生态监测在铁路建设项目中的应用

李廷山，王志科，唐 渭，李明奇

（1.中铁科学研究院有限公司 成都分公司，四川 成都 610036；2.郑西铁路客运专线有限责任公司 工程部，河南 郑州 450009）

1 概述

生态监测作为一种系统收集地球自然资源信息的技术方法，起始于20世纪60年代后期，至今已有40多年的发展历史[1]。生态监测是环境生态建设的技术保证和支持体系，采用生态学的各种方法和手段，从不同尺度对各类生态系统结构和功能的时空格局进行度量，主要通过监测生态系统的条件、条件变化、对环境压力的反应及其趋势而获得[2]，以标准化的方法在特定时间、空间内重复分析测定生态系统状况[3]。常规的生态监测技术手段通常有地面监测、航空监测和遥感卫星监测3种。

地面监测是较为传统的技术手段，可以提供最详细的生态情况。许多生态功能及生态结构的变化只能通过在野外观测及调查进行监测；此外，地面监测能够验证提高遥感数据的精确性并有助于对数据的解释。航空监测是目前3种监测技术中最经济有效的一种，航空监测首先用坐标网覆盖研究区域，飞行时系统记录位置并发送分析获得的数据[4]。遥感卫星监测是利用地球资源卫星监测植被类型、生长状况、病虫害等，其最大优点是覆盖面广，可以获得人工难以到达的高山、丛林资料。一般而言，地面监测、航空监测和遥感卫星监测相互配合才能获得完整的资料[5]。本文针对郑徐客运专线(以下简称“郑徐客专”)穿越中牟森林公园区段，采用常规地面生态监测，并利用多时相陆地卫星遥感数据进行遥感监测，通过对研究区植被类型、土地分类、土壤侵蚀等的定量分析，进行生态环境监测的研究，用以分析和探究郑徐客专建设对中牟森林公园区段的生态影响。

中牟森林公园为省级森林公园保护区，位于郑州市中牟县北部，地处暖温带大陆性季风气候，区位优势明显，交通条件便利，公园面积5 458.3 hm2，划属华北植物地区-豫东平原植物亚地区的黄河-淮河平原植物小区。该小区自然地理位置在安徽省界以西、淮河干流北岸以北、伏牛山麓以东、黄河以南。地带性植被以落叶阔叶为主，植被发育良好，有成片的人工林，森林树种主要是人工种植栽培刺槐。

中牟森林公园范围较大，郑徐客专工程线位无法绕避，以桥梁形式穿越森林公园北林区，穿越长度4.9 km，工程永久占用森林公园林地约8.82 hm2，占北林区总面积的0.22%，占中牟森林公园总面积的0.16%。穿越森林公园地带主要为刺槐林，土壤以潮土等为主，生态较为脆弱，需做好施工期防护措施。郑徐客专穿越中牟森林公园生态环境评价范围为线路中心线两侧各500 m，总面积为633.94 hm2，工程占地面积占评价区总面积的1.39%。

2 森林公园样方调查方法

2.1 地面监测(样方调查)

调查的时间在2015年6月和2016年6月，属于夏季植被生长旺盛期，大多数植物正处在花期(除禾本科植物)，为植物鉴定提供了有利的自然条件。为了使样方充分代表路线所经区域的植被群落种类组成，在选取样方地点时，尽量选取具代表性的不同植物群落的地带为样地，同时考虑样方分布的均匀程度，在郑徐客专穿越中牟森林公园处共设置6个监测样地(东西两端各布设3个样地)，通过现场调查和查阅资料，对样地内所有物种进行鉴定。根据以下公式计算植被Simpson优势度指数(C)、Shannon-wiener多样性指数(H)、Pielou均匀度指数(J)、Simpson多样性指数(D)和物种丰富度(R)等。

式中：Pi为第i类群的个体数在总体中的比值。

式中：S为群落内的物种数。

2.2 遥感监测

项目所用的本底资料包括：2015年6月20日和2016年6月20日的WorldView2遥感影像为基本数据源；项目区1:10 000地形图、DEM(数字高程模型)及矢量化数据；野外生态样方调查资料。

根据国家标准《土地利用现状分类》(GB/T 21010—2017)[6]，土地利用现状分类采用3级分类；土壤侵蚀现状分类按照《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190—2007)[7]建立分类系统；植被类型分类采用《中国植被类型图谱》中的分类系统进行。在解译过程中，影像数据经过了多项式几何精纠正和双线性内插重采样，以保证解译结果的几何精度，出图比例尺为1:100 000。

