全 文 ：北京市 2008 年奥运前后植被覆盖变化趋势*
孙晓鹏1 摇 王天明1**摇 邬建国1,2 摇 葛剑平1
( 1北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室 /生命科学学院, 北京 100875; 2美国亚利桑那州立大学生命科学学院
和全球可持续研究所, Tempe AZ 85287)
摘摇 要摇 基于 2000—2009 年的 MODIS鄄NDVI数据,分析了 2008 年奥运前后北京市植被覆盖
变化趋势的时间动态和空间分布特征.结果表明: 研究期间,归一化植被指数(NDVI)显著增
加像元比例为 20. 7% ,显著减小像元仅占 4. 1% ,减少速率略快于增加速率;植被的显著变化
主要集中在低海拔、小坡度的人类活动密集地区,并在平原区形成 2 个环带,分别为五环路以
内的植被增加环带、五环路到六环路外侧的植被减少环带;植被显著变化区存在明显的 NDVI
高值段和低值段之间的转化,中值段变化不大,主要由土地覆被类型的转变引起;首都功能核
心区和生态涵养保护区主要表现为植被增加,城市功能拓展区和城市发展新区则兼有植被增
加和植被减少的双重特征.奥运筹备期一系列的生态工程是研究区植被增加的主要原因.
关键词摇 北京摇 植被摇 趋势分析摇 MODIS鄄NDVI摇 奥运
文章编号摇 1001-9332(2012)11-3133-08摇 中图分类号摇 Q948. 15摇 文献标识码摇 A
Change trend of vegetation cover in Beijing metropolitan region before and after the 2008
Olympics. SUN Xiao鄄peng1, WANG Tian鄄ming1, WU Jian鄄guo1,2, GE Jian鄄ping1 (1State Key Labo鄄
ratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology, College of Life Sciences, Beijing Normal Uni鄄
versity, Beijing 100875, China; 2School of Life Sciences and Global Institute of Sustainability, Arizona
State University, Tempe, AZ 85287, USA) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(11): 3133-3140.
Abstract: The MODIS鄄NDVI data from 2000 to 2009 were used to analyze the temporal dynamics
and spatial distribution of the vegetation cover in the Beijing metropolitan region before and after the
2008 Olympics. During the study period, the proportion of the significantly increased pixels of ND鄄
VI occupied 20. 7% while that of the significantly decreased pixels only occupied 4. 1% of the to鄄
tal, and the decreasing rate of the NDVI was slightly faster than the increasing rate. The significant
changes of the NDVI were mainly concentrated in the low altitude and small slope areas with inten鄄
sive human activities, and two bands were formed in the plain area, i. e. , the vegetation increasing
band within the 5th Ring Road and the vegetation decreasing band from the 5th Ring Road to the
outside areas of the 6th Ring Road. In the areas with significant vegetation change, there was an
obvious transition between the high and low NDVI sections but less change in the medium NDVI
section, mainly due to the conversion of land cover type. In the Capital function core area and eco鄄
logical conservation zones, vegetation change represented a positive trend; while in the urban func鄄
tion expansion area and urban development area, vegetation change had the dual characteristics of
both positive and negative trends. A series of ecological engineering projects during the preparatory
period of the 2008 Olympics was the main cause of the vegetation increase in the study area.
Key words: Beijing; vegetation; trend analysis; MODIS鄄NDVI; the Olympics.
*北京市教育委员会科学研究与科研基地建设项目(2011)和北京
市科技计划项目(Z100008000410018)资助.
**通讯作者. E鄄mail: wangtianming@ bnu. edu. cn
2012鄄02鄄19 收稿,2012鄄08鄄20 接受.
摇 摇 植被是土地覆被最主要的组成部分,土地覆被
变化研究是全球环境变化研究的核心领域之一,在
一个地区的可持续发展中占有重要地位[1] . 当前,
城镇区域作为在多尺度上驱动植被景观格局和生态
系统变化的热点区,已经越来越受到人们的关
注[2-5] .全球尺度上的城镇区域虽只拥有不足 3%的
陆地面积,却占到约 80%的碳排放、60%的生活用
水和近 80%的工业用木材[6-7] .在新的发展背景下,
城镇区域在影响周围环境的同时,也通过人工手段
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 11 月摇 第 23 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2012,23(11): 3133-3140
加强了对周围环境的干预,使植被覆盖变化产生了
新的特点.有研究表明,城市化过程扰乱了植被与降
水之间的耦合关系,通过增加景观异质性,对植被的
影响呈现出复杂化的倾向,既可能减小生态系统净
初级生产力(NPP),又可能使之增加[8] .因此,研究
城镇区域植被覆盖变化的新特点,对认识生态系统
和环境状况的变化以及制定生态建设和环境保护政
策均具有重要的参考价值.
