2000-2022 年黑龙江省森林植被生长季内生态状况分析

吴 霞, 公衍铎, 谢连妮, 潘 雪, 韩书新, 荔千妮, 温秀卿, 苏晓蕾

（1.黑龙江省生态气象中心，黑龙江 哈尔滨 150030;2.黑龙江省气象台，黑龙江 哈尔滨 150030）

1 引言

黑龙江省森林资源丰富， 森林覆盖率居全国前列，是中国的天然大氧吧、国家重要国有林区和最大的木材生产基地，林区主要分布在大兴安岭、小兴安岭、牡丹江东部等地，不仅具有丰富的优质森林旅游资源，更为生态文明建设提供了重要保障[1-2]。 目前，已有一些研究通过统计年鉴和统计公报等资料对黑龙江省森林的生态环境质量进行动态评价， 但是空间分辨率较低。 而基于空间分辨率较高的遥感数据进行的研究多基于特定年份或特定地区，对2000 年以来黑龙江省森林植被生态质量的长时间序列动态监测评估较少。 植被生态质量指数[3]可综合反映植被的供给能力和植被覆盖地表的能力， 可用来动态监测评价植被生态质量的时空变化。 基于植被生态质量指数对植被进行生态质量状况监测评估的方法已在全国范围内业务化应用。 因此，本研究以卫星遥感数据、气象数据、地理信息数据为基础，反演黑龙江省森林植被生态质量指数， 阐明黑龙江省森林植被生态状况， 以期为森林动态监测评价及生态质量状况评估提供基础资料。

2 资料来源及研究方法

2.1 资料来源

气象数据来自于中国气象数据网（http://data.cma.cn/site/index.html）。本研究选取黑龙江省84 个气象站点2000-2022 年的逐日数据， 主要包括平均气温、最高气温、最低气温、日照时数、降水量、相对湿度、水汽压、风速等数据。 经过数据质量及有效性检查后，对其中个别缺测数据，采用该日相邻两天该要素的平均值替代。

卫星遥感数据为EOS/MODIS 的2020 年的地表覆盖类型产品（MCD12Q1）和2000-2022 年归一化植被指数产品（MOD13A3）。 其中，MCD12Q1 数据采用IGBP 的全球植被分类方案，将分类为常绿针叶树、常绿阔叶树、落叶针叶树、落叶阔叶树和混交林的像元作为森林像元进行统计。

2.2 研究方法

植被覆盖度的计算公式为[4]：

式中：fv 为植被覆盖度；NDVIv 为纯植被像元的最大值， 理论上接近于1；NDVIs 为纯土壤像元的最小值，理论上接近于0.01。 本研究采用纯植被像元的NDVIv 为0.95，纯土壤像元的NDVIs 为0.05。

植被净初级生产力通过地面气象资料和MODIS月尺度NDVI 进行估算，计算公式为[3]：

式中：NPP 为净初级生产力（gC/m2）；ε 为植被吸收的光合有效辐射转化为有机物的转化率（gC/MJ）；σ 为影响光能转化率的因子；FPAR 为植被吸收光合有效辐射的比例；PAR 为入射光合有效辐射（MJ/m2）；Rg 为植被生长呼吸消耗系数； Rm 为植被维持呼吸消耗系数。

植被生态质量指数的计算公式为：

式中：Qf为森林植被生态质量指数；f1 为森林植被覆盖度的权重系数（本文取0.5）；fv 为监测时段平均森林植被覆盖度；f2 为森林植被净初级生产力的权重系数；NPP 为监测时段森林植被净初级生产力，以碳（C）计，单位为克每平方米（g/m2）；NPPmax 为监测时段历年同期森林植被净初级生产力的最大值。森林植被生态质量遥感监测评价等级见表1，监测时段为每年的5-10 月[5]。

时间变化趋势的分析中， 通过最小二乘法构建植被覆盖度与时间的一元线性回归方程， 该方程的拟合斜率为植被覆盖度的变化趋势率[6]。空间分布特征的分析中， 空间图的制作采用反距离权重算法将点结果经过计算成为面结果[7-9]。

