近20年宝鸡市植被覆盖度动态变化及驱动力分析

2015-01-07秦超李君轶陈宏飞

山东农业科学 2014年9期

秦超+李君轶+陈宏飞

摘要：植被覆盖度是反映地区生态环境的重要指标，本文利用1988、2000、2007年三期TM遥感数据，计算出宝鸡市的归一化植被指数（NDVI），并通过像元二分模型计算出不同时段的植被覆盖度，最后将归一化植被指数的差值进行分级，以此来分析宝鸡市1988～2007近20年的植被覆盖变化动态。结果表明：1988～2000年间，极低覆盖度、高覆盖度、极高覆盖度比例都呈现出减少趋势，减少比例分别为宝鸡市土地面积的0.02%、1.66%和1.98%，其他各级别植被覆盖度也都有不同程度下降；2000～2007年间，极高植被覆盖度增大的比例达到8.04%。NDVI差值指数分级结果显示，1988～2000年植被退化明显，2000～2007年有大幅度改善；从长时间序列看，生态退化比较明显的区域是金台区、扶风县、岐山县、凤翔县。人为因素是影响植被覆盖变化的主要驱动因素，主要包括山区或平原区的生态绿化工程、城市景观绿化工程、农业产业结构调整、畜牧业发展、人口因素等。

关键词：归一化植被指数（NDVI）；植被覆盖度； NDVI差值指数；动态变化；宝鸡市

中图分类号：S181.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）09-0098-08

植被是覆盖地表的森林、灌丛、草地与农作物等群落的总称，具有截流降雨、减缓径流、防沙治沙、保水固土等功能[1]。同时，植被影响地气系统的能量平衡，在气候、水文和生化循环中起着重要作用，是气候和人文因素对环境影响的敏感指标[2]。植被覆盖度是全球、区域变化众多监测模型中所需的重要参数，是描述生态系统的重要基础数据，在生态系统中发挥着重要的作用[3，4]；较大尺度的植被覆盖变化体现了自然和人类活动对自然生态环境的作用。因此，获取地表植被覆盖及其变化信息对揭示地表空间变化规律、探讨变化的驱动因子和驱动力、分析评价区域生态环境具有重要的现实意义[5]。

植被覆盖度是刻画陆地表面植被数量的一个重要参数，也是指示生态系统变化的重要指标。目前，遥感技术已成为监测区域地表植被覆盖变化的主要手段，因此不依赖于植被覆盖率实测数据而直接由植被指数向植被覆盖率转换的方法就成为该领域研究发展的一种趋势[6]。归一化植被指数（NDVI）被定义为近红外波段（NIR）与可见光红波段（R）数值之差和这两个波段数值之和的比值，即NDVI=（NIR-R）/（NIR+R），它特别适用于全球或各大陆等大尺度的植被动态监测，在植被遥感中的应用最为广泛，也是监测地区或全球植被和生态变化的有效指标，更是植物生长状态及空间分布密度的最佳指示因子[7]。

本研究主要利用1988、2000年以及2007年宝鸡市Landsat-5卫星TM影像数据进行NDVI的提取，并通过植被覆盖度估算模型（像元二分模型）分别得出三个时相的植被覆盖分布情况，进而分析宝鸡市1988～2007近20年间的植被覆盖动态变化与研究区域的地理位置、气候、水文、土地利用、人口分布及增长、工农业布局、农业经济发展、畜牧业发展、城市规划等方面的关系，这对该区域景观绿化和生态植被的恢复与重建具有重要的现实意义，并可为宝鸡市的生态环境建设提供科学的决策支持。

1研究区域概况

宝鸡地处东经106°18′～108°03′，北纬33°35′～35°06′，辖3区9县，总面积1.82万平方千米，常住人口372.7万人。具有南、西、北三面环山，以渭河为中轴向东拓展，呈尖角开口槽形的特点；山、川、塬兼备，以山地、丘陵为主。属暖温带半湿润气候，冬季天气寒冷干燥，夏季温热多雨和炎热干燥天气交替出现；春、秋二季升温迅速且多变少雨，秋季降温迅速又多阴雨连绵，为关中秋季连阴雨最多的地区；年平均降水量在590～900 mm之间，是关中降水量最多的地区。宝鸡地区生境条件多样，植物种类丰富，区系成分复杂，植被类型多样，主要包括落叶阔叶林、针叶林、灌丛、草原、蕈甸、水生和沼生植被、栽培植被等。森林覆被率达36%～42%，但分布不均，主要集中在秦岭和关山，其它地方很少，关中盆地和台塬地区以栽培植被为主。

