基于遙感影像研究商洛市植被變化

王艷麗

(安徽理工大學空間信息與測繪工程學院，安徽 淮南 232000)

由于技術限制，早期國外學者在研究植被時多采用簡單測量。Dymond等采取地面點采樣法估算了植被覆蓋度[1]；隨著遙感技術的發展，大區域監測植被變化也逐漸衍生出新的方法；Purevdor等認為，大區域監測植被變化的方法包括混合模型法、覆蓋度-輻射關系模型、植被指數法[2]。

國內學者對各個省植被覆蓋度進行了時空變化研究。楊靜雅等以GIS為平臺，通過差值法計算新疆和靜縣4個不同時期植被覆蓋度，并分析其變化特征[3]；陳楠等建立像元二分模型研究新疆開都河流域植被覆蓋度時空變化[4]；劉玉安等選取差值法分析淮河上游流域植被覆蓋度的變化規律[5]；王永鋒等、喻素芳等以NDVI為基礎，研究NDVI隨時間的變化趨勢，進而研究廣西植被變化規律[6,7]。

陜西省植被變化已經有學者做過相關方面的研究。李登科等以歸一化差值植被指數分析陜西省植被狀況，這種方法精度較高[8]；崔曉臨等以陜西省2000—2009年Landsat影像為數據源計算NDVI，通過差值法獲得NDVI變化趨勢，分析了陜西省植被覆蓋時空變化特征[9]；前人對于陜西省的植被覆蓋度分析指標多為歸一化差值植被指數，很少有學者選擇植被覆蓋度作為衡量陜西省植被情況的指標。

前人對陜西省各地級市的植被變化也進行了一定程度的研究。賈寶全等以NDVI為基礎，分析西安市1995—2009年植被變化[10]；沈關東等通過渭南市2007—2013年的NDVI變化趨勢，研究該市植被變化[11]；翟雅倩等以歸一化植被指數和像元二分模型法為基礎，研究2000—2014年寶雞市植被覆蓋變化規律[12]。

對于商洛市的植被覆蓋度研究，目前還沒有學者進行研究，因此，本文以遙感影像為數據源，分析商洛市2007—2017年植被時空變化并為商洛市生態環境發展提供依據。

1 研究區概況

商洛市地處陜西省東南部，經緯度位置為E108°34′20″～111°1′25″，N33°2′30″～34°24′40″，轄區內包括商州區、丹鳳縣、洛南縣、山陽縣、商南縣、鎮安縣、柞水縣。商洛市地形具有一定的特點，呈現西高東低的規律，秦嶺橫跨其北部。植被沿山脈、山谷分布，覆蓋率高。境內分布8個自然保護區，4個森林公園，總面積高達882.96km2，占商洛市國土總面積4.45%。

2 數據與方法

2.1 數據來源

2.1.1 遙感影像數據

在地理空間數據云(http://www.gscloud. cn/)平臺下載2007—2017年商洛市6—8月份且影像云量覆蓋在5%以下的兩期3景影像數據。其中2007年影像數據來自于Landsat4-5衛星，2017年影像數據來自于Landsat8衛星。

2.1.2 矢量數據

在Arc Map10.2中矢量化全國縣界行政邊界圖，得到商洛市行政邊界圖。

2.2 研究方法與過程

2.2.1 遙感影像預處理

在ENVI5.1中對商洛市2000年和2017年的3景遙感影像進行拼接，在Arc GIS 10.2中參考商洛市2007年遙感影像，幾何校正2017年遙感影像，然后利用裁剪工具裁剪遙感影像，以商洛市行政邊界為范圍，得到商洛市遙感影像。

2.2.2 計算植被覆蓋指數和植被覆蓋度

歸一化植被指數(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)，是衡量植被生長情況是否良好的標志。計算歸一化植被指數的公式：

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

式中，NIR為近紅外波段的反射值；R為紅光波段的反射值。

植被覆蓋度(Fractional Vegetation Coverage，FVC)是衡量某區域植被覆蓋是否良好的指標[10]。計算植被覆蓋度的公式：

FVC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)[11]

