基于RS與GIS的三峽庫(kù)區(qū)植被覆蓋度時(shí)空變化研究

吳四平

【摘 要】以1987、2007和2013年三峽庫(kù)區(qū)湖北省段3期LandsatTM、ETM為數(shù)據(jù)源，在RS和GIS技術(shù)的支持下，提取不同時(shí)期三峽庫(kù)區(qū)湖北省段的植被指數(shù)NDVI，并根據(jù)DEM數(shù)字高程模型提取地形因子，研究了三峽庫(kù)區(qū)湖北段1987-2013年植被覆蓋度的年際變化特征及地形關(guān)系。研究結(jié)果顯示：（1）研究區(qū)1987-2013年間總體上植被覆蓋度明顯改善，處于高植被覆蓋度，較高植被、高植被覆蓋面積明顯增加，由1987年34.83%上升到2013年的73.29%。（2）三峽庫(kù)區(qū)湖北段的植被覆蓋度從1987年到2007年呈明顯上升趨勢(shì)，從2007年到2013年呈略微下降趨勢(shì)，表明三峽庫(kù)區(qū)湖北段近年來(lái)的植被覆蓋狀況有所下降。（3）研究區(qū)植被覆蓋變化呈現(xiàn)明顯的地形分異特征。不同海拔級(jí)上植被覆蓋度隨高程的增加相應(yīng)呈增加趨勢(shì)，1200m海拔以上的植被覆蓋度為49.72%；不同坡度級(jí)上植被覆蓋度隨坡度的增大而增加，坡度大于15°的植被覆蓋度為67.26%；不同坡向級(jí)上植被覆蓋度分布較均勻，陰坡植被覆蓋度為50.06%，陽(yáng)坡植被覆蓋度為49.94%。表明三峽庫(kù)區(qū)湖北段植被覆蓋度與地形因子相關(guān)性較大，近年來(lái)植被覆蓋狀況有所惡化，應(yīng)當(dāng)引起政府和相關(guān)部門的重視。

【關(guān)鍵詞】植被覆蓋度；地形因子；年際變化；三峽庫(kù)區(qū)湖北段

植被是陸地生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，能反映森林植被覆蓋的變化狀況，對(duì)全球能量平衡、生物化學(xué)循環(huán)以及水循環(huán)起著重要的調(diào)控作用。植被覆蓋度是指植被在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比。植被覆蓋受氣候特征、地貌因子、土壤類型等因素的影響，是評(píng)價(jià)植被涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)節(jié)徑流等生態(tài)功能的重要指標(biāo)。山地丘陵區(qū)植被在不同高程、坡度、坡向等地貌部位存在明顯的空間差異，不同地貌單元上植被覆蓋度的提取和變化分析，對(duì)于區(qū)域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與生態(tài)修復(fù)具有重要的指導(dǎo)意義。

三峽庫(kù)區(qū)是我國(guó)長(zhǎng)江中上游的重要生態(tài)功能區(qū)，庫(kù)區(qū)森林恢復(fù)是長(zhǎng)江流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)與庫(kù)區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。1988年，三峽庫(kù)區(qū)被列為國(guó)家水土保持重點(diǎn)防治區(qū)，相繼開展了“長(zhǎng)江防護(hù)林工程”、“天然林保護(hù)”、“退耕還林”等改善生態(tài)的工程，森林面積不斷增加，水土流失狀況明顯改善，生態(tài)環(huán)境得以恢復(fù)。本文以三峽庫(kù)區(qū)湖北省段為研究區(qū)域，基于1987年、2007年、2013年的TM遙感影像，通過(guò)遙感技術(shù)估算植被覆蓋度，研究了三峽庫(kù)區(qū)湖北段1987-2013年植被覆蓋的時(shí)空變化特征及其與地形因子的關(guān)系，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)，也為三峽庫(kù)區(qū)的生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

三峽庫(kù)區(qū)湖北段位于湖北省西部，地處四川盆地與長(zhǎng)江中下游平原的結(jié)合部，跨越鄂中山區(qū)峽谷及川東嶺谷地帶，北屏大巴山、南依川鄂高原，介于109°25′～111°28′E，29°45′～31°44′N，包括宜昌縣、秭歸縣、興山縣、恩施州所轄的巴東縣。地貌以山地、丘陵為主，庫(kù)區(qū)內(nèi)地形中復(fù)雜、高差懸殊。該地區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，四季分明，年降水量為1000-1200mm，年平均氣溫17-19℃，受季風(fēng)影響顯著，雨熱同期，降水量較豐富。主要植被有常綠闊葉林、落葉闊葉混交林、落葉闊葉與常綠針葉混交林、針葉林和灌草叢等。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

該研究的數(shù)據(jù)主要包括：①遙感影像以三峽庫(kù)區(qū)湖北段LandsatTM/ETM為數(shù)據(jù)源，其空間分辨率30 m×30 m，影像成像時(shí)間分別為1987年、2007年、2013年，三個(gè)時(shí)期的遙感影像季相大致相同，能夠較好的代表研究區(qū)植被的生長(zhǎng)狀況，使植被覆蓋變化具有可比性。②三峽庫(kù)區(qū)湖北段的數(shù)字高程模型（DEM），選用SRTM-DEM 90m 分辨率數(shù)據(jù)。③三峽庫(kù)區(qū)湖北段的行政區(qū)劃邊界圖，包括三峽庫(kù)區(qū)1：50 萬(wàn)的地形圖，全國(guó)縣界1：400 萬(wàn)的矢量圖。研究中所采用的影像數(shù)據(jù)，來(lái)源于國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。三峽庫(kù)區(qū)湖北省段宜昌縣、秭歸縣、興山縣、巴東縣行政區(qū)劃邊界圖來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站。

