2000-2022 年黑龍江省森林植被生長季內生態狀況分析

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、國家重要國有林區和最大的木材生產基地，林區主要分布在大興安嶺、小興安嶺、牡丹江東部等地，不僅具有豐富的優質森林旅游資源，更為生態文明建設提供了重要保障[1-2]。 目前，已有一些研究通過統計年鑒和統計公報等資料對黑龍江省森林的生態環境質量進行動態評價， 但是空間分辨率較低。 而基于空間分辨率較高的遙感數據進行的研究多基于特定年份或特定地區，對2000 年以來黑龍江省森林植被生態質量的長時間序列動態監測評估較少。 植被生態質量指數[3]可綜合反映植被的供給能力和植被覆蓋地表的能力， 可用來動態監測評價植被生態質量的時空變化。 基于植被生態質量指數對植被進行生態質量狀況監測評估的方法已在全國范圍內業務化應用。 因此，本研究以衛星遙感數據、氣象數據、地理信息數據為基礎，反演黑龍江省森林植被生態質量指數， 闡明黑龍江省森林植被生態狀況， 以期為森林動態監測評價及生態質量狀況評估提供基礎資料。

2 資料來源及研究方法

2.1 資料來源

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

衛星遙感數據為EOS/MODIS 的2020 年的地表覆蓋類型產品（MCD12Q1）和2000-2022 年歸一化植被指數產品（MOD13A3）。 其中，MCD12Q1 數據采用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 為凈初級生產力（gC/m2）；ε 為植被吸收的光合有效輻射轉化為有機物的轉化率（gC/MJ）；σ 為影響光能轉化率的因子；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； Rm 為植被維持呼吸消耗系數。

植被生態質量指數的計算公式為：

式中：Qf為森林植被生態質量指數；f1 為森林植被覆蓋度的權重系數（本文取0.5）；fv 為監測時段平均森林植被覆蓋度；f2 為森林植被凈初級生產力的權重系數；NPP 為監測時段森林植被凈初級生產力，以碳（C）計，單位為克每平方米（g/m2）；NPPmax 為監測時段歷年同期森林植被凈初級生產力的最大值。森林植被生態質量遙感監測評價等級見表1，監測時段為每年的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]?？臻g分布特征的分析中， 空間圖的制作采用反距離權重算法將點結果經過計算成為面結果[7-9]。

3 結果與分析

3.1 森林植被生態狀況時間變化趨勢

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計圖

依據表1 的森林植被生態質量遙感監測評價等級標準，2000-2022 年生長季， 黑龍江省森林植被生態狀況整體向好， 植被生態狀況偏好區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 森林植被生態狀況空間分布特征

2022 年生長季， 黑龍江省大部分林區植被覆蓋度高于75%，其中，中部、南部、東部及大興安嶺地區中部部分林區的植被覆蓋度較高， 高于80%（圖3）；植被覆蓋度較低區域一般位于林區邊緣。 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增長明顯，反映了黑龍江省生態環境建設的成效，人居“綠色”生態環境改善明顯。

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狀況整體中等偏好， 偏好區域占全省森林面積的33.7%，主要位于小興安嶺、長白山、完達山等林區；中等區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；偏差區域占全省森林面積的5.3%，主要分布在林區邊緣區域（圖5）。

圖5 2022 年生長季黑龍江省森林植被生態狀況空間分布圖

4 結論與討論

2000-2022 年黑龍江省生長季森林生態狀況監測分析結果表明：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狀況整體中等偏好， 偏好區域主要位于小興安嶺、長白山、完達山等林區；大部分林區植被覆蓋度高于75%，其中，中部、南部、東部及大興安嶺地區中部部分林區的植被覆蓋度較高。 黑龍江省森林植被生態狀況整體向好， 植被生態狀況偏好區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%；中等區域占全省面積的比例呈微弱的減小趨勢； 偏差區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文明建設。 對森林資源的發展和保護關系著中國生態環境的改善和可持續發展，因此，在維持黑龍江省森林植被生態狀況向好發展的基礎上， 仍需進一步有針對性的加大變差區域的生態修復力度， 整體提高全省林區植被生態質量水平。