近17年廣西平果縣植被覆蓋度變化分析

吳澤燕 胡寶清 羅為群 陳 平 胡兆鑫 黃 靜(1. 廣西師范學(xué)院北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 50001；2. 廣西師范學(xué)院廣西地表過程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 50001；.中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所國土資源部巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004)

近17年廣西平果縣植被覆蓋度變化分析

吳澤燕1，2，3胡寶清1，2羅為群3陳 平1，2胡兆鑫3黃 靜1，2，3
(1. 廣西師范學(xué)院北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530001；2. 廣西師范學(xué)院廣西地表過程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530001；3.中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所國土資源部巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004)

以MOD13Q1-NDVI為數(shù)據(jù)源，計(jì)算和分析平果縣2000年和2016年植被演變和空間變化特征，并通過疊加平果縣巖性圖比較巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)的差異。結(jié)果表明：(1)平果縣平均植被覆蓋度72.49%，年均增長0.8%，以中高和高覆蓋度為主，生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境治理工程取得顯著成效；(2)從2000年至2016年巖溶區(qū)和非巖溶平均植被覆蓋度分別提高了9.93%和18.22%，地質(zhì)背景對(duì)植被生長影響顯著；(3)植被覆蓋度重度增長、中度增長和輕度增長區(qū)域面積占全縣71%，植被覆蓋度減少較明顯的區(qū)域主要是馬頭鎮(zhèn)、新安鎮(zhèn)等相對(duì)發(fā)展開發(fā)的地區(qū)。

廣西平果；植被覆蓋度；巖性

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)全球能力平衡、生物地球化學(xué)循環(huán)、水循環(huán)等起著調(diào)控作用[1]。植被覆蓋度一般指植被(包括葉、莖、枝)在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比[2]，是反映區(qū)域植被生長變化的重要指標(biāo)。植被覆蓋度的監(jiān)測方法可分為地面測量和遙感測量，前者又可分為目估法、采樣法、儀器法和模型法，后者又可分為回歸模型法、植被指數(shù)法和像元分解法[3]。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，不僅能夠動(dòng)態(tài)持續(xù)監(jiān)測大面積區(qū)域范圍的植被覆蓋變化，還能對(duì)過去時(shí)期的植被覆蓋進(jìn)行對(duì)比研究。中分辨率成像光譜儀MODIS傳感器每日兩次獲取全球36個(gè)光譜波段的地球綜合信息觀測數(shù)據(jù)，其中MOD13Q1數(shù)據(jù)產(chǎn)品的NDVI能夠詳盡反映不同時(shí)期植被生長的空間差異性[4，5]，在全球各地區(qū)植被覆蓋度變化研究中被廣泛應(yīng)用，如王曉江、吳昌廣、王穎等[6-8]利用MO13Q1數(shù)據(jù)對(duì)十年尺度的區(qū)域植被覆蓋度變化進(jìn)行研究分析。平果縣是西南地區(qū)典型巖溶縣，本文運(yùn)用歸一化植被指數(shù)NDVI，結(jié)合平果縣地質(zhì)背景，分析2000年-2016年的植被覆蓋度變化及空間格局，為石漠化治理生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

平果縣地處于廣西壯族自治區(qū)中西部，國土面積2485平方公里，轄9鎮(zhèn)3鄉(xiāng)171個(gè)行政村。巖溶區(qū)面積1551.98km2，占全縣63%，其中石漠化面積又占巖溶區(qū)面積的29%?？?cè)丝诩s50萬，縣城區(qū)人口約20萬，主要分布在巖溶石山區(qū)，貧窮落后，人均耕地面積不足，土地生產(chǎn)力差。亞熱帶季風(fēng)性氣候，光熱足，年均日照1682.7小時(shí)，年均溫21.5℃，全年總積溫7000～8000℃，無霜期345天以上。年均降雨量1359mm，受南北季風(fēng)影響，季節(jié)和年份降雨差異明顯，降雨集中在夏季，少雨年份常發(fā)生干旱，多雨年份常發(fā)生洪澇。礦藏資源豐富，鋁礦儲(chǔ)量達(dá)29.9億噸，分布面積占全縣70%。地勢(shì)是中高、南北低，從西北部向東傾斜，平均海拔362米。水系主要為紅水河和右江，地下水控制面積占全縣面積24%。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源和預(yù)處理

