基于TM衛星影像數據的北京市植被變化及其原因分析

賈寶全

(1.中國林業科學研究院林業研究所，北京 100091;2.國家林業局林木培育重點實驗室，北京 100091;3.國家林業局城市林業研究中心，北京 100091)

植被在陸地表面的能量交換、生物地球化學循環和水文循環過程中扮演著重要角色，作為全球生態系統和氣候系統的重要組成部分，植被覆蓋變化的研究是全球變化研究的重要內容之一［1-2］。研究表明，歸一化植被指數(簡稱NDVI)與植被的分布密度呈線性相關，是指示大尺度植被覆蓋的良好指標。NDVI以其卓越的植被信息表達能力以及數據提取和處理過程中較強的抗干擾能力，而成為了區域植被變化研究的主要數量工具［3-6］。植被蓋度是最能反映地表植被分布特征的定量指標，是景觀生態、氣候變化和水土流失等多種地表過程研究的關鍵參數［7］。獲取地表植被覆蓋現狀及其變化信息，對于揭示地表空間分異規律、探討變化的驅動因子，分析評價區域生態環境質量具有重要的現實意義［8］。城市化是目前環境變化的最大驅動因素，城市用地的變化速率超過了任何其它一種土地利用類型［9］。城市植被作為城市生態系統的重要組分，對于城市化過程中生態環境的變化具有重要的指示意義。北京是國際化的大都市，也是我國的政治文化中心，環境質量的好壞直接關系到這個城市的國際形象與居民生活，建設環境友好型生態宜居城市一直是其重要的努力方向和目標。2010年年底，全市城鎮常住人口已經達到了2200萬;城市建成區面積由解放初的109 km2，增加到了2010年的1350 km2。城市化的大發展，出現了以城市化為主要特征的大規模的土地利用變化，具有新中國城市化進程的典型特征，同時也給生態環境帶來了前所未有的壓力。因此，深入探討北京市域植被的空間變化特點，分析其變化的原因，對于掌握目前的生態現狀、明確今后生態建設中的重點區域，以更科學合理地指導今后的生態環境建設，具有極其重要的理論和實踐意義。

1 研究材料與研究方法

1.2 研究材料

研究采用30 m分辨率的Landsat TM衛星影像數據，軌道號分別為123/33、123/34，這兩景影像覆蓋了北京市域范圍內98.2%的面積，因此，缺少部分對整個區域的變化趨勢的影響可以忽略。在具體時間選擇上，由于衛星影像受天氣變化的影響較大，要找時間間隔合適、與植被發育節律相配、又盡可能無云的影像非常困難。同時在做植被遙感的定量分析時，還需要考慮植被的年內生長情況。對于北方地區而言，9月份因為植物生長量差不多達到了年內的最大，同時氣溫還未影響到植物的葉色等，因此這一時期應該是利用NDVI指數進行植被變化分析的最佳月份。根據中國科學院遙感衛星地面站的存檔數據查詢，在時間上符合目標需求的Landsat TM衛星影像只有1987年9月26日和2009年9月22日的衛星影像。在利用ERDAS 2011軟件對影像進行了幾何校正、輻射校正和大氣校正后，再分別利用其第3和第4波段數據，開展相關的研究工作。

1.2 研究方法

1.2.1 植被蓋度的計算與分級

目前獲取區域植被覆蓋度信息的方法，主要包括傳統的地表實測法與現代的遙感估算法兩種［10］。隨著遙感技術手段的不斷進步，目前越來越多的研究者傾向于通過遙感手段，利用歸一化植被指數(NDVI)來進行植被蓋度的估算工作。計算公式為:

