基于3S技術(shù)的東洞庭湖濕地植被的分布與適應(yīng)性分析

曾光明　龍勇　梁婕　蔡青　黃璐　李曉東　袁玉潔　武海鵬　彭也如　賴旭

摘要：利用2010年環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星影像提取東洞庭湖濕地植被分布圖，依據(jù)同時(shí)期的MODIS13數(shù)據(jù)合成增強(qiáng)植被指數(shù)（EVI）年最大值圖與年平均值圖，結(jié)合東洞庭湖高程，討論東洞庭湖濕地植被及其生物量空間分布，并從水文因素及植被生長(zhǎng)特性等方面分析其原因，推論出蘆葦與湖草等植被的最適宜生長(zhǎng)區(qū)域.結(jié)果說明，東洞庭湖植被及其生物量分布與高程及水環(huán)境有很大的相關(guān)性，在高程30 m以上且遠(yuǎn)離水域區(qū)域，主要生長(zhǎng)著對(duì)水分要求不高的防護(hù)林；蘆葦適合生長(zhǎng)在27 m高程以上且靠近水域的區(qū)域，湖草適合生長(zhǎng)在高程為23～27 m間的區(qū)域.

關(guān)鍵詞：植被；東洞庭湖；生物量；環(huán)境衛(wèi)星；MODIS；增強(qiáng)植被指數(shù)

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2研究方法與研究?jī)?nèi)容

2.1數(shù)據(jù)來源及其特點(diǎn)

本利用了2010年的環(huán)境衛(wèi)星CCD影像與2010年全年MODIS數(shù)據(jù)以及DEM數(shù)據(jù).環(huán)境衛(wèi)星CCD影像是由“環(huán)境一號(hào)”衛(wèi)星寬覆蓋多光譜可見光相機(jī)拍攝，空間分辨率為30 m，時(shí)間分辨率為2d.MODIS數(shù)據(jù)采用NASA免費(fèi)提供的覆蓋東洞庭湖地區(qū)的MODIS13Q1級(jí)產(chǎn)品，該數(shù)據(jù)空間分辨率為250 m，時(shí)間分辨率為16 d，數(shù)據(jù)集在一定程度上去除了云層等的影響和干擾.大量研究表明，NDVI與EVI等植被指數(shù)值與植被生物量成顯著正相關(guān)關(guān)系，MODIS數(shù)據(jù)可以根據(jù)NDVI值或EVI值的大小來對(duì)比植被生物量大小[7-8].DEM高程數(shù)據(jù)來源于國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)（http：//datamirror.csdb.cn/index.jsp），包括兩個(gè)部分：ASTER GDEM 30 m分辨率高程數(shù)據(jù)和SRTM 90 m分辨率高程數(shù)據(jù)，本文主要利用SRTM數(shù)據(jù).

2.2東洞庭湖植被提取

東洞庭湖在豐水期（6-8月）水位較高，大部分湖草與泥沙灘地被水淹沒，不利于對(duì)東洞庭湖苔草等湖草灘地與泥炭灘地提取，而枯水期水位較低（其中1月份水位最低），苔草等湖草及泥灘基本露出水面，且各植被灘地光譜特征區(qū)別較大，有利于全面且準(zhǔn)確地對(duì)東洞庭湖灘地進(jìn)行解譯.東洞庭湖1月與8月份遙感影像特征（波段組合為R：band 4 G：band 3 B：band 2）對(duì)比如圖1所示.

從圖1可知，在豐水期大部分植被洲灘被水淹沒，而枯水期（1月份）洲灘基本露出水面，且光譜特征條理分布清晰.根據(jù)實(shí)地資料與遙感影像對(duì)比，防護(hù)林（包括人工造林）、蘆荻、湖草、純水域與泥灘地光譜特征區(qū)別明顯，說明“環(huán)境一號(hào)”衛(wèi)星影像可以用來解譯東洞庭湖植被分布情況，且能達(dá)到很好的效果.研究區(qū)域各植被分布較為集中，且各植被灘地主要種群比較單一，遙感解譯比較合適.由于洞庭湖“過水為洲，蓄水為湖”的特征，泥炭濕地豐水期被淹沒，枯水期部分露出水面，其與水呈季節(jié)性相互轉(zhuǎn)化，研究將東洞庭湖區(qū)劃分為蘆葦灘地、湖草灘地、防護(hù)林灘地、泥炭灘地和水域，并將泥炭濕地及水域合稱為非植被灘地.

