基于遙感影像研究商洛市植被變化

王艷麗

(安徽理工大學(xué)空間信息與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 淮南 232000)

由于技術(shù)限制，早期國(guó)外學(xué)者在研究植被時(shí)多采用簡(jiǎn)單測(cè)量。Dymond等采取地面點(diǎn)采樣法估算了植被覆蓋度[1]；隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，大區(qū)域監(jiān)測(cè)植被變化也逐漸衍生出新的方法；Purevdor等認(rèn)為，大區(qū)域監(jiān)測(cè)植被變化的方法包括混合模型法、覆蓋度-輻射關(guān)系模型、植被指數(shù)法[2]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)各個(gè)省植被覆蓋度進(jìn)行了時(shí)空變化研究。楊靜雅等以GIS為平臺(tái)，通過(guò)差值法計(jì)算新疆和靜縣4個(gè)不同時(shí)期植被覆蓋度，并分析其變化特征[3]；陳楠等建立像元二分模型研究新疆開都河流域植被覆蓋度時(shí)空變化[4]；劉玉安等選取差值法分析淮河上游流域植被覆蓋度的變化規(guī)律[5]；王永鋒等、喻素芳等以NDVI為基礎(chǔ)，研究NDVI隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，進(jìn)而研究廣西植被變化規(guī)律[6,7]。

陜西省植被變化已經(jīng)有學(xué)者做過(guò)相關(guān)方面的研究。李登科等以歸一化差值植被指數(shù)分析陜西省植被狀況，這種方法精度較高[8]；崔曉臨等以陜西省2000—2009年Landsat影像為數(shù)據(jù)源計(jì)算NDVI，通過(guò)差值法獲得NDVI變化趨勢(shì)，分析了陜西省植被覆蓋時(shí)空變化特征[9]；前人對(duì)于陜西省的植被覆蓋度分析指標(biāo)多為歸一化差值植被指數(shù)，很少有學(xué)者選擇植被覆蓋度作為衡量陜西省植被情況的指標(biāo)。

前人對(duì)陜西省各地級(jí)市的植被變化也進(jìn)行了一定程度的研究。賈寶全等以NDVI為基礎(chǔ)，分析西安市1995—2009年植被變化[10]；沈關(guān)東等通過(guò)渭南市2007—2013年的NDVI變化趨勢(shì)，研究該市植被變化[11]；翟雅倩等以歸一化植被指數(shù)和像元二分模型法為基礎(chǔ)，研究2000—2014年寶雞市植被覆蓋變化規(guī)律[12]。

對(duì)于商洛市的植被覆蓋度研究，目前還沒有學(xué)者進(jìn)行研究，因此，本文以遙感影像為數(shù)據(jù)源，分析商洛市2007—2017年植被時(shí)空變化并為商洛市生態(tài)環(huán)境發(fā)展提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

商洛市地處陜西省東南部，經(jīng)緯度位置為E108°34′20″～111°1′25″，N33°2′30″～34°24′40″，轄區(qū)內(nèi)包括商州區(qū)、丹鳳縣、洛南縣、山陽(yáng)縣、商南縣、鎮(zhèn)安縣、柞水縣。商洛市地形具有一定的特點(diǎn)，呈現(xiàn)西高東低的規(guī)律，秦嶺橫跨其北部。植被沿山脈、山谷分布，覆蓋率高。境內(nèi)分布8個(gè)自然保護(hù)區(qū)，4個(gè)森林公園，總面積高達(dá)882.96km2，占商洛市國(guó)土總面積4.45%。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1.1 遙感影像數(shù)據(jù)

在地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud. cn/)平臺(tái)下載2007—2017年商洛市6—8月份且影像云量覆蓋在5%以下的兩期3景影像數(shù)據(jù)。其中2007年影像數(shù)據(jù)來(lái)自于Landsat4-5衛(wèi)星，2017年影像數(shù)據(jù)來(lái)自于Landsat8衛(wèi)星。

2.1.2 矢量數(shù)據(jù)