式中，fc為植被蓋度，NDVI為1987、2009年某像元NDVI的實際值;NDVIveg、NDVIsoil分別為研究區域純植被覆蓋像元和全裸土壤覆蓋像元的NDVI值。對于大多數裸土地表而言，NDVIsoil理論上應該接近于0，并且是不容易變化的，但由于受眾多因素的影響，NDVIsoil會隨著空間而變化，其取值范圍一般在 －0.1—0.2之間［11-12］。同時，由于植被覆蓋類型隨土地利用類型而變化，對于某一土地利用類型而言，因其植被類型近似，故NDVIveg值也近似。因此，在實際應用公式(1)的過程中，土地利用圖和土壤圖常常是計算NDVIveg和NDVIsoil的基礎。在本次計算過程中，對于NDVIsoil值的提取，利用了北京市1∶10萬的土壤類型圖，以其中的裸土土壤圖斑的平均NDVI值作為NDVIsoil的值，通過GIS統計計算，1987年和2009年的NDVIsoil值分別為0.124925和0.190203。由于衛星影像的獲取時間在9月底，此時植被生長差不多已經達到了年生長量的最大值，NDVI也有一定的飽和現象，加之在實際研究工作當中，也有采用研究區域NDVI的最大和最低值來取代NDVIveg、NDVIsoil值的實例［13］，所以取區域兩個年份的NDVI最大值1作為NDVIveg的值。根據相關的研究結果，計算出的植被蓋度共劃分為5 級，分級標準按照 fc＜0.2、0.2≤fc＜0.4、0.4≤fc＜0.6、0.6≤fc＜0.8 和 fc≥0.8，分別被命名為極低覆蓋度、低覆蓋度、中覆蓋度、高覆蓋度和極高覆蓋度［14］。

1.2.2 NDVI差值指數

植被差值指數是利用2009年和1987年北京市兩期NDVI的GIS圖件，通過差值計算而得到［15］，即:

其中，ΔNDVI為植被差值指數，NDVI2009和NDVI1987分別為2009年和1987年北京市NDVI圖上的像元值，△NDVI的取值范圍為［－2，2］。有關研究指出，當 NDVI值大于0.1時，其代表的像元才是植被像元［13，16］，故這里的NDVI2009和NDVI1987分別為該年度NDVI值大于0.1的區域的NDVI值。植被差值分級結果為:1為嚴重退化(－2≤ΔNDVI≤ －0.15)，2 為中度退化(－0.15＜ΔNDVI≤ －0.05)、3 為輕微退化(－0.05 ＜ΔNDVI≤0)、4 為輕微改善(0 ＜ΔNDVI≤0.05)、5 為中度改善(0.05 ＜ΔNDVI≤0.15)、6 為極度改善(0.15 ＜ΔNDVI≤2)。

1.2.3 研究尺度的選擇

為了更深入地了解北京市植被變化的區域差異，同時也是為了更好地針對目前存在的問題，為以后的生態建設、環境管理提出針對性的措施，根據北京市地貌分異特點、人類活動強度以及城市空間擴展特點等，將整個北京市域劃分為太行山區、燕山山區、延慶盆地、六環以北平原、六環以南平原、五至六環間和五環以內等7個區域單元。

1.2.4 統計數據

統計數據是進行過程分析與驅動力分析最重要的數據來源，本次研究中，利用的統計數據主要是北京統計60年(1949—2009)、北京改革開放30年(數說1978—2008)和2011年北京市經濟統計資料。另外也利用了北京市園林局所做的北京市城市園林綠化普查資料匯編(1995、2000和2005年)。

2 研究結果

2.1 植被蓋度的變化

2.1.1 植被蓋度的總體變化

從北京市1987年和2009年植被蓋度研究結果可以看出(表1)，極低覆蓋度、中覆蓋度和高覆蓋度植被的面積均有所減少，其所占全市土地面積的比例從1987年到2009年分別降低了5.15%和0.54%和0.03%;而低覆蓋度和極高覆蓋度植被的土地面積則分別增加了92187.1 hm2和211.8 hm2，占整個研究區域的面積比例也分別增加了5.71%和0.01%。極低覆蓋度等級面積的增加，既可能意味著區域植被覆蓋面積的絕對數量的增加，也可能意味著非植被土地面積的增大;而其他類型的變化則主要體現在植被功能強弱的變化上。對于北京市目前生態空間極其有限、且面臨巨大的城市化壓力的現狀而言，植被覆蓋面積的增加在某種程度上比植被功能的增強更為重要。這一變化情況說明，北京市域整體的植被狀況2009年要好于1987年。

表1 北京市域1987年和2009年植被蓋度等級組成Table 1 The composing of vegetation coverage of Beijing in 1987 and 2009

