2000—2016年秦岭山地植被覆盖变化地形分异效应

第４１卷第３期２０２１年２月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４１，Ｎｏ．３Ｆｅｂ．，２０２１基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（１９ＪＫ０９３０）；中国博士后科学基金面上项目（２０１９Ｍ６６３９２２ＸＢ）收稿日期：２０２０⁃０２⁃１４；㊀㊀网络出版日期：２０２０⁃１２⁃１４∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｈｕｉｓｎｏｗ＠１２６．ｃｏｍＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０２００２１４０２５０邓晨晖，白红英，马新萍，黄晓月，赵婷．２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异．生态学报，２０２１，４１（３）：１０６８⁃１０８０．ＤｅｎｇＣＨ，ＢａｉＨＹ，ＭａＸＰ，ＨｕａｎｇＸＹ，ＺｈａｏＴ．Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｔｓｎｏｒｔｈ⁃ｓｏｕｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｙｂｙｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｄｕｒｉｎｇ２０００ ２０１７．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２１，４１（３）：１０６８⁃１０８０．２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异邓晨晖１，２，∗，白红英３，马新萍１，黄晓月３，赵㊀婷３１咸阳师范学院资源环境与历史文化学院，咸阳㊀７１２０００２陕西师范大学地理科学与旅游学院，西安㊀７１０１１９３西北大学城市与资源环境学院，西安㊀７１０１２７摘要：气候变化背景下开展山地过渡带植被物候变化规律及区域差异研究对于揭示过渡带对气候变化的响应方式具有重要意义㊂基于２０００ ２０１７年ＭＯＤＩＳＥＶＩ２数据，反演了秦岭山地植被物候参数并建立了遥感物候数据集，分析了近１８年来秦岭山地植被物候变化的时空特征及其南北差异㊂结果表明：①秦岭山地植被物候变化表现出明显的地形和气候地域分异规律，尤以高海拔区的变化最为显著，全区ＧＳＳ（物候始期）主要发生于７０ １３０ＤＯＹ（ＤａｙｏｆＹｅａｒ），８３．２９％的区域呈提前趋势，提前主要集中在０ ５ｄ／１０ａ（４４．４６％）与５ １０ｄ／１０ａ（２８．６０％）；ＧＳＥ（物候末期）主要发生于２７０ ３１０ＤＯＹ，５０．１７％的区域呈推迟趋势，变化趋势不明显；ＧＳＬ（生长期）集中在１５０ ２１０ｄ，６５．３４％的区域呈延长趋势，延长在０ ５ｄ／１０ａ（１９．２８％）㊁５ １０ｄ／１０ａ（２０．７１％）及１０ １５ｄ／１０ａ（１４．１２％）均有分布㊂②秦岭山地ＧＳＳ对气候变化的响应程度显著大于ＧＳＥ，南北坡植被物候变化不仅存在区域差异且存在季节差异，ＧＳＳ北坡较南坡平均约早６．２ｄ且南坡提前趋势较北坡显著，ＧＳＥ南坡较北坡平均约晚５．８ｄ且北坡推迟趋势较南坡显著，ＧＳＬ北坡较南坡约长１８．７ ２３．２ｄ㊂③ＧＳＳ㊁ＧＳＳ及ＧＳＳ变化表现出显著的海拔敏感性，随着海拔上升，ＧＳＳ逐渐推迟，ＧＳＥ逐渐提前，ＧＳＬ逐渐缩短，三者在海拔ɤ６００ｍ及ȡ２７００ｍ地区随海拔变化的波动幅度较大，南北坡三者随海拔的变化亦存在明显的差异，海拔每上升１００ｍ，北坡ＧＳＳ推迟１．７６ｄ，ＧＳＥ提前０．２５ｄ，ＧＳＬ缩短２．０１ｄ；南坡ＧＳＳ推迟１．５０ｄ，ＧＳＥ提前０．４４ｄ，ＧＳＬ缩短１．９４ｄ㊂④不同植被垂直带上ＧＳＳ㊁ＧＳＥ及ＧＳＬ的变化存在明显差异，尤以ɤ６００ｍ植被带上及高山灌丛草甸带上的差异最为明显，且三者在高山灌丛草甸带的发生时间及时长北坡与南坡发生转换，表现为ＧＳＳ㊁ＧＳＥ㊁ＧＳＬ北坡较南坡分别平均早３．５ｄ㊁晚２．９ｄ㊁长６．４ｄ㊂关键词：遥感物候；海拔敏感性；南北差异；植被垂直带；秦岭山地Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｔｓｎｏｒｔｈ⁃ｓｏｕｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｙｂｙｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｄｕｒｉｎｇ２０００ ２０１７ＤＥＮＧＣｈｅｎｈｕｉ１，２，∗，ＢＡＩＨｏｎｇｙｉｎｇ３，ＭＡＸｉｎｐｉｎｇ１，ＨＵＡＮＧＸｉａｏｙｕｅ３，ＺＨＡＯＴｉｎｇ３１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＨｉｓｔｏｒｉｃａｌＣｕｌｔｕｒｅ，ＸｉａｎｙａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｙａｎｇ７１２０００，Ｃｈｉｎａ２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙａｎｄＴｏｕｒｉｓｍ，ＳｈａａｎｘｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉᶄａｎ７１０１１９，Ｃｈｉｎａ３ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＵｒｂａｎａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉᶄａｎ７１０１２７，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｈａｎｇｅｌａｗａｎｄｒｅｇｉｏｎａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｍｏｕｎｔａｉｎｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌｚｏｎｅｕｎｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｒｅｖｅａｌｈｏｗｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｚｏｎｅｒｅｓｐｏｎｄｓｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｄａｔａｏｆｔｈｅＭＯＤＩＳＥＶＩ２，ｏｕｒｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｅｄｏｎｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｒｅｔｒｉｅｖａｌｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｃｒｅａｔｅｄｔｈｅｄａｔａｓｅｔｏｆｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｙｂｙｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１７．Ｗｅｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌｐａｔｔｅｒｎａｎｄｉｔｓｎｏｒｔｈ⁃ｓｏｕｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｐａｓｔ１８ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ．（１）ＴｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｓｈｏｗｅｄｏｂｖｉｏｕｓｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｎｄｃｌｉｍａｔｉｃｒｅｇｉｏｎａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎｒｕｌｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｈｉｇｈ⁃ａｌｔｉｔｕｄｅａｒｅａ．Ｔｈｅｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎｓｔａｒｔ（ＧＳＳ）ｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｒｅｇｉｏｎｍａｉｎｌｙｏｃｃｕｒｒｅｄｏｎｔｈｅ７０ｔｈ １３０ｔｈｄａｙｏｆｙｅａｒ（ＤＯＹ），８３．２９％ｏｆｔｈｅｒｅｇｉｏｎｓｓｈｏｗｅｄａｎａｄｖａｎｃｅｔｒｅｎｄ，ｍａｉｎｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎａｄｖａｎｃｅａｔ０ ５ｄ／１０ａ（４４．４６％）ａｎｄ５ １０ｄ／１０ａ（２８．６０％）．Ｔｈｅｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎｅｎｄ（ＧＳＥ）ｍａｉｎｌｙｏｃｃｕｒｒｅｄｏｎｔｈｅ２７０ｔｈ ３１０ｔｈＤＯＹ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｗａｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ，５０．１７％ｏｆｔｈｅｒｅｇｉｏｎｓｗｅｒｅｄｅｌａｙｅｄ．Ｔｈｅｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎｌｅｎｇｔｈ（ＧＳＬ）ｗａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｗｉｔｈｉｎ１５０ ２１０ｄａｙｓ，６５．３４％ｏｆｔｈｅｒｅｇｉｏｎｓｓｈｏｗｅｄａｎｅｘｔｅｎｄｅｄｔｒｅｎｄ，ｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｉｓｓｃａｔｔｅｒｅｄｉｎ０ ５ｄ／１０ａ（１９．２８％），５ １０ｄ／１０ａ（２０．７１％）ａｎｄ１０ １５ｄ／１０ａ（１４．１２％）．（２）ＴｈｅＧＳＳｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅＧＳＥ，ａｎｄｔｈｅｒｅｗｅｒｅｎｏｔｏｎｌｙｒｅｇｉｏｎａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｕｔａｌｓｏｓｅａｓｏｎａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｔｈｅＮｏｒｔｈｅｒｎ⁃ＳｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｓｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓ．ＴｈｅＧＳＳｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｗａｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ６．２ｄａｙｓｅａｒｌｉｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｎａｖｅｒａｇｅａｎｄｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｈａｄａｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｄｖａｎｃｅｔｒｅｎｄ．ＴｈｅＧＳＥｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｗａｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ５．８ｄａｙｓｌａｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｏｎａｖｅｒａｇｅａｎｄｔｈｅｄｅｌａｙｔｒｅｎｄｏｆＧＳＥｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｗａｓｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．ＴｈｅＧＳＬｅｘｔｅｎｄｅｄｗｉｔｈａｎａｖｅｒａｇｅｒａｔｅｏｆ３．７ｄ／１０ａ，ａｎｄｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｔｒｅｎｄｗａｓｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅ．ＴｈｅＧＳＬｗｅｒｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ１１４．６ ２４９．７ｄａｙｓｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅａｎｄ９１．４ ２３１．０ｄａｙｓｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅ．