1999—2016年伊犁地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化特征研究

郭遠平

（新疆林業(yè)技術(shù)推廣總站，新疆 烏魯木齊 830001）

生態(tài)環(huán)境是人類生存與發(fā)展的基礎(chǔ)。經(jīng)濟快速發(fā)展使得我國的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，對生態(tài)環(huán)境變化的監(jiān)測也越來越重要，通過運用遙感技術(shù)對區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境變化研究最為直觀[1]。使用歷年遙感影像數(shù)據(jù)對新疆維吾爾自治區(qū)伊犁地區(qū)的生態(tài)環(huán)境評價及其精度計算作為科學(xué)研究的必要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對伊犁地區(qū)植被、土壤和生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域的定量研究提供基本數(shù)據(jù)，使得環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)能有效直觀的反映區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境變時空變化特征和變化趨勢，為生態(tài)環(huán)境變化區(qū)域進行科學(xué)治理提供參考[2-10]。

1 數(shù)據(jù)處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

遙感數(shù)據(jù)選取2016年伊犁地區(qū)Landsat 8 OLI_TRIS衛(wèi)星數(shù)字、1999年Landsat7 ETM SLC-on衛(wèi)星數(shù)字（1999—2003）的遙感影像資料及伊犁地區(qū)30mDEM數(shù)據(jù)（見表1）。數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站，此源數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正和地面控制點幾何校正，并且通過DEM進行了地形校正。

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文所使用的遙感影像處理軟件是ENVI5.1和Arc-GIS10.2，在ENVI能夠直接進行拼接、裁剪、投影變換（遙感數(shù)據(jù)統(tǒng)一使用UTM投影WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)），利用像元二分法模型估算植被覆蓋度，將穗帽變換工具得出的亮度值和綠度值代入波段運算工具得到土壤指數(shù)，對DEM數(shù)據(jù)進行坡度的提取，最終用波段運算工具計算伊犁地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況。

1.3 研究路線圖

圖1技術(shù)路線圖

2 數(shù)據(jù)研究方法

2.1 植被覆蓋度

植被覆蓋度是指單位面積內(nèi)植被地上部分（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計區(qū)總面積的百分比。容易與植被覆蓋度混淆的概念是植被蓋度。植被蓋度是指植被冠層或葉面在地面的垂直投影面積占植被區(qū)總面積的比例。植被蓋度與植被覆蓋度的不同在于植被區(qū)總面積和統(tǒng)計區(qū)總面積。植被覆蓋度常用于植被變化、生態(tài)環(huán)境研究、水土保持、氣候等方面。植被覆蓋度的測量可分為地面測量和遙感估算2種方法，地面測量常用于田間尺度，遙感估算常用于區(qū)域尺度[2-3]。

目前較為實用的利用遙感測量植被覆蓋度的方法是利用植被指數(shù)近似估算植被覆蓋度，常用的植被指數(shù)為

作者簡介：郭遠平（1959—），男，碩士研究生，高級工程師，研究方向：林業(yè)技術(shù)推廣應(yīng)用、森林資源保護管理與合理利用。NDVI。遙感信息是以像元為單位記錄的，影像中的像元包含單一覆蓋類型的純像元和包含不同覆蓋類型的混合像元。下面是在像元二分模型的基礎(chǔ)上研究的模型：

表1 遙感數(shù)據(jù)列表

NDVImin和NDVImax分別為區(qū)域內(nèi)最小和最大的NDVI值，本文用NDVImax代替 NDVIveg，用NDVImin代替 NDVIsoil。由于不可避免存在噪聲，NDVImin和NDVImax通常會取一定量置信度范圍內(nèi)的最小值和最大值。本文根據(jù)NDVI累計頻率表，提取累計頻率為5%的NDVI值作為NDVImin，累計頻率為95%的NDVI值作為NDVImax。

植被覆蓋度編碼分為10個等級，編碼為1-10，編碼越大質(zhì)量越好。0-10為1，以此類推，90-10為10。

2.2 土壤指數(shù)

土壤指數(shù)同樣通過采用對前人研究的模型裸土植被指數(shù)（GRABS）：

B1和B2指數(shù)可分別用來評價裸土和植被的標(biāo)準(zhǔn)，B1和B2分別為穗帽變換中的綠度指數(shù)和土壤亮度指數(shù)，土壤亮度對于植被指數(shù)有相當(dāng)程度的影響，B1指數(shù)與不同植被覆蓋有很大的相關(guān)性；裸土信息變化的主要部分是因為其亮度造成的，故由裸土植被指數(shù)可以很好地反映土壤裸露的情況［2］。