2.1.2 不同區域植被蓋度的變化

從不同區域植被覆蓋度的分級情況看(圖1)，不同區域之間植被覆蓋度變化最劇烈的主要集中在極低覆蓋度、低覆蓋度和中覆蓋度這3個等級中。從極低覆蓋度來看，變化最小的也在4000 hm2以上，其中發生增加的區域主要有五環以內、五環至六環間和燕山山區，22a間分別增加了9029.8 hm2、12796.7 hm2和25300.9 hm2，其它區域都呈現面積減小的變化趨勢，除延慶盆地減少了4472.5 hm2外，其他區域的減少數量都在35000—46000 hm2之間。而從低覆蓋度的變化情況看，其呈現的變化趨勢與極低覆蓋度的區域變化趨勢剛好相反:凡是在極低覆蓋度等級上增加的區域都減少，而在極低覆蓋度等級中凡出現減小變化的區域此時都呈現出增加的變化趨勢，但在減小變化過程中，減小的幅度都不大，均在10000 hm2以下，其中以燕山山區的減小幅度最低，僅減少了3530.8 hm2，五環至六環間減小幅度最大，但也只有9567.2 hm2，增幅最大的區域為六環以外的平原地區，其中六環以南區域增加了44555.6 hm2，六環以北區域增加了35141.8hm2，太行山區增加了28351.7hm2，延慶盆地增加了4378.1hm2。中覆蓋度等級的區域變化情況與低覆蓋度等級的變化趨勢完全一致，增加的區域有太行山區、六環以北、六環以南和延慶盆地，增幅分別為9383.9 hm2、7449.8 hm2、1054.8 hm2和103.5 hm2;類型面積減少的區域有燕山山區、五環至六環間和五環以內，減幅分別為21830.8 hm2、3102.8 hm2和1841.3 hm2。高覆蓋度等級全部呈現減少的變化過程，但由于該等級的絕對面積小，因此減小的幅度都不很大，最大的也只有128.1 hm2。對于極高覆蓋度等級而言，由于六環以內區域兩個年份都沒有該類型的圖斑出現，因此變化主要集中在其它5個區域，從其變化來看，除了延慶盆地該類型的面積減少了0.27 hm2外，其它區域都呈現面積增加的變化過程，但增幅也都不大，最大的燕山山區22a間也僅增加了128 hm2，最小的為太行山區，22a只增加了4.32 hm2。

圖1 北京市不同分區單元1987—2009年植被蓋度等級面積組成Fig.1 The area composition of vegetation coverage of Beijing in 1987 and 2009

總體來看，因為高覆蓋度和極高覆蓋度等級的絕對面積很小，因此對不同區域生態質量好壞起直接制約作用的主要是其它三類覆蓋度等級的絕對面積及其動態趨勢。由于燕山山區和六環以內的平原區域極低覆蓋度等級的植被面積在增加，而其它等級的植被覆蓋面積卻在減少，因此，其總的區域植被狀況處于退變的發展態勢之中，與之相反，在太行山區、六環以外的平原區和延慶盆地區域，它們則是以極低覆蓋度等級的面積的減少，以及低覆蓋度和中覆蓋度等級的面積的增加為特征，所以，其區域環境質量在向著良性、改善的方向發展。故從植被覆蓋等級的變化看，今后北京市的區域生態環境建設重點應該是燕山山區，以及五環以內的城市區域和五環至六環之間的城鄉過渡地帶。

2.2 基于NDVI差值結果的植被空間變化分析

2.2.1 全市域NDVI差值變化

整個研究區的NDVI差值結果的空間分布見圖2。根據圖2在GIS下所做的統計結果顯示(圖3)，北京市域植被質量以改善為主，改善面積為退化面積的2.8倍多。全市以改善為主的植被面積總共達到了919302.3 hm2，其中植被發生輕微改善的土地面積260281.35 hm2，占植被發生改善變化的土地總面積的28.31%，中度改善的總面積為 379920.33 hm2，占 41.33%，極度改善的面積達到了 279100.62 hm2，占30.36%;而植被發生退化變化的總面積326931.12 hm2，其中發生中度退化與輕微退化的土地面積相差不大，分別為137247.03 hm2和141243.66 hm2，占到了退化變化土地面積的41.98%和43.20%，植被發生極度退化變化的土地面積僅為48440.43 hm2，占14.82%。從這些數據我們可以看出，北京市域范圍內的植被變化還是在向對環境有利的積極方向演化，這是植被變化的主流趨勢，但從退化與改善的面積對比中我們同樣可以看出，雖然植被發生退化變化的土地面積只占到了發生變化的土地總面積的26.23%，且主要是以輕微退化和重度退化為主，但因為這種退化變化的生態后果嚴重，所以今后的植被生態建設中一定要對此問題保持一個比較清醒的認識。