（３）ＴｈｅＧＳＳ，ＧＳＥ，ａｎｄＧＳＬｓｈｏｗｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｌｔｉｔｕｄｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｍｗｉｔｈｔｈｅｒｉｓｉｎｇａｌｔｉｔｕｄｅｓｈｏｗｅｄｏｂｖｉｏｕｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎａｎｄｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｓ．Ａｓｔｈｅａｌｔｉｔｕｄｅｉｎｃｒｅａｓｅ，ＧＳＳｗａｓｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｌａｙｅｄ，ＧＳＥｗａｓｇｒａｄｕａｌｌｙａｄｖａｎｃｅｄ，ａｎｄＧＳＬｗａｓｇｒａｄｕａｌｌｙｓｈｏｒｔｅｎｅｄ．Ａｔｔｈｅａｌｔｉｔｕｄｅｓｏｆɤ６００ｍａｎｄȡ２７００ｍ，ｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｗｉｔｈｔｈｅａｌｔｉｔｕｄｅｗａｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅ．Ｗｉｔｈａｎｉｎｃｒｅａｓｅｉｎａｌｔｉｔｕｄｅｏｆ１００ｍｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅ，ｔｈｅｒｅｗａｓａｄｅｌａｙｉｎｔｈｅＧＳＳｂｙ１．７６ｄａｙｓ，ａｎａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＧＳＥｂｙ０．２５ｄａｙｓ，ａｎｄａｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇｏｆｔｈｅＧＳＬｂｙ２．０１ｄａｙｓ．Ｆｏｒｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅ，ｔｈｅＧＳＳｗａｓｄｅｌａｙｅｄｂｙ１．５０ｄａｙｓ，ｔｈｅＧＳＥｗａｓａｄｖａｎｃｅｄｂｙ０．４４ｄａｙｓ，ａｎｄｔｈｅＧＳＬｗａｓｓｈｏｒｔｅｎｅｄｂｙ１．９４ｄａｙｓ．（４）ＴｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆＧＳＳ，ＧＳＥ，ａｎｄＧＳＬｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｚｏｎｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅɤ６００ｍｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｚｏｎｅａｎｄｔｈｅａｌｐｉｎｅｓｈｒｕｂｍｅａｄｏｗｚｏｎｅ，ｈａｄｔｈｅｍｏｓｔｏｂｖｉｏｕｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎａｎｄｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｓ．Ｔｈｅｔｈｒｅｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅａｎｄｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｗｅｒｅｃｏｎｖｅｒｔｅｄｉｎｔｈｅａｌｐｉｎｅｓｈｒｕｂｍｅａｄｏｗｂｅｌｔ．ＴｈｅＧＳＳ，ＧＳＥａｎｄＧＳＬｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｓｗｅｒｅｉｎｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆ３．５ｄａｙｓｅａｒｌｉｅｒ，２．９ｄａｙｓｌａｔｅｒａｎｄ６．４ｄａｙｓｌｏｎｇｅｒｌａｔｅｒｔｈａｎｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｓｌｏｐｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｙｂｙｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ａｌｔｉｔｕｄｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ；ｎｏｒｔｈ⁃ｓｏｕｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ；ｖｅｒｔｉｃａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｂｅｌｔｓ；ＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓ气候变化对陆地生态系统产生了重要影响，已成为国内外学者关注的重大科学问题㊂气候变化表现出显著的区域差异性，生态脆弱带㊁生态敏感区，尤其是山地及中高纬地区的地理过渡带等区域被认为是全球变暖信号的放大器［１⁃５］，山地过渡带是响应气候变化的典型区域㊂山地生态系统重要组成部分的植被被认为是响应气候变化的敏感指示器，植被物候对气候波动非常敏感，其变化不仅可以揭示山地植被的生长动态，而且能够直观反映山地生态系统对全球环境变化的响应与适应过程［６⁃９］，被认为是表征植被⁃气候相互关系变化的重要指标之一，以及生物圈对气候变暖反应最敏感也最明显的指示［１０⁃１４］，已成为目前全球气候评价与自然环境变化的重要指标［１５⁃１６］㊂因此，研究气候变化背景下山地过渡带植被物候的变化规律，探讨山地过渡带地理环境变化的规律和区域差异，对于深入了解植被 气候关系及揭示山地过渡带对气候变化的响应方式具有重要意义㊂植物物候监测主要通过一定的方法和手段对植物生长节律变化进行监测［１７］，传统的地面物候观测是从９６０１㊀３期㊀㊀㊀邓晨晖㊀等：２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异㊀０７０１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀个体水平对物种进行监测；在大尺度物候变化时空格局研究中，亦有学者采用对物候影响占主导地位的温度数据进行提取气候生长期开展研究［１８⁃２２］；近年来，遥感技术为物候研究提供了新的手段，遥感物候则是通过卫星在群落和生态系统水平上监测地表植被指数，该物候期是在像元尺度上，单个像元涵盖很多物种，空间覆盖广，连续性强，便于区域乃至全球尺度物候变化研究，成为传统物候观测方法的有效补充［２３］㊂因此，遥感监测的植被指数近年来受到众多物候研究者的青睐［２４⁃２７］，其中归一化植被指数（ＮＤＶＩ）被广泛用于反演植被物候期［２８⁃３２］㊂然而，有学者指出ＮＤＶＩ存在某些缺陷，尤其是在高植被覆盖区存在大气噪声㊁土壤背景㊁饱和度等问题［３３］㊂亦有学者发现，在解析不同土壤背景下的植被信息时增强型植被指数２（ＥＶＩ２）要优于ＮＤＶＩ［３４］，ＥＶＩ２不仅改进了ＮＤＶＩ的缺陷，同时在高生物量地区具有更高的敏感性，与叶面积指数（ＬＡＩ）线性相关度更高；且当地表湿度较高时，ＥＶＩ２比ＮＤＶＩ的效果要好很多［３５］，能更好地反映出高植被覆盖区的植被生长状况㊂此外，在提取物候信息时，理论上数据的时间分辨率越高所获得的物候反演数据越精确㊂但是，高时间分辨率数据往往需要附加数据和降噪技术来完成数据重构，而过粗的时间分辨率数据又可能会错过一些关键的物候变化时期［３６⁃３８］㊂由此来看，ＥＶＩ２对于物候研究而言其时空间分辨率（２５０ｍ，８ｄ）目前相对更适合㊂秦岭山地被称为 