长株潭城市群1997—2017年森林植被变化分析

刘大逵， 张 平， 陈 利， 夏 栗， 陈溪璐

(1.湖南省农林工业勘察设计研究总院， 湖南 长沙 410007; 2.株洲市林业局， 湖南 株洲 412007)

长株潭城市群是湖南省城镇化发展水平最高的区域，位于京广经济带、泛珠三角经济区、长江经济带的结合部，具备建设区域性中心城市群、影响和辐射四方的区位优势[1-3]。长株潭城市群定位为现代化生态型城市群，2007年12月，长株潭城市群成为国家“两型社会”建设综合改革的配套试验区[4-5]。近年来，长株潭城市群开始创建长株潭国家森林城市群建设并制定了相关总体规划，因此，区域森林植被状况的变化显得尤为重要。

在城市化进程快速发展的背景下，大规模城市化建设影响着城市群的森林植被保护与修复，一系列开发建设加大了对森林植被的破坏，发展与保护的矛盾突出，城市生态环境日益严峻[6]。如何保护好长株潭城市群现有森林资源，充分利用城区有限的土地增加城市绿化面积，平衡保护与发展的关系是长株潭城市群在新时期生态文明建设思潮中所面临的重要挑战。

1 研究区概况

长株潭城市群包括长沙市、株洲市和湘潭市，位于京广经济带、泛珠三角经济区、长江经济带的结合部，地理坐标为111°58′38″—114°13′20″E，26°18′19″—28°41′72″N，地处湖南省东北部，属亚热带季风湿润气候区，年平均气温16～19 ℃，降雨量1 230～1700 mm[7]。3市呈“品”字型分布，3市中心城区两两相距不足20 km，结构紧凑，国土总面积2.81万km2，其中林业用地面积1 556 962.4 hm2，有林地面积1 408 826.7 hm2，活立木蓄积6 424.4万m3，森林覆盖率56.16%[8](图1)。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

(1) 矢量数据：1997、2007、2017年长株潭3市土地利用矢量数据；

(2) 卫星影像：1997、2007、2017年长株潭3市Landsant卫星影像；

(3) 森林资源数据：1997、2007、2017年湖南省森林资源调查数据。

2.2 研究方法

2.2.1 归一化植被指数 归一化植被指数(NDVI)可用于检测植被生长状态[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 植被覆盖度 植被覆盖度反映植被的茂密程度和植物进行光合作用面积的大小[13-14]。通常植被覆盖度是最直接可用的、也便于区域之间数量对比的植被因子[15-16]。本文测定的植被覆盖度为投影盖度，采用盖度框法进行测定。

2.2.3 差值植被指数(DVI) 通过两期大于0.1的NDVI值的直接相减，以更直接地刻画植被空间质量的变化情况[17-18]。

3 结果与分析

3.1 植被指数变化分析

利用TM影像的红色和近红外波段组合所反演的长株潭城市群NDVI指数见图2。从图2可看出，三期植被指数的空间分布格局基本一致，水域、山地、丘陵分布处植被指数都相对较高，城区植被指数最低。从植被指数统计情况看(表1)，2007年与1997年相比，长株潭城市群植被指数平均值降低了0.118 4，在长株潭中部以北部区域表现最为突出；2017年与2007年相比，植被指数增加了0.212 7并超过了1997年的植被指数平均值，这表明长株潭城市群的植被生长状况在该时段内有一定程度的正向变化，也说明长株潭城市群城市生态建设以及3市创建森林城市的工作已见成效。

表1 长株潭城市群NDVI统计Tab.1 NDVI statistics of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Ur-ban Agglomeration年份最小值最大值极差平均标准差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

由图3可知，3市三期的植被指数值都呈现了“高-低-高”的变化特点。从1997—2007年，3市下降幅度最大的是长沙市，下降幅度为0.138 3，下降幅度最小的是湘潭市，下降幅度为0.065 5。从2008—2017年，3市的植被指数增幅均较大，增幅最大是株洲市，其增加幅度为0.281 0，增幅最小的是长沙市，增幅为0.162 7。2007年后，3市均积极投入创建森林城市建设，生态建设取得了较好的成效，特别是株洲市森林城市建设效果特别明显。虽在此期间曾遭受2008年冰冻灾害影响[19]，但灾后修复、植树造林、退耕还林、巩固退耕还林等措施对区域森林的保护成效可见一斑。

3.2 植被覆盖度变化分析

由图4可知，长株潭城市群植被覆盖度较低的区域主要集中在中部的长株潭3市城区以及北部区域，植被覆盖度较高的区域主要集中在东部浏阳市、南部株洲市的攸县、茶陵县、炎陵县以及西部的宁乡市。

