基于NDVI的湄洲岛造林地块筛选及绿化提升对策

卓秋萍

(福建省林业调查规划院，福建 福州 350003)

湄洲岛隶属于莆田市秀屿区湄洲镇，地处东经119°5′23″～119°8′40″，北纬25°1′31″～25°6′20″，属离岛。全岛土地总面积15.81 km2(包括沙滩)，海岸线长30.4km，地形狭长如眉。本岛东南、东北地势稍高，中部为平原、地势较平坦，西北地势低，还有大小岛、屿、礁30多个，是莆田市第二大岛，也是湄洲湾秀屿港的第一道天然屏障。它融蓝天、碧海、金沙、海岩、怪石、庙宇于一体，是海上和平女神妈祖的故乡，是妈祖文化的发祥地，是世界3亿多妈祖敬仰者的朝圣地，同时还是国家旅游度假区、国家级风景名胜区、国家海洋公园[1]。归一化植被指数(NDVI)被认为是监测植被覆盖度的最为有效指标之一[2]。采用无人机低空航拍、外业调查获得的数据与通过归一化植被指数筛选出的造林地块进行比对，两者结果一致，结合《莆田市秀屿区湄洲镇土地利用总体规划(2006-2020年)》、《莆田湄洲岛风景名胜区总体规划(修编)(2015-2030年)》、《湄洲岛“绿满城乡·美丽家园”园林绿化提升三年行动方案》等解析，最终确定亟需造林绿化提升的地块。依据重点地块所处的自然地理气候条件、环境现状和植被生物学特性，合理选择绿化树种，构建具有海岛特色的植被体系，提出科学合理的绿化提升对策，符合森林经营的经济、生态、永续三大原则，可以为湄洲岛绿化提供科学依据。

1 研究方法

1.1 数据采集

2019年11月中旬，使用无人机低空航拍采集湄洲岛全岛绿化现状数据。从地理空间数据云(http://www.gscloud.cn)上获取湄洲岛同年12月11日的landsat8卫星的多光谱数据。数据有9个波段，空间分辨率约30 m。该数据与无人机低空航拍作业时间接近，且云量低、仅有1.44%的区域有云层覆盖，研究区范围内的云层肉眼不可见，对NDVI的提取干扰较小。

1.2 数据处理

利用ENVI5.3软件中Radiometric Calibration模块、FLAASH Atmospheric Correction模块、Subset Data form ROIs模块分别对遥感影像数据进行辐射定标、大气校正和影像裁剪等处理，得到红波和近红外两个波段的反射值，计算出NDVI。因研究区域属于海岛类型，因此大气校正时选择Maritime气溶胶模型，经辐射定标和大气校正后，符合研究区实际植被的光谱曲线特征。

归一化植被指数(NDVI)是监测植物生长状况、植被覆盖变化的最佳指示因子之一[2]，其计算公式为NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)。其中NIR为近红外波段的反射值；R为红光波段的反射值。

2 重点绿化地块筛选结果与分析

2.1 筛选结果

湄洲岛植被以南亚热带常绿阔叶林、针阔混交林为主，影像采集时间对NDVI值的影响较小，计算结果能较好地反映研究区域的植被覆盖状况[2]。通过测量近红外波段对植被的反射率(NIR)和红光对植被的吸收率(R)之间的差异来量化植被[2]。将得出的NDVI初始值进行归一化处理后换算在[0～1.0]区间，按照0.2的梯度值对植被质量进行分级[2]，得出2019年12月岛上植被指数生态等级较差的区域，与无人机低空航拍、外业调查获得的数据进行比对，其结果一致；再结合相关总体规划、行动方案等解析，筛选出亟需造林绿化提升的地块，并归类为重要风口(东蔡、宫下、下山)、重要沿线(红树林公园、黄金沙滩、新西环路)、重要节点(湖石淉生态公园、湄洲妈祖祖庙、世界妈祖文化论坛)三大类(表1、图1)。

图1 湄州岛NDVI生态等级与绿化提升重点地块分布

表1 湄洲岛植被指数生态等级

2.2 现状及成因分析

湄洲岛地理位置特殊，受东北风以及夏秋季台风影响，常年8级以上大风日≥80 d，岛东部和北部为主迎风面；沙滩及海蚀地貌景观分布于全岛各处，西部为淤泥质海滩；土壤类型有砖红壤性红壤、滨海风砂土、盐土等；土壤蒸发量远大于降水量，生态水资源匮乏、属沿海较干旱地区；漏水、漏肥严重；灾害性天气为台风、干旱。造林树种选择、技术措施、养护管理不当等因素，严重影响全岛森林生态系统服务功能。调查重点地块生态环境、绿化现状等，并分析其成因(表2)，可以为绿化提升提供科学依据。

表2 绿化提升重点地块绿化现状及成因分析

3 绿化提升技术

3.1 树种选择

根据重点地块的绿化现状(表2)，遵循森林经营三大原则，为尽快适应其自然地理气候条件、满足“一区三岛”的需求，丰富物种多样性，提高造林成活率，科学选择抗逆性强、景观效果好的树种，如木麻黄、台湾相思、刺桐、南洋杉、黄槿、花叶高山榕、黑金刚橡皮榕、红花夹竹桃、银合欢、朱缨花、蒲葵、美丽针葵、滨柃、露兜、苦槛蓝、秋茄、白骨壤、无瓣海桑、巨菌草等；并针对重点地块所处环境，乔灌草多树种配植、多类型设计、高密度栽植，视地块大小调整种植行数，力求抗逆性与观赏性、常绿与观花观叶相结合(表3)。

