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水工混凝土泌水現(xiàn)象分析研究【1】
摘 要：混凝土泌水現(xiàn)象是影響混凝土性能的重要因素之一，對其進行分析研究就顯得尤為重要與關鍵，混凝土的拌合成型硬化是一個復雜的系統(tǒng)過程，造成混凝土泌水的原因是多種多樣的，針對混凝土泌水問題，從原因機理、影響因素等方面進行分析，落實到矯治措施，提高混凝土的強度、耐久性等性能。
關鍵詞：混凝土;泌水;影響因素;改善性能;分析
Hydraulic concrete analysis of bleeding phenomenon
PAN Quan-lu，WangTie-qiang
Abstract： The phenomenon of concrete bleeding is one of the important factors affecting the performance of concrete， is particularly important and critical analysis research， concrete mixing molding sclerosis is a complex process， resulting in concrete bleeding because multiplediverse， concrete bleeding from the reasons mechanism， influencing factors analysis and implement rehabilitation measures， to improve the strength， durability and other properties of concrete.
Key words： concrete; bleeding; influencing factors; improve performance; analysis
1.混凝土的泌水機理
混凝土拌合物澆筑之后到開始凝結期間，由于各組成材料的密度不同，如果配合比不當，粘聚性差，會出現(xiàn)骨料和水泥漿下沉、水分上浮，在已澆筑構件的表面析出水分，此現(xiàn)象稱為泌水。
泌水的通道產生于水泥漿與固相骨料之間，同時伴隨著泌水現(xiàn)象的出現(xiàn)。
混凝土是由水、水泥、粗細骨料、摻合料、外加劑拌和硬化而成，質量好的混凝土應該是所有組分及氣泡分布均勻穩(wěn)定。
產生不均勻的情況是混凝土拌合物各組分出現(xiàn)層狀分離現(xiàn)象、某些組分分離析出、水分泌出等現(xiàn)象。
造成拌合物不均勻的直接原因是由于各組分密度不同導致的沉降和上浮。
泌水后的混凝土在宏觀上仍然是均勻的，但會導致混凝土上表面不均勻和內部局部不均勻。
根據(jù)水分在混凝土中的存在狀態(tài)，可將混凝土中的水分分為結合水、潤濕水和自由水。
水泥中反應速度快的部分在遇水后會發(fā)生水化反應，消耗部分水，這部分水被定義為混凝土中的結合水，不能被鄰近部位的水分置換，也無法泌出拌合物;水遇到干燥狀態(tài)的水泥、骨料等以后，水泥和骨料表面會吸附一定量的水，使干燥的材料濕潤，這部分水受到固體材料表面的吸附，不能泌出拌合物，但可以被鄰近部位的水分置換，這部分水被定義為潤濕水;混凝土中其余的水分為自由水，在混凝土中起潤滑的作用。
混凝土坍落度在很大程度上取決于自由水的多少及其潤濕效果，這部分水與固體材料的聯(lián)系較少，可以從混凝土中泌出。
水分從混凝土內部泌出到表面，需要經過較長的距離，猶如經過彎彎曲曲的微細水管，最后到達表面。
如果各種材料顆粒級配好，堆積密實，孔隙微細，則水分泌出需要經過的距離很長，會使泌水量減小;或者水分泌出的通道被阻斷，泌水量也會減小。
2.泌水對混凝土性能的影響
泌水在混凝土中是不均勻產生的，泌水以后的混凝土組分變得不均勻，混凝土在泌水部位產生空隙缺陷，導致該部位的混凝土抗壓、抗拉強度降低，這些部位強度的下降會導致混凝土整體強度的降低。
不過，泌水對混凝土強度的影響很有限，但對混凝土的抗凍性、抗?jié)B性及防止鋼筋銹蝕等耐久性能的影響則很大。
從泌水的產生機理可知，水分從混凝土內部泌出到表面，在混凝土中形成了從內到外貫通的通道，雖然這些通道很難發(fā)現(xiàn)或通過儀器觀察到，但對于抗氯離子滲透性能要求很高的海洋工程混凝土影響很大。
這是由于來自海洋中的具有極強穿透能力的氯離子、含鹽霧潮濕大氣中的氧和濕氣等腐蝕性介質，很容易沿著泌水留下的通道進入混凝土內部，到達鋼筋表面，引起鋼筋銹蝕或直接與水化產物發(fā)生腐蝕反應;同樣由于泌水通道的存在，使長期受風霜雨雪侵蝕的混凝土的內部很快達到水飽和狀態(tài)，高度水飽和的混凝土在凍融循環(huán)作用下，很快產生凍融破壞，這對于抗凍混凝土來講是不允許的。
此外，混凝土澆筑后產生泌水，水蒸發(fā)量超過一定程度時，由于毛細管的收縮作用，會在混凝土表層產生塑性收縮，由于砂石密度大于水泥漿體密度，會發(fā)生不均勻沉降收縮。
如果混凝土終凝前抹壓不夠和養(yǎng)護不及時，就會產生塑性裂縫，同樣會嚴重影響到混凝土的耐久性。
另一方面，泌水挾著水泥沿著混凝土結構的模板接觸面溢出，不僅引起砂線、露砂等外觀質量缺陷，也會影響到混凝土強度和變形性質等質量問題。
對于保水性差的混凝土拌合物，在運輸與澆搗中，在凝結硬化前泌出的水分聚集到混凝土表面會引起表面疏松，若聚集在骨料或鋼筋的下表面形成孔隙，會削弱骨料或鋼筋與水泥石的粘結力，影響混凝土的質量。
泌水現(xiàn)象對混凝土所產生的影響極為重要，對其進行分析顯得尤為重要與關鍵。
混凝土產生泌水現(xiàn)象以后，一般都會出現(xiàn)缺陷等，而且產生泌水現(xiàn)象部位的抗壓、抗拉強度等將進一步降低，進而會在很大程度上降低了混凝土的整體強度。
一般而言，泌水現(xiàn)象對于混凝土的強度影響不是很大。
但是，對于混凝土的耐久性則影響極為關鍵，必須引起我們的足夠重視。
實際上，泌水現(xiàn)象對于混凝土耐久性的影響，主要是因為水分從混凝土內部分泌到其表面以后，在混凝土中就形成了從內到外的細小通道。
而這些通道首先降低混凝土的抗?jié)B透能力，而且對于混凝土的抗?jié)B透性能的影響作用非常大，這一點必須引起足夠重視，并積極采取有效措施加以解決落實。
第二，泌水現(xiàn)象對于混凝土的抗腐蝕及抗凍能力的影響比較大，這是因為腐蝕性物質經過細小的通道，一般比較容易進入混凝土的內部，從而到達鋼筋所在部位造成了鋼筋的腐蝕或者生銹，也可以直接同水化產物發(fā)生一些腐蝕或者反應。