圖2 北京市域差值植被指數分布圖(白色區域為非植被覆蓋區域)Fig.2 The distribution of the NDVI difference value in Beijing(The white area are no vegetation region)

圖3 北京市全市域差值植被指數分級結果統計Fig.3 The difference value statistics from 1987 to 2009

2.2.2 北京市域內不同分區的植被差值指數變化

北京市域內不同分區內部的植被指數差值分級統計結果看(表2)。植被發生退化變化最明顯的區域為燕山山區，以及五環以內和五環至六環間區域，這幾個區域退化變化的植被面積占相應區域的面積比例分別達到了30.25%、58.17%和47.38%，而且均以嚴重退化與中度退化為主，兩者合計的面積比例分別為15.79、44.72%和34.19%。而發生退化變化面積比例最小的區域為太行山區和延慶盆地，其退化面積所占該區域植被面積的比例分別為13.35%和17.02%，且其退化程度均以輕微退化和中度退化為主，其面積比例介于5%—8%之間。若以整個北京市域植被改善面積所占比例73.77%做為評價參考的相對標準，則可以看出，植被狀況為絕對改善的區域主要有太行山區、延慶盆地和六環以南區域，其植被改善面積占相應區域的植被面積的比例分別達到了86.65%、82.98%和74.8%。燕山山區與六環以北區域植被發生改善變化的面積占各自區域總的植被面積的比例分別為69.74%和69.91%，雖然其面積比例的絕對數值要低于全市域平均值，但從景觀生態學“斑塊-基質-廊道”理論的觀點看［17］，其面積比例遠高于50%，因此其為名符其實的區域植被景觀的基質，對區域植被的演化方向具有最重要的引領作用。而在六環以內區域中，五環以內植被改善的面積比例僅為41.83%，很顯然其對區域植被朝改善方向的演化沒有絕對的引領作用，而五至六環之間的區域，雖然植被改善的面積比例超過了50%，達到了52.62%，但中度改善的面積比例最大，為22.04%，而且這一區域又是城鄉結合地區，受城市化發展的壓力影響最大，因此在未來的城市化過程中，如果不引入強烈的植被改善外力因素，而放任目前的發展態勢持續，其未來的植被生態狀況則有極大的可能性會朝退化的方向演化。

表2 北京市不同分區單元NDVI差值指數變化統計Table 2 The changes of NDVI difference value in different sub-region

3 北京市植被變化的原因分析

有關研究指出，對區域植被變化影響的自然與人為因素主要包括了氣候、生態建設工程等［16］。利用北京市1949—2010年的年降水與年平均氣溫數據所做的線性回歸方程分別為:y=－5.0179x+756.95(R2=0.1802)和y=0.0351x+11.082(R2=0.5204)。這顯示北京市近60年的氣候變化基本上屬于暖干類型，即年降水量呈現遞減趨勢，而年平均氣溫則呈現出緩慢的升高變化趨勢，這對植被的生長發育是非常不利的。而從1987和2009前一年的降水量來看，1986年和2008年的降水量則分別為665.3 mm和626.3 mm，兩者相差不大;而從兩個年份當年的降雨量來看，1987年全年降水量為689.3 mm，2009年全年降水總量僅為480.6 mm，2009年比1987年減少208.7 mm。這說明，前述數據所反映的北京市植被變化與氣候變化沒有直接的關聯關系，北京植被變化的原因應該還是受人為影響的制約為主。

