Vegetation dynamics and its driving force in Otindag Sandy Land based on Geodetector

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00066

Journal of Desert Research ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (4): 195-204.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00066

Vegetation dynamics and its driving force in Otindag Sandy Land based on Geodetector

Yongtao Ma¹(), Xiaozong Ren¹(), Huifang Hu¹, Min Liu¹, Qi Meng²

^1.School of Geography Science，Taiyuan Normal University，Jinzhong 030619，Shanxi，China
^2.Institute of Loess Plateau，Shanxi University，Taiyuan 030006，China

Received:2021-03-15 Revised:2021-05-21 Online:2021-07-27 Published:2021-07-27
Contact: Xiaozong Ren

Abstract

Abstract:

It is of vital significance to study the vegetation cover dynamics and its driving mechanism. Therefore， this research was carried out in Otindag Sandy Land （OSL） area and the individual and interactive effects of seven driving factors on regional vegetation changes were studied using the Geodetector model. The results showed that：（1） The vegetation cover increased in 68.83% area of the OSL from 2000 to 2018， and the significant regions were mainly in the middle and south of the study area （i.e. Abag banner， Xilinhot， Zhenglan banner， Zhengxiangbai Banner and Duolun County）. （2） The relative humidity （RH） and precipitation were the main natural factors affecting the spatial distribution of vegetation cover in the OSL from 2000 to 2018， with explanatory powers of 56.6% and 49.5%， respectively. While the density of total afforestation area and the density of livestock were the main human activities factors， with explanatory powers of 49.1% and 46.4%， respectively. These results indicated that the implementation of ecological engineering had important effects on regional vegetation cover dynamics. （3） The interaction between natural factors and human activities had a stronger impact on vegetation changes than single factors. The interaction between RH and human activities and the interaction between precipitation and the density of livestock were dominated by double synergy. The explanatory power of these interaction impacts were over 60%. However， the interaction between temperature and the density count of large livestock at the end of the year was dominated by non-linear synergy， the explanatory power also reached over 60%.

Key words: vegetation cover dynamics, climate change, human activities, quantitative attribution, Otindag Sandy Land

CLC Number:

Q948.15

Yongtao Ma, Xiaozong Ren, Huifang Hu, Min Liu, Qi Meng. Vegetation dynamics and its driving force in Otindag Sandy Land based on Geodetector[J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(4): 195-204.

