若爾蓋縣土地沙化遙感監(jiān)測(cè)

陳 慧

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局第三航測(cè)遙感院，四川 成都 610100）

若爾蓋縣土地沙化遙感監(jiān)測(cè)

陳 慧1

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局第三航測(cè)遙感院，四川 成都 610100）

針對(duì)沙化嚴(yán)重的若爾蓋縣地區(qū)，選取若爾蓋縣麥溪鄉(xiāng)為研究區(qū)，基于2009年和2014年兩期遙感影像數(shù)據(jù)，采用植被蓋度轉(zhuǎn)換法對(duì)研究區(qū)草地沙化信息進(jìn)行提取，并根據(jù)國(guó)情普查數(shù)據(jù)檢驗(yàn)2014期沙地提取精度。結(jié)果表明，麥溪鄉(xiāng)沙化類(lèi)型以露沙地為主，兩期監(jiān)測(cè)中露沙地均超過(guò)地區(qū)沙化總面積的80%；2014年沙化面積為31 597．35 hm2，比2009年增加了1 266．91 hm2，流動(dòng)沙地、固定沙地面積在減小，而半固定沙地和露沙地面積有所增加，沙地有此消彼長(zhǎng)之態(tài)勢(shì)。

若爾蓋；土地沙化；遙感監(jiān)測(cè)；國(guó)情普查；植被蓋度轉(zhuǎn)換法

土地沙化是全球十大環(huán)境問(wèn)題之首，若爾蓋縣作為長(zhǎng)江和黃河上游重要的水源涵養(yǎng)地和重要的生態(tài)屏障，在長(zhǎng)期自然和人為因素影響下，其沙化現(xiàn)象已日益嚴(yán)重，作為黃河重要水源，其水分涵養(yǎng)功能已被嚴(yán)重削弱[1-4]。近年來(lái)，遙感技術(shù)因其宏觀性、綜合性、周期性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中[5]。針對(duì)土地沙化問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究者也提出了多種遙感監(jiān)測(cè)方法[6-8]。在自然諸要素中，植被是依賴(lài)性最大的一個(gè)要素，它對(duì)其他要素，如地形、地貌、土壤、水文條件、氣候等的變化最為敏感。因此，植被指標(biāo)是區(qū)域尺度上沙化評(píng)價(jià)指標(biāo)的首選。所以，利用遙感技術(shù)對(duì)沙化進(jìn)行監(jiān)測(cè)也多通過(guò)植被指標(biāo)反演[9-10]。

基于遙感影像和第一次地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)，利用RS技術(shù)與GIS技術(shù)，監(jiān)測(cè)研究區(qū)土地沙化信息，并在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)要探討該區(qū)域沙化形成的原因，并提出沙地治理措施，對(duì)區(qū)域內(nèi)沙化土地治理和維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全均有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

四川省若爾蓋縣（33°05′N(xiāo) ～34°19′N(xiāo)，102°10′E～103°37′E）位于四川省西北部阿壩藏族羌族自治州（簡(jiǎn)稱(chēng)阿壩州）的最北部，幅員面積10 334 km2，是阿壩州畜牧業(yè)大縣，與甘肅省瑪曲縣、碌曲縣、卓尼縣、迭部縣和四川省阿壩縣、紅原縣、松潘縣、九寨溝縣接壤。自上個(gè)世紀(jì)60年代開(kāi)始，若爾蓋地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)沙化現(xiàn)象，到2000年的30多年間，其草地沙化面積增加307．7%，達(dá)到3 636 019 hm2，占區(qū)域總面積的7．25%[11]。原有沙地不斷擴(kuò)張，一些非沙地向沙地發(fā)展，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，土地生產(chǎn)力不斷下降，生態(tài)環(huán)境日趨惡化。

若爾蓋縣氣候?qū)俑咴瓉喓畮О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，氣候寒冷，常年無(wú)夏，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期；1月平均氣溫為-10．6 ℃，7月平均氣溫為10．8 ℃，年平均氣溫為0．6～1．1 ℃；年降水量為650～750 mm，年內(nèi)降水量分配不均，有70%的降水集中在5～7月[1]。區(qū)域冷濕的氣候有利于沼澤形成和發(fā)育，是我國(guó)沼澤率最高的地方。區(qū)內(nèi)主要河流有黃河、黑河、熱曲和白龍江。四川省第一次地理國(guó)情普查成果顯示，若爾蓋縣地表覆蓋狀況是以草地為主，占69．1%，其次是林地占27．2%，未利用地（荒漠與裸露地表）占1．2%，見(jiàn)圖1。