同樣的道理，因為存在泌水現(xiàn)象以及細小的通道，使得了長期受風霜雨雪侵蝕的混凝土很快就能達到飽和狀態(tài)。
一般而言，處于飽和的混凝土，會在凍融等的循環(huán)作用下，對混凝土產生一定的凍融或者破壞作用，這對于混凝土來說是絕對不允許出現(xiàn)的。
此外，混凝土澆筑以后產生的泌水現(xiàn)象，當水蒸發(fā)超過一定的程度以后，因為毛細管收縮作用的影響，會在混凝土的表層產生一定程度的塑性收縮。
而由于砂石的密度比水泥漿的密度要大，這樣就容易產生不均勻的沉降收縮等現(xiàn)象。
假如混凝土在凝固以前由于抹壓不夠或者養(yǎng)護不及時等時，就會產生一定程度的裂縫。
而產生的這些裂縫，一般都會嚴重影響到混凝土的質量與耐久性。
3.影響混凝土產生泌水現(xiàn)象的因素分析
3.1 水泥的凝結時間對泌水的影響。
水泥的凝結時間越長，所配制的混凝土凝結時間就越長，且凝結時間的延長幅度較水泥凈漿成倍地增長，在混凝土凝結硬化之前，水泥顆粒沉降的時間越長，混凝土越易泌水。
3.2溫度對泌水的影響。
施工時溫度升高也同樣會使空氣流動速度加快，使水泥混凝土表面失水速度加快。
減少了水泥混凝土內多余水的含量，泌水現(xiàn)象就會減少。
這也是夜間施工比白天施工、冬季施工比夏季施工更容易泌水的直接原因。
3.3水泥混合料種類及摻量對泌水的影響。
不同品種、不同強度等級的水泥的保水性、凝結時間、早期強度都差異較大。
采用礦渣水泥保水性差，泌水性大，拌制混凝土時容易析出多余水分，形成毛細管通路;粉煤灰水泥需水量較小，泌水速度較快，容易引起失水裂紋。
3.4 減水劑對混凝土泌水的影響
對一些有大流動性要求的混凝土，如泵送混凝土，通常采用摻減水劑和泵送劑等辦法可以改善混凝土的工作性。
根據(jù)減水劑的作用機理，極性分子吸附在水泥顆粒周圍，使得顆粒之間相互排斥，減少絮凝作用，釋放被水泥顆粒包裹的水分，同時使水泥顆粒表面的吸附水層變薄，所需的潤濕水量大大減少。
以此機理，減水劑會使新拌混凝土中的可泌自由水量增加，使泌水增大。
但是另一方面，由于減水劑的減水作用，同樣坍落度的混凝土所需的拌和水量大大減水，使混凝土中的可泌自由水量減水。
最終的泌水情況取決于哪種作用起主導作用。
減水劑與水泥的適應性也影響混凝土的泌水，關于適應性機理，目前還沒有公認的研究成果。
3.5 集料對混凝土泌水的影響
混凝土的組成材料砂石集料含泥量較多時，會嚴重影響水泥的早期水化，黏土中的顆粒會包裹水泥顆粒，延緩并阻礙水泥的水化及混凝土的凝結，從而加劇混凝土的泌水。
當石子的級配不良時，使混凝土和易性變差，也會導致混凝土泌水。
如集料粒徑越大，混凝土的泌水越嚴重。
一般認為，在其他條件相同的情況下，粗集料粒徑大比粒徑小m的混凝土泌水量大一些。
而砂的細度模數(shù)越大，細顆粒越少、粗顆粒越多，混凝土則越易泌水。
3.6 配合比對混凝土泌水的影響
3.6.1混凝土單位用水量的影響
水泥漿賦予混凝土拌合物一定的流動性。
在水膠比不變的情況下，單位體積內水泥漿愈多，混凝土拌合物的流動性愈大。
若水泥漿過多，將會出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使混凝土拌合物的粘聚性變差。
無論是水泥漿的多少，還是水泥漿的稀稠，對混凝土拌合物流動性起決定性作用的是用水量。
因為提高水膠比或增加水泥漿的用量最終都表現(xiàn)為混凝土用水量的增加。
3.6.2混凝土水膠比的影響
水膠比決定水泥漿的稠度。
在水泥用量不變的情況下，增大水膠比會使拌合物的流動性加大。
如果水膠比過大，會造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良而產生流漿、離析現(xiàn)象，嚴重影響混凝土的強度。
因此在混凝土生產時應嚴格監(jiān)控用水量的變化，防止用水量嚴重超出設計用量，這也是生產控制的關鍵。
3.6.3混凝土砂率的影響
砂率是指混凝土中砂的用量占砂石總用量的百分率。
混合料中，砂是用來填充石子的空隙。
在水泥漿一定的條件下，若砂率過大，則骨料的總表面積及空隙率增大，混凝土混合物就顯得干稠，流動性小。
如要保持一定的流動性，則要多加水泥漿，增大單位用水量。
若砂率過小，砂漿量不足，不能在粗骨料的周圍形成足夠的砂漿層起潤滑和填充作用，也會降低混合物的流動性，使混凝土拌合物的粘聚性、保水性變差，使混凝土混合物顯得粗澀，粗骨料離析，水泥漿流失。
3.7 施工方法對混凝土泌水的影響
施工過程中影響混凝土泌水的因素有振搗和混凝土每層澆筑的高度。
振搗過程中，混凝土拌和物處于液化狀態(tài)，此時其中的自由水在壓力作用下，很容易在拌和物中形成通道泌出;對鋼筋密集的部位，每次澆筑的高度應小于50cm，如大于50cm，則容易導致混凝土振搗不到位，形成泌水。
另外，泵送混凝土的泌水與泵送工藝有直接關系。
泵送混凝土，在壓力下骨料吸附混凝土中的水分，壓送到泵管出口回到大氣壓下將吸附的水分排出，于是出現(xiàn)了泌水。
過振也是產生泌水的一項不可忽視的因素。
在一處振搗時間過長是不利的，它將引起材料的離析，特別是單位用水量大的混凝土更為明顯。
對已澆筑的混凝土，在終凝前進行二次振動，可排除混凝土因泌水在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高粘結力和抗拉強度，并減少內部裂縫與氣孔，提高抗裂性。
混凝土的運輸距離遠，攪拌時間長，易產生泌水。
混凝土輸送和澆筑過程中，從過高的地方沿溜槽滑下，會加劇離析的發(fā)生。
同一配比的混凝土，澆筑高度越高，泌水量越多。
4.降低混凝土泌水的措施 改善混凝土性能
4.1改變設計理念
現(xiàn)有的規(guī)范中對混凝土耐久性是以最大水膠比和最小水泥用量來控制的，其出發(fā)點有二，一是根據(jù)工程的重要性與設計年限，二是成本與經濟性，用水膠比和水泥用量來控制造價，由此來分配混凝土的經濟成本，此設計思路，造成同一結構不同部位的混凝土其耐久性有很大區(qū)別，這一先天的客觀約束導致人們認為水膠比的屬性就是為了控制耐久性，與其它無關，是有歷史原因的，因為原來的膠凝材料只有水泥，沒有其他摻和料，為了服從水膠比定律，只能用調節(jié)水膠比的方法來控制建筑成本，現(xiàn)在有了眾多活性摻和料，因此，需要控制與混凝土耐久性相關的混凝土泌水問題，就必須控制住混凝土飽和用水量，因此，一般地，混凝土最大水膠比不能大于0.45，最小水泥用量可以小于現(xiàn)行標準直至只要滿足強度需要即可，并且，為了發(fā)揮摻和料的特性，需要將混凝土的強度評定時間延長。
