基于TM影像的青海省瑪多縣土地利用及景觀分析

張朋濤+殷青軍

摘要：通過遙感圖像預(yù)處理、人工解譯1990年、2000年、2007年和2010年四期TM影像得到土地利用數(shù)據(jù)，求得土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和各種生態(tài)環(huán)境景觀指數(shù)。通過分析四期土地利用數(shù)據(jù)和總體景觀指數(shù)之間的差異性，指出由自然和人為原因引起的生態(tài)環(huán)境的變化：瑪多縣的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)得到較為明顯的改善。

關(guān)鍵詞：遙感數(shù)據(jù)；瑪多縣；土地利用；景觀分析

1 引言

瑪多縣是國內(nèi)人類生存環(huán)境最惡劣的地區(qū)之一，生態(tài)環(huán)境也相對比較脆弱。但其位于“三江源”國家級自然保護(hù)區(qū)[1]核心腹地，生態(tài)地位十分重要，是青藏高原重要的生態(tài)屏障，也是黃河中下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要生態(tài)功能平衡區(qū)。但是隨著人類活動影響的增加，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境破壞也較為嚴(yán)重，政府部門也開始生態(tài)恢復(fù)重建工作，而利用遙感和GIS技術(shù)作為監(jiān)測技術(shù)，分析土地利用與覆蓋變化是重要的研究方向[2-3]。

2 研究區(qū)域概況

瑪多縣位于東經(jīng)96°55′～99°20′，北緯33°50′～35°40′，東部與海南藏族自治州興?？h和果洛藏族自治州瑪沁縣相毗連，北依積石山支脈布青山與海西蒙古族藏族自治州都蘭縣相鄰，西靠玉樹藏族自治州曲麻萊縣，西南以巴顏喀拉山為界與玉樹藏族自治州稱多縣接壤，南與四川省石渠縣和果洛州達(dá)日縣相連。瑪多縣是青海省平均海拔最高的縣，全縣總面積24477平方公里，平均海拔4500米以上，縣城駐地海拔4276米，自然條件惡劣，高寒缺氧，環(huán)境嚴(yán)酷，年均氣溫-4℃，年日照時數(shù)4442.2小時，年均降水量303.9毫米。

3 研究內(nèi)容：

3.1數(shù)據(jù)處理

所用的數(shù)據(jù)為1990年8月、2000年10月、2007年8月和2010年7月四期的TM遙感影像，經(jīng)過幾何糾正、投影變換、建立統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)等預(yù)處理之后，采用人工解譯的方法，對四期影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯分類處理。以上處理在遙感軟件ERDAS和ARCGIS下進(jìn)行。

3.2土地利用分類

土地利用分類參考國家土地分類系統(tǒng)，結(jié)合外業(yè)調(diào)查。地形地貌和土壤類型等資料，人工解譯對四期遙感影像進(jìn)行土地利用分類。對最終解譯成果做出土地利用專題地圖，見圖1。

圖1 各年份土地利用圖

3.3景觀指數(shù)

景觀指數(shù)是指能高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標(biāo)[4]。景觀指數(shù)有兩個層次[5]，即總體指數(shù)和要素指數(shù)。本次研究根據(jù)解譯出的土地利用數(shù)據(jù)計算了5種總體景觀指數(shù)，如多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、分維數(shù)、均勻度指數(shù)、破碎度指數(shù)描述總體景觀的要素特征。

