基于Arcgis紫云苗族布依族自治縣石漠化調(diào)查及特征分析

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石漠化

在中國石漠化是西部的代名詞，特別是貴州等地。貴州地區(qū)喀斯特石漠化比較嚴重。喀斯特石漠化是土地荒漠化類型之一，主要指在熱帶、亞熱帶濕潤、半濕潤氣候條件和巖溶及其發(fā)達的自然背景下，受人為干擾，使地表植被破壞，造成土壤侵蝕程度嚴重，基巖大面積裸露，土地退化的表現(xiàn)形式[1]。

貴州處于世界喀斯特最復(fù)雜、類型最齊全、分布面積最大的東南亞喀斯特區(qū)域中心，是我國面積最大、災(zāi)害最嚴重的省份[2]。紫云苗族布依族自治縣屬于貴州省安順市，紫云苗族布依族自治縣在省內(nèi)喀斯特石漠化情況較嚴重。喀斯特石漠化的研究目前在我國正在大力推進，國內(nèi)外學(xué)者采用衛(wèi)星遙感方法對石漠化信息進行提取研究分析。根據(jù)研究表明，這與傳統(tǒng)的地面調(diào)查相比，遙感的方法具有覆蓋范圍廣、多時相、經(jīng)濟快捷和歷史數(shù)據(jù)豐富等優(yōu)勢，在喀斯特石漠化信息提取和評價中有著巨大的潛力和應(yīng)用價值。利用衛(wèi)星遙感結(jié)合GIS技術(shù)獲取的各類信息，在此基礎(chǔ)上，揭示石漠化的動態(tài)演變過程、特征、成因以及影響因素，對治理石漠化的效果進行評估并提出相應(yīng)對策[3]。

在國內(nèi)學(xué)者對石漠化進行研究的同時，石漠化的提取方法層出不窮，人機交互解譯、綜合指數(shù)法，高光普分析等。在此我采用的是綜合指數(shù)法。綜合指數(shù)法是綜合考慮遙感、基巖、地質(zhì)、植被、土壤、地貌、土地利用信息，建立石漠化綜合指標，對石漠化信息進行提取和分級[4]。該方法從多方面考慮可能會影響石漠化形成的因素，對石漠化信息進行綜合提取。

一、數(shù)據(jù)與方法

(一)研究區(qū)概況

紫云苗族布依族自治縣隸屬于貴州省西南部安順市，地處E105°55′～106°29′，N25°21′～26°03′。全縣面積2310.68km2，境內(nèi)平均海拔1000～1300M，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫15.3℃，無霜期288d，年日照數(shù)1440h，年降水量1337mm。

境內(nèi)的地層以二迭系和三迭系分布最廣，是中國典型的喀斯特地貌，沉積巖和碳酸鹽巖體形成眾多的溶洞群，分布廣泛，類型齊全。其中山地占總面積的77.8%。境內(nèi)地勢南北高而中部平緩，東西兩側(cè)向外傾斜，西部山脈屬烏蒙山系，其余為苗嶺山系。

(二)技術(shù)路線

本研究采用綜合指數(shù)法進行紫云苗族布依族自治縣的石漠化信息提取。從歸一化巖石指數(shù)(NDRI)、歸一化差分植被指數(shù)(NDVI)、研究區(qū)坡度數(shù)據(jù)，三個對石漠化影響較大的因素提取石漠化信息[5]。首先石漠化分級問題，根據(jù)喀斯特石漠化定義，石漠化分類應(yīng)具有綜合性，同時還要考慮環(huán)境問題。石漠化在空間分布上存在差異，在恢復(fù)重建時存在難易差異科學(xué)劃分石漠化等級，建立相應(yīng)的解譯標志，才能準確反映當(dāng)時狀況，綜合考慮主導(dǎo)因素、可操作性、相對一致性等原則，結(jié)合研究區(qū)的實際，提出喀斯特石漠化5級分類標準(表1)[5-7]。作為紫云喀斯特石漠化等級劃分標準。分級賦值作為石漠化提取過程中的重要依據(jù)。

表1 喀斯特石漠化分級標準表

(三)數(shù)據(jù)來源

研究使用Landsat5遙感影像(地理數(shù)據(jù)云)，紫云苗族布依族自治縣行政矢量邊界(收集)。同期高分辨率Google Earth影像(91衛(wèi)圖助手)。

(四)數(shù)據(jù)處理

研究中的圖件統(tǒng)一采用UTM投影，統(tǒng)一采用GCS-WGS-1984地理坐標系。使用遙感圖像處理軟件ENVI5.1對影像進行預(yù)處理投影、輻射校正、研究區(qū)裁剪。根據(jù)綜合考慮，假彩色圖像采用Landsat5中(TIR+NIR+BLUE)的波段組合對碳酸巖進行表達[1]，得到紫云苗族布依族自治縣(圖1)。通過影像特征和Google Earth影像對比可明顯區(qū)分出喀斯特地區(qū)。