4.2 匹配水泥與外加劑
減水劑的選擇首先應根據(jù)施工組織設計、施工工藝的要求，確定混凝土從拌和到入模前所需的運輸、等待所消耗的時間、環(huán)境溫度(罐車內溫度)對混凝土和易性造成的影響。
4.3改善配合比設計與驗證方式
4.3.1 材料的選擇
水泥粗細程度的控制指標應以顆粒級配為主。
水泥應選擇出廠溫度低、飽和用水量高、流動度大、C3 A，C4 AF小的產品。
選擇水泥生產單位，應進行外加劑相容性試驗。
用外加劑相容性試驗優(yōu)選外加劑。
外加劑的保塑性能應根據(jù)施工要求，季節(jié)影響隨時調整。
粉煤灰、礦粉以需水量比和燒失量為主，活性指數(shù)、細度次之。
集料的吸水率不應大于2%。
4.3.2配合比
將水泥與減水劑樣品進行配伍試驗，選取最佳組合。
將最大水膠比控制在0.45以下。
檢測外加劑的最佳摻量，略低于最佳摻量作為混凝土的實際摻量。
測得摻外加劑混凝土的飽和用水量作為控制泌水的臨界點。
模擬施工條件進行混凝土坍落度延時損失試驗和試件制作。
試拌混凝土時應考慮水泥的實際溫度。
砂率宜根據(jù)入模時的混凝土坍落度確定。
配合比應根據(jù)季節(jié)進行適當調整。
4.4正確使用摻和料
膠凝材料漿體體積在純水泥過渡到摻加不同用量粉煤灰的過程中不發(fā)生變化是確�？箟簭姸茸兓瘻p緩的主要標志，同時，用水量的減少使泌水產生的可能性減小。
4.5 使用防泌水外加劑
4.6 優(yōu)化攪拌設備
4.7 改善施工工藝
參考文獻
[1] 馮浩、朱清江.混凝土外加劑工程應用手冊[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999
[2] GB8076-2008.混凝土外加劑[S]
[3] SL352-2006.水工混凝土試驗規(guī)程[S]
三峽庫區(qū)不同植被對土壤碳氮磷生態(tài)化學計量學特征的影響【2】
摘要：土壤碳氮磷生態(tài)化學計量特征是陸地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學循環(huán)偶聯(lián)的關鍵指標之一。
以湖北宜昌點軍區(qū)3種植被類型(柏樹地、橘樹地、菜地)的土壤作為研究對象，對土壤碳氮磷及其生態(tài)化學計量學進行了研究，探討不同植被覆蓋對土壤碳氮磷之間的關系與影響。
結果表明，不同植被覆蓋顯著改變土壤碳氮磷含量，柏樹地的土壤有機碳和全氮的含量顯著大于柑橘地和菜地，而菜地和柑橘地土壤有機碳和全氮含量之間無顯著差異，菜地的全磷含量最大，其次是橘樹地，柏樹地最小。
3種植被覆蓋的土壤碳氮比之間無顯著差異，但是柏樹地的土壤碳磷比最大，其次是橘樹地，菜地的最小;土壤氮磷比是柏樹地顯著大于橘樹地和菜地，而菜地和橘樹地之間無顯著差異。
表明三峽庫區(qū)土壤碳氮偶聯(lián)反應，而氮磷之間以及碳磷之間并未發(fā)生偶聯(lián)反應。
相關性分析的結果表明，土壤碳磷比是柏樹地>橘樹地>菜地。
碳磷比、氮磷比與有機碳之間的相關性大于全氮和全磷，表明土壤碳磷比和氮磷比主要受到碳的影響。
關鍵詞：不同植被;碳氮比;碳磷比;氮磷比;生態(tài)化學計量學特征
中圖分類號：S153.6+1;Q948 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114(2016)14-3566-03
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.14.009
Abstract： Soil carbon (C)，nitrogen (N) and phosphorus (P) stoichiometry is a critical indicator of biogeochemical coupling in terrestrial ecosystem. Taking 3 vegetation types(cypress，tangerine trees and vegetable) soil in Dianjun Yichang command of Hubei province as the research object，soil carbon，nitrogen and phosphorus and its ecological chemometrics were studied，and the relationship and influence of different vegetation on soil carbon，nitrogen and phosphorus were discussed. The results showed that although the contents soil organic C(OC) and total nitrogen(TN) of cypress site was significantly higher than those of vegetable site and citrus tree site，which were not significant difference，total phosphorus(TP) followed the order：Vegetable site>citrus tree site> cypress site. Although soil C/N had no significant diffence among three vegetation cover，C/P followed as cypress site>citrus tree site>vegetable site，the trend of N/P was similar to OC and TN. It was suggested that soil C and N remained coupled whereas C and P，N and P become decoupled. The correlation analysis showed the relationship between soil C/P，N/P and OC was higher than those between soil C/P，N/P and TN，TP，indicating that C/P and N/P were mainly affected by soil organic carbon.
