塔里木河干流土地利用/覆被變化與植被蓋度研究

張衛(wèi)國

(新疆水文水資源局站網(wǎng)處，烏魯木齊830000)

塔里木河干流土地利用/覆被變化與植被蓋度研究

張衛(wèi)國

(新疆水文水資源局站網(wǎng)處，烏魯木齊830000)

利用相關(guān)資料的遙感數(shù)據(jù)，對塔里木河干流2005和2010年土地利用類型和歸一化植被指數(shù)的空間變化特征進(jìn)行了分析，探究土地利用/覆蓋變化對植被蓋度變化的影響。結(jié)果表明:土地利用類型以其他和草地為主，覆蓋率約為65%，2010年相比2005年天然植被減少4.37×104hm2，占總面積的1.04%，耕地的面積增加最多，增幅為21.70%，高覆蓋度草地利用類型減少最多，為5.95%，農(nóng)田的面積的不斷擴(kuò)大是以林地和草地面積減少為代價，說明人類干擾程度不斷增強(qiáng)土地利用/覆蓋變化和荒漠化有著密切的關(guān)系，從植被覆蓋度空間情況看，植被覆蓋隨著離河道距離的增加逐漸降低，植被蓋度平均值僅為0.085，極低覆蓋度和低覆蓋度比重較大，占總面積的90%以上，而中覆蓋度和中高覆蓋度比重次之，占總面積的4.71%，高覆蓋度以農(nóng)田為主，分布比較集中。各土地利用類型對植被蓋度的貢獻(xiàn)各異，中高覆蓋度和高覆蓋度以耕地的貢獻(xiàn)最大。

土地利用/覆被變化;NDVI;植被蓋度;塔里木河干流

TV213.4

B

0 引言

塔里木河位于塔里木盆地腹地，是中國也是世界著名的內(nèi)陸河，具有自然資源豐富和生態(tài)環(huán)境脆弱的雙重性特征。

隨著歷史的變遷以及近代人類活動的影響的加劇，尤其是綠洲農(nóng)業(yè)的開發(fā)，塔河流域已經(jīng)發(fā)生了巨大的演變，各個水系逐步支解并脫離與干流的聯(lián)系，水土資源和生物資源不合理地開發(fā)利用，導(dǎo)致該流域環(huán)境問題日趨嚴(yán)重。

中國的許多學(xué)者及時跟蹤LUCC研究的國際動向，積極開展LUCC研究，取得了具有中國特色的豐碩成果，也有學(xué)者對塔里木河流域LUCC進(jìn)行了探討。

植被覆蓋度作為水土流失、景觀格局等研究的重要影響因子，對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展都有著重要意義。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

塔里木河流域地處我國西部干旱區(qū)，流域面積4 195萬km2，其中干流由3條支流阿克蘇河、和田河、葉爾羌河的匯合口肖夾克起算至臺特瑪湖，全長1 321 km，流域面積1.76 萬 km2［21］。地理位置處于E81°51'～88°30'和 N39°30'～41°35'，塔里木河干流按地貌特點分為3段:

1)從肖夾克至英巴扎為上游，河道長495 km。

2)英巴扎至恰拉為中游，河道長398 km。

3)恰拉以下至臺特瑪湖為下游，河道長428 km。

塔河干流屬大陸性暖溫帶極端干旱氣候，多年平均氣溫10.7℃，多年平均降水量17.4～42.8 mm，蒸發(fā)能力為1 121～1 636 mm，干旱指數(shù)為28～80，屬極端干旱地區(qū)。

該地區(qū)植被類型屬暖溫帶稀疏灌木、半灌木未利用地地帶，主要建群種有胡楊、檉柳、蘆葦、羅布麻和花花柴等。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

根據(jù)2005年和2010年塔里木河干流地區(qū)土地利用現(xiàn)狀分類，結(jié)合作者研究區(qū)域的實際情況和研究目的，將研究區(qū)主要劃分為12種土地利用類型:其他(沙地等未利用土地)、干流河道、道路、居民點、水庫、耕地、灘涂、疏林地、有林地、低覆蓋度草地、高覆蓋度草地和支流河道。

1.2.2 植被蓋度的計算方法

植被覆蓋度指植被冠層的垂直投影面積與土壤總面積之比。

利用綠色植物在紅光波段和近紅外波段反射光譜的明顯差異，NDVI增強(qiáng)了對植被的響應(yīng)能力，常常被用來研究區(qū)域和全球植被活動狀態(tài)的重要指標(biāo)。

NDVI的值介于－1和1之間，一般認(rèn)為生長季節(jié)NDVI＞0表示有植被覆蓋，其值增加表示綠色植被的增加，超過0.5表明植被生長狀態(tài)好，覆蓋密度大［1－2］。