2数据来源与研究方法

2.1数据来源

本研究采用30 m分辨率的Landsat-5卫星TM影像数据，成像时间分别为1988、2000、2007年，来源于中国科学院计算机网络信息中心的地理空间数据云中心。经查询，这三期影像成像时间均在植被生长茂盛季节，尤其适合植被指数的研究，且影像云量较少，质量较好，完全能满足研究需求。经ERDAS 2011、ENVI4.8等软件对遥感影像进行几何校正、辐射校正、大气校正、直方图匹配后，再分别利用影像的第3和第4波段开展相关的研究工作。

本研究利用的统计数据主要来源于《陕西省统计年鉴》、《宝鸡年鉴》、《陕西省国民经济和社会发展统计公报》、《宝鸡市国民经济和社会发展统计公报》、《宝鸡市林业统计年鉴》以及《宝鸡市地理志》等相关书籍，气象资料主要来源于中国气象科学数据共享服务网。

2.2研究方法

2.2.1植被覆盖度的计算与分级植被覆盖度的遥感估算模型有很多[8～10]，其中应用较广的是像元分解模型法，也称亚像元分解法，即在一定假设条件下分解多个组分构成的像元中的遥感信息（光谱波段或植被指数），建立像元分解模型，从而获得植被覆盖度。像元分解模型法中最常用的是像元二分模型，即：

所覆盖的像元或纯植被像元的NDVI值。有关该模型：①NDVIsoil对于大多数类型的裸地表面，理论上应该接近零，但由于受众多因素影响，NDVIsoil其变化范围一般为-0.1～0.2[11，12]；②NDVIveg代表全植被覆盖像元的最大值，由于植被类型的影响，NDVIveg值也会随着时间和空间的变化而改变，因此，计算植被覆盖度时，即使同一景影像，对于NDVIsoil和NDVIveg值也不能取固定值[13]；③实际应用中，土地利用图和土壤图应作为计算NDVIveg和NDVIsoil值的基础，在没有实测数据的情况下，就只能取NDVImax与NDVImin为图像中给定置信度的置信区间内的最大值与最小值[14]。像元二分模型被广泛应用于植被覆盖度研究中[15，16]。endprint

本研究根据水利部1996年颁布的土壤侵蚀分类分级标准（SL190-96），将不同的水土流失等级对应于不同等级的植被覆盖度，同时结合宝鸡市具体情况，将植被覆盖度分为五级：极低植被覆盖（0

2.2.2 NDVI差值指数该指数是利用1988、2000、2007年宝鸡市三期NDVI的GIS图件，通过差值计算得到，即：

体情况，将NDVI差值指数分级结果记为：1为严重退化（-2≤ΔNDVI≤-0.15），2为中度退化（-0.15<ΔNDVI≤-0.05），3为轻微退化（-0.05<ΔNDVI≤0），4为轻微改善（0<ΔNDVI≤0.05），5为中度改善（0.05

3结果与分析

3.1宝鸡市植被覆盖度的整体变化

1988～2000年间，低、中覆盖度面积分别增加了32 795.82、43 973.82 hm2，分别占宝鸡市土地面积的1.80%和2.42%，增加明显；极低覆盖度、高覆盖度、极高覆盖度比例均呈减少趋势，减少面积分别为宝鸡市土地面积的0.02%、1.66%和1.98%，其中，高植被覆盖度、极高植被覆盖度减少程度较大（表1）。

2000～2007年，极低覆盖度、低覆盖度、极高覆盖度面积均增大，其中极高植被覆盖度增加比例达8.04%；而中覆盖度、高覆盖度面积分别减少了48 948.03 hm2和116 850.33 hm2。总体而言，宝鸡市2000～2007年的植被覆盖度明显优于1988～2000年（表1）。

