劉大逵， 張 平， 陳 利， 夏 栗， 陳溪璐

(1.湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究總院， 湖南 長(zhǎng)沙 410007; 2.株洲市林業(yè)局， 湖南 株洲 412007)

長(zhǎng)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(jīng)濟(jì)帶、泛珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的結(jié)合部，具備建設(shè)區(qū)域性中心城市群、影響和輻射四方的區(qū)位優(yōu)勢(shì)[1-3]。長(zhǎng)株潭城市群定位為現(xiàn)代化生態(tài)型城市群，2007年12月，長(zhǎng)株潭城市群成為國(guó)家“兩型社會(huì)”建設(shè)綜合改革的配套試驗(yàn)區(qū)[4-5]。近年來，長(zhǎng)株潭城市群開始創(chuàng)建長(zhǎng)株潭國(guó)家森林城市群建設(shè)并制定了相關(guān)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(jìn)程快速發(fā)展的背景下，大規(guī)模城市化建設(shè)影響著城市群的森林植被保護(hù)與修復(fù)，一系列開發(fā)建設(shè)加大了對(duì)森林植被的破壞，發(fā)展與保護(hù)的矛盾突出，城市生態(tài)環(huán)境日益嚴(yán)峻[6]。如何保護(hù)好長(zhǎng)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(hù)與發(fā)展的關(guān)系是長(zhǎng)株潭城市群在新時(shí)期生態(tài)文明建設(shè)思潮中所面臨的重要挑戰(zhàn)。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)株潭城市群包括長(zhǎng)沙市、株洲市和湘潭市，位于京廣經(jīng)濟(jì)帶、泛珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的結(jié)合部，地理坐標(biāo)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(fēng)濕潤(rùn)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(jié)構(gòu)緊湊，國(guó)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(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

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

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

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

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(cè)植被生長(zhǎng)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(jìn)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(duì)比的植被因子[15-16]。本文測(cè)定的植被覆蓋度為投影蓋度，采用蓋度框法進(jìn)行測(cè)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(zhì)量的變化情況[17-18]。

3 結(jié)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(zhǎng)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(duì)較高，城區(qū)植被指數(shù)最低。從植被指數(shù)統(tǒng)計(jì)情況看(表1)，2007年與1997年相比，長(zhǎng)株潭城市群植被指數(shù)平均值降低了0.118 4，在長(zhǎng)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(zhǎng)株潭城市群的植被生長(zhǎng)狀況在該時(shí)段內(nèi)有一定程度的正向變化，也說明長(zhǎng)株潭城市群城市生態(tài)建設(shè)以及3市創(chuàng)建森林城市的工作已見成效。

表1 長(zhǎng)株潭城市群NDVI統(tǒng)計(jì)Tab.1 NDVI statistics of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Ur-ban Agglomeration年份最小值最大值極差平均標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)。從1997—2007年，3市下降幅度最大的是長(zhǎng)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(zhǎng)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(shè)，生態(tài)建設(shè)取得了較好的成效，特別是株洲市森林城市建設(shè)效果特別明顯。雖在此期間曾遭受2008年冰凍災(zāi)害影響[19]，但災(zāi)后修復(fù)、植樹造林、退耕還林、鞏固退耕還林等措施對(duì)區(qū)域森林的保護(hù)成效可見一斑。

3.2 植被覆蓋度變化分析

由圖4可知，長(zhǎng)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(zhǎng)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(kuò)大，增加了428 861.57 hm2，所占比例增長(zhǎng)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(shí)段內(nèi)區(qū)域植被的變化表現(xiàn)為數(shù)量縮減和質(zhì)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(dá)871 714.71 hm2。這說明，2008—2017年間長(zhǎng)株潭城市群區(qū)域內(nèi)植被在朝著面積增加、質(zhì)量提升的方向發(fā)展。

