鄭 健，徐 蓉，朱曉翠，楊怡曼

（寧波市奉化區(qū)氣象局，浙江寧波 315500）

0 引言

寧波市奉化區(qū)位于浙江省東部沿海，作為“中國(guó)天然氧吧”城市、浙江省生態(tài)文明建設(shè)示范區(qū)，奉化始終高度重視生態(tài)文明建設(shè)工作。植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分[1]，其在防風(fēng)固沙、凈化大氣、構(gòu)建優(yōu)美環(huán)境上有巨大作用，因此定性和定量分析奉化植被生態(tài)質(zhì)量發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)持續(xù)改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量、提升生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性有著重要意義。目前在植被生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)中，植被覆蓋度和植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（植被NPP）作為衡量植被生態(tài)變化的2 個(gè)重要指標(biāo)，在相關(guān)研究中得到大量應(yīng)用，如呼和孟古拉等[2]基于MODIS NDVI數(shù)據(jù)，利用像元二分模型反演得到呼倫貝爾市和興安盟扎賚特旗草原2001—2016年植被覆蓋度數(shù)據(jù)，研究其草原退化整體變化趨勢(shì)及影響因子。李雨鴻等[3]對(duì)遼寧省植被覆蓋度進(jìn)行估算，探討了2000—2018年遼寧省植被覆蓋度的時(shí)空演變特征。王娟等[4]利用ArcGIS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究陜北退耕還林區(qū)植被NPP與氣候因素和土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變的關(guān)系。孫應(yīng)龍等[5]基于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量TEC 模型，結(jié)合趨勢(shì)分析、相關(guān)分析等統(tǒng)計(jì)方法，揭示了2000 年以來(lái)云南省典型礦區(qū)——臨滄市的植被覆蓋度、植被NPP等時(shí)空變化特征及其與氣候因子關(guān)系。

監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)植被覆蓋度和植被NPP可以為生態(tài)環(huán)境保護(hù)、植物估產(chǎn)、資源開(kāi)發(fā)利用提供重要參考，但是單一評(píng)估植被覆蓋度或植被NPP都難以全面反映植被的綜合生態(tài)質(zhì)量。錢(qián)拴等[6]基于植被NPP和覆蓋度構(gòu)建了植被綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)，能夠定量表達(dá)植被綜合生態(tài)質(zhì)量的高低以及年際之間對(duì)比、多年變化趨勢(shì)，解決了植被NPP相同、覆蓋度不同或覆蓋度相同、NPP不同情況下如何評(píng)價(jià)植被綜合生態(tài)質(zhì)量的問(wèn)題。因此本文采用植被NPP、覆蓋度和綜合生態(tài)質(zhì)量指數(shù)對(duì)2000—2018 年奉化植被生態(tài)質(zhì)量開(kāi)展綜合性分析，并將最小評(píng)估單元精細(xì)至鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)，以期掌握奉化區(qū)域植被生態(tài)質(zhì)量的時(shí)空變化特點(diǎn)，為加強(qiáng)當(dāng)?shù)鼐C合治理、促進(jìn)植被的生態(tài)恢復(fù)提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

奉化地處天臺(tái)山脈與四明山脈交接地帶，地勢(shì)由西南向東北傾斜，西部和南部多高山峻嶺；東北部地勢(shì)平坦，河網(wǎng)縱橫，屬寧奉平原；東南部靠象山港，海岸線曲折，沿海狹長(zhǎng)地帶形成港灣平原。境內(nèi)最高點(diǎn)黃泥漿崗海拔976 m，最低點(diǎn)為沿海灘涂，海拔僅1 m。氣候上屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量1475.7 mm，平均氣溫16.9℃，平均日照時(shí)數(shù)1787.7 h。

1.2 資料來(lái)源

本研究所用氣象資料來(lái)源于奉化自動(dòng)氣象站2000—2018年觀測(cè)的氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制。衛(wèi)星資料來(lái)源于國(guó)家氣象衛(wèi)星中心提供的MODIS 衛(wèi)星月NDVI合成數(shù)據(jù)，空間分辨率為250 m，時(shí)間范圍為2000—2018年逐月。

