基于地理探测器模型的自然和人为因素对植被变化的影响

摘要

新疆地处欧亚大陆内部，远离海洋，以干旱、半干早的温带大陆性气候类型为主，生态环境脆弱，对气候变化非常敏感。而植被覆盖在很大程度上可以反映生态环境状况，因此，深入研究植被覆盖变化可以有效揭示区域环境状况的演变。至今，大量学者进行了基于遥感数据监测植被覆盖变化以及植被覆盖变化与气候和人类活动的响应关系的研究，但是定量化自然和人为因素对植被覆盖变化的影响程度研究的还比较少，因此本文提出运用地理探测器模型来定量评价自然因素和人为因素对植被覆盖变化的影响，该方法不仅分析了单一因子对植被覆盖的相对影响程度，找出各影响因子有利于植被生长的适宜类型或范围，还分析了因子之间对植被的交互影响。
　　本文利用1982-2011年GIMMS NDVI3g遥感数据，以新疆为研究区，首先采用最大值合成法、均值法、累积距平、趋势分析法和百分比变化幅度，分析植被覆盖变化的时空分布特征;然后结合降水、气温、日照时数、风速、高程、坡度、坡向、植被类型和土壤类型9个自然因子，运用地理探测器模型探究自然因素对植被覆盖变化的相对影响和交互影响，并找出各自然因子的适宜类型或范围;最后结合年末人口总数、人口密度、国内生产总值、人均国内生产总值、农业总产值、畜牧业总产值、农村居民人均纯收入、城镇居民人均可支配收入、粮食总产量、人均粮食产量、粮食播种面积、农机总动力、有效灌溉面积、化肥使用量和年末大牲畜头数15个人为因子，运用地理探测器模型探究人为因素对植被覆盖变化的相对影响和交互影响，并找出各人为因子的适宜范围。主要结论如下:
　　1、空间上，新疆植被覆盖呈现出改善趋势。天山、阿尔泰山、绿洲区等水源充足的地区植被覆盖好，且植被呈现出改善趋势;塔里木盆地等荒漠地区，植被覆盖差，同时植被出现退化趋势。
　　2、时间上，新疆植被覆盖呈现出显著的上升趋势。从各时间段来看，植被在90年代初之前呈退化趋势，2008年开始植被呈现出改善趋势，中间是一个波动期。
　　3、降水、土壤类型和植被类型是影响植被变化的主要自然因素;其次是气温、日照时数和海拔因素;风速、坡度和坡向尽管影响着水热因子的时空分布，但其单个因素对植被变化的影响很小。因此，降水、土壤类型、植被类型、气温、日照时数和海拔可作为影响植被覆盖的自然指示因子。
　　4、各自然指示因子有其适宜范围或类型，其中:降水为316.20～504.08mm，气温为0～5℃，日照时数为2293.12～2732.42h/a，海拔为1727～2896m，土壤类型以钙积土和石膏土为主，植被类型以针叶林、人工植被和草甸为主。
　　5、农机总动力、有效灌溉面积、人均GDP、畜牧业总产值、年末大牲畜头数和粮食总产量是影响植被变化的主要人为因素;其次是农村居民人均纯收入、人均粮食产量、农业总产值和化肥使用量;其余人为因子影响较小。因此，可将农机总动力、有效灌溉面积、人均GDP、畜牧业总产值、年末大牲畜头数、粮食总产量、农村居民人均纯收入、人均粮食产量、农业总产值和化肥使用量10个人为因子作为人为指示因子。
　　6、各人为指示因子有其适宜范围，其中:农机总动力为1169811.83～1940003.63千瓦，有效灌溉面积为425.99～622.33千公顷，人均GDP为2965.86～8124.67元，畜牧业总产值为31.42～44.86亿元，年末大牲畜头数为636.51～1222.34万头，粮食总产量为101.14～196.76万吨，农村居民人均纯收入为2113.73～2573.25元，人均粮食产量为5199.51～7454.09吨，农业总产值为5.89～13.04亿元，化肥使用量为1.31～1.85万吨。
　　7、自然因子的交互作用表明:自然因子叠加大大增强了他们单独对植被的影响。土壤类型与海拔、植被类型与海拔、气温与日照时数甚至表现为非线性协同作用，说明海拔增强了土壤类型和植被类型对植被的影响，日照时数增强了气温对植被的影响。因此，日照时数和海拔可作为辅助因子应用于植被监测中。
　　8、人为因子的交互作用表明:人为因子叠加大大增强了他们单独对植被的影响。农村居民人均纯收入与粮食总产量、农机总动力、人均GDP、畜牧业总产值、年末大牲畜头数，人均粮食产量与农机总动力、有效灌溉面积、畜牧业总产值、年末大牲畜头数、粮食总产量，农业总产值与有效灌溉面积、农机总动力、人均GDP、畜牧业总产值、粮食总产量，化肥使用量与有效灌溉面积、农机总动力、畜牧业总产值、人均GDP、年末大牲畜头数，都表现为非线性协同作用，说明农村居民人均纯收入增强了粮食总产量、农机总动力、人均GDP、畜牧业总产值和年末大牲畜头数对植被的影响，人均粮食产量增强了农机总动力、有效灌溉面积、畜牧业总产值、年末大牲畜头数和粮食总产量对植被的影响，农业总产值增强了有效灌溉面积、农机总动力、人均GDP、畜牧业总产值、粮食总产量对植被的影响，化肥使用量增强了有效灌溉面积、农机总动力、畜牧业总产值、人均GDP和年末大牲畜头数对植被的影响。因此农村居民人均纯收入、人均粮食产量、农业总产值和化肥使用量可作为研究人为因子对植被的影响的辅助因子。
　　9、自然因子与人为因子的交互作用表明:自然因子中的降水、土壤类型和植被类型与各人为因子的交互作用PD值较大，且气温与粮食总产量、日照时数与人均GDP、日照时数与粮食总产量都表现出非线性协同作用，说明粮食总产量增强了气温和日照时数对植被的影响，日照时数增强了人均GDP对植被的影响，自然因子与人为因子的叠加大大增强了他们单独对植被的影响。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 基于NDVI的植被覆盖变化研究进展

1．2．2 植被覆盖变化影响因素研究进展

1．2．3 地理探测器模型研究进展

1．3 本文的研究内容及组织结构

1．3．1 本文的研究内容

1．3．2 组织结构

第二章 研究方法及数据来源

2．1 研究区概况

2．2 数据来源与处理

2．2．1 遥感数据集

2．2．2 自然因子数据

2．2．3 人为因子数据

2．3 研究方法

2．3．1 最大值合成法

2．3．2 均值法

2．3．3 累积距平

2．3．4 趋势分析法

2．3．5 百分比变化幅度分析

2．3．6 地理探测器模型

第三章 30年新疆植被覆盖变化时空特征分析

3．1 植被覆盖基本特征

3．2 植被覆盖的年际变化特征

3．3 植被覆盖的空间变化特征

3．4 本章小结

第四章 自然因子对植被覆盖影晌的定量分析

4．1 自然因子对植被影响的相对重要性

4．2 自然指示因子的适宜类型或范围

4．3 本章小结

第五章 人为因子对植被覆盖影晌的定量分析

5．1 人为因子对植被影响的相对重要性

5．2 人为指示因子的适宜范围

5．3 本章小结

第六章 自然因子和人为因子对植被覆盖的交互影晌

6．1 自然因子对植被覆盖的交互影响

6．2 人为因子对植被覆盖的交互影响

6．3 自然因子和人为因子对植被覆盖的交互影响

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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