基于遙感的石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量的研究

王玲,姚亞楠,奚秀梅,蘇建安,任遠(yuǎn)景

(石河子大學(xué)師范學(xué)院地理系,石河子 832003)

基于遙感的石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量的研究

王玲,姚亞楠,奚秀梅,蘇建安,任遠(yuǎn)景

(石河子大學(xué)師范學(xué)院地理系,石河子 832003)

植被生態(tài)需水研究已成為水資源優(yōu)化配置和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的熱點(diǎn)問(wèn)題。選取石河子墾區(qū)為研究區(qū)域,以2008年中巴衛(wèi)星影像和2003年的土地利用現(xiàn)狀圖為基礎(chǔ),運(yùn)用遙感圖像處理技術(shù)對(duì)研究區(qū)域植被進(jìn)行了分類,計(jì)算了各類植被面積的轉(zhuǎn)移矩陣,分析了各類植被面積的變化,并結(jié)合確定的石河子墾區(qū)不同植被生態(tài)需水定額量,通過(guò)面積定額法計(jì)算了石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量,分析了石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量的數(shù)量變化和空間變化。結(jié)果表明:研究區(qū)內(nèi)耕地的需水量最大,草地的其次,林地的最小;植被生態(tài)需水量主要集中在綠洲的中部,邊緣部分比較少。這表明石河子墾區(qū)人工植被的生態(tài)需水量最大,因此,適當(dāng)退耕還林、退耕還木,采用節(jié)水灌溉方式對(duì)減緩石河子墾區(qū)水資源的供需矛盾具有重要意義。

生態(tài)需水量;植被指數(shù);植被類型;面積定額法

水是干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成、發(fā)展和穩(wěn)定的基礎(chǔ),是中國(guó)西部生態(tài)脆弱區(qū)最關(guān)鍵的生態(tài)因子,決定著中國(guó)西部干旱區(qū)綠洲化過(guò)程與荒漠化過(guò)程這兩類極具對(duì)立與沖突性的生態(tài)環(huán)境演化過(guò)程[1]。植被是干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵所在,而其正常的生長(zhǎng)必然消耗一定的水量。因此,近年來(lái)植被的生態(tài)需水問(wèn)題已成為植被生態(tài)恢復(fù)和重建研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題[2-3]。關(guān)于植被生態(tài)需水,從現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料看還沒(méi)有一個(gè)明確統(tǒng)一的定義,許多專家學(xué)者從不同的方向和層面提出的概念及其內(nèi)涵也有所不同,這些研究成果促進(jìn)了植被生態(tài)需水理論的發(fā)展[4]。本文認(rèn)為干旱區(qū)的植被生態(tài)需水主要是指維持天然綠洲和人工綠洲防護(hù)體系穩(wěn)定生長(zhǎng)的耗水量[5]。

生態(tài)需水最早源于美國(guó)20世紀(jì)40年代為了維持河道內(nèi)魚(yú)類生存而開(kāi)展的河道基流研究,之后發(fā)展到河岸帶生態(tài)需水研究,直到現(xiàn)在開(kāi)展的流域尺度、區(qū)域尺度上生態(tài)需水研究[6-7],具有較成熟的理論和計(jì)算方法。關(guān)于陸地植被生態(tài)需水的研究則側(cè)重于大氣土壤植被之間的生態(tài)水文過(guò)程的研究。20世紀(jì)20年代開(kāi)始了對(duì)農(nóng)作物需水的研究,并以此為基礎(chǔ)建立了不同條件下農(nóng)作物、森林和草地生態(tài)需水的計(jì)算和預(yù)報(bào)模型[2]。國(guó)內(nèi)生態(tài)需水的研究始于20世紀(jì)90年代對(duì)西北地區(qū)水資源綜合開(kāi)發(fā)和利用[8],主要研究生態(tài)比較脆弱的干旱、半干旱地區(qū)的河道外植被生態(tài)需水[9]。很多學(xué)者圍繞生態(tài)需水量的概念和估算開(kāi)展了大量研究工作,得出了不同流域(如干旱內(nèi)陸河流域,黃河流域等)的植被生態(tài)需水量計(jì)算結(jié)果,以新疆為背景對(duì)干旱區(qū)生態(tài)用水的概念和分類進(jìn)行詳盡的闡述,探討了生態(tài)環(huán)境用水的必要性(如瑪納斯河流域生態(tài)與環(huán)境需水研究)[10-11]。