2.2.3 植被覆蓋度的分級

參考楊勝天、蘇偉對某區域植被覆蓋度的分級方法，利用Arc GIS10.2計算商洛市植被覆蓋指數和植被覆蓋度，將植被覆蓋度分為5類[12,13]。

表1 植被覆蓋度分類表

2.2.4 植被覆蓋度變化分類

為了更好地描述商洛市植被覆蓋度時空變化情況，利用Arc GIS10.2對商洛市植被覆蓋度進行動態變化分類，分為退化、穩定、改善以及明顯改善4個動態變化類型[14,15]。

表2 類型動態變化分類

3 結果與分析

3.1 商洛市植被覆蓋度分析

從圖1和圖2a可以看出，2007年商洛市植被覆蓋度以低植被覆蓋度和高植被覆蓋度為主。其中，低植被覆蓋度所占面積為5122.65km2，所占比例為26%；高植被覆蓋度所占面積為5047.12km2，所占比例為25.23%；中低植被覆蓋度所占面積為2642.24km2，所占比例為13.31%；中植被覆蓋度所占面積為3811.79km2，所占比例為19.20%；中高植被覆蓋度所占面積為3227.19km2，所占比例為16.26%。從圖1和圖2b可以看出，2017年商洛市植被覆蓋度以中高植被覆蓋度為主，其中，中高植被覆蓋度所占面積為10945.37km2，所占比例為55.14%；中植被覆蓋度所占面積為5864.94km2，所占比例為29.54%；高植被覆蓋度所占面積為2079.23km2，所占比例為10.47%；低植被覆蓋度所占面積為361.13km2，所占比例為1.82%；中低植被覆蓋度所占面積為600.33km2，所占比例為3.03%。與2007年商洛市植被覆蓋度情況相對比，2017年商洛市低植被覆蓋度、中低植被覆蓋度和高植被覆蓋度所占面積比例分別減少了24.18%、10.28%、14.76%，中植被覆蓋度和中高植被覆蓋度所占面積比例分別增加了10.34%、38.88%，2007—2017年期間商洛市植被覆蓋度由以低植被覆蓋度和高植被覆蓋度為主轉變為以中植被覆蓋度和中高植被覆蓋度為主，中植被覆蓋和中高植被覆蓋面積在增加，低植被覆蓋、中低植被覆蓋和高植被覆蓋面積在減少。這些數據充分說明了商洛市的植被覆蓋度結構在逐步完善，植被在朝著越來越好的方向發展。

從圖1和圖2a可以看出，2007年商洛市低植被覆蓋度集中分布于西部地區，包括商南縣、丹鳳縣和山陽縣；高植被覆蓋多分布于北部和中部邊緣地區，包括丹鳳縣、洛南縣和柞水縣；中植被覆蓋度均勻分布于各縣。從圖1和圖2b可以看出,2017年商洛市中高植被覆蓋度分布呈現范圍廣、面積大的特點，大致集中于商南縣、山陽縣、丹鳳縣以及柞水縣區域，在鎮安縣、商州市以及洛南縣呈現邊緣分布，其中心區域為中低植被覆蓋度和中植被覆蓋度。丹鳳縣、商州縣以及柞水縣中心零星分布低植被覆蓋度。高植被覆蓋分布于柞水縣、商州市洛南縣邊緣，分布面積少。商南縣、山陽縣、丹鳳縣以及柞水縣中植被覆蓋和中高植被覆蓋面積明顯增加，鎮安縣中高植被覆蓋面積有微小增加，商洛市7個縣低植被覆蓋度面積明顯減少。這可能與商洛市退耕還林、植樹造林政策有密切關系。隨著國家退耕還林、植樹造林政策的頒布，商洛市政府積極響應，使得商洛市各縣低植被覆蓋度面積減少，中高植被覆蓋度面積增加。

3.2 商洛市植被覆蓋度變化分析

從圖1和圖3可以看出，2007—2017年商洛市植被退化面積為4998.97km2，所占比例為25.18%;穩定面積為5444.56km2，所占比例為27.43%；改善面積為5056.68km2，所占比例為25.47%；明顯改善面積為4350.79km2，所占比例為21.92%。商洛市植被退化面積比改善面積少4408.50km2，所占比例為22.21%，這足以說明商洛市植被整體情況在趨于改善。

