李曉婷 賈寶全

1 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 北京 100091

2 國家林業(yè)局林木培育重點實驗室 北京 100091

3 國家林業(yè)局城市林業(yè)研究中心 北京 100091

植被在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要的角色，其空間分布和變化是研究城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的重要標(biāo)志[1－2]。研究表明，歸一化植被指數(shù) (簡稱NDVI)對植被的生長勢和生長量非常敏感[3]，已被廣泛用來定性和定量分析植被覆蓋及其生長活力[4]，是指示大區(qū)域尺度和全球尺度植被分布和時相變化的良好指標(biāo)。植被蓋度 (簡稱VC)能夠直觀地反映地表植被的豐富度，是控制土壤侵蝕的關(guān)鍵因素和指示生態(tài)系統(tǒng)變化的重要指標(biāo)[5－6]，是最直接可用且便于區(qū)域之間數(shù)量對比的植被因子。城市植被是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成因子，對于城市化過程中生態(tài)環(huán)境的變化具有重要的指示意義[7－8]。

1 研究區(qū)概況

眉山市位于四川盆地成都平原西南部 (102°49′—104°30′E， 29°30′—30°16′N)， 全市土地總面積7 186.7 km2。2000年撤地建市，轄東坡區(qū)、彭山縣、仁壽縣、青神縣、丹棱縣、洪雅縣一區(qū)五縣。整體地勢西高東低，全境有山地、丘陵和平原3個地形單元，其中以山地和丘陵為主，約占土地總面積的79.89%。四川盆地亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，平均氣溫25.4℃，全年無霜期302～314 d，年平均降雨量1 000 mm，年均相對濕度80%左右，閩江、青衣江干流縱貫市境。截止到2016年，年常住人口達300.13萬人，城鎮(zhèn)化水平41.87%。

2 研究材料與研究方法

2.1 研究材料

本研究使用2000—2015年每年8月份 (植被達到最大生長量)MODIS/Terra衛(wèi)星上500 m月度合成的NDVI數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)采用最大合成法，在一定程度上減少云、大氣、太陽高度角和傳感器等帶來的影響，提高了數(shù)據(jù)的精度[9]。

2.2 研究方法

2.2.1 植被蓋度的計算與分級

目前植被蓋度的計算與分級主要有2種方法、5級分類法:0≤fc＜20%，20%≤fc＜40%，40%≤fc＜60%， 60%≤fc＜80%和80%≤fc＜100%(fc是基于像元的植被覆蓋度)[10]；4級分類法[11]:fc≥75%，60%≤fc＜75%，45%≤fc＜60%和 fc＜45%。本文研究區(qū)域?qū)儆谀戏匠鞘兄脖簧w度受農(nóng)田耕種、水域植被等影響較大，固采用4級分類法。

2.2.2 NDVI差值指數(shù)與分級

利用NDVI差值指數(shù)分級方法，可以有效揭示大尺度區(qū)域植被的宏觀變化趨勢特征，避免因直接使用NDVI指數(shù)，而過分關(guān)注一些微小的數(shù)值波動給宏觀規(guī)律性研究帶來的噪聲影響。本文借鑒李一靜等[12]對深圳植被變化分類方法，結(jié)合研究區(qū)植被變化現(xiàn)狀，將DNVI變化程度分為3個等級:ΔNDVI≤1為無顯著變化，ΔNDVI＞1為正向變化，ΔNDVI＜1為負向變化。

基于 2000、2014年 NDVI指數(shù)分布圖，在ArcGIS 10.0系統(tǒng)支持下，利用式 (1)可得到2000—2014年研究區(qū)NDVI指數(shù)變化分布圖。

其中，ΔNDVI為植被差值指數(shù)，NDVI2000和NDVI2014分別為2000年和2014年眉山市NDVI圖上的像元值。

將上式的結(jié)果進行標(biāo)準(zhǔn)化分級，分為無顯著變化、退化變化和改善變化。

無顯著變化:

退化變化:

3 結(jié)果與分析

3.1 植被NDVI年際變化

3.1.1 全市域植被NDVI年際變化

以每年平均NDVI數(shù)據(jù)代表當(dāng)年的植被狀況，分析2000—2015年眉山市植被覆蓋年際變化。從圖1可知，眉山市植被覆蓋在2000—2015年大致分為 3個階段:2000—2006年，全市NDVI均值在0.768 4～0.856 9波動，平均值為 0.825 6；2006—2008年 NDVI均值從0.856 9急速下降到 0.644 3；2008—2015年NDVI均值呈現(xiàn)上升趨勢，其中2008—2009年增幅最快。線性回歸方程斜率slope＞0說明眉山市NDVI整體呈增加趨勢，并且以每10年0.021的增速遞增。