在Arc Map10.2中矢量化全國(guó)縣界行政邊界圖，得到商洛市行政邊界圖。

2.2 研究方法與過(guò)程

2.2.1 遙感影像預(yù)處理

在ENVI5.1中對(duì)商洛市2000年和2017年的3景遙感影像進(jìn)行拼接，在Arc GIS 10.2中參考商洛市2007年遙感影像，幾何校正2017年遙感影像，然后利用裁剪工具裁剪遙感影像，以商洛市行政邊界為范圍，得到商洛市遙感影像。

2.2.2 計(jì)算植被覆蓋指數(shù)和植被覆蓋度

歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)，是衡量植被生長(zhǎng)情況是否良好的標(biāo)志。計(jì)算歸一化植被指數(shù)的公式：

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

式中，NIR為近紅外波段的反射值；R為紅光波段的反射值。

植被覆蓋度(Fractional Vegetation Coverage，F(xiàn)VC)是衡量某區(qū)域植被覆蓋是否良好的指標(biāo)[10]。計(jì)算植被覆蓋度的公式：

FVC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)[11]

2.2.3 植被覆蓋度的分級(jí)

參考楊勝天、蘇偉對(duì)某區(qū)域植被覆蓋度的分級(jí)方法，利用Arc GIS10.2計(jì)算商洛市植被覆蓋指數(shù)和植被覆蓋度，將植被覆蓋度分為5類[12,13]。

表1 植被覆蓋度分類表

2.2.4 植被覆蓋度變化分類

為了更好地描述商洛市植被覆蓋度時(shí)空變化情況，利用Arc GIS10.2對(duì)商洛市植被覆蓋度進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化分類，分為退化、穩(wěn)定、改善以及明顯改善4個(gè)動(dòng)態(tài)變化類型[14,15]。

表2 類型動(dòng)態(tài)變化分類

3 結(jié)果與分析

3.1 商洛市植被覆蓋度分析

從圖1和圖2a可以看出，2007年商洛市植被覆蓋度以低植被覆蓋度和高植被覆蓋度為主。其中，低植被覆蓋度所占面積為5122.65km2，所占比例為26%；高植被覆蓋度所占面積為5047.12km2，所占比例為25.23%；中低植被覆蓋度所占面積為2642.24km2，所占比例為13.31%；中植被覆蓋度所占面積為3811.79km2，所占比例為19.20%；中高植被覆蓋度所占面積為3227.19km2，所占比例為16.26%。從圖1和圖2b可以看出，2017年商洛市植被覆蓋度以中高植被覆蓋度為主，其中，中高植被覆蓋度所占面積為10945.37km2，所占比例為55.14%；中植被覆蓋度所占面積為5864.94km2，所占比例為29.54%；高植被覆蓋度所占面積為2079.23km2，所占比例為10.47%；低植被覆蓋度所占面積為361.13km2，所占比例為1.82%；中低植被覆蓋度所占面積為600.33km2，所占比例為3.03%。與2007年商洛市植被覆蓋度情況相對(duì)比，2017年商洛市低植被覆蓋度、中低植被覆蓋度和高植被覆蓋度所占面積比例分別減少了24.18%、10.28%、14.76%，中植被覆蓋度和中高植被覆蓋度所占面積比例分別增加了10.34%、38.88%，2007—2017年期間商洛市植被覆蓋度由以低植被覆蓋度和高植被覆蓋度為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾兄脖桓采w度和中高植被覆蓋度為主，中植被覆蓋和中高植被覆蓋面積在增加，低植被覆蓋、中低植被覆蓋和高植被覆蓋面積在減少。這些數(shù)據(jù)充分說(shuō)明了商洛市的植被覆蓋度結(jié)構(gòu)在逐步完善，植被在朝著越來(lái)越好的方向發(fā)展。