3 结果分析

3.1 样方调查监测结果

郑徐客专穿越中牟森林公园区段的森林垂直方向可分为乔木层和草本层，乔木层以刺槐为优势种，草本层以龙须菜和狗尾草为优势种，并伴生有小蓬草、山桃草、节节麦等物种。

表1为2015年和2016年监测结果。从表1可知，优势度指数(D)、Shannon-wiener多样性指数(H)等有所增加，郑徐客专建设对森林公园生态植被无影响，森林公园内生态植被均处于自然生长及更新状态。

表1 2015年和2016年样方调查结果

3.2 遥感监测

3.2.1 土地利用现状监测

通过遥感监测，2016年较2015年，森林公园西段耕地减少约0.57 hm2，林地减少约0.84 hm2，工矿仓储用地减少8.45 hm2，其他用地减少1.82 hm2；草地增加3.24 hm2，交通运输用地增加8.44 hm2(见表2)。森林公园东段2016年较2015年，耕地增加0.93 hm2，草地增加5.76 hm2，交通运输用地增加5.27 hm2，城镇村及工矿用地增加0.26 hm2，林地减少约1.44 hm2，工矿仓储用地减少5.81 hm2，水域及水利设施用地减少0.03 hm2，其他用地减少4.94 hm2(见表3)。

表2 中牟森林公园段评价范围土地利用属性统计（西段）

表3 中牟森林公园段评价范围土地利用属性统计（东段）

分析其主要变化为耕地、草地、交通运输用地、城镇村及工矿用地增加，林地、工矿仓储用地、水域及水利设施用地、其他用地减少。无大面积破坏、碾压、占用林地和草地的现象。虽然铁路工程对地表有一定的扰动，但对森林公园整体土地利用现状没有产生明显影响。

3.2.2 植被类型现状监测

通过遥感监测，中牟森林公园西段2016年较2015年有林地减少0.84 hm2，草地增加约3.24 hm2，栽培植被减少0.58 hm2，无植被地段减少1.82 hm2(见表4)。中牟森林公园东段2016年较2015年有林地减少1.44 hm2，草地增加约5.77 hm2，栽培植被增加0.93 hm2，无植被地段减少5.25hm2(见表5)。

表4 中牟森林公园评价范围内植被类型变化情况（西段）

表5 中牟森林公园评价范围内植被类型变化情况（东段）

主要变化为草地增加，有林地、无植被地段减少。通过遥感解译，在森林公园内无大面积破坏和碾压、占用林地和草地的现象；反之，森林公园内的草地有增加趋势。虽然铁路工程对地表植被有一定的扰动及破坏，但对森林公园整体的植被类型现状功能没有产生较大影响。

3.2.3 土壤侵蚀现状监测

中牟森林公园西段2016年较2015年，水力侵蚀面积增加8.45 hm2，工程扰动面积减少8.45 hm2；东段2016年较2015年，水力侵蚀面积增加3.94 hm2，工程扰动面积减少3.94 hm2(见表6)。

表6 中牟森林公园评价范围内土壤侵蚀面积

主要变化为水力侵蚀面积增加、工程扰动面积减少。通过遥感解译，在森林公园内无大面积工程扰动现象，说明工程对森林公园的影响正在逐步降低，工程所引发的水土流失减少，生态有所恢复和改善。

4 结论

采用常规生态监测，配合样方调查，并利用卫星遥感技术对郑徐客专穿越中牟森林公园的生态影响进行监测，结果如下。

（1）样方调查监测结果表明，2016年较2015年，中牟森林公园Simpson优势度指数、Shannon-wiener多样性指数等有所增加，线路施工对森林公园生态植被无明显影响，森林公园内生态植被均处于自然生长及更新状态。

（2）通过遥感监测，2016年较2015年，中牟森林公园的生态有以下变化：一是土地利用情况，交通运输用地、草地均有所增加，林地略减；二是植被类型情况，有林地和栽培植被减少，草地增加；三是土壤侵蚀情况，水力侵蚀面积增加，工程扰动面积减少。

（3）生态环境影响：一是减少的林地可能是由于线路经过区域砍伐了部分树木所致，待工程完工后，通过后期植被恢复，会逐渐弥补减少的林地，不会对森林公园的生态格局造成影响；二是有林地虽有减少但减少量很小，加上后期生态恢复，将逐渐弥补减少的林地；三是工程扰动面积减少说明工程对森林公园的影响正在逐步降低，工程所引发的水土流失减少，生态有所恢复和改善。