中国的脊梁 ，是我国重要的地理分界线与气候分界线，秦岭南北气候差异明显，植被垂直分带明显㊂秦岭也被认为是我国中部地区典型的生态过渡带㊁生态敏感区，以及重要的气候敏感区［３９⁃４０］㊂近半个世纪以来，秦岭地区气温呈显著上升趋势，自１９８０ｓ以来增温尤为显著，且秦岭南北增温表现出北高南低的区域差异［４１，１４］㊂气候变暖背景下，开展秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异研究具有重要意义㊂然而，秦岭山地地面观测物候数据缺失，虽有学者采用遥感植被指数ＮＤＶＩ㊁ＥＶＩ对秦岭山地植物物候变化做了初步研究［４２⁃４３，３３］，但以植被指数ＥＶＩ２开展秦岭植被物候变化南北差异对比研究的尚不多见㊂鉴于此，本研究基于２０００ ２０１７年ＭＯＤＩＳＥＶＩ２数据，反演了秦岭山地的植被物候期参数并建立了其遥感物候数据集，分析了近１８年来秦岭山地植被物候的时空格局变化特征及其南北差异㊂试图回答：气候变化背景下，近１８年来秦岭山地植被物候有何变化特征？南北坡的植被物候变化表现出怎样的差异性？植被物候沿南北坡的海拔梯度呈现怎样的变化规律？以及南北坡的不同植被垂直带上植被物候变化又有何特征？研究旨在揭示气候变化背景下秦岭山地过渡带对气候变化的响应方式，以期为秦岭山地的生态环境保护㊁生态安全评价以及应对气候变化策略提供科学依据和决策支持，为深入理解全球变化的事实及其对山地植被生态系统的影响等科学问题提供基础资料㊂１㊀数据与方法１．１㊀研究区概况及其植被垂直带分布秦岭是全球生物多样性关键地带之一，是我国最具有自然地理分界意义的山脉，亦是我国重要的生态安全屏障，其在我国具有无可比拟的特殊地位及重要意义㊂由于秦岭山体对北进的东亚暖湿气流及南侵的北方干冷气流具有巨大的阻挡作用，南北气候差异显著，表现为北干南湿，北坡属于暖温带半湿润半干旱气候，１月年均温低于０ħ，广布暖温带针阔混交林与落叶阔叶林；而南坡为北亚热带湿润气候，１月年均温则高于０ħ，以常绿落叶阔叶混交林为基带㊂本研究以秦岭的核心组成部分陕西秦岭为研究区（图１），以山脊线作为秦岭的南北分界线㊂秦岭植被类型丰富，植被垂直带谱完整而复杂㊂依据学者们对秦岭植被垂直带谱划分的相关研究结果［４４］，秦岭植被垂直带的空间分布如图２所示㊂秦岭植被垂直带谱南北坡差异明显，自下而上，北坡依次为落叶阔叶林（６００ １５００ｍ） 针阔混交林（１５００ ２４００ｍ） 针叶林（２４００ ３１００ｍ） 高山灌丛草甸和落叶针叶林（＞３１００ｍ）；南坡依次为常绿㊁落叶阔叶混交林（６００ １３００ｍ） 针阔混交林（１３００ ２２００ｍ） 针叶林（２２００ ３０００ｍ） 高山灌丛草甸（＞３０００ｍ）㊂秦岭山脊两侧呈现南草北树的景观差异，是由秦岭南北气候差异造成的㊂图１㊀研究区地理位置及高程分布㊀Ｆｉｇ．１㊀Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｖａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ图２㊀秦岭植被垂直带空间分布㊀Ｆｉｇ．２㊀ＳｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｂｅｌｔｓｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓ１．２㊀数据来源与处理１．２．１㊀遥感物候监测数据来源及预处理本研究选取时间分辨率为８ｄ及空间分辨率２５０ｍ的ＭＯＤＩＳＥＶＩ２植被指数作为监测遥感物候变化的数据源，其来源于ＮＡＳＡ的ＭＯＤＩＳ数据产品中ＭＯＤ０９Ｑ１地表反射率数据集（ｈｔｔｐｓ：／／ｌａｄｓｗｅｂ．ｎａｓｃｏｍ．ｎａｓａ．ｇｏｖ），时段为２０００ ２０１７年㊂首先采用最大值合成法（ＭＶＣ）消除太阳高度角㊁大气㊁云㊁气溶胶等对ＥＶＩ２数据的影响，并通过ＥＮＶＩ５．３软件的波段运算工具计算得到该地区的增强植被指数ＥＶＩ２（ｅｎｈａｎｃｅｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ２），其计算公式如下：ＥＶＩ２＝２．５ρｎｉｒ－ρｒｅｄρｎｉｒ＋２．４ρｒｅｄ＋１式中：ρｎｉｒ和ρｒｅｄ分别为近红外反射率和红外波段反射率㊂之后，采用时间序列谐波分析法（ＨＡＮＴＳ）进一步对ＥＶＩ２时序数据进行去噪㊁平滑滤波处理，以去除亚像元内残余云及云霾或其他负面影响㊂１．２．２㊀遥感物候反演方法时序数据能够反映植被在一年中的变化状况，与植被的物候特征相联系，因此可以通过提取植被指数ＥＶＩ２的关键指标来确定植被物候变化㊂研究以物候始期（ＧｒｏｗｉｎｇＳｅａｓｏｎＳｔａｒｔ，ＧＳＳ）㊁末期（ＧｒｏｗｉｎｇＳｅａｓｏｎＥｎｄ，ＧＳＥ）及生长期（ＧｒｏｗｉｎｇＳｅａｓｏｎＬｅｎｇｔｈ，ＧＳＬ）三个参数作为研究区植被物候的判识指标㊂采用年日序（ＤａｙｏｆＹｅａｒ，ＤＯＹ）表示物候期出现的时间，即以当年１月１日开始的实际日数㊂目前利用遥感提取物候的常用方法有：滑动平均法㊁阈值法㊁最大比率法㊁阈值法和最大比率法结合等，但尚无一种方法被广泛接受㊂本研究采用阈值法与最大比率法相结合的方法进行物候期参数的提取㊂过程如下：①确定ＧＳＳ与ＧＳＥ的阈值㊂计算ＨＡＮＴＳ平滑后日ＥＶＩ２时间序列的多年均值，可获得每个像元上ＥＶＩ２多年平均的年内变化曲线；计算基于像元尺度两相邻时间点上的ＥＶＩ２差值，即相对变化值，利用相对变化值的最大绝对值确定ＧＳＳ与ＧＳＥ的ＥＶＩ２阈值㊂②提取每年的ＧＳＳ与ＧＳＥ㊂在ＴＩＭＥＳＡＴ软件中选取双Ｌｏｇｉｓｔｉｃ模型曲线拟合法重建ＥＶＩ２时间序列拟合曲线，以确定的ＥＶＩ２阈值分别提取每年的ＧＳＳ与ＧＳＥ㊂③设定置信区间剔除异常值并计算ＧＳＬ㊂在ＡｒｃＧＩＳ软件中，设置１％的置信区间剔除提取的ＧＳＳ与ＧＳＥ异常值，进一步计算每年ＧＳＳ与ＧＳＥ的差值，即为该年的ＧＳＬ㊂１７０１㊀３期㊀㊀㊀邓晨晖㊀等：２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异㊀１．３㊀分析方法空间尺度的一元线性回归趋势分析法，是采用最小二乘法逐像元拟合ＥＶＩ２所确定的ＧＳＳ㊁ＧＳＥ及ＧＳＬ的斜率，其能够模拟每个栅格的变化趋势，综合反映区域植被的时空格局演变［４５］，公式为：ｓｌｏｐｅ＝ｎðｎｉ＝１ｉＥＶＩ２ｉ－ðｎｉ＝１ｉðｎｉ＝１ＥＶＩ２ｉｎðｎｉ＝１ｉ２－ðｎｉ＝１ｉ()２式中：ｎ为时间序列（年）；ＥＶＩ２ｉ为第ｉ年的ＧＳＳ㊁ＧＳＥ及ＧＳＬ值；当ｓｌｏｐｅ＞０时，表明ＧＳＳ与ＧＳＥ呈推迟趋势，ＧＳＬ呈延长趋势；当ｓｌｏｐｅ＜０时，表明ＧＳＳ与ＧＳＥ呈提前趋势，ＧＳＬ呈缩短趋势㊂采用ｔ检验变化趋势的显著性，并将结果划分为极显著（Ｐɤ０．