爐霍縣生態環境遙感動態監測與分析

李 麗，楊武年，李 胤，蘭明菊

(成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室/遙感與 GIS研究所，四川 成都 610059)

生態環境的可持續發展是全球可持續發展的重要組成部分。生態監測是運用可對比的方法，在時間或空間上對特定地域范圍內生態系統或生態系統聚合體的類型、數量、結構和功能等方面中的一個或幾個要素進行定期、系統測定和觀測的過程[1]。由于植被覆蓋較好且土地利用類型多樣，所以本研究以2000年和2007年爐霍縣TM圖像為研究資料，借助 ERDASIMAGINE軟件和ArcView、ArcGIS對遙感圖像進行處理和分析，先運用 ERDASIMAGINE處理軟件對遙感圖像進行多波段合成、幾何校正等，再在 ArcView和ArcGIS中進行圖像的解譯與分類，以研究爐霍縣土地利用的變化情況，為更好地保護生態環境提供決策依據。

1 研究區概況

爐霍縣位于甘孜藏族自治州中北部，東接道孚縣，西北與甘孜縣相鄰，西南與新龍縣接壤，北面毗鄰色達縣，東北與阿壩州的壤塘、金川兩縣相鄰;總面積約為5796km2，屬溫帶季風氣候區，夏季溫暖冬春寒冷，空氣干燥，風沙較大，年均氣溫 6.4℃，年日照時數 2605h，無霜期 94d;屬半農半牧區，區域內森林眾多，河流縱橫，野生動植物資源豐富。

2 遙感圖像處理與解譯

2.1 數據處理

本文選用 LANDSAT/TM數據，其中 TM2對應健康植被的綠反射區，適用于植被的綠反射峰測量，也適用于水體污染監測;TM3是綠色植物強吸收的可見光紅光波段，常用于區分土壤邊界和地質體邊界，受大氣影響小，分辨率較高;TM4用于測定生物量和監測作物長勢、區分植被類型、繪制水體邊界、探測水中生物的含量和土壤濕度[2]。本研究選取 432波段組合，以反映植物的生長狀況。

遙感數據處理流程:①數據的選擇。以 2000年和2007年爐霍縣TM圖像 432波段假彩色影像作為本次研究的數據源。②圖像的校正。以 2000年TM圖像為基準，應用二元三次多項式進行幾何糾正，將其與 2007年 TM圖像配準。③圖像的增強。為增強圖像的解譯效果，對兩個時相的圖像進行主成分變換的圖像光譜增強處理，得到對比圖像。④圖像的剪裁。經過幾何校正的遙感圖像包括整個研究區范圍，但和研究區邊界不一致，因此需根據研究區邊界線進行裁剪，得到和研究區范圍一致的遙感圖像。⑤圖像的分類。在遙感影像預處理的基礎上，根據研究區的地形地貌等特征，采用監督分類的方法將圖像中土地利用類型分為有林地、天然草地、灌木林地、疏林地等。

2.2 解譯與分類

遙感影像解譯采用人機交互的方法，選用監督分類法獲取地物信息。由于遙感圖像的異物同譜現象以及受人為因素干擾，使用監督分類法會將圖像上信息顏色相似但類型不一致的兩種地物歸為同一類，為提高解譯精度需進行分類后處理，即根據影像特征重新歸類。根據陸地衛星TM假彩色圖像土地資源信息提取標志，以及人工目視解譯可視度將2000年爐霍縣土地利用類型分為13種，分別為耕地、有林地、灌木林地、疏林地、湖泊、冰川積雪、城鎮用地、農村居民用地、裸巖、天然草地、人工草地、跡地及特殊用地，2007年又新增一種土地利用類型——園地。

3 生態環境動態監測成果分析

3.1 歸一化植被指數提取

植被指數是從多光譜遙感數據中提取的有關地球表面植被狀況的定量數值，通常是采用紅波段(R)和近紅外波段(IR)數值，通過數學運算進行線性或非線性組合得到的計算值[3]，常用的植被指數有比值植被指數(IRV)、差值植被指數(IDV)、歸一化植被指數(NDVI)等[4]。以歸一化植被指數為例，對于陸地表面主要覆蓋物，云、水、雪在可見光波段相對于近紅外波段有較高的反射率，其NDVI值為負;巖石在兩波段有相似的反射率，故其 NDVI值接近于0;在有植被覆蓋的情況下，NDVI值為正值，并且隨植被覆蓋度的增大而增大[5]。本文提取了 2000年和2007年的歸一化植被指數(NDVI)，2000年的歸一化植被指數取值范圍為-0.55～0.23，2007年的取值范圍為-0.19～0.21。從 2000年到2007年，爐霍縣的 NDVI值呈減小趨勢，植被覆蓋度降低在很大程度上是因為林地面積減少導致的。

3.2 生態環境動態監測成果

對研究區內各土地利用類型屬性進行統計，在 ArcView軟件下通過屬性表觀察土地利用類型的變化，并計算其面積變化情況，具體步驟為:在 ArcView軟件中加載所需數據，對屬性表進行編輯，選擇屬性表中用于計算的標準 field(選擇圖像的 Area)，再應用summarize命令進行指數的計算，將統計結果用表格表示。

