基于遙感分析13年來石羊河上游山區(qū)植被變化研究

張永，楊自輝,王立，魏懷東，惠曉雅，張劍揮，王強強，郭樹江，詹科杰

(1.甘肅農業(yè)大學林學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，甘肅 民勤 733300)

基于遙感分析13年來石羊河上游山區(qū)植被變化研究

張永1，楊自輝2*,王立1，魏懷東2，惠曉雅1，
張劍揮2，王強強2，郭樹江2，詹科杰2

(1.甘肅農業(yè)大學林學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，甘肅 民勤 733300)

NDVI是監(jiān)測區(qū)域植被生長狀況及植被覆蓋度最常用的指標。基于2002和2015年9月上旬植被生長期內的Landsat TM遙感衛(wèi)星影像，以ENVI 5.2軟件為影像處理工具，分別獲取兩期影像的NDVI，研究內陸河石羊河流域上游祁連山山區(qū)植被覆蓋度的變化；利用主成分分析法對兩期影像進行了監(jiān)督分類，獲得各植被類型的面積以及變化情況。結果表明，2015與2002年相比，石羊河上游地區(qū)高覆蓋度、中等覆蓋度、低覆蓋度植被面積均有所下降，分別下降了18.4%、13.4%、10.1%，而極高覆蓋度和極低覆蓋度面積均有所增加，分別增加了0.5%、26.6%。NDVI差值植被指數結果顯示，上游地區(qū)植被發(fā)生退化的面積為6935.6154 km2，占總面積的51.26%，而發(fā)生改善的面積為6595.2834 km2，占總面積的48.74%。通過監(jiān)督分類獲得的各植被類型的面積顯示，喬木林面積增長顯著，13年間增長了108.75%，但是灌木林和草地的面積縮小嚴重，分別減少了49.87%、19.78%。祁連山石羊河流域上游森林植被在13年間呈現退化趨勢。

植被覆蓋；NDVI差值指數；監(jiān)督分類；石羊河上游山區(qū)

石羊河是甘肅河西走廊東端的內陸河，上游為祁連山森林，中下游為武威和民勤綠洲。石羊河流域人-水矛盾突出，下游民勤綠洲的生態(tài)問題是國內外關注的焦點，下游綠洲生態(tài)退化受上游山區(qū)徑流大小的影響，山區(qū)森林植被的變化，決定產流的過程與大小，并且在一定程度對流域生態(tài)環(huán)境變化起著指示器的作用，因此，石羊河流域山區(qū)森林植被變化關系到民勤綠洲生態(tài)環(huán)境的變化。研究山區(qū)植被變化趨勢，對指導流域生態(tài)治理具有重要意義。

地面植被和區(qū)域生態(tài)環(huán)境現狀常用植被覆蓋度來表達，植被覆蓋度是指植被冠層在地面上垂直投影的面積與土地總面積的百分比[1]。傳統(tǒng)的植被覆蓋度數據的獲得主要依賴于人工實地測量計算，這種方法精度高但是適合小范圍測量，而對于中尺度、大尺度區(qū)域來說很難實現。由于遙感數據具有探測范圍廣、成本低、周期短等優(yōu)點被廣泛應用于植被監(jiān)測中，主要表現在利用歸一化植被指數NDVI(normalized difference vegetation index)數據進行植被覆蓋度的計算[2-3]和植被差值指數的計算，利用NDVI數據來分析植被覆蓋度與氣候因子的關系[4-7]；利用NDVI數據進行一元線性回歸分析和標準差分析，研究植被覆蓋度年際變化趨勢[8]；利用復合植被指數VBSI(vegetation index；bare soil index；shadow index)，削弱影像中山體陰影、土壤背景、建筑物等地物對植被覆蓋度信息的干擾[9]；多種方法對植被覆蓋度遙感估算研究[10]；利用監(jiān)督分類方法，獲取研究區(qū)各植被類型的面積以及分析面積的年際變化趨勢[11]；結合影像的光譜信息和空間紋理信息對遙感影像進行植被分類獲得較高的分類精度[12]；在流域植被研究中，利用監(jiān)督分類的方法進行現生和潛在植被的構建，對涇河流域植被發(fā)展趨勢及恢復的潛力做了分析[13]。因此，遙感監(jiān)測區(qū)域植被變化已經是最常用的方法。鑒于此，本研究通過遙感數據對石羊河流域上游祁連山植被覆蓋度變化開展研究，探討山區(qū)13年來植被變化趨勢及分布格局，為今后山區(qū)植被恢復及流域治理提供基礎數據支撐。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況

