基于地理國情監測的石家莊自然生態環境狀況研究

周 陽 田時雨 王 淼

(1. 河北省第二測繪院, 河北 石家莊 050031; 2. 北京市測繪設計研究院, 北京 100038)

0 引言

任何生物維持自身生存與繁衍都需要的一定的環境條件,一般把處于宏觀穩定狀態的某物種所需要或占據的環境總和稱為生態空間[1]。生態空間可分為城市生態空間和自然生態空間。城市生態空間是指城市及其周邊區域,城市中的人們在其中生產和生活。自然生態空間是指具有重要生態功能、以提供生態產品和生態服務為主的區域,在保障國家或區域生態安全中發揮重要作用[2]。

第一次全國地理國情普查工作于2015年完成[3],常態化的基礎性和專題性地理國情監測工作持續開展。本文利用石家莊8個區縣兩個年份的地理國情監測地表覆蓋數據,研究林地、草地、水域等自然生態空間覆蓋的時空變化特征,定量評估石家莊經濟社會快速發展,生態環境的變化情況,為自然資源管理、生態環境保護等工作決策提供數據支撐。

1 數據獲取方法及數據概況

本文的研究區域為石家莊市新華區、橋西區、長安區、裕華區、藁城區、鹿泉區、欒城區及正定縣,面積2 662.5 km2,占石家莊市總國土面積的18.9%,以下統稱為研究區域。利用2018年獲取的分辨率為1 m的高分辨率多光譜遙感影像數據,參照地理國情普查的總體技術方法[5],根據自然生態空間不同監測對象的特性和區域特點[6],開展內業解譯和編輯,形成2018年的監測成果數據集[包括種植土地、林草覆蓋、房屋建筑(區)、道路、構筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、水域等8個一級類,水田、旱地、園地、喬木林等20個二級類],以此為基礎,利用2009年影像回溯采集形成2009年監測成果數據集。進而開展林草水的變化統計和自然生態環境狀況分析。

2 林地、草地、水域分布情況及變化

研究區域內的林地主要分布在鹿泉西部,正定西南部以及長安東北部,市內四區也有少量集中分布。草地主要分布在滹沱河河床及兩岸周邊區域、正定北部、鹿泉中部以及藁城中部地區,市內四區的公園綠地有零散分布。水域主要分布在鹿泉北部的黃壁莊水庫以及正定南部、長安北部的滹沱河區域,在市內四區也有較連續分布,如圖1所示,審圖號為冀S(2018)28號。

(a)2009年

(b)2018年圖1 林地、草地、水域空間分布圖

林地面積從2009年的220.7 km2增加至2018年的251.8 km2;草地面積從124.7 km2增加至160.1 km2;水域面積從28.2 km2擴大至41.7 km2。從地表覆蓋的子類型來看,喬木林和灌木林是主要的林地類型,綠化林地、人工幼林占比較少。2009年至2018年喬木林的面積有些許減少,灌木林、綠化林地和人工幼林有不同程度的增加。天然草地增加了16.2 km2,人工草地增加了19.2 km2。水面增加了13.8 km2,水渠減少了0.3 km2,如圖2所示。

圖2 2009年、2018年林地、草地、水域面積變化圖

3 生態環境狀況分析

3.1 生態環境狀況評價標準

參考環保部2015年發布的《生態環境狀況評價技術規范》[7](HJ 192—2015),采用生境質量指數、水源涵養指數對研究區域的生態狀況進行評估。將生境質量指數與水源涵養指數在[0,100]區間上進行歸一化和無量綱處理,采用與技術規范中相同的分級標準,如表1所示。

表1 評價分級標準

3.2 生境質量指數

生境指生物的個體、種群或群落生活地域的環境[8-9]。此處的生境質量指數用來泛指區域內的棲息地質量,并不針對特定的物種,該值越高,說明生態環境越適宜物種生存。I表示生境質量指數(habitat quality index,HQI),計算公式為

(1)

式中，I是生境質量指數;Abio是生境質量指數的歸一化系數,參考值為511.264 213 106 7;wi為某一生境類型的權重;Ai為相應的面積;S為研究區域總面積。各生境類型的分權重如表2所示。

