铜川市近十年植被覆盖度变化分析与探讨8月(期刊投稿)

1铜川近十五年植被的时空变化分析周晓丽1，刘跃峰1，何慧娟2，董亚龙1，师静雅1（1.铜川市气象局，727031；2.陕西省农业遥感信息中心，710015）摘要：本文主要利用美国MODIS卫星对2000-2014年植被覆盖度进行的遥感动态监测和美国蒙大拿大学森林学院陆域动态数值模拟研究团队运用生物地球化学模式的净初级生产力NPP产品固碳量数据，分析了铜川市近年来各地中、低、高植被覆盖度变化情况，分区固碳量及其时空变化分布状况，监测结果发现，植被覆盖度整体上2014年较2000年有大幅的提高，且呈现西北高、东南低的分布，尤其是高植被覆盖度呈上升趋势，植被固碳量在波动中呈现增加趋势，西北部固碳量明显增加，宜君县增加最明显，其次是铜川市辖区。希望此监测分析结果为政府治污减霾等环境治理工作的决策提供科学依据。关键词：植被覆盖度，固碳量，遥感监测近年来，植被指数被广泛应用于描述植被生长状况，进行土地覆盖分类，估测植被生产力、监测分析旱情等，还在全球变化研究中也作为重要的输入参数[1-5]，李登科等人利用MODIS数据研究了陕西省植被指数的时空变化特征，植被长势随气温变化有着生繁衰枯的物候节律，冬季植被处于休眠期，NDVI值低,呈现单峰型，从春季到夏季茂密森林的植被指数较高，呈双峰型[6]。铜川是一个因煤而兴的老工业城市，九十年代中期，作为全市政治、经济、文化中心的北市区，粉尘漂浮，煤烟笼罩；漆水河两岸缺树少荫，两边直观山坡植被稀少，黄土裸露，曾被称为卫星上看不到的城市。为了改变这一现状，铜川市委、市政府及林业等相关部门，通过实施以绿化城市周边直观山坡为目标的翠屏工程，经过十多年的连续奋斗，建成了生态美、文化兴、经济强的大美铜川。本文主要利用美国MODIS卫星对2000-2014年植被覆盖度进行的遥感动态监测和美国蒙大拿大学森林学院陆域动态数值模拟研究团队运用生物地球化学模式的净初级生产力NPP产品，分析了铜川市十五年来各地中、低、高植被覆盖度变化情况，分区县植被固碳量及其时空变化分布状况，通过分析大气气溶胶光学厚度变化普查空气质量改善情况。1数据方法1.1植被指数归一化植被指数（NDVI，NormailizedDifferenceVegetationIndex）选用了绿色植物（叶绿素引起的）强吸收可见光红色波段和对绿色植物（叶内组织引起的）高反射和高透2射的近红外波段，是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子（引赵英时《遥感应用分析原理与方法》）。1.2植被覆盖度植被覆盖度是一项重要的生态气候参数，是描述生态系统的重要基础数据。可以利用混合像元分解模型中最常用的线性模型中的像元二分模型，来估算植被覆盖度，表达式为：ƒc=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)(1)式中:NDVI为混合像元的植被指数值；NDVIveg为纯植被像元的NDVI值；NDVIsoil为纯土壤像元的NDVI值；ƒc为植被覆盖度。植被覆盖度划分标准如下：裸地：＜10%，低覆盖：10%-30%，低覆盖：30%-45%，中覆盖：45%-60%，高覆盖：＞60%。1.3固碳量植被固碳量是碳循环的重要组成部分，是判定植被碳累积和调节生态过程的主要因子，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。2铜川气候2.1气候背景铜川市位于陕西省中部,地处渭北旱塬,介于108°35′～109°29′E，34°48′～35°34′N之间,系关中平原与陕北高原过渡地带。全市土地面积3882㎞2,地势呈西北高、东南低走势,海拔多在600-1700m。属温带大陆性季风气候,四季分明,冬长夏短,雨热同期,雨量较多,温度偏低,地区差异明显,灾害比较频繁。年平均气温8.9～12.3℃,由东南向西北呈递减趋势。年降水量555.8～709.3mm之间,年平均日照时数2345.7～2412.5小时。