3.2基于NDVI差值结果的植被覆盖空间变化分析

3.2.1全市域NDVI差值变化宝鸡市NDVI差值指数分布及统计结果见图1、图2。从行政区划上来看，1988～2000年间，植被退化与改善区域比较分散，植被覆盖退化相对明显，其中严重退化、中度退化、轻微退化面积分别为148 284.81、321 220.35、412 162.92 hm2，占全市土地面积的49.7%；植被改善的面积与退化面积相当，轻微改善、重度改善、极度改善的比例分别占宝鸡市土地面积的22.78%、18.58%、8.95%，改善面积达到892 313.1 hm2。2000～2007年间，植被覆盖情况以改善为主，其中轻微改善、重度改善、极度改善的面积分别达到391 918.32、467 821.44、244 495.08 hm2，分别占宝鸡市土地面积的21.84%、26.07%、13.63%；而严重退化、中度退化、轻微退化面积分别占9.24%、13.00%、16.21%，改善面积为退化面积的1.6倍之多。需要说明的是，两个时间段植被退化面积均表现为严重退化面积<中度退化面积<轻微退化面积。

整体而言，宝鸡市植被覆盖变化是朝着向环境有利的积极方向演化，这是宝鸡市植被发展情况的主流趋势，也说明近20年间宝鸡市生态环境建设和生态恢复重建工作效果明显，但仍要对植被生态建设保持清醒的认识，因为即使一小部分植被退化也可能会带来严重的生态后果。

3.2.2宝鸡市域内不同行政区划单元的NDVI差值指数变化1988～2000年各行政区划单元的植被覆盖变化情况见表2。就植被退化而言，麟游县、金台区、千阳县、凤县、陈仓区、岐山县、陇县退化面积较大，分别占各自行政区面积的58.69%、57.15%、56.42%、54.64%、54.33%、54.06%、52.81%，占全市植被退化总面积的11.4%、2.02%、6.04%、19.06%、14.93%、5.24%、13.75%。凤县地处秦岭山区，天然植被覆盖率较高，却出现植被退化现象，说明在此期间植被遭到一定程度的破坏；陇县拥有大面积的天然草场，植被退化也较明显，可能原因是过度放牧同时又不注重生态恢复重建，使天然草场的生态系统遭到破坏，短期内不能恢复到原有的植被覆盖水平。就植被改善而言，1988～2000年间，眉县、太白县植被改善面积较大，分别占各自县域面积的67.43%、63.21%，其次是凤翔县、扶风县、渭滨区等，说明宝鸡市在建城区在植被绿化方面加大了力度。总体而言，1988～2000年宝鸡市植被覆盖度以改善为主。

2000～2007年植被覆盖变化情况见表3。陈仓区、陇县、千阳县、麟游县、凤县的植被改善面积较大，分别占各自行政区划面积的72.36%、73.48%、83.31%、75.92%、68.86%。退化面积比较大的是眉县和扶风县，分别占其行政区划面积的72.45%和69.61%；其次依次为太白县、岐山县、凤翔县等区域。太白县植被覆盖退化的原因可能是近几年旅游业发展迅速，人为因素对植被覆盖产生了影响。

mm之间，虽有一定波动，但整体呈递减趋势；最低、最高降水量分别出现在1995和1981年。年平均气温维持在12.5～14.7℃之间，呈现出缓慢上升趋势。

1980～2010年降水量和气温的季节变化结果（图4）显示，降水量和平均气温季节变化明显。降水主要集中在夏季和秋季（分别占年降水量的48.67%、28.67%），春季和冬季降水则相对较少。平均气温的年际间变化，四季均呈现出缓慢上升的趋势；最高气温集中在夏季，冬季气温相对较低，这主要是因为宝鸡市的特殊地形决定了其兼顾大陆性与季风气候的特点。从长远来看，夏季降水量充沛，且气温适宜，能够满足植被生长发育需求，是一年中植被快速生长的季节，可以考虑进行生态恢复重建工作。

4.2人为因素

4.2.1人口数量对植被覆盖变化的影响1988～2007年间，宝鸡人口数量持续增加，2007年的人口数量为1988年的1.2倍左右（图5）。人口增加必然导致资源需求得不到满足，出现乱砍乱伐以及占用原有的植被用地、绿地和耕地的现象；另外，城市人口数量增长也会使得基础设施的投入力度加大，势必会导致过分追求经济发展而忽视生态环境的状况；同时也会增加城市生态系统的负荷，不利于生态系统的自然循环。