Key words： different vegetation; C/N; C/P; N/P; stoichiometry
土壤碳氮磷是地球化學養(yǎng)分循環(huán)的核心，驅動著土壤內其他養(yǎng)分元素的循環(huán)和轉化，在元素平衡中發(fā)揮著重要的作用[1，2]。
同時土壤碳氮磷又是目前全球變化中碳循環(huán)和生物地球化學循環(huán)的研究熱點[3]。
有研究表明土壤碳氮磷相互之間緊密聯(lián)系[4]，土壤碳氮磷的生態(tài)化學計量學能夠反映土壤內部碳氮磷循環(huán)，因而在生物地球化學循環(huán)偶聯(lián)中具有重要的生態(tài)指示作用[5-7]。
目前，雖然有大量的研究報道了黃土高原不同植被區(qū)土壤[8]、桂西北不同森林類型土壤[9]、祁連山北坡亞高山草地退耕還林草混合植被對土壤碳氮磷的影響[2]等的生態(tài)化學計量學特征，但是很少有研究報道三峽庫區(qū)不同植被對土壤碳氮磷生態(tài)化學計量學特征的影響。
三峽庫區(qū)由于復雜的地形條件和自然地質條件，加之人類不合理的土地利用，水土侵蝕嚴重，導致土壤退化，土壤碳氮磷含量及其土壤碳氮磷生態(tài)化學計量學特征發(fā)生變化。
而植被的存在能夠截獲和儲藏水分[10]，通過凋落物歸還土壤營養(yǎng)物質，所以植被覆蓋是決定水土流失和改善土壤質量最為重要的因素。
然而不同的植被覆蓋對土壤質量影響不同。
這是由于不同植被的凋落物的質和量、根的分泌物以及營養(yǎng)吸收不同，影響土壤微生物群落的活性，進而影響土壤碳氮磷的循環(huán)[11]。
本研究選擇三峽庫區(qū)的3種植被類型(柏樹地、橘樹地和菜地)作為研究對象，研究其土壤全量養(yǎng)分和生態(tài)化學計量學特征，為三峽庫區(qū)的植被恢復提供一定的理論依據(jù)。
1 研究區(qū)概況與方法
1.1 研究區(qū)概況
研究地點位于三峽庫區(qū)宜昌市點軍區(qū)退耕還林區(qū)內。
采集點為同一座山，山頂為次生柏樹林，山麓為橘樹林，山下平地為菜地。
該區(qū)位于東經110°15′-112°04′、北緯29°56′-31°34′之間，年平均降水量992.1～1 404.1 mm。
雨水充沛，雨季多發(fā)生在6～7月，雨熱同季，全年積溫較高，無霜期較長，年平均氣溫13.1～18.0 ℃。
1.2 方法
選擇柏樹地、橘樹地和菜地的土壤作為研究對象。
分別在每個樣地選取3個樣方，柏樹地和橘樹地的樣方為10 m×10 m，菜地的樣方為1 m×1 m。
在每個樣地的樣方內用土鉆隨機取0～10 cm土層的土樣，按“S”形布設取樣點5個，混合為一個樣，撿去枯枝落葉，自然風干，用于土壤有機碳、全氮和全磷的測定。
土壤有機碳采用重鉻酸鉀氧化-稀釋熱法測定，土壤全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，土壤全磷采用HClO4-H2SO4法測定。
試驗數(shù)據(jù)的處理比較用Turkey’s-b單因素方差分析，相關性分析用SPSS11.5軟件進行Pearson分析。
2 結果與分析
2.1 土壤碳氮磷含量特征
不同植被覆蓋的土壤碳氮磷含量如圖1所示。
柏樹地的土壤有機碳和全氮含量均顯著高于橘樹地和菜地，菜地與橘樹地無顯著差異。
菜地的土壤全磷含量最高，其次是橘樹地，柏樹地最低。
這是因為柏樹地從無耕犁過，物種多樣性和豐富度較高，大量的凋落物進入土壤中，而在菜地和橘樹地，有機殘體的減少如地上植物或者菜地的地下根系每年都被收獲等，導致有機碳和全氮含量相對較低[12]。
柏樹地位于坡頂，土壤中的磷隨著雨水徑流沖刷到坡地，且柏樹地從未施用磷肥，所以全磷含量最低;橘樹地雖然也施用磷肥，但是橘樹地位于坡中，雨水的徑流也會沖刷磷，降低其全磷含量;菜地在平地，農民為了提高其產量，長期以來施用磷肥，所以磷肥含量最高。
全磷含量的大小順序為：菜地>橘樹地>柏樹地，磷成為柏樹生長發(fā)育和重要生態(tài)過程的限制因子。
2.2 土壤碳氮磷生態(tài)化學計量特征
土壤碳氮磷的生態(tài)化學計量比是評價土壤養(yǎng)分狀況和質量的一個重要指標[9]。
Cleveland等[13]綜述了全世界48篇文獻的186個表土的觀測數(shù)據(jù)。
結果表明，不同植被間土壤碳氮磷比存在差異，但是在大多數(shù)情況下，其相似性比差異性更顯著，土壤碳氮磷比值有顯著的穩(wěn)定性，三者的比值為186∶13∶1。
本研究中，土壤碳氮比(C/N)為6.45～7.18(圖2)，表明三峽庫區(qū)不同植被的土壤碳氮比低于中國土壤碳氮比的平均值范圍(10～12)[14]，土壤礦化作用較強。
雖然土壤碳氮含量在不同植被覆蓋下有差異，但是土壤碳氮比卻無顯著差異，這意味著三峽庫區(qū)土壤碳氮比存在相對的一致性，不受植被變化的影響。
此研究結果與Tian等[5]、Cleveland等[13]和王維奇等[15]的研究結果一致，不同生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比具有內穩(wěn)態(tài)特征，這主要是由于碳氮元素之間具有極顯著的正相關性(表1)，而且對環(huán)境變化的響應幾乎是同步的[13]。
同時由于碳氮是細胞的結構性成分，積累和消耗過程存在相對固定的比值[16]。
土壤氮磷比(N/P)為2.09～4.82(圖2)，小于Tian等[5]的氮磷比5和Cleveland等[13]的碳磷比13.1。
這說明三峽庫區(qū)土壤仍然受到氮素的限制。
且本研究中，柏樹地土壤氮磷比顯著高于菜地和橘樹地，橘樹地與菜地無顯著差異。
此結果一方面說明橘樹地和菜地比柏樹地土壤更易受到氮的限制，另一方面說明土壤氮磷比的空間異質性，這與Tian等[5]的研究結果一致。
土壤碳磷比(C/P)為13.49～33.19(圖2)，小于Tian等[5]的中國土壤碳磷比的平均值105和Cleveland等[13]全球的碳磷比186，表明三峽庫區(qū)土壤微生物有機磷存在凈礦化現(xiàn)象。
本研究中柏樹地土壤碳磷比(C/P)最高，其次是橘樹地，菜地最低。
碳氮磷比是土壤有機質或其他成分中碳氮磷總質量的比值，是衡量土壤有機質組成和營養(yǎng)平衡的重要指標[17]。
本研究結果表明，C/P可能比C/N和N/P與不同植被覆蓋具有更高的同步性。
C/P比C/N和N/P對植被變化可能具有更優(yōu)的生態(tài)指示功能。
2.3 土壤養(yǎng)分與生態(tài)化學計量比的相關性分析
由表1可知，土壤有機碳與全氮有極顯著的正相關，表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律;土壤有機碳、全氮與全磷無顯著的相關性，意味著全磷并未與有機碳及其全氮有一致的變化規(guī)律。
土壤有機碳、全氮含量與碳磷比及其氮磷比有極顯著的正相關;全磷含量與碳磷比及氮磷比有顯著或極顯著的負相關。
土壤碳磷比、氮磷比與有機碳的相關性大于全氮和全磷，表明土壤碳磷比和氮磷比主要受到有機碳的影響。
3 小結與討論
柏樹地由于受外界擾動少，凋落物歸還量大于橘樹地和菜地，導致其土壤有機碳、全氮含量大于橘樹地和菜地，但全磷含量顯著小于橘樹地和菜地，這是由于柏樹地從未施肥，又處于坡頂，雨水的徑流沖刷降低了土壤全磷的含量。
橘樹地與菜地的土壤有機碳和全氮含量無顯著性差異，但菜地土壤全磷含量顯著大于橘樹地。
3種植被的土壤碳氮比之間無顯著差異，這可能意味著土壤碳氮比不受植被變化的影響，具有內穩(wěn)態(tài)特征;氮磷比的變化趨勢與有機碳和全氮含量一致，而土壤碳磷比是柏樹地>橘樹地>菜地。
碳磷比、氮磷比與有機碳的相關性大于全氮和全磷，表明土壤碳磷比和氮磷比主要受碳的影響。
參考文獻：
[1] ELSER J J，STERNER R W，GOROKHO V A，et al. Biological stoichiometry from genes to ecosystems[J].Ecology Letters，2000， 3(6)：540-550.
