生態(tài)監(jiān)測在鐵路建設(shè)項目中的應(yīng)用

李廷山，王志科，唐 渭，李明奇

（1.中鐵科學研究院有限公司 成都分公司，四川 成都 610036；2.鄭西鐵路客運專線有限責任公司 工程部，河南 鄭州 450009）

1 概述

生態(tài)監(jiān)測作為一種系統(tǒng)收集地球自然資源信息的技術(shù)方法，起始于20世紀60年代后期，至今已有40多年的發(fā)展歷史[1]。生態(tài)監(jiān)測是環(huán)境生態(tài)建設(shè)的技術(shù)保證和支持體系，采用生態(tài)學的各種方法和手段，從不同尺度對各類生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的時空格局進行度量，主要通過監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)的條件、條件變化、對環(huán)境壓力的反應(yīng)及其趨勢而獲得[2]，以標準化的方法在特定時間、空間內(nèi)重復分析測定生態(tài)系統(tǒng)狀況[3]。常規(guī)的生態(tài)監(jiān)測技術(shù)手段通常有地面監(jiān)測、航空監(jiān)測和遙感衛(wèi)星監(jiān)測3種。

地面監(jiān)測是較為傳統(tǒng)的技術(shù)手段，可以提供最詳細的生態(tài)情況。許多生態(tài)功能及生態(tài)結(jié)構(gòu)的變化只能通過在野外觀測及調(diào)查進行監(jiān)測；此外，地面監(jiān)測能夠驗證提高遙感數(shù)據(jù)的精確性并有助于對數(shù)據(jù)的解釋。航空監(jiān)測是目前3種監(jiān)測技術(shù)中最經(jīng)濟有效的一種，航空監(jiān)測首先用坐標網(wǎng)覆蓋研究區(qū)域，飛行時系統(tǒng)記錄位置并發(fā)送分析獲得的數(shù)據(jù)[4]。遙感衛(wèi)星監(jiān)測是利用地球資源衛(wèi)星監(jiān)測植被類型、生長狀況、病蟲害等，其最大優(yōu)點是覆蓋面廣，可以獲得人工難以到達的高山、叢林資料。一般而言，地面監(jiān)測、航空監(jiān)測和遙感衛(wèi)星監(jiān)測相互配合才能獲得完整的資料[5]。本文針對鄭徐客運專線(以下簡稱“鄭徐客?！?穿越中牟森林公園區(qū)段，采用常規(guī)地面生態(tài)監(jiān)測，并利用多時相陸地衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行遙感監(jiān)測，通過對研究區(qū)植被類型、土地分類、土壤侵蝕等的定量分析，進行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的研究，用以分析和探究鄭徐客專建設(shè)對中牟森林公園區(qū)段的生態(tài)影響。

中牟森林公園為省級森林公園保護區(qū)，位于鄭州市中牟縣北部，地處暖溫帶大陸性季風氣候，區(qū)位優(yōu)勢明顯，交通條件便利，公園面積5 458.3 hm2，劃屬華北植物地區(qū)-豫東平原植物亞地區(qū)的黃河-淮河平原植物小區(qū)。該小區(qū)自然地理位置在安徽省界以西、淮河干流北岸以北、伏牛山麓以東、黃河以南。地帶性植被以落葉闊葉為主，植被發(fā)育良好，有成片的人工林，森林樹種主要是人工種植栽培刺槐。

中牟森林公園范圍較大，鄭徐客專工程線位無法繞避，以橋梁形式穿越森林公園北林區(qū)，穿越長度4.9 km，工程永久占用森林公園林地約8.82 hm2，占北林區(qū)總面積的0.22%，占中牟森林公園總面積的0.16%。穿越森林公園地帶主要為刺槐林，土壤以潮土等為主，生態(tài)較為脆弱，需做好施工期防護措施。鄭徐客專穿越中牟森林公園生態(tài)環(huán)境評價范圍為線路中心線兩側(cè)各500 m，總面積為633.94 hm2，工程占地面積占評價區(qū)總面積的1.39%。

2 森林公園樣方調(diào)查方法

2.1 地面監(jiān)測(樣方調(diào)查)

調(diào)查的時間在2015年6月和2016年6月，屬于夏季植被生長旺盛期，大多數(shù)植物正處在花期(除禾本科植物)，為植物鑒定提供了有利的自然條件。為了使樣方充分代表路線所經(jīng)區(qū)域的植被群落種類組成，在選取樣方地點時，盡量選取具代表性的不同植物群落的地帶為樣地，同時考慮樣方分布的均勻程度，在鄭徐客專穿越中牟森林公園處共設(shè)置6個監(jiān)測樣地(東西兩端各布設(shè)3個樣地)，通過現(xiàn)場調(diào)查和查閱資料，對樣地內(nèi)所有物種進行鑒定。根據(jù)以下公式計算植被Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)、Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Simpson多樣性指數(shù)(D)和物種豐富度(R)等。

式中：Pi為第i類群的個體數(shù)在總體中的比值。

式中：S為群落內(nèi)的物種數(shù)。

2.2 遙感監(jiān)測

項目所用的本底資料包括：2015年6月20日和2016年6月20日的WorldView2遙感影像為基本數(shù)據(jù)源；項目區(qū)1:10 000地形圖、DEM(數(shù)字高程模型)及矢量化數(shù)據(jù)；野外生態(tài)樣方調(diào)查資料。

根據(jù)國家標準《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017)[6]，土地利用現(xiàn)狀分類采用3級分類；土壤侵蝕現(xiàn)狀分類按照《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—2007)[7]建立分類系統(tǒng)；植被類型分類采用《中國植被類型圖譜》中的分類系統(tǒng)進行。在解譯過程中，影像數(shù)據(jù)經(jīng)過了多項式幾何精糾正和雙線性內(nèi)插重采樣，以保證解譯結(jié)果的幾何精度，出圖比例尺為1:100 000。

