源与研究方法

2.1数据来源

本文基于长白山地区的MOIDIS数据以及该地区的DEM数据进行研究。MODIS数据来源于NASA平台，分辨率为250m×250m，研究时段为7-8月。DEM数据来于地理空间数据云，分辨率为30m×30m，将其重采样为250m×250m。

2.2研究方法

2.2.1基于像元二分模型的植被覆盖度计算

长白山植被覆盖度采用像元二分模型来估算，其公式为：

式1中：为某一像元的植被覆盖度，为该像元上的归一化植被指数值，为裸地对应的植被指数值，为纯植被对应的植被指数值。

植被覆盖度均值，依据研究区植被覆盖度总值与像元总数进行计算，公式为：

式2中：为像元总数，为第个像元的植被覆盖度，为植被覆盖度均值。

2.2.2趋势分析

趋势分析是对一组随时间变化的序列数据采用趋势线进行回归分析，采用最小二乘法逐像元拟合植被覆盖度的年际变化趋势，公式为：

式3中：为年序号，为第i年植被覆盖度，为变化斜率。

当>0时，表示该像元的植被覆盖度呈增加趋势，当<0时，表示减小趋势。

3结果分析

3.1 不同地形因素下长白山植被覆盖空间分布特征

3.1.1植被分布

长白山地区近10年植被覆盖度由最初的98.1%增长至98.4%。由于该地区总体植被覆盖率较高，气候稳定，且为自然保护区，受人类活动影响不大，因此近年来，长白山地区植被覆盖度较高且变化幅度不大。

利用趋势分析法研究发现长白山植被覆盖率由东南向西北逐渐递减，覆盖率上升的山区为完达山、老爷岭以及长白山主脉;覆盖率降低的山区为张广才岭、哈达岭。

运用平均值法，得到长白山近十年的平均植被覆盖率，该结果对长白山2010-2019不同地形因子下的植被覆盖度变化趋势的研究有一定的参考依据，体现了植被覆盖的变化幅度的大致水平。

3.1.2植被覆盖度海拔梯度差异

不同高程等级的植被覆盖率研究发现，长白山植被覆盖度随海拔的变化在第二高程和第六高程中，长白山植被分布与海拔高度呈明显负相关的关系，随着海拔的上升，植被覆盖度明显降低，而在第七高程中出现了转折，该现象是由于海拔分级时，海拔高度为第七高程下的地理面积相对其它高度级较大，因此植被所占的面积也相对较大引起的。

山区植被的生长规律受多种因素影响，在低海拔地区，水热充足，因此植被覆盖的面积较为广泛;而随着海拔的上升，气温降低，植被的生长受限，因此植被覆盖度呈现下降趋势;而随着海拔高度的继续上升，人类活动受到限制，植被覆盖面积有所好转。将这些因素与研究结果相结合，总体体现的是长白山植被分布与海拔高度呈负相关的关系。

3.1.3植被覆盖空间分布在坡度坡向上的差异

坡度对地表河流的分布以及地表水的流向都有影响，山区的土质性质有所不同，且人类活动也因此受到影响;坡向对于山区的光照强度和受到的风向有所影响，进而关系到地表水分的散发与保持。因此，在不同的坡度坡向会影响植被的空间分布。

长白山植被覆盖度与坡度总体呈明显的负相关关系，坡度大于2°的区域植被覆盖度随坡度的上升而降低;而坡向对于植被覆盖的影响较小，总体植被覆盖度水平比较平均，所呈现出的相关性也不是非常明显，不同坡向的植被覆蓋度的面积大小关系为：阳坡>半阳坡>阴坡>平地>半阴坡。由于植被的生长受光照和降雨的影响，处在阳坡的植被拥有较好的光照和降水条件，因此阳坡区域的植被覆盖度较高。