根據遙感解譯結果，分別統計了 2000、2007年研究區土地利用類型變化情況，見表1。由表1知，2000—2007年爐霍縣有林地、疏林地、耕地、裸巖、冰川積雪、跡地面積有所減少，灌木林地、天然草地、人工草地、湖泊、城鎮用地、農村居民用地和特殊用地面積有所增加，其中疏林地、耕地和跡地、裸巖減少明顯，城鎮用地、農村居民用地增加突出。

表1 2000、2007年爐霍縣土地利用類型變化統計

(1)林業用地包括有林地、疏林地和灌木林地。相比 2000年，2007年研究區林地面積有所減少，其中有林地面積由1712.8732km2減少為1471.9835km2，疏林地面積由32.5756km2減少為11.8004km2，有林地和疏林地面積減少在很大程度上是不合理的人類活動導致的，包括無序砍伐森林、人口過度增長、生態環境退化以及農業用林增加等;灌木林地面積由 730.8207km2增加為1047.2353km2，灌木林地面積增加說明近年來通過加強環境保護、開展植樹造林，研究區生態建設取得了一定成效。

(2)2000年研究區耕地面積為478.3202km2，2007年為328.3872km2，耕地面積明顯減少。分析其原因，一方面由于實施了退耕還林還草工程，使部分耕地轉化為草地;另一方面隨著經濟的發展，人口數量增加對住房、交通、休閑用地需求持續走高，使大量耕地轉化為建設用地。

(3)2000—2007年草地面積明顯增加，其中天然草地由2427.9357km2增加到2695.6392km2，人工草地由12.7920km2增加到16.9127km2。草地面積的增加與退耕還草措施的實施是分不開的，8年來共增加約 272km2，并且很大部分是由跡地轉化而來的。跡地面積減少、草地面積增加，體現出研究區生態環境得到了改善。

(4)2000—2007年裸巖和跡地面積明顯減少，其中裸巖由300.6910km2減少到163.6535km2，跡地由 87.0211km2減少到1.2872km2。這是因為隨著生態環境和自然條件的改善，原來的跡地和裸巖地逐漸轉換為草地或灌木林地。

(5)新增土地類型——園地。2000年研究區內基本沒有園地，而在 2007年遙感影像上園地面積已占有相當大的比例，達到37.7267km2。新增園地土地利用類型體現了研究區重視生態環境的平衡發展和保持生態系統的多樣性，使環境狀況得到了改善。

值得注意的是，上述分析結果是基于不同時相遙感影像做出的粗略歸納，其中最大的誤差來源是并不完全一致的時相，2000年 TM圖像成像時間是 4月份，而 2007年 TM圖像是 7月份。另外，在圖像處理過程中還會出現幾何校正及監督分類誤差等，例如幾何校正中部分控制點的選取坐標差距較遠，監督分類中分類像元的提取、圖像解譯判斷誤差，圖像波段組合的顏色解譯誤差等。上述眾多因素都直接影響了最后的統計分析結果，會導致生態環境質量監測產生偏差。

4 結 語

影響生態環境變化的因素分為自然環境因子和社會人文因子。自然環境因子方面，氣候、地形、地貌、植被等的變化都會直接影響地區生態環境變化。社會人文因子方面:①社會經濟因子。改革開放以來，經濟的迅速發展不僅通過人口增加、產業集中、地域擴展占用土地，而且通過生活方式和價值觀念的轉變，改變了原來的土地利用結構[6]，表現在農用地(耕地)比例下降、非農用地(城鎮用地和農村居民用地)比例上升。②人口因子。人口的數量、分布、結構、素質和遷移等都會影響土地利用和生態環境的變化。③政府政策因子。國家對環境保護的重視和公民環保意識的增強，以及為合理利用土地資源、增加林草植被、維護國家生態安全制定的退耕還林還草政策及相應的補助政策等，都會對區域生態環境產生重要影響。因此，為改善爐霍縣生態環境，需要完善保護環境的相關法規、政策，采取科學合理的管理措施，減少經濟建設對環境的不良影響;保持區域生態環境的穩定性和多樣性，減輕對生物多樣性的破壞;宣傳生態環境保護的重要意義，提高人們的環境保護意識。

[1]吳邦燦，費龍.現代環境監測技術[M].北京:中國環境科學出版社，1999:263-268.

[2]梅安新，彭望琭，秦其明，等.遙感導論[M].北京:高等教育出版社，2001:144-175.

[3]楊存建，張增祥，韓秀珍，等.不同植被指數情況下的中國土壤侵蝕特征分析[J].水土保持通報，2001，21(1):26-29.

[4]田慶久，閔祥軍.植被指數研究進展[J].地球科學進展，1998，13(4):328-329.

[5]熊育久.湖南省E O S/MO D I S植被指數時空變化研究[D].長沙:中南林業科技大學，2006.

[6]李玉霞，楊武年，邵懷勇，等.基于遙感與 GIS土地利用/覆蓋動態監測及驅動力分析[J].農機化研究，2006(11):63-66.