研究植被生態(tài)需水的理論主要有[3]:生態(tài)適應(yīng)性理論、系統(tǒng)閾值理論、水文循環(huán)水量平衡理論、農(nóng)業(yè)氣象理論。這些理論已在植被生態(tài)需水的研究中得到應(yīng)用。在生態(tài)需水計(jì)算方法研究方面,我國(guó)干旱區(qū)植被生態(tài)需水常采用的研究方法有直接計(jì)算法(面積定額法)[12]、間接計(jì)算法(潛水蒸發(fā)法)[13]、水量平衡法[14-16]和基于遙感與地理信息系統(tǒng)的研究方法[17]。這些方法各有有缺點(diǎn),直接計(jì)算法適用于基礎(chǔ)工作較好的地區(qū)與植被類型,間接計(jì)算法僅適用于降水量稀少、植被生長(zhǎng)完全依賴地下水維持的干旱區(qū)域,水量平衡法比較適合中小閉合流域生態(tài)環(huán)境需水的計(jì)算,Whipple建議用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)分析和系統(tǒng)模擬。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,基于遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)區(qū)域生態(tài)需水進(jìn)行計(jì)算及分析正在研究之中[17]。

石河子墾區(qū)地隸屬于瑪納斯河流域,是新疆最為典型的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。20世紀(jì)50年代以來(lái),由于流域上、中游對(duì)水資源的過(guò)度開(kāi)采,使進(jìn)入下游的水量顯著減少,尾閭湖泊逐漸消失、地下水位下降、植被退化、天然綠洲萎縮、土地荒漠化發(fā)展迅速,以土地荒漠化、植被退化為代表的生態(tài)環(huán)境惡化已嚴(yán)重制約流域經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[18]。石河子墾區(qū)是瑪納斯河流域水資源的主要使用者,在入境水量有限的情況下,如何合理分配農(nóng)業(yè)灌溉用水與生態(tài)用水是維護(hù)與恢復(fù)該墾區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文以石河子墾區(qū)為例,進(jìn)行植被生態(tài)需水的估算。一方面為瑪納斯河流域水資源的綜合開(kāi)發(fā)和管理提供理論依據(jù);另一方面為生態(tài)需水理論的完善提供一些探索。

1 數(shù)據(jù)資料與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)為石河子墾區(qū),地處天山北麓的中段,古爾班通古特大沙漠南緣,即東經(jīng)84°58′～86°24′,北緯 43°26′～45°20′。研究區(qū)面積 7529 km2,平均海拔高度450.8 m,地勢(shì)比較平坦,地形自東南向西北傾斜,由南向北依次為天山山區(qū)、山前丘陵區(qū)、山前傾斜平原、洪水沖積平原、風(fēng)成沙漠區(qū);土壤多系灰漠土、潮土、草甸土,土質(zhì)多系礫質(zhì)土、沙質(zhì)土、粘質(zhì)土等;屬于典型的大陸性干旱氣候,年平均氣溫6～6.6 ℃,無(wú)霜期160～170 d,年降水量110～200 mm,日照2798～2839 h,年蒸發(fā)量1000～1500 mm;水資源較為豐富,年徑流量14.48億 m3,其中地表水資源10.45億 m3,地下水資源4.03億 m3[19]。境內(nèi)有瑪納斯河、寧家河、金溝河、大南溝,巴音溝共5條河流,各河流均發(fā)源于天山山脈北坡中段的伊連哈比尕山脈,由南向北流至準(zhǔn)噶爾盆地。

