劉大逵， 張 平， 陳 利， 夏 栗， 陳溪璐

(1.湖南省農林工業(yè)勘察設計研究總院， 湖南 長沙 410007; 2.株洲市林業(yè)局， 湖南 株洲 412007)

長株潭城市群是湖南省城鎮(zhèn)化發(fā)展水平最高的區(qū)域，位于京廣經濟帶、泛珠三角經濟區(qū)、長江經濟帶的結合部，具備建設區(qū)域性中心城市群、影響和輻射四方的區(qū)位優(yōu)勢[1-3]。長株潭城市群定位為現(xiàn)代化生態(tài)型城市群，2007年12月，長株潭城市群成為國家“兩型社會”建設綜合改革的配套試驗區(qū)[4-5]。近年來，長株潭城市群開始創(chuàng)建長株潭國家森林城市群建設并制定了相關總體規(guī)劃，因此，區(qū)域森林植被狀況的變化顯得尤為重要。

在城市化進程快速發(fā)展的背景下，大規(guī)模城市化建設影響著城市群的森林植被保護與修復，一系列開發(fā)建設加大了對森林植被的破壞，發(fā)展與保護的矛盾突出，城市生態(tài)環(huán)境日益嚴峻[6]。如何保護好長株潭城市群現(xiàn)有森林資源，充分利用城區(qū)有限的土地增加城市綠化面積，平衡保護與發(fā)展的關系是長株潭城市群在新時期生態(tài)文明建設思潮中所面臨的重要挑戰(zhàn)。

1 研究區(qū)概況

長株潭城市群包括長沙市、株洲市和湘潭市，位于京廣經濟帶、泛珠三角經濟區(qū)、長江經濟帶的結合部，地理坐標為111°58′38″—114°13′20″E，26°18′19″—28°41′72″N，地處湖南省東北部，屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫16～19 ℃，降雨量1 230～1700 mm[7]。3市呈“品”字型分布，3市中心城區(qū)兩兩相距不足20 km，結構緊湊，國土總面積2.81萬km2，其中林業(yè)用地面積1 556 962.4 hm2，有林地面積1 408 826.7 hm2，活立木蓄積6 424.4萬m3，森林覆蓋率56.16%[8](圖1)。

2 數(shù)據來源與研究方法

2.1 數(shù)據來源

(1) 矢量數(shù)據：1997、2007、2017年長株潭3市土地利用矢量數(shù)據；

(2) 衛(wèi)星影像：1997、2007、2017年長株潭3市Landsant衛(wèi)星影像；

(3) 森林資源數(shù)據：1997、2007、2017年湖南省森林資源調查數(shù)據。

2.2 研究方法

2.2.1 歸一化植被指數(shù) 歸一化植被指數(shù)(NDVI)可用于檢測植被生長狀態(tài)[9-12]，NDVI的估算采用通用的估算方法，算法如公式：

NDVI=(Band4-Band3)/(Band4+Band3)

2.2.2 植被覆蓋度 植被覆蓋度反映植被的茂密程度和植物進行光合作用面積的大小[13-14]。通常植被覆蓋度是最直接可用的、也便于區(qū)域之間數(shù)量對比的植被因子[15-16]。本文測定的植被覆蓋度為投影蓋度，采用蓋度框法進行測定。

2.2.3 差值植被指數(shù)(DVI) 通過兩期大于0.1的NDVI值的直接相減，以更直接地刻畫植被空間質量的變化情況[17-18]。

3 結果與分析

3.1 植被指數(shù)變化分析

利用TM影像的紅色和近紅外波段組合所反演的長株潭城市群NDVI指數(shù)見圖2。從圖2可看出，三期植被指數(shù)的空間分布格局基本一致，水域、山地、丘陵分布處植被指數(shù)都相對較高，城區(qū)植被指數(shù)最低。從植被指數(shù)統(tǒng)計情況看(表1)，2007年與1997年相比，長株潭城市群植被指數(shù)平均值降低了0.118 4，在長株潭中部以北部區(qū)域表現(xiàn)最為突出；2017年與2007年相比，植被指數(shù)增加了0.212 7并超過了1997年的植被指數(shù)平均值，這表明長株潭城市群的植被生長狀況在該時段內有一定程度的正向變化，也說明長株潭城市群城市生態(tài)建設以及3市創(chuàng)建森林城市的工作已見成效。