3.1 山區生態工程對植被變化的影響

從前面的分析結果來看，北京市域1987—2009年的植被變化還是以改善為主，究其原因，這主要得益于北京市的生態工程建設。北京市已實施和正在實施的最主要的大型區域性生態工程有:太行山綠化工程、天然林保護工程、退耕還林工程、京津風沙源治理工程、廢棄礦山植被恢復工程、中幼林撫育工程等，這些工程的實施地點主要是燕山山區、太行山區和延慶盆地等區域。這些大型工程的實施，對于北京市生態環境質量的改善起到了極大的積極作用。由于這些工程的實施目標都是以造林綠化為手段，進而增加北京市域的植被面積，因此，其造林成效可以通過年造林累計面積和林木綠化率兩項指標來衡量。從圖4可以看出，自1987年以來，無論是年累計造林面積還是全市的林木覆蓋率都發生了很大的變化，兩項指標的增加趨勢異常明顯。從年造林累計面積看，1987年當年造林僅1.97×104hm2，到了2009年，22a間累計的造林面積已經達到了62.79×104hm2，為1987年的31倍多。隨著造林面積的增加，全市的林木綠化率也從1987年時的16.6%提高到了2009年的53%，翻了3倍多。由于北京地區經濟實力雄厚、環境綠化的客觀需求強烈，因此在造林綠化及其后續的管理工作中，常采用一些非常規人工措施，像山區的提水工程造林、保水劑大面積應用、大苗造林一次性成林等技術手段都是北方一般地區難以大范圍實施應用的。這些非常規措施的采用，最大限度地克服了天然水文循環過程(尤其是降水條件)對林木生長的瓶頸制約作用，為區域植被的健康發展創造了前所未有的外圍環境，明顯增加了區域的植被總量，并使植被在質和量兩個方面得到了改善。

圖4 北京市1987—2010年累計造林面積與林木綠化率變化Fig.4 The changes of accumulated forestry building area and forest greening ratio from 1987 to 2010

圖5 北京市1990—2010年年末果園面積Fig.5 Changes of orchards from 1990 to 2010

3.2 平原綠化工程對植被變化的影響

從前面的分析可以看出，平原區除了五環以內區域外，其它區域無論是NDVI指數、大于0.1的NDVI代表的植被區域面積還是植被蓋度，以及植被差值指數均呈現出正向的良性變化趨勢。究其原因，與北京市在平原區實施的大環境綠化系列工程關系很大。從2000年以來，在平原地區實施的綠化工程共包括了平原治沙工程、京津風沙源治理工程、衛星城、中心鎮綠化美化工程、綠色通道綠化工程、城市綠化隔離地區綠化工程、第二道綠化隔離地區綠化工程和“三北”防護林體系建設工程等，據不完全統計，從1987年起，截止2009年年底，工程累計實施面積已經達到了18.529×104hm2，僅此一項即將北京市平原區(含五環內區域)的林木綠化率提高了29.4%。

3.3 平原區農業產業結構調整與新農村建設

北京市的平原地處華北平原北部邊緣，農業種植歷史悠久，農作物種植在該區域的經濟結構中一直占有非常重要的地位。隨著社會經濟的發展，傳統的農業種植結構也發生了很大的變化，其中最為突出、對區域植被生態改善作用最大的當推經濟果林業的發展。從圖5可以看出，1990—2010年間，北京市的果業發展非常迅速。從1990年到2000年的10a，是果林種植面積迅速增加的時段，全市果園面積從1990年年末的4.75×104hm2，增加到了 8.53 ×104hm2，增加了 1 倍;2000 年到2003年，是果業發展的相對穩定期，全市果園面積基本維持在8.5×104hm2左右;2003年到2010年，全市的果業發展呈現出了明顯的下滑態勢，年末果園面積從2003年的8.75×104hm2，減少到了2010年的6.67×104hm2。盡管20a間經歷了一定的起伏變化，但2010年的果園面積依然比1990年時的果園面積高出了1.92×104hm2，其總體趨勢依然處于增長發展的過程中。凈增加的果園面積對平原區和淺山低丘區的植被生態環境的改善起到了非常重要的作用，其對北京市全市的林木綠化率的貢獻可達1.17個百分點，如果將其全算在平原區內，則對平原林木綠化率的貢獻率更是高達3.05個百分點。

平原區作為最重要的農業區域，除了農作物之外，農村居民點建設用地也如繁星般散布在廣大的平原區，而且其生態環境的臟亂差一直是令行政管理部門頭痛的事情之一。北京市自2006年起實施了農村村莊綠化工作，截止2009年年底，北京全市累計創建環境優美鄉鎮117個，生態村956個，有效提升了村鎮的生態環境建設水平。由于缺乏全面有效的統計數據，為了定量探討農村綠化對植被變化影響的效果，利用GIS的緩沖區分析技術，分別利用距離本次植被分析影像最近年份的1985和2007年土地利用/土地覆蓋圖件，將其中的平原區居民點建設用地單獨抽提出來，參照相關研究的分析方法［18］，分別以兩個年度的居民點建設用地邊界為本底，向外做100 m的緩沖區，利用緩沖區和原來居民點建設用地一起作為分析范圍的邊界，來分別對1987年和2009年的NDVI做統計分析，結果顯示(表3)，2009年與1987年相比，整體的村莊及其周邊100 m半徑范圍內，NDVI的平均值提高了0.055934，有植被區域(大于0.1的NDVI區域)的NDVI平均值提高了0.035726，盡管其提高的幅度不算太大，但考慮到新農村建設距離2009年也才只有3a的時間，因此，從其反映的變化趨勢依然可以感受到新農村綠化工作的成效。