圖1 眉山市域2000—2015年NDVI均值變化

3.1.2 不同區(qū)縣NDVI年際變化

從不同區(qū)縣植被覆蓋的年際變化值來看，彭山縣、仁壽縣和青神縣3個縣區(qū)NDVI均值較高，在0.728 0～0.919 6波動；東坡區(qū)和丹棱縣NDVI均值在0.632 1～0.876 2波動；洪雅縣NDVI均值波動最大，在0.350 3～0.876 2。從不同區(qū)縣植被覆蓋的年際變化趨勢來看，彭山縣、仁壽縣、丹棱縣、青神縣和洪雅縣5個縣區(qū)線性回歸方程斜率slope＞0，且從高到低依次為仁壽縣、青神縣、彭山縣、洪雅縣和丹棱縣。東坡區(qū)線性回歸方程斜率 slope＜0(圖 2)。

圖2 眉山市域各個縣區(qū)2000—2015年NDVI均值變化

3.2 植被蓋度的變化

3.2.1 全市域植被蓋度的總體變化

從眉山市2000年和2014年植被蓋度研究結(jié)果可以看出 (表1)，低覆蓋度、中覆蓋度、中高覆蓋度植被區(qū)域面積占全市土地總面積的比例從2000—2014年分別降低了7%、3%和14.44%；高覆蓋度植被土地面積增加17.53%。相關(guān)研究表明，極低覆蓋度等級面積的減少，既可能意味著區(qū)域植被覆蓋面積的絕對數(shù)量的減少，也可能意味著非植被土地面積的增大，而其他類型的變化則主要體現(xiàn)在植被功能強弱的變化上[13－14]。此變化情況說明眉山市現(xiàn)有植被質(zhì)量得到了很好的改善，植被功能有所增強。

3.2.2 不同區(qū)縣植被蓋度變化

從不同區(qū)縣植被覆蓋度的分級情況看 (表1)，變化最劇烈的主要集中在中高覆蓋度和高覆蓋度這兩個等級。其中仁壽縣、青神縣、彭山縣、東坡區(qū)和丹棱縣表現(xiàn)為中高覆蓋度植被分別減少27.23%、20.42%、18.34%、10.74%和 9.97%，高覆蓋度植被分別增加 35.10%、20.87%、28.63%、10.86%和9.92%；洪雅縣則表現(xiàn)為中高覆蓋度植被增加1.63%，高覆蓋度植被減少3.59%。

表1 眉山市各區(qū)縣2000年和2014年植被蓋度分級統(tǒng)計及變化情況

3.3 基于NDVI差值結(jié)果的植被空間變化分析

3.3.1 全市域差值植被指數(shù)分級變化

2000—2014年，眉山市域植被呈現(xiàn)出以無顯著變化為主導(dǎo)的變化特征 (圖3)，無顯著變化區(qū)域面積、改善區(qū)域面積和退化區(qū)域面積分別為569 150 hm2， 76 950 hm2和 70 425 hm2。 其中退化區(qū)域主要集中在山地區(qū)、水域區(qū)以及道路沿線，具體分布在岷江和青衣江沿線、仁壽縣的黑龍灘水域地帶、洪雅縣的瓦屋山省級自然保護區(qū)以及穿市區(qū)的遂洪高速的岷江以西段位、岷東大道和眉州大道穿越四川城市職業(yè)學(xué)院眉山校區(qū)周圍段位。

3.3.2 各區(qū)縣差值植被指數(shù)分級變化

眉山市域不同區(qū)縣內(nèi)部的植被指數(shù)差值分級統(tǒng)計結(jié)果見表2。由表2可以看出，彭山縣、仁壽縣和青神縣3縣區(qū)植被改善面積比例大于退化面積比例，其中仁壽縣表現(xiàn)最為突出，植被改善區(qū)域面積超出退化面積11.01%，彭山縣和青神縣植被改善區(qū)域面積分別超出植被退化區(qū)域面積7.66%和4.05%；東坡區(qū)、丹棱縣和洪雅縣3縣區(qū)則表現(xiàn)出植被退化區(qū)域面積高于植被改善區(qū)域面積，其中洪雅縣植被退化最為嚴重，植被退化面積高出植被改善面積11.58%，東坡區(qū)和丹棱縣植被退化區(qū)域面積分別高出植被改善區(qū)域面積3.33%和0.77%。