Figures/Tables 10

References 36

1	王涛，宋翔，颜长珍，等.近35 a来中国北方土地沙漠化趋势的遥感分析［J］.中国沙漠，2011，31（6）：1351-1356.
2	白旭阳，刘昱坤，杨武超，等.新疆玛纳斯河流域植被变化的特征与归因［J］.水土保持学报，2020，34（6）：192-197，210.
3	王旭洋，李玉霖，连杰，等.半干旱典型风沙区植被覆盖度演变与气候变化的关系及其对生态建设的意义［J］.中国沙漠，2021，41（1）：183-194.
4	郭泽呈，魏伟，石培基，等.中国西北干旱区土地沙漠化敏感性时空格局［J］.地理学报，2020，75（9）：1948-1965.
5	美丽，都瓦拉，银山，等.基于植被覆盖特征的土地沙漠化敏感性评价：以乌珠穆沁草原为例［J］.干旱区资源与环境，2017，31（5）：113-118.
6	高岩.1990—2015年中国北方四大沙地典型植被覆被格局变化及其影响因子［D］.北京：北京林业大学，2019.
7	吕家欣，李秀芬，郑晓，等.近40年科尔沁沙地植被时空变化及其驱动力［J］.生态学杂志，2020，39（5）：1399-1408.
8	黄永诚.2000—2010年毛乌素沙地植被覆盖度和土地利用变化研究［D］.兰州：兰州交通大学，2014.
9	杨洁，谢保鹏，张德罡.黄河流域生境质量时空演变及其影响因素［J］.中国沙漠，2021，41（4）：12-22.
10	岳喜元，左小安，常学礼，等.内蒙古典型草原与荒漠草原NDVI对气象因子的响应［J］.中国沙漠，2019，39（3）：25-33.
11	Anikó K，Hrvoje M，Zoltán B.Spring vegetation green-up dynamics in Central Europe based on 20-year long MODIS NDVI data［J］.Agricultural and Forest Meteorology，2020，287：107969.
12	Pan T，Zou X T，Liu Y J，et al.Contributions of climatic and non-climatic drivers to grassland variations on the Tibetan Plateau［J］.Ecological Engineering，2017，108：307-317.
13	Piao S L，Wang X H，Ciais P，et al.Changes in satellite-derived vegetation growth trend in temperate and boreal Eurasia from 1982 to 2006［J］.Global Change Biology，2011，17：3228-3239.
14	Duo A，Zhao W J，Qu X Y，et al.Spatio-temporal variation of vegetation coverage and its response to climate change in North China plain in the last 33 years［J］.International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation，2016，53：103-117.
15	邵艳莹.中国四大沙地植被动态变化及其对气候变化的响应［D］.北京：北京林业大学，2018.
16	Yu L，Wu Z T，Du Z Q，et al.Insights on roles of climate and human activities to vegetation degradation and restoration in Beijing-Tianjin sandstorm source region ［J］.Ecological Engineering，2021，159：106105.
17	王劲峰，徐成东.地理探测器：原理与展望［J］.地理学报，2017，72（1）：116-134.
18	Wang J F，Li X H，Christakos G，et al.Geographical detectors-based health risk assessment and its application in the neural tube defects study of the Heshun Region，China［J］.International Journal of Geographical Information Science，2010，24（1）：107-127.
19	Chen T Q，Feng Z，Zhao H F，et al.Identification of ecosystem service bundles and driving factors in Beijing and its surrounding areas［J］.Science of the Total Environment，2020，711：134687.
20	Zhu L J，Meng J J，Zhu L K.Applying Geodetector to disentangle the contributions of natural and anthropogenic factors to NDVI variations in the middle reaches of the Heihe River Basin［J］.Ecological Indicators，2020，117：106545.
21	庞静.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［D］.太原：山西大学，2016.
22	元志辉，雷军，包刚，等.土地利用/覆盖变化对浑善达克沙地植被覆盖度的影响［J］.水土保持学报，2016（6）：330-338.
23	Sun B，Wang Y，Li Z Y，et al.Estimating soil organic carbon density in the Otindag Sandy Land，Inner Mongolia，China，for modelling spatiotemporal variations and evaluating the influences of human activities［J］.Catena，2019，179：85-97.
24	武志涛.京津风沙源区植被变化及固碳效益研究［D］.北京：北京师范大学，2013.
25	程高，张宝林，常成虎.浑善达克地区典型植被NDVI与温度、降水的相关性分析［J］.湖北农业科学，2013（6）：1298-1303.
26	元志辉，包刚，银山，等.2000—2014年浑善达克沙地植被覆盖变化研究［J］.草业学报，2016，25（1）：33-46.
27	Ma W Y，Wang X M，Zhou N，et al.Relative importance of climate factors and human activities in impacting vegetation dynamics during 2000-2015 in the Otindag Sandy Land，northern China［J］.Journal of Arid Land，2017，9（4）：558-567.
28	任孝宗，李建刚，刘敏，等.浑善达克沙地东部地区天然水体的水化学组成及其控制因素［J］.干旱区研究，2019，36（4）：791-800.
29	杨小平，梁鹏，张德国，等.中国东部沙漠/沙地全新世地层序列及其古环境［J］.中国科学：地球科学，2019，49（8）：1293-1307.
30	慕宗杰.浑善达克沙地飞播区植被恢复状况及土壤性状研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2017.
31	Ren X，Zhu B，Liu M，et al.Mechanism of groundwater recharge in the middle-latitude desert of eastern Hunshandake，China：diffuse or focused recharge？［J］.Hydrogeology Journal，2019，27（2）：761-783.
32	张晓凤，王周龙.2001-2014年浑善达克沙地生长季NDVI变化及气候响应分析［J］.鲁东大学学报（自然科学版），2016，032（2）：181-187.
33	焦珂伟，高江波，吴绍洪，等.植被活动对气候变化的响应过程研究进展［J］.生态学报，2018，38（6）：2229-2238.
34	张思源，聂莹，张海燕，等.基于地理探测器的内蒙古植被NDVI时空变化与驱动力分析［J］.草地学报，2020，28（5）：1460-1472.
35	Li H W，Yang X P.Temperate dryland vegetation changes under a warming climate and strong human intervention with a particular reference to the district Xilin Gol，Inner Mongolia，China［J］.Catena，2014，119：9-20.
36	王海梅.锡林郭勒地区气候变化规律与植被覆盖变化驱动机制研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2009.

