2000—2014年隴西縣生態環境質量監測與評價研究

王曄立+何啟明+王小鵬+王寧

摘 要：該文利用2000年的Landsat 5和2014年的Landsat 8衛星遙感數據提取反映生態環境的植被覆蓋度、土壤指數、坡度等因素，在Envi5.1和Arcgis10.2支持下建立生態環境質量評價模型，評價了隴西縣2000-2014年近15a的生態環境變化。結果表明：生態環境質量“差”級面積減少了31.23%，“較差”級面積增加了24.85%，生態環境質量“優”級面積減少了4.30%，“良”級面積增加了8.52%，“中”級面積增加了2.17%；南部和東部地區的生態環境呈現惡化趨勢；生態環境質量顯著變好的區域主要集中在中、北部地區。

關鍵詞：生態環境；植被覆蓋度；土壤指數；坡度；監測

中圖分類號 X835 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）12-69-04

生態環境本身可能具有一定的脆弱性，對這種脆弱性進行分析與評價，對于促進區域可持續發展具有重要的理論意義和現實意義[1]。生態環境質量的優劣程度的評判，主要依靠定性或定量的分析。本文利用2000年的Landsat 5和2014年的Landsat 8衛星遙感數據提取反映生態環境的植被覆蓋度、土壤亮度、坡度等因素，在Envi5.1和Arcgis10.2支持下建立了生態環境質量評價模型，然后用該模型評價了隴西縣2000-2014年15a來的生態環境變化。

1 研究區域概況

隴西縣位于甘肅省東南部，定西市中部，西北黃土高原渭河上游，地處中緯內陸，為溫帶大陸性季風氣候，四季分明，日照充足，氣候溫和。位于東經104°18′48″～104°54′26″，北緯34°50′24″～35°23′54″。全縣地勢自西北向東南傾斜，海拔1 612～2 762m，年平均氣溫7.7℃，平均降雨量436.6mm，多集中在7～9月，其中7～8月降雨量約占全年降雨量的70%。境內山巒重疊，溝壑縱橫，土質疏松。總面積2 408km2，耕地面積7.86萬hm2。是全省43個國家扶貧開發重點縣和國家六盤山連片特困地區扶貧開發重點縣之一[2]。

2 數據來源與處理方法

2.1 數據來源 遙感圖像通過美國USGS（http：//glovis.usgs.gov/）下載，30m分辨率DEM數據由（http：//glcfapp.umiacs.umd.edu）馬里蘭大學地球科學數據中心下載獲得。遙感數據見表1，非遙感影像數據主要包括1：50 000地形圖、隴西縣行政區劃圖等。

表1 遙感數據

[軌道號＼&獲取日期＼&傳感器＼&所用波段＼&空間分辨率（m）＼&130/36＼&2000/6/14＼&Landsat TM5＼&3，4，5＼&30＼&130/36＼&2014/6/14＼&Landsat TM8＼&3，4，5＼&30＼&]

2.2 數據處理 數據處理主要是大氣校正和影像圖與行政區劃矢量圖相疊加裁剪出研究區范圍。

3 研究方法與結果分析

本文選取植被覆蓋度、土壤指數、坡度3個最基本的要素作為評價區域自然生態環境的生態因子。

3.1 植被覆蓋度 在遙感應用領域，植被指數是一種反映地表植被信息的重要指標，已被廣泛地用來定量評價植被覆蓋及其生長狀況[3]。計算公式如下：

NDVI=（ρNIR-ρR）/（ρNIR+ρR） （1）

式（1）中：ρNIR為近紅外波段的反射率；ρR為紅光波段的反射率。在Landsat-5TM分別為第4波段和第3波段，在Landsat-8TM中分別為第5波段和第4波段。

植被覆蓋度是根據前人研究的NDVI估算模型：

FC=（NDVI-NDVImin）/（NDVImax-NDVImin） （2）

式（2）中：NDVI是歸一化指標指數，NDVImax表示區域最大NDVI值，NDVImin表示區域最小的NDVI值。由于圖像中不可避免的存在著噪聲，NDVImax和NDVImin并不一定是最大NDVI值和最小的NDVI值，可以根據直方圖分別取兩頭“拐點處”的值。

3.2 土壤指數 土壤指數同樣采用裸土植被指數：

GRABS=M1-0.09178N1+5.58959 （3）

式（3）中：M1和N1分別為穗帽變換的綠度指數和土壤亮度指數。

3.3 坡度 侵蝕量和坡度呈正相關。地形模型計算，選擇/Terrain/Topographic Modeling，選擇DEM-30m文件，在Topo Model Parameters面板中，選擇Slope。

4 結果與分析

4.1 生態因子歸一化分析 因子因量綱不一致，必須歸一化化，按照它們正向影響的大小，劃分級別。

4.1.1 植被覆蓋度 植被覆蓋度分為10級，詳見表2。2000年和2014年的植物覆蓋度見圖1、圖2。

4.1.2 土壤指數 土壤指數劃分為10級，質量越好值越大，見表3。2000年和2014年的土壤指數見圖3、圖4。

4.1.3 地形因子 劃分10級坡度類型，坡度小分值高，見表4。2010-2014年坡度分級見圖5。確定好歸一化對照表后，利用ENVI下的密度分割工具進行歸一化處理。

4.2 生態環境評價 按照國家環境監測總站制定的《生態環境質量評價技術規范》中提出的評價指標體系，將生態環境質量狀況（EI）劃分為5級，即優、良、一般、較差和差[4]，見表5。2000年和2014年生態環境評價見圖6、圖7。選擇的評價模型是指數法與綜合指數法：

EI=W1×Sv+W2×Ss+W3×St （4）

式（4）中：W1=0.7（植被覆蓋度系數），W2=0.2（土壤指數系數），W3=0.1（坡度系數），Sv為植被覆蓋度，Ss為土壤指數，St為坡度分級。

4.3 生態環境變化狀況分析 依據生態環境狀況變化度分級，將隴西縣2014年生態環境質量綜合評價結果與2000年綜合評價結果進行對比（圖6、7），得到了隴西縣生態環境質量狀況變化結果（表6）。由表6可知：（1）隴西縣的生態環境質量總體上有所提高。隴西縣生態環境質量變差的占4.21%，無變化的占8.25%，變好的占66.16%。生態環境質量“差”級面積減少了31.23%，“較差”級面積增加了24.85%，生態環境質量“優”級面積減少了4.30%，“良”級面積增加了8.52%，“中”級面積增加了2.17%，說明隴西縣生態環境質量總體上得到了有效的提高。（2）隴西縣2000-2014年生態環境質量等級以“較差”和“差”為主。由圖6、7和表6可以看出：隴西縣生態環境質量等級以“較差”級和“差”級為主，2000年二者面積合占約60%，2014年二者面積合占約56%。（3）中、北部地區生態環境質量顯著變好。（4）南部和東部地區的生態環境呈現惡化趨勢。生態環境狀況由中部、北部兩側向南部和東部地區逐漸變差。

參考文獻

[1]黃黎，沈連峰，吳明作，等.河南省生態環境脆弱性評價與分析[J].環境監測管理與技術，2006（4）：596-599.

[2]王桂琴.隴西縣耕地土壤養分狀況評價[J].甘肅農業，2013（13）：25-26.

[3]周文英，何彬彬.四川省若爾蓋縣生態環境質量評價[J].地球信息科學學報，2014（3）：314-318.

[4]王娟敏，楊聯安，高雪玲，等.陜西省生態遙感監測與評價研究[J].水土保持通報，2006（12）：52-54.

（責編：張宏民）