1.3 研究方法

1.3.1 植被覆蓋度 植被覆蓋度是指植被地上部分垂直投影面積占地面面積的百分比，為衡量生態(tài)綠化程度的量化指標(biāo)[7]。植被覆蓋度和歸一化植被指數(shù)NDVI之間存在極顯著的線性相關(guān)關(guān)系，通過(guò)建立二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，直接提取植被覆蓋度信息[8-9]。本文采用像元二分模型估算植被覆蓋度，其計(jì)算如公式(1)所示。

式中，F(xiàn)VC為一個(gè)像元內(nèi)植被覆蓋度；NNDVI為該像元上歸一化植被指數(shù)；NNDVIveg為影像上植被部分對(duì)應(yīng)的NDVI值，取0.95；NNDVIsoil為影像上裸地部分對(duì)應(yīng)的NDVI值，取0.05。

1.3.2 植被凈初級(jí)生產(chǎn)力 植被NPP是指綠色植物在單位面積、單位時(shí)間內(nèi)所能累積的有機(jī)物數(shù)量，一般以每平方米干物質(zhì)的含量(g C/m2)來(lái)表示[10]。植被NPP的估算是基于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量TEC模型，由植被所吸收的光合有效輻射、實(shí)際光能轉(zhuǎn)化率以及植物的呼吸消耗等數(shù)據(jù)確定[11-12]，其表達(dá)如式(2)～(3)所示。

式中，NPP、GPP、R分別代表植被凈初級(jí)生產(chǎn)力、總初級(jí)生產(chǎn)力、呼吸消耗量；ε為實(shí)際光能轉(zhuǎn)化率，主要受氣溫和水分脅迫的影響，其中水分脅迫影響利用土壤水分子模型求算，氣溫脅迫影響系數(shù)利用月平均氣溫和月NDVI數(shù)據(jù)求算；FPAR為植被吸收光合有效輻射的比例，利用逐月NDVI估測(cè)；PAR為入射光合有效輻射，由氣象站日照時(shí)數(shù)計(jì)算太陽(yáng)總輻射，然后根據(jù)入射光合有效輻射占太陽(yáng)總輻射的比例0.48計(jì)算。

1.3.3 植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù) 植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)以植被NPP和覆蓋度的綜合指數(shù)來(lái)表示[6]，其值越大，表明植被生態(tài)質(zhì)量越好，其計(jì)算如公式(4)所示。

式中，Qi表示第i年植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)；f1表示植被覆蓋度權(quán)重系數(shù)，取0.5；FVCi表示第i年植被覆蓋度；f2表示植被NPP的權(quán)重系數(shù)，取0.5；NPPi表示第i年的植被NPP；NPPmax表示參與評(píng)估的年植被NPP的歷史最大值，即視為當(dāng)?shù)刈詈脷庀髼l件下的生產(chǎn)力。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被覆蓋度改變狀況

2000 年以來(lái)奉化植被覆蓋度總體呈現(xiàn)提高趨勢(shì)（圖1），2000—2018 年平均值為66.7%，年均增速在0.26%，通過(guò)0.01 置信水平，超過(guò)全國(guó)同期0.25%的平均值[14]。植被覆蓋狀況不斷改善，尤其是2014—2018年植被覆蓋度逐年上升，2018年植被覆蓋度達(dá)到最大值70.6%。對(duì)2014—2018年的逐月平均植被覆蓋度進(jìn)一步研究顯示（圖2），全年一半時(shí)間植被覆蓋度在70%以上，“單峰型”分布特征明顯，8月植被覆蓋度最高達(dá)到80.5%，2月降至55.7%的最低值。植被覆蓋度季節(jié)分布中，夏季最高，冬季最低，秋季高于春季。