全市气候的年平均湿润程度在半干旱—湿润之间，其中山区属湿润，残原区属半湿润，台原区属半干旱。全市范围内多数地区气候的湿润度较好，植被丰富。2.2气候分区Ⅰ区西北部山地温凉湿润农业气候区：年≧10℃积温﹤3000℃，年降水量﹥650毫米，湿润地区，为一年一熟区。Ⅱ区中部和东部参原温和半湿润农业气候区：年≧10℃积温3000—4000℃，年降水量600—650毫米，半湿润地区，为两年三熟区。Ⅲ区南部台原温暖半干旱农业气候区：年≧10℃积温﹥4000℃，年降水量﹤600毫米，半干旱地区，一年两熟区。宜君县年降水量675毫米，降水充沛，植被繁茂，森林长势良好。2.3灾害3铜川地区主要气象灾害有干旱、连阴雨、霜冻、冰雹等，近年来，极端气象灾害呈加剧的趋势。干旱是铜川地区主要的气象灾害之一，干旱发生以冬春为主，夏季高温热浪近年来也频繁发生，加剧了各地旱情影响。全市干旱年平均2.3—2.8次，具有明显的地区差别。北部和西部山区、半山区干旱次数少，强度小；南部、东部干旱次数多，强度大；宜君基本无夏旱和夏秋连旱（伏旱），大旱出现的机率很小；印台区和耀州区大旱出现的机率大，夏旱和夏秋连旱（伏旱）都比较明显。三个气候区的植被差异比较大。铜川连阴雨发生在3—11月，年平均2.4—3.7次，北部多，中南部少，最长的持续时间为31天，主要集中在7月—10月。3植被变化3.1年变化65.70%64.17%68.76%71.26%71.91%71.28%75.26%77.45%75.71%75.44%77.03%74.08%79.39%76.60%75.01%0%20%40%60%80%100%200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014植被覆盖度铜川市植被覆盖度变化趋势图12000-2014年铜川地区植被覆盖度变化Fig1.ChangeofvegetationcoverageinTongchuanareaduring2000-2014铜川市2000-2014年植被覆盖度在波动中呈现大幅增加的趋势（图1）。2000年铜川市植被覆盖度为65.70%，2014年增长至75.01%，线性增长率为0.82%/年。4图22000年、2014年铜川地区植被覆盖度空间变化Fig2.SpatialvariationofvegetationcoverageinTongchuanareain2000and2014从2000年和2014年植被覆盖度的空间分布来看（图2），各年植被覆盖度呈现西北高，东南低的分布。两年比较来看，2014年植被覆盖度较2000年整体有大幅的提高。2014年0.90%12.85%86.25%低植被覆盖度中植被覆盖度高植被覆盖度2000年1.34%32.22%66.45%低植被覆盖度中植被覆盖度高植被覆盖度图32000年与2014年植被覆盖结构比较Fig3.Comparisonofvegetationcoveragestructurein2000and20143.2等级变化将植被覆盖度划分为三个等级：低植被覆盖度（0-30%）、中植被覆盖度（30-60%）、高植被覆盖度（60-100%）。可以看到2000-2014年铜川市植被覆盖结构明显好转，中低植被覆盖度呈下降趋势，高植被覆盖度呈上升趋势（图3）。556.62%66.78%69.18%65.70%56.92%70.31%72.08%80.49%75.01%69.21%0%20%40%60%80%100%铜川市市辖区耀州区宜君县全市全省植被覆盖度20002014图42000年与2014年各区域植被覆盖度比较Fig4.Comparisonofvegetationcoveragein2000and2014分区域比较（图4）：2000-2014年铜川市各区域植被覆盖度均高于全省平均值。2014年与2000年比较，增加最明显的是铜川市市辖区，其次是宜君县。4固碳量变化铜川市2000-2013年植被固碳量在波动中呈现增加趋势（图5）。