國家生態區漳州市龍文區植被恢復評價

陳 瓊

(龍文生態環境局，福建 漳州 363005)

為貫徹可持續發展戰略，許多地區在發展經濟的同時，注重對生態環境的保護與修復。區域生態環境變化與該區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域的生態環境質量[1-2]。而歸一化植被指數(normalization difference vegetation index，NDVI)被認為是監測區域植被覆蓋度的最有效指標之一，同時也是監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域的生態環境狀況以及動態變化情況[5-6]。

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

1 研究區概況

1996年 5月經國務院批準，于1997年1月正式成立龍文區。龍文區，隸屬于福建省漳州市，西鄰漳州市薌城區，東聯漳州臺商投資區，北鄰長泰區，南鄰龍海區，是漳州市區的幾何中心。龍文區土地利用/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，區內九十九灣南北貫通，水網稠密；年平均日照時數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，龍文區委、區政府高度重視生態區的創建工作，始終把生態文明建設擺在突出位置，緊緊圍繞建設“田園都市、生態之城”示范區和打造成為引領漳州科學發展的示范區目標，以創建國家生態區為載體，堅持以生態創特色、以生態聚要素、以生態促發展，不斷鞏固擴大龍文生態優勢，為龍文區于2014 年11月通過環境保護部創建國家生態區技術評估，于2016年10月正式獲得“國家生態區”命名，積累了很好的生態建設基礎。

2 研究方法

2.1 數據來源

為了評價龍文區確立為國家級生態區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據云(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%，但是經過與研究區范圍的疊加，認真比對發現，現在研究區范圍內的云量較少，對植被指數提取的干擾較小，可以提取該區域的NDVI進行研究。

表1 2期影像基本信息

數據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/覆蓋監測數據從資源環境科學與數據中心(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 植被指數的提取

植被指數采用應用最廣泛的歸一化植被指數(NDVI)，它與植被的生物量、葉面積指數以及植被蓋度密切相關，常用于檢測植被生態狀態、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2014—2019年的時空變化

3 結果與分析

3.1 龍文區植被指數的空間分布

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個生態等級(如圖1)，并統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等級為好的區域主要分布在研究區的東北部、東部、西北部，該區域主要為風景名勝區、鄉村耕地、果園、苗圃等；等級中等及以下的區域主要分布在研究區西南部，該區域主要為城市建設用地集中區。

3.2 龍文區植被指數的時間變化

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的幾何代數工具將2019年的NDVI柵格影像減去2014年的NDVI柵格影像，根據差值對龍文區的NDVI變化動態進行檢測，以綠色代表植被質量上升(差值>0)的地區，以紅色代表植被質量下降(差值<0)的地區，而褐色則代表植被質量不變(差值=0)的地區(見圖1)。由表2可知，在2014—2019年期間，研究區植被退化區域的面積占比12.6%，而植被改善區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的西南部，該區域為城市的建設集中區域；而植被退化的地方主要分布在研究區的東部，西南部建設集中區同時也出現較多植被退化的斑塊。

3.3 龍文區不同土地利用類型植被指數的對比

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、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、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，城市建設集中區的NDVI值得到改善。這說明研究區在獲得國家生態區命名之后，城區通過公園建設、道路綠化等措施，生態環境得到一定程度的改善。

表2 植被指數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，研究區域內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在獲得國家生態區命名之后，以城市建設用地集中的區域為突破口，通過公園建設、道路綠化、河岸綠化等措施，使得生態環境較差的地區得到了改善。雖然原本生態環境良好的地方NDVI值稍有降低，但是整個研究區的植被質量還是得到一定程度的提升，這也說明了生態環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域以及NDVI明顯退化的西南部區域，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”等小型社區開放綠地來提高植被覆蓋率；另外，進一步推進碧湖生態園、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域但明顯退化的東部及北部部分區域，其中東部退化區域為云洞巖風景名勝區，北部為研究區鄉鎮較集中區域。退化區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在一定程度上也影響了植被的恢復。這些區域建議在美麗鄉村建設過程中，加強生態旅游建設。通過擴大綠化、開展生態農業以及加強生態文明宣傳等措施促進植被的保護和修復[11-12]。