土壤指數(shù)的獲取方法是將預(yù)處理后的兩個時期遙感影像用ENVI運用穗帽變換工具進行處理，得出亮度值和綠度值，代入到波段運算工具，分別得出兩個時期的土壤指數(shù)。

土壤指數(shù)編碼分為10個等級，編碼為1-10，編碼越大質(zhì)量越好。-165--145為1，以此類推，15-35為10。

2.3 坡度

在生態(tài)環(huán)境評價中，各指標(biāo)項之間量綱無法做到一致且無法進行對比，把通過DEM數(shù)據(jù)生成的坡度放入生態(tài)環(huán)境進行評價是困難的。根據(jù)指標(biāo)的量化分值對生態(tài)環(huán)境正面影響的程度，將其由低到高分為若干個等級。坡度編碼分為10個等級，編碼為1～10：小于5度為1，5.5～11度為2，以此類推，44～49.5度為9，大于50度為10；編碼越大質(zhì)量越好。

圖2 伊犁地區(qū)坡度圖

2.4 生態(tài)環(huán)境評價

自然生態(tài)環(huán)境評價方法有很多，常用的方法有評分迭加法、指數(shù)法、綜合指數(shù)法、景觀生態(tài)學(xué)法和特爾斐法等。結(jié)合伊犁地區(qū)的實際情況，本文選擇的是綜合指數(shù)法。

式（6）中，b1為植被覆蓋度，b2為土壤指數(shù)，b2為坡度，W1、W2、W3為權(quán)重值，分別為0.7、0.2、0.1。根據(jù)上式得出不同的綜合評價指數(shù)，綜合評價指數(shù)值對應(yīng)的評價等級如表2

表2生態(tài)環(huán)境評價表

表3 1999—2016年生態(tài)環(huán)境評級面積轉(zhuǎn)移矩陣(hm2)

由于目前尚無統(tǒng)一的生態(tài)環(huán)境評價劃分標(biāo)準(zhǔn)，本文在參照Levis S、Marion Potschin等人[3-4]文獻的基礎(chǔ)上，結(jié)合伊犁地區(qū)生態(tài)環(huán)境特點，將生態(tài)環(huán)境評價等級劃分為5級：極差、差、中、良和優(yōu)。

3 結(jié)果與分析

3.1 伊犁地區(qū)生態(tài)環(huán)境指數(shù)現(xiàn)狀

通過分析可得1999年極差生態(tài)環(huán)境區(qū)域約占1 925 706 hm2，差等生態(tài)環(huán)境區(qū)域約為2 553 919 hm2，中等生態(tài)環(huán)境區(qū)域約為7 080 758 hm2，良生態(tài)環(huán)境區(qū)域約為2 646 779 hm2，優(yōu)等生態(tài)環(huán)境區(qū)域約為2 251 539 hm2，中等生態(tài)環(huán)境區(qū)域最大，占本年度各類型面積的43.02%。2016年極差生態(tài)環(huán)境區(qū)域約占3 722 767 hm2，差等生態(tài)環(huán)境區(qū)域約為1 336 685 hm2，中等生態(tài)環(huán)境區(qū)域約為5 201 777 hm2，良生態(tài)環(huán)境區(qū)域約為3 938 634 hm2，優(yōu)等生態(tài)環(huán)境區(qū)域約為2 258 838 hm2。中等生態(tài)環(huán)境區(qū)域最大，占本年度各類型面積的31.61%

伊犁地區(qū)河谷區(qū)域生態(tài)指數(shù)一般。河谷部分以中和優(yōu)為主；河谷的山區(qū)、荒漠區(qū)域部分植被覆蓋度和土壤指數(shù)都是比較低生態(tài)評價指數(shù)為差和極差；海拔較高的區(qū)域主要是森林草原，植被覆蓋度高土壤指數(shù)好，生態(tài)指數(shù)比較高，生態(tài)環(huán)境比較好；人類活動的主要區(qū)域是農(nóng)田和城市區(qū)域，生態(tài)評價指數(shù)較為一般；在雪線以上區(qū)域由于沒有植被土壤，所以生態(tài)評價指數(shù)最低［10］。