石河子墾區(qū)是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū),宜農(nóng)宜林宜草宜牧。經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展,現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)已初具規(guī)模,形成了規(guī)模化經(jīng)營(yíng)和機(jī)械化水平較高的大農(nóng)業(yè)優(yōu)勢(shì)。目前,從石河子的農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及資源現(xiàn)狀來(lái)看,農(nóng)業(yè)灌溉需要大量的淡水資源,工業(yè)、生活及城市綠化同樣需要使用水資源,工業(yè)中優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)也圍繞著節(jié)水與灌溉等。目前,水資源的情況是制約石河子墾區(qū)人口數(shù)量,經(jīng)濟(jì)發(fā)展,資源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)的重要因素。

1.2 數(shù)據(jù)資料

1)以2008年6月3日中巴衛(wèi)星的石河子墾區(qū)影像為主要數(shù)據(jù),該影像來(lái)源于石河子大學(xué)師范學(xué)院地理系數(shù)據(jù)中心,分辨率為19.5 m×19.5 m。利用 ENVI軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行處理、拼接、分類,提取面積數(shù)據(jù)。

2)采用石河子墾區(qū)2003年的土地利用類型圖進(jìn)行輔助分析。

3)收集石河子墾區(qū)2008年水資源總量、石河子墾區(qū)2008年用水量等數(shù)據(jù)用來(lái)分析石河子墾區(qū)水資源的供需平衡。

1.3 研究方法

本文采用面積定額法計(jì)算石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量。在使用面積定額法計(jì)算植被生態(tài)需水量的過(guò)程中,先對(duì)影像的面積數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,然后在ENVI中利用決策樹(shù)方法對(duì)遙感影像進(jìn)行分類,將植被分為不同的類型和不同的覆蓋度,再利用遙感影像的柵格屬性計(jì)算不同植被類型、不同覆蓋度的面積的方法最終獲取面積數(shù)據(jù)。采用前人實(shí)際測(cè)定的不同植被類型潛水蒸發(fā)量以及灌溉用水定額確定不同植被類型不同覆蓋度的生態(tài)需水定額。

1.3.1 植被生態(tài)需水量的計(jì)算方法

本文對(duì)石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量的計(jì)算采用面積定額法。面積定額法是以某一地區(qū)某一類型植被的面積乘以其生態(tài)需水定額計(jì)算,得到該類型植被的生態(tài)需水量,各種類型植被的生態(tài)需水量總和即為所求的該地區(qū)植被生態(tài)需水總量。該法適用于基礎(chǔ)工作較好的地區(qū)與植被類型,如防風(fēng)固沙林、人工綠洲以及農(nóng)田系統(tǒng)等人工植被的生態(tài)需水量的計(jì)算。由于石河子墾區(qū)具有較好的基礎(chǔ)工作與植被類型,如農(nóng)田系統(tǒng)、人工綠洲等,因此可以用面積定額法計(jì)算石河子墾區(qū)的植被生態(tài)需水量。具體計(jì)算公式如下:

式(1)中:W為生態(tài)需水總量(m3),Wi為植被類型i的生態(tài)需水總量(m3),Ai為植被類型i的面積(m2),ri為植被類型i的生態(tài)需水定額即潛水蒸發(fā)定額(m3/m2)。

使用面積定額法計(jì)算石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量的關(guān)鍵問(wèn)題是要確定墾區(qū)內(nèi)不同類型植被的需水定額與面積,即需要對(duì)墾區(qū)內(nèi)的植被進(jìn)行分類,然后采取合適的方法得出不同植被類型對(duì)應(yīng)的需水定額與面積。

