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在全球变化的影响下,气候的改变和人类对土地资源的利用对地球表面原有的植被分布和组成产生了巨大的影响。北京作为中国的首都和国际化大都市,近20年来迅速的城市化过程给区域的景观格局带来了巨大变化。本文以北京市近20年来的植被和土地覆盖变化为研究对象,利用植被的野外调查、气候数据、研究区域多个时相的遥感影像解译和数字地形数据,分析了在城市化过程影响下近20年来北京市植被的结构与分布、土地覆盖变化以及城市绿地的组成和变化,得到如下主要结论:
(1)对北京地区植被的群落结构和物种组成分析显示:本地区植被的群落结构简单,乔木层物种组成单一。记录的维管束植物中,优势科中草本植物占绝大部分,乔木树种则都属于非优势科。利用所有样方乔木层物种重要值矩阵的计算结果,对样方进行TWINSPAN分类,将所有样方划分为9种主要群落类型:栓皮栎林、槲树+麻栎林、油松+麻栎混交林、华北落叶松林、桦木林、蒙古栎林、油松+蒙古栎+杨桦混交林、辽东栎林和辽东栎萌生丛等。在此基础上对各种群落的结构特征进行了分析。
(2)分别利用地理环境因子和气候因子对样方和乔木树种进行了CCA排序。地理环境因子排序显示第一轴与海拔相关性强,排序结果将麻栎槲树混交林和辽东栎林与其它群落分开,对乔木树种的排序也反映了不同群落类型指示种的生境特点。气候因子排序结果表明水分是影响北京地区群落分布的最主要环境因子,此外热量也起到了一定作用。
(3)对群落物种多样性的计算结果显示:群落的物种丰富度越高,生物多样性水平也越高。对环境因子和群落结构与物种多样性的相关分析显示:乔木层最大胸径、最大树高和胸高断面积与温度指标显著负相关,反映出低海拔地区群落结构受到人为干扰的严重影响。乔木层物种多样性与热量指标存在显著负相关,与水分因子关系较小;灌木层物种多样性指标随海拔上升而下降,并随温度和水分的增加而上升。
(4)利用1984~2001年TM影像和2002年SPOT影像解译结果,分析近20年来城市绿地的变化及现状。2002年北京城区绿地覆盖率为32.9%,其中林地覆盖率为15.5%。绿地的分布在空间上很不均匀,北部城区绿地覆盖率明显高于南部城区。随着近20年北京市迅速的城市化过程,绿地的面积也有所增加。绿地覆盖率从1984年的23.7%增长至2001年的30.1%,平均每年增加389hm2,其中林地面积从8.7%增至12.3%,平均每年增加219hm2。
(5)对北京市城市绿地的调查结果显示:i)对79个样方灌木和草本重要值进行TWINSPAN的分类结果将所有群落按受人为干扰影响程度不同分开,同一地点的样方基本被划分到同一组,对不同组多样性指数的计算显示受人为干扰最强烈的天坛公园样地物种丰富度较高,人为干扰较少的北京大学、颐和园和圆明园部分群落物种丰富度较低,但均匀度较高。ii)北京城区交通沿线的绿化树种主要有毛白杨、国槐、白蜡和油松等12种乔木。郊区绿化带以毛白杨最为常见,城区绿化带国槐较常见。从绿化植被的分布、种类和生长状况来看,南部地区明显不如北部地区。(6)1978~2001年北京市土地覆盖类型变化的主要特征有:农业用地向城镇用地的转化,反映了这一期间显著的城市化过程。离中心城区较近的郊区是城市化过程发生最显著的地区,主要表现为城镇用地的迅速扩大和农业用地的逐渐缩小。近20年来,城镇用地从42,116hm2增至264,229hm2,农业用地则从635,433hm2减至381,271hm2。城市化发展最迅速的时段为1978~1984和1996~2001年。近20年林地面积有明显增加,覆盖率从17.2%增至24.7%;灌丛持续向林地转变,同时林地在各时段都维持较高的保留率,从而使得森林覆盖率不断增加,灌丛总面积逐渐减少,说明植树造林和退耕还林在北京取得了显著的成效。灌草丛、亚高山草甸、水体和无覆被地面积变化较大。地形对土地覆盖类型的分布和变化过程有着重要的影响。随着海拔的升高和坡度的增大,农业用地和城镇用地减少,林地和灌丛逐渐增加。坡向对植被的分布也有较大影响。
(7)对不同时段景观指数计算的结果显示:目前北京地区林地和灌丛面积占研究区域的54.26%,为研究区域最主要的景观组分;农业用地和城镇用地占39.38%,是平原地区主要景观类型。平均斑块面积最大的四种土地覆盖类型依次为:灌丛>农业用地>林地>城镇用地,分别为15hm2,12hm2,11hm2和7hm2。草甸和无覆被地形状指数最大。对不同时段各景观的指数比较显示:土地覆盖类型面积越小,平均斑块也越小,形状指数则越大。在研究时段内,林地和城镇用地的平均斑块面积逐渐增大,灌丛和农业用地则不断减小;草甸斑块面积波动较大。对不同土地覆盖类型斑块面积频度的分布分析结果与景观指数变化趋势相吻合。