3.2 轉(zhuǎn)移矩陣分析

根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果可知，1999—2016年研究區(qū)極差生態(tài)環(huán)境區(qū)域（0≤E＜1）變化面積2 552 087 hm2,其中：減少面積為377 513 hm2，增加面積為2 174 574 hm2，極差生態(tài)環(huán)境區(qū)域減少面積大于增加面積，面積減少明顯。其中轉(zhuǎn)出去向主要是轉(zhuǎn)為差等生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為248 384.00 hm2，占轉(zhuǎn)出總面積的65%；轉(zhuǎn)入來源主要是差生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為152 220 hm2，占轉(zhuǎn)入面積的70%。這表明1999—2016年研究區(qū)極差與差等生態(tài)環(huán)境區(qū)域相互影響。

差等生態(tài)環(huán)境區(qū)域（1≤E＜4）變化面積2 253 652 hm2,其中：減少面積為1 735 443 hm2，增加面積為518 209 hm2，差生態(tài)環(huán)境區(qū)域減少面積大于增加面積，面積減少顯著。其中轉(zhuǎn)出去向主要是轉(zhuǎn)為極差生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為1 522 202 hm2，占轉(zhuǎn)出總面積的87.71%；轉(zhuǎn)入來源主要是極差生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為245 384 hm2，占轉(zhuǎn)入面積的47.35%。這說明1999—2016年研究區(qū)差等生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積在減少，向極差區(qū)域轉(zhuǎn)移，總體生態(tài)環(huán)境在惡化。

中等生態(tài)環(huán)境區(qū)域（4≤E＜6）變化面積2 543 109 hm2,其中：減少面積為2 211 045 hm2，增加面積為332 064 hm2，中等生態(tài)環(huán)境區(qū)域減少面積大于增加面積，面積減少明顯。其中轉(zhuǎn)出去向主要是轉(zhuǎn)為良好生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為1 648 585 hm2，占轉(zhuǎn)出總面積的74.56%；轉(zhuǎn)入來源主要是差生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為149 269 hm2，占轉(zhuǎn)入面積的44.95%。這說明1999—2016年研究區(qū)中等生態(tài)環(huán)境區(qū)域減少明顯，生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn)。

良等生態(tài)環(huán)境區(qū)域（6≤E＜9）變化面積2 270 383 hm2,其中：減少面積為489 264 hm2，增加面積為1 781 119 hm2，良好生態(tài)環(huán)境區(qū)域增加面積大于減少面積，面積增加顯著。其中轉(zhuǎn)出面積的去向主要是轉(zhuǎn)為優(yōu)等生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為265 460 hm2，占轉(zhuǎn)出總面積的54.26%；轉(zhuǎn)入面積的來源主要是中生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為1 648 585 hm2，占轉(zhuǎn)入面積的92.56%。這說明1999—2016年研究區(qū)良好生態(tài)環(huán)境區(qū)域在整體增加，生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn)趨勢顯著。

優(yōu)等生態(tài)環(huán)境區(qū)域（9＜E≤10）變化面積65 5951 hm2,其中：減少面積為324 326 hm2，增加面積為331 625 hm2，優(yōu)等生態(tài)環(huán)境區(qū)域增加面積大于減少面積，面積有所增加。其中轉(zhuǎn)出去向主要是轉(zhuǎn)為差等生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為109 130 hm2，占轉(zhuǎn)出總面積的33.65%；轉(zhuǎn)入來源主要是良生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積為265 460 hm2，占轉(zhuǎn)入面積的80.05%。1999—2016年研究區(qū)優(yōu)等生態(tài)環(huán)境區(qū)域面積雖有所增加，但增加不顯著，總體而言本區(qū)生態(tài)環(huán)境在向好發(fā)展［10］。

表4 1999—2016年伊犁地區(qū)生態(tài)環(huán)境面積變化值及變化率

如表4所示，2016年各類型面積減1999年得到面積變化值，各類型變化面積與區(qū)域各類型面積總和之比為變化率，分析得出，極差、良好、優(yōu)等區(qū)域面積有所增加，面積分別為1 797 061 hm2、1 291 855 hm2、7 299 hm2，變化率分別為10.92%、7.85%、0.04%，極差區(qū)域面積增加最為顯著；差和中等區(qū)域面積有所減少，面積分別為1 217 234 hm2、1 878 981 hm2，變化率分別為7.40%、11.42%，中等區(qū)域面積減少最為顯著。總體來看，極差等環(huán)境區(qū)域在增加，差和中等環(huán)境區(qū)域在減少，優(yōu)質(zhì)環(huán)境區(qū)域也有所增加，伊犁地區(qū)生態(tài)環(huán)境總體向好發(fā)展。