石羊河是甘肅省河西走廊三大內陸河之一，位于甘肅省河西走廊東段，烏鞘嶺以西，祁連山北麓；發(fā)源于祁連山東段的冷龍嶺，河水補給源主要來自祁連山冷龍嶺、烏鞘嶺、毛毛山以北地區(qū)的冰雪融水和降水。由大靖河、古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營河、東大河、西大河等組成；民勤綠洲主要靠上游水源涵養(yǎng)林來水滋養(yǎng)。流域共涉及9縣/市，年徑流12～17億m3，流域面積4.16×104km2，地理位置101°41′-104°16′ E,36°29′-39°27′ N。石羊河流域南高北低，上游祁連山地森林，海拔2000～5000 m，高寒半干旱濕潤區(qū)，年降水量300～600 mm，面積1.35萬km2。主要分布有青海云杉(Piceacrassifolia)、祁連圓柏(Sabinaprzewalskii)、杜鵑(Rhododendronsimsii)灌木、高寒草原等。

1.2數據預處理

Landsat TM影像分辨率為30 m，對于中尺度區(qū)域研究來說，比較適合，而且易于獲取。因此，本研究選用2015和2002年9月上旬植被生長期內的Landsat TM影像，云覆蓋均小于10%，每期兩景，共計4景影像。由于選用的影像屬于1級產品，因此需要進行一系列數據的預處理。先對兩期影像分別進行輻射校正和FLAASH大氣校正，將大氣校正后的數據采用二次多項式進行幾何校正，將校正誤差控制在一個像元以內。對經幾何校正后的4景影像借助ENVI軟件進行無縫拼接和裁剪，獲得兩期研究區(qū)影像，為后續(xù)處理和分析做準備。

本研究借助ENVI遙感影像處理軟件先對兩期研究區(qū)影像進行NDVI計算，獲得兩期研究區(qū)的NDVI，并基于像元二分模型計算兩期影像的植被覆蓋度。同時，通過獲取的兩期NDVI影像進行NDVI差值的計算，來對研究區(qū)的植被進行差值指數分級。最后，對兩期影像采用支持向量機法進行監(jiān)督分類，并且將地物分為喬木林、灌木林、草地、耕地、裸地、水域6種類別[14]。對于監(jiān)督分類的結果用于構建2015和2002年各土地利用類型面積轉移矩陣。通過以上3種指標的計算來獲得石羊河流域上游植被的年際變化和發(fā)展趨勢。

1.3研究方法

1.3.1植被覆蓋度的計算 采用歸一化植被指數進行植被覆蓋度的估算。相應的計算公式為：

(1)

式中：fc為研究區(qū)的植被覆蓋度;NDVI為通過ENVI求得的2002和2015年兩期的NDVI實際值;NDVIsoil為純裸地覆蓋區(qū)域的NDVI值;NDVIveg為純植被覆蓋區(qū)域的NDVI值。本研究采用求得的兩期NDVI值范圍中，以5%置信度截取NDVI的上下閥值分別近似代表NDVIveg和NDVIsoil[15]。根據石羊河上游自然環(huán)境實際情況，將植被覆蓋度劃分為5級[16]，具體取值范圍見表1。

1.3.2植被差值指數的計算 采用差值法量化兩個年份的NDVI的變化，即用后一時期研究區(qū)影像的所有NDVI值減去前一時期研究區(qū)影像所有NDVI值，將變化值記為ΔNDVI即為植被差值指數，用來表示研究區(qū)內不同區(qū)域的植被在時間序列上屬于退化還是改善[17]。利用植被差值指數評價石羊河上游植被生長狀況。計算公式為：