圖1 2015年若爾蓋縣地表覆蓋分布圖

麥溪鄉(xiāng)位于若爾蓋縣以西110 km，面積約804 km2。是著名的若爾蓋濕地核心區(qū)，同時(shí)也是若爾蓋縣沙化最嚴(yán)重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，從圖1也可以看出，麥溪鄉(xiāng)境內(nèi)有大面積的未利用土地。因此本文選取麥溪鄉(xiāng)為研究區(qū)。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

本文數(shù)據(jù)源主要是2009年TM（thematic mapper）影像和2014年OLI（opera tional land imager）影像，時(shí)相均為7月，軌道號(hào)為131/36和131/37，空間分辨率為30 m，影像質(zhì)量清晰；若爾蓋縣第一次全國(guó)地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)（簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)情普查數(shù)據(jù)）現(xiàn)勢(shì)性為2014年。

對(duì)收集到的遙感影像進(jìn)行波段合成、幾何精糾正和圖像鑲嵌/裁剪等處理，得到若爾蓋縣兩期遙感鑲嵌裁剪整體影像圖。

2.2 沙地提取

沙化作為土地退化的一種極端形式，其外在表現(xiàn)為植被退化和土壤退化兩種類(lèi)型。所以，利用遙感技術(shù)對(duì)沙化土地進(jìn)行監(jiān)測(cè)也多通過(guò)植被或土壤的指標(biāo)。本文基于兩期遙感影像數(shù)據(jù)，采用蓋度轉(zhuǎn)換法（又稱(chēng)植被指數(shù)法）估算植被蓋度，再根據(jù)植被蓋度作為沙化分類(lèi)指標(biāo)提取相應(yīng)的沙化土地信息。蓋度轉(zhuǎn)換法，即選取與植被覆蓋度有良好相關(guān)性的植被指數(shù)－NDVI（歸一化植被指數(shù)），并通過(guò)NDVI與植被覆蓋度的關(guān)系估算植被覆蓋度信息。其中，蓋度轉(zhuǎn)換法公式如下：

式中，F(xiàn)表示植被蓋度；NDVIi表示被求像元的NDVI值；NDVIν和NDVIs分別表示純植被像元和無(wú)植被像元的NDVI值[5]。

根據(jù)國(guó)情普查數(shù)據(jù)中的解譯樣本信息選取純植被和裸沙進(jìn)行定位，提取對(duì)應(yīng)像元的植被指數(shù)，得到純植被的植被指數(shù)值和裸沙的植被指數(shù)值，然后通過(guò)ArcGIS軟件求取研究區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的植被指數(shù)，最后代入公式（1）進(jìn)行計(jì)算得到各點(diǎn)植被蓋度值，根據(jù)蓋度分級(jí)得到沙地分類(lèi)信息。

3 沙地分析

沙化土地是在各種氣候條件下，由于各種因素形成的地表呈現(xiàn)以沙（礫）物質(zhì)為主要標(biāo)志的退化土地。按照§2．2給出的植被蓋度計(jì)算方法，得到區(qū)域內(nèi)植被蓋度信息。按照國(guó)家林業(yè)局統(tǒng)一的土地沙化分類(lèi)系統(tǒng)，將兩期沙化土地根據(jù)植被蓋度進(jìn)行分類(lèi)，得到流動(dòng)沙地、半固定沙地、固定沙地、露沙地和沙化耕地，面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1，空間分布信息見(jiàn)圖2。

3.1 沙地面積變化分析

統(tǒng)計(jì)得出區(qū)域內(nèi)2個(gè)時(shí)期沙地的面積，并計(jì)算出它們的增減變化（表1）。

表1 若爾蓋縣麥溪鄉(xiāng)2009～2014年沙地變化/hm2

從表1可以看出，麥溪鄉(xiāng)沙地類(lèi)型包括流動(dòng)沙地、半固定沙地、固定沙地和露沙地，沒(méi)有沙化耕地。沙地類(lèi)型以露沙地為主，占全部沙化土地的80%以上。其余沙化類(lèi)型面積相對(duì)較少。露沙地屬于沙化的初級(jí)階段，這類(lèi)沙地植被蓋度較低，在有風(fēng)等外力影響下，地表沙化土就會(huì)隨風(fēng)飄散，處于沙漠化的前期階段。

2009年研究區(qū)沙地面積為30 330．45 hm2，至2014年增加到31 597．35 hm2，比2009年增加了4．1%，5 a內(nèi)凈增加面積為1 266．91 hm2。沙地面積從2009年占研究區(qū)總面積的37．7%增加到2015年的39．3%，沙地面積呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。