近年来,由于人口增长、工业化和城市化进程的
进一步加快以及森林、草地、湿地等自然生态系统被
农田和其他人工生态系统所蚕食,人为因素主导下
的生态系统约占整个陆地面积的 80% [9] . 作为首
都,在高强度的人类活动干扰和管理下,北京的生态
系统和环境状况发生了深刻变化. 尤其在 2000—
2009 年,北京经历了第 29 届夏季奥运会从筹备到
举办的全过程,在一系列绿色理念指导下,人为因素
对植被干预达到一个更高的水平,这与同时期剧烈
的城市化过程相联系,使植被覆盖变化呈现出复杂
化倾向:既存在破坏植被的城镇扩张现象,又有试图
增加植被覆盖的各项生态建设措施. 这为研究城镇
区域的植被覆盖变化提供了良好的样本. 在复杂的
人为因素影响下,北京的植被覆盖发生了什么变化,
成为当前亟需回答的理论和现实问题.
卫星遥感可以为较大尺度的植被监测提供有效
信息[10] .在众多基于遥感的植被指数中,归一化植
被指数(NDVI) [11]应用最广泛. NDVI 通过直接反映
光合有效辐射(APAR),进而指示生态系统的初级
生产力,是反映植被覆盖状况的良好指标[12-13] . 在
取值上,NDVI 生长季累加值可以减小大气因素对
数据准确度的影响[11] .野外测量结果显示,NDVI 生
长季累加值在预测生物量的年际变化上很成功[14] .
在土地退化的制图研究中,NDVI 生长季累加值作
为植被生产力的指标,能很好地反映土地退化程
度[15] .在众多 NDVI 数据中,中等分辨率成像光谱
仪(MODIS)的 NDVI 数据依托 TERRA / AQUA 卫星
平台,具有较高的时间和空间分辨率,能很好地应用
于城市植被和生态过程的定量研究[8] . 与相应的
AVHRR鄄NDVI数据相比,MODIS鄄NDVI 具有更高的
灵敏度和保真度,尤其是在大气水汽含量较高的情
况下[16] .为此,本文利用 MODIS鄄NDVI 数据,结合地
形数据、城市规划信息和统计数据,分析奥运前后
(2000—2009 年)北京植被覆盖年际变化趋势的时
间动态和空间分布特征,并讨论这些特征与土地利
用、生态建设和规划政策等人类活动之间的关系,旨
在为相关研究和决策提供依据.
1摇 研究区域与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
北京市(39毅38忆—41毅51忆 N,115毅25忆—117毅30忆
E)位于华北平原西北隅,四周与河北省、天津市相
邻.全市总土地面积 16410郾 54 km2,山地面积约占全
市土地面积的 2 / 3,东南部为平原,面积约占 1 / 3,海
拔从东南部的 10 m 上升到西北部的 2000 m 以上,
地貌分为山地、丘陵台地、平原 3 种类型,土壤类型
多样,主要有山地草甸土、山地棕壤、褐土、潮土、沼
泽土、水稻土、风砂土. 研究区属暖温带半湿润季风
大陆性气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥,年均气
温 11 ~ 12 益,年日照时数 2084 ~ 2873 h,年无霜期
180 ~ 200 d,年均降水量 470 ~ 660 mm,降水季节分
配不均匀,全年降水的 80%集中在 6—8 月.北京植
被分布既表现出一定的垂直分异规律,又由于残存
的原生群落与多种多样的次生群落相间、森林群落
与灌丛草甸镶嵌,而显得零乱破碎.植被种类组成较
复杂,群落类型多样,以各类次生植物群落占优势,
主要自然植被类型包括针叶林、阔叶林、山地灌丛、
灌草丛和山顶杂草草甸.