ΔNDVI=NDVI2015-NDVI2002

(2)

式中：ΔNDVI為植被差值指數；NDVI2015和NDVI2002分別為石羊河上游2015和2002年9月上旬兩期遙感影像NDVI實際像元值，利用ENVI中的波段運算工具對兩期NDVI值作差求得研究區(qū)的植被差值指數。由于植被差值指數研究對象是植被，一般認為NDVI實際值gt;0.1時，其值所代表的像元才是植被像元，因此，兩期NDVI取值均gt;0.1來進行植被差值指數的計算。ΔNDVIgt;0表示區(qū)域植被發(fā)生改善，ΔNDVIlt;0表示區(qū)域植被發(fā)生退化，ΔNDVI值越大或者越小反映出區(qū)域植被發(fā)生改善或退化的程度越高。因此，根據研究區(qū)的實際情況，將植被差值指數分為6級，具體取值范圍見表2。

表1 植被覆蓋度等級組成Table 1 The composing of vegetation coverage %

表2 植被差值指數等級劃分及取值范圍Table 2 Classification and value range of vegetation degradation index

1.3.3研究區(qū)植被分類與面積變化統(tǒng)計 對兩期影像進行監(jiān)督分類，對分類后的結果進行面積統(tǒng)計，同時建立兩期影像各地物類型面積轉移矩陣，分析喬木林、灌木林、草地3種植被類型在兩期的面積動態(tài)變化。為了提高分類精度，采用主成分分析法對研究區(qū)進行監(jiān)督分類。主成分分析法相應的表達式為：

Y=AX

(3)

式中：X為變換前的多光譜空間像元矢量；Y為變換后的主成分空間像元矢量；A為變換矩陣。采用正向主假彩色合成圖，以此圖為基礎進行監(jiān)督分類。

2 結果與分析

2.12002和2015年植被覆蓋度變化

根據以上植被覆蓋度的計算方法，得出2002和2015年兩期植被覆蓋度圖，制圖結果見圖1和圖2。

圖1 2002年石羊河上游地區(qū)植被覆蓋度Fig.1 The vegetation coverage in the upper reaches of the Shiyang River in 2002

圖2 2015年石羊河上游植被覆蓋度Fig.2 The vegetation coverage in the upper reaches of the Shiyang River in 2015

根據獲得的2002和2015年植被覆蓋度圖進行計算，獲得兩期植被覆蓋度圖不同覆蓋等級的面積及所占比例以及變化面積和所占比例，統(tǒng)計數據見表3。

表3 2002和2015年不同植被覆蓋等級面積及所占比例Table 3 Area and proportion of different vegetation coverage in 2002 and 2015

結合2002年石羊河上游植被覆蓋度圖(圖1)和2002年不同等級植被覆蓋度面積(表3)，可以得出，極高覆蓋度和高覆蓋度類型主要分布在石羊河上游的南部、中部、西部地區(qū)，東北部有零星分布，所占上游地區(qū)面積的比例分別為28.59%、15.68%。中等覆蓋度類型主要分布在北部、東部及西北地區(qū)，所占上游總面積為13.97%。低覆蓋度、極低覆蓋度類型主要分布在上游地區(qū)的西南高山高寒區(qū)，北部和西北部邊緣、東部邊緣地帶，所占總面積比例分別為17.66%、24.09%。

圖2和表3可以反映出2015年上游地區(qū)不同植被覆蓋度類型分布及所占面積比例。極高植被覆蓋度、高植被覆蓋度分布在上游地區(qū)南部、中部、西部地區(qū)，東北部有少量分布，所占上游總面積的28.74%、12.79%。中等覆蓋度類型主要分布在中部以及西北部分地區(qū)，所占面積比例為12.10%。低覆蓋度和極低覆蓋度主要分布在東部大部分地區(qū)，北部邊緣地帶，西南部高山高寒區(qū)，所占面積比例分別為15.88%、30.49%。