本研究數(shù)據(jù)采用美國航空航天局(NASA)提供的的用于監(jiān)測全球植被環(huán)境條件和土地覆被變化的MODIS三級(jí)網(wǎng)格陸地植被數(shù)據(jù)產(chǎn)品MOD13Q1(MODIS/Terra Vegetation Indices 16-Day L3 Global 250m SIN Grid)，選用植被最茂盛時(shí)期的合成影像。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品經(jīng)定標(biāo)和畸變校正，采用Sinusoidal投影方式，每隔16d提供一次，空間分辨率為250m，包含NDVI(歸一化植被指數(shù))、EVI、VI-Quality等12個(gè)波段。利用MRT(Modis Reprojection Tool)提取NDVI波段，采用Albers正軸等面積雙標(biāo)準(zhǔn)線圓錐進(jìn)行投影。利用研究區(qū)矢量邊界進(jìn)行裁剪得到研究區(qū)2000年和2016年歸一化指數(shù)數(shù)據(jù)。

2.2 植被覆蓋度計(jì)算方法

根據(jù)像元二分模型，一個(gè)像元的NDVI值可以表達(dá)為植被覆蓋部分的信息與土壤覆蓋部分的信息組成，因此植被覆蓋度計(jì)算公式如下：

VFC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

其中，NDVIveg和NDVIsoil分別是指像元完全被植被覆蓋時(shí)的NDVI值和由完全被裸土覆蓋時(shí)的NDVI值，分別為NDVI最大值和最小值，由此得到研究區(qū)兩個(gè)時(shí)相的植被覆蓋度分布圖。劃分植被覆蓋度等級(jí)，0%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%分別為極低覆蓋度、低覆蓋度、中覆蓋度、中高覆蓋度和高覆蓋度。

3 結(jié)果與分析

3.1 平果縣植被覆蓋度等級(jí)變化

表1所示和如圖1，平果縣整體植被覆蓋較好，從2000年至2016年植被覆蓋度發(fā)生顯著變化，平均植被覆蓋度由2000年58.96%增長至72.49%，年均增長0.8%。2000年，平果縣植被覆蓋度主要為中覆蓋度、中高覆蓋度和高覆蓋度，三者面積之和2057.28km2，占總面積83.0%，低覆蓋度和極低覆蓋度零散分布在北部和中南部地區(qū)；2016年，平果縣植被覆蓋度主要為中高覆蓋度和高覆蓋度，兩者面積之和2151.23km2，占總面積86.79%，低覆蓋度和極低覆蓋度主要分布在主要分在中西部和右江下游地區(qū)。

總體上，平果縣植被覆蓋度等級(jí)結(jié)構(gòu)呈優(yōu)化趨勢(shì)，極低、低和中植被覆蓋度面積減少，中高和高植被覆蓋度面積增加，變化值為573.63km2。極低、低、中、中高和高覆蓋度面積比例由1∶1∶2.3∶4.1∶3.5變至1∶1.3∶0.7∶10.8∶9.4。其中，中等覆蓋度面積減少最大，由478.89km2減少至3.07km2，減少比例為84.13%；中高覆蓋度和高覆蓋度面積增加幅度幾乎一致，增加比例分別為35%和37.91%。

自19世紀(jì)末，平果縣大規(guī)模實(shí)施了綠色工程、森林生態(tài)群帶建設(shè)工程、退耕還林工程和石漠化綜合治理工程等，經(jīng)國家確認(rèn)退耕還林面積18954.9公頃，其中退耕地還林面積6905.9公頃；荒山造林面積87127.7公頃；封山育林面積3333.3公頃，涉及14個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、林場)，18459戶，73866人[9，10]。工程措施的有效實(shí)施以及相應(yīng)的資金補(bǔ)償、扶貧開發(fā)試點(diǎn)推廣使得平果縣生態(tài)環(huán)境和人民生活水平均得到明顯改善，群眾環(huán)保意識(shí)不斷提高，有利于植被的生長與恢復(fù)。

