基于3S技术的东洞庭湖湿地植被的分布与适应性分析

曾光明　龙勇　梁婕　蔡青　黄璐　李晓东　袁玉洁　武海鹏　彭也如　赖旭

摘要：利用2010年环境一号卫星影像提取东洞庭湖湿地植被分布图，依据同时期的MODIS13数据合成增强植被指数（EVI）年最大值图与年平均值图，结合东洞庭湖高程，讨论东洞庭湖湿地植被及其生物量空间分布，并从水文因素及植被生长特性等方面分析其原因，推论出芦苇与湖草等植被的最适宜生长区域.结果说明，东洞庭湖植被及其生物量分布与高程及水环境有很大的相关性，在高程30 m以上且远离水域区域，主要生长着对水分要求不高的防护林；芦苇适合生长在27 m高程以上且靠近水域的区域，湖草适合生长在高程为23～27 m间的区域.

关键词：植被；东洞庭湖；生物量；环境卫星；MODIS；增强植被指数

中图分类号：X52 文献标识码：A

2研究方法与研究内容

2.1数据来源及其特点

本利用了2010年的环境卫星CCD影像与2010年全年MODIS数据以及DEM数据.环境卫星CCD影像是由“环境一号”卫星宽覆盖多光谱可见光相机拍摄，空间分辨率为30 m，时间分辨率为2d.MODIS数据采用NASA免费提供的覆盖东洞庭湖地区的MODIS13Q1级产品，该数据空间分辨率为250 m，时间分辨率为16 d，数据集在一定程度上去除了云层等的影响和干扰.大量研究表明，NDVI与EVI等植被指数值与植被生物量成显著正相关关系，MODIS数据可以根据NDVI值或EVI值的大小来对比植被生物量大小[7-8].DEM高程数据来源于国家科学数据服务平台（http：//datamirror.csdb.cn/index.jsp），包括两个部分：ASTER GDEM 30 m分辨率高程数据和SRTM 90 m分辨率高程数据，本文主要利用SRTM数据.

2.2东洞庭湖植被提取

东洞庭湖在丰水期（6-8月）水位较高，大部分湖草与泥沙滩地被水淹没，不利于对东洞庭湖苔草等湖草滩地与泥炭滩地提取，而枯水期水位较低（其中1月份水位最低），苔草等湖草及泥滩基本露出水面，且各植被滩地光谱特征区别较大，有利于全面且准确地对东洞庭湖滩地进行解译.东洞庭湖1月与8月份遥感影像特征（波段组合为R：band 4 G：band 3 B：band 2）对比如图1所示.

从图1可知，在丰水期大部分植被洲滩被水淹没，而枯水期（1月份）洲滩基本露出水面，且光谱特征条理分布清晰.根据实地资料与遥感影像对比，防护林（包括人工造林）、芦荻、湖草、纯水域与泥滩地光谱特征区别明显，说明“环境一号”卫星影像可以用来解译东洞庭湖植被分布情况，且能达到很好的效果.研究区域各植被分布较为集中，且各植被滩地主要种群比较单一，遥感解译比较合适.由于洞庭湖“过水为洲，蓄水为湖”的特征，泥炭湿地丰水期被淹没，枯水期部分露出水面，其与水呈季节性相互转化，研究将东洞庭湖区划分为芦苇滩地、湖草滩地、防护林滩地、泥炭滩地和水域，并将泥炭湿地及水域合称为非植被滩地.

2.4东洞庭湖高程图处理

获取东洞庭湖高程使用的数据为SRTM提供的DEM数据，空间分辨率90 m.为方便研究，在ArcGIS中重采样到与MODIS影像分辨率一致，得到东洞庭湖高程图（图5）.

3结果与讨论

3.1东洞庭湖植被分布分析与讨论

由植被分布图（图2）与东洞庭湖高程图（图5）对比分析可知：1）高程23 m以下基本为非植被区，苔草等湖草生长在23～27 m间，芦苇大部分生长在27 m高程以上且靠近水域，26～27 m间为芦苇与湖草都有生长的过渡带，防护林生长在30 m高程以上.2）在芦苇生长区域，越靠近水域高程越大，这与东洞庭湖多年来的泥沙淤积与芦苇的促淤作用有一定关系.

综上所述：1）对不同滩地的EVI指数年最大值及平均值比较结果排序为：芦苇滩地，防护林滩地，湖草滩地，非植被滩地.2）在相同植被滩地中，芦苇滩地在靠近水域时高程增大，达29 m以上，且EVI年平均值与年最大值都随高程的增加而增大，在高地势且靠近水域的区域EVI值达最大，这与芦苇对水分的需求及其促淤效应有一定关系.湖草滩地在远离水域的区域高程越大，且EVI年最大值与年平均值也都随高程的增加而增大，特别是年平均值，变化趋势明显，这说明低高程的湖草水淹时间过长，不利于湖草的生长，而在27 m以上高程，水淹时间大幅减少，湖草滩地容易被更适合在高地势区域生长的芦苇代替.

另外，本文利用EVI最大值及平均值研究植被生物量时，由于水淹的影响，使部分生长在低高程处的植被EVI指数偏低，这也是EVI指数随高程增加而增大的另外一个重要原因，在如何去除水位对EVI值的影响需进一步研究.

3.3植被适应性分析

由东洞庭湖植被及其生物量分析说明，东洞庭湖植被及其生物量分布与高程及水环境有很大的相关性，在高程30 m以上及远离水域区域，主要是对水分要求不高的防护林滩地；芦苇适合生长在27 m高程以上且靠近水域的区域，水淹时间很短却水分充足；湖草适合生长在27 m以下区域，但在23 m高程以下，水淹时间过长，不利于湖草的生长.

4结论

本文通过对东洞庭湖植被分布图、高程图、EVI植被指数年最大值合成图与年平均值计算图的对比分析，得出结论：

1）芦苇滩地的EVI值随高程增加而增大，且在靠近水域区域（芦苇滩地在靠近水域处高程较其它区域大）EVI指数值达最大；低高程区域的湖草滩地的EVI年最大值与年平均值较其它区域的小，特别是年平均值，变化趋势明显，这与低高程区域的湖草水淹时间较长有一定关系.

2）洞庭湖植被及其生物量分布与高程及水环境有很大的相关性，芦苇适合生长在27 m高程以上且靠近水域的区域，湖草适合生长在27 m以下区域，但若高程太低，水淹时间过长，不利于湖草的生长.

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