4.2.2生态工程对植被覆盖变化的影响宝鸡市山区生态工程以保护天然林木、封山育林、退耕还林、零星植树为主，天然林保护工程围绕太白、凤县、眉县、陇县、岐山、渭滨等县区进行。截至2010年，累计造林总面积达到65.64×104 hm2，是1988年的30倍有余，尤其是1997～2002年间，累积造林面积增速较快， 2002年累计造林6.32×104 hm2，达到历史高位；宝鸡市于1998年加大封山育林力度，到2010年底累计封山育林总面积达到22.74×104 hm2；零星植树始终保持在（963.00～1773.90）×104株之间，可以看出宝鸡市的生态恢复工程力度很大（表4）。

4.2.3城市园林绿化工程对植被覆盖变化的影响为了建设生态宝鸡，突出宝鸡市“山、塬、水、林、城”融为一体的特色，宝鸡市还特别注重城市的园林绿化工作，1989～2010年，城市园林绿地总面积逐年上升，2010年的绿化面积为1990年的6.2倍之多，尤其2001～2008年间，绿化面积增长速度最快。

4.2.4平原区农业产业结构调整对植被覆盖变化的影响农、果、林业的发展可以调节区域小气候，涵养水源，进而改善区域植被覆盖情况。1990～2010年，宝鸡市果业发展呈现上升势头，1990年仅有24.82×103 hm2， 2010年则达到58.65×103 hm2，约增长了1.4倍。1990～1995年增幅最为明显，虽1997～2002年出现短暂的下降趋势，但2003年以后，果业以平均每年3.73×103 hm2的速率逐年增长。

4.2.5畜牧业发展对植被覆盖变化的影响过度放牧会破坏植被生态系统，影响生物多样性及植被的自我修复功能，进而影响植被覆盖情况。1989～2010年，宝鸡市羊只围栏量增幅比较明显，2004年达到80多万只，2004年以后呈现下降趋势，尤其是2004～2007年间，下降幅度较大，这对于植被的自我恢复起到了关键作用，缓解了土地的荒漠化和盐渍化。

5结论与讨论

（1）本研究通过遥感影像并结合统计数据对宝鸡市植被覆盖度情况进行分析，结果表明，1988～2000年，低覆盖度、中覆盖度面积有所增加，而极低覆盖度、高覆盖度、极高覆盖度面积都减少，减少比例分别为宝鸡市土地面积的0.02%、1.66%和1.98%。2000～2007年间，极低、低、极高覆盖度面积增大，极高植被覆盖度增大比例达到8.04%，说明宝鸡市封山育林、退耕还林、植树种草、园林绿化、发展果林业等项目的实施使植被覆盖得到明显改善，植被覆盖情况朝良好方向发展。

（2）从行政区域来看，2000～2007年整个研究区的植被改善情况明显。1988～2000年间，麟游县、金台县、千阳县、凤县、陈仓区、岐山县、陇县退化面积较大；但2000～2007年间，陈仓区、陇县、千阳县、麟游县、凤县的植被覆盖情况得到很大改观，各行政区改善面积占其土地面积的比例达68.86%～83.31%；眉县、扶风县退化比较严重。从长时间序列来看，宝鸡中部的金台区、扶风县、岐山县、凤翔县将是生态植被建设的重点关注区域。

（3）降水量和气温是影响植物生长的主要气象因素，对宝鸡市1980～2010年的年降水量和年均气温分析的结果显示，年降水量总体呈递减趋势，而年均气温呈缓慢上升的趋势；具有典型的大陆性季风气候特征，降水集中在夏、秋两季，夏季气温较高，有利于植被的发育。但两者对植被覆盖变化的具体影响还有待进一步研究。

（4）从影响植被覆盖的人为因素来看，天然林木的保护工程、退耕还林工程、山区的封山育林工程对植被覆盖情况影响较大，平原区果林业发展、新农村绿化、城市市区的园林绿化工程以及人口因素对相应的小区域也产生重要影响；牛羊放牧因素一定程度上也会制约草场植被生长发育，降低植被覆盖度。

为了建设“绿色宝鸡”、“生态宝鸡”，要继续实行天然林木保护工程以及封山育林工程，继续加大园林绿化投资力度，对各类建筑进行合理布局，提高城市绿化率；还要重点整治污染物排放量较大的工厂（如电厂、造纸厂、化肥厂等），减少工业废水的排放，持久地、循序渐进地提高植被覆盖度。

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