3.2长白山植被覆盖变化对地形因素的响应

3.2.1海拔高度对植被覆盖变化的分异作用

2010-2019年间长白山地区植被覆盖度的变化随高程的变化呈现出了一定的响应，虽然不同植被类型的增减比例存在一定的海拔差异，但总体而言植被覆盖度先上升后下降，低海拔地区以草地灌木林为主，中海拔地区以针叶阔叶混交林以及常绿针叶林为主，高海拔地区以落叶阔叶林以及常绿阔叶林为主，海拔400m以下，植被种类及数量明显增加，表明在某些时间该区域的植被结构会因为受到外界因素影响而变得更不稳定。对研究区植被覆盖度年际变化趋势分析发现，植被覆盖度在近十年中呈上升趋势，植被分布与山区高程之间有明显的相应关系。但由于对长白山的保护较好，没有森林开发为耕地，也不存在城市扩张现象，不受人类活动影响，因此，长白山的植被覆盖度较高且在近十年里无明显变化。

3.2.2坡度及坡向对植被覆盖变化的分异作用

坡度、坡向对植被分布有影响，其中坡度因子对植被覆盖度的影响较大。坡度较陡的山区植被覆盖度较低，但变化相对稳定。坡度缓的山区受到的客观因素较多（如动物、人类活动），低海拔的植被类型之间容易相互转换，所以植被覆盖变化相对不稳定。

坡向对植被分布的有一定的影响，但总体趋势不显著。通常，阳坡可以获取更多的太阳辐射，植物可以进行更强的光合作用。但太阳辐射过分充足反而会使地表的水分蒸发过快，土壤中的水分无法储存，降低土壤中的水储量。这两种因素可以在地形因子的作用下中和，其综合效应导致坡向对NDVI变化的影响不明显。

4结论

综上研究表明，坡度、坡向以及高程因子对长白山的植被分布有显著的影响。研究时段内植被覆盖总体呈上升趋势，坡度、坡向及高程对长白山植被空间分布以及变化趋势存在明显的分异性。

其中，植被分布随海拔的升高而降低，在300-400m时有一个峰值，该段覆盖率最高，而在400-800m之间受气候、人类活动等因素的影响，植被覆盖度呈下降趋势。根据上面的分析可以得出结论即高程对植被分布有明显的影响。

研究区植被分布对坡度有着十分明显的响应，即随着坡度的升高，长白山的植被覆盖度明显下降。在坡度为2-5°的时候植被覆盖率最高，由于其他因素的影响，植被覆盖度随坡度的上升而降低。

长白山坡向对植被覆盖的影响规律性不强，总体而言，长白山阳坡的总体植被覆盖度高于阴坡。阳坡的光照较充足，植被的光合作用强，对植被的生长有促进作用;阴坡太阳辐射弱，对植被的生长没有明显促进作用。以上两个因素的共同作用导致阳坡的植被覆盖度高于阴坡。

参考文献

[1]ZhaoX，TanK，ZhaoS，Fang J. Changing climate affects vegetation growth in the arid region of the northwestern China.Journal of Arid Environments，2011，75（10）：946-952.

[2]曹广超，张航，曹奎，赵青林，蒋刚.祁连山南坡潜在蒸散量变化特征及其影响因子分析[J].青海师范大学学报（自然科学版）.2016.32（03）.43-50.

[3]Moradi G， Vacik H. Relationship between vegetation types， soil and topography in southern forests of Iran[J].Journal of Forestry Research，2018，29（6）：1635-1644.

[4]Carmel Y， Kadmon R. Effects of grazing and topography on long-term vegetation changes in a Mediterranean ecosystem in Israel[J].Plant ecology，1999，145（2）：243-254.

[5]刘增力，郑成洋，方精云.河北小五台山主要植被类型的分布与地形的关系：基于遥感信息的分析[J].生物多样性，2004，12（1）：146-154.

[6]田地，张厚喜，刘政，胡亚林.地形因子对长汀县植被覆盖度时空特征的驱动影响[J].福建农林大学学报，2019，48（6）：796-802.

[7]陈艳英，唐云辉，张建平，游扬声，杨雪梅.基于MODIS的重庆市植被指数对地形的响应[J].中国农业气象，2012，33（4）：587-594.

1.抚顺市水利勘测设计研究院有限公司 辽宁抚顺 113008;2.沈阳工学院能源与水利学院 辽宁抚顺 113008