类型	因子	指标	单位	数据来源
自然因素	X₁	相对湿度	%	中国气象数据共享网
	X₂	降水量	mm	中国气象数据共享网
	X₃	平均气温	℃	中国气象数据共享网
	X₄	坡度	°	美国NASA和NIMA共同测量的SRTM 90 m DEM数据
人类活动	X₅	人口密度	人·km^-2	内蒙古自治区和河北省统计年鉴
	X₆	累计造林面积密度	hm²·km^-2	中国林业统计年鉴
	X₇	年末牲畜头数密度	头·km^-2	内蒙古自治区和河北省统计年鉴

类型	因子	指标	单位	数据来源
自然因素	X₁	相对湿度	%	中国气象数据共享网
	X₂	降水量	mm	中国气象数据共享网
	X₃	平均气温	℃	中国气象数据共享网
	X₄	坡度	°	美国NASA和NIMA共同测量的SRTM 90 m DEM数据
人类活动	X₅	人口密度	人·km^-2	内蒙古自治区和河北省统计年鉴
	X₆	累计造林面积密度	hm²·km^-2	中国林业统计年鉴
	X₇	年末牲畜头数密度	头·km^-2	内蒙古自治区和河北省统计年鉴

描述	作用类型	说明
q(x∩y)<Min(q(x)，q(y))	非线性拮抗作用	Min(q(x)，q(y))表示q(x)、q(y)之间的最小值；q(x∩y)表示x与y的两者交互作用；Max(q(x)，q(y))表示q(x)、q(y)之间的最大值；q(x)+q(y)表示q(x)、q(y)两者求和
Min(q(x)，q(y))<q(x∩y)<Max(q(x)，q(y))	单拮抗作用
Max(q(x)，q(y))<q(x∩y)<q(x)+q(y)	双协同作用
q(x∩y)=q(x)+q(y)	独立作用
q(x∩y)＞q(x)+q(y)	非线性协同作用

描述	作用类型	说明
q(x∩y)<Min(q(x)，q(y))	非线性拮抗作用	Min(q(x)，q(y))表示q(x)、q(y)之间的最小值；q(x∩y)表示x与y的两者交互作用；Max(q(x)，q(y))表示q(x)、q(y)之间的最大值；q(x)+q(y)表示q(x)、q(y)两者求和
Min(q(x)，q(y))<q(x∩y)<Max(q(x)，q(y))	单拮抗作用
Max(q(x)，q(y))<q(x∩y)<q(x)+q(y)	双协同作用
q(x∩y)=q(x)+q(y)	独立作用
q(x∩y)＞q(x)+q(y)	非线性协同作用

两因子交互作用	两因子PD值相加	结果	解释
X₁∩X₂=0.621	<1.061=X₁+X₂	C<A+B	双协同作用
X₁∩X₃=0.623	<0.648=X₁+X₃	C<A+B	双协同作用
X₁∩X₄=0.582	<0.622=X₁+X₄	C<A+B	双协同作用
X₁∩X₅=0.617	<0.801=X₁+X₅	C<A+B	双协同作用
X₁∩X₆=0.616	<1.057=X₁+X₆	C<A+B	双协同作用
X₁∩X₇=0.7608	<1.03=X₁+X₇	C<A+B	双协同作用
X₂∩X₃=0.589	>0.577=X₂+X₃	C>A+B	非线性协同作用
X₂∩X₄=0.512	<0.551=X₂+X₄	C<A+B	双协同作用
X₂∩X₅=0.559	<0.73=X₂+X₅	C<A+B	双协同作用
X₂∩X₆=0.545	<0.986=X₂+X₆	C<A+B	双协同作用
X₂∩X₇=0.622	<0.959=X₂+X₇	C<A+B	双协同作用
X₃∩X₄=0.147	>0.138=X₃+X₄	C>A+B	非线性协同作用
X₃∩X₅=0.329	>0.317=X₃+X₅	C>A+B	非线性协同作用
X₃∩X₆=0.566	<0.573=X₃+X₆	C<A+B	双协同作用
X₃∩X₇=0.600	>0.546=X₃+X₇	C>A+B	非线性协同作用
X₄∩X₅=0.266	<0.291=X₄+X₅	C<A+B	双协同作用
X₄∩X₆=0.505	<0.547=X₄+X₆	C<A+B	双协同作用
X₄∩X₇=0.486	<0.52=X₄+X₇	C<A+B	双协同作用
X₅∩X₆=0.555	<0.726=X₅+X₆	C<A+B	双协同作用
X₅∩X₇=0.592	<0.699=X₅+X₇	C<A+B	双协同作用
X₆∩X₇=0.598	<0.955=X₆+X₇	C<A+B	双协同作用