3 结果与分析

3.1 森林植被生态状况时间变化趋势

2000-2022 年生长季，黑龙江省森林植被覆盖度整体呈增加趋势， 增加速度为0.3%/a （图1）。 尤其2012 年以来， 全省森林平均植被覆盖度均处于较高水平（均高于74%）。 其中，2022 年生长季，平均植被覆盖度为77.4%，为2000 年以来第二位，较2000 年提高10%以上， 较2000-2022 年平均值偏高4.4%，较2021 年偏低0.3%。

图1 2000-2022 年生长季黑龙江省森林平均植被覆盖度统计图

依据表1 的森林植被生态质量遥感监测评价等级标准，2000-2022 年生长季， 黑龙江省森林植被生态状况整体向好， 植被生态状况偏好区域面积占全省面积的比例呈显著增加趋势， 增加速度为每年0.39 万km2（图2）；自2012 年以后，偏好区域面积增加尤为明显，增加速度上升至每年0.58 万km2，较整体增速提高48.7%。中等区域占全省面积的比例呈微弱的减小趋势，减小速度为每年0.1 万km2。 偏差区域面积占全省面积的比例呈显著减小趋势， 减小速度为每年0.29 万km2。其中，2022 年中等偏好区域整体占全省森林面积的94.7%，较2000 年提高39.1%，较2000-2022 年平均值提高10.7%， 较2021 年减少0.3%。

3.2 森林植被生态状况空间分布特征

2022 年生长季， 黑龙江省大部分林区植被覆盖度高于75%，其中，中部、南部、东部及大兴安岭地区中部部分林区的植被覆盖度较高， 高于80%（图3）；植被覆盖度较低区域一般位于林区边缘。 2000-2022年生长季，全省94.4%的森林植被覆盖度呈增加趋势（图4），北部及中部部分林区增长明显，反映了黑龙江省生态环境建设的成效，人居“绿色”生态环境改善明显。

图3 2022 年生长季黑龙江省森林平均植被覆盖度空间分布图

图4 2000-2022 年生长季黑龙江省森林植被平均植被覆盖度变化趋势率空间分布图

2022 年生长季， 黑龙江省森林植被生态状况整体中等偏好， 偏好区域占全省森林面积的33.7%，主要位于小兴安岭、长白山、完达山等林区；中等区域占全省森林面积的61%， 主要位于大兴安岭和小兴安岭北部林区；偏差区域占全省森林面积的5.3%，主要分布在林区边缘区域（图5）。

图5 2022 年生长季黑龙江省森林植被生态状况空间分布图

4 结论与讨论

2000-2022 年黑龙江省生长季森林生态状况监测分析结果表明：森林植被覆盖度整体呈增加趋势，增加速度为0.3%/a，尤其2012 年以来，全省森林平均植被覆盖度均处于较高水平。2022 年生长季，黑龙江省森林植被生态状况整体中等偏好， 偏好区域主要位于小兴安岭、长白山、完达山等林区；大部分林区植被覆盖度高于75%，其中，中部、南部、东部及大兴安岭地区中部部分林区的植被覆盖度较高。 黑龙江省森林植被生态状况整体向好， 植被生态状况偏好区域面积占全省面积的比例呈显著增加趋势，增加速度为每年0.39 万km2； 自2012 年以后， 偏好区域面积增加尤为明显， 增加速度上升至每年0.58万km2，较整体增速提高48.7%；中等区域占全省面积的比例呈微弱的减小趋势； 偏差区域面积占全省面积的比例呈显著减小趋势。

近年来，在黑龙江省林区生长季水分、热量整体逐步增加的背景下，气候条件有利于植被生长。 森林植被生态状况的不断改善， 不仅依靠有利的气候条件，更得益于近年来的生态文明建设。 对森林资源的发展和保护关系着中国生态环境的改善和可持续发展，因此，在维持黑龙江省森林植被生态状况向好发展的基础上， 仍需进一步有针对性的加大变差区域的生态修复力度， 整体提高全省林区植被生态质量水平。