基于3S技術的東洞庭湖濕地植被的分布與適應性分析

曾光明　龍勇　梁婕　蔡青　黃璐　李曉東　袁玉潔　武海鵬　彭也如　賴旭

摘要：利用2010年環境一號衛星影像提取東洞庭湖濕地植被分布圖，依據同時期的MODIS13數據合成增強植被指數（EVI）年最大值圖與年平均值圖，結合東洞庭湖高程，討論東洞庭湖濕地植被及其生物量空間分布，并從水文因素及植被生長特性等方面分析其原因，推論出蘆葦與湖草等植被的最適宜生長區域.結果說明，東洞庭湖植被及其生物量分布與高程及水環境有很大的相關性，在高程30 m以上且遠離水域區域，主要生長著對水分要求不高的防護林；蘆葦適合生長在27 m高程以上且靠近水域的區域，湖草適合生長在高程為23～27 m間的區域.

關鍵詞：植被；東洞庭湖；生物量；環境衛星；MODIS；增強植被指數

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A

2研究方法與研究內容

2.1數據來源及其特點

本利用了2010年的環境衛星CCD影像與2010年全年MODIS數據以及DEM數據.環境衛星CCD影像是由“環境一號”衛星寬覆蓋多光譜可見光相機拍攝，空間分辨率為30 m，時間分辨率為2d.MODIS數據采用NASA免費提供的覆蓋東洞庭湖地區的MODIS13Q1級產品，該數據空間分辨率為250 m，時間分辨率為16 d，數據集在一定程度上去除了云層等的影響和干擾.大量研究表明，NDVI與EVI等植被指數值與植被生物量成顯著正相關關系，MODIS數據可以根據NDVI值或EVI值的大小來對比植被生物量大小[7-8].DEM高程數據來源于國家科學數據服務平臺（http：//datamirror.csdb.cn/index.jsp），包括兩個部分：ASTER GDEM 30 m分辨率高程數據和SRTM 90 m分辨率高程數據，本文主要利用SRTM數據.

2.2東洞庭湖植被提取

東洞庭湖在豐水期（6-8月）水位較高，大部分湖草與泥沙灘地被水淹沒，不利于對東洞庭湖苔草等湖草灘地與泥炭灘地提取，而枯水期水位較低（其中1月份水位最低），苔草等湖草及泥灘基本露出水面，且各植被灘地光譜特征區別較大，有利于全面且準確地對東洞庭湖灘地進行解譯.東洞庭湖1月與8月份遙感影像特征（波段組合為R：band 4 G：band 3 B：band 2）對比如圖1所示.

從圖1可知，在豐水期大部分植被洲灘被水淹沒，而枯水期（1月份）洲灘基本露出水面，且光譜特征條理分布清晰.根據實地資料與遙感影像對比，防護林（包括人工造林）、蘆荻、湖草、純水域與泥灘地光譜特征區別明顯，說明“環境一號”衛星影像可以用來解譯東洞庭湖植被分布情況，且能達到很好的效果.研究區域各植被分布較為集中，且各植被灘地主要種群比較單一，遙感解譯比較合適.由于洞庭湖“過水為洲，蓄水為湖”的特征，泥炭濕地豐水期被淹沒，枯水期部分露出水面，其與水呈季節性相互轉化，研究將東洞庭湖區劃分為蘆葦灘地、湖草灘地、防護林灘地、泥炭灘地和水域，并將泥炭濕地及水域合稱為非植被灘地.

2.4東洞庭湖高程圖處理

獲取東洞庭湖高程使用的數據為SRTM提供的DEM數據，空間分辨率90 m.為方便研究，在ArcGIS中重采樣到與MODIS影像分辨率一致，得到東洞庭湖高程圖（圖5）.

3結果與討論

3.1東洞庭湖植被分布分析與討論

由植被分布圖（圖2）與東洞庭湖高程圖（圖5）對比分析可知：1）高程23 m以下基本為非植被區，苔草等湖草生長在23～27 m間，蘆葦大部分生長在27 m高程以上且靠近水域，26～27 m間為蘆葦與湖草都有生長的過渡帶，防護林生長在30 m高程以上.2）在蘆葦生長區域，越靠近水域高程越大，這與東洞庭湖多年來的泥沙淤積與蘆葦的促淤作用有一定關系.

綜上所述：1）對不同灘地的EVI指數年最大值及平均值比較結果排序為：蘆葦灘地，防護林灘地，湖草灘地，非植被灘地.2）在相同植被灘地中，蘆葦灘地在靠近水域時高程增大，達29 m以上，且EVI年平均值與年最大值都隨高程的增加而增大，在高地勢且靠近水域的區域EVI值達最大，這與蘆葦對水分的需求及其促淤效應有一定關系.湖草灘地在遠離水域的區域高程越大，且EVI年最大值與年平均值也都隨高程的增加而增大，特別是年平均值，變化趨勢明顯，這說明低高程的湖草水淹時間過長，不利于湖草的生長，而在27 m以上高程，水淹時間大幅減少，湖草灘地容易被更適合在高地勢區域生長的蘆葦代替.

另外，本文利用EVI最大值及平均值研究植被生物量時，由于水淹的影響，使部分生長在低高程處的植被EVI指數偏低，這也是EVI指數隨高程增加而增大的另外一個重要原因，在如何去除水位對EVI值的影響需進一步研究.

3.3植被適應性分析

由東洞庭湖植被及其生物量分析說明，東洞庭湖植被及其生物量分布與高程及水環境有很大的相關性，在高程30 m以上及遠離水域區域，主要是對水分要求不高的防護林灘地；蘆葦適合生長在27 m高程以上且靠近水域的區域，水淹時間很短卻水分充足；湖草適合生長在27 m以下區域，但在23 m高程以下，水淹時間過長，不利于湖草的生長.

4結論

本文通過對東洞庭湖植被分布圖、高程圖、EVI植被指數年最大值合成圖與年平均值計算圖的對比分析，得出結論：

1）蘆葦灘地的EVI值隨高程增加而增大，且在靠近水域區域（蘆葦灘地在靠近水域處高程較其它區域大）EVI指數值達最大；低高程區域的湖草灘地的EVI年最大值與年平均值較其它區域的小，特別是年平均值，變化趨勢明顯，這與低高程區域的湖草水淹時間較長有一定關系.

2）洞庭湖植被及其生物量分布與高程及水環境有很大的相關性，蘆葦適合生長在27 m高程以上且靠近水域的區域，湖草適合生長在27 m以下區域，但若高程太低，水淹時間過長，不利于湖草的生長.

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