圖3 眉山市域差值植被指數(shù)分級分布圖

表2 眉山市各區(qū)縣差值植被指數(shù)變化統(tǒng)計

4 眉山市植被變化的原因分析

4.1 氣候因素對植被的影響

從圖4可見，2000—2015年15年來，眉山市年均降水量和年均氣溫均呈現(xiàn)出緩慢升高的變化趨勢。這種變化非常有利于植被的良好發(fā)育和演替。利用眉山市2000—2015年的年降水、年平均氣溫數(shù)據(jù)分別與NDVI均值數(shù)據(jù)所做的線性回歸方程分別為:y＝3E－05x＋ 0.779 2(R2＝0.006 2) 和y＝0.024 5x＋0.380 6(R2＝0.042 8)， 這說明眉山市植被變化與氣候變化呈正相關(guān)性。

圖4 眉山2000—2015年均降水量和年均氣溫變化

4.2 生態(tài)工程對植被變化的影響

人工綠化建設(shè)對城市植被覆蓋水平有較顯著的改善作用。眉山市最主要的生態(tài)工程有天然林保護工程、退耕還林工程和荒山荒地綠化工程。這些大型工程的實施，對于眉山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善起到了極大的積極作用。從圖5可以看出，自2000年以來，眉山市年累計造林面積從2001年的13 874 hm2增加到了2015年的124 134 hm2，為2000年的9倍。

4.3 農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對植被變化的影響

從圖6眉山市2008—2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，眉山市經(jīng)濟林果面積增長非常迅速，2008年，全市擁有經(jīng)濟林果面積51 771 hm2，2015年增加到了639 147 hm2是2008年的12倍。農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對眉山市植被狀況的改善有重要作用。

圖5 眉山市2000—2015年累計造林面積

圖6 眉山市2008—2015年年末經(jīng)濟林果面積

4.4 中心城區(qū)綠化對植被變化的影響

眉山市中心城區(qū)東坡區(qū)NDVI均值呈減少變化趨勢，且植被退化區(qū)域面積超出植被改善區(qū)域3.33%。究其原因，眉山市實施的城市 “綠化、亮化、凈化、美化”工程、“綠海明珠”“千湖之城” “百園之市”3大工程以及爭創(chuàng) “省級園林城市”“國家級園林城市”使得中心城區(qū)的綠地面積大幅增加，由于這些工程主要是通過植樹造林的手段來增加綠地面積，因此可以間接用中心城區(qū)林地面積變化來指示綠化工程所取得的成果，中心城區(qū)林地面積從2000年的112 161 hm2增加到了2015年的43 150 hm2，累計增加了31 884.79 hm2。林地中植被改善區(qū)域面積高于退化區(qū)域面積，高出200 hm2，為東坡區(qū)植被改善做出了重要貢獻，但同時建設(shè)用地增加了12 658.39 hm2，水域面積增加了4 933.15 hm2，且建設(shè)用地中大部分植被發(fā)生退化，退化面積遠超出改善區(qū)域面積1 775 hm2。近年來，隨著城市化水平的提高，大量林地被砍伐，土地被平整或者硬化為道路，這些行為都對生態(tài)環(huán)境造成很大的威脅，建設(shè)用地的擴張以及對生態(tài)用地的擠壓、占用以及破壞是導(dǎo)致中心城區(qū)植被出現(xiàn)嚴重退化的重要原因。

5 結(jié)論

1)全市NDVI均值總體以每10年0.021的增速遞增，植被生長狀況得到改善；6縣區(qū)除東坡區(qū)植被覆蓋呈減少趨勢以外其他均呈現(xiàn)緩慢升高趨勢，升高速率從高到低依次為仁壽縣、青神縣、彭山縣、洪雅縣和丹棱縣。

2)從植被蓋度分級變化情況來看，2014年與2000年相比，眉山市低覆蓋度、中覆蓋度、中高覆蓋度植被區(qū)域面積均占全市土地總面積的比例從2000年到2014年分別降低了 7%、3%和14.44%，高覆蓋度植被區(qū)域面積增加了125 107 hm2，占全市土地總面積的17.53%。

