苏南运河植被覆盖度测算研究

季俊杰，曹 瑛，祁俊青

（江苏省河道管理局，江苏 南京 210029）

1 基本情况

1.1 研究背景

植被覆盖度是指植被（包括叶、茎、枝）在单位面积内的垂直投影面积所占百分比。植被覆盖度是植物群落覆盖地表状况的一个综合量化指标，是描述植被群落及生态系统的重要参数，也是反映绿化水平的重要指标。植被覆盖及其变化情况是区域生态系统环境变化的重要指示，对生态环境、土地利用、水土保持等领域的研究具有重要意义。

近年来，国内外学者在不同时空尺度上关于植被覆盖变化及其影响因素的研究已经有较多成果［1-3］，其中归一化植被指数（NDVI）在研究植被覆盖方面具有独特优势［4］，NDVI是基于遥感影像近红外波段与红色波段的反射率值所得，能客观反映植被覆盖度。本次研究采用植被指数法（NDVI）对苏南运河植被覆盖度进行测算和分析。同时，利用无人机航拍部分河段，运用Photoshop像素计算分析方法，对部分河段的植被覆盖度进行验证［5-6］。

1.2 研究区域概况

苏南运河北起镇江长江谏壁口门，南至与浙江省交界的鸭子坝，贯穿镇江、常州、无锡、苏州4 市，全长233 km，1949 年以来已先后实施4 次大规模整治，是保障沿线城市安全的防洪通道，是支撑地方经济发展的黄金航道，是展示城河共生格局的文化廊道。

1.3 数据来源

通过美国航空航天局（NASA）数据中心网站（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov）下载MOD13数据，获得覆盖苏南运河区域的2022 年5—9 月NDVI 数据，空间分辨率为250 m，时间分辨率为16 d。

2 研究方法

2.1 植被覆盖指数

依据《生态环境状况评价技术规范》（HJ192—2015）中描述的植被覆盖指数计算方法，植被覆盖指数计算公式为

式中：C为植被覆盖指数；Pi为评价5—9 月像元NDVI月最大值的均值，建议采用MOD13的NDVI数据，空间分辨率250 m，或者分辨率和光谱特征类似的遥感影像产品；n为区域像元数；Aveg为植被覆盖指数的归一化系数，参考值为0.0121165124。

2.2 测算思路

测算总体思路是将所有数据按月份计算像元统计数据，叠加后求得像元最大值，依次求出各月份的NDVI 最大值，再通过栅格计算得出5—9 月NDVI 月最大值的均值，并进行归一化处理（图1）。栅格裁剪出苏南运河外1 km 缓冲区范围进行区域分析，以表格显示分区统计，最终得到各设区市和各行政区的植被覆盖指数。

图1 测算流程

2.3 植被覆盖指数分级

依据幸福河湖岸线植被覆盖率指标赋分表，将植被覆盖指数（C）分为5 级：无植被（0）、植被稀疏（0＜C≤10）、中度覆盖（10＜C≤40）、重度覆盖（40＜C≤75）和极重度覆盖（75＜C≤100）。

3 测算结果

向河岸外延1 km计算苏南运河植被覆盖指数，得到苏南运河植被覆盖指数平均值为44.91。其中，C=0 的占0.01%，0＜C≤10 的占0.19%，10＜C≤40 的占38.93%，40＜C≤75的占60.41%，75＜C≤100的占0.46%。

对苏南运河流经设区市的植被覆盖指数进行分析得到表1，苏南运河流经的镇江、常州、无锡、苏州4市中，镇江市植被覆盖指数最高为52.35（重度覆盖），常州市的植被覆盖指数最低为42.21（重度覆盖）。

表1 苏南运河流经设区市的植被覆盖指数值

对苏南运河流经行政区的植被覆盖指数进一步分析得到表2，可知苏南运河流经的16 个行政区中，常州市天宁区的植被覆盖指数最低为35.53（中度覆盖），镇江市丹阳区的植被覆盖指数最高为54.38（重度覆盖）。

表2 苏南运河流经区县的植被覆盖指数值

4 验证

4.1 验证方法

4.1.1 原理

利用无人机对选取的河段进行航拍。使用Photoshop 中“色彩范围”功能，选择特定颜色选取。根据特定颜色选取的像素占照片总像素的比例计算照片区域内的植被覆盖度。

4.1.2 照片获取

现场选取适合点位，将无人机飞行至高度300 m，调节镜头至与河岸正对角度，进行拍照，直至所有点位照片能够覆盖天宁区全部岸线。

4.1.3 照片处理

在Photoshop中打开无人机航拍照片，截取距离河岸200 m范围的照片，点击“直方图”，查看照片总像素值。点击菜单栏中的“选择”—“色彩范围”，弹出色彩范围对话框，用鼠标在照片内的植被上拾取颜色，即可将与所拾取颜色相同的像素全部选中。调整颜色容差，使得所有植被像素全部选中，点击确定。再点击“直方图”，查看植被选取区域像素值。依次打开每个点位照片进行处理，记录每个点位照片的总像素值和植被选取区域的像素值（图2）。

图2 像素计算分析法测算天宁区植被覆盖度示例

4.2 计算结果

植被覆盖度等于植被选取区域像素值与照片总像素值的比值，由公式（2）计算得出天宁区植被覆盖度为34.69。

式中：n为无人机航拍点位数。

4.3 验证分析

用此方法得到天宁区植被覆盖度为34.69，与植被覆盖指数法得到的植被覆盖度35.53差值为0.84，差值率2.36%。像素计算法比植被指数法选取范围更加精准，但两种方法计算结果相差较小，说明植被指数法在测算苏南运河植被覆盖度过程中精度可以得到一定的保证。

5 结论和讨论

本次测算结果仅作为研究参考，可为苏南运河健康评估、幸福河湖建设成效评估、生态修复、岸线开发利用等提供一定的参考。同时，对于其他河道的植被覆盖度测算也具有参考性。

本次采用的植被覆盖指数法（NDVI）虽然可以计算大面积、长时间序列植被覆盖度的变化，但也存在局限性：一是通过NASA官网下载的MOD13数据存在时间限制，对研究成果时效性有一定影响；二是MOD13 数据的空间分辨率为250 m、时间分辨率为16 d，受遥感监测精度限制，测算范围选取的是河岸外延1 km，可运用无人机结合像素计算分析方法，选取河段进行验证；三是像素计算分析法也存在一定的误差，主要是源于特定颜色选取的精准度。