2000-2022 年黑龍江省森林植被生長季內(nèi)生態(tài)狀況分析

吳 霞, 公衍鐸, 謝連妮, 潘 雪, 韓書新, 荔千妮, 溫秀卿, 蘇曉蕾

（1.黑龍江省生態(tài)氣象中心，黑龍江 哈爾濱 150030;2.黑龍江省氣象臺，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

黑龍江省森林資源豐富， 森林覆蓋率居全國前列，是中國的天然大氧吧、國家重要國有林區(qū)和最大的木材生產(chǎn)基地，林區(qū)主要分布在大興安嶺、小興安嶺、牡丹江東部等地，不僅具有豐富的優(yōu)質(zhì)森林旅游資源，更為生態(tài)文明建設(shè)提供了重要保障[1-2]。 目前，已有一些研究通過統(tǒng)計年鑒和統(tǒng)計公報等資料對黑龍江省森林的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行動態(tài)評價， 但是空間分辨率較低。 而基于空間分辨率較高的遙感數(shù)據(jù)進行的研究多基于特定年份或特定地區(qū)，對2000 年以來黑龍江省森林植被生態(tài)質(zhì)量的長時間序列動態(tài)監(jiān)測評估較少。 植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)[3]可綜合反映植被的供給能力和植被覆蓋地表的能力， 可用來動態(tài)監(jiān)測評價植被生態(tài)質(zhì)量的時空變化。 基于植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)對植被進行生態(tài)質(zhì)量狀況監(jiān)測評估的方法已在全國范圍內(nèi)業(yè)務(wù)化應(yīng)用。 因此，本研究以衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，反演黑龍江省森林植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)， 闡明黑龍江省森林植被生態(tài)狀況， 以期為森林動態(tài)監(jiān)測評價及生態(tài)質(zhì)量狀況評估提供基礎(chǔ)資料。

2 資料來源及研究方法

2.1 資料來源

氣象數(shù)據(jù)來自于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn/site/index.html）。本研究選取黑龍江省84 個氣象站點2000-2022 年的逐日數(shù)據(jù)， 主要包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時數(shù)、降水量、相對濕度、水汽壓、風(fēng)速等數(shù)據(jù)。 經(jīng)過數(shù)據(jù)質(zhì)量及有效性檢查后，對其中個別缺測數(shù)據(jù)，采用該日相鄰兩天該要素的平均值替代。

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為EOS/MODIS 的2020 年的地表覆蓋類型產(chǎn)品（MCD12Q1）和2000-2022 年歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品（MOD13A3）。 其中，MCD12Q1 數(shù)據(jù)采用IGBP 的全球植被分類方案，將分類為常綠針葉樹、常綠闊葉樹、落葉針葉樹、落葉闊葉樹和混交林的像元作為森林像元進行統(tǒng)計。

2.2 研究方法

植被覆蓋度的計算公式為[4]：

式中：fv 為植被覆蓋度；NDVIv 為純植被像元的最大值， 理論上接近于1；NDVIs 為純土壤像元的最小值，理論上接近于0.01。 本研究采用純植被像元的NDVIv 為0.95，純土壤像元的NDVIs 為0.05。

植被凈初級生產(chǎn)力通過地面氣象資料和MODIS月尺度NDVI 進行估算，計算公式為[3]：

式中：NPP 為凈初級生產(chǎn)力（gC/m2）；ε 為植被吸收的光合有效輻射轉(zhuǎn)化為有機物的轉(zhuǎn)化率（gC/MJ）；σ 為影響光能轉(zhuǎn)化率的因子；FPAR 為植被吸收光合有效輻射的比例；PAR 為入射光合有效輻射（MJ/m2）；Rg 為植被生長呼吸消耗系數(shù)； Rm 為植被維持呼吸消耗系數(shù)。

植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)的計算公式為：

式中：Qf為森林植被生態(tài)質(zhì)量指數(shù)；f1 為森林植被覆蓋度的權(quán)重系數(shù)（本文取0.5）；fv 為監(jiān)測時段平均森林植被覆蓋度；f2 為森林植被凈初級生產(chǎn)力的權(quán)重系數(shù)；NPP 為監(jiān)測時段森林植被凈初級生產(chǎn)力，以碳（C）計，單位為克每平方米（g/m2）；NPPmax 為監(jiān)測時段歷年同期森林植被凈初級生產(chǎn)力的最大值。森林植被生態(tài)質(zhì)量遙感監(jiān)測評價等級見表1，監(jiān)測時段為每年的5-10 月[5]。

時間變化趨勢的分析中， 通過最小二乘法構(gòu)建植被覆蓋度與時間的一元線性回歸方程， 該方程的擬合斜率為植被覆蓋度的變化趨勢率[6]。空間分布特征的分析中， 空間圖的制作采用反距離權(quán)重算法將點結(jié)果經(jīng)過計算成為面結(jié)果[7-9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林植被生態(tài)狀況時間變化趨勢

