北京市植被覆盖对地形和土地利用的响应_夏天.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0396夏天，蓝海浪，刘秀丽.北京市植被覆盖对地形和土地利用的响应.草业科学,2023,40(7):1742-1753.XIAT,LANHL,LIUXL.TheresponseofvegetationcovertotopographyandlanduseinBeijing.PrataculturalScience,2023,40(7):1742-1753.北京市植被覆盖对地形和土地利用的响应夏天1，蓝海浪2，刘秀丽1（1.北京林业大学园林学院/城乡生态环境北京实验室/花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室/国家花卉工程技术研究中心,北京100083；2.北京市园林古建设计研究院有限公司,北京100081）摘要：植被覆盖与地形、气候等自然因子密切相关，但短期内则更受人类活动的影响。为分析北京中心城区植被覆盖时空变化及其地形分异规律以及土地利用转变对于植被覆盖度变化的影响，本研究借助遥感技术，通过改进后的像元二分模型获取北京市中心城区不同时间段植被覆盖以及通过监督分类获取对应的土地利用类型，并结合数字高程模型(DEM)数据，通过地理信息系统(GIS)对所得数据综合分析。结果表明：研究区 19922020 年植被覆盖度总体上呈现出由早年的退化为主到近些年来的改善为主，19922011 年低植被覆盖度不断增加，而 20112020 年则是高植被覆盖不断增加；植被覆盖度受到地形影响显著(P 800 m0.300.400.500.600.700.800.901.001992200120112020平坡 Flat slope缓坡 Gentle slope斜坡 Clivus 坡 Steep slope急坡 Abrut slope 坡 Risk slope0.300.400.500.601992200120112020平地 Flat land 坡 Shady slope半 坡 Half-shady slope 坡 Sunny slope半 坡 Half-unny slope图 5 植被覆盖随地形因子的变化Figure 5 Variation of vegetation cover with topographic factors1748草业科学第40卷http:/系。人类活动主要在平坡和缓坡上，植被生长容易受影响，因而植被覆盖度较低。从陡坡到急坡的增长幅度最大，超 20%。急坡和险坡，植被覆盖度基本保持稳定。坡向上，植被覆盖度分布状况为阴坡半阴坡半阳坡阳坡平地，阴坡的植被覆盖最好，阳坡较差，半阴坡和半阳坡相近。阴坡湿度高，土壤较肥，因此植被生长良好。而阳坡日照总量大，水分蒸发大，植被生长较差。2.4 土地利用方式转变对植被覆盖变化的贡献度分析1992 年北京中心城区郊区边缘地带存在大量耕地，城市核心区建设用地高度集中；2001 年和2011 年城市不断扩张，郊区边缘地带的耕地大量减少，城市核心区内建设用地的景观格局受绿化影响逐渐破碎化；到 2020 年，郊区边缘地带的林地又大量增加(图 6)。建 用地Construction land土地利用类型Land use types耕地Plowland林地Forestry草地Grass未利用地Unused land水域Water1992200120112020N0510 km图 6 北京中心城区 19922020 年土地利用类型Figure 6 Land use types in the central urban area of Beijing from 1992 to 2020基于北京市 4 个时间段的土地利用结果，分析土地利用方式转变对植被覆盖变化的贡献度(图 7)。从植被退化区来看，19922001 年贡献度高于 0.6的依次为“耕转其他”和“草转其他等 9 类，平均贡献度为 0.88。20012011 年为“耕转建”和“耕转其他”等 11 类，平均贡献度为 0.80。20112020 年为“草转水”和“耕转水”等 6 类，平均贡献度为 0.78。考虑到类型占比问题，研究区植被退化主要是大量的植被转为建设用地、未利用地所造成。而从植被改善区来看，19922001 年贡献度高于 0.6 以上的土地利用转变类型依次为“其他转耕”和“水转耕”等 8 类，平均贡献度为 0.84。20012011年依次为“其他转草”和“水转林”等 9 类，平均贡献度为 0.82。20112020 年依次为“建转耕”和“其他转耕”等 10 类，平均贡献度 0.76。改善区与退化区的土地利用变化对植被覆盖贡献度均存在一个减弱的趋势。同样考虑到转换占比，植被改善因建设用地和未利用地转化为林草地、耕地所造成。3 讨论与结论 3.1 讨论虽然本研究在北京市植被覆盖时空变化特征及其对地形和土地利用的关系分析上获得一定的研究成果，同时也存在一些问题，值得进一步的探讨：1)由于本研究未采用长时间序列的遥感数第7期夏天等：北京市植被覆盖对地形和土地利用的响应1749http:/据，故而仅分析了地形因子和土地利用转变对于植被覆盖的影响。而植被覆盖同时也受到气温、降水、日照等其他气候因素以及人口密度等人为因素的影响。今后可考虑同时结合长时间序列遥感数据，综合多方面条件进一步分析北京植被覆盖演变规律。为在气候、地形等自然因素影响前提下，如何通过人为手段如土地利用模式转变、城市人口迁移提升植被覆盖度提供有力的科学支持。2)在数据精度问题上，由于遥感影像分辨率为 30m，本研究部分耕地与林草地仍然存在一定的偏差。