沱江流域植被格局與土地利用相關(guān)性分析

張仕海

(四川大學(xué) 四川 成都 610065)

隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，社會(huì)文明也日益繁榮，土地使用量越來(lái)越大，植被變化已經(jīng)成為了一個(gè)困擾世界各國(guó)的難題。植被能夠使水體、土壤與大氣之間實(shí)現(xiàn)相互溝通。筆者以長(zhǎng)江上游沱江流域?yàn)槔治鐾恋乩门c植被格局之間相關(guān)性。在自然環(huán)境與人類(lèi)活動(dòng)變化的過(guò)程中，土地覆蓋變化產(chǎn)生的影響在一定的程度上與地表植被開(kāi)發(fā)的情況有密切關(guān)系[1]；土地利用階段，在一定的范圍與地表覆蓋、土地利用方式與程度有密切聯(lián)系，故而做好植被土地相互研究意義重大。

一、土地利用時(shí)空變化特征

分析圖1-1可知，在2013-2015年期間，沱江流域土地利用變化出現(xiàn)的變化的形態(tài)，相關(guān)的流域土地利用產(chǎn)生的變化性，但是主要的變化方式還是體現(xiàn)在草地、林地以及耕地這幾個(gè)方面，此類(lèi)型的利用率>90%。

圖1-1 沱江流域2014年和2016年土地利用圖

在2014年到2016年之間，除開(kāi)耕地面積減少外，其他類(lèi)型的面積都處于增長(zhǎng)的形態(tài)，其中增長(zhǎng)面積最大，相關(guān)比例約為16%，但是基數(shù)不大，面積增長(zhǎng)比不大，相關(guān)面積分別是7.65km2和0.01km2。而林地面積與草地增長(zhǎng)面積上升率也僅僅為1%左右，但是面積上其增加效果較高，分別是20.08km2和28.61km2，而耕地的面積則減少到了56.7km2。

在2014年到2016年的3月期間，出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)的主要是土地利用率方面，這說(shuō)明生態(tài)環(huán)境的保護(hù)成績(jī)得到提升。另外，由于城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，建設(shè)用地面積得到擴(kuò)大，這也代表著未來(lái)的非點(diǎn)源與點(diǎn)源是主要的研究對(duì)象，處理壓力會(huì)隨之增加。

二、植被NDVI與土地利用的關(guān)系

由于土地利用的類(lèi)型不同，會(huì)呈現(xiàn)出不同形式的地表覆被特征。與此同時(shí)，土地利用狀況的變化量也會(huì)通過(guò)地表的植被狀況進(jìn)行全面呈現(xiàn)。所以，一定要對(duì)土地與植被兩者之間的關(guān)系進(jìn)行充分研究，為其相互替代提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

從表4-2，4-3，的數(shù)據(jù)來(lái)看，2014年至2016年，該地區(qū)的土地類(lèi)型NDVI值發(fā)生了翻天覆地的變化。在短短的三年時(shí)間內(nèi)，整體的植被NDVI得到了大幅度的增加。尤其是在耕地和林地方面，增長(zhǎng)速度加劇。但是從建設(shè)用地、未能夠得到有效使用的土地情況來(lái)看，整體的增長(zhǎng)速度偏低。由此觀之，從側(cè)面說(shuō)明沱江流域內(nèi)部的土地利用狀況發(fā)生了明顯的改善，并更好地服務(wù)于后期的綠化提升。對(duì)植被的NDVI值進(jìn)行了比較研究，按照倒序的排列方式進(jìn)行了排序，即林地→耕地→草地→建設(shè)用地→未利用地。

但從植被NDVI值變異系數(shù)來(lái)看，在同一流域內(nèi)，由于土地利用類(lèi)型不同，會(huì)在不同的區(qū)域內(nèi)部呈現(xiàn)出弱變異的特征。

按照林地草地以及建設(shè)用地的不同區(qū)塊的功能進(jìn)行排序，我們可以將整體的變異系數(shù)按照倒序的方式進(jìn)行排列，即：建設(shè)用地>耕地>草地>林地。從側(cè)面說(shuō)明，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋度較好，那么整體的NDVI變化幅度相對(duì)平穩(wěn)。

結(jié)合2014至2016年的相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，我們發(fā)現(xiàn)建設(shè)用地、耕地的整體CV值已經(jīng)增加到了全新的高度，目前分別到達(dá)了39.7%、13.7%；林地、草地依次減少了16.2%、19%。從當(dāng)前的數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看，在長(zhǎng)達(dá)11年的治理時(shí)間內(nèi)，該地區(qū)的林地與草地已經(jīng)得到了初步的恢復(fù)，降低了空間異質(zhì)性；至于耕地與建設(shè)用地方面的內(nèi)容，內(nèi)部的空間差異表現(xiàn)得尤為明顯。除此之外，如果一個(gè)區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋度較高，植被NDVI指數(shù)很容易到達(dá)嚴(yán)重的飽和狀態(tài)，這可以很好地解釋沱江流域內(nèi)部草地、林地變異系數(shù)降低的現(xiàn)象。

三、土地利用與植被覆蓋度兩者之間的關(guān)系

(一)計(jì)算植被覆蓋度的方法

結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)內(nèi)容[2][3]，借助“像元二分模型”，在ArcGIS10.2中植被的覆蓋度進(jìn)行反演測(cè)算，具體公式如下：