基于MODIS/NDVI的河北省植被指數(shù)時空變化特征及影響因素分析【3】
摘要：利用2001-2010年MODIS/NDVI數(shù)據(jù)和土地覆蓋產品數(shù)據(jù)，分析了河北省植被指數(shù)變化特征和時空分布。
利用趨勢分析、偏相關分析、植被異常指數(shù)分析等方法對NDVI數(shù)據(jù)進行計算，得出河北省植被空間分布上的平均狀況和變化特征，以及不同植被類型在不同地區(qū)、不同海拔高度上的時空變化規(guī)律。
結果表明，①2001-2010年河北省植被指數(shù)年際變化整體呈增加趨勢。
植被指數(shù)分布有明顯的地區(qū)差異，呈現(xiàn)北部強于南部、西部強于東部、張家口及滄州市優(yōu)于其他地區(qū)的空間格局。
�、诟髦脖活愋蚇DVI值大小表現(xiàn)為針闊葉混交林>闊葉林>灌叢>農田>草地>非植被，其中研究期間針葉林和濕地兩種植被類型年平均植被指數(shù)變化明顯。
�、�2001-2010年河北省氣溫呈下降趨勢，降水量變化平穩(wěn)，增長緩慢。
而且植被指數(shù)與氣溫的偏相關分析系數(shù)有正有負;而與降水量的偏相關分析系數(shù)均為正值。
⑤河北省不同類型的植被分布與地形尤其是高程有一定的相關性，但研究結果受河北省整體海拔高度的影響，相關性不大。
關鍵詞：河北省;MODIS/NDVI;氣溫;降水;偏相關分析
中圖分類號：P28 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114(2016)14-3605-08
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.14.017
Abstract：Using MODIS/NDVI data and land-cover data in the time series of 2001-2010 in Hebei province， the spatial distribution and dynamic change characteristics of vegetation index were analyzed. MODIS/NDVI data were calculate by tendency analysis method， anomaly vegetation index analysis， and partial correlation analysis. The average condition and change characteristics of vegetation spatial distribution can be reflected from the data analysis. Besides， the time-space dynamic characteristics of vegetation index of different vegetation types are studied in different regions and different elevation gradient and. The results indicated that(1)During the past 10 years， the annual change of the vegetation was slowly increasing in Hebei province. There are significant spatial distribution differences for vegetation index with the north and west better than the south and east， and the growth in Zhangjiakou and Cangzhou better than other areas.(2)The values of NDVI in different vegetation types are in the following sequence;broadleaf mixed forest > needle forest > shrub > farmland > grassland. The annual average trend of coniferous forest and wetlands changed significantly.(3)The results show that temperature decreased in Hebei province in the last 10 years. The precipitation change was stable in Hebei province， and increased slowly. There is positive or negative partial correlation coefficient between NDVI and temperature in the 10 years. However， there existed a positive correlation coefficient between NDVI and precipitation.(4)The results suggested that the distribution of vegetation type had a certain correlation with the terrain， especially the height. Affected by the overall elevation in Hebei province， the correlation is not obvious.
Key words： Hebei province;MODIS/NDVI;temperature;precipitation;partial correlation analysis
政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第四次評估報告顯示[1]，1906-2005年全球在過去100年間地表平均溫度上升了約0.74 ℃。
而中國在過去100年中，氣溫也呈上升趨勢，約升高0.5～0.8 ℃，但降水年際變化特征突出，增減不一，地區(qū)間波動差異顯著[2，3]。
植被作為生態(tài)系統(tǒng)的主體，既是氣候變化的承受者，也對氣候變化產生反饋作用，對全球變化研究起重要的指示作用[4，5]。
在全球氣候變暖的背景下，中國的植被變化明顯增強，而植被對氣候變化的響應亦成為專家學者研究的熱點。
河北省地處華北平原，地形地貌復雜，生態(tài)系統(tǒng)多樣。
近年來河北省經濟社會發(fā)展迅速，在氣候變化和人類活動的影響下，生態(tài)環(huán)境發(fā)生了明顯變化。