圖1 2000—2018年奉化植被覆蓋度變化

圖2 2014—2018年奉化平均植被覆蓋度月變化

以行政區(qū)劃為界，對(duì)奉化所有鎮(zhèn)（街道）的2018年植被覆蓋度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示（圖3），有4個(gè)鎮(zhèn)（街道）植被覆蓋度超過(guò)70%，位于山區(qū)的大堰鎮(zhèn)和溪口鎮(zhèn)居前兩位，平均植被覆蓋度分別達(dá)到77.4%和76.4%，第3～7位分別是尚田街道、蕭王廟街道、裘村鎮(zhèn)、莼湖街道和松岙鎮(zhèn)，也均超過(guò)了65%。岳林街道是奉化城區(qū)所在地，江口街道（含方橋，下同）為寧南貿(mào)易物流園區(qū)、工業(yè)園區(qū)所在地，上述區(qū)域因城市發(fā)展，植被覆蓋度不足50%，較其他鎮(zhèn)（街道）存在差距。

圖3 2018年奉化各鎮(zhèn)（街道）植被覆蓋度

2.2 植被凈初級(jí)生產(chǎn)力變化特征

與植被覆蓋度明顯向好的變化趨勢(shì)不同，2000—2018 年的植被NPP總體雖然也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)（圖4），增速約為1.7 g C/(m2·a)，但未能通過(guò)0.05 置信水平。2000年以來(lái)的植被NPP平均值為998.2 g C/m2，在2003年和2011年有2個(gè)明顯的低值拐點(diǎn)，植被NPP分別降至947.9 g C/m2和938.4 g C/m2。結(jié)合2003 年和2011年的氣候背景綜合分析，低值出現(xiàn)與階段性干旱過(guò)程有密切關(guān)聯(lián)。2003年由于高溫少雨，寧波全市僅農(nóng)田受旱面積就達(dá)72000 hm2。2011年1—5月降水量比常年同期偏少50.5%，奉化氣象干旱等級(jí)一度達(dá)到重旱。2017 年和2018 年奉化植被NPP連續(xù)2 年保持快速增長(zhǎng)，2018 年植被NPP達(dá)到1078.8 g C/m2，較上一年度增加39 g C/m2，超過(guò)全國(guó)同期平均12 g C/m2的增長(zhǎng)量[14]，成為2000年以來(lái)的最大值。

圖4 2000—2018年奉化植被凈初級(jí)生產(chǎn)力變化

對(duì)奉化2018 年所有鎮(zhèn)（街道）的植被NPP進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖5），與植被覆蓋度相似，大堰鎮(zhèn)、溪口鎮(zhèn)和尚田街道分別以1169.2、1165.1、1106.3 g C/m2的植被NPP排名前三，西塢、錦屏、江口及岳林4 個(gè)街道的平均值低于1000 g C/m2。進(jìn)一步結(jié)合地形可以發(fā)現(xiàn)（圖略），植被NPP高值區(qū)主要分布在西部和南部山區(qū)，最高值達(dá)到1401.2 g C/m2。不足800 g C/m2的范圍主要分布在東北部寧奉平原的人口集聚區(qū)和沿海三鎮(zhèn)靠近象山港一線的港灣平原，該部分面積約占奉化陸地總面積的8.3%。