表3 北京市平原區居民點及100 m緩沖區范圍內NDVI的統計特征Table 3 The statistics characteristics of NDVI in 100m buffer belt around plain village

3.4 城區綠化對植被變化的影響

北京市目前的城市空間主要分布于五環以內區域，這一區域既是城市化最重要的發生、發展區，也是常規的城市基礎設施建設與生態建設存在矛盾最劇烈的區域，從前面的植被指數差值分析中知道，該區域主要以退化為主，退化區域的面積占區域總面積的58.17%，另外42.83%的區域屬于植被改善變化區域，可以說在這一區域植被改善區與植被退化區處于相持的發展狀態中。從幾個典型年份的北京城市綠地普查數據看［19-22］(表4)，在研究時間段的1987—2009年之間，全市的公共綠地、居住區綠地是持續增長的，面積分別從1990 年的3314.95 hm2和1431.2 hm2，增加到了 2005 年的 10492.03 hm2和 5180.59 hm2，分別翻了 3.1 倍和3.6倍。而道路綠地則呈現先升后降再升、總體提升的變化過程，單位附屬綠地則呈先降后升、總體升高的變化趨勢。這其中唯有生產綠地呈現出先降后升、總體降低的變化態勢。城市園林綠地總體呈現出增加的發展態勢，對生態環境貢獻最大的項目為公共綠地和居住區綠地，正是這兩類綠地的持續、大幅度增加，才保證了在快速城市化的過程中，強度城市化的區域內植被依然保持了42.83%的區域面積得到改善的格局。

3.5 不確定性水面因素對植被變化的影響

北京市山區與平原并肩、降水的變率又大，而衛星影像所記錄的又是某一特定時間點上的環境信息，因此不同時間段的對比研究中，河流水面與湖泊、水庫水面的擴大或收縮對其水域邊緣區的植被變化影響很大。在北京市域范圍內，目前平原地區的河道基本上實現了人工渠化或人工固化過程，因此，該區域的河道水面變化不大。但在山區，由于目前還基本上是自然河道狀態，故該區域河道水面變化對其周邊植被存在狀態的影響很大。為了探討河道水面面積的臨時性變化對其周邊土地上植被變化的影響，以山區1∶1萬比例尺面狀水系圖為基礎，分別向兩邊依次做0—50 m、50—100 m、100—150 m、150—200 m和200—250 m的緩沖區，再利用該緩沖區圖件，分別對山區河道兩邊不同寬度河岸帶的NDVI、植被蓋度和植被差值等級等進行統計分析。

表4 幾個典型年份北京市城市園林綠地普查數據Table 4 The investigation data of city green area of Beijing in several typical years

從不同河道與水庫的衛星影像直觀對比來看，2009年的河道水域范圍要比1987年的小，也就是說2009年河道外一定寬度范圍內的非水域陸地面積要比1987年的大，這與前面敘述中2009年降水量比1987年少的氣象觀測數據非常符合，另外從山區河道不同緩沖帶的NDVI統計情況來看(表5)，2009年不同寬度緩沖帶內的NDVI平均值也都較1987年有所提高，提高幅度最大可達0.10481，最小也達到了0.08417，另外從其變化幅度可以看出，其明顯可以劃分為兩個空間數量級，一個是河道外0—100 m范圍，這一區間的NDVI提高值都在0.1以上，而在100—250 m緩沖區范圍內，其NDVI平均值的提高幅度都在0.084—0.089的范圍內，從這里我們可以初步推斷，河道水面不確定性對其周邊NDVI的影響范圍至少應在0—100 m的寬度內。

表5 北京市山區河道不同緩沖帶NDVI統計特征Table 5 The statistics characteristics of NDVI in different river buffer belt