2000～2013年植被平均固碳量为127.39万吨，2000年铜川市植被固碳量为植被固碳量为110.42万吨，2013年上升为131.34万吨，线性增长率为2.39万吨／年。全市固碳价值由2000年的13.25亿元增加到2013年的15.76亿元。110.4291.38105.83124.47179.45113.14117.70118.15125.75131.33173.63119.34141.49131.3402040608010012014016018020020002001200220032004200520062007200820092010201120122013固碳量（万吨/年）全市固碳量变化趋势图52000-2013年铜川地区年固碳量变化Fig5.ChangesofcarbonsequestrationinTongchuanareaduring2000to2013全市植被释氧量由2000年的295.94万吨增加到2013年的352.00万吨，线性增长率为6.40万吨／年。释氧价值由29.59亿元增加到2013年的135.20亿元。图6是铜川市2000年和2013年植被固碳量的空间分布图像，从图中可以看出：2000年铜川市固碳量整体较低，到2013年固碳量有所增加，西北部固碳量明显增加。6图62000年、2013年铜川市固碳量空间分布Fig6.SpatialdistributionofcarbonsequestrationinTongchuanareain2000and2013分区域比较（图7），2000-2013年各区每平方公里固碳量与全省相当，但增幅高于全省平均值。2013年与2000年比较，增加最明显的是宜君县，其次是铜川市辖区。294.51288.00302.35293.68334.88353.35335.73361.71349.32367.54050100150200250300350400铜川市辖区耀州区宜君县全市全省固碳量（万吨/平方公里）2000年2013年图72000年与2013年各区域每平方公里植被固碳量比较Fig7.Comparisonofvegetationcarbonsequestrationpersquarekilometerin2000and20135成因分析5.1铜川提高森林植被采取措施5.1.1植被功能区规划近年来，铜川市一直加强造林绿化工作，每年持续投入植树造林，全市植被覆盖率大幅提高，森林火灾受害率控制在0.2‰以内。林业有害生物成灾率控制在4.6‰以内。累计在北市区直观山坡栽植常绿树1775亩，在临近市区的22条支毛沟造林6387亩。7采取天然林保护、森林抚育、公益林管护、退耕还林、速生丰产用材林基地建设、木本粮油基地建设、农业综合开发、科技富民、新品种新技术推广等项目支持措施，以及林业基本建设、技术转让、技术改造等资金，应紧密结合各自项目建设的政策、规划等，扶持林业经济发展。宜君县推广旱作地膜带田，形成一批各具特色的林下经济示范基地。通过典型示范，推广先进实用技术和发展模式，辐射带动广大农民积极发展林下经济。2015年全市新建核桃良种示范园2200亩，嫁接苗木68660株，在宜君驿景区栽植白皮松、红叶李、碧桃、桧柏、柳树、野生樱桃、竹子、柿子树等绿化树种4000余株。全县完成道路绿化20余公里、流域绿化200亩、城市绿化15亩、庭院绿化10亩。形成了几个特色林业区，中国核桃之乡—宜君县，核桃由1997年的2.7万亩发展到现在的42万亩，其中挂果面积达到13万亩，核桃产量9000吨，产值1.8亿元，农民人均核桃收入2000元。5.1.2植被分布广提高了覆盖度铜川市森林植被属暖温带森林草原植被带，处于我国东部的季风湿润区与内陆干旱区的过渡地带，加上境内南北气候的差异，植被相应出现了明显的水平地带性分布。由北向南依次可分为温性针叶林、暖温性针阔混交林、落叶阔叶林、灌丛、灌草丛和栽培植被等类型。中部梁峁丘陵区主要为灌丛草原，仅有片状或稀疏的乔木植被；大面积的森林植被分布于西北部土石中山区。区域内有高等植物10