譚瑋頤，冉 潔，張喬艷

（貴州省國有扎佐林場，貴州 貴陽 550299）

國有林場面積約占中國陸地面積的8%，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境起著重要調(diào)節(jié)作用，生態(tài)地位極其重要。通過國有林場改革，從以前生產(chǎn)及利用森林資源獲取利益的國有林場發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)建設(shè)和修復(fù)并保護(hù)森林、提供生態(tài)服務(wù)[1]。面對國有林場公益性單位新角色的轉(zhuǎn)型，以及基于社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的外部狀況，國有林場應(yīng)該如何提高林分質(zhì)量、保護(hù)生態(tài)、合理利用森林資源，成為了目前亟需探尋的問題。

植被覆蓋度一般定義為植被（包含枝、莖、葉）垂直投影面積在單位面積內(nèi)的占比。植被覆蓋及其變化對水文、生態(tài)等都具有重要意義，對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化也有重要指示。而植被覆蓋度是衡量地表植被狀態(tài)的重要指標(biāo)，同時，它又是影響水土變化的主要因子[2]。

植被覆蓋度的傳統(tǒng)實測法獲取的多是點上的地表植被覆蓋度，常用方法有目估法、照相法、空間定量計法、網(wǎng)格法、點測法和陰影法等[3]。然而，野外作業(yè)受到天氣、時間和地形條件的限制，局限性大，不易大范圍操作。

森林分類識別和動態(tài)監(jiān)測，對于國家林業(yè)政策完善和林業(yè)發(fā)展意義重大[4]。由于地基、空基、天基遙感平臺上傳感器的空間、光譜、輻射和時間的分辨率各不相同，通過遙感影像處理能夠反映不同時空尺度上的植被覆蓋信息及其動態(tài)變化，較為便利。因此，眾多的學(xué)者和研究人員開始借助遙感技術(shù)對有關(guān)地表特征進(jìn)行研究，在獲取區(qū)域植被覆蓋度參數(shù)上，遙感監(jiān)測已成為主要技術(shù)手段?；谥脖恢笖?shù)的植被覆蓋度遙感主要有植被指數(shù)法、經(jīng)驗?zāi)Ｐ头?、像元分解模型法及FCD模型制圖法（forest canopy density mapping model）[5-8]等估算方法。

遙感技術(shù)適用于長時間序列、大范圍的森林變化動態(tài)監(jiān)測，基于遙感動態(tài)變化監(jiān)測，能夠快速發(fā)現(xiàn)管理區(qū)域內(nèi)林地破壞及人為干擾行為，對森林資源管理的問題實現(xiàn)快速反映。植被覆蓋變化主要是地球內(nèi)部（土壤類型、土壤母質(zhì)等）和外部（光照、風(fēng)力、氣溫、降水等）綜合作用的結(jié)果。通過監(jiān)測植被的各種變化，能夠了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境總體狀況，植被的組成與分布是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要因素。運用遙感技術(shù)監(jiān)測國有林場的植被覆蓋變化，能夠減輕耗時長且復(fù)雜的人力排查的壓力，有目的性地管理和發(fā)展林業(yè)資源。

本研究通過2007年、2013年2景Landsat 5和2019年1景Landsat 8影像，基于像元二分模型估算3個時期貴州省國有扎佐林場貴陽片區(qū)的植被覆蓋度，定量分析近12年來該地區(qū)植被覆蓋度變化情況，初步探討國有林場森林管理與外部城鎮(zhèn)化建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，以及下一步的生態(tài)保護(hù)與林地管理方向。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

貴州省國有扎佐林場在貴州省中部，始建于1958年，林場是貴陽市環(huán)城林帶的重要組成部分，場部位于貴陽市修文縣扎佐鎮(zhèn)，林區(qū)分布于貴州省貴陽市、黔南州所轄4縣2區(qū)，經(jīng)營面積15.16萬畝，森林覆蓋率88.6%，森林蓄積量63.46萬m3，是長江、珠江流域上游重要的生態(tài)屏障。受海拔、地形和森林等多種因素的影響，與省內(nèi)同緯度地區(qū)相比，國有扎佐林場空氣濕度偏高，氣溫變化幅度較大，氣溫偏低，形成了典型的山地氣候。因林區(qū)分布范圍較廣，根據(jù)所處的地理位置劃分為貴陽和惠水兩大片區(qū)，兩大片區(qū)互相不連接，相距150 km。林區(qū)以保護(hù)和培育國有森林資源、維護(hù)生物多樣性和生態(tài)安全為主要宗旨，主要業(yè)務(wù)范圍有林業(yè)科學(xué)研究、先進(jìn)實用新技術(shù)推廣、種質(zhì)資源收集與保存、林木良種選育、樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整、珍貴樹種與大徑級林木培育、國家儲備林基地建設(shè)、生態(tài)文化宣傳教育等。為滿足研究需要，選擇林場貴陽片區(qū)作為本次研究區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