2.4東洞庭湖高程圖處理

獲取東洞庭湖高程使用的數(shù)據(jù)為SRTM提供的DEM數(shù)據(jù)，空間分辨率90 m.為方便研究，在ArcGIS中重采樣到與MODIS影像分辨率一致，得到東洞庭湖高程圖（圖5）.

3結(jié)果與討論

3.1東洞庭湖植被分布分析與討論

由植被分布圖（圖2）與東洞庭湖高程圖（圖5）對(duì)比分析可知：1）高程23 m以下基本為非植被區(qū)，苔草等湖草生長(zhǎng)在23～27 m間，蘆葦大部分生長(zhǎng)在27 m高程以上且靠近水域，26～27 m間為蘆葦與湖草都有生長(zhǎng)的過渡帶，防護(hù)林生長(zhǎng)在30 m高程以上.2）在蘆葦生長(zhǎng)區(qū)域，越靠近水域高程越大，這與東洞庭湖多年來的泥沙淤積與蘆葦?shù)拇儆僮饔糜幸欢P(guān)系.

綜上所述：1）對(duì)不同灘地的EVI指數(shù)年最大值及平均值比較結(jié)果排序?yàn)椋禾J葦灘地，防護(hù)林灘地，湖草灘地，非植被灘地.2）在相同植被灘地中，蘆葦灘地在靠近水域時(shí)高程增大，達(dá)29 m以上，且EVI年平均值與年最大值都隨高程的增加而增大，在高地勢(shì)且靠近水域的區(qū)域EVI值達(dá)最大，這與蘆葦對(duì)水分的需求及其促淤效應(yīng)有一定關(guān)系.湖草灘地在遠(yuǎn)離水域的區(qū)域高程越大，且EVI年最大值與年平均值也都隨高程的增加而增大，特別是年平均值，變化趨勢(shì)明顯，這說明低高程的湖草水淹時(shí)間過長(zhǎng)，不利于湖草的生長(zhǎng)，而在27 m以上高程，水淹時(shí)間大幅減少，湖草灘地容易被更適合在高地勢(shì)區(qū)域生長(zhǎng)的蘆葦代替.

另外，本文利用EVI最大值及平均值研究植被生物量時(shí)，由于水淹的影響，使部分生長(zhǎng)在低高程處的植被EVI指數(shù)偏低，這也是EVI指數(shù)隨高程增加而增大的另外一個(gè)重要原因，在如何去除水位對(duì)EVI值的影響需進(jìn)一步研究.

3.3植被適應(yīng)性分析

由東洞庭湖植被及其生物量分析說明，東洞庭湖植被及其生物量分布與高程及水環(huán)境有很大的相關(guān)性，在高程30 m以上及遠(yuǎn)離水域區(qū)域，主要是對(duì)水分要求不高的防護(hù)林灘地；蘆葦適合生長(zhǎng)在27 m高程以上且靠近水域的區(qū)域，水淹時(shí)間很短卻水分充足；湖草適合生長(zhǎng)在27 m以下區(qū)域，但在23 m高程以下，水淹時(shí)間過長(zhǎng)，不利于湖草的生長(zhǎng).

4結(jié)論

本文通過對(duì)東洞庭湖植被分布圖、高程圖、EVI植被指數(shù)年最大值合成圖與年平均值計(jì)算圖的對(duì)比分析，得出結(jié)論：

1）蘆葦灘地的EVI值隨高程增加而增大，且在靠近水域區(qū)域（蘆葦灘地在靠近水域處高程較其它區(qū)域大）EVI指數(shù)值達(dá)最大；低高程區(qū)域的湖草灘地的EVI年最大值與年平均值較其它區(qū)域的小，特別是年平均值，變化趨勢(shì)明顯，這與低高程區(qū)域的湖草水淹時(shí)間較長(zhǎng)有一定關(guān)系.

2）洞庭湖植被及其生物量分布與高程及水環(huán)境有很大的相關(guān)性，蘆葦適合生長(zhǎng)在27 m高程以上且靠近水域的區(qū)域，湖草適合生長(zhǎng)在27 m以下區(qū)域，但若高程太低，水淹時(shí)間過長(zhǎng)，不利于湖草的生長(zhǎng).

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