2000-2022 年生長季，黑龍江省森林植被覆蓋度整體呈增加趨勢， 增加速度為0.3%/a （圖1）。 尤其2012 年以來， 全省森林平均植被覆蓋度均處于較高水平（均高于74%）。 其中，2022 年生長季，平均植被覆蓋度為77.4%，為2000 年以來第二位，較2000 年提高10%以上， 較2000-2022 年平均值偏高4.4%，較2021 年偏低0.3%。

圖1 2000-2022 年生長季黑龍江省森林平均植被覆蓋度統(tǒng)計圖

依據(jù)表1 的森林植被生態(tài)質(zhì)量遙感監(jiān)測評價等級標(biāo)準(zhǔn)，2000-2022 年生長季， 黑龍江省森林植被生態(tài)狀況整體向好， 植被生態(tài)狀況偏好區(qū)域面積占全省面積的比例呈顯著增加趨勢， 增加速度為每年0.39 萬km2（圖2）；自2012 年以后，偏好區(qū)域面積增加尤為明顯，增加速度上升至每年0.58 萬km2，較整體增速提高48.7%。中等區(qū)域占全省面積的比例呈微弱的減小趨勢，減小速度為每年0.1 萬km2。 偏差區(qū)域面積占全省面積的比例呈顯著減小趨勢， 減小速度為每年0.29 萬km2。其中，2022 年中等偏好區(qū)域整體占全省森林面積的94.7%，較2000 年提高39.1%，較2000-2022 年平均值提高10.7%， 較2021 年減少0.3%。

3.2 森林植被生態(tài)狀況空間分布特征

2022 年生長季， 黑龍江省大部分林區(qū)植被覆蓋度高于75%，其中，中部、南部、東部及大興安嶺地區(qū)中部部分林區(qū)的植被覆蓋度較高， 高于80%（圖3）；植被覆蓋度較低區(qū)域一般位于林區(qū)邊緣。 2000-2022年生長季，全省94.4%的森林植被覆蓋度呈增加趨勢（圖4），北部及中部部分林區(qū)增長明顯，反映了黑龍江省生態(tài)環(huán)境建設(shè)的成效，人居“綠色”生態(tài)環(huán)境改善明顯。

圖3 2022 年生長季黑龍江省森林平均植被覆蓋度空間分布圖

圖4 2000-2022 年生長季黑龍江省森林植被平均植被覆蓋度變化趨勢率空間分布圖

2022 年生長季， 黑龍江省森林植被生態(tài)狀況整體中等偏好， 偏好區(qū)域占全省森林面積的33.7%，主要位于小興安嶺、長白山、完達(dá)山等林區(qū)；中等區(qū)域占全省森林面積的61%， 主要位于大興安嶺和小興安嶺北部林區(qū)；偏差區(qū)域占全省森林面積的5.3%，主要分布在林區(qū)邊緣區(qū)域（圖5）。

圖5 2022 年生長季黑龍江省森林植被生態(tài)狀況空間分布圖

4 結(jié)論與討論

2000-2022 年黑龍江省生長季森林生態(tài)狀況監(jiān)測分析結(jié)果表明：森林植被覆蓋度整體呈增加趨勢，增加速度為0.3%/a，尤其2012 年以來，全省森林平均植被覆蓋度均處于較高水平。2022 年生長季，黑龍江省森林植被生態(tài)狀況整體中等偏好， 偏好區(qū)域主要位于小興安嶺、長白山、完達(dá)山等林區(qū)；大部分林區(qū)植被覆蓋度高于75%，其中，中部、南部、東部及大興安嶺地區(qū)中部部分林區(qū)的植被覆蓋度較高。 黑龍江省森林植被生態(tài)狀況整體向好， 植被生態(tài)狀況偏好區(qū)域面積占全省面積的比例呈顯著增加趨勢，增加速度為每年0.39 萬km2； 自2012 年以后， 偏好區(qū)域面積增加尤為明顯， 增加速度上升至每年0.58萬km2，較整體增速提高48.7%；中等區(qū)域占全省面積的比例呈微弱的減小趨勢； 偏差區(qū)域面積占全省面積的比例呈顯著減小趨勢。

近年來，在黑龍江省林區(qū)生長季水分、熱量整體逐步增加的背景下，氣候條件有利于植被生長。 森林植被生態(tài)狀況的不斷改善， 不僅依靠有利的氣候條件，更得益于近年來的生態(tài)文明建設(shè)。 對森林資源的發(fā)展和保護關(guān)系著中國生態(tài)環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展，因此，在維持黑龍江省森林植被生態(tài)狀況向好發(fā)展的基礎(chǔ)上， 仍需進一步有針對性的加大變差區(qū)域的生態(tài)修復(fù)力度， 整體提高全省林區(qū)植被生態(tài)質(zhì)量水平。