表1 2000-2016年平果縣植被覆蓋度變化面積統(tǒng)計(jì)

圖1 2000年和2016年平果縣植被覆蓋度分布圖

3.2 巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)植被覆蓋度變化對(duì)比

將研究區(qū)兩期植被覆蓋度圖和巖性圖進(jìn)行空間疊加，比較巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)植被覆蓋度的變化，分析地質(zhì)背景對(duì)植被覆蓋度的影響。

從平均植被覆蓋度看，巖溶區(qū)與非巖溶區(qū)植被覆蓋度變化差異顯著，非巖溶植被覆蓋度增長優(yōu)于巖溶區(qū)。巖溶區(qū)平均植被覆蓋度由2000年的60.20%增長至70.13%，年平均增長0.58%；非巖溶區(qū)平均植被覆蓋度由2000年的58.21%增長至2016年的76.43%，年平均增長1.07%。2000年巖溶區(qū)植被覆蓋甚至超過非巖溶區(qū)植被覆蓋度，但兩者植被覆蓋度增長速度相差接近一半，巖溶區(qū)植被覆蓋度增長緩慢，而非巖溶區(qū)植被覆蓋度顯著增長。

從植被覆蓋度等級(jí)看，2000年巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)不同植被覆蓋度等級(jí)面積相差不大，2016年巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)植被覆蓋度等級(jí)面積差異較大。巖溶區(qū)高覆蓋度面積增長顯著，增長了54.91%，中覆蓋度等級(jí)面積減少最顯著，減少了83%。非巖溶區(qū)極高覆蓋度面積增長顯著，增長了71.31%，其他等級(jí)面積均為減少，最顯著為中覆蓋度等級(jí)面積減少了85.64%。總的來說，巖溶區(qū)植被向高覆蓋度等級(jí)演變，非巖溶區(qū)植被向極高覆蓋度等級(jí)演變。

由此可見，在地質(zhì)背景的影響下，區(qū)域植被覆蓋度差異顯著。巖溶地區(qū)，尤其是石漠化地區(qū)，基巖裸露，土層薄，成土速度緩慢，植被生長和恢復(fù)條件差，加之平果縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要分布在巖溶區(qū)，人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境造成干擾破壞，巖溶生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，一旦被破壞就很難恢復(fù)。

表2 2000-2016年平果縣巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)植被覆蓋度面積統(tǒng)計(jì)

3.3 平果縣植被覆蓋度空間變化

將平果縣2016年植被覆蓋度減去2000年植被覆蓋度，疊加巖溶區(qū)分布圖，按照重度減少、中度減少、輕度減少、基本穩(wěn)定、輕度增加、中度增加和重度增加的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表3)得到平果縣植被覆蓋度變化分布圖(圖2)。結(jié)果表明，平果縣植被覆蓋度增長面積達(dá)1754.09km2，占總面積71%，其中，重度增長面積485.55km2，中度增長面積852.85km2，輕度增長面積442.69km2；植被覆蓋度減少面積為317.73km2，占總面積13%，其中重度減少面積124.0km2，中度減少面積122.10km2，輕度減少面積71.63km2；植被覆蓋度基本穩(wěn)定面積406.64km2，占總面積16%(表3)。總的來說，平果縣植被覆蓋度變化大，以中度增長最明顯，其次為重度增長和輕度增長。

圖2 2000年-2016年平果縣植被覆蓋度變化

植被覆蓋度變化等級(jí)呈條帶狀分布，植被覆蓋度減少明顯的區(qū)域主要分布在太平鎮(zhèn)、馬頭鎮(zhèn)、新安鎮(zhèn)和鳳梧鎮(zhèn)，這些地區(qū)為鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中，其中馬頭鎮(zhèn)是平果縣縣城，人口密度較大，交通相對(duì)便利，工農(nóng)業(yè)活動(dòng)較為強(qiáng)烈，對(duì)植被覆蓋度產(chǎn)生顯著影響。植被覆蓋度增長明顯的區(qū)域主要分布在北部非巖溶區(qū)，這些地區(qū)人口密度低，交通閉塞，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較緩慢，植被生長條件較好。由此可見，在發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)的同時(shí)應(yīng)該注重農(nóng)林區(qū)域保護(hù)。

