基于地理国情监测的石家庄自然生态环境状况研究

周 阳 田时雨 王 淼

(1. 河北省第二测绘院, 河北 石家庄 050031; 2. 北京市测绘设计研究院, 北京 100038)

0 引言

任何生物维持自身生存与繁衍都需要的一定的环境条件,一般把处于宏观稳定状态的某物种所需要或占据的环境总和称为生态空间[1]。生态空间可分为城市生态空间和自然生态空间。城市生态空间是指城市及其周边区域,城市中的人们在其中生产和生活。自然生态空间是指具有重要生态功能、以提供生态产品和生态服务为主的区域,在保障国家或区域生态安全中发挥重要作用[2]。

第一次全国地理国情普查工作于2015年完成[3],常态化的基础性和专题性地理国情监测工作持续开展。本文利用石家庄8个区县两个年份的地理国情监测地表覆盖数据,研究林地、草地、水域等自然生态空间覆盖的时空变化特征,定量评估石家庄经济社会快速发展,生态环境的变化情况,为自然资源管理、生态环境保护等工作决策提供数据支撑。

1 数据获取方法及数据概况

本文的研究区域为石家庄市新华区、桥西区、长安区、裕华区、藁城区、鹿泉区、栾城区及正定县,面积2 662.5 km2,占石家庄市总国土面积的18.9%,以下统称为研究区域。利用2018年获取的分辨率为1 m的高分辨率多光谱遥感影像数据,参照地理国情普查的总体技术方法[5],根据自然生态空间不同监测对象的特性和区域特点[6],开展内业解译和编辑,形成2018年的监测成果数据集[包括种植土地、林草覆盖、房屋建筑(区)、道路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地表、水域等8个一级类,水田、旱地、园地、乔木林等20个二级类],以此为基础,利用2009年影像回溯采集形成2009年监测成果数据集。进而开展林草水的变化统计和自然生态环境状况分析。

2 林地、草地、水域分布情况及变化

研究区域内的林地主要分布在鹿泉西部,正定西南部以及长安东北部,市内四区也有少量集中分布。草地主要分布在滹沱河河床及两岸周边区域、正定北部、鹿泉中部以及藁城中部地区,市内四区的公园绿地有零散分布。水域主要分布在鹿泉北部的黄壁庄水库以及正定南部、长安北部的滹沱河区域,在市内四区也有较连续分布,如图1所示,审图号为冀S(2018)28号。

(a)2009年

(b)2018年图1 林地、草地、水域空间分布图

林地面积从2009年的220.7 km2增加至2018年的251.8 km2;草地面积从124.7 km2增加至160.1 km2;水域面积从28.2 km2扩大至41.7 km2。从地表覆盖的子类型来看,乔木林和灌木林是主要的林地类型,绿化林地、人工幼林占比较少。2009年至2018年乔木林的面积有些许减少,灌木林、绿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,水渠减少了0.3 km2,如图2所示。

图2 2009年、2018年林地、草地、水域面积变化图

3 生态环境状况分析

3.1 生态环境状况评价标准

参考环保部2015年发布的《生态环境状况评价技术规范》[7](HJ 192—2015),采用生境质量指数、水源涵养指数对研究区域的生态状况进行评估。将生境质量指数与水源涵养指数在[0,100]区间上进行归一化和无量纲处理,采用与技术规范中相同的分级标准,如表1所示。

表1 评价分级标准

3.2 生境质量指数

生境指生物的个体、种群或群落生活地域的环境[8-9]。此处的生境质量指数用来泛指区域内的栖息地质量,并不针对特定的物种,该值越高,说明生态环境越适宜物种生存。I表示生境质量指数(habitat quality index,HQI),计算公式为

(1)

式中，I是生境质量指数;Abio是生境质量指数的归一化系数,参考值为511.264 213 106 7;wi为某一生境类型的权重;Ai为相应的面积;S为研究区域总面积。各生境类型的分权重如表2所示。

表2 生境质量指数各生境类型分权重

为便于计算,将研究区域的地表覆盖类型按照表3进行重新划归。

表3 地表覆盖二级类型与生境类型对应关系

续表3

划归后的地表覆盖与生境类型产生了关联,可绘制出2009年和2018年的生境质量指数在100 m×100 m格网上的空间分布图,如图3所示。

图3反映出10 a间随着城市的扩张,鹿泉西部山区、正定南部的滹沱河等林草分布密集区范围扩大,以及园博园、高迁公园、胜利公园、泊水公园、天山公园等生境质量明显好转。