3 結(jié)果分析

3.1 樣方調(diào)查監(jiān)測結(jié)果

鄭徐客專穿越中牟森林公園區(qū)段的森林垂直方向可分為喬木層和草本層，喬木層以刺槐為優(yōu)勢種，草本層以龍須菜和狗尾草為優(yōu)勢種，并伴生有小蓬草、山桃草、節(jié)節(jié)麥等物種。

表1為2015年和2016年監(jiān)測結(jié)果。從表1可知，優(yōu)勢度指數(shù)(D)、Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H)等有所增加，鄭徐客專建設(shè)對森林公園生態(tài)植被無影響，森林公園內(nèi)生態(tài)植被均處于自然生長及更新狀態(tài)。

表1 2015年和2016年樣方調(diào)查結(jié)果

3.2 遙感監(jiān)測

3.2.1 土地利用現(xiàn)狀監(jiān)測

通過遙感監(jiān)測，2016年較2015年，森林公園西段耕地減少約0.57 hm2，林地減少約0.84 hm2，工礦倉儲用地減少8.45 hm2，其他用地減少1.82 hm2；草地增加3.24 hm2，交通運輸用地增加8.44 hm2(見表2)。森林公園東段2016年較2015年，耕地增加0.93 hm2，草地增加5.76 hm2，交通運輸用地增加5.27 hm2，城鎮(zhèn)村及工礦用地增加0.26 hm2，林地減少約1.44 hm2，工礦倉儲用地減少5.81 hm2，水域及水利設(shè)施用地減少0.03 hm2，其他用地減少4.94 hm2(見表3)。

表2 中牟森林公園段評價范圍土地利用屬性統(tǒng)計（西段）

表3 中牟森林公園段評價范圍土地利用屬性統(tǒng)計（東段）

分析其主要變化為耕地、草地、交通運輸用地、城鎮(zhèn)村及工礦用地增加，林地、工礦倉儲用地、水域及水利設(shè)施用地、其他用地減少。無大面積破壞、碾壓、占用林地和草地的現(xiàn)象。雖然鐵路工程對地表有一定的擾動，但對森林公園整體土地利用現(xiàn)狀沒有產(chǎn)生明顯影響。

3.2.2 植被類型現(xiàn)狀監(jiān)測

通過遙感監(jiān)測，中牟森林公園西段2016年較2015年有林地減少0.84 hm2，草地增加約3.24 hm2，栽培植被減少0.58 hm2，無植被地段減少1.82 hm2(見表4)。中牟森林公園東段2016年較2015年有林地減少1.44 hm2，草地增加約5.77 hm2，栽培植被增加0.93 hm2，無植被地段減少5.25hm2(見表5)。

表4 中牟森林公園評價范圍內(nèi)植被類型變化情況（西段）

表5 中牟森林公園評價范圍內(nèi)植被類型變化情況（東段）

主要變化為草地增加，有林地、無植被地段減少。通過遙感解譯，在森林公園內(nèi)無大面積破壞和碾壓、占用林地和草地的現(xiàn)象；反之，森林公園內(nèi)的草地有增加趨勢。雖然鐵路工程對地表植被有一定的擾動及破壞，但對森林公園整體的植被類型現(xiàn)狀功能沒有產(chǎn)生較大影響。

3.2.3 土壤侵蝕現(xiàn)狀監(jiān)測

中牟森林公園西段2016年較2015年，水力侵蝕面積增加8.45 hm2，工程擾動面積減少8.45 hm2；東段2016年較2015年，水力侵蝕面積增加3.94 hm2，工程擾動面積減少3.94 hm2(見表6)。

表6 中牟森林公園評價范圍內(nèi)土壤侵蝕面積

主要變化為水力侵蝕面積增加、工程擾動面積減少。通過遙感解譯，在森林公園內(nèi)無大面積工程擾動現(xiàn)象，說明工程對森林公園的影響正在逐步降低，工程所引發(fā)的水土流失減少，生態(tài)有所恢復和改善。

4 結(jié)論

采用常規(guī)生態(tài)監(jiān)測，配合樣方調(diào)查，并利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對鄭徐客專穿越中牟森林公園的生態(tài)影響進行監(jiān)測，結(jié)果如下。

（1）樣方調(diào)查監(jiān)測結(jié)果表明，2016年較2015年，中牟森林公園Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Shannon-wiener多樣性指數(shù)等有所增加，線路施工對森林公園生態(tài)植被無明顯影響，森林公園內(nèi)生態(tài)植被均處于自然生長及更新狀態(tài)。

（2）通過遙感監(jiān)測，2016年較2015年，中牟森林公園的生態(tài)有以下變化：一是土地利用情況，交通運輸用地、草地均有所增加，林地略減；二是植被類型情況，有林地和栽培植被減少，草地增加；三是土壤侵蝕情況，水力侵蝕面積增加，工程擾動面積減少。

（3）生態(tài)環(huán)境影響：一是減少的林地可能是由于線路經(jīng)過區(qū)域砍伐了部分樹木所致，待工程完工后，通過后期植被恢復，會逐漸彌補減少的林地，不會對森林公園的生態(tài)格局造成影響；二是有林地雖有減少但減少量很小，加上后期生態(tài)恢復，將逐漸彌補減少的林地；三是工程擾動面積減少說明工程對森林公園的影響正在逐步降低，工程所引發(fā)的水土流失減少，生態(tài)有所恢復和改善。