圖1

(五)提取分析

利用矯正過的Landsat5遙感影像在ENVI5.1中計算提取歸一化差分植被指數(shù)計算植被覆蓋(圖2)

計算歸一化差分植被指數(shù)：

(1)

在ENVI5.1利用Band Math將NDVI小于0的值賦值為0，B1為NDVI：

NDVI=((B1 lt 0)*0)+((B1 ge 0)*B1)

(2)

在ENVI5.1利用Band Math計算植被覆蓋度Fv，NDVI是歸一化差分植被指數(shù)、NDVImin是歸一化差分植被指數(shù)的最小值、NDVImax是歸一化差分植被指數(shù)的最大值：

(3)

根據(jù)表1將Fv分級賦值；

在ENVI5.1中提取歸一化巖石指數(shù)計算巖石裸露率(圖3),由于裸露碳酸鹽巖和石灰土等在短波紅外波段(SWIR,2000～2400nm)有顯著差異[8]，所以采用此計算公式

(4)

在ENVI5.1利用Band Math計算巖石裸露率Fr，NDRI是歸一化巖石指數(shù)、NDRImin是歸一化巖石指數(shù)的最小值、NDRImax是歸一化巖石指數(shù)的最大值：

(5)

根據(jù)表1將Fr分級賦值；

利用紫云苗族布依族自治縣DEM高程數(shù)據(jù)在Arcgis map中提取紫云苗族布依族自治縣坡度數(shù)據(jù)(圖4)，根據(jù)表1將紫云苗族布依族自治縣坡度數(shù)據(jù)分級賦值。

圖2

圖3

圖4

將得到的結(jié)果紫云苗族布依族自治縣植被覆蓋度Fv的分級賦值圖、巖石裸露率Fr的分級賦值圖、坡度的分級賦值圖在Arcgis中疊加分析，根據(jù)表1劃分出紫云苗族布依族自治縣石漠化分級圖(圖5紫云苗族布依族自治縣石漠化分級圖)。

圖5

二、結(jié)果與分析

通過紫云苗族布依族自治縣石漠化所占比例圖(圖6)可以看出：非石漠化地區(qū)占研究區(qū)的58%、潛在石漠化占比14%、輕度石漠化占比13%、中度石漠化占比14%、重度石漠化占比1%。研究區(qū)重度石漠化占比最少，非石漠化地區(qū)所占面積超越一半。重度石漠化、中度石漠化、輕度石漠化一共占比28%，石漠化區(qū)域占比研究區(qū)的28%，證實紫云苗族布依族自治縣是貴州石漠化較嚴重區(qū)域。且石漠化區(qū)域主要集中在研究區(qū)兩旁峰叢之間，中部以及北部石漠化面積相對較少。其中重度石漠化面積在研究區(qū)中部，海拔較高的山脊。

各級石漠化比例如圖6所示。

圖6 紫云苗族布依族自治縣石漠化比例圖

根據(jù)研究區(qū)石漠化分布圖與研究區(qū)假彩色圖像疊置分析石漠化主要集中在喀斯特典型區(qū)域，喀斯特峰叢是最易產(chǎn)生石漠化的地區(qū)。研究區(qū)中重度石漠化只占1%，中度石漠化和輕度石漠化以及潛在石漠化所占比例相同且比重度石漠化多出13-14倍。研究區(qū)石漠化有繼續(xù)擴大趨勢。保護石漠化已是迫在眉睫之事，應(yīng)加深群眾對石漠化形成、石漠化危害、以及石漠化難治理的認知。

三、結(jié)論與討論

本文通過綜合指數(shù)法提取紫云苗族布依族自治縣石漠化信息，結(jié)合研究區(qū)當(dāng)?shù)厍闆r，對石漠化影響較大的三個因素提取，再綜合的方法得到的石漠化信息。分析研究區(qū)石漠化走向趨勢，得到石漠化在研究區(qū)存在的地理方位，對當(dāng)?shù)仡A(yù)防石漠化、治理石漠化提供有利幫助。

對石漠化治理提出幾點建議：

(1)嚴格保護耕地和基本農(nóng)田。

(2)加強群眾石漠化危害認識。

(3)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)研究區(qū)各行業(yè)人士土地利用。

(4)生態(tài)優(yōu)先，協(xié)調(diào)為主。

研究中也存在許多不足需要進一步改進。例如研究中利用Landsat5影像相比Landsat8更新早，不能夠全面證實石漠化分布。綜合指數(shù)法的因素不夠全面，對于石漠化的分級不夠細致。

之后的時間筆者會加以完善，提出更全面的理論和方法對石漠化治理付以綿薄之力。

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