從圖1和圖2a可以看出，2007年商洛市低植被覆蓋度集中分布于西部地區(qū)，包括商南縣、丹鳳縣和山陽(yáng)縣；高植被覆蓋多分布于北部和中部邊緣地區(qū)，包括丹鳳縣、洛南縣和柞水縣；中植被覆蓋度均勻分布于各縣。從圖1和圖2b可以看出,2017年商洛市中高植被覆蓋度分布呈現(xiàn)范圍廣、面積大的特點(diǎn)，大致集中于商南縣、山陽(yáng)縣、丹鳳縣以及柞水縣區(qū)域，在鎮(zhèn)安縣、商州市以及洛南縣呈現(xiàn)邊緣分布，其中心區(qū)域?yàn)橹械椭脖桓采w度和中植被覆蓋度。丹鳳縣、商州縣以及柞水縣中心零星分布低植被覆蓋度。高植被覆蓋分布于柞水縣、商州市洛南縣邊緣，分布面積少。商南縣、山陽(yáng)縣、丹鳳縣以及柞水縣中植被覆蓋和中高植被覆蓋面積明顯增加，鎮(zhèn)安縣中高植被覆蓋面積有微小增加，商洛市7個(gè)縣低植被覆蓋度面積明顯減少。這可能與商洛市退耕還林、植樹造林政策有密切關(guān)系。隨著國(guó)家退耕還林、植樹造林政策的頒布，商洛市政府積極響應(yīng)，使得商洛市各縣低植被覆蓋度面積減少，中高植被覆蓋度面積增加。

3.2 商洛市植被覆蓋度變化分析

從圖1和圖3可以看出，2007—2017年商洛市植被退化面積為4998.97km2，所占比例為25.18%;穩(wěn)定面積為5444.56km2，所占比例為27.43%；改善面積為5056.68km2，所占比例為25.47%；明顯改善面積為4350.79km2，所占比例為21.92%。商洛市植被退化面積比改善面積少4408.50km2，所占比例為22.21%，這足以說(shuō)明商洛市植被整體情況在趨于改善。

商洛市植被覆蓋度變化空間分布不均勻，整個(gè)區(qū)域植被基本呈現(xiàn)改善趨勢(shì)。鎮(zhèn)安縣、商南縣、商州市以及洛南縣呈現(xiàn)植被明顯改善的趨勢(shì)，究其原因，降雨量的增加，為植被的生長(zhǎng)提供了充分的水源和良好的生存環(huán)境，導(dǎo)致了植被覆蓋面積的增加；商洛市政府在護(hù)林方面加大了投入力度，與此同時(shí)，退耕還林政策的有效實(shí)施一定程度上還原了部分之前被破壞的植被。

商洛市的中心地區(qū)植被覆蓋的變化呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)。經(jīng)分析主要源于3個(gè)方面：自然原因，中心地區(qū)較其它地區(qū)的氣候條件穩(wěn)定，土壤性能穩(wěn)定，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，植被的生存環(huán)境穩(wěn)定良好導(dǎo)致2007—2017年的植被呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)；人為原因，由于此地區(qū)屬于中心商務(wù)區(qū)，經(jīng)濟(jì)較邊緣地區(qū)發(fā)達(dá)，部分植被有專業(yè)的園林人士定期進(jìn)行打理，這就造成了商洛市植被較為穩(wěn)定的情況；商洛市轄區(qū)內(nèi)分布大量的自然保護(hù)區(qū)和森林公園，自然保護(hù)區(qū)和森林公園內(nèi)植被種類豐富，良好的生存環(huán)境使得該區(qū)域植被覆蓋較其它地方更為穩(wěn)定。

3.3 商洛市各縣植被覆蓋度變化分析

從圖1和圖3可以看出，商洛市各縣植被變化并不是完全相同的，呈現(xiàn)明顯的地域差異，各縣植被改善與退化情況互不相同，商南縣改善面積達(dá)1829.67km2，植被覆蓋情況良好，柞水縣退化面積達(dá)1080.19km2，植被退化嚴(yán)重，其余各縣情況穩(wěn)定。

