國家生態(tài)區(qū)漳州市龍文區(qū)植被恢復評價

陳 瓊

(龍文生態(tài)環(huán)境局，福建 漳州 363005)

為貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，許多地區(qū)在發(fā)展經(jīng)濟的同時，注重對生態(tài)環(huán)境的保護與修復。區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化與該區(qū)域地表植被覆蓋的變化息息相關，因此，地表植被覆蓋情況可以表征某個區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質量[1-2]。而歸一化植被指數(shù)(normalization difference vegetation index，NDVI)被認為是監(jiān)測區(qū)域植被覆蓋度的最有效指標之一，同時也是監(jiān)測植物生長狀況及植被覆蓋變化的最佳指示因子之一[3-4]。因此，NDVI的時空變化特征可直觀地反映該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況以及動態(tài)變化情況[5-6]。

為更加客觀準確地對龍文區(qū)2016年被確立為國家級生態(tài)區(qū)前后植被的恢復情況進行評價，本文從地理空間數(shù)據(jù)云和資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心獲取所需數(shù)據(jù)，利用ENVI5.3以及ArcGIS軟件等相關工具對遙感影像數(shù)據(jù)進行處理，從而分析龍文區(qū)2014—2019年植被的時空變化動態(tài)以及對比不同土地利用類型NDVI的變化情況。以期為龍文區(qū)的生態(tài)修復和保護，城市可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1996年 5月經(jīng)國務院批準，于1997年1月正式成立龍文區(qū)。龍文區(qū)，隸屬于福建省漳州市，西鄰漳州市薌城區(qū)，東聯(lián)漳州臺商投資區(qū)，北鄰長泰區(qū)，南鄰龍海區(qū)，是漳州市區(qū)的幾何中心。龍文區(qū)土地利用/覆蓋總面積約126 km2。地處九龍江沖積平原，九龍江北溪和西溪穿城而過，區(qū)內(nèi)九十九灣南北貫通，水網(wǎng)稠密；年平均日照時數(shù)4 430 h，平均氣溫21.4 ℃，平均降雨量1 450 mm，無霜期約330 d[7]。多年來，龍文區(qū)委、區(qū)政府高度重視生態(tài)區(qū)的創(chuàng)建工作，始終把生態(tài)文明建設擺在突出位置，緊緊圍繞建設“田園都市、生態(tài)之城”示范區(qū)和打造成為引領漳州科學發(fā)展的示范區(qū)目標，以創(chuàng)建國家生態(tài)區(qū)為載體，堅持以生態(tài)創(chuàng)特色、以生態(tài)聚要素、以生態(tài)促發(fā)展，不斷鞏固擴大龍文生態(tài)優(yōu)勢，為龍文區(qū)于2014 年11月通過環(huán)境保護部創(chuàng)建國家生態(tài)區(qū)技術評估，于2016年10月正式獲得“國家生態(tài)區(qū)”命名，積累了很好的生態(tài)建設基礎。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

為了評價龍文區(qū)確立為國家級生態(tài)區(qū)前后植被的恢復情況，選用2014年8月7日和2019年8月28日2期的Landsat OLI遙感影像,影像均從地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)獲取，詳細信息如表1所示。為了便于分析比較，2期影像的獲取時間均在8月。云量雖然較高，分別為15.7%和7.79%，但是經(jīng)過與研究區(qū)范圍的疊加，認真比對發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在研究區(qū)范圍內(nèi)的云量較少，對植被指數(shù)提取的干擾較小，可以提取該區(qū)域的NDVI進行研究。

表1 2期影像基本信息

數(shù)據(jù)預處理包含輻射定標和大氣校正，分別采用ENVI5.3軟件的Radiometric Calibration和FLAASH Atmospheric Correction模塊進行。

土地利用/覆蓋監(jiān)測數(shù)據(jù)從資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)獲取，用于匯總比較不同土地利用/覆蓋類型的NDVI大小。

2.2 植被指數(shù)的提取

植被指數(shù)采用應用最廣泛的歸一化植被指數(shù)(NDVI)，它與植被的生物量、葉面積指數(shù)以及植被蓋度密切相關，常用于檢測植被生態(tài)狀態(tài)、植被覆蓋程度等[8-9]。NDVI的波段計算公式如下：

NDVI=(ρ5-ρ4)/(ρ5+ρ4)

式中，ρ5和ρ4分別為Landsat OLI遙感影像的近紅外波段和紅色波段的反射率。NDVI值采用ENVI5.3軟件的Band Math工具根據(jù)上述公式進行計算。為了便于對比2014年和2019年2期植被的恢復情況，將提取的NDVI初始值(介于-1—1之間)進行歸一化處理，將NDVI值換算在0—1之間。在此基礎上，按照0.2的間距，將植被的質量分為5個等級：0—0.2(差)、0.2—0.4(較差)、0.4—0.6(中等)、0.6—0.8(較好)、0.8—1(好)，結果如圖1所示。