1郾 2摇 数据来源与预处理
1郾 2郾 1 NDVI 数据 摇 采用 MODIS鄄NDVI 监测植被覆
盖状况. NDVI 数据来自美国航空航天局(NASA )
LPDAAC中心提供的 MODIS 数据集 V5 版本. 该版
本经过了第 2 阶段(stage 2 validation)验证,即通过
地面实况以及验证工作等过程,进行了较大时空范
围的精确度评估,可以更好地用于科学研究[17] . 本
文所获取的 MODIS鄄NDVI 原始数据时间序列为
2000 年 2 月至 2009 年 12 月,采用 NASA 提供的
MRT 4郾 0 软件进行重采样、镶嵌处理和投影转换,并
将每年的数据制成时间序列堆栈,然后对每年时间
序列中的异常值进行平滑处理,从而达到数据降噪
的目的.处理后数据的时间分辨率为 16 d,空间分辨
率为 250 m,投影坐标为 WGS84.
1郾 2郾 2 DEM数据摇 采用 DEM数据进行地形区分析.
DEM数据为 NASA 和日本经济产业省(METI)于
2009 年 6 月共同推出的先进星载热发射和反射辐
射仪全球数字高程模型(ASTER GDEM),来源于中
国科学院计算机网络信息中心国际科学数据服务平
台(http: / / datamirror郾 csdb郾 cn). 该数据是迄今最完
整的全球地形数据,根据 NASA 的新一代对地观测
卫星 TERRA的详尽观测结果制作完成,地理坐标
4313 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
系统为 WGS84,空间分辨率为 30 m,标称绝对高程
精度为 20 m,标称绝对平面精度为 30 m,置信度均
为 95% .
1郾 2郾 3 统计数据摇 统计数据来自北京市统计局和国
家统计局北京调查总队编写的 2001—2010 年《北京
统计年鉴》 [18] .选取与植被变化密切相关的统计指
标,包括耕地面积、林地面积、园林绿地面积和城镇
人口比重.由于年鉴在编修过程中会对历史数据重
新进行核实并做出相应调整,所以在统计数据不一
致的情况下,以调整后的数据为准.
1郾 3摇 研究方法
对每个 MODIS鄄NDVI像元的 NDVI 生长季(4—
10 月)平均值进行趋势分析,然后基于此分析结果,
分析不同趋势(显著增加或显著减小)下 NDVI像元
平均值的年际变化动态和空间分布特征:年际变化
动态主要分析不同显著趋势下像元的 NDVI 均值动
态和 NDVI各值段像元所占比例的变化,空间分布
特征主要分析不同显著趋势像元在各地形区和规划
区的分布特点.最后分析和讨论这种动态变化和分
布特点与人类活动之间的关系. 本研究用于遥感图
像和 GIS数据处理的软件分别为 ERDAS IMAGINE
9郾 1 和 ArcGIS 9郾 3.
1郾 3郾 1 趋势分析摇 对 NDVI时间序列的分析方法中,
变化斜率法已被广泛应用于研究植被覆盖、生物量、
NPP以及农作物产量的长期变化趋势等[19-21] .本研
究采用变化斜率法分析 NDVI 随时间变化的趋势.
斜率(b)的计算方法如下式:
b =
n 伊 移
n
i = 1
i 伊 NDVIi - (移
n
i = 1
i)(移
n
i = 1
NDVIi)
n 伊 移
n
i = 1
i2 - (移
n
i
i) 2
(1)
式中:i 为年序号;n 为时间长度;NDVIi为基于像元
的 10 年时间序列,采用生长季平均值,即每年 4—
10 月所包含的 13 景图像的 NDVI 均值. NDVI 随时
间的变化斜率反映植被覆盖的变化方向,斜率为正
值表示植被覆盖呈增加趋势,为负值表示植被覆盖
呈减少趋势,为 0 表示植被覆盖无变化趋势[22] . 对
斜率的显著性检验采用 t 检验法,显著性水平设置
为 0郾 05.
1郾 3郾 2 地形区的划分摇 利用 ASTER GDEM 数据,依
据北京地形和土地利用特点,按照海拔和坡度进行
地形区划分.
海拔决定植被的垂直分异.考察不同海拔段的
植被变化状况,可以推测不同垂直植被带的变化.北
京地形按海拔可分为 6 级,即>1800、1500 ~ 1800、
800 ~ 1500、350 ~ 800、100 ~ 350、<100 m,对应的地
形分别为中山顶部、中山上部、中山下部、低山、丘
陵、平原,对应的主要植被类型分别为山地草甸、针
阔混交林、落叶阔叶林、中生落叶阔叶灌丛、半旱生
灌草丛、农田及其他人工植被.