從不同類(lèi)型沙地上看，流動(dòng)沙地在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)減少601．83 hm2，比2009年減少了28．1%。流動(dòng)沙地土地為完全沙質(zhì)特征，不具備植物生長(zhǎng)的基本土壤條件，是沙化治理中最難以治理的類(lèi)型，在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)流動(dòng)沙地大面積減少表明區(qū)域內(nèi)流動(dòng)沙地治理初顯成效。半固定沙地增加高達(dá)1 212．66 hm2，比2009年增加了將近1倍，遠(yuǎn)大于流動(dòng)沙地減少量，反映出研究區(qū)內(nèi)相當(dāng)部分沙化土地呈現(xiàn)惡化趨勢(shì)，有轉(zhuǎn)為流動(dòng)沙地的可能性。

3.2 沙地空間格局分析

麥溪鄉(xiāng)沙化土地主要分布在黃河和黑河兩岸河谷地帶、興錯(cuò)湖和幕措干湖區(qū)域以及沼澤邊緣退化地帶見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，麥溪鄉(xiāng)沙化土地呈現(xiàn)出此消彼長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。例如，位于麥溪鄉(xiāng)東北的幕措干湖區(qū)域，2009年該湖泊已經(jīng)全部干涸，湖床裸露成為新的沙源地，到2014年幕措干湖區(qū)已實(shí)現(xiàn)部分區(qū)域蓄水，沙地面積明顯減少；而位于麥溪鄉(xiāng)西南地區(qū)的興措湖地區(qū)由2009年的固定沙地演變成2014年的半固定和流動(dòng)沙地，危及周邊草場(chǎng)安全。

圖2 若爾蓋縣麥溪鄉(xiāng)沙化土地空間分布

3.3 精度檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證植被蓋度法提取麥溪鄉(xiāng)沙化土地信息的準(zhǔn)確性，現(xiàn)利用國(guó)情普查數(shù)據(jù)對(duì)沙地提取結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)選取地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)中沙地點(diǎn)43個(gè)，對(duì)2014期提取出的沙化土地進(jìn)行精度驗(yàn)證，整體平均誤差為15．6%，即分類(lèi)精度為84．4%，表明該方法在該研究區(qū)提取沙地信息可行。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文選取若爾蓋縣沙化土地最為嚴(yán)重的麥溪鄉(xiāng)為研究區(qū)，對(duì)該區(qū)域5 a來(lái)沙化土地的時(shí)空變化進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下：

1）麥溪鄉(xiāng)土地沙化現(xiàn)象嚴(yán)重，其沙化面積超過(guò)區(qū)域總面積的37%，明顯高于若爾蓋縣平均水平，且土地沙化面積有明顯增加的趨勢(shì)；

2）麥溪鄉(xiāng)沙化土地以露沙地為主，占所有沙化土地的80%以上，表明該區(qū)域土地沙化處于初級(jí)階段，絕大部分沙地能夠通過(guò)科學(xué)治理得以恢復(fù)；

3）流動(dòng)沙地在監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)大面積減少，共601．83 hm2，比2009年減少近1/3，說(shuō)明該區(qū)域在治理流動(dòng)沙地方面獲得了一定的成效；

4）麥溪鄉(xiāng)半固定沙地在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)顯著增加，表明區(qū)域內(nèi)土地有惡化趨勢(shì)，需引起重視；

5）麥溪鄉(xiāng)沙化土地主要分布在河谷地區(qū)、干涸湖區(qū)以及沼澤邊緣退化地帶，且在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)出此消彼長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

針對(duì)麥溪鄉(xiāng)嚴(yán)重的土地沙化及沙化擴(kuò)張問(wèn)題，建議從以下幾方面加以遏制和治理：

1）加強(qiáng)相關(guān)現(xiàn)代高科技知識(shí)的學(xué)習(xí)，加大對(duì)草地植被修復(fù)技術(shù)的研究和草原蟲(chóng)鼠害科學(xué)治理等方面的投入，以便為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)提供技術(shù)支持；

2）減少畜牧業(yè)占比，逐步向生態(tài)農(nóng)業(yè)和生態(tài)旅游業(yè)轉(zhuǎn)變，同時(shí)啟動(dòng)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制；

3）加大立法保護(hù)，做到有法必依、違法必究，以達(dá)到減少人為破壞的目的。

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B文章編號(hào)：1672-4623（2017）06-0031-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.06.009

2016-03-04。

項(xiàng)目來(lái)源：數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放研究基金資助項(xiàng)目（DM2014SC06）。

陳慧，碩士研究生，主要從事GIS、RS應(yīng)用及災(zāi)害監(jiān)測(cè)方面研究。