通過圖1與圖2兩期植被覆蓋度圖對比可以發(fā)現，極高覆蓋度分布范圍基本沒有發(fā)生變化，而高覆蓋度、中等覆蓋度、低覆蓋度分布范圍在縮小，尤其中等覆蓋度分布范圍明顯縮小。而極低覆蓋度分布范圍明顯擴大，主要發(fā)生在上游地區(qū)的東部和東北部地區(qū)。

通過表3可以看出，各級覆蓋度類型中面積出現增加的是極高覆蓋度和極低覆蓋度，分別增大了0.5%、26.6%，極高覆蓋度增長幅度小，幾乎保持不變。極低覆蓋度在2002-2015年13年間面積增長了865.6029 km2，增長顯著。而高覆蓋度、中等覆蓋度、低覆蓋度呈現負增長趨勢，13年間面積分別減少了390.9159、253.3824和241.4475 km2，所占比例分別為18.4%、13.4%和10.1%。

從總體上來看，整個上游地區(qū)，高植被覆蓋、中等植被覆蓋地區(qū)分布面積在減小，而且減小的面積比例較大，極低植被覆蓋度面積增加明顯。由此可以認為，高植被覆蓋、中等植被覆蓋區(qū)域面積減小的部分轉化為極低植被覆蓋度的植被，由此說明石羊河上游地區(qū)其植被覆蓋在2002-2015年間朝著退化的方向發(fā)展。

2.2基于NDVI植被差值指數結果分析

圖3 2002-2015年石羊河上游地區(qū)植被差值指數圖Fig.3 Vegetation degradation index map in the upper reaches of the Shiyang River in 2002-2015

根據植被差值指數的計算，獲得2002-2015年13年間上游地區(qū)植被差值指數圖，結果見圖3。

根據石羊河上游植被差值指數圖，以及上述對于植被差值指數的分級取值范圍，求得2002-2015年各級植被差值指數面積及所占比例，結果見表4。

結合圖3與表4發(fā)現，各植被差值指數類型中，屬于極度改善區(qū)域主要分布在上游地區(qū)中部、西部地區(qū)且分布范圍較小，實際面積為1102.8745 km2，所占比例為8.15%。發(fā)生中度改善的區(qū)域主要分布在南部、中部、西部地區(qū)，分布范圍較大，實際面積為2990.0563 km2，所占比例為22.10%。發(fā)生輕微改善區(qū)域主要分布在南部、中部、西部地區(qū)，相應面積為2502.3526 km2，所占比例為18.49%。輕微退化區(qū)域主要分布在南部高山高寒區(qū)、東部、北部邊緣地帶總面積為2403.0106 km2，所占比例為17.76%。中度退化區(qū)域主要分布在東部、東北部地區(qū)，總面積為2663.1133 km2，所占比例為19.68%。嚴重退化區(qū)域分布在東部、東北部地區(qū)，總面積為1869.4915 km2，所占比例為13.82%。整個石羊河上游地區(qū)，以改善為主的地區(qū)面積達到了6595.2834 km2，占上游總面積的48.74%。以退化為主的地區(qū)面積達到了6935.6154 km2，占上游總面積的51.26%。由此可見，石羊河上游地區(qū)植被質量有恢復有退化，退化以中度和輕微退化類型為主。

表4 2015與2002年NDVI差值指數面積及所占比例Table 4 The area and the proportion of the NDVI difference in 2015 and 2002

2.3土地利用類型面積的變化

根據石羊河上游的實際狀況，將土地利用類型分為6類：喬木林、灌木林、草地、耕地、裸地、水域。為了提高分類精度，采用主成分分析法并且以歸一化植被指數(NDVI)作為輔助數據對兩期影像進行監(jiān)督分類[18-20]。分類結果見圖4和圖5。

圖4 2002年植被分類結果Fig.4 Vegetation classification results in 2002

圖5 2015年植被分類結果Fig.5 Vegetation classification results in 2015

為了驗證各地物類別分類結果的精度，結合兩次外業(yè)調查數據，建立驗證樣本，基于混淆矩陣的統(tǒng)計方法，對分類結果進行精度驗證。各地物類型分類精度見表5。

表5 石羊河上游各地物類型分類精度Table 5 The accuracy of classification of various types of upper reaches of Shiyang River

注：總體分類精度為92.6307%，總體Kappa系數為0.9017。

Notes：Overall classification accuracy is 92.6307%, Kappa coefficient is 0.9017.