表2 生境質量指數各生境類型分權重

為便于計算,將研究區域的地表覆蓋類型按照表3進行重新劃歸。

表3 地表覆蓋二級類型與生境類型對應關系

續表3

劃歸后的地表覆蓋與生境類型產生了關聯,可繪制出2009年和2018年的生境質量指數在100 m×100 m格網上的空間分布圖,如圖3所示。

圖3反映出10 a間隨著城市的擴張,鹿泉西部山區、正定南部的滹沱河等林草分布密集區范圍擴大,以及園博園、高遷公園、勝利公園、泊水公園、天山公園等生境質量明顯好轉。

(a)2009年

(b)2018年圖3 生境質量指數空間分布圖 [審圖號：冀S(2018)28號]

兩個年份各區縣生境質量指數排名順序相同,由高到低依次為:鹿泉、正定、欒城、藁城、長安、新華、裕華和橋西。2009年鹿泉和正定的指數大于20,屬于較差的區間,其他區縣屬于差的區間,這與城市地區房屋建筑密度高密切相關。鹿泉區自2015年起實施了礦山地質環境整治和太行山綠化工程,水泥建材基地和廢棄礦山的生態環境逐步恢復,生境質量指數有所好轉。隨著正定新區(位于正定東南部)的建設和各區縣城市化進程的加快,至2018年只有鹿泉生境質量指數大于20,其他區縣均低于20。

3.3 水源涵養指數

水源涵養指數用來評估區域生態系統的水源涵養功能狀況[10],利用區域內林地、草地和水域濕地等水源涵養功能高的生態類型的差異進行綜合評價獲得,該值越高表明該區域生態系統的水源涵養能力越高[10]。水源涵養指數IWC的計算公式為

(2)

式中,Acon是水源涵養指數的歸一化系數,參考值為526.792 598 44。按照式(2)可計算得出究區域2009年和2018年水源涵養指數在100 m×100 m格網上的空間分布狀況。鹿泉西部和南部、正定縣南部和藁城區中部的滹沱河區域水源涵養指數較高,其他林地、草地和水域濕地分布較少的區域指數較低。同2009年相比,在環城水系、汊河、洨河水流量增多,水源涵養指數均有較明顯提升。

由于轄區內有大面積山區和部分水庫,鹿泉的水源涵養指數最高且明顯高于其他區。其他各區水源涵養指數由高到低依次為新華、長安、裕華、正定、橋西、欒城和藁城。2018年的水源涵養指數相比2009年有明顯提高。自2009年以來,石家莊市對滹沱河開展了蓄水、綜合整治、生態修復等一系列完善省會生態功能的重要舉措,干涸多年的滹沱河重現碧波。2014年石家莊南水北調工程通水,緩解了用水緊張的問題。除此之外,新增的二十余處公園綠地和全長102 km的環城水系,也為石家莊水源涵養指數的提升做出了積極貢獻。

4 結束語

本文基于地理國情監測成果,利用遙感影像獲取了石家莊研究區域內2009年和2018年跨度為十年的地表覆蓋數據,在此基礎上對林地、草地、水域的空間分布和變化進行了展示,并用生境質量指數、水源涵養指數分析了研究區域的生態環境狀況,主要得出以下結論。

(1)10 a間,研究區域的林地、草地、水域面積分別增長了31.1 km2、35.4 km2和13.4 km2。鹿泉區的林地面積最大且遠高于其他轄區,類型以喬、灌木為主,市中心四轄區也有較為廣泛的林地分布,主要為綠化林地。正定、藁城和欒城林地分布較為稀疏,主要為人工幼林。天然草地主要分布在滹沱河區域以及正定北部地區,在鹿泉以及市內四區有較為分散的人工草地分布。水域主要分布在鹿泉北部的黃壁莊水庫以及流經石家莊的主要河流與南水北調水系區域。

(2)研究區域的生境質量指數、水源涵養指數具有較為相似的空間分布格局,即在鹿泉西部較高,正定、藁城和欒城相對較低,市內四區最低。大部分地區生境質量指數處在“較差”區間內,10 a間部分區域有小幅降低,這是由于石家莊城市化進程較快,房屋建筑區增長顯著,而耕地面積大幅縮減。水域面積較少和林草覆蓋地域性明顯,是本研究區域范圍內固有的自然地理特征,也造成了的水源涵養指數均處在“差”的區間內。若把石家莊西部的平山、井陘及北部的靈壽、行唐等以山地為主的區縣納入研究范圍,各項指數將會有大幅提升。

后續工作中,將擴大研究范圍至石家莊市域,增加基礎數據中間年份(如2013年),探究石家莊近年來生態環境狀況更具體的變化特征,為生態環境保護、自然資源管理等工作提供數據支撐。