(a)2009年

(b)2018年图3 生境质量指数空间分布图 [审图号：冀S(2018)28号]

两个年份各区县生境质量指数排名顺序相同,由高到低依次为:鹿泉、正定、栾城、藁城、长安、新华、裕华和桥西。2009年鹿泉和正定的指数大于20,属于较差的区间,其他区县属于差的区间,这与城市地区房屋建筑密度高密切相关。鹿泉区自2015年起实施了矿山地质环境整治和太行山绿化工程,水泥建材基地和废弃矿山的生态环境逐步恢复,生境质量指数有所好转。随着正定新区(位于正定东南部)的建设和各区县城市化进程的加快,至2018年只有鹿泉生境质量指数大于20,其他区县均低于20。

3.3 水源涵养指数

水源涵养指数用来评估区域生态系统的水源涵养功能状况[10],利用区域内林地、草地和水域湿地等水源涵养功能高的生态类型的差异进行综合评价获得,该值越高表明该区域生态系统的水源涵养能力越高[10]。水源涵养指数IWC的计算公式为

(2)

式中,Acon是水源涵养指数的归一化系数,参考值为526.792 598 44。按照式(2)可计算得出究区域2009年和2018年水源涵养指数在100 m×100 m格网上的空间分布状况。鹿泉西部和南部、正定县南部和藁城区中部的滹沱河区域水源涵养指数较高,其他林地、草地和水域湿地分布较少的区域指数较低。同2009年相比,在环城水系、汊河、洨河水流量增多,水源涵养指数均有较明显提升。

由于辖区内有大面积山区和部分水库,鹿泉的水源涵养指数最高且明显高于其他区。其他各区水源涵养指数由高到低依次为新华、长安、裕华、正定、桥西、栾城和藁城。2018年的水源涵养指数相比2009年有明显提高。自2009年以来,石家庄市对滹沱河开展了蓄水、综合整治、生态修复等一系列完善省会生态功能的重要举措,干涸多年的滹沱河重现碧波。2014年石家庄南水北调工程通水,缓解了用水紧张的问题。除此之外,新增的二十余处公园绿地和全长102 km的环城水系,也为石家庄水源涵养指数的提升做出了积极贡献。

4 结束语

本文基于地理国情监测成果,利用遥感影像获取了石家庄研究区域内2009年和2018年跨度为十年的地表覆盖数据,在此基础上对林地、草地、水域的空间分布和变化进行了展示,并用生境质量指数、水源涵养指数分析了研究区域的生态环境状况,主要得出以下结论。

(1)10 a间,研究区域的林地、草地、水域面积分别增长了31.1 km2、35.4 km2和13.4 km2。鹿泉区的林地面积最大且远高于其他辖区,类型以乔、灌木为主,市中心四辖区也有较为广泛的林地分布,主要为绿化林地。正定、藁城和栾城林地分布较为稀疏,主要为人工幼林。天然草地主要分布在滹沱河区域以及正定北部地区,在鹿泉以及市内四区有较为分散的人工草地分布。水域主要分布在鹿泉北部的黄壁庄水库以及流经石家庄的主要河流与南水北调水系区域。

(2)研究区域的生境质量指数、水源涵养指数具有较为相似的空间分布格局,即在鹿泉西部较高,正定、藁城和栾城相对较低,市内四区最低。大部分地区生境质量指数处在“较差”区间内,10 a间部分区域有小幅降低,这是由于石家庄城市化进程较快,房屋建筑区增长显著,而耕地面积大幅缩减。水域面积较少和林草覆盖地域性明显,是本研究区域范围内固有的自然地理特征,也造成了的水源涵养指数均处在“差”的区间内。若把石家庄西部的平山、井陉及北部的灵寿、行唐等以山地为主的区县纳入研究范围,各项指数将会有大幅提升。

后续工作中,将扩大研究范围至石家庄市域,增加基础数据中间年份(如2013年),探究石家庄近年来生态环境状况更具体的变化特征,为生态环境保护、自然资源管理等工作提供数据支撑。