不同區(qū)縣植被覆蓋度變化最劇烈的主要集中在中高覆蓋度和高覆蓋度2個等級，5區(qū)縣環(huán)境質(zhì)量均朝改善方向發(fā)展，其中仁壽縣最優(yōu)，彭山縣、青神縣和東坡區(qū)次之，丹棱縣和洪雅縣較差，洪雅縣排位最末。

3)從差值植被指數(shù)分級變化來看，在2000—2015年，全市有79.43%的區(qū)域植被覆蓋情況處于無變化狀態(tài)，改善區(qū)域面積為76 950 hm2，占總面積的10.74%，退化區(qū)域面積為70 425 hm2，占總面積的9.83%。退化區(qū)域主要為山地區(qū)、水域區(qū)以及道路沿線，分布在岷江和青衣江沿線、仁壽縣的黑龍灘水域地帶、洪雅縣的瓦屋山省級自然保護區(qū)以及穿市區(qū)的遂洪高速的岷江以西段位、岷東大道和眉州大道穿越四川城市職業(yè)學(xué)院眉山校區(qū)周圍段位。

4)從植被狀況變化的驅(qū)動力來看，除氣候因素之外，人為因素也不可小覷，主要包括區(qū)域性的大環(huán)境綠化生態(tài)工程建設(shè)，城市市政綠化工程建設(shè)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，以及由于中心城區(qū)快速城市化進程生態(tài)用地被嚴重擠壓等。

6 討論

本研究結(jié)論是基于對500 m×500 m分辨率的MODIS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析所得，對于較大尺度的研究區(qū)域范圍來說，本研究結(jié)論具有較明顯的現(xiàn)實意義，但是由于低分辨率的限制，也可能造成對所研究區(qū)域植被特征的更多細節(jié)動態(tài)有所忽視，有待今后開展更深入的研究；其次在討論農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對植被變化的影響時，由于部分數(shù)據(jù)無法獲取，只能對2008—2015年時間段的經(jīng)果林面積變化做統(tǒng)計分析，但由于現(xiàn)有數(shù)據(jù)屬于近期8年連續(xù)性數(shù)據(jù)，因此仍然具有一定的代表意義。

[1]郭鈮.植被指數(shù)及其研究進展[J].干旱氣象，2003，21(4):71－75.

[2]徐涵秋，陳本清.廈門市植被變化的遙感動態(tài)分析[J].地球信息科學(xué)，2003，5(2):105－108，2.

[3]賈寶全，邱爾發(fā)，張紅旗.基于歸一化植被指數(shù)的西安市域植被變化[J].林業(yè)科學(xué)，2012，48(10):6－12.

[4]柳錚錚，曾從盛，鐘春棋.基于TM影像的福州市地表植被變化分析[J].水土保持研究，2008，15(3):194－196.

[5]許旭，李曉兵，梁涵瑋，等.內(nèi)蒙古溫帶草原區(qū)植被蓋度變化及其與氣象因子的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報，2010，30(14):3733－3743.

[6]程紅芳，章文波，陳鋒.植被覆蓋度遙感估算方法研究進展[J].國土資源遙感，2008，20(1):13－18.

[7]亞庫普·約麥爾，阿里木江·卡斯木.喀什市城市植被及其覆蓋度研究[J].測繪科學(xué)，2016，41(3):109－113.

[8]牛安逸，馬姣嬌，陳志云.基于遙感技術(shù)及綜合指數(shù)法的廣州市自然生態(tài)環(huán)境評價[J].中國城市林業(yè)，2015，13(6):11－15.

[9]潘薔，范文義，于海群，等.北京市植被指數(shù)變化與影響因素分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，34(2):26－33.

[10]李紅，李德志，宋云，等.快速城市化背景下上海崇明植被覆蓋度景觀格局分析[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009(6):89－100.

[11]楊勝天，劉昌明，楊志峰，等.南水北調(diào)西線調(diào)水工程區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境評價[J].地理學(xué)報，2002，51(1):11－18.

[12]劉亞玲，潘志華，范錦龍，等.陰山北麓地區(qū)植被覆蓋動態(tài)時空分析[J].資源科學(xué)，2005，27(4):168－174.

[13]李一靜，曾輝，魏建兵.基于歸一化植被指數(shù)變化分級的深圳市植被變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19(5):1064－1070.

[14]賈寶全.基于TM衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的北京市植被變化及其原因分析[J].生態(tài)學(xué)報，2013，33(5):1654－1666.