從山區河道不同寬度的緩沖區植被覆蓋度分級比例來看(表6)，1987年和2009年的高覆蓋度和極高覆蓋度的覆蓋比例都在0.02%以下，因此這兩部分植被覆蓋度類型對河道兩邊植被變化的指示意義不大。從其它類型覆蓋度的變化情況看，0—200 m緩沖區范圍內，極低覆蓋度植被覆蓋比例從1987到2009年的變化也都是降低的，低覆蓋度和中覆蓋度類型的面積比例則是增加的;而在200—250 m緩沖區范圍內，極低覆蓋度類型和中覆蓋度類型的面積比例是增加的，而低覆蓋度類型則是減小的。為了探究是被覆蓋類型的空間變化規律，先將1987年和2009年兩個年度的極低覆蓋度、低覆蓋度和中覆蓋度類型的面積比例相加，再用2009年的加和值減去1987年的加和值，結果顯示，0—50 m、20—100 m、100—150 m、150—200 m、200—250 m其差值依次分別為 0.01711、0.00324、0.00875、0.01330、0.01011，從這里可以看出，河道水面對周邊植被產生最大影響的范圍在0—50 mm緩沖區范圍內，在50—150 m緩沖區范圍內也有一定的影響，150—250 m緩沖區范圍內的影響已很微弱。

從不同緩沖帶內的植被差值指數等級面積比例來看(表7)，以退化總面積比例而言，0—250 m的緩沖區內可以明顯劃分出兩個等級范圍來，0—50 m范圍內，退化的面積比例最高，達到了29.7%，其它范圍內的退化面積比例都在28%左右;而從改善的面積比例來看，也是兩個空間等級，0—50 m范圍內，改善的面積比例為70.3%，其它區域都在71%—72%的區間內。

表6 北京市山區不同緩沖帶植被覆蓋度比例變化/%Table 6 The vegetation coverage changes in different river buffer belt

表7 北京市山區河道不同緩沖帶植被差值指數等級面積比例變化/%Table 7 The ratio changes of difference value in different river buffer belt

綜合表5、表6和表7的情況看，河湖水面影響的最大范圍在平均水面線外0—50 m范圍內，水面水情對水面外50—100 m范圍內的植被狀況也有較大的影響，對100—150 m范圍內亦有一定的影響，對150 m以外的范圍內的陸地表植被狀況的影響已經極其微弱。

4 結論

(1)2009年與1987年相比，北京市極低覆蓋度、中覆蓋度和高覆蓋度植被的面積均有所減少，其所占全市土地面積的比例從1987年到2009年分別降低了5.15%和0.54%和0.03%;而低覆蓋度和極高覆蓋度植被的面積比例則分別增加了5.71%和0.01%。不同區域之間植被覆蓋度變化最劇烈的集中在極低覆蓋度、低覆蓋度和中覆蓋度這3個等級中。

(2)大于0.1的植被指數差值分析顯示，市域植被質量以改善為主，全市植被發生改善變化的土地面積為919302.3 hm2，其中植被發生輕微改善的占28.31%，中度改善的占41.33%，極度改善的面積占30.36%;全市植被發生退化變化的面積326931.12 hm2，其中發生中度退化、輕微退化和極度退化的土地面積分別占到了退化變化總土地面積的41.98%、43.20%和14.82%。

(3)從不同區域的植被差值指數看，植被發生退化變化最明顯的區域為燕山山區北部、五環以內和五至六環間區域，這幾個區域退化變化的植被面積占相應區域的面積比例分別達到了30.25%、58.17%和47.38%，而且均以嚴重退化與中度退化為主，兩者合計的面積比例分別為15.79、44.72%和34.19%。因此這幾個區域是北京市今后一段時間內生態建設應該重點關注的區域，尤其是平原區的六環以內區域既是北京市生態建設的重點也是難點所在。

(4)從植被變化的驅動力來看，目前還看不出植被變化與氣候變化之間的直接關聯。北京市植被變化的驅動力還是人為因素。主要包括區域性的大環境綠化生態工程建設(包括山區與平原區)，城市市政綠化工程建設、平原區的農業結構調整、新農村生態環境建設，以及由于降水而導致的山區河岸帶變化等。其中河流水面變化對河岸帶植被變化的影響范圍在多年平均年水面線外0—150 m范圍內，0—100 m范圍為影響最大的區域。

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