選擇研究年限2007年、2013年及2019年云量遮擋較少并處于植被生長茂密時段的Landsat遙感影像，遙感影像數(shù)據(jù)來自于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/），研究使用的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 研究使用的遙感數(shù)據(jù)

運用Envi5.3軟件對下載的影像進(jìn)行多光譜輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像裁剪的預(yù)處理，得到研究所需影像。

2 研究內(nèi)容與方法

2.1 歸一化植被指數(shù)

利用遙感估算植被覆蓋度的方法現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)展了許多適用方向，利用植被指數(shù)近似估算植被覆蓋度是較為實用的方法，最常用的植被指數(shù)為NDVI。歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index）是目前信息提取常用的參數(shù)，因為它與植被的覆蓋度、綠度及生產(chǎn)力等性狀具有良好的線性關(guān)系，是反映植被氣候脅迫作用以及輻射吸收特性的重要指標(biāo)。

窄帶綠度的歸一化植被指數(shù)NDVI，指近紅外波段與紅光波段經(jīng)非線性歸一化處理而得到的比值波段，根據(jù)處理后的遙感影像，計算公式如下：

式中：NDVI為歸一化植被指數(shù)，NIR為影像近紅外波段，RED為影像紅外波段。

2.2 植被覆蓋度估算模型

植被覆蓋度是單位面積內(nèi)植被面積在地面的垂直投影，包括樹冠和樹根范圍區(qū)域。像元二分模型計算簡便、可靠，是一種實用的植被遙感估算模型，參考李苗苗等在像元二分模型的基礎(chǔ)上研究估算方法，計算公式如下：

式中：植被覆蓋度為Vn，NDVI為混合像元歸一化植被指數(shù)，NDVIsoil為裸土像元的NDVI值，NDVIveg為植被像元的NDVI值。

對NDVI中像元小于-0.1及大于1的值進(jìn)行掩膜，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行直方圖頻率分析，參考前人操作經(jīng)驗以及研究區(qū)土地利用圖和土壤圖，選取NDVI值累計像元頻率[5%,95%]為像元累計頻率有效區(qū)間，在該區(qū)間兩個端點尋找相應(yīng)的NDVI極值來近似代表NDVIveg和NDVIsoil，通過重分類得到植被覆蓋度等級。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被覆蓋度空間分布

根據(jù)計算結(jié)果，植被覆蓋度越高的區(qū)域反映出的顏色越亮，反之則越深，如圖1所示，從2007年至2019年，研究區(qū)及周邊區(qū)域植被覆蓋的整體情況是在逐漸升高的，綠化程度越來越高，植被覆蓋區(qū)域逐漸擴(kuò)大，表明這些區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和水土條件得到改善，植被生長逐年茂盛。同時也可以看出區(qū)域交通路網(wǎng)以及城鎮(zhèn)化建筑隨著時間推移而逐漸增多，城鎮(zhèn)聚居格局開始顯現(xiàn)。北部地區(qū)植被增長狀況明顯，西南部地區(qū)植被變化情況較為緩慢，植被覆蓋度整體由周邊向城鎮(zhèn)持續(xù)上升。

圖1 研究區(qū)及周邊區(qū)域植被覆蓋度

而林場所轄范圍在近12年始終呈現(xiàn)植被覆蓋度較高的態(tài)勢，北部林區(qū)森林狀況始終保持良好，南部林區(qū)植被覆蓋度整體上升，少部分區(qū)域有遭受破壞的跡象。

3.2 植被覆蓋度時空變化

在Envi5.3中代入公式（2）計算植被覆蓋度，本文將植被覆蓋度劃為5個等級：低覆蓋度（V1＜15%）、中低覆蓋度（15%≤V2＜30%)、中等覆蓋度（30%≤V3＜45%）、中高覆蓋度（45%≤V4＜60%）、高覆蓋度（V5＞60%）。如表2所示，研究區(qū)近12年中植被高覆蓋度整體都達(dá)到了85%以上，2007年，植被覆蓋度以高覆蓋度為主，中高覆蓋度次之；2013年與2019年都是以高覆蓋度為主，低覆蓋度次之，在森林培育與保護(hù)上始終呈現(xiàn)較為穩(wěn)定和較高的水平。近12年間，貴州省國有扎佐林場貴陽片區(qū)的植被覆蓋度保持良好，極低植被覆蓋度和低植被覆蓋度占比較低，說明從建場至今植樹造林以及森林資源管護(hù)工作十分到位，植被生長茂盛。各等級植被覆蓋度之間的變化較小，但近年來林區(qū)植被低覆蓋度等級有緩慢增加的趨勢，不穩(wěn)定區(qū)域主要為南部林區(qū)礦產(chǎn)資源豐富區(qū)域和人類經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動集中的區(qū)域，雖然增加占比極少，不到總面積的2%，但城鄉(xiāng)建設(shè)以及人類活動造成的林地質(zhì)量下降問題依然值得重視和警惕。