由表2可知，1997—2007年间，植被的逆向变化情况比较明显，突出表现在：中覆盖度植被面积扩大，增加了428 861.57 hm2，所占比例增长了15.26%；高覆盖度植被面积大幅减少，减少了676 838.04 hm2，所占比例降低了24.08%，说明该时段内区域植被的变化表现为数量缩减和质量退化。而2008—2017年间，植被的正向变化情况比较明显，突出表现在：虽然中覆盖度、中高覆盖度植被面积有所减少，但高覆盖度植被面积增幅较大，增加面积达871 714.71 hm2。这说明，2008—2017年间长株潭城市群区域内植被在朝着面积增加、质量提升的方向发展。

表2 长株潭城市群三期植被覆盖度统计Tab.2 Statistical table of vegetation coverage in the third stage of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration项目1997年2007年2017年2007—1997年2017—2007年面积/hm2比例/%面积/hm2比例/%面积/hm2比例/%面积/hm2比例/%面积/hm2比例/%低覆盖度93 981.243.34188 552.396.71366 824.7113.0594 571.153.37178 272.326.34中覆盖度339 122.7012.07767 984.2727.33318 538.8711.34428 861.5715.26-449 445.40-15.99中高覆盖度868 192.8330.901 021 598.1536.35421 056.5214.98153 405.325.46-600 541.63-21.37高覆盖度1 508 818.3353.69831 980.2929.611 703 695.0060.63-676 838.04-24.09871 714.7131.02

此外，从三期不同植被覆盖度所占比例来看，最小的为6.71%，最高的也仅为29.61%，可见长株潭城市群的植被覆盖景观缺乏明显的构成基质，缺乏对区域生态环境起主导导向作用的植被覆盖要素，这将导致区域植被生态的建设与维护成本的增加。

3.3 差值植被指数变化分析

差值植被指数能进一步提高植被空间展示的准确度[20]。长株潭城市群1997—2007年和2008—2017年两期差值植被指数分级分布情况见图5。

由图5和表3可知：1997—2007年间，长株潭城市群区域植被变化以退化过程占主导优势，整个区域植被退化变化的区域面积达2 007 636.93 hm2，占植被区域面积的74.82%，植被改善变化的比例仅25.18%；2008—2017年间，植被呈现出了以改善为优势的变化特征，整个区域植被改善的面积达2 039 924.34 hm2，占植被区域总面积的81.90%，其中中度改善和轻度改善所占比例最大，分别达到了36.00%和31.82%，极度改善的面积比例也达到了14.08%，该时段内植被退化的区域仅450 699.75 hm2，所占比例为18.10%，表明长株潭城市群在2008—2017年期间，植被质量得到明显的提高。

表3 长株潭城市群1997—2017年差值植被指数统计Tab.3 Statistical table of difference vegetation index of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Urban Agglomeration项目1997—2007年2008—2017年面积/hm2比例/%面积/hm2比例%极度退化28 903.321.089 399.960.38中度退化478 786.8617.8449 399.831.98轻微退化1 499 946.7555.90391 899.9615.74轻微改善594 915.3922.17896 517.3636.00中度改善71 590.322.67792 632.8831.82极度改善9 138.150.34350 774.1014.08

4 结论与讨论

(1)1997—2007年间，长株潭城市群的植被生长状态下降，植被覆盖度降低，植被主导表现为退化趋势。2008—2017年间，该区域的植被生长状态回升并超过上一时段，植被覆盖度升高，植被主导表现为明显的改善趋势。2007年后，该区域重点建设生态保护与修复工程，生态建设取得了较好的成效。

(2)由于过去林业信息化程度低，导致2013年前的森林资源数据获取难度大，故本文仅对1997年、2007年和2017年3个节点年份的相关数据进行了计算和分析，无法对长株潭城市群20年间的森林植被变化情况做逐年连续分析和对比。在下一步的研究中，将对2013年以后的森林植被数据进行连续统计和分析，以得出近年来长株潭城市群森林植被变化的趋势和规律并预测未来该区域的森林植被发展状况。

(3)为使长株潭城市群森林植被的生长状态和植被覆盖度不再下滑，使植被处于改善的主导态势，首先要优先保护好现有的山地森林资源，区域森林资源主要分布在东部和南部的山地和丘陵上，丘陵与低山地区的可造林宜林地越来越少[21]，因此，植被建设要优先保护好现有森林植被，避免区域植被再出现逆向发展。

(4)长株潭城市群森林植被最薄弱的区域为3市中心城区，因此，发展城区内绿化是提高长株潭城市群森林植被的最佳措施[22-23]。以湘江两岸、城区自然山体、湿地以及其他闲置空间等要素为依托，充分利用城区有限的土地增加绿地面积，针对绿地空间不足、绿化水平薄弱的地方，规划公园绿地。加强屋顶、墙体、桥体、阳台等立体空间的绿化，提高建筑空间的植被覆盖度。

(5)长株潭城市之间的经济发展水平差异，导致各市的森林植被变化情况不一。3市中，长沙市作为省会城市，经济发展速度最高，但付出了前期森林植被生长状况降幅最大，后期生长状况增幅最小的代价。因此，在城市发展建设中，更要加强“城市绿线、生态红线”保护，巩固城乡绿化建设成果。