本文以植被指數(shù)估算植被蓋度，利用歸一化植被指數(shù)NDVI，又稱標(biāo)準(zhǔn)化植被指數(shù)，建立了歸一化指數(shù)定量估計植被蓋度模型。

計算公式為:

式中:CH3代表TM影像第三通道的反射值;CH4代表TM影像第四通道的反射值。

利用NDVI計算植被覆蓋度的模型在實際應(yīng)用中是最方便也最普遍的，植被蓋度通過其與NDVI植被指數(shù)之間的關(guān)系得出的公式為:

式中:NDVI為所求像元的歸一化植被指數(shù);NDVImin、NDVImax分別為非植被覆蓋部分(裸地和未利用地)和植被覆蓋部分(林地、草地和耕地)歸一化植被指數(shù)值的最小值和最大值，由于不可避免存在噪聲，NDVImax和NDVImin一般取一定置信度范圍內(nèi)的最大值與最小值，根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)，確定NDVImax=0.7，NDVImin=0。

1.2.3 植被蓋度等級的劃分

根據(jù)水利部1996年頒布的《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—96)，將植被蓋度分為5級，分類標(biāo)準(zhǔn)如下:

1)Ⅰ級主要是強(qiáng)度沙化土地、裸地或水體。

2)Ⅱ級主要是疏林地、低產(chǎn)草地、荒耕地。

3)Ⅲ級主要是中產(chǎn)草地、低郁閉林地。

4)Ⅳ級主要是灘地、中高產(chǎn)草地、林地。

5)Ⅴ級主要是耕地。

具有標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 植被覆蓋度分類標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用變化

2005—2010年塔里木河干流區(qū)土地利用/覆被變化顯著，見表2。研究區(qū)的總面積為415.21萬hm2。

表2 塔河干流2005—2010年土地利用變化

2005年塔河干流各土地利用類型面積大小順序依次為:其他＞高覆蓋度草地＞低覆蓋度草地＞疏林地＞有林地＞耕地＞干流河道＞水庫＞支流河道＞灘涂＞居民點＞道路，分別占總面積的55.26%、11.65%、10.22%、7.88%、6.49%、6.48%、0.92%、0.43%、0.31%、0.28%、0.06%和0.04%。

2010年土地利用類型面積大小順序依次為:其他＞低覆蓋度草地＞耕地＞疏林地＞有林地＞干流河道＞水庫＞支流河道＞灘涂＞居民點＞道路，分別占總面積的54.88%、10.95%、10.16%、7.88%、7.75%、6.32%、0.92%、0.45%、0.30%、0.27%、0.07%、0.04%。

近5 a間，居優(yōu)勢地位的土地類型仍是沙地等未利用土地，占到了總面積的一半以上。因此，該地區(qū)土地變化始終是在荒漠和裸地為基質(zhì)的基礎(chǔ)上發(fā)生的。

各土地利用類型間存在著相互轉(zhuǎn)移，其中以高覆蓋草地和有林地轉(zhuǎn)化為耕地的絕對量最大，人類活動干擾使未利用土地面積減少［3－6］。

2.2 植被蓋度變化

植被指數(shù)是遙感監(jiān)測地面植物覆蓋程度的常用指數(shù)。其中歸一化植被指數(shù)是最廣泛應(yīng)用的植被指數(shù)，是植物生長狀態(tài)和植被空間分布密度的指示因子，與植被分布密度呈線性相關(guān)。

塔里木河干流2010年植被按上文劃定的5種覆蓋度類型進(jìn)行分類的植被蓋度。說明了塔里木河植被分布以河流廊道為核心，荒漠河岸植被對水源的依賴性。

由植被蓋度圖和野外實地調(diào)查可以得出，極低覆蓋度主要分布在遠(yuǎn)離河道的荒漠地區(qū)，分布范圍最廣，低覆蓋度分布在距離河道較遠(yuǎn)的區(qū)域，主要為草本和灌木類植被，中覆蓋度和中高覆蓋度分布在離河道較近的區(qū)域，主要為荒漠胡楊林地，高覆蓋度分布比較集中，對照土地利用類型圖可知，主要為耕地［7－9］。

2.3 不同土地利用類型的植被蓋度變化

根據(jù)植被蓋度的劃分等級對2010年土地利用類型(主要類型為林地、草地、其他和耕地)進(jìn)行等級劃分，得出塔河干流在2010年不同土地利用類型的植被蓋度面積圖見圖1。

圖1 植被覆蓋度變化圖

塔里木河干流極低覆蓋度比重最大，占總面積的64.7%，低覆蓋度較大，占23.6%，中覆蓋度和高覆蓋度比重次之，分別占總面積的4.2%和3.1%，中高覆蓋度比重最小，僅占總面積的2.2%。