表3 重点地块绿化提升配置

图2 重要风口(东蔡)绿化配植

图3 重要沿线(新西环路)绿化配植

3.2 主要技术要点

选择枝干健壮、无病虫害的2 a苗龄容器苗造林。除了常规的清理林地、整地挖大穴、施基肥等造林技术措施外，考虑到海岛的特殊性，同时采取了其它造林技术措施(表4)，“封、管、育”并举，提高造林成活率和保存率，以尽快适应当地恶劣的自然环境，实现预期的绿化彩化提升效果。

表4 重点地块绿化主要技术措施

4 结论与讨论

4.1 结论

湄洲岛管委会分期逐步推进重要风口、沿线、节点绿化提升建设，除湄洲妈祖祖庙、世界妈祖文化论坛等2个重要节点尚未实施外，重要风口、红树林沿线和湖石淉生态公园已于2020年4月实施，种植成活率>90%。黄金沙滩、新西环路沿线已于2021年4月实施，造林绿化总投资701.477 5万元，共完成绿化造林面积26.82hm2。2019年和2020年森林覆盖率分别为24.9%、30.07%，同期全岛绿化覆盖率分别为58.3%、59.8%。2021年5月进行实地回访，该项目通过点、带、片相结合的方式，实施绿化工程，为湄洲岛生态环境的安全提供保障。

重要风口中，东蔡、宫下等采用平潭2#木麻黄营造防护林，成活率约95%，其余设计树种未种植；在下山村种植巨菌草，成活率100%。目前平潭2#木麻黄树高0.3～0.5 m，巨菌草高1.8～2.0 m。在海岸前沿构建生态防护屏障，尤其是下山村种植的巨菌草，有效阻挡劲风吹刮、阻止流沙迁移，减轻沙化危害，遏制了盐碱化、沙化的蔓延态势。

重要沿线中，泥岸红树林公园地块种植秋茄成活率98%、白骨榄95%、无瓣海桑93%；沙岸红树林公园地块种植平潭2#木麻黄成活率95%、台湾相思95%、黄槿92%，苦槛蓝96%、露兜95%，其余设计树种未种植。改造后，全岛基本形成以防风固(阻)沙基干林带、农田防护林、护路林为主的沿海生态防护林网体系，增加了防护林面积，丰富了物种多样性，提高了沿海防护林的庇护、减灾功能，有效发挥了农田林网的整体防护功能，为保障国土生态安全奠定了良好基础。黄金沙滩、新西环路沿线实施绿化提升不足一年，本次不进行造林成活率调查与评价。

重要节点中，湖石淉生态公园种植平潭2#木麻黄成活率96%、黄槿95%、南洋杉98%、黑金刚橡皮榕96%、红花夹竹桃98%，其余设计树种未种植。目前平潭2#木麻黄高1.5 m，南洋杉高2 m，其它树种如黄槿、红花夹竹桃、黑金刚橡皮榕等长势良好。营造的绿化防护林和景观林，有效改变了以往树种配置单一、色彩单调、林层结构简单、生态效益不佳等状况，空间布局更趋合理，实现从单一树种绿化向多层次、多色彩绿化的升级，综合效益有效提升，为居民和游客提供了更舒适的休闲环境。项目实施极大地提高了岛上居民和社会力量参与造林绿化的积极性，生态环境保护和建设成为全岛的共识。

4.2 讨论

4.2.1 基于技术支撑，掌握绿化动态

利用landsat8OLI数据信息提取归一化植被指数，并对NDVI进行生态分级，与无人机航拍、外业调查采集数据相结合，并应用到规划设计中，可及时准确地掌握研究区绿化资源的动态趋势[4]，有利于绿化规划的宏观调控和科学决策，以科学引领绿化，保障生态安全，切实推动生态环境向好发展。

4.2.2 合理选用树种，强化科学配置

根据造林地块面积、坡向等实际情况，尽量选择乡土树种或抗逆性强树种，如平潭2#木麻黄、台湾相思、南洋杉、黄槿、刺桐、红花夹竹桃、银合欢、黑金刚橡皮榕、朱缨花等。不宜选择大苗和截干苗，枝干健壮、无病虫害的2 a苗龄容器苗更容易成活。受风、沙、盐、旱等自然因素制约，防护树种还需经过试种试验才可大面积推广应用。还要因地制宜科学配置造林树种、设计造林类型，提倡高密度造林。

4.2.3 采用多种措施，保证造林成活

切合实际，采取深挖沟、筑沙堤、下客土、施基肥、深栽、设风障、高密度等多种措施，有效提升苗木抗击风沙、台风等灾害的能力，提高土壤有机质含量和造林成活率。水分是苗木成活的关键因素。岛上土壤保水能力较弱，采取撒保水剂、配滴灌、使用塑料薄膜或杂草覆盖在种植坑的周围等措施相结合的方法，能保持土壤和苗木的水分，保证苗木成活。