坡度与土壤侵蚀关系密切[23],进而影响植被的
生长状况.本研究将北京坡度分为 6 级,即<5毅、5毅 ~
10毅、5毅 ~ 15毅、15毅 ~ 25毅、25毅 ~ 35毅、>35毅. 北京平原
地区坡度多集中在 5毅以下,是目前城市建设及农业
用地集中地区. 山区绝大部分为坡地,而且坡度较
陡,>25毅的陡坡地面积占 60% ~ 70% .一般情况下,
坡度越大,土壤侵蚀风险越高,水土流失越严重,尤
其是 25毅 ~ 35毅的陡坡地上,水土流失非常严重,一
般作为退耕的重点区域.
1郾 3郾 3 规划区的划分摇 城市的土地利用是按照城市
发展规划来进行的,而这种规划引导的土地利用会
反映在植被变化上.不同规划区的植被变化状况,在
一定程度上可以看作该区规划和相应政策的一种实
际效果.依据北京市发展与改革委员会发布的《北
京市“十一五冶时期功能区域发展规划》 [24],将全市
18 个区县从总体上划分为首都功能核心区、城市功
能拓展区、城市发展新区和生态涵养保护区四大功
能区(图 1).首都功能核心区承担国家政治文化中
心、金融管理中心和国际交往中心的职能;城市功能
拓展区是国家高新技术产业基地,国内外知名的高
等教育和科研机构聚集区,著名的旅游、文化、体育
活动区;城市发展新区是北京发展制造业和现代农
业的主要基地,也是北京疏散城市中心区产业与人
口的重要区域;生态涵养保护区是北京的生态屏障
和水源保护地,为北京可持续发展提供支撑.
图 1摇 北京规划区的划分
Fig. 1摇 Division of the planning areas of Beijing郾
531311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙晓鹏等: 北京市 2008 年奥运前后植被覆盖变化趋势摇 摇 摇 摇
2摇 结果与分析
2郾 1摇 单像元 NDVI趋势分析
2000—2009 年,北京市单像元 NDVI 生长季平
均值有 20郾 7%显著增加,4郾 1%显著减小,NDVI 变
化不显著的像元占 75郾 2% (图 2).说明研究期间北
京大部分地区(约占 3 / 4)植被覆盖没有出现显著变
化趋势(显著增加或显著减少),其余地区则以植被
的增加趋势为主.
从空间分布上看,整个市域范围内植被并无统
一变化趋势,而呈现出明显的空间分异:NDVI 显著
变化区域主要集中在平原地区和东北部山区,西部
广大山区未出现较明显成片变化.在平原地区,ND鄄
VI有显著变化趋势的像元围绕主城区这个中心,形
成 2 个环带:1)大体位于五环路以内的 NDVI 显著
增加环带;2)大体位于五环路到六环路外侧的 ND鄄
VI显著减小环带. 另外,在平原地区东南部外围,
NDVI存在普遍增加的趋势.
2郾 2摇 植被趋势显著区 NDVI的年际动态
2郾 2郾 1 NDVI均值变化摇 由图 3 可以看出,植被显著
增加区 NDVI均值呈极显著增加趋势(P<0郾 01),变
化幅度为 0郾 11,变化速率为 0郾 0107·a-1,变化百分
率为 31郾 8% ,NDVI的增加呈现较好的连续性;植被
显著减少区 NDVI 均值呈极显著减小趋势 ( P <
0郾 01),变化幅度为 0郾 14,变化速率为 - 0郾 0153·
a-1,变化百分率为-30郾 1% ,NDVI 的减小也呈现较
好的连续性.说明北京植被减少区的减少速率略快
于植被增加区的增加速率,年际变化持续性良好,波
动不大,变化百分率相当(约 30% ).