商洛市植被覆蓋度變化空間分布不均勻，整個區域植被基本呈現改善趨勢。鎮安縣、商南縣、商州市以及洛南縣呈現植被明顯改善的趨勢，究其原因，降雨量的增加，為植被的生長提供了充分的水源和良好的生存環境，導致了植被覆蓋面積的增加；商洛市政府在護林方面加大了投入力度，與此同時，退耕還林政策的有效實施一定程度上還原了部分之前被破壞的植被。

商洛市的中心地區植被覆蓋的變化呈現穩定趨勢。經分析主要源于3個方面：自然原因，中心地區較其它地區的氣候條件穩定，土壤性能穩定，營養物質循環流動，植被的生存環境穩定良好導致2007—2017年的植被呈現穩定的狀態；人為原因，由于此地區屬于中心商務區，經濟較邊緣地區發達，部分植被有專業的園林人士定期進行打理，這就造成了商洛市植被較為穩定的情況；商洛市轄區內分布大量的自然保護區和森林公園，自然保護區和森林公園內植被種類豐富，良好的生存環境使得該區域植被覆蓋較其它地方更為穩定。

3.3 商洛市各縣植被覆蓋度變化分析

從圖1和圖3可以看出，商洛市各縣植被變化并不是完全相同的，呈現明顯的地域差異，各縣植被改善與退化情況互不相同，商南縣改善面積達1829.67km2，植被覆蓋情況良好，柞水縣退化面積達1080.19km2，植被退化嚴重，其余各縣情況穩定。

2007—2017年商洛市丹鳳縣植被退化面積為652.4237km2，所占比例為26.76%；植被穩定面積為555.4659km2，所占比例為22.78%；植被改善面積為593.1922km2，所占比例為24.33%；植被明顯改善面積為636.9182km2，所占比例為26.12%。與2007年相比，商洛市丹鳳縣植被退化面積比改善面積少577.6867km2，所占比例為23.69%，這說明丹鳳縣植被整體情況在趨于改善。丹鳳縣北部趨于穩定，中部有類似條帶狀區域大面積明顯改善，南部地區也在整體改善，有少量退化區域，這是因為鳳冠山自然景區、商山森林公園、陜西江武關河省級自然保護區位于丹鳳縣中南部，政府出臺政策大力保護自然景區，使得丹鳳縣植被整體情況在趨于改善。

2007—2017年商洛市洛南縣植被退化面積為992.41km2，所占比例為35.07%；植被穩定面積為973.95km2，所占比例為34.42%；植被改善面積為646.32km2，所占比例為22.84%；植被明顯改善面積為217.32km2，所占比例為7.68%。與2007年相比，商洛市洛南縣植被退化面積比改善面積多128.77km2，所占比例為4.55%，這說明洛南縣植被整體情況在趨于退化。洛南縣北部植被退化情況嚴重，呈現條帶狀，南部也出現少部分植被退化區域，這是由于洛南縣工業經濟的發展，大量占用土地，大批工廠的建立，導致植被出現退化。中南部大面積區域趨于穩定，有小面積區域出現改善和明顯改善的情況，植被改善區域大致位于秦嶺觀華山景區，景區內森林覆蓋率高達95%以上，植被覆蓋情況穩定且良好。

2007—2017年商洛市商南縣植被退化面積為191.30km2，所占比例為8.29%；植被穩定面積為286.03km2，所占比例為12.40%；植被改善面積為672.41km2，所占比例為29.15%；植被明顯改善面積為1157.26km2，所占比例為50.16%。與2007年相比，商洛市洛南縣植被改善面積比退化面積多128.77km2，所占比例為4.55%，這說明洛南縣植被整體情況在趨于退化。商南縣植被出現大面積明顯改善，這是由于金絲大峽谷國家森林公園分布于商南縣中南部，森林公園內植被種類豐富。商南縣西北部分布玉皇尖森林公園，原始森林面積4980hm2，公園內有各類植物1669種，資源豐富。這也正是商南縣西北部和東南部出現改善的重要原因。商南縣西部和北部地區比較穩定，北部邊緣“三角”區域退化，是由于此區域經濟發展迅速，大量工廠的建立，在經濟走上坡路的同時不能為植被提供良好的生存環境。