4 結(jié)果分析

4.1 土地利用變化分析

根據(jù)四期土地利用解譯數(shù)據(jù)求得土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，見表1、表2、表3。從1990年到2000年變化最大的是湖泊，共有35.18km?面積發(fā)生變化，其中32.25 km?變?yōu)闈竦亍?.04 km?變?yōu)橹懈采w草地、0.27 km?變?yōu)榈透采w草地、1.62 km?變?yōu)闉┑?；但需要注意的是?.71 km?高覆蓋草地和1.26 km?濕地變?yōu)楹础?000年到2007年變化最大的是濕地，有41.66 km?面積發(fā)生變化，其中主要變化為34.06 km?變?yōu)楹?，另外?.43 km?變?yōu)楦吒采w草地、7.17 km?變?yōu)樗畮炜犹?；湖泊面積變化也相對較大，有12.65 km?變?yōu)闈竦亍?.03 km?變?yōu)楦吒采w草地、0.57 km?變?yōu)橹懈采w草地、3.74 km?變?yōu)榈透采w草地、0.33 km?變?yōu)闀鴰炜犹痢?.55 km?變?yōu)闉┑?；需要注意的是?.32 km?的高覆蓋草地變?yōu)橹懈采w草地。從2007年到2010年變化最大的是湖泊面積，增加了55.59 km?，變化來源為濕地44.42 km?、高覆蓋草地0.74 km?、中覆蓋草地5.63km?、低覆蓋草地2.44 km?、河流1.00 km?、灘地1.70 km?；另外面積變化較大的是中覆蓋草地和低覆蓋草地，有40.69 km?中覆蓋草地變?yōu)楦吒采w草地、3.79 km?低覆蓋草地變?yōu)楦吒采w草地。從1990年到2010年總體上變化比較大的動態(tài)變化是有46.15 km?中覆蓋草地變?yōu)楦吒采w草地、41.26 km?濕地變?yōu)楹?。總的看來，湖泊和濕地之間的轉(zhuǎn)化較多，高覆蓋草地和中低覆蓋草地之間的轉(zhuǎn)化也較多，有一部分濕地變?yōu)楹?，也有一部分中低覆蓋草地變?yōu)楦吒采w草地；另外一個顯著變化是從2000年到2007年水庫坑塘這一土地利用類型從無到有，其他土地利用類型面積變化不大。研究區(qū)域內(nèi)主要土地利用類型為草地、湖泊和濕地，在四期土地利用數(shù)據(jù)中，高覆蓋草地面積分別占總面積的33.19%、33.19%、33.17%、33.34%，中覆蓋草地面積分別占總面積的26.27%、26.26%、26.28%、26.09%，低覆蓋草地面積分別占總面積的19.10%、19.13%、19.09%、19.06%，湖泊面積分別占總面積的10.57%、10.70%、10.58%、10.39。

表 1 1990—2000年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km?

有林地 灌木林 高覆蓋草地 中覆蓋草地 低覆蓋草地 河流 湖泊 灘地 城鎮(zhèn)居民點 農(nóng)村居民點 工程用地 沙地 濕地 裸巖石礫地 總計

（km?）

有林地 0.03 0.03

灌木林地 15.78 15.78

高覆蓋草地 8120.51 2.71 8123.22

中覆蓋草地 4.61 6426.54 6431.15

低覆蓋草地 0.33 4675.33 4675.66

河流 264.33 264.33

湖泊 1.04 0.27 1615.12 1.62 32.25 1650.30

灘地 45.74 45.74endprint

城鎮(zhèn)居民點 1.03 1.03

農(nóng)村居民點 1.14 1.14

工程用地 6.58 6.58

沙地 185.53 185.53

濕地 1.26 2585.88 2587.14

裸巖石礫地 489.67 489.67

總計 0.03 15.78 8125.12 6427.91 4675.60 264.33 1619.09 47.36 1.03 1.14 6.58 185.53 2618.13 489.67 24477.30

表 2 2000—2007年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km?

有林地 灌木林地 高覆蓋草地 中覆蓋草地 低覆蓋草地 河流 湖泊 水庫、坑塘 灘地 城鎮(zhèn)居民點 農(nóng)村居民點 工程用地 沙地 濕地 裸巖石礫地 總計

（km?）

有林地 0.03 0.03

灌木林地 15.78 15.78

高覆蓋草地 8119.44 5.32 0.36 8125.12

中覆蓋草地 6426.30 0.27 1.34 6427.91

低覆蓋草地 4669.11 0.12 6.38 4675.60

河流 262.48 0.36 1.49 264.32

湖泊 0.03 0.57 3.74 1601.22 0.33 0.55 12.65 1619.09

灘地 0.11 0.15 1.65 45.45 47.36

城鎮(zhèn)居民點 1.03 1.03

農(nóng)村居民點 1.14 1.14

工程用地 6.58 6.58

沙地 185.53 185.53

濕地 0.43 34.06 7.17 2576.46 2618.13

裸巖石礫地 489.67 489.67

總計 0.03 15.78 8119.90 6432.31 4672.85 262.62 1636.39 18.36 45.99 1.03 1.14 6.58 185.53 2589.12 489.67 24477.30

表 3 2007—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km?