表1 長株潭城市群NDVI統(tǒng)計Tab.1 NDVI statistics of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Ur-ban Agglomeration年份最小值最大值極差平均標準差1997-0.584 60.892 81.477 40.606 16.841 02007-0.434 80.846 11.280 90.487 74.660 32017-0.386 50.923 61.310 10.700 48.750 2

由圖3可知，3市三期的植被指數(shù)值都呈現(xiàn)了“高-低-高”的變化特點。從1997—2007年，3市下降幅度最大的是長沙市，下降幅度為0.138 3，下降幅度最小的是湘潭市，下降幅度為0.065 5。從2008—2017年，3市的植被指數(shù)增幅均較大，增幅最大是株洲市，其增加幅度為0.281 0，增幅最小的是長沙市，增幅為0.162 7。2007年后，3市均積極投入創(chuàng)建森林城市建設，生態(tài)建設取得了較好的成效，特別是株洲市森林城市建設效果特別明顯。雖在此期間曾遭受2008年冰凍災害影響[19]，但災后修復、植樹造林、退耕還林、鞏固退耕還林等措施對區(qū)域森林的保護成效可見一斑。

3.2 植被覆蓋度變化分析

由圖4可知，長株潭城市群植被覆蓋度較低的區(qū)域主要集中在中部的長株潭3市城區(qū)以及北部區(qū)域，植被覆蓋度較高的區(qū)域主要集中在東部瀏陽市、南部株洲市的攸縣、茶陵縣、炎陵縣以及西部的寧鄉(xiāng)市。

由表2可知，1997—2007年間，植被的逆向變化情況比較明顯，突出表現(xiàn)在：中覆蓋度植被面積擴大，增加了428 861.57 hm2，所占比例增長了15.26%；高覆蓋度植被面積大幅減少，減少了676 838.04 hm2，所占比例降低了24.08%，說明該時段內區(qū)域植被的變化表現(xiàn)為數(shù)量縮減和質量退化。而2008—2017年間，植被的正向變化情況比較明顯，突出表現(xiàn)在：雖然中覆蓋度、中高覆蓋度植被面積有所減少，但高覆蓋度植被面積增幅較大，增加面積達871 714.71 hm2。這說明，2008—2017年間長株潭城市群區(qū)域內植被在朝著面積增加、質量提升的方向發(fā)展。

表2 長株潭城市群三期植被覆蓋度統(tǒng)計Tab.2 Statistical table of vegetation coverage in the third stage of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration項目1997年2007年2017年2007—1997年2017—2007年面積/hm2比例/%面積/hm2比例/%面積/hm2比例/%面積/hm2比例/%面積/hm2比例/%低覆蓋度93 981.243.34188 552.396.71366 824.7113.0594 571.153.37178 272.326.34中覆蓋度339 122.7012.07767 984.2727.33318 538.8711.34428 861.5715.26-449 445.40-15.99中高覆蓋度868 192.8330.901 021 598.1536.35421 056.5214.98153 405.325.46-600 541.63-21.37高覆蓋度1 508 818.3353.69831 980.2929.611 703 695.0060.63-676 838.04-24.09871 714.7131.02

此外，從三期不同植被覆蓋度所占比例來看，最小的為6.71%，最高的也僅為29.61%，可見長株潭城市群的植被覆蓋景觀缺乏明顯的構成基質，缺乏對區(qū)域生態(tài)環(huán)境起主導導向作用的植被覆蓋要素，這將導致區(qū)域植被生態(tài)的建設與維護成本的增加。

3.3 差值植被指數(shù)變化分析

差值植被指數(shù)能進一步提高植被空間展示的準確度[20]。長株潭城市群1997—2007年和2008—2017年兩期差值植被指數(shù)分級分布情況見圖5。