2郾 2郾 2 NDVI组分变化 摇 由图4可以看出,植被显著
图 2摇 2000—2009 年北京 NDVI生长季平均值的趋势分析
Fig. 2摇 Trend analysis of the mean NDVI of growing season from
2000 to 2009 in Beijing郾
图 3摇 北京植被显著增加区(a)和植被显著减少区(b)的
NDVI年际动态
Fig. 3 摇 Annual dynamics of NDVI in the significantly positive
trend area (a) and the significantly negative trend area (b) of
Beijing郾
图 4摇 北京植被显著增加区(a)和植被显著减少区(b)的
NDVI组分变化
Fig. 4摇 Component changes of NDVI in the significantly positive
trend area (a) and the significantly negative trend area (b) of
Beijing郾
6313 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
增加区 NDVI各值段的像元组成比例中,0郾 6 ~ 0郾 8
值段明显增加,0郾 4 ~ 0郾 5 和 0郾 2 ~ 0郾 3 值段明显减
少,而 0郾 3 ~ 0郾 4 和 0郾 5 ~ 0郾 6 值段的比例变化不大,
说明该区存在明显的 NDVI低值段到高值段的转化
现象;植被显著减小区 NDVI 各值段的像元组成比
例中,0郾 2 ~ 0郾 4 值段明显增加,0郾 5 ~ 0郾 7 值段明显
减少,而 0郾 4 ~ 0郾 5 值段的比例基本不变,说明该区
存在明显的 NDVI高值段到低值段的转化现象.
2郾 3摇 植被趋势显著区的空间特征
2郾 3郾 1 地形区分析摇 研究区 NDVI 具有显著变化趋
势的像元在地形上显示出良好的集中性分布. 从海
拔上看,NDVI 呈显著增加趋势的像元集中在平原
(<100 m)、丘陵 (100 ~ 350 m)和低山带 (350 ~
800 m)等海拔较低的地区,像元比例高达 97郾 7% ,
NDVI呈显著减小趋势的像元几乎集中在平原地
区,像元比例为 89郾 4% (表 1).从坡度上看,植被显
著增加区超过一半的像元(56郾 6% )分布在坡度小
于 5毅的区域,而 93郾 9%的像元分布在坡度小于 25毅
的区域;植被显著减少区有超过 90% (91郾 7% )的像
元分布在坡度小于 5毅的区域,在坡度较大地区的分
布则很少(表 2).
植被显著增加区多为灌丛、灌草丛和人工植被
的主要分布区,而中山带及其以上地带的天然林分
表 1摇 不同 NDVI趋势像元随海拔的分布
Table 1 摇 Distribution of the different NDVI trend pixels
under different altitudes (%)
海拔
Altitude (m)
增加趋势
Positive trend
减小趋势
Negative trend
无趋势
No trend
<100 45郾 8 89郾 4 34郾 3
100 ~ 350 30郾 4 4郾 7 13郾 7
350 ~ 800 21郾 4 4郾 6 35郾 2
800 ~ 1500 2郾 3 1郾 3 16郾 0
1500 ~ 1800 0 0 0郾 6
>1800 0 0 0郾 1
合计 Total 100 100 100
表 2摇 不同 NDVI趋势像元随坡度的分布
Table 2 摇 Distribution of the different NDVI trend pixels
under different slope gradients (%)
坡度
Slope (毅)
增加趋势
Positive trend
减小趋势
Negative trend
无趋势
No trend
<5 56郾 6 91郾 7 42郾 1
5 ~ 10 14郾 5 3郾 7 9郾 8
5 ~ 15 10郾 5 1郾 6 10郾 8
15 ~ 25 12郾 3 1郾 9 20郾 8
25 ~ 35 4郾 7 0郾 9 12郾 4
>35 1郾 4 0郾 3 4郾 1
合计 Total 100 100 100
布区植被基本无显著变化趋势. 超过一半的植被显
著增加区,以及绝大部分植被显著减少区主要位于
城镇建设和农业活动较集中的平原地区,即人类活
动对土地利用和土地覆被变化占主导的地区.
2郾 3郾 2 规划区分析摇 植被趋势显著区像元随规划区
的分布特点与规划区的发展定位存在密切联系(表
3).植被显著增加区的像元分布比例最大的规划区
为生态涵养保护区,超过 50% ,其次是城市发展新
区和城市功能拓展区;植被显著减少区的像元大部
分位于城市发展新区,比例接近 70% ,其次是生态
涵养保护区和城市功能拓展区.