1.3.2 植被類型的分類方法

1.3.2.1 遙感影像預(yù)處理

若要對(duì)石河子墾區(qū)的植被進(jìn)行分類,首先需要得到石河子墾區(qū)遙感影像圖。具體是先將覆蓋石河子墾區(qū)的三幅遙感影像拼接,然后結(jié)合覆蓋石河子墾區(qū)的柵格圖像(.tif,是遙感影像)與石河子邊界矢量圖(.shp),將石河子墾區(qū)的遙感影像在ArcGIS中用掩膜剪裁的方法剪裁獲得所需要的區(qū)域范圍,即石河子墾區(qū)的遙感影像(圖1)。

圖1 石河子墾區(qū)遙感影像圖Fig.1 Remote image of Shihezi reclamation area

1.3.2.2 植被分類方法

石河子墾區(qū)不同植被類型的面積需要先確定不同植被的類型。因此,本文參照土地利用類型圖及其他輔助資料,采用人機(jī)交互式判讀方式對(duì)處理后的影像進(jìn)行非監(jiān)督分類,制作形成植被類型分布圖,將石河子墾區(qū)的植被類型分為林地(分為高、中、低覆蓋度的林地)、草地(分為高、中、低覆蓋度的草地)和耕地三大類,并且通過(guò)分類結(jié)果計(jì)算不同植被類型的面積。

石河子墾區(qū)的遙感影像的成像原理是利用不同類型的地物能夠輻射不同波長(zhǎng)的電磁波的原理拍攝得到,根據(jù)地物光譜反射率的差異作比值運(yùn)算可以突出遙感影像中植被的特征,提取植被類別或估算綠色生物量。

遙感影像中不同植被類型不同覆蓋度的屬性信息可以通過(guò)植被指數(shù)提取。植被指數(shù)(VI)有多種類型,本文采用的是歸一化植被指數(shù)(NDVI)。NDVI是利用近紅外波段與紅波段做比值運(yùn)算,具體計(jì)算如下:

式(2)中:NDVI指歸一化植被指數(shù),rnir指近紅外波段的反射值,rred指紅外波段的反射值。

本文利用 ENVI軟件直接計(jì)算NDVI,將地物類型分為植被與非植被類型,不同植被類型具有不同的NDVI數(shù)值的范圍,以此將NDVI范圍作為分類依據(jù),而后利用決策樹(shù)的分類方法將植被分為不同的類型。

1.3.3 植被面積計(jì)算方法

分類后的遙感影像就是不同植被類型不同覆蓋度的柵格圖像,因?yàn)檫b感影像有其固定的分辨率和坐標(biāo)系統(tǒng),根據(jù)遙感影像的分辨率和像元數(shù)量,即可求出遙感影像的面積。分類后通過(guò)每種植被類型的像元信息和遙感影像分辨率即可算出每種植被類型不同覆蓋度的面積,不同植被類型面積的計(jì)算公式如下:

式(3)、(4)中:Ai指不同植被類型的面積,N指植被類型代表的像元總數(shù),X%指不同植被類型占總像元的百分比。19.5×19.5指單個(gè)像元的面積。單位為m2,Ni指不同植被類型的像元個(gè)數(shù)。

1.3.4 植被生態(tài)需水定額的確定

由于影響植被需水的因子非常多,各種自然條件下植被的需水定額很難測(cè)定。因此,本文主要采用前人實(shí)際測(cè)定的不同植物類型潛水蒸發(fā)量以及灌溉用水定額量確定不同植物類型的生態(tài)需水定額。參考文獻(xiàn)[20]的方法,確定不同植被類型的生態(tài)需水潛水蒸發(fā)定額與灌溉用水量定額見(jiàn)表1。

表1 不同植被類型不同覆蓋度的潛水蒸發(fā)定額 mmTab.1 Phreatic evaporation quota of different vegetation type and vegetation coverage