塔河干流其他類型土地覆蓋所占比例最大，占總面積的54.76%，林地、草地和耕地三者約占總面積的42.95%，剩余其他土地利用類型的植被覆蓋度覆蓋率相對較低［10－11］。

2010年各土地利用類型的5個植被蓋度等級面積具有明顯差異，Ⅰ級為其他＞草地＞林地，Ⅱ級為草地＞林地＞其他，Ⅲ級為草地＞林地＞其他，Ⅳ級為草地＞林地＞其他，Ⅴ級為耕地＞草地＞林地＞其他。

隨著覆蓋度的增加，林地呈現(xiàn)先增長后減小的趨勢，Ⅱ級林地面積最大，占61.15%;草地與林地變化趨勢相同，Ⅱ級草地面積最大，占55.69%;其他類型主要為荒漠等未利用土地，呈現(xiàn)線性的遞減的趨勢，耕地的覆蓋度在研究區(qū)最大，從土地利用矢量圖可以看出，耕地與Ⅳ級、Ⅴ級的分布范圍基本重合，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級的耕地主要原因是耕地內(nèi)都有一定程度的林木覆蓋［12］。

研究區(qū)其他土地利用類型主要為荒漠和裸地，Ⅰ級占到96.57%，誤差＜5%。如果將Ⅳ級和Ⅴ級耕地作為凈耕地，則凈耕地系數(shù)為0.60，塔河干流凈耕地面積19.59×104hm2，與塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃的2005年總灌溉面積干流87 000 hm2相差較大，說明近年來塔河干流人類過度開墾嚴(yán)重。

4 結(jié)論

1)土地利用/覆蓋變化和荒漠化有著密切的關(guān)系，土地覆蓋土地變化始終是荒漠和裸地處于基質(zhì)地位，2010年相比2005年天然植被減少4.37×104hm2，占總面積的1.04%，其中耕地的面積增加最多，增加幅度為21.70%，高覆蓋度草地土地利用類型減少的最多，為 5.95%［13］。

隨著農(nóng)田的面積的不斷擴(kuò)大，人類對土地利用的干擾程度不斷增強(qiáng)，生態(tài)退化趨勢較為嚴(yán)重，不穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2)2010年植被NDVI值在－1～0.96之間變化，植被蓋度介于0～1之間，平均值為0.085，植被覆蓋狀況差。

從植被覆蓋度空間情況看，塔河干流植被分布以河流廊道為核心，極低覆蓋度和低覆蓋度比重較大，占總面積的90%以上，而中覆蓋度和中高覆蓋度比重次之，占總面積的4.71%，高覆蓋度以農(nóng)田為主，分布比較集中［14］。

3)中高覆蓋度和高覆蓋度以耕地的貢獻(xiàn)最大，耕地系數(shù)為0.6;草地和林地次之;其他類型覆蓋度最小，解譯誤差 ＜5%［15］。

林地和草地的貢獻(xiàn)主要為極低覆蓋度和低覆蓋度。為維護(hù)干旱內(nèi)陸河流域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，盡量減少水土流失等不利因素的影響，保持整個流域的良好植被覆蓋狀態(tài)。

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Study on Land Use/Cover Change and Vegetation Coverage in Tarim River Mainstream

ZHANG Wei-guo
(Internet Department of Xinjing Hydrology and Water Resources Bureau，Urumchi 830000，China)

By using the relevant remote sensing data，land use spatial variation types and normalized difference vegetation index are analyzed in 2005 and 2010 in Tarim River mainstream and the influence of land use/cover change on the vegetation coverage is discussed.The results show that:Land use types are mainly other type and grassland，with coverage rate about 65%.Compared to 2005，the natural vegetation reduces 4.37 ×104hm2in 2010，accounting for 1.04%of the total area.The cultivated land area increased the most，an increase of 21.70%，high coverage grassland utilization types decreased most，5.95%.Expanding farmland area is at the expense of forest and grassland，indicating the increasing human interference;Land use/cover change and desertification has close relationship.Base on the space distribution of vegetation coverage，the vegetation coverage reduces gradually with the distance from the river，with average 0.085 and over 90%the lowest and low vegetation coverage，and middle and middlehigh coverage only account for 4.71%.High coverage is mainly the farmland，the concentrated distribution;the different land use types have the different contribution to vegetation coverage;farmland has the largest contribution for the middle-high coverage and high coverage.

land use;cover change;NDVI;vegetation coverage;Tarim River mainstream

1007－7596(2014)07－0001－04

2014－02－25

張衛(wèi)國(1966－)，男，河南南陽人，工程師。