本研究通过高分辨率遥感影像和前人研究结果对土地利用结果进行人工修正，设立实地CPCFCGCUCWPCPFPGPUPWFCFPFGFUFWGCGPGFGUGWUCUPUFUGUWWCWPWFWCWU贡献度 Rebution degree0.000.200.400.600.801.000.000.200.400.600.801.000.000.200.400.600.801.00 化区 Degradation area改善区 Improvement area土地利用方式 变 Land use change199220012001201120112020图 7 土地利用方式转变对植被覆盖度变化的贡献Figure 7 Contribution of land use change to vegetation cover changeCP：建设用地耕地；CF：建设用地林地；CG：建设用地草地；CU：建设用地未利用地；CW：建设用地水域；PC：耕地建设用地；PF：耕地林地；PG：耕地草地；PU：耕地未利用地；PW：耕地水域；FC：林地建设用地；FP：林地耕地；FG：林地草地；FU：林地未利用地；FW：林地水域；GC：草地建设用地；GP：草地耕地；GF：草地林地；GU：草地未利用地；GW：草地水域；UC：未利用地建设用；UP：未利用地耕地；UF：未利用地林地；UG：未利用地-草地；UW：未利用地水域；WC：水域建设用地；WP：水域耕地；WF：水域林地；WG：水域草地；GU：水域未利用地。CP:constructionlandplowland;CF:constructionlandforestry;CG:constructionlandgrass;CU:constructionlandunusedland;CW:construtionlandwater;PC:plowlandconstructionland;PF:plowlandforestry;PG:plowlandgrass;PU:plowlandunusedland;PW:plowlandwater;FC:forestryconstruction land;FP:forestryplowland;FG:forestrygrass;FU:forestryunused land;FW:forestrywater;GC:grassconstructionland;GP:grassplowland;GF:grassforestry;GU:grassunusedland;GW:grasswater;UC:unusedlandconstructionland;UP:unusedlandplowland;UF:unusedlandforesty;UG:unusedlandgrass;UW:unusedlandwater;WC:waterconstructionland;WP:Waterplowland;WF:waterforestry;WG:watergrass;GU:waterunusedland.1750草业科学第40卷http:/验证点 500 个进行了精度评价，保证了结果的准确性。并且耕地和草地在整个地物分类结果中比重较小，对最终研究结果影响不大。在后续的研究中，可考虑获取更高分辨率影像和多方土地利用解译结果，完善土地利用方式转变对植被覆盖变化的贡献度分析。3)城市的植被覆盖度的提升容易受到城市发展政策影响较大。19922001 年市区绿化问题得到关注，城市公园建设，林草地增加，植被覆盖得到极度改善。19902003 年是北京四环路和五环路建设时期，市区内外交通大为改善，城市不断扩张，郊区大量的耕地和林地被占用，植被严重退化。2012 年以来生态文明建设进一步发展。结合北京植被覆盖度随地形因子的变化(图 5)，20112020 年，海淀区与朝阳区的郊野公园大量建设，也是北京郊区植被覆盖度提升的重要原因之一。4)由贡献度分析可得，随着城市建设方式的日渐完善，北京植被覆盖变化对土地利用的响应在减弱，仅通过改变土地利用模式很难对植被覆盖度进行进一步的提升优化。今后植被覆盖的提升，可落在土地利用转变中的植物配植方式以及如何减缓植被退化上，分析植被改善/退化对不同植物配植方式的响应，以期构建出合理完善的植物配植模式，保障城镇建设和生态环境的协调发展。3.2 结论本研究在 1992、2001、2011 和 2020 年的 Landsat影像的基础上，结合 GIS 和 RS 技术分析了 4 个时段北京市中心城区植被覆盖时空演变以及对地形和土地利用变化的响应，得到如下结论：1)北京市中心城区的植被覆盖度呈现先下降后上升的趋势。低植被覆盖在 19922001 年大面积增加，由 375.58 km2增 长 至 476.41 km2，增 幅 高 达26.85%。20112020 年，高植被覆盖的面积大幅增加，由 228.10km2上升至 325.11km2，增幅高达 42.53%。2)19922011 年北京中心城区植被以衰退为主，其中 19922001 年植被严重退化面积占比为16.85%。20012011 年，严重退化面积占比仍高达18.07%，但退化总面积占比由 42.17%下降至 38.39%。20112020 年，植被极度改善类型占比大幅提高，达 17.47%，严重退化的面积占比降为 6.50%。3)植被覆盖表现出明显的地形规律。第 4 高程以后(100m 以上)，植被覆盖度随着高程增加而增加，第 10 高程(600700m)以后植被覆盖度基本保持不变。植被覆盖度在坡度上，植被覆盖度也显示出明显的正相关关系。而在坡向上，植被覆盖度分布状况则为阴坡半阴坡半阳坡阳坡平地。4)土地利用变化是影响短时间内植被覆盖变化最重要的人为因子。未利用地开发、植树造林、郊野公园建设对植被改善起到重要作用。而挖山毁林、占用耕地等行为则严重影响植被退化。因此完善土地利用相关政策，能够有效协调土地利用与生态环境保护之间的矛盾。参考文献 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