2 結(jié)果與分析

2.1 遙感影像分類結(jié)果及分析

對(duì)遙感影像進(jìn)行預(yù)處理后,經(jīng)處理得到石河子墾區(qū)遙感影像圖,利用 ENVI軟件計(jì)算石河子墾區(qū)遙感影像圖的NDVI數(shù)值,將石河子墾區(qū)的影像圖分為植被和非植被類,通過(guò) EDVI值找到不同類型不同植被覆蓋度的歸一化植被指數(shù)范圍。以不同植被的歸一化植被指數(shù)范圍為依據(jù),利用決策樹(shù)的方法將石河子墾區(qū)遙感影像圖分類為草地(分為高、中、低覆蓋度)、耕地、林地(分為高、中、低覆蓋度),分類后結(jié)果圖見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出:石河子墾區(qū)植被分布在空間上有一定的規(guī)律,耕地形狀規(guī)則,中蓋度草地與耕地交錯(cuò)存在,在分類圖中分布在耕地周?chē)?處于綠洲的中心地帶。低蓋度的草地分布在人工綠洲的邊緣地帶,與處于北部與東南部的林地環(huán)繞在綠洲的外緣。高蓋度的草地分布面積相對(duì)較少,分布也比較分散,呈斑塊狀散布在綠洲中。

圖2 石河子墾區(qū)植被分類圖Fig.2 Vegetation classification of Shihezi reclamation area

2.2 植被面積計(jì)算結(jié)果

根據(jù)分類圖的像元數(shù)量或像元所占的比例,利用植被面積計(jì)算的方法可以求出不同植被類型的面積。不同植被類型的像元數(shù)量與面積的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表2。表2中包含了遙感影像分類圖中的信息,像元數(shù)量是直接由 ENVI軟件通過(guò)屬性查詢而得,面積數(shù)據(jù)是植被面積的計(jì)算公式計(jì)算不同類型的植被的面積而得。其中,耕地像元數(shù)最多,為3303476,面積最大為1256146749 m2,草地次之,像元數(shù)8697249,面積為3307128932 m2,林地最小,像元數(shù)為772101,面積為335016229 m2。

表2 不同植被類型像元數(shù)量和面積Tab.2 Pixel number and area of different vegetation type

2.3 植被生態(tài)需水量的計(jì)算結(jié)果及分析

2.3.1 石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量的計(jì)算

結(jié)合通過(guò)ENVI計(jì)算的不同植被類型不同覆蓋度的面積數(shù)據(jù)和植被生態(tài)需水定額量,采用面積定額法計(jì)算石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3顯示:不同植被類型的面積和生態(tài)需水總量,不同覆蓋度的植被的面積和生態(tài)需水量,石河子墾區(qū)植被的需水總量。石河子墾區(qū)草地生態(tài)需水量為492939080 m3,耕地生態(tài)需水量為1023131527.1 m3,林地生態(tài)需水量為59506500.166 m3,石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水總量為1563668116.266 m3。

表3 石河子墾區(qū)生態(tài)需水量計(jì)算結(jié)果Tab.3 Ecological Water Requirement result of Shihezi reclamation area

2.3.2 石河子墾區(qū)不同植被生態(tài)需水的分析

將石河子墾區(qū)不同植被類型生態(tài)需水量總量(表3)進(jìn)行對(duì)比可知:耕地>草地>林地。在不區(qū)分覆蓋度的情況下,按單位面積生態(tài)需水量計(jì)算,草地生態(tài)需水量為0.149 m3/m2,耕地的生態(tài)需水量為0.814 m3/m2,林地的生態(tài)需水量為0.246m3/m2。對(duì)比結(jié)果可知:耕地>林地>草地。這表明:不同植被的生態(tài)需水量,耕地?zé)o論從總量上還是單位面積的生態(tài)需水量都是最大的。