由表5可以看出，總體分類精度為92.6307%，Kappa系數為0.9017，可見利用主成分分析法進行地物分類，其精度優(yōu)于傳統(tǒng)基于像元進行監(jiān)督分類的方法。在各地物類型的分類中，喬木、耕地、水域、裸地的分類精度較高，是因為這些地物在影像上光譜特征明顯，紋理清晰，便易分類。灌木和草地分類精度較低，可見其光譜特征不明顯，分類精度較難把握。

根據植被分類結果(圖4)，可以初步認識2002年6種地物類型分布的具體位置，其中喬木林主要分布在上游地區(qū)的中部、東南部地區(qū)，分布范圍狹窄，總面積較小。灌木林主要分布在中部、東南部地區(qū)，與喬木林分布區(qū)域基本一致，但是總面積高于喬木林總面積。草地分布范圍最廣，面積最大，主要分布在東部、中部、南部、西部廣大地區(qū)。裸地分布范圍相對狹窄，主要分布在西南部高山高寒區(qū)，東部和北部邊緣地帶。耕地和水域主要分布在水庫附近和居民區(qū)附近，位于上游地區(qū)中部和西北部，分布范圍集中。

根據植被分類結果(圖5)，2015年6種地物類型中，喬木林主要分布在中部、東南部，東北部有小范圍分布，面積較小，呈狹長帶狀分布。灌木林分布范圍和喬木林相同，主要在中部、東南部分布。草地分布面積較大，主要分布在中部、南部和西部地區(qū)。耕地面積主要分布在中部、西北部水庫周圍。裸地主要分布在東部和東北部，北部邊緣地帶，而且分布范圍廣，面積大。水域分布主要在西南部，中部有零星分布。

根據兩期上游地區(qū)植被分類對比，喬木林和灌木林分布范圍變化不大，草地分布范圍明顯縮小，尤其在東部和東北部地區(qū)。耕地分布范圍變化不大，中部地區(qū)范圍略有擴大。裸地分布范圍明顯擴大，由2002年主要分布在東部、東北部地區(qū)向中部、南部擴展。

根據兩期植被分類圖，計算各土地利用類型的面積以及面積轉移矩陣，對石羊河上游植被在13年間發(fā)展趨勢做定量分析。相關數據見表6和表7。

表6 2002與2015年土地利用類型面積及所占比例Table 6 The area and proportion of land use type in 2002 and 2015

表7 石羊河上游土地利用類型面積轉移矩陣Table 7 The land use types area transfer matrix of Shiyang River km2

表6可以看出2002年土地利用類型中，面積最大的是草地和裸地，灌木林其次。面積最小的是喬木林、水域和耕地。2015年土地利用類型中，面積最大的依然是草地和裸地，灌木林其次。面積最小的是喬木林、水域、耕地。

2002和2015年土地利用類型面積變化和所占比例發(fā)現(表6)，屬于負增長的類型是灌木林、草地、耕地，減少面積分別達738.8451、1742.0787和17.0595 km2，減少比例為49.87%、19.78%、3.62%，明顯看出灌木林面積減少將近一半，退化嚴重。草地面積減少較多，說明草地13年間處于退化趨勢。面積增加的類型是喬木林、水域、裸地，面積分別增加了166.7178、72.6354和2280.8973 km2，增加的比例達108.75%、140.75%、91.88%。這3種土地類型面積增加顯著，其中喬木林面積增加一倍多，這可能是自然保護區(qū)保護和石羊河流域綜合治理項目實施的結果。水域面積增加接近一倍，由于2002和2015年流域地表徑流相差較大(10.4和14.8億m3)，應該是降水量增加所致。2002年比2015年的裸地面積增長了1.4倍，主要是草地退化的結果。