０１）㊁显著（０．０１＜Ｐɤ０．０５）㊁弱显著（０．０５＜Ｐɤ０．１）和不显著（Ｐ＞０．１）变化４个等级㊂４㊀结果与分析４．１㊀秦岭山地遥感ＧＳＳ与ＧＳＥ的ＥＶＩ２阈值确定及精度验证植物物候期识别所需的各项参数均应根据其多年的时间演化规律进行确定，这样能够提高物候遥感识别方法的鲁棒性㊂图３为２０００ ２０１７年秦岭山地ＥＶＩ２年均值最大相对变化值确定的ＧＳＳ与ＧＳＥ阈值㊂结果显示，ＧＳＳ的ＥＶＩ２阈值为０．２６４，其对应一年中９３ＤＯＹ，即秦岭山地物候始期平均发生于４月初；ＧＳＥ的ＥＶＩ２阈值为０．２８９，其对应一年中２７７ＤＯＹ，即秦岭山地物候末期平均发生于１０月上旬㊂图３㊀２０００—２０１７年秦岭山地ＥＶＩ２多年均值确定的ＧＳＳ与ＧＳＥ阈值Ｆｉｇ．３㊀ＴｈｒｅｓｈｏｌｄｓｏｆｔｈｅＧＳＳａｎｄＧＳＥｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｍｕｌｔｉ⁃ｙｅａｒｍｅａｎｏｆＥＶＩ２ｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１７ＧＳＳ：物候始期Ｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎｓｔａｒｔ；ＧＳＥ：物候末期Ｇｒｏｗｉｎｇｓｅａｓｏｎｅｎｄ秦岭地区的地面物候观测数据甚少，目前可用于验证以上结论的相关研究仅是学者们采用中国物候观测网中秦岭北麓西安站的木本植物观测数据分析得到的结论［３３，４２⁃４３，４６⁃４８］㊂此外，研究者本人以研究区日均温１０ħ气温阈值反演的气候生长期并采用ＡＮＵＳＰＬＩＮ法进行空间插值获得的２０００ ２０１５年相关结果（见图４）；以及学者们采用遥感监测的植被指数ＮＤＶＩ㊁ＥＶＩ反演的物候期分析结果［３３，４２⁃４３］，以上三类不同意义的物候研究情况见表１㊂由表１可知，秦岭地区三类不同意义的研究结果显示，物候始末期发生时间较为一致，始期主要发生于４月前后，末期主要发生于１０月前后㊂但是，由于存在数据源㊁时间尺度㊁物候期时期，以及提取物候期方法等不同，学者们对于秦岭地区的物候研究结果也存在一定差异㊂通过对比发现，本研究所提取的遥感物候期与以上研究所得的物候始末期发生时间也较为一致，表明基于ＭＯＤＩＳＥＶＩ２数据反演的秦岭山地物候期数据对于该区域的物候监测研究具有一定的参考价值㊂２７０１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀图４㊀２０００—２０１５年秦岭山地气候生长期ＧＳＳ与ＧＳＥ的多年均值空间分布Ｆｉｇ．４㊀Ｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ⁃ｙｅａｒｍｅａｎｏｆｔｈｅＧＳＳａｎｄＧＳＥｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｃｌｉｍａｔｅｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１５表１㊀三类不同意义的物候研究结果对比Ｔａｂｌｅ１㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｈｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅａｎｉｎｇｓ物候监测类型Ｔｙｐｅｓｏｆｐｈｅｎｏｌｏｇｙｍｏｎｉｔｏｒｅｄ数据类型Ｔｙｐｅｓｏｆｄａｔａ作者Ｓｃｈｏｌａｒｓ研究区域Ｓｔｕｄｙａｒｅａ时期Ｐｅｒｉｏｄｓ始期发生时间Ｔｉｍｅｏｆｓｔａｒｔｐｈｅｎｏｐｈａｓｅｓ末期发生时间Ｔｉｍｅｏｆｅｎｄｐｈｅｎｏｐｈａｓｅｓ传统地面观测Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ观测树种邓晨晖等［４６］西安站１９８５ ２０１５９７ＤＯＹ展叶盛期３１６ＤＯＹ叶全变色期２０００ ２０１５９３ＤＯＹ展叶盛期３２２ＤＯＹ叶全变色期李淑娟和刘雅莉［４７］西安植物园及曲江风景区各大公园１９８８ ２０１０３月（３７．７％）４月（６１．６％）开始展叶期９月（６７．６％）１０月（３２．４％）叶开始变色期贺映娜［４２］西安站１９６３ １９８９９９．５ＤＯＹ展叶盛期３０１．６ＤＯＹ叶全变色期１９９０ ２００８９７．４ＤＯＹ展叶盛期３０８．６ＤＯＹ叶全变色期陈效逑等［４８］西安站１９８２ １９９６２月底 ３月６７ＤＯＹ变绿期９月初 １０月初２５７ＤＯＹ凋零期气温反演Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄａｔａ１０ħ气温邓晨晖陕西秦岭２０００ ２０１５８８．４４ＤＯＹ２９８．３０ＤＯＹ遥感监测ＭＯＤＩＳＮＤＶＩ马新萍等［４３］陕西秦岭２０００ ２０１０第７ ９旬第３２ ３４旬ＲｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇＭＯＤＩＳＥＶＩ夏浩铭ｖ［３３］广义秦岭２００１ ２０１０８１ １２０ＤＯＹ２７０ ３１１ＤＯＹＳＰＯＴＮＤＶＩ贺映娜等［４２］陕西秦岭１９９８ ２００９９６．８ＤＯＹ３０９．０ＤＯＹ４．２㊀植被物候空间分布及年际变化特征４．２．１㊀植被物候空间分布特征图５为２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候生长期参数的多年均值空间分布㊂由图５可见，近１８年来，秦岭山地植被物候变化表现出明显的地形和气候地域分异规律㊂全区ＧＳＳ主要发生于７０ １３０ＤＯＹ，平均为１０７．０ＤＯＹ，但在秦岭北坡的地势低平区早于７０ＤＯＹ；而在一些海拔和纬度较高的地区ＧＳＳ则晚于１３０ＤＯＹ㊂北坡ＧＳＳ平均发生于１０２．１ＤＯＹ，而南坡为１０８．３ＤＯＹ，北坡较南坡平均约早６．２ｄ㊂全区ＧＳＥ主要发生于２７０ ３１０ＤＯＹ，平均为２９２．３ＤＯＹ，但在南北坡地势低平人口密集区却早于２７０ＤＯＹ，也表现出一定的海拔及纬度差异㊂北坡ＧＳＥ平均发生于２８７．７ＤＯＹ，南坡为２９３．５ＤＯＹ，北坡较南坡平均约早５．８ｄ㊂全区ＧＳＬ主要集中３７０１㊀３期㊀㊀㊀邓晨晖㊀等：２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异㊀在１５０ ２１０ｄ，平均为１８５．３ｄ，北坡约１１４．６ ２４９．７ｄ，南坡约９１．４ ２３１．０ｄ㊂南北坡ＧＳＬ平均长度基本相同，但就总体来看，北坡较南坡的长，北坡较南坡约长１８．７ ２３．２ｄ㊂图５㊀２０００—２０１７年秦岭山地植被物候期参数的多年均值空间分布Ｆｉｇ．５㊀Ｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ⁃ｙｅａｒｍｅａｎｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１７４．