2.3.3 石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水的空間分析

結(jié)合植被生態(tài)需水量計(jì)算結(jié)果與分類后不同植被的空間分布規(guī)律,石河子墾區(qū)植被的生態(tài)需水量在空間上符合植被的空間分布規(guī)律,石河子墾區(qū)綠洲的中部分布為生態(tài)需水量較高的耕地和中蓋度植被,其需水總量為1192282809.1 m3,約占?jí)▍^(qū)總需水量的76%,位于墾區(qū)邊緣的林地及低蓋度草地需水量為116154335.166 m3,約占?jí)▍^(qū)需水量的7%,散布在墾區(qū)中的高蓋度草地需水量267139751 m3,約占總需水量的17%。綠洲植被的需水量主要集中在綠洲的中部,邊緣部分比較少。

2.4 石河子墾區(qū)水資源供需現(xiàn)狀分析

石河子墾區(qū)位于西北干旱區(qū),由于蒸發(fā)量大降雨稀少,水資源的總量為地表水與地下水的總和,為14.48億 m3。2008年該區(qū)全年總用水量為16.35億 m3,其中農(nóng)業(yè)灌溉用水15.71億 m3,工業(yè)、生活及城市用水0.64億 m3。

將石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水總量的計(jì)算結(jié)果與石河子水資源的現(xiàn)狀結(jié)合起來(lái)分析,石河子墾區(qū)植被的生態(tài)需水量在石河子的水資源利用方面占了較大的部分。根據(jù)遙感影像圖分析計(jì)算得出的植被生態(tài)需水總量為15.64億 m3,結(jié)合2008年石河子總用水量,水資源的利用雖然除了植被維系其一定環(huán)境功能狀況客觀需求外,還有工業(yè)、生活等的水資源的利用,但是總的來(lái)說(shuō)是植被的需水量最大。由此可知,在水資源受到限制的時(shí)候,植被生態(tài)系統(tǒng)必然首先受到影響;石河子墾區(qū)水資源的需求量大于供給量,水資源的供求未處于平衡狀態(tài)。產(chǎn)生該供需不平衡的主要原因是:一是由于該地區(qū)水資源本身由于位于干旱區(qū)的原因總量本就不充足,二是因?yàn)樗Y源的利用配置不合理。

從植被生態(tài)需水的角度來(lái)看,是由于人工植被即耕地的需水量較大,導(dǎo)致該原因的因素除了維持耕地上植被現(xiàn)狀的單位面積生態(tài)需水量本就大外,另一個(gè)主要原因是因?yàn)楦乇旧硭加械闹脖幻娣e也比較大,在三種植被類型中面積最大。

由于耕地的占地面積與需水量在墾區(qū)內(nèi)都是最大的,因此,解決石河子墾區(qū)水資源的供需不平衡問(wèn)題的方法主要有以下三種:

1)從生態(tài)系統(tǒng)的角度可通過(guò)退耕還林、退耕還牧等方法。因?yàn)樵摲椒ㄒ环矫婵梢越档透氐纳鷳B(tài)需水總量,另一方面林地與草地的單位面積的植被生態(tài)需水量都較耕地的少,因此可以降低墾區(qū)植被的總的需水量,從而從需求角度減緩石河子墾區(qū)的水資源總量供需不平衡的狀態(tài)。

2)改進(jìn)耕地的用水方式。采用節(jié)水灌溉,如噴灌、滴灌等,減少漫灌來(lái)減少單位面積耕地的生態(tài)需水量,進(jìn)而減少耕地的生態(tài)需水總量。

3)節(jié)約生活用水,減少工業(yè)用水等方式也可以減少水資源的總的利用,減緩水資源使用的供需不平衡的現(xiàn)狀。

3 結(jié)論

通過(guò)上述植被生態(tài)需水量的計(jì)算與分析可以得出以下結(jié)論:

1)石河子墾區(qū)的植被生態(tài)需水總量為1563668116.266 m3,其中草地的生態(tài)需水量為492939080 m3,耕地的生態(tài)需水量為1023131527.1 m3,林地的生態(tài)需水量為59506500.166 m3。耕地需水總量最大,林地的最小。