利用Erdas9.2 遙感處理軟件對(duì)原始遙感影像進(jìn)行幾何校正、圖像融合、圖像拼接、圖像裁剪和圖像增強(qiáng)等預(yù)處理。在Erdas9.2中先將不同波段影像疊加以獲取一張假彩色合成圖像，并把屬于研究區(qū)內(nèi)的圖像予以拼接，再利用三峽庫(kù)區(qū)湖北省段的邊界矢量圖進(jìn)行切割提取，得到三峽庫(kù)區(qū)湖北省段的遙感影像圖。利用NDVI柵格數(shù)據(jù)和三峽庫(kù)區(qū)湖北省段的邊界數(shù)據(jù)，使用Arcgis10.2空間分析模塊的柵格計(jì)算器功能，提取三峽庫(kù)區(qū)NDVI圖層的范圍，計(jì)算植被覆蓋度，劃分不同的植被覆蓋等級(jí)。根據(jù)DEM圖像在Arcgis中提取坡度、高程、坡向因子。

2.2 歸一化植被指數(shù)（NDVI）提取

式中NDVI為歸一化植被指數(shù)，NDVIv和NDVIs分別為純植被和純土壤的植被指數(shù)，本研究中可用近于NDVI的最大值和最小值替代，在Arcgis中利用公式（2）反演出研究區(qū)域的植被覆蓋圖并劃分出相應(yīng)的植被覆蓋等級(jí)。

植被覆蓋度等級(jí)的劃分主要根據(jù)研究區(qū)內(nèi)植被的基本特征，參考相關(guān)的研究結(jié)果，考慮遙感圖像的可解譯程度以及當(dāng)?shù)氐闹脖粻顩r，將研究區(qū)覆蓋度蓋度分為5個(gè)等級(jí)：低植被覆蓋（0-20%），較低植被覆蓋（20%-40%），中度植被覆蓋（40%-60%），較高植被覆蓋（60%-80%），高植被覆蓋（80%-100%）。在Acrgis 10.2軟件下，通過(guò)spatial analyst tool，依據(jù)植被覆蓋度灰度值對(duì)其進(jìn)行密度計(jì)算，并附與相應(yīng)的顏色，得到不同時(shí)期的植被覆蓋度等級(jí)圖（圖1）。

3 結(jié)果與分析

三峽庫(kù)區(qū)湖北段植被覆蓋的總體特征：

2007年、2013年三峽庫(kù)區(qū)植被覆蓋狀況整體上較好，較1987年植被覆蓋度呈明顯上升趨勢(shì)。其中中低植被、低植被的比例較小，較高植被、高植被覆蓋面積明顯增加，由1987年34.83%上升到2013年的73.29%。其中，低、中低和中度植被覆蓋的面積都出現(xiàn)了不同程度的減少，中低、植被覆蓋度的面積減少，分別從1987年的2627.26 km2減少到2013年的350.74 km2，減少了87.04%；而較高和高植被覆蓋的面積明顯增加，從1987年的3552.15 km2增加到2013年的4011.03 km2，增幅高達(dá)112.91%。三峽庫(kù)區(qū)修建之前，該區(qū)域的植被覆蓋度較低，水土流失嚴(yán)重，1994年三峽大壩建成后，高度植被覆蓋度顯著增加，從1987年的30.62%到2007年的73.73%、2013年的65.26%，中高度、高度植被覆蓋的面積增加趨勢(shì)較為明顯，植被森林狀況得到恢復(fù)，對(duì)沿岸的生態(tài)環(huán)境起著重要的生態(tài)效應(yīng)?？梢姶髩涡藿ê?，庫(kù)區(qū)通過(guò)植樹造林進(jìn)行水土保持和生態(tài)修復(fù)，植被覆蓋率較高，水土流失狀況得到較大改善。

4 結(jié)論與討論

本文利用LandsatTM、ETM的1987-2013年三峽庫(kù)區(qū)湖北段的NDVI數(shù)據(jù)結(jié)合DEM數(shù)據(jù)，通過(guò)遙感方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分區(qū)統(tǒng)計(jì)，研究了三峽庫(kù)區(qū)湖北段1987-2013年植被覆蓋度的年際變化特征及與地形關(guān)系。表明：

三峽庫(kù)區(qū)湖北段的植被覆蓋度從1987年到2007年呈明顯上升趨勢(shì)，低植被、中低植被顯著下降，中高植被覆蓋度比例大幅提升；植被覆蓋度從2007年到2013年呈略微下降趨勢(shì)，低植被、中低植被有上升趨勢(shì)，中高植被覆蓋度呈略微下降趨勢(shì)，表明三峽庫(kù)區(qū)湖北段近年來(lái)的植被覆蓋狀況有所下降，環(huán)境狀況有所惡化，不利于長(zhǎng)江流域生態(tài)環(huán)境的建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。

吳昌廣等利用GIS技術(shù)提取NDVI對(duì)不同時(shí)期三峽庫(kù)區(qū)植被覆蓋度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)庫(kù)區(qū)近10年植被覆蓋度呈微弱上升趨勢(shì)，降水是植被覆蓋度年際波動(dòng)的主要因子；羅志軍等以三峽庫(kù)區(qū)秭歸縣為研究區(qū)域，分析了植被覆蓋度與水土流失的關(guān)系，得出水土流失較嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在人類活動(dòng)頻繁植被覆蓋低的地方，植樹造林和坡改梯有利于水土保持?？梢娭脖桓采w變化除與地形因子相關(guān)外，還與溫度、降水、土壤類型等相關(guān)，今后將進(jìn)一步進(jìn)行深入探討和研究。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]