Fc=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

在這個(gè)公式中，植被覆蓋度用Fc表示；沒(méi)有植被覆蓋的區(qū)域的NDVI值則用NDVIsoil表示；至于純植被像元的NDVI值，通常會(huì)選擇用NDVIsoil進(jìn)行呈現(xiàn)。從實(shí)際的應(yīng)用效果來(lái)看，常用的累積頻率依次為0.5%、99.5%。

(二)植被覆蓋度在不同土地中的利用表現(xiàn)

圖1-7能夠全面顯示出植被覆蓋度在不同體土地利用類(lèi)型中的實(shí)際情況。由此可知，在2000年至2010年這11年間，植被覆蓋度在土地利用類(lèi)型中按照以下的順序進(jìn)行大小排列，即：林地>草地>耕地>建設(shè)用地。由于這11年間的植被覆蓋度正在逐年增加，基本上能夠保持20%的年增長(zhǎng)率。至于相關(guān)的變異系數(shù)，兩個(gè)不同的時(shí)期都已經(jīng)≥10。從具體的內(nèi)容來(lái)看，建設(shè)用地變化最大，而林地與草地基本上保持穩(wěn)定狀態(tài)。和2014年相比，2016年的植被覆蓋度變異系數(shù)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。

圖1-2 植被NDVI統(tǒng)計(jì)在土地利用類(lèi)型中的表現(xiàn)

(三)植被覆蓋度分級(jí)受土地利用的影響度

在對(duì)土地植被覆蓋度的解析度分析上，一般會(huì)選擇“冗余分析法(RDA)”對(duì)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行分析。結(jié)合草地、耕地、林地以及建設(shè)用地這四項(xiàng)內(nèi)容，將其中的累積解釋度作為最終的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

借助“冗余分析法(RDA)”全面分析不同的土地類(lèi)型以及表層的植被覆蓋度狀況，具體情況詳見(jiàn)圖2-8從圖中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可知，通過(guò)比對(duì)六種不同的方案，認(rèn)為林地、草地以及耕地之間的關(guān)系比較緊密。

至于建設(shè)用地和其它的未知用地，在劃分過(guò)程中存在著不同的差異。從方案1來(lái)看，兩種植被覆蓋度在較低與較高水平之間存在著緊密的聯(lián)系；在方案2中，較低層面的植被覆蓋率整體的相關(guān)度相對(duì)較高。至于方案6中的相關(guān)內(nèi)容，主要表現(xiàn)在較高、高植被覆蓋度上。從側(cè)面說(shuō)明，植被覆蓋率的劃分狀況會(huì)使植被覆蓋度發(fā)生面積上的變化，進(jìn)而影響到覆蓋度的范圍。在這樣的情況下，可以有效地顯示出植被覆蓋度與土地利用狀況之間的關(guān)系：水域、建設(shè)用地以及其它方面的用地和低植被覆蓋度之間存在著密切的關(guān)系；林地與高植被覆蓋度之間關(guān)系密切，之后就是耕地和草地。從六種方案的內(nèi)容來(lái)看，土地利用在較高或較低植被覆蓋度上表現(xiàn)出較為復(fù)雜的關(guān)系。從方案1-3來(lái)看，建設(shè)用地以及相關(guān)的水域和較低植被覆蓋度之間關(guān)系緊密。至于耕地，則和較高植被覆蓋度有關(guān)；方案2-6呈現(xiàn)出了林地與較高植被覆蓋度之間的內(nèi)容。借助冗余分析法，我們認(rèn)為植被覆蓋度和土地利用之間相關(guān)性明顯。

圖1-3 植被覆蓋等級(jí)和土地利用類(lèi)型兩者之間的RDA排序圖

從圖表的數(shù)據(jù)可知，累計(jì)解釋率數(shù)值較大的是方案5。從中可知，假若能夠按照該方案進(jìn)行植被覆蓋度的劃分，那么整體的土地利用類(lèi)型解釋率可以達(dá)到了88.8%。另外，該方案也能夠展現(xiàn)出建設(shè)用地與低植被覆蓋度之間的緊密關(guān)系。耕地、草地和較低植被覆蓋率之間的關(guān)系比較明顯；至于較高植被覆蓋度，則和草地、林地關(guān)系最大。

四、結(jié)論

(1)2013-2015年，沱江流域內(nèi)部出現(xiàn)了較大的土地利用變化。這種變化雖然表現(xiàn)得尤為明顯，但主要集中在傳統(tǒng)的草地、耕地以及林地上。2014-2016年這3年間，耕地面積有所減少，其它的不同類(lèi)型的用地面積正在逐年增加。

(2)植被NDVI值在不同的土地利用類(lèi)型中可以表現(xiàn)出以下的大小順序：林地→耕地→草地→建設(shè)用地→未利用地。

由此觀之，全面地展示出了土地類(lèi)型的植物NDVI值在2014-2016年實(shí)際的變化量。在這短短的三年時(shí)間內(nèi)，整體的植物NDVI值正在不斷的增加。從以上的數(shù)據(jù)可知，沱江流域內(nèi)部的土地利用類(lèi)型在3年的時(shí)間內(nèi)得到了全面改善。除此之外，植被NDVI值并未發(fā)生較大的排序變化，一直處于原先的平均水平。

(3)參考植被NDVI與土地利用類(lèi)型兩者之間的關(guān)系，我們認(rèn)為較低的植被NDVI值和建設(shè)用地之間存在著明顯的關(guān)聯(lián)；至于中高NDVI，一般和草地、耕地以及林地相關(guān)。隨著耕地面積的增加，植被時(shí)間的穩(wěn)定性也會(huì)被逐漸削弱。至于林地，其效果與耕地相反。