2)目前石河子墾區(qū)水資源的現(xiàn)狀為供需不平衡。石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水短缺。

3)利用遙感技術(shù)研究植被生態(tài)需水量具有一定的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)遙感技術(shù)增加了面積定額法獲取計(jì)算生態(tài)需水量數(shù)據(jù)的途徑和方法。有利于提高計(jì)算結(jié)果的現(xiàn)實(shí)意義,而且由于其時(shí)效性的特點(diǎn)使得利用遙感技術(shù)能夠及時(shí)的估算出某一區(qū)域的植被生態(tài)需水量。

4 討論

石河子墾區(qū)生態(tài)需水量的研究,結(jié)果證明了石河子墾區(qū)當(dāng)前水資源的利用現(xiàn)狀,對(duì)未來(lái)石河子地區(qū)的發(fā)展有制約性。本文從以下兩方面討論本研究的意義。

1)從技術(shù)手段上來(lái)看,遙感探測(cè)能在較短的時(shí)間內(nèi),從空中乃至宇宙空間對(duì)大范圍地區(qū)進(jìn)行對(duì)地觀測(cè),并從中獲取有價(jià)值的遙感數(shù)據(jù),有其它技術(shù)手段與之無(wú)法比擬的特點(diǎn)。但是利用遙感影像更新、更快的特點(diǎn)提取數(shù)據(jù)計(jì)算植被在不同生長(zhǎng)階段的生態(tài)需水量,更加精細(xì)的根據(jù)植被的不同生長(zhǎng)階段的生態(tài)需水量對(duì)研究區(qū)域的水資源利用進(jìn)行合理有效的調(diào)整還有待進(jìn)一步研究。

2)水資源與環(huán)境是相互依存的,缺水會(huì)導(dǎo)致環(huán)境惡化,環(huán)境惡化又會(huì)引發(fā)資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的問(wèn)題。地處干旱區(qū)的石河子墾區(qū)生態(tài)平衡與發(fā)展的主要制約因素是水,因而石河子墾區(qū)的可持續(xù)發(fā)展與水資源的合理利用密不可分。水資源的利用在一定程度上影響石河子墾區(qū)生態(tài)平衡與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方向,由于植被在生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用,應(yīng)該將植被與其他生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需水量結(jié)合起來(lái),找到一條既能維持個(gè)生態(tài)系統(tǒng)安全與穩(wěn)定,又能實(shí)現(xiàn)該區(qū)域資源、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的有效途徑,從而使該區(qū)域經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步快速的發(fā)展。

[1]陳亞寧,郝興明,李衛(wèi)紅,等.干旱區(qū)內(nèi)陸河流域的生態(tài)安全與生態(tài)需水量研究——兼談塔里木河生態(tài)需水量問(wèn)題[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2008,23(7):732-738.

[2]郝博,粟曉玲,馬孝義,等.干旱區(qū)植被生態(tài)需水的研究進(jìn)展[J].2009,20(4):1-5.

[3]胡廣錄,趙文智,謝國(guó)勛.干旱區(qū)植被生態(tài)需水理論研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2008,23(2):193-200.

[4]郭巧玲,楊云松,陳志輝,等.額濟(jì)納蘭州植被生態(tài)需水及其估算[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2010,21(3):80-84.

[5]趙文智,常學(xué)禮,何志斌,等.額濟(jì)納荒漠綠洲植被生態(tài)需水量研究[J].中國(guó)科學(xué):D輯,2006,36(6):559-566.

[6]賈寶全,張志強(qiáng),張紅旗,等.生態(tài)環(huán)境用水現(xiàn)狀、問(wèn)題分析與基本構(gòu)架探索[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2002,22(10):1734-1740.

[7]嚴(yán)登華,何巖,王浩,等.生態(tài)水文過(guò)程對(duì)水環(huán)境影響研究述評(píng)[J].水科學(xué)進(jìn)展,2005,16(5):747-752.