摇 摇 不同规划区内 NDVI显著变化像元的分布也各
有特点(表 4). 首都功能核心区和城市功能拓展区
NDVI显著增加像元的比例较高,均在 30%左右,而
城市发展新区和生态涵养保护区 NDVI 显著增加像
元的比例较低,均在 20%左右;对于 NDVI显著减小
像元的比例,城市功能拓展区和城市发展新区均超
过 7% ,而首都功能核心区和生态涵养保护区分别
为 0郾 3%和 1郾 2% .可见,对于植被显著变化趋势而
言,首都功能核心区和生态涵养保护区主要表现为
植被增加,城市功能拓展区和城市发展新区则兼有
表 3摇 不同 NDVI趋势像元随规划区的分布
Table 3 摇 Distribution of the different NDVI trend pixels
under different planning areas (%)
规划区
Planning
area
增加趋势
Positive
trend
减小趋势
Negative
trend
无趋势
No
trend
首都功能核心区
Capital function area
0郾 9 0郾 1 0郾 6
城市功能拓展区
Urban function expansion area
10郾 8 14郾 0 6郾 8
城市发展新区
Urban development area
36郾 4 69郾 8 37郾 3
生态涵养保护区
Ecological conservation zone
51郾 9 16郾 2 55郾 4
合计 Total 100 100 100
表 4摇 各规划区内不同 NDVI趋势像元的比例
Table 4摇 Percentage of the different NDVI trend pixels in
the different planning areas (%)
NDVI趋势
Trend of
NDVI
首都功能
核心区
Capital
function
area
城市功能
拓展区
Urban function
expansion
area
城市发展
新区
Urban
development
area
生态涵
养保护区
Ecological
conservation
zone
增加趋势
Positive trend
30郾 2 28郾 4 19郾 6 20郾 3
减小趋势
Negative trend
0郾 3 7郾 2 7郾 4 1郾 2
无趋势
No trend
69郾 5 64郾 4 73郾 0 78郾 5
合计 Total 100 100 100 100
731311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 孙晓鹏等: 北京市 2008 年奥运前后植被覆盖变化趋势摇 摇 摇 摇
图 5摇 2000—2009 年北京林地面积、耕地面积(2009 年未公
布)、园林绿地面积和城镇人口比重
Fig. 5摇 Area of woodland, area of farmland ( no 2009 data),
area of park and garden green space, and percent of urban popu鄄
lation in Beijing (2000-2009)郾
植被增加和植被减少的双重特征.
2郾 4摇 相关植被指标的变化
2000—2009 年,北京林地面积增加 22郾 3% ,林
木覆盖率从 42郾 0%上升到 53% ,园林绿地增加了
131郾 2% ,耕地面积减少了 29郾 6% ( 2000—2008
年),与此同时,城市化大幅推进,城镇人口增加
41郾 1% ,城镇人口比重从 77郾 5%上升至 85郾 0% (图
5).这些统计指标反映了人为因素作用的连续性,
可在一定程度上解释研究区 NDVI趋势分析结果.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 植被覆盖变化与土地利用的关系
土地利用是驱动土地覆被或植被变化的重要因
素之一[25],而只有当土地利用施加一种持续的正效
应或负效应的时候,才能使植被变化在趋势分析的
结果上有所反映.因此,植被的显著变化趋势可以解
释为某种人为操作下稳定的土地利用变化所产生的
效果.从面积上看,植被的显著变化趋势以增加为
主,显著增加的面积是显著减小面积的 5 倍左右,所
以整体上这种土地利用变化以增加植被覆盖为主.
土地利用变化导致的土地覆被变化主要有两种类
型:渐变(modification)和转变(conversion) [26] . 渐变
是同一种土地覆被类型内部条件的变化,而转变是
一种覆被类型转变为另一种覆被类型. NDVI 组分
分析结果显示,植被趋势显著区的 NDVI 组分存在
低值段和高值段之间的转化现象,而中间值段的比
例基本没有变化,由此可推断造成植被显著趋势的
主要是土地覆被类型的“转变冶,而非“渐变冶. 根据
NDVI不同值段与土地覆被类型之间的对应关系可
进一步推断,植被增加可能由林地增加、农田减少和
城镇绿化等因素引起,植被减少可能由城镇建设、农
田减少和林地减少等因素引起.
由 2000—2009 年的统计数据分析可以发现,北
京的耕地面积、林地面积、园林绿地面积和城镇人口
比重的变化与上述推断一致. 从土地利用类型转化
的方向来看,农田的减少可能有两大去向,即城镇建
设用地和造林用地,而城镇区域内部则可能进行了
优化,表现为一部分建设用地向公园绿地转化.这些
变化在近年来的各种新闻报道中不乏例证,也有同
类研究结果的支持,如夏兵等[27]对近 20 年北京地
区景观格局演变的研究表明,北京城镇建设用地面
积大幅增加,而城市化的直接结果导致了农田的损
失速度加快.