表2 長(zhǎng)株潭城市群三期植被覆蓋度統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistical table of vegetation coverage in the third stage of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration項(xiàng)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(zhǎng)株潭城市群的植被覆蓋景觀缺乏明顯的構(gòu)成基質(zhì)，缺乏對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境起主導(dǎo)導(dǎo)向作用的植被覆蓋要素，這將導(dǎo)致區(qū)域植被生態(tài)的建設(shè)與維護(hù)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(jìn)一步提高植被空間展示的準(zhǔn)確度[20]。長(zhǎng)株潭城市群1997—2007年和2008—2017年兩期差值植被指數(shù)分級(jí)分布情況見圖5。

由圖5和表3可知：1997—2007年間，長(zhǎng)株潭城市群區(qū)域植被變化以退化過程占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，整個(gè)區(qū)域植被退化變化的區(qū)域面積達(dá)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(shì)的變化特征，整個(gè)區(qū)域植被改善的面積達(dá)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(dá)到了36.00%和31.82%，極度改善的面積比例也達(dá)到了14.08%，該時(shí)段內(nèi)植被退化的區(qū)域僅450 699.75 hm2，所占比例為18.10%，表明長(zhǎng)株潭城市群在2008—2017年期間，植被質(zhì)量得到明顯的提高。

表3 長(zhǎng)株潭城市群1997—2017年差值植被指數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistical table of difference vegetation index of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration項(xiàng)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(jié)論與討論

(1)1997—2007年間，長(zhǎng)株潭城市群的植被生長(zhǎng)狀態(tài)下降，植被覆蓋度降低，植被主導(dǎo)表現(xiàn)為退化趨勢(shì)。2008—2017年間，該區(qū)域的植被生長(zhǎng)狀態(tài)回升并超過上一時(shí)段，植被覆蓋度升高，植被主導(dǎo)表現(xiàn)為明顯的改善趨勢(shì)。2007年后，該區(qū)域重點(diǎn)建設(shè)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程，生態(tài)建設(shè)取得了較好的成效。

(2)由于過去林業(yè)信息化程度低，導(dǎo)致2013年前的森林資源數(shù)據(jù)獲取難度大，故本文僅對(duì)1997年、2007年和2017年3個(gè)節(jié)點(diǎn)年份的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算和分析，無法對(duì)長(zhǎng)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(duì)比。在下一步的研究中，將對(duì)2013年以后的森林植被數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)統(tǒng)計(jì)和分析，以得出近年來長(zhǎng)株潭城市群森林植被變化的趨勢(shì)和規(guī)律并預(yù)測(cè)未來該區(qū)域的森林植被發(fā)展?fàn)顩r。

(3)為使長(zhǎng)株潭城市群森林植被的生長(zhǎng)狀態(tài)和植被覆蓋度不再下滑，使植被處于改善的主導(dǎo)態(tài)勢(shì)，首先要優(yōu)先保護(hù)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(shè)要優(yōu)先保護(hù)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(zhǎng)株潭城市群森林植被最薄弱的區(qū)域?yàn)?市中心城區(qū)，因此，發(fā)展城區(qū)內(nèi)綠化是提高長(zhǎng)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(duì)綠地空間不足、綠化水平薄弱的地方，規(guī)劃公園綠地。加強(qiáng)屋頂、墻體、橋體、陽臺(tái)等立體空間的綠化，提高建筑空間的植被覆蓋度。

(5)長(zhǎng)株潭城市之間的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異，導(dǎo)致各市的森林植被變化情況不一。3市中，長(zhǎng)沙市作為省會(huì)城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度最高，但付出了前期森林植被生長(zhǎng)狀況降幅最大，后期生長(zhǎng)狀況增幅最小的代價(jià)。因此，在城市發(fā)展建設(shè)中，更要加強(qiáng)“城市綠線、生態(tài)紅線”保護(hù)，鞏固城鄉(xiāng)綠化建設(shè)成果。