Vegetation dynamics and its driving force in Otindag Sandy Land based on Geodetector

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驱动因子	植被覆盖适宜类型或范围	NDVI 均值
X₁：相对湿度/%	53.7—58.1	0.345
X₂：降水量/mm	416—435	0.442
X₃：平均气温/℃	5.5—5.7	0.386
X₄：坡度/（°）	5.7—34.7	0.354
X₅：人口密度/（人·km^-2）	50—57	0.440
X₆：累计造林面积密度/（hm²·km^-2）	31.1—38.9	0.440
X₇：年末牲畜头数密度/（头·km^-2）	58—60	0.384

[1]	Xiaohui He, Jianhua Si, Chunyan Zhao, Chunlin Wang, Dongmeng Zhou. Potential distribution of Hippophae thibetana and its predicted responses to climate change [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(3): 101-109.
[2]	Yuanzheng He, Wenda Huang, Xin Zhao, Peng Lv, Huaihai Wang. Review on the impact of climate change on plant diversity [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(1): 59-66.
[3]	Yuanyuan Zhao, Haiyan Wu, Guodong Ding, Guanglei Gao, Wenzhu Tu. A review on the aeolian desertification in the Otindag Sandy Land [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 101-111.
[4]	Di Deng, Zebin Zhao, Yuan Ma. Modeling of species distribution with GIS in arid regions： take Caragana korshinskii for example [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(5): 74-80.
[5]	Zisha Wang, Yunfa Miao, Yongtao Zhao, Fang Li, Yan Lei, Mingxing Xiang, Yaguo Zou. Characteristics of microcharcoal in the lake surface sediments in the northern margin of Qaidam Basin of China and its environmental significance [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(4): 10-17.
[6]	Han Chao, Xiao Shengchun, Ding Aijun, Teng Zeyu. Radial growth climatic response characteristics and tree ring climate records of conifer species at south margin of Tengger Desert, China [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(2): 50-58.
[7]	Li Xiang, Su Zhizhu, Ma Yijuan, Zhang Caixia, Liu Miaomiao. Holocene climatic instability record in the southeastern margin of Mu Us Desert [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(2): 109-117.
[8]	Zhao Zefang, Wei Haiyan, Guo Yanlong, Luan Wenfei, Zhao Zebin. Impact of climate change on the suitable habitatdistribution of Gymnocarpos przewalskii, a relict plant [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(2): 125-133.
[9]	Chang Xi, Lu Huayu, Lü Nana, Cui Mengchun, Li Haiyu. Variation of desert and sandy field in China on the basis of remote sensing analysis and the relationship with climate change during 1992-2015 [J]. Journal of Desert Research, 2020, 40(1): 57-63.
[10]	Ma Qimin, Jia Xiaopeng, Wang Haibing, Li Yongshan, Li Shaoning. Recent Advances in Driving Mechanisms of Climate and Anthropogenic Factors on Vegetation Change [J]. Journal of Desert Research, 2019, 39(6): 48-55.
[11]	Liu Liyun, Lu Ruijie, Liu Xiaokang. Climate Change in the Mu Us Desert since Holocene Based on Soil Chromaticity [J]. Journal of Desert Research, 2019, 39(6): 83-89.
[12]	Lei Chen, Pang Jiangli, Huang Chunchang, Zha Xiaochun, Zhou Yali, Wen Ruiyan, Chui Yuda. Composition Characteristics and Significance of Rb, Sr and Ba of Fanjiacheng Loess-paleosol Profile in the Upper Reaches of the Weihe River [J]. Journal of Desert Research, 2019, 39(6): 90-98.
[13]	Ma Pengli, Han Lanying, Zhang Xudong, Liu Weiping. Regional Characteristics of Drought in China under the Background of Climate Warming [J]. Journal of Desert Research, 2019, 39(6): 209-215.
[14]	Han Lanying, Zhang Qiang, Jia Jianying, Wang Youheng, Huang Tao. Drought Severity, Frequency, Duration and Regional Differences in China [J]. Journal of Desert Research, 2019, 39(5): 1-10.
[15]	Han Rui, Su Zhizhu, Li Xiang, Liu Miaomiao, Ma Yijuan. Holocene Climate Change Revealed by Grain Size and Magnetic Susceptibility in the Eastern Mu Us Sandy Land [J]. Journal of Desert Research, 2019, 39(2): 105-114.

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