本研究利用河北省2001-2010年的MODIS/NDVI數(shù)據(jù)、40個氣象站點逐日氣溫、降水資料和土地覆蓋數(shù)據(jù)，研究了河北省近10年來不同植被類型的植被指數(shù)時空變化特征及其與氣溫、降水、地形和人為因素的相關性，對研究氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)相互作用機制具有重要意義，同時期望為河北省地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的技術支持。
1 研究區(qū)概況
河北省地處華北平原，位于北緯36°03′-42°40′，東經113°27′-119°50′，轄區(qū)總面積為18.77萬km2，簡稱冀。
內環(huán)北京和天津兩市，周邊與遼寧、內蒙古、山西、山東和河南接壤。
河北省地形地貌復雜多樣，西北部為平均海拔在1 300～1 700 m的壩上高原，壩上地區(qū)屬于溫帶草原，畜牧業(yè)發(fā)達;中部為平均海拔500～1 000 m的太行山、燕山山地，闊葉林分布廣泛，礦藏豐富;東南部為平均海拔50 m左右的河北平原，位于華北平原內，地勢平坦，是主要的農作物種植區(qū)。
2 數(shù)據(jù)與方法
2.1 數(shù)據(jù)來源及預處理
遙感數(shù)據(jù)采用美國國家航空航天局(NASA)提供的2001-2010年河北省地區(qū)MODIS/NDVI數(shù)據(jù)和土地覆蓋產品數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)統(tǒng)一地圖投影為WGS84地理坐標系，統(tǒng)一分辨率為1 km×1 km。
氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(http：//cdc.cma.gov.cn/)提供的2001-2010年河北省境內及周邊其他省份共計40個氣象站點的逐日數(shù)據(jù)，其中包括河北省境內20個氣象臺站數(shù)據(jù)(圖1)。
計算得到各氣象站點的月降水總量、月平均氣溫以及年降水總量、年平均氣溫。
地形數(shù)據(jù)來源于中國科學院數(shù)據(jù)云(http：//www.csdb.cn/)提供的90 m分辨率數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，利用ENVI軟件進行數(shù)據(jù)轉換、拼接和掩膜處理，得到高程數(shù)據(jù)。
統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括耕地面積數(shù)據(jù)和人口數(shù)據(jù)，來源于河北省對外公布的統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)。
2.2 研究方法
1)趨勢分析。
研究所用的一元線性回歸分析方法是運用最小二乘法，逐像元預測植被指數(shù)與時間t之間的線性關系[6]。
所求斜率b即代表每個柵格的年均植被指數(shù)變化趨勢，計算公式為：
式中，xi為時間代表值，如2001，……2010年分別為1，2，3……10;yi為像元i的植被指數(shù)NDVI;x為年份代表值的平均數(shù);y為對應像元的多年平均值;n為樣本數(shù)，b為變化趨勢。
當b>0時，表示植被指數(shù)增加;當b< 0時，表示植被指數(shù)減少。
2)植被異常指數(shù)分析。
結合相關研究，陳維英等[7]和Anyamba等[8]采用距平植被指數(shù)反映植被異常變化程度，為了避免季節(jié)性變異因素的影響，閆俊杰等[9]采用了Liu等[10]和Barbossa等[11]學者提出的標準化處理的植被異常指數(shù)，其值更能精確反映植被異常的變化。
式中，zi為第i年的植被異常指數(shù)，NDVIi為第i年的NDVI值，NDVI為年NDVI的累積平均值，δ為NDVI值的標準差。
植被異常指數(shù)對地表干濕狀況較敏感，zi< 0時，表示該時期氣候干旱，植被生長比正常水平差;zi>0時，表示該時期氣候多雨，植被生長比正常水平好。
3)偏相關分析。
地理系統(tǒng)是一個龐大的復雜系統(tǒng)，各要素之間都存在某種聯(lián)系，單一要素改變時，也會引起其他要素的變化，而偏相關分析可以有效地解決這一情況。
計算公式為：
式中，rxy.z表示將變量z視為常數(shù)后，變量x與y的偏相關系數(shù);rxy、rxz、ryz分別表示x與y、x與z、y與z之間的相關系數(shù)。
其中，相關系數(shù)計算公式為：
式中，rxy表示變量x與y的相關系數(shù);范圍在 [-1，1]。
xi表示第i年年平均NDVI值;yi表示第i年的年平均氣溫、年降水量;x和y分別表示NDVI和氣溫、降水的多年平均值。
3 研究區(qū)植被NDVI時空變化特征
3.1 不同植被類型空間變化特征
根據(jù)IGBP已有的土地覆蓋分類系統(tǒng)和河北省地區(qū)地形地貌、氣候和植被類型的特點，將研究區(qū)植被類型系統(tǒng)劃分為針葉林、闊葉林、針闊葉混交林、灌叢、草地、濕地、農田和非植被8個類別。
分類統(tǒng)計河北省各植被覆蓋類型NDVI年際變化，其中針闊葉混交林>闊葉林>灌叢>農田>草地>非植被，10年間針葉林和濕地年平均植被指數(shù)趨勢變化明顯(圖2)。
各類型植被指數(shù)的年線性趨勢系數(shù)除針葉林、灌叢、濕地為負外，闊葉林、針闊葉混交林和草地的線性趨勢系數(shù)為正。
說明河北省近10年針葉林、灌叢和濕地的植被指數(shù)呈減少的趨勢;而闊葉林、針闊葉混交林和草地的植被指數(shù)呈增加的趨勢，其中草地增加最大，闊葉林、針闊葉混交林次之;其他覆蓋類型的植被指數(shù)變化不顯著。
分類統(tǒng)計河北省各覆蓋類型的近10年平均NDVI值，數(shù)值廣泛分布在0.2～0.6之間。
3.2 不同分區(qū)的植被空間特征
由圖3可知，冀東地區(qū)2001-2010年植被指數(shù)呈緩慢增長的趨勢，分類統(tǒng)計各植被類型NDVI變化，其中闊葉林、針葉林和濕地年平均植被指數(shù)趨勢變化明顯，起伏較大。
各類型植被指數(shù)的年線性趨勢系數(shù)除闊葉林、草地、農田為正外，其他植被類型的線性趨勢系數(shù)均為負。
說明近10年闊葉林、草地和農田的植被指數(shù)呈增加的趨勢。
由圖4可知，冀中地區(qū)2001-2010年植被指數(shù)呈緩慢增長態(tài)勢，分類統(tǒng)計各植被類型NDVI年際變化，其中濕地和針葉林年平均植被指數(shù)趨勢變化明顯，起伏較大。
各類型植被指數(shù)的年線性趨勢系數(shù)除針葉林為負外，闊葉林、針闊葉混交林、草地和濕地植被類型的線性趨勢系數(shù)均為正。