表7是石羊河上游兩期影像植被分類后建立各土地利用類型面積轉移矩陣，從表中可以看出喬木林只有107.6013 km2保持不變，而有25.2666 km2退化為灌木，19.0791 km2退化為草地。其余分別轉變?yōu)楦?0.1944 km2)、裸地(0.9153 km2)、水域(0.2421 km2)，所占面積較小。灌木林有583.7832 km2保持不變，但是有705.8142 km2退化為草地，退化面積較大，可見灌木林分布呈現惡化趨勢，此外有141.4611 km2轉變?yōu)閱棠?，說明上游部分地區(qū)由于人為保護措施得當，注重封山育林導致的結果，其余分別轉變?yōu)楦?28.3185 km2)、裸地(18.0405 km2)、水域(4.1472 km2)，由此得出，上游地區(qū)草地屬于整體上退化狀態(tài)，局部改善的實際情況。草地有5900.5359 km2保持不變，但是有2458.7505 km2退化為裸地，其余有63.8712 km2轉變?yōu)閱棠荆?28.4624 km2轉變?yōu)楣嗄荆?41.5618 km2被開墾為耕地，14.3703 km2轉變?yōu)樗?。耕?67.6511 km2保持不變，有219.0231 km2轉變?yōu)椴莸?，其次?8.7293 km2退化為裸地，其余分別轉變?yōu)閱棠玖?1.1142 km2)、灌木(2.6919 km2)、水域(0.1071 km2)。裸地面積有2211.4197 km2保持不變，分別有219.0780、2.3166、5.5719 km2發(fā)展為草地、灌木、喬木，14.4378 km2轉變?yōu)楦兀?8.1907 km2轉變?yōu)樗?。水域?2.1571 km2保持不變， 27.8568 km2退化為裸地。

3 討論與結論

3.1討論

本研究通過植被覆蓋度、植被退化指數、植被分類與面積變化及其轉移矩陣，評價石羊河上游山區(qū)生態(tài)環(huán)境的現狀與變化趨勢。認為上游山區(qū)植被整體處于退化趨勢，局部有好轉。這與戴聲佩等[2]、武正麗等[6]關于祁連山區(qū)植被西部恢復東部退化的結論一致。

目前對于植被動態(tài)變化的研究，大多采用植被覆蓋度這一指標進行評價，評價方法過于單一，并且只從整體考慮植被動態(tài)變化，沒有細化到各植被類型在時間序列上的變化。因此本研究通過植被覆蓋度、植被差值指數、植被監(jiān)督分類，評價石羊河上游山區(qū)生態(tài)環(huán)境的現狀與變化趨勢。既從整體評價上游祁連山區(qū)植被變化，也兼顧各植被類型面積和變化趨勢。

石羊河流域祁連山山區(qū)高密度的喬木林面積有增加，灌木林有一半以上的面積減少，其中20%恢復為喬木林，其余退化為草地，而草地近20%退化為裸地，這一結論也足以引起人們的注意，雖然2007年開始石羊河流域綜合治理，但是，流域上游山區(qū)治理成效還是不顯著，從實地查看，山區(qū)牧民強度放牧是主要原因。因此，開展祁連山生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測評價，指導祁連山山區(qū)植被恢復，對促進祁連山保護區(qū)生態(tài)環(huán)境建設意義重大。

3.2結論

13年來，石羊河流域上游山區(qū)極高植被覆蓋度(占山區(qū)面積28.59%)增加面積(20.14 km2)很小，高植被覆蓋度、中等植被覆蓋度、低植被覆蓋度面積分別減少了18.4%、13.4%、10.1%，極低植被覆蓋度面積增加26.6%。5種植被覆蓋度面積中，2002年極高植被覆蓋度最大，而2015年變?yōu)闃O低覆蓋度面積最大。由此可見，2002到2015年間植被覆蓋度呈現下降趨勢。