2007—2017年商洛市山陽縣植被退化面積為731.23km2，所占比例為20.81%;植被穩定面積為858.73km2，所占比例為24.44%；植被改善面積為925.58km2，所占比例為26.34%；植被明顯改善面積為998.46km2，所占比例為28.41%。與2007年相比，商洛市山陽縣植被改善面積比退化面積多1192.81km2，所占比例為33.94%，這說明山陽縣植被整體情況在趨于改善。山陽縣植被覆蓋整體情況良好，改善和明顯改善區域遠遠大于退化區域，植被改善區域位于天竺山省級自然保護區，位于天竺山林場的天竺山國家森林公園，面積1058km2，森林覆蓋率高達88%，山陽縣由于天竺山自然保護區的存在，植被覆蓋情況良好。

2007—2017年商洛市商州區植被退化面積為583.23km2，所占比例為21.83%；植被穩定面積為810.56km2，所占比例為30.34%；植被改善面積為630.11km2，所占比例為23.58%；植被明顯改善面積為648.10km2，所占比例為24.26%。與2007年相比，商洛市商州區植被改善面積比退化面積多694.98km2，所占比例為26.01%，這說明商州區植被整體情況在趨于改善。商州區西部邊緣地區呈現退化現象，大部分區域植被覆蓋穩定，中部地區植被明顯改善，商州區政府為推進循環經濟建設出臺了環保政策，近幾年此政策的大力實施使得商州區環境改善，植被覆蓋明顯改善。

2007—2017年商洛市柞水縣植被退化面積為1080.19km2，所占比例為46.52%；植被穩定面積為621.34km2，所占比例為26.76%；植被改善面積為377.14km2，所占比例為16.24%；植被明顯改善面積為243.33km2，所占比例為10.48%。與2007年相比，商洛市柞水縣植被退化面積比改善面積多459.72km2，所占比例為19.8%，這說明柞水縣植被整體情況趨于退化。柞水縣中西部植被退化嚴重，東部地區呈現明顯改善。近年來，隨著柞水縣人口的增長，環境所承載的人口壓力越來越大，而柞水縣的山嶺地形，使得人口多集中于地勢相對較低的中西部，進而人類的生產活動導致了植被的退化。東部地區植被明顯改善是由于牛背梁國家森林公園、牛背梁國家級自然保護區的存在，境內茂密的原始森林有助于植被的培育和生長。

2007—2017年商洛市鎮安縣植被退化面積為693.23km2，所占比例為19.88%；植被穩定面積為1255.65km2，所占比例為36.01%；植被改善面積為1139.78km2，所占比例為32.69%；植被明顯改善面積為398.34km2，所占比例為11.42%。與2007年相比，商洛市鎮安縣植被改善面積比退化面積多844.89km2，所占比例為24.23%，這說明鎮安縣植被整體情況在趨于改善。鎮安縣植被情況整體良好，整個區域大部分處于穩定和改善的狀態，這是由于鎮安縣注重環境保護，先后建立了木王山景區、塔云山景區、木王國家森林公園、鷹嘴石省級自然保護區，景區的發展大力保護了植被，使得植被逐步改善。

4 結論與討論

本文主要以NDVI為基礎研究商洛市2007—2017年植被覆蓋度變化，研究結果表明，2007年商洛市植被覆蓋以低植被覆蓋為主，所占面積為5122.65km2，所占比例為26%；2017年植被覆蓋以中高植被覆蓋為主，所占面積為10945.37km2，所占比例為55.14%；2000—2017年商洛市植被退化面積比改善面積少4408.50km2，所占比例為22.21%，植被整體趨于改善；2000—2017年商洛市各縣植被覆蓋呈明顯的地域分異特征，商南縣改善面積達1829.67km2，植被覆蓋情況良好，柞水縣退化面積達1080.19km2，植被退化嚴重，其余各縣情況穩定；基商洛市脆弱、退化的生態環境現狀，在新型資源開發的時候需要重視與環境的矛盾關系，盡量做到互不排斥，互利互存。在經濟發展，能源開發的同時，力求環境可持續發展，為人們創造一個美好的生存家園。