說明近10年針葉林的植被指數(shù)呈減少的趨勢，闊葉林、針闊葉混交林、草地和濕地的植被指數(shù)呈增長的趨勢，灌叢和農田的植被指數(shù)變化不明顯。
由圖5可知，冀北地區(qū)2001-2010年植被指數(shù)呈緩慢增長態(tài)勢，分類統(tǒng)計各植被類型NDVI年際變化，其中濕地年平均植被指數(shù)趨勢變化明顯，起伏較大。
各類型植被指數(shù)的年線性趨勢系數(shù)除灌叢為負外，針葉林、闊葉林、針闊葉混交林、草地和濕地植被類型的線性趨勢系數(shù)均為正。
說明近10年灌叢的植被指數(shù)呈減少的趨勢，針葉林、闊葉林、針闊葉混交林、草地和濕地的植被指數(shù)呈增長的趨勢，農田的植被指數(shù)變化不明顯。
由圖6可知，冀南地區(qū)2001-2010年植被指數(shù)呈緩慢增長趨勢態(tài)勢，分類統(tǒng)計各植被類型NDVI年際變化，其中濕地、針葉林和闊葉林年平均植被指數(shù)趨勢變化明顯，起伏較大。
各類型植被指數(shù)的年線性趨勢系數(shù)除非植被表現(xiàn)不明顯外，闊葉林、針闊葉混交林、草地和濕地植被類型的線性趨勢均為正，且趨勢較明顯，針葉林、灌叢和農田次之。
說明近10年冀南地區(qū)的植被指數(shù)均呈增長的趨勢，環(huán)境有所改善。
3.3 研究區(qū)植被NDVI空間差異特征
河北省地區(qū)2000-2011年植被NDVI標準差介于0.001～0.146之間，整體表現(xiàn)為西北地區(qū)和東部沿海地區(qū)變化最劇烈，中部地區(qū)次之，東北部地區(qū)變化最小。
具體而言，除非植被外，近10年植被NDVI變化明顯的地區(qū)主要分布在張家口市、滄州市東部、石家莊市、保定市及衡水市中部地區(qū);而變化趨勢較小的地區(qū)主要為研究區(qū)的西北部，包括承德市等地區(qū)。
針葉林、闊葉林、濕地植被覆蓋類型NDVI變化最劇烈，灌叢、草地次之，其他植被類型變化不明顯(圖7)。
利用線性回歸系數(shù)計算柵格中每一個像元值的年際變化情況，即在像元尺度的動態(tài)傾向，從而明確研究區(qū)10年間NDVI植被指數(shù)年際變化趨勢的空間分布情況。
當b< 0時，表明像元值隨時間變化呈減小趨勢;當b>0時，表明隨時間變化像元值呈增加趨勢，且b值越大增長越快。
河北省地區(qū)植被NDVI變化趨勢的平均值為0.23%/10年，NDVI呈增加趨勢的面積占74.41%，主要分布在張家口市、滄州市、衡水市和承德市大部;NDVI呈減少趨勢的面積占25.29%，其中張家口市西北部、唐山市、秦皇島市南部、保定市南部、石家莊市、邢臺市中部、邯鄲市中部和廊坊市北部存在植被退化現(xiàn)象。
總體而言，近10年河北省地區(qū)植被NDVI變化趨勢為：北部強于南部、西部強于東部、張家口及滄州市強于其他地區(qū)。
4 河北省地區(qū)NDVI影響因素分析
4.1 河北省地區(qū)氣候變化特征
植被覆蓋變化與氣候因子之間的關系是研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)對全球變化響應程度的重要前提和基礎，而溫度和降水是影響植物生長的兩個重要方面。
研究區(qū)2001-2010年的年平均氣溫，年均氣溫波動較大，變化呈緩慢下降趨勢，減速為0.5 ℃/10年，其線性趨勢線斜率為-0.05。
溫度峰值出現(xiàn)在2002、2004和2007年，其中2007年氣溫升高明顯。
2008-2010年氣溫持續(xù)下降。
分類統(tǒng)計研究區(qū)2001-2010年的年總降水量，年降水量波動不大，變化呈上升趨勢，增速為104.7 mm/10年，其線性趨勢線斜率為10.47。
降水量峰值出現(xiàn)在2003和2008年，波谷出現(xiàn)在2002、2006和2009年。
10年來年均氣溫和降水總量空間特征的比較分析，可以得出：
1)10年間河北省氣溫空間變化不大，氣溫隨著緯度和海拔的增高而降低，尤其是張家口、承德壩上地區(qū)以及河北省與山西省交界處太行山脈地區(qū)年均氣溫最低;河北省南部平原地帶氣溫最高。
其他地區(qū)次之，為過渡區(qū)域。
10年間，低氣溫的區(qū)域面積在逐漸擴大，而高氣溫的區(qū)域面積在逐漸減少，只是變化極其緩慢。
2)研究區(qū)內降水量由西北向東南呈階梯式增長，而這種梯狀分布與地形海拔有一定的相關性，與西北部壩上高原區(qū)、中部山地、東南部平原區(qū)相對應。
4.2 植被異常指數(shù)的變化分析
根據(jù)公式(2)，實現(xiàn)植被異常指數(shù)的逐像元計算，得到2001-2010年河北省植被異常指數(shù)的空間分布。
河北省地區(qū)地形復雜，在地形條件的影響之下，不同區(qū)域水熱條件各異。
植被異常指數(shù)對干濕環(huán)境變化響應敏感，受局部小氣候影響河北省地區(qū)植被異常指數(shù)變化的區(qū)域性差異很大。
張家口市和承德市之間的壩上草原地區(qū)分別于2004年和2001年出現(xiàn)最高值和最低值;河北省中部保定市、石家莊市、衡水市一帶的農業(yè)種植區(qū)則于2007年和2001年出現(xiàn)最高值和最低值，2008年時該區(qū)的植被異常指數(shù)也達到較高值。
就整個地區(qū)植被異常指數(shù)的平均狀況來看，2001年是降水量較低和氣溫較低的年份，研究區(qū)植被異常指數(shù)平均值為-1.14，成為植被覆蓋最低的一年;2008年和2004年均是降水量較高和氣溫較低的年份，研究區(qū)植被異常指數(shù)平均值為0.90、0.62，成為植被覆蓋最高的兩個年份。
2003年降水最多，氣溫也較低，植被異常指數(shù)小于0的面積占總面積的57.3%;2002年降水最少，年累積降水量占平均值的86.3%，受干旱脅迫，研究區(qū)79.0%的面積植被異常指數(shù)小于0，整個區(qū)域的平均值也降到了-0.61(表1)。
4.3 NDVI與氣候因素相關分析
為保證數(shù)據(jù)的準確性及研究結果的可信度，植被NDVI變化對氣候因子的響應采用逐站點進行偏相關分析的方法，具體做法為：根據(jù)研究區(qū)氣象站點位置，利用ArcGIS提取各個氣象站點周邊(3 km×3 km)年NDVI平均值，作為該站點的NDVI值，進而與各個站點的年平均、降水量進行偏相關分析。
以年為時間單位，分別計算各站點NDVI與氣溫、降水的偏相關系數(shù)，其中NDVI與降水的偏相關系數(shù)均為正值，且整體呈下降趨勢;NDVI與氣溫的偏相關系數(shù)在正負之間波動，且整體呈下降趨勢(圖8)。
在空間上，NDVI與氣溫的偏相關系數(shù)較大的區(qū)域在承德市南部、秦皇島市、唐山市等地，而負相關區(qū)域主要為承德市北部、張家口市與承德市交界處、滄州市南部以及石家莊市等地;NDVI與降水偏相關系數(shù)高值區(qū)在廊坊市、保定市、滄州市北部和張家口市等地，且負相關區(qū)域位于承德市北部、張家口市及邢臺市(圖9)。