3郾 2摇 植被趋势显著区与人类活动密集区的空间一
致性
植被显著增加区几乎全部位于平原、丘陵和低
山带等海拔较低、或坡度小于 25毅的区域,而植被显
著减少区更为集中,几乎全部位于平原区、或坡度小
于 5毅的区域. 在人类活动较少的区域,如低山带以
上或坡度较陡的山区,植被几乎没有发生显著变化
趋势.这与其他北京地区植被的长期研究结果类似.
张本昀等[28]在对 1979 和 2005 年遥感影像的对比
研究中发现,北京山区高海拔地区植被覆盖较稳定,
低海拔区变化剧烈. 吴晓莆等[29]对 1978—2001 年
北京地区的研究发现,海拔 100 m 以下区域的土地
覆被变化主要是城市化过程,海拔大于 100 m 区域
土地覆被主要是灌丛向林地的转变,而且是林地面
积增加的主要地区. 与之相比,本研究进一步发现,
2000 年以后北京平原地区除了明显的城市化过程
外,还有显著的植被增加过程.
北京奥运筹备期的生态工程能较好地阐释 ND鄄
8313 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
VI增加像元的空间分布特征. 这些工程在 2000—
2007 年先后展开,其分布范围与植被显著增加区大
体一致:1)位于二环路到五环路的植被显著增加环
带,与第一道绿化隔离带建设区域基本一致.第一道
绿化隔离带建设以植树为主要方式,在城市中心区
和 10 个边缘集团之间,以及各边缘集团之间用成片
的大绿带进行隔离,以防止城市中心地区与外围组
团之间连成一片. 2)平原地区西南部外围部分的植
被显著增加区域,可与“三北冶防护林、播草盖沙工
程和平原治沙工程的施工区域联系起来. 这些工程
以植树造林、植灌种草等方式为主,大面积增加林地
面积和改造裸露沙地. 3)山区的植被显著增加区主
要在东北部山区成片分布,而该区大部分为海拔在
350 m 以下的丘陵带,调查中发现其与造林和林业
抚育工程范围吻合.
3郾 3摇 规划区规划定位和政策措施对植被覆盖的影响
北京 4 个规划区是一个从市中心到山区的辐射
结构:首都功能核心区城市化水平最高、植被覆盖最
少,向外至生态涵养保护区,其城市化水平最低、植
被覆盖最多. 这种特征与 NDVI 显著增加像元的分
布一致,即从市中心向外所占比例依次增加. 不过,
从各规划区内部 NDVI 趋势像元的比例上看,则表
现出更多的人为因素,即首都功能核心区和城市功
能拓展区植被显著增加的比例较高,而城市发展新
区和生态涵养保护区的比例则较低. 植被显著减少
区主要集中在城市发展新区,该区的定位是制造业
基地、农业基地和疏散城市中心区产业与人口的重
要区域,是北京城市化过程最剧烈的地区.相关土地
覆被的研究表明,北京的城市化过程从城市核心区
向四周辐射,强度随着距离核心区的增大而逐渐减
弱,2000 年以前主要发生在海淀区、朝阳区、丰台
区、通州区、顺义区和昌平区等地区[29],近 10 年则
向外扩展至城市发展新区.植被趋势分析结果显示,
一条非常明显的植被减少环带位于五环路到六环路
外侧,明显反映了新一轮城市化过程所引起的植被
减少.
从各规划区具体情况来看,首都功能核心区土
地利用格局基本定型,植被方面主要进行城市绿地
建设,植被变化以增加为主,植被减少的情况几乎没
有.类似结果也出现在生态涵养保护区,不过原因在
于一系列生态保护政策.以门头沟为例,过去由于居
住区扩张、采石采矿等导致的植被退化现象,正在被
生态恢复工程和自然过程所改变,植被覆盖逐渐得
到改善[30] .城市功能拓展区和城市发展新区在城市
化加快的同时,也重视绿化建设,因而具有了某些区
域植被增加、某些区域植被减少的双重特点.
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作者简介摇 孙晓鹏,男,1983 年生,博士研究生.主要从事景
观生态学和城市生态学研究. E鄄mail: gsxp2003@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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