[8]嚴(yán)登華,王浩,王芳.我國(guó)生態(tài)需水研究體系及關(guān)鍵研究命題初探[J].水利學(xué)報(bào),2007,38(3):267-273.

[9]王根緒,張鈺,劉桂民,等.干旱內(nèi)陸流域河道外生態(tài)需水量評(píng)價(jià)一以黑河流域?yàn)槔齕J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005.25(10):2467-2476.

[10]李俊峰,葉茂,范文波,等.瑪納斯河流域生態(tài)與環(huán)境需水研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2006,20(6):91-93.

[11]翟勝.干旱區(qū)內(nèi)河流域河流系統(tǒng)生態(tài)需水量計(jì)算[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2010,16(8):854-855.

[12]楊愛(ài)民,唐克旺,王浩,等.生態(tài)用水的基本理論與計(jì)算方法[J].水利學(xué)報(bào),2004,35(12):39-45.

[13]黃天明,王雄師,石培澤.干旱區(qū)生態(tài)需水量估算與退化生態(tài)重建[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2004,18(8):43-47.

[14]張凱,韓永翔,司建華,等.民勤綠洲生態(tài)需水與生態(tài)恢復(fù)對(duì)策[J].生態(tài)學(xué)雜志,2006,25(7):813-817.

[15]黃奕龍,陳利頂,傅伯杰,等.黃土丘陵小流域植被生態(tài)用水評(píng)價(jià)[J].水土保持學(xué)報(bào),2005,19(2):152-155.

[16]劉營(yíng),夏軍,豐華麗.陸地系統(tǒng)生態(tài)需水量計(jì)算方法初探[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2005,(2):32-34.

[17]司建華,龔家棟,張勃.干旱區(qū)地區(qū)生態(tài)需水量的初步估算[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2004,18(1):49-53.

[18]劉海隆,包安明,何新林,等.瑪納斯河下游綠洲土地利用變化對(duì)水資源利用的影響[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,28(1):96-100.

[19]許西盼,曹衛(wèi)彬,劉姣娣,等.基于遙感技術(shù)的石河子墾區(qū)農(nóng)用地變化分析[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,28(3):310-314.

[20]王芳,王浩,陳敏建,等.中國(guó)西北地區(qū)生態(tài)需水研究(2)——基于遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的區(qū)域生態(tài)需水計(jì)算及分析[J].2002,自然資源學(xué)報(bào),17(2):129-137.

The Ecological Water Requirement of Vegetation in Shihezi Based on Remote Sensing

WANG Ling,YAO Ya’nan,XI Xiumei,SU Jian’an,REN Yuanjing
(Department of Geography,Teachers College,Shihezi University,Shihezi 832003,China)

The vegetation ecological water demand has become one of hot issues in optimal allocation of water resources and ecological environment construction.Shihezi reclamation area has been selected as the study area in this paper.Based on the CBERS Satellite Datum in 2008 and the land-use map in 2003,the vegetation types were classified by using remote sensing image processing technique.The area change of every type was analyzed by using transfer matrix.Then the amount of vegetation ecological water demand can be gotten by quota.Through analysis of the spatial changes of vegetation ecological water demand,the result shows that the water requirement in cultivated land is the biggest,that in grassland takes the second place,and that in forest is the least.Moreover,the nearer to the core of oasis,the more the vegetation ecological water demand.This indicates that the water demand in cultivated land occupies the largest part.So conversion of cropland to forest,replacing cropland with pasture and using water saving irrigation are very important to alleviating the supply and demand contradiction of water in Shihezi reclamation area.

ecological water requirement;vegetation index;vegetation type;quota of area

Q948.1

A

1007-7383(2011)02-0218-06

2010-11-08

國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目(101075901)

王玲(1974-),女,副教授,從事3S技術(shù)在資源環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用研究;e-mail:wling@shzu.edu.cn。