2007—2017年商洛市丹鳳縣植被退化面積為652.4237km2，所占比例為26.76%；植被穩(wěn)定面積為555.4659km2，所占比例為22.78%；植被改善面積為593.1922km2，所占比例為24.33%；植被明顯改善面積為636.9182km2，所占比例為26.12%。與2007年相比，商洛市丹鳳縣植被退化面積比改善面積少577.6867km2，所占比例為23.69%，這說(shuō)明丹鳳縣植被整體情況在趨于改善。丹鳳縣北部趨于穩(wěn)定，中部有類似條帶狀區(qū)域大面積明顯改善，南部地區(qū)也在整體改善，有少量退化區(qū)域，這是因?yàn)轼P冠山自然景區(qū)、商山森林公園、陜西江武關(guān)河省級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于丹鳳縣中南部，政府出臺(tái)政策大力保護(hù)自然景區(qū)，使得丹鳳縣植被整體情況在趨于改善。

2007—2017年商洛市洛南縣植被退化面積為992.41km2，所占比例為35.07%；植被穩(wěn)定面積為973.95km2，所占比例為34.42%；植被改善面積為646.32km2，所占比例為22.84%；植被明顯改善面積為217.32km2，所占比例為7.68%。與2007年相比，商洛市洛南縣植被退化面積比改善面積多128.77km2，所占比例為4.55%，這說(shuō)明洛南縣植被整體情況在趨于退化。洛南縣北部植被退化情況嚴(yán)重，呈現(xiàn)條帶狀，南部也出現(xiàn)少部分植被退化區(qū)域，這是由于洛南縣工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量占用土地，大批工廠的建立，導(dǎo)致植被出現(xiàn)退化。中南部大面積區(qū)域趨于穩(wěn)定，有小面積區(qū)域出現(xiàn)改善和明顯改善的情況，植被改善區(qū)域大致位于秦嶺觀華山景區(qū)，景區(qū)內(nèi)森林覆蓋率高達(dá)95%以上，植被覆蓋情況穩(wěn)定且良好。

2007—2017年商洛市商南縣植被退化面積為191.30km2，所占比例為8.29%；植被穩(wěn)定面積為286.03km2，所占比例為12.40%；植被改善面積為672.41km2，所占比例為29.15%；植被明顯改善面積為1157.26km2，所占比例為50.16%。與2007年相比，商洛市洛南縣植被改善面積比退化面積多128.77km2，所占比例為4.55%，這說(shuō)明洛南縣植被整體情況在趨于退化。商南縣植被出現(xiàn)大面積明顯改善，這是由于金絲大峽谷國(guó)家森林公園分布于商南縣中南部，森林公園內(nèi)植被種類豐富。商南縣西北部分布玉皇尖森林公園，原始森林面積4980hm2，公園內(nèi)有各類植物1669種，資源豐富。這也正是商南縣西北部和東南部出現(xiàn)改善的重要原因。商南縣西部和北部地區(qū)比較穩(wěn)定，北部邊緣“三角”區(qū)域退化，是由于此區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，大量工廠的建立，在經(jīng)濟(jì)走上坡路的同時(shí)不能為植被提供良好的生存環(huán)境。

2007—2017年商洛市山陽(yáng)縣植被退化面積為731.23km2，所占比例為20.81%;植被穩(wěn)定面積為858.73km2，所占比例為24.44%；植被改善面積為925.58km2，所占比例為26.34%；植被明顯改善面積為998.46km2，所占比例為28.41%。與2007年相比，商洛市山陽(yáng)縣植被改善面積比退化面積多1192.81km2，所占比例為33.94%，這說(shuō)明山陽(yáng)縣植被整體情況在趨于改善。山陽(yáng)縣植被覆蓋整體情況良好，改善和明顯改善區(qū)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于退化區(qū)域，植被改善區(qū)域位于天竺山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，位于天竺山林場(chǎng)的天竺山國(guó)家森林公園，面積1058km2，森林覆蓋率高達(dá)88%，山陽(yáng)縣由于天竺山自然保護(hù)區(qū)的存在，植被覆蓋情況良好。