２．２㊀植被物候年际变化特征图６为２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候期参数的年际变化趋势及显著性㊂由图６可见，近１８年来，秦岭山地植被物候年际变化存在明显的空间差异㊂ＧＳＳ全区以提前趋势为主，平均速率为－３．７ｄ／１０ａ，其中８３．２９％的区域呈提前趋势，１６．７１％的区域呈推迟趋势；且以提前０ ５ｄ／１０ａ（４４．４６％）为主，提前５ １０ｄ／１０ａ（２８．６０％）次之㊂ｔ检验结果显示，提前趋势达到显著性（Ｐ＜０．１，下同）的区域仅占２５．４１％，主要位于山脊线附近的高海拔区及南坡的西部地区；推迟趋势达到显著性的区域仅占３．５７％，主要位于北坡的低海拔区，这可能与近些年频发的 倒春寒 气候对北坡影响较大有关㊂北坡提前趋势达到显著性的区域仅１１．６５％与不显著的区域为５３．００％；而南坡分别为２９．０３％㊁５９．１８％㊂ＧＳＥ全区变化趋势不明显，其中５０．１７％的区域呈推迟趋势，４９．８３％的区域呈提前趋势；且推迟趋势以０ ５ｄ／１０ａ（２５．５１％）㊁５ １０ｄ／１０ａ（１５．４４％）为主，提前趋势亦以０ ５ｄ／１０ａ（２２．８２％）㊁５ １０ｄ／１０ａ（１４．８１％）为主㊂推迟趋势达到显著性的区域仅７．４９％，主要位于北坡人口密集的低海拔区，可能与城市热岛效应的有关；提前趋势达到显著性的区域仅５．０８％㊂北坡推迟趋势达到显著性的区域为２０．４５％与不显著的区域为５７．４０％；而南坡分别为４．１０％㊁３８．８３％㊂ＧＳＬ全区以延长趋势为主，平均速率为３．７ｄ／１０ａ，其中６５．３４％的区域呈延长趋势，３４．６６％的区域呈缩短趋势，延长在０ ５ｄ／１０ａ（１９．２８％）㊁５ １０ｄ／１０ａ（２０．７１％）及１０ １５ｄ／１０ａ（１４．１２％）均有分布，缩短趋势以０ ５ｄ／１０ａ（１４．８３％）与５ １０ｄ／１０ａ（１０．１５％）的占比相对较多㊂延长趋势达到显著性的区域仅占１２．０６％，主要位于山脊线附近的高海拔区，这与学者们近年来研究发现高海拔区增温较低海拔区更为显著的结论一致［４９］；４７０１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀缩短趋势达到显著性的区域仅占２．１７％㊂北坡延长趋势达到显著性的区域为１２．７４％与不显著的区域为６３．６６％，而南坡分别为１１．８９％㊁５０．５７％㊂图６㊀２０００—２０１７年秦岭山地植被物候期参数的年际变化趋势及显著性Ｆｉｇ．６㊀ＳｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒａｎｎｕａｌｃｈａｎｇｅｔｒｅｎｄｓａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｔｈｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１７综上可知，ＧＳＬ延长主要是ＧＳＳ提前的结果，由此可知秦岭山地植被生长期延长主要归因于物候始期的提前，物候始期对气候变化的响应程度显著大于物候末期㊂ＧＳＳ的提前趋势南坡较北坡显著，ＧＳＥ的推迟趋势北坡较南坡显著，可知秦岭南北坡的植被物候变化不仅表现出显著的区域差异而且存在显著的季节性差异㊂与此同时，秦岭山地植被物候在高海拔区的变化趋势更为显著㊂４．３㊀植被物候沿海拔梯度变化特征２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候期多年均值与海拔的关系显示（图７），ＧＳＳ㊁ＧＳＥ及ＧＳＬ随海拔升高呈５７０１㊀３期㊀㊀㊀邓晨晖㊀等：２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异㊀规律性变化，表现出显著的海拔敏感性㊂随着海拔升高，ＧＳＳ逐渐推迟，ＧＳＥ逐渐提前，ＧＳＬ逐渐缩短㊂在海拔ɤ６００ｍ平原区，三者随海拔变化的波动幅度较大，规律不明显，这可能与人类活动有关，低海拔区受城市热岛效应的影响区域增温差异明显；而在海拔ȡ２７００ｍ高海拔区，三者随海拔变化的波动幅度相对更为剧烈，这与气候条件密切相关，这一区域为冰缘气候所控制，气温低且多强风，山顶效应明显㊂图７㊀２０００—２０１７年秦岭山地及其南北坡植被物候期参数多年均值与海拔的关系Ｆｉｇ．７㊀Ｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｓｉｎｔｈｅｍｕｌｔｉ⁃ｙｅａｒｍｅａｎｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｌｏｎｇａｌｔｉｔｕｄｅｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓａｎｄｉｔｓｎｏｒｔｈａｎｄＳｏｕｔｈＳｌｏｐｅｓｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１７秦岭南北坡２０００ ２０１７年植被物候期多年均值与海拔的关系显示（图７），北坡ＧＳＳ与ＧＳＬ随海拔上升的变化幅度大于南坡，而ＧＳＥ则表现为南坡大于北坡㊂海拔每上升１００ｍ，北坡ＧＳＳ推迟１．７６ｄ，ＧＳＥ提前０．２５ｄ，ＧＳＬ缩短２．０１ｄ；南坡ＧＳＳ推迟１．５０ｄ，ＧＳＥ提前０．４４ｄ，ＧＳＬ缩短１．９４ｄ，这可能与秦岭山地北坡陡短而南坡缓长的地形差异有关㊂就ＧＳＳ而言，在海拔＜９００ｍ地区北坡的变化幅度波动较大且发生时间早于南坡；而在ȡ２６００ｍ地区南北坡均随海拔上升推迟趋势减缓，且北坡早于南坡；在９００ ２６００ｍ地区南北坡的发生时间相差不大且均随海拔上升呈规律性推迟趋势㊂就ＧＳＥ而言，南北坡的发生时间随海拔变化波动均较大，在海拔ȡ９００ｍ地区表现出随海拔上升呈规律性提前趋势；而在ȡ３０００ｍ地区变化趋势发生转折，均表现出随海拔上升呈明显的推迟，且在３３００ｍ之后推迟趋势均有所减缓；在ɤ１０００ｍ及２３００ ３０００ｍ地区则是南坡的发生时间晚于北坡㊂就ＧＳＬ而言，海拔ɤ６００ｍ地区北坡的变化幅度波动大且较南坡长；在６００ ２８００ｍ地区表现出随海拔上升呈规律性缩短趋势且南北坡生长期相差不大；而在ȡ２８００ｍ地区则随海拔上升呈缓慢的延长趋势且北坡ＧＳＬ长于南坡㊂６７０１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀４．４㊀植被垂直带上物候变化特征依据秦岭植被垂直带的划分情况，进一步分析了秦岭南北坡的不同植被垂直带上遥感物候变化特征（见表２）㊂表２显示，落叶阔叶林带与高山灌丛草甸带ＧＳＳ北坡较南坡分别平均早４．２ｄ㊁３．５ｄ，而针阔混交林带与针叶林带ＧＳＳ则是北坡较南坡分别平均晚６．０ｄ㊁１．６ｄ㊂就ＧＳＥ而言，除南北坡的ɤ６００ｍ植被带及高山灌丛草甸带外，落叶阔叶林带㊁针阔混交林带及针叶林带北坡较南坡依次分别平均早４．７ｄ㊁４ｄ㊁１．