表3 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及各等級(jí)面積

4 結(jié) 論

(1)國家退耕還林、石漠化綜合治理等一系列工程取得顯著成效。近17年來平果縣平均植被覆蓋度顯著增長，由2000年的58.96增長至72.49%，年均增長0.8%。極低、低和中植被覆蓋度地區(qū)面積減少，中高和高植被覆蓋度地區(qū)面積增加。

(2)地區(qū)植被生長與恢復(fù)受地質(zhì)背景影響顯著，巖溶生態(tài)系統(tǒng)脆弱且難恢復(fù)，應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)。2000年平果縣巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)植被覆蓋條件差異不明顯，雖植被覆蓋度均在增長，但非巖溶區(qū)平均植被覆蓋度年均增長速度是巖溶區(qū)的約2倍。2016年巖溶區(qū)平均植被覆蓋度為70.13%，非巖溶區(qū)植被覆蓋度為76.43%。

(3)鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展和人口集中的地區(qū)植被覆蓋度減少明顯，交通閉塞、貧窮落后的地區(qū)植被覆蓋度增長明顯。近17年來，平果縣植被覆蓋度變化大。植被覆蓋度變化等級(jí)呈條帶狀分布，重度增長、中度增長和輕度增長地區(qū)面積占全縣71%。太平鎮(zhèn)、馬頭鎮(zhèn)和新安鎮(zhèn)等相對(duì)發(fā)展和開放的地區(qū)植被覆蓋度減少最明顯，而北部相對(duì)閉塞地區(qū)植被覆蓋度增長最明顯。

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Changes of Vegetation Coverage in Pingguo County of Guangxi During Recent 17 Years

WU Zeyan1，2，3HU Baoqing1，2LUO Weiqun3CHEN Ping1，2HU Zhaoxin3HUANG Jing1，2，3
(1.Guangxi Teachers Education University/Key Laboratory of Environment Change and Resources Use in Beibu Gulf Ministry of Education， Guangxi Nanning 530001； 2.Guangxi Teachers Education University/Guangxi Key Laboratory of Earth Surface Processes and Intelligent Simulation， Guangxi Nanning 530001； 3.Institute of Karst Geology，Chinese Academy of Geological Sciences，Key Laboratory of Karst Ecosystem and Treatment of Rocky Desertification Ministry of Land and Resources，Guangxi Guilin 541004)

Using MOD13Q1-NDVI as a data source，calculate and then analyse the characteristics of evolution and spatial distribution of the vegetation in Pingguo in 2000 and 2016.Also，the karst area and the non - karst area are compared by superimposing the lithology map .The results support that：1) The average vegetation coverage of Pingguo is 72.49% at a 0.8% annual growth.Vegetation coverage is dominated by the range of medium- high coverage and high coverage .The ecological restorations and environmental control projects in Pingguo have achieved remarkable results.2) From 2000 to 2016，the average vegetation coverage in karst area and non - karst area have increased by 9.93% and 18.22% respectively.The influence of different geological background on vegetation growth is significant.3) Moderate growth and mild growth area can account for 71%.And vegetation coverage decreased obviously in some relative development regions，such as Ma Tou Town and Xin'an Town.

Pingguo，Guangxi；vegetation coverage；lithology

國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目專題“流域石漠化回復(fù)的關(guān)鍵過程機(jī)理及逆轉(zhuǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究”(2016YFC0502401)

吳澤燕，在讀研究生，研究方向資源開發(fā)與國土整治

羅為群，副研究員，主要從事巖溶生態(tài)與石漠化治理研究

X87

A

1673-288X(2017)01-0140-04

引用文獻(xiàn)格式：吳澤燕 等.近17年廣西平果縣植被覆蓋度變化分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：140-143.