圖1 植被指數(shù)2014—2019年的時空變化

3 結果與分析

3.1 龍文區(qū)植被指數(shù)的空間分布

將各2014和2019年的NDVI以0.2為間隔分成差、較差、中等、較好、好5個生態(tài)等級(如圖1)，并統(tǒng)計各等級的面積比例(見表2)。結果表明，2014—2019年間，NDVI平均值由0.687提高到0.706，說明整個研究區(qū)植被得到了一定程度的恢復。其中等級好所占比例則從35.8%輕微地下降到33.0%，等級中等所占比例則從29.7%下降到25.2%，而等級差的地方基本消除，且等級較好的比例由29.4%大幅提高到38.7%。從空間分布來看，NDVI等級為好的區(qū)域主要分布在研究區(qū)的東北部、東部、西北部，該區(qū)域主要為風景名勝區(qū)、鄉(xiāng)村耕地、果園、苗圃等；等級中等及以下的區(qū)域主要分布在研究區(qū)西南部，該區(qū)域主要為城市建設用地集中區(qū)。

3.2 龍文區(qū)植被指數(shù)的時間變化

變化檢測是對比不同年份植被狀況時空變化的有效手段，因此，利用ArcGIS的幾何代數(shù)工具將2019年的NDVI柵格影像減去2014年的NDVI柵格影像，根據(jù)差值對龍文區(qū)的NDVI變化動態(tài)進行檢測，以綠色代表植被質量上升(差值>0)的地區(qū)，以紅色代表植被質量下降(差值<0)的地區(qū)，而褐色則代表植被質量不變(差值=0)的地區(qū)(見圖1)。由表2可知，在2014—2019年期間，研究區(qū)植被退化區(qū)域的面積占比12.6%，而植被改善區(qū)域的面積占比則高達15.1%。從空間上看，植被改善的地方主要零散地分布在研究區(qū)的西南部，該區(qū)域為城市的建設集中區(qū)域；而植被退化的地方主要分布在研究區(qū)的東部，西南部建設集中區(qū)同時也出現(xiàn)較多植被退化的斑塊。

3.3 龍文區(qū)不同土地利用類型植被指數(shù)的對比

利用ArcGIS的面積制表工具匯總不同土地利用類型的NDVI值(見表3)，結果表明2014年不同土地利用類型的NDVI平均值由高到低依次為林地、裸地、耕地、風景名勝區(qū)、交通用地、建設用地和水域；2019年同土地利用類型的NDVI平均值由高到低依次為林地、耕地、風景名勝區(qū)、裸地、交通用地、建設用地和水域。從2014年到2019年，除了裸地的排序有所下降，其他的土地利用類型的排序基本保持不變。2014—2019年間，不同土地利用類型的NDVI平均值統(tǒng)計結果表明，建設用地、交通用地的NDVI值均有不同幅度的提高，而林地、耕地、風景名勝等的NDVI值則有不同幅度的下降，但下降幅度不大。這與圖1的研究結果類似，城市建設集中區(qū)的NDVI值得到改善。這說明研究區(qū)在獲得國家生態(tài)區(qū)命名之后，城區(qū)通過公園建設、道路綠化等措施，生態(tài)環(huán)境得到一定程度的改善。

表2 植被指數(shù)分級比例及變化檢測(%)

表3 不同土地利用類型NDVI值分布

4 結論與建議

4.1 結論

在2014—2019年期間，研究區(qū)域內(nèi)植被得到一定程度的恢復，NDVI值由0.687提高到0.706，NDVI值高的地方分布在研究區(qū)域的東北部、東部、西北部，而NDVI值較低的地方主要分布在城市建設用地集中的西南部；研究區(qū)植被退化的面積占比12.6%，而植被改善的面積高達15.1%；其中建設用地、交通用地的NDVI值均有不同幅度的上漲，而林地、耕地、風景名勝等用地的NDVI值卻有不同幅度的下降，但下降幅度均不大。

由此可以看出研究區(qū)在獲得國家生態(tài)區(qū)命名之后，以城市建設用地集中的區(qū)域為突破口，通過公園建設、道路綠化、河岸綠化等措施，使得生態(tài)環(huán)境較差的地區(qū)得到了改善。雖然原本生態(tài)環(huán)境良好的地方NDVI值稍有降低，但是整個研究區(qū)的植被質量還是得到一定程度的提升，這也說明了生態(tài)環(huán)境保護和修復的效果較理想。

4.2 建議

NDVI為中等及以下等級的區(qū)域以及NDVI明顯退化的西南部區(qū)域，建筑密度和人口密度較為集中，用地較緊張，要重點依托九龍江西溪、北溪和貫穿城區(qū)南北的九十九灣，做好沿江2岸的綠化，通過建設“口袋公園”“串珠公園”等小型社區(qū)開放綠地來提高植被覆蓋率；另外，進一步推進碧湖生態(tài)園、郊野公園、城市森林公園等大型公共開放綠地中的植被保護和恢復工作[10]。

NDVI為較好及以上等級的區(qū)域但明顯退化的東部及北部部分區(qū)域，其中東部退化區(qū)域為云洞巖風景名勝區(qū)，北部為研究區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)較集中區(qū)域。退化區(qū)域一方面是由于道路修建或建設用地擴展導致的，另一方面是由于風景名勝旅游開發(fā)在一定程度上也影響了植被的恢復。這些區(qū)域建議在美麗鄉(xiāng)村建設過程中，加強生態(tài)旅游建設。通過擴大綠化、開展生態(tài)農(nóng)業(yè)以及加強生態(tài)文明宣傳等措施促進植被的保護和修復[11-12]。