由兩期NDVI求得的植被差值指數分析得出：上游山區(qū)以改善為主的植被面積為6595.2834 km2，所占比例達到了48.74%，而以退化為主的植被面積為6935.6154 km2，所占比例達到了51.26%。退化為主的面積比改善為主的面積多出了340.332 km2，所占比例多出2.52百分點。可見，石羊河上游山區(qū)植被整體上處于退化趨勢。

在土地利用類型面積的變化中，喬木林面積13年間共增加了166.7178 km2，增長108.75%。耕地面積減少17.0595 km2、減少比例為3.62%，水域面積增加72.6354 km2，增加比例達140.75%。灌木林、草地面積分別減少738.8451和1742.0787 km2，減少比例分別為49.87%和19.78%。裸地面積增加2280.8973 km2，增長比例達91.88%。通過面積轉移矩陣(表7)，可見，灌木林出現近一半面積減少，主要退化為草地，面積達705.8142 km2,但是有141.4611 km2轉化為喬木林，而草地退化為裸地的面積最多，達到了2458.7505 km2。由此可見，上游山區(qū)除喬木林面積在不斷增長之外，灌木、草地均以退化減少為主。因此，石羊河上游植被分布面積與動態(tài)變化總體上不容樂觀。

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MonitoringvegetationdynamicsinthemountainousareaoftheShiyangRiverupperreachesusingremotesensingtechnology

ZHANG Yong1, YANG Zi-Hui2*, WANG Li1, WEI Huai-Dong2, HUI Xiao-Ya1, ZHANG Jian-Hui2, WANG Qiang-Qiang2, GUO Shu-Jiang2, ZHAN Ke-Jie2

1.College of Forestry, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2.Minqin National Studies Station for Desert Steppe Ecosystem, Minqin 733300, China

NDVI (the normalized difference vegetation index) is the most commonly used index for monitoringvegetation growth conditions and coverage. In this study, Landsat TM images were collected during the vegetation growth periods of September 2002 and 2015 in the mountainous area of the Shiyang River Basin’s upper reaches in the Qilian Mountains. The two periods’ NDVI were calculated and vegetation dynamics were analyzed by using ENVI 5.2 software. In addition, the images were analyzed using supervised classification and principal component analysis so that the areas and changes of vegetation types could be calculated. Results showed that vegetation areas with high, medium and low coverage had decreased in 2015 compared to 2002 by 18.4%, 13.4% and 10.1% respectively. Vegetation areas with extremely high and extremely low coverage increased by 0.5% and 26.6% respectively. NDVI results showed that the degraded and improved areas of vegetation were 6935.6154 and 6595.2834 km2, accounting for 51.26% and 48.74% of total area respectively. Analysis of vegetation type areas showed that the area of arbor forest had significantly increased by 108.75%, while the areas of shrub forest and grassland had significantly decreased by 49.87% and 19.78% respectively. These findings show that forest vegetation in the upper reaches of the Shiyang River Basin has degraded over the 13-year period.

vegetation cover; NDVI difference index; supervision and classification; mountainous areas in the upper reaches of Shiyang River

10.11686/cyxb2017023http//cyxb.lzu.edu.cn

張永, 楊自輝, 王立, 魏懷東, 惠曉雅, 張劍揮, 王強強, 郭樹江, 詹科杰. 基于遙感分析13年來石羊河上游山區(qū)植被變化研究. 草業(yè)學報, 2017, 26(11): 12-21.

ZHANG Yong, YANG Zi-Hui, WANG Li, WEI Huai-Dong, HUI Xiao-Ya, ZHANG Jian-Hui, WANG Qiang-Qiang, GUO Shu-Jiang, ZHAN Ke-Jie. Monitoring vegetation dynamics in the mountainous area of the Shiyang River upper reaches using remote sensing technology. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(11): 12-21.

2017-01-18；改回日期：2017-03-15

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經費(201404306)，甘肅省基礎研究創(chuàng)新群體項目(1506RJIA155)和甘肅省科技支撐計劃項目(1604FKCA095)資助。

張永(1991-),男，內蒙古巴彥淖爾人，在讀碩士。E-mail:1219078315@qq.com

*通信作者Corresponding author. E-mail:zihyang@126.com