由圖5和表3可知：1997—2007年間，長株潭城市群區(qū)域植被變化以退化過程占主導優(yōu)勢，整個區(qū)域植被退化變化的區(qū)域面積達2 007 636.93 hm2，占植被區(qū)域面積的74.82%，植被改善變化的比例僅25.18%；2008—2017年間，植被呈現(xiàn)出了以改善為優(yōu)勢的變化特征，整個區(qū)域植被改善的面積達2 039 924.34 hm2，占植被區(qū)域總面積的81.90%，其中中度改善和輕度改善所占比例最大，分別達到了36.00%和31.82%，極度改善的面積比例也達到了14.08%，該時段內植被退化的區(qū)域僅450 699.75 hm2，所占比例為18.10%，表明長株潭城市群在2008—2017年期間，植被質量得到明顯的提高。

表3 長株潭城市群1997—2017年差值植被指數(shù)統(tǒng)計Tab.3 Statistical table of difference vegetation index of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration項目1997—2007年2008—2017年面積/hm2比例/%面積/hm2比例%極度退化28 903.321.089 399.960.38中度退化478 786.8617.8449 399.831.98輕微退化1 499 946.7555.90391 899.9615.74輕微改善594 915.3922.17896 517.3636.00中度改善71 590.322.67792 632.8831.82極度改善9 138.150.34350 774.1014.08

4 結論與討論

(1)1997—2007年間，長株潭城市群的植被生長狀態(tài)下降，植被覆蓋度降低，植被主導表現(xiàn)為退化趨勢。2008—2017年間，該區(qū)域的植被生長狀態(tài)回升并超過上一時段，植被覆蓋度升高，植被主導表現(xiàn)為明顯的改善趨勢。2007年后，該區(qū)域重點建設生態(tài)保護與修復工程，生態(tài)建設取得了較好的成效。

(2)由于過去林業(yè)信息化程度低，導致2013年前的森林資源數(shù)據獲取難度大，故本文僅對1997年、2007年和2017年3個節(jié)點年份的相關數(shù)據進行了計算和分析，無法對長株潭城市群20年間的森林植被變化情況做逐年連續(xù)分析和對比。在下一步的研究中，將對2013年以后的森林植被數(shù)據進行連續(xù)統(tǒng)計和分析，以得出近年來長株潭城市群森林植被變化的趨勢和規(guī)律并預測未來該區(qū)域的森林植被發(fā)展狀況。

(3)為使長株潭城市群森林植被的生長狀態(tài)和植被覆蓋度不再下滑，使植被處于改善的主導態(tài)勢，首先要優(yōu)先保護好現(xiàn)有的山地森林資源，區(qū)域森林資源主要分布在東部和南部的山地和丘陵上，丘陵與低山地區(qū)的可造林宜林地越來越少[21]，因此，植被建設要優(yōu)先保護好現(xiàn)有森林植被，避免區(qū)域植被再出現(xiàn)逆向發(fā)展。

(4)長株潭城市群森林植被最薄弱的區(qū)域為3市中心城區(qū)，因此，發(fā)展城區(qū)內綠化是提高長株潭城市群森林植被的最佳措施[22-23]。以湘江兩岸、城區(qū)自然山體、濕地以及其他閑置空間等要素為依托，充分利用城區(qū)有限的土地增加綠地面積，針對綠地空間不足、綠化水平薄弱的地方，規(guī)劃公園綠地。加強屋頂、墻體、橋體、陽臺等立體空間的綠化，提高建筑空間的植被覆蓋度。

(5)長株潭城市之間的經濟發(fā)展水平差異，導致各市的森林植被變化情況不一。3市中，長沙市作為省會城市，經濟發(fā)展速度最高，但付出了前期森林植被生長狀況降幅最大，后期生長狀況增幅最小的代價。因此，在城市發(fā)展建設中，更要加強“城市綠線、生態(tài)紅線”保護，鞏固城鄉(xiāng)綠化建設成果。