圖5 2018年奉化各鎮(zhèn)（街道）植被凈初級(jí)生產(chǎn)力

2.3 植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)評(píng)估

2000—2018 年植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)在波動(dòng)中升高（圖6），從2000年的66.8逐漸上升至2018年的73.7，平均值為68.8，提高的平均速率為0.19/a，通過(guò)了0.01 水平的顯著性檢驗(yàn)。對(duì)比降水量和植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)的年際變化趨勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)在2014 年以前，兩者的變化趨勢(shì)有著很好的一致性，表明植被生態(tài)質(zhì)量與降水量呈正相關(guān)。2014 年開(kāi)始，兩者的相關(guān)性有所減弱，甚至出現(xiàn)負(fù)相關(guān)，特別是2017和2018年降水量下降背景下，植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)仍明顯增長(zhǎng)。分析上述變化的原因，人為干預(yù)可能是重要因素之一。自“兩山理論”在2005 年提出后，奉化更加重視生態(tài)文明建設(shè)，財(cái)政投入逐年加大，管護(hù)措施得到加強(qiáng)，林分質(zhì)量穩(wěn)步提高，僅2011—2016 年奉化就完成造林面積1640 hm2，中幼林撫育面積12134 hm2，四明山區(qū)域生態(tài)修復(fù)1060 hm2。隨著這些植樹(shù)造林等環(huán)境保護(hù)舉措力度的不斷增強(qiáng)，以及水利和灌溉設(shè)施的進(jìn)一步完善，減輕了年際間降水不平衡對(duì)植被的影響。

圖6 2000—2018年植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)和年降水量變化

2005 年植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與2000—2018 年期間的平均值同樣為68.8，可以代表奉化植被狀況在19年中的一個(gè)平均水平。對(duì)比2005 年（圖7a）和2018 年（圖7b）植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)空間分布圖，發(fā)現(xiàn)90.0%的區(qū)域面積實(shí)現(xiàn)了指數(shù)的增長(zhǎng)，特別是山區(qū)增長(zhǎng)尤為明顯。統(tǒng)計(jì)植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)80.0以上的區(qū)域面積，溪口鎮(zhèn)增加了43.1%，大堰鎮(zhèn)增加了32.3%，蕭王廟街道增加30.2%。指數(shù)下降的區(qū)域集中在岳林和江口2 個(gè)街道，因城市化發(fā)展需要，原土地利用類(lèi)型改變，進(jìn)而對(duì)植被造成影響，導(dǎo)致低值區(qū)域面積的擴(kuò)大。

圖7 2005年(a)和2018年(b)奉化植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)空間分布

3 結(jié)論與討論

（1）2000—2018 年奉化植被覆蓋度、凈初級(jí)生產(chǎn)力和植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)都呈現(xiàn)提高趨勢(shì)，平均增速分別達(dá)到0.26%/a、1.7 g C/(m2·a)和0.19/a，除植被凈初級(jí)生產(chǎn)力外均通過(guò)0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，表明奉化植被生態(tài)質(zhì)量總體呈向好態(tài)勢(shì)。

（2）2018 年奉化植被生態(tài)質(zhì)量達(dá)到最高，但不同區(qū)域狀況存在較大差異。城區(qū)因城市化發(fā)展需要，原土地利用類(lèi)型改變，植被生態(tài)質(zhì)量相對(duì)較差，山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)在植被覆蓋度和植被凈初級(jí)生產(chǎn)力指標(biāo)上都明顯優(yōu)于城區(qū)，大堰、溪口和尚田植被生態(tài)質(zhì)量居奉化前三位。

（3）2000—2014 年奉化植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與年降水量呈正相關(guān)，2014年以后植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)變化受年降水量影響減小，這可能與生態(tài)保護(hù)和修復(fù)力度不斷增強(qiáng)有關(guān)。相比“兩山理論”首次提出的2005 年，2018年有90.0%的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)的正增長(zhǎng)，山區(qū)增長(zhǎng)尤為明顯。

綜上分析，2000年以來(lái)奉化植被生態(tài)質(zhì)量總體向好發(fā)展，山區(qū)植被質(zhì)量提升尤為顯著，但不同區(qū)域發(fā)展存在不平衡，平原局部地區(qū)因城市發(fā)展有退化現(xiàn)象，需進(jìn)一步加強(qiáng)針對(duì)性保護(hù)。另外需要指出的是，本文在植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)計(jì)算中，植被覆蓋度權(quán)重系數(shù)和植被NPP的權(quán)重系數(shù)沿用了錢(qián)拴等[6]在全國(guó)植被綜合生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)中的取值，在今后的研究中需根據(jù)本地植被類(lèi)型進(jìn)一步研究分析權(quán)重系數(shù)分配的合理性。