２ｄ，而高山灌丛草甸带北坡较南坡平均晚２．９ｄ；落叶阔叶林带㊁针阔混交林带㊁针叶林带ＧＳＬ北坡较南坡依次分别平均短０．４ｄ㊁１０．０ｄ㊁２．８ｄ，而高山灌丛草甸带北坡较南坡平均长６．４ｄ㊂表２㊀２０００—２０１７年不同植被垂直带上物候期参数的多年均值Ｔａｂｌｅ２㊀Ｍｕｌｔｉ⁃ｙｅａｒｍｅａｎｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｖｅｒｔｉｃａｌｂｅｌｔｓｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｆｒｏｍ２０００三者的变化在ɤ６００ｍ植被带上表现出差异性，可能与北坡低海拔区平缓，人口密度大，人类活动对北坡早春气温回升的影响大于南坡有关；而在高山灌丛草甸带的不同，一方面可能是因为高海拔区增温幅度更显著，另一方面也可能与受气候变暖的影响林线树种太白红杉上限已伸入灌丛草甸区有关㊂三者在高山灌丛草甸带发生时间及时长南坡与北坡发生转换的原因，可能归于山顶南北两侧气候的差异，南坡向阳，土壤干燥，水分蒸发快，而北坡背阴，阳光照射时间短，水分蒸发慢，土壤相对湿润，故在高山草甸区北坡的气候条件更利于植物生长，更利于物候始期提前与末期推迟㊂５㊀结论与讨论５．１㊀讨论为寻求遥感物候与实测物候之间的关系，绘制同期（２０００ ２０１５年）遥感物候与实测物候㊁气候表征的物候的ＧＳＳ与ＧＳＥ变化趋势图（见图８）㊂由图８可知，虽然三种意义表征的物候期变化均表现出ＧＳＳ提前及ＧＳＥ推迟，但变化趋势并不完全一致，尤其是秋季物候㊂ＧＳＳ遥感物候与实测物候的相关性为０．５４０（Ｐ＜０．０５），其与气候表征的物候的ＧＳＳ相关性为０．５１９（Ｐ＜０．０５），均达到了显著性水平；而ＧＳＥ遥感物候与其他两类物候的相关性均为达到显著性水平㊂实际上，实测物候与遥感物候之间本身就因观测尺度与观测内容的不同而存在明显的内涵差异，二者所监测的物候期并不是明确的对应关系［１７］，而气候表征的物候虽然能够实现较大空间尺度的生长期变化研究，但存在仅考虑了气温因素的自身局限性㊂因此，如何找到一种合理科学的方法，建立起实测物候与遥感物候之间转换的纽带，实现二者之间监测尺度和监测内容的匹配，从而实现实测物候与遥感物候的结合，将地面个体水平上观测的植物物候期扩展到遥感监测的植被群落甚至生态系统尺７７０１㊀３期㊀㊀㊀邓晨晖㊀等：２０００ ２０１７年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异㊀度上，实现物候研究尺度从点到面的区域扩展㊁时间序列的延长㊁分辨率的精度更高，将有望获得更准确的研究结果㊂这仍然是物候研究的重要内容㊂图８㊀２０００ ２０１５年秦岭遥感物候与实测物候㊁气候表征的物候ＧＳＳ与ＧＳＥ的变化趋势Ｆｉｇ．８㊀ＣｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｓｉｎｔｈｅＧＳＳａｎｄＧＳＥｏｆｐｈｅｎｏｌｏｇｙｂｙｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｇｒｏｕｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｐｈｅｎｏｌｏｇｙｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｃｌｉｍａｔｅｉｎｔｈｅＱｉｎｌｉｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓｆｒｏｍ２０００ｔｏ２０１５研究结果显示，秦岭南北坡的同一类型植被带上物候变化存在明显差异，这不仅与南北气候差异有关，而且与植被带内的树种差异有关㊂由于秦岭南北气候的差异，南北坡植被垂直带谱呈现明显的分异现象，主要表现在各植被垂直带的分布高度及基带特征［４４］㊂北坡基带为落叶阔叶林，主要分布于海拔６００ １５００ｍ的地区，以栓皮栎林为代表；南坡基带为常绿落叶阔叶混交林，主要分布于海拔６００ １３００ｍ的地区，除栓皮栎㊁麻栎外，常有常绿树种小青冈和岩栎等混生其中［４４］㊂此外，北坡有较明显的辽东栎林亚带，而南坡则没有，辽东栎林亚带出现与否被认为是秦岭南北坡植被垂直带差异明显的标志之一［４４］㊂此外，研究亦发现气候变暖背景下秦岭山地植被物候变化的显著区域主要集中在人为影响较少的高海拔区，这一结论亦从植被物候变化视角证实了学者们的研究发现，全球变化背景下山地对气候变化具有高度的敏感性，其中高山带对气候变化的响应更敏感，高海拔地区对全球变暖的响应较低海拔区更强烈［５０⁃５６］㊂再者，高海拔区亦是秦岭天然林连片分布区，气候变暖导致秦岭高山林线波动上升，植被带上限向更高海拔区上升，各植被带内植物适生区扩大㊂与此同时，秦岭高山区特有物种的太白红杉为适应生境变化正向高山灌丛㊁裸岩分布处迁移，林线附近的幼龄林随处可见；而巴山冷杉却出现大面积退化甚至死亡现象，尤其是在其上限区域更为严重㊂那么，山地高海拔区变暖更为显著的原因是什么？有关机理仍有待进一步深入探究㊂５．２㊀结论（１）近１８年来，秦岭山地植被物候变化表现出明显的地形和气候的地域分异规律㊂全区ＧＳＳ主要发生于７０ １３０ＤＯＹ，平均为１０７．０ＤＯＹ，北坡较南坡约早６．２ｄ；ＧＳＥ主要发生于２７０ ３１０ＤＯＹ，平均为２９２．３ＤＯＹ，南坡较北坡约晚５．８ｄ㊂全区ＧＳＬ主要集中在１５０ ２１０ｄ，平均为１８５．３ｄ，南北坡ＧＳＬ平均长度基本相同，但时长范围相差较大，北坡约１１４．６ ２４９．７ｄ，南坡约９１．４ ２３１．０ｄ，北坡较南坡约长１８．７ ２３．２ｄ㊂（２）近１８年来，秦岭山地植被物候变化趋势存在明显的空间差异，尤以高海拔区的变化最为显著，物候始期对气候变化的响应程度显著大于末期，且南北坡的变化不仅存在区域差异且存在季节差异㊂ＧＳＳ全区以提前趋势为主，８３．２９％的区域提前，平均速率为－３．７ｄ／１０ａ，提前主要集中在０ ５ｄ／１０ａ（４４．４６％）及５ １０ｄ／１０ａ（２８．６０％），南坡的提前趋势较北坡显著；ＧＳＥ全区变化趋势不明显，５０．１７％的区域推迟，４９．８３％的区域提前，北坡的推迟趋势较南坡显著；ＧＳＬ全区以延长趋势为主，６５．３４％的区域延长，平均速率为３．７ｄ／１０ａ，延长在０ ５ｄ／１０ａ（１９．２８％）㊁５ １０ｄ／１０ａ（２０．７１％）及１０ １５ｄ／１０ａ（１４．１２％）均有分布，北坡的延长趋势较南坡显著㊂（３）ＧＳＳ㊁ＧＳＳ及ＧＳＳ随海拔升高呈规律性变化，表现出显著的海拔敏感性，南北坡三者随海拔上升的变化幅度呈现明显的差异㊂随着海拔升高，ＧＳＳ逐渐推迟，ＧＳＥ逐渐提前，ＧＳＬ逐渐缩短㊂在海拔ɤ６００ｍ盆地８７０１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４１卷㊀。