表2 研究區(qū)植被覆蓋度

為揭示林區(qū)2007年至2019年植被覆蓋度的動態(tài)變化特征，進(jìn)行了植被覆蓋度等級轉(zhuǎn)移變化類型分級，將正向變化、負(fù)向變化及無變化共分為9個程度等級，在ArcGIS軟件平臺中進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加分析，得到植被覆蓋度各等級轉(zhuǎn)移變化的統(tǒng)計表，如表3所示。在2007—2019年，植被覆蓋無變化區(qū)面積達(dá)到46.69 km2，上升區(qū)面積為5.29 km2，減退區(qū)面積為3.4 km2。總體上，林場管轄區(qū)域內(nèi)森林植被覆蓋度各等級之間的轉(zhuǎn)移變化較小，強(qiáng)度變化極為微弱，造成強(qiáng)度減退的原因可能有雹災(zāi)、雷災(zāi)、風(fēng)災(zāi)等自然災(zāi)害，也有林地侵占和蠶食的可能；沒有發(fā)生變化的穩(wěn)定區(qū)域面積較大，林地管護(hù)保持良好穩(wěn)定狀態(tài)。盡管植被覆蓋度上升的面積要優(yōu)于減退的面積，也需要注重退化區(qū)域的生態(tài)修復(fù)與整體林地的質(zhì)量提升。

4 討論

在2007—2019年，貴州省國有扎佐林場不僅管理范圍內(nèi)的植被覆蓋度有所提升，連帶著周邊區(qū)域的綠化程度也在不斷上升，為黔中地區(qū)城市主干道發(fā)揮了較高的生態(tài)防護(hù)效應(yīng)，在持續(xù)管護(hù)下，區(qū)域水土保持情況不斷恢復(fù)，空氣凈化、水源涵養(yǎng)功能得到明顯改善，經(jīng)過幾代務(wù)林人的艱辛努力，林場各項建設(shè)任務(wù)取得顯著成就，發(fā)揮了巨大的林業(yè)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益。但隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、快速城鎮(zhèn)化建設(shè)以及林區(qū)礦產(chǎn)資源豐富的情況，近年來，林地侵占、項目征占用地、交通路網(wǎng)建設(shè)等實際問題使林區(qū)植被低覆蓋度等級略有增加，越靠近經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和人口密集地區(qū)的國有林地，植被覆蓋度下降情況越嚴(yán)重，斑塊數(shù)和破碎化程度越高，嚴(yán)重影響了生境斑塊間的能量流和物質(zhì)流，使得生物多樣性和林地質(zhì)量下降。

本著生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展原則，為了保證森林質(zhì)量提升的有利空間，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)森林生境斑塊的發(fā)展，更好地發(fā)揮國有林場功能定位，保證國有林場森林資源的可持續(xù)經(jīng)營，為新形勢下國有林場資源管理提出幾點建議。

1）加大林業(yè)案件查處力度，維護(hù)法治權(quán)威，提高森林資源保護(hù)和林業(yè)執(zhí)法水平，有效保護(hù)森林、林地和野生動植物資源，有力維護(hù)林區(qū)秩序。最重要的是建立并完善多部門長期有效配合的體制機(jī)制，對重點對象、重點區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化排查，并定期開展專項整治活動，形成嚴(yán)查嚴(yán)管的態(tài)勢。

2）摸清家底，守住底線，擔(dān)好第一線任務(wù)。積極配合自然資源確權(quán)登記，深入探索本地區(qū)生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)模式以及森林生態(tài)效益補(bǔ)償機(jī)制，將突出問題及時反映，把優(yōu)秀成果及時轉(zhuǎn)化分享。

3）加強(qiáng)宣傳和科普，形成全社會綠色生產(chǎn)生活方式的理念，增強(qiáng)林區(qū)群眾的法律意識。對于林下經(jīng)濟(jì)經(jīng)營主體，要把好關(guān)，只引進(jìn)經(jīng)營管理水平高、經(jīng)營手段生態(tài)化的經(jīng)營主體，定期開展宣傳警示教育和檢查，使林區(qū)相關(guān)群眾樹立長遠(yuǎn)和整體的生態(tài)觀，把生態(tài)保護(hù)、守住自然生態(tài)安全邊界的使命根植于每一個人心中。

4）緊抓人才培養(yǎng)和科學(xué)研究，采用科學(xué)和先進(jìn)的經(jīng)營技術(shù)方法，提高森林的數(shù)量和質(zhì)量。充分利用遙感技術(shù)、無人機(jī)及森林監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等先進(jìn)的技術(shù)手段，實時探查與預(yù)判復(fù)雜區(qū)域情況。通過科學(xué)的技術(shù)和理念，精準(zhǔn)有效地進(jìn)行分區(qū)分類施策，優(yōu)化空間資源配置，為林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)不協(xié)調(diào)等問題提供直觀有效的解決方案，推進(jìn)林區(qū)協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展。