2007—2017年商洛市商州區(qū)植被退化面積為583.23km2，所占比例為21.83%；植被穩(wěn)定面積為810.56km2，所占比例為30.34%；植被改善面積為630.11km2，所占比例為23.58%；植被明顯改善面積為648.10km2，所占比例為24.26%。與2007年相比，商洛市商州區(qū)植被改善面積比退化面積多694.98km2，所占比例為26.01%，這說(shuō)明商州區(qū)植被整體情況在趨于改善。商州區(qū)西部邊緣地區(qū)呈現(xiàn)退化現(xiàn)象，大部分區(qū)域植被覆蓋穩(wěn)定，中部地區(qū)植被明顯改善，商州區(qū)政府為推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)出臺(tái)了環(huán)保政策，近幾年此政策的大力實(shí)施使得商州區(qū)環(huán)境改善，植被覆蓋明顯改善。

2007—2017年商洛市柞水縣植被退化面積為1080.19km2，所占比例為46.52%；植被穩(wěn)定面積為621.34km2，所占比例為26.76%；植被改善面積為377.14km2，所占比例為16.24%；植被明顯改善面積為243.33km2，所占比例為10.48%。與2007年相比，商洛市柞水縣植被退化面積比改善面積多459.72km2，所占比例為19.8%，這說(shuō)明柞水縣植被整體情況趨于退化。柞水縣中西部植被退化嚴(yán)重，東部地區(qū)呈現(xiàn)明顯改善。近年來(lái)，隨著柞水縣人口的增長(zhǎng)，環(huán)境所承載的人口壓力越來(lái)越大，而柞水縣的山嶺地形，使得人口多集中于地勢(shì)相對(duì)較低的中西部，進(jìn)而人類的生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致了植被的退化。東部地區(qū)植被明顯改善是由于牛背梁國(guó)家森林公園、牛背梁國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的存在，境內(nèi)茂密的原始森林有助于植被的培育和生長(zhǎng)。

2007—2017年商洛市鎮(zhèn)安縣植被退化面積為693.23km2，所占比例為19.88%；植被穩(wěn)定面積為1255.65km2，所占比例為36.01%；植被改善面積為1139.78km2，所占比例為32.69%；植被明顯改善面積為398.34km2，所占比例為11.42%。與2007年相比，商洛市鎮(zhèn)安縣植被改善面積比退化面積多844.89km2，所占比例為24.23%，這說(shuō)明鎮(zhèn)安縣植被整體情況在趨于改善。鎮(zhèn)安縣植被情況整體良好，整個(gè)區(qū)域大部分處于穩(wěn)定和改善的狀態(tài)，這是由于鎮(zhèn)安縣注重環(huán)境保護(hù)，先后建立了木王山景區(qū)、塔云山景區(qū)、木王國(guó)家森林公園、鷹嘴石省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，景區(qū)的發(fā)展大力保護(hù)了植被，使得植被逐步改善。

4 結(jié)論與討論

本文主要以NDVI為基礎(chǔ)研究商洛市2007—2017年植被覆蓋度變化，研究結(jié)果表明，2007年商洛市植被覆蓋以低植被覆蓋為主，所占面積為5122.65km2，所占比例為26%；2017年植被覆蓋以中高植被覆蓋為主，所占面積為10945.37km2，所占比例為55.14%；2000—2017年商洛市植被退化面積比改善面積少4408.50km2，所占比例為22.21%，植被整體趨于改善；2000—2017年商洛市各縣植被覆蓋呈明顯的地域分異特征，商南縣改善面積達(dá)1829.67km2，植被覆蓋情況良好，柞水縣退化面積達(dá)1080.19km2，植被退化嚴(yán)重，其余各縣情況穩(wěn)定；基商洛市脆弱、退化的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，在新型資源開發(fā)的時(shí)候需要重視與環(huán)境的矛盾關(guān)系，盡量做到互不排斥，互利互存。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源開發(fā)的同時(shí)，力求環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，為人們創(chuàng)造一個(gè)美好的生存家園。