基于MODIS产品的秦岭地区NDVI、地表温度和蒸散变化关系分析何慧娟;王钊;董金芳;王娟【摘要】秦岭是我国自然环境的天然分界区,是我国中部重要的生态屏障,也是南水北调重要的水源涵养区.为了更好地服务于生态环境建设,选取MODIS植被指数NDVI、地表温度及地表蒸散数据产品,针对秦岭地区生态环境建设以来2001-2013年植被及水热条件发生的变化以及空间分布规律进行分析.结果表明,从区域平均情况来看,只有NDVI有显著升高的变化趋势,耕地区NDVI变化趋势大于林草区域.林草区NDVI、蒸散平均值高于耕地区,而地表温度在耕地区高于林草区.从各像元的空间分布图来看,NDVI、地表温度和蒸散的空间分布都有明显的山体脉络.NDVI随高度的增加而增大,2 000 m左右开始略微下降.地表温度随高度的升高呈极显著的线性下降趋势,海拔每升高100 m温度下降0.51℃.蒸散随海拔高度先是增高,在海拔800～1 800m变化趋于平缓,随后随海拔的升高而降低.NDVI、地表温度和蒸散都在低海拔地区变化明显.2001-2013年秦岭地区NDVI呈显著增加趋势,与陕西开展的生态环境建设工程密不可分.在全球增温的背景下,地表温度没有明显变化,与植被的调节作用有一定关系.蒸散的增加趋势与NDVI的上升引起蒸腾作用加大有关,而蒸散的减小趋势与太阳辐射的减小有关.【期刊名称】《西北林学院学报》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】7页(P179-184,191)【关键词】MODIS;秦岭;海拔高度;NDVI;地表温度;地表蒸散【作者】何慧娟;王钊;董金芳;王娟【作者单位】陕西省农业遥感与经济作物气象服务中心,陕西西安710014;陕西省农业遥感与经济作物气象服务中心,陕西西安710014;陕西省农业遥感与经济作物气象服务中心,陕西西安710014;陕西省农业遥感与经济作物气象服务中心,陕西西安710014【正文语种】中文【中图分类】S771.8秦岭横亘于我国中部，是我国南北地质、气候、生物、水系、土壤等五大自然地理要素的天然分界线，是我国中部最重要的生态安全屏障，是南水北调中线工程的重要水源涵养区[1]。

秦岭山地NPP遥感估算及其时空变化特征研究张善红;丁小松【摘要】Based on the MODIS-NDVI data and meteorological data from 2000 to 2013, the net primary productivity (NPP) of vegetation in the Qinling mountainous region was estimated by using CASA model.The results showed that the average annual NPP of vegetation in the Qinling mountainous region during 2000~2013 was 833.87 g C/(m2·a).The NPP of various types of vegetation revealed the following sequence: cultural vegetation< grass cluster< meadow< coniferous forest< bushwood< broad-leaved forest.The NPP of vegetation in different seasons had the order of summer> spring> autumn> winter.The average monthly NPP of vegetation in the Qinling mountainous region had a significantly positive correlation with the average air temperature in the current month, before one month, before two months, and before three months, but it was influenced most greatly by the average air temperature in the current month.%基于2000~2013年的MODIS-NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净第一生产力(NPP)进行了模拟估算.结果表明:2000~2013年秦岭山地植被年均NPP为833.87 g C/(m2·a);不同类型植被的NPP表现为栽培植被<草丛<草甸<针叶林<灌丛<阔叶林;各季植被的NPP表现为夏季>春季>秋季>冬季;秦岭山地植被NPP与当月气温及前1个月、2个月、3个月气温均呈显著正相关,但受当月气温的影响最大.【期刊名称】《江西农业学报》【年(卷),期】2017(029)008【总页数】5页(P124-128)【关键词】秦岭山地;植被;NPP;遥感估算;时空变化【作者】张善红;丁小松【作者单位】商洛学院城乡规划与建筑工程学院,陕西商洛 726000;上海海洋大学海洋科学学院, 上海 201306【正文语种】中文【中图分类】S771.8植被净第一生产力(NPP)是指单位面积植被在单位时间内积累的有机干物质总量,反映植被在一定时段内的生产能力,是生态系统演变的指示器及碳循环研究中的一个重要参数[1],对分析碳循环过程对全球气候变化的响应具有非常重要的意义[2-3]。

秦岭南北坡植被垂直分布的差异比较
尚升海;邢海虹
【期刊名称】《吉林农业》
【年(卷),期】2016(0)1
【摘要】运用列举法将秦岭南北坡植被垂直分布进行了比较，分别举出了太白山
北华山、牛背梁等北坡典型山脉的植被垂直分布类型；紫柏山太白山南、静峪脑等南坡典型的山脉和河流流域进行对比分析。

结果表明，南北坡植被类型大体相同，南坡一带多亚热带常绿阔叶林植被类型。

但是，在南北坡垂直分布还是有差异的。

与此同时，在秦岭北坡不同地区，同一植被的垂直分布也有差异，南坡也有此特征。

在如今全球变暖的情况下，秦岭植被的分布范围和物种多样性正在面临严峻的考验。

除此之外，人类活动也对秦岭的植被有着深远的影响。

【总页数】2页(P114-115)
【作者】尚升海;邢海虹
【作者单位】陕西理工学院，陕西汉中 723000;陕西理工学院，陕西汉中723000
【正文语种】中文
【中图分类】Q948
【相关文献】
1.气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响(Ⅰ)——近52年秦岭南北气候时
空变化特征分析2.气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响(Ⅱ)——近52年
秦岭南北植被净初级生产力3.白石砬子山南北坡森林植被垂直分布的研究4.2000-2017年秦岭山地植被物候变化特征及其南北差异5.秦岭北坡4种植被类型的土壤养分状况和微生物特征比较研究
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