4.4 NDVI與地形影響因素分析
在研究區(qū)內選取20個樣點區(qū)，樣點區(qū)選擇與河北省境內20個氣象站相同的地理分布，統(tǒng)計 NDVI和海拔高度的平均值，計算海拔高度與NDVI的相關系數(shù)。
在不區(qū)分植被類型的情況下，2002年的NDVI與海拔高度的相關系數(shù)為-0.159，2004年為-0.189，2006年為-0.12，2008年為-0.262。
結果表明，研究區(qū)內的植被指數(shù)與海拔高度呈現(xiàn)弱的負相關關系。
其原因可能是植被類型較多，植被指數(shù)還受海拔高度、地形地貌、氣候、植被覆蓋等因素影響，因此當所有影響因素混在一起時，海拔高度的影響變得不明顯。
在研究區(qū)內選取分布廣泛的針葉林、闊葉林、針闊葉混交林、草地、灌叢、農田6種植被類型為研究對象，研究不同植被類型的植被指數(shù)與海拔高度的關系。
具體方法如下：將河北省地區(qū)按照每100 m等高距進行分級分區(qū)，并統(tǒng)計該區(qū)在不同海拔等級上所包括的所有植被類型的平均植被指數(shù)，以此來分析海拔高度與不同植被類型平均植被指數(shù)之間的相關關系。
由圖10可知，不同類型的植被NDVI隨海拔梯度的上升有不同的變化規(guī)律，而不同時間的同種類型的植被NDVI隨海拔梯度的變化具有相似的變化規(guī)律。
河北地區(qū)的林地主要分布于海拔500 m以上的地區(qū)，植被類型主要為針葉林、闊葉林和針闊混交林，在海拔500～1 500 m之間植被指數(shù)比較平穩(wěn)，隨著海拔的升高，植被指數(shù)緩慢下降。
灌叢主要分布于海拔300 m以上的地區(qū)，在海拔300～2 000 m之間植被指數(shù)比較平穩(wěn)，隨著海拔的升高，灌叢零星分布。
草地主要分布于海拔200 m以上的地區(qū)，其植被指數(shù)隨著海拔高度的增長，總體上比較平穩(wěn)但變化曲線出現(xiàn)了一定的波動。
由于草原的植被種類較多，分布區(qū)域廣，且草原的植被類型本身決定了其容易受溫度、降水等因素的影響，因此，變化曲線的波動較大。
分界點大致出現(xiàn)在1 500 m左右，低于分界點植被指數(shù)緩慢下降，分界點1 500 m以上植被指數(shù)緩慢上升。
說明河北地區(qū)的該海拔高度適合草甸植被的生長，其中張家口和承德壩上地區(qū)平均海拔在1 500 m左右，屬于典型的草甸式草原。
農田主要分布在海拔2 000 m高度以下的地區(qū)，植被指數(shù)隨著海拔高度的升高，基本保持不變，始終在一個很小的范圍內變化，這主要因為農田生態(tài)系統(tǒng)是一個人工生態(tài)系統(tǒng)，不能單純依據(jù)海拔的變化決定其生長狀況。
根據(jù)相關系數(shù)計算公式，計算2001和2010年不同植被類型與海拔高度的相關系數(shù)(表2)。
由表2可知，闊葉林、針闊葉混交林和農田的植被指數(shù)與海拔高度有一定的負相關性，但相關性不大;針葉林、灌叢和草地的植被指數(shù)與海拔高度有較強的正相關性。
受河北省整體海拔高度的影響，不同植被類型的植被指數(shù)在海拔差異不明顯的情況下，受地形的影響不大。
4.5 NDVI與人為因素分析
河北省是農業(yè)和人口大省，耕地面積、人口數(shù)量的變化和政策導向是人類活動影響的重要方面。
本研究分析了耕地面積、人口數(shù)量與植被NDVI的相關關系。
耕地數(shù)據(jù)為2001-2008年的數(shù)據(jù)，耕地面積呈下降趨勢。
人口數(shù)據(jù)為2001-2010年河北省統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，人口數(shù)量呈上升趨勢(圖11)。
由于人口數(shù)據(jù)和耕地數(shù)量變化以年平均值作為計算單位，它們的變化程度相對平緩。
人口數(shù)量的增加和耕地數(shù)量的持續(xù)減少對植被覆蓋情況有影響，但影響不大，植被NDVI各年仍波動較大，說明近年來植被NDVI的波動在一定程度上歸因于氣候變化的影響。
人口和耕地的數(shù)據(jù)后期需要細化，以期更好的對植被指數(shù)變化研究進行模擬演算。
5 小結與討論
根據(jù)2001-2010年的河北省MODIS/NDVI遙感數(shù)據(jù)及土地覆蓋產品數(shù)據(jù)，和與之相匹配的河北省地區(qū)各氣象站點氣溫、降水觀測資料，DEM數(shù)據(jù)和河北省耕地、人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行河北省地區(qū)針葉林、闊葉林、針闊葉混交林、灌叢、農田、濕地、草地和非植被8種主要植被類型的NDVI與氣溫、降水、DEM、人為因素的影響關系研究，得出以下結論。
1)2001-2010年河北省境內針葉林、闊葉林、濕地植被覆蓋類型NDVI變化最劇烈，灌叢、草地次之，其他植被類型變化不明顯。
河北省地區(qū)NDVI與氣溫和降水均有一定的偏相關性，NDVI的波動與降水變化均為正的偏相關，與氣溫變化的偏相關性有正有負。
近年來降水量的增加，是研究區(qū)NDVI增長的一方面原因。
當然，科學的農業(yè)措施也會改變植被生長對氣候條件的依賴。
2)河北省NDVI與地形有一定的相關性。
分析原因為林地、灌叢對溫度、降水等環(huán)境因素的響應不敏感，而近年來政府加強了環(huán)境保護力度，人工林的增加使林地對氣溫、降水的依賴減小，相關性減弱，因此這些植被的植被指數(shù)隨海拔的變化趨勢一致，波動較小。
而草類植被易受氣溫、降水等因素影響，隨著海拔的升高，氣溫、降水有較明顯變化，所以這類植被的植被指數(shù)波動也變大。
農田變化主要受人為和氣候因素兩方面的干擾，當?shù)鼐用褚虻刂埔�，選擇合適的農作物來適應當?shù)丨h(huán)境，因此與影響因素的關聯(lián)也相對減弱。
3)人類活動僅考慮耕地和人口兩方面不免片面，而森林濫砍濫伐、農田過度開墾、植被過度放牧和城市擴張，使植被趨于退化，受人類活動影響較大。
但河北省近年來推行京津風沙源治理、三北防護林、太行山綠化、沿海防護林等重點造林項目，保護環(huán)境的力度不斷加大，也是河北省地區(qū)植被改善的主要原因。
本研究中雖考慮了氣候因子(溫度、降水)、地形因素(高程)和人為因素對植被的影響，如果對各因素進行綜合分析，通過建立相關數(shù)值模型，模擬和預測區(qū)域植被覆蓋，采用物理意義更為明確的生態(tài)模型來進行機理性分析，將更具實際指導作用，這也將是下一步工作的方向及任務。
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