有林地 灌木林地 高覆蓋草地 中覆蓋草地 低覆蓋草地 河流 湖泊 水庫、坑塘 灘地 城鎮(zhèn)居民點 農(nóng)村居民點 工程用地 沙地 濕地 裸巖石礫地 總計

（km?）

有林地 0.03 0.03

灌木林地 15.78 15.78

高覆蓋草地 8118.34 0.74 0.83 8119.90

中覆蓋草地 40.69 6385.99 5.63 6432.31

低覆蓋草地 3.79 4666.62 2.44 4672.85

河流 261.62 1.00 262.62

湖泊 1636.03 0.35 1636.38

水庫、坑塘 18.36 18.36

灘地 1.70 44.29 46.00

城鎮(zhèn)居民點 1.03 1.03

農(nóng)村居民點 1.14 1.14

工程用地 6.58 6.58

沙地 185.53 185.53

濕地 44.42 2544.70 2589.12

裸巖石礫地 489.67 489.67

總計 0.03 15.78 8162.82 6385.99 4666.62 261.62 1691.97 18.36 44.29 1.03 1.14 6.58 185.53 2545.88 489.67 24477.30

4.2景觀指數(shù)分析

根據(jù)土地利用解譯數(shù)據(jù)分析了體現(xiàn)總體特征的總體景觀指數(shù)。從表4中數(shù)據(jù)可以看出多樣性指數(shù)略微增大，整體來看呈增長趨勢，但是2000年相對于1990年是從1.8463減小到1.8459；分維數(shù)總體上稍有減?。粌?yōu)勢度指數(shù)除了2000年小于1990年，整體上一直在增大；破碎度指數(shù)整體上是減小的趨勢，但2010年由207年的0.3726增加到0.3733；均勻度指數(shù)整體上也是逐漸減小的趨勢。

表4 總體景觀指數(shù)

多樣性

指數(shù) 分維

數(shù) 優(yōu)勢度

指數(shù) 破碎度

指數(shù) 均勻度

指數(shù)

1990 1.8463 1.5472 0.3473 0.3731 0.9105

2000 1.8459 1.5463 0.3469 0.3728 0.9104

2007 1.8471 1.5467 0.3485 0.3726 0.9111

2010 1.8468 1.5456 0.3493 0.3733 0.8969

5 結(jié)論

根據(jù)土地利用變化分析，可知在所研究的時間段內(nèi)瑪多縣高覆蓋草地面積是一個先減小再增加的變化過程，而中覆蓋草地和低覆蓋草地面積則是先增加再減小的變化過程；湖泊面積同樣是先減少后增加的變化過程，而濕地面積則是先增加再減少的變化過程。在研究時段內(nèi)瑪多縣生態(tài)環(huán)境整體上是在得到逐步的改善，也驗證了2000年成立三江源自然保護(hù)區(qū)之后所做的大量生態(tài)恢復(fù)工作是有效的。分維數(shù)的減小、優(yōu)勢度的增加和均勻度的減小說明了瑪多縣的整體景觀類型向著更好的方向發(fā)展，破碎度指數(shù)的變化也驗證了這一點，但是2010破碎度指數(shù)的增加則表明人類活動對整個研究區(qū)域的影響在變大。結(jié)合總體景觀指數(shù)來看，當(dāng)?shù)鼐用褚苍诓黄茐纳鷳B(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上保證經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。從整個區(qū)域的土地利用動態(tài)變化來看，瑪多縣的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)得到較為明顯的改善。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王紅星.三江源自然保護(hù)區(qū)[J].黑龍江水專學(xué)報.2000，27（4）：61.

[2] 趙庚星，李玉環(huán)，虛春達(dá).遙感和GIS支持的土地利用動態(tài)監(jiān)測研究：以黃河三角洲墾利縣為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2000，11（4）：573-576.

[3] 王長耀，駱成鳳，齊述華，等.NDVI-Ts空間全國土地利用覆蓋分類方法研究[J].遙感學(xué)報，2005，9（1）：93-99.

[4] 李遠(yuǎn)方.廢黃河三角洲的演變[J].地理研究，1991，10（4）：29-39.

[5] 鄔建國.景觀生態(tài)學(xué)——格局、過程、尺度與等級[M].北京：高等教育出版社，2000.

作者簡介：張朋濤，1988年生，青海師范大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院在讀碩士研究生endprint