陜北地區退耕還林十年植被恢復變化分析:以子長縣為例

楊亞娟，劉政鴻

(1.黃河上中游管理局，陜西 西安710021;2.陜西省水土保持局，陜西 西安710004)

黃土高原是中國生態環境最為脆弱的地區之一，黃土高原的生態恢復和環境治理是一項長期而艱巨的任務。1999年起實施的退耕還林工程成為恢復植被、改善生態環境的重要手段［1］。曹世雄［2］研究表明，陜北地區1999年到2005年植被覆蓋率呈逐步上升趨勢。

子長縣作為全國退耕還林示范縣，自1999年實施退耕還林以來植被恢復狀況明顯好轉，林地面積、植被覆蓋度均有明顯提高，獲得了較為明顯的生態和經濟效益。本研究利用遙感影像，分析退耕還林實施以來全縣植被的覆蓋度變化、主要植被變化以及生態環境質量變化，旨在為陜北地區退耕還林成果鞏固及進一步提出有針對性的生態環境治理措施提供參考。

1 研究區概況

子長縣位于陜西省延安市北部，地處黃土高原腹地，清澗河上游，北依橫山，東接子洲、清澗，南連延川、延安市區，西鄰安塞、靖邊，地理位置為東經109°11'58″—110°01'22″、北緯 36°59'30″—37°30'00″，地勢由西北向東南傾斜，海拔930—1562 m，全年平均氣溫9.1℃，年均降水量514 mm。全縣東西長72 km，南北寬55.70 km，面積2405 km2，下轄 13 個鄉(鎮)，人口27萬(2010年)。子長縣1999年開始實施退耕還林，2000年被列為全國退耕還林示范縣。

2 研究方法

2.1 數據來源

本研究采用了成像時間分別為2000年6月29日和2010年8月28日的兩景Landsat－7 ETM+遙感影像(127/34)，子長縣行政區劃圖，1∶30萬的地形圖，2000年和2008年子長縣土地利用現狀圖。

2.2 數據處理

借助ArcGIS和ERDAS軟件平臺對遙感影像進行校正、影像增強、影像融合處理、影像裁剪，并對遙感影像進行反射率轉換。植被指數的計算需要使用遙感影像的反射率，從影像上直接讀取灰度值進行計算是不嚴密和不精確的［3］，因此在進行計算前需利用ERDAS的反射率變換模塊對所進行的兩個波段進行反射率變換。

2.3 植被覆蓋度的計算

植被覆蓋度是地表植被覆蓋情況的直接反映。植被覆蓋度及其變化信息對于分析評價區域生態環境具有重要的現實意義［4－5］，其計算公式為

式中:fv為植被覆蓋度;NDVI為歸一化植被指數;NDVIs為無植被覆蓋像元的NDVI值;NDVIg為植被覆蓋像元的NDVI值。

為便于計算和顯示，對公式(1)計算結果進行線性拉伸，即 fv×255。

2.4 植被類型變化提取

借助ERDAS軟件對2000年和2010年子長縣遙感影像進行分類，分類過程參照子長縣2000年和2008年的土地利用現狀圖，從中提取主要植被變化情況。

2.5 區域生態環境指數計算

退耕還林工程首要追求的是生態環境效益［6－7］，因此引入區域生態環境指數這一指標，以定量測度子長縣2000—2010年全縣生態環境整體變化情況。區域生態環境指數是綜合考慮區域內各土地利用類型所具有的生態環境質量及面積比例，以定量表征某一區域(縣級行政單位)生態環境的總體質量狀況的指標［8］，其表達式為

式中:EVt為該區域內t時期生態環境指數;LUi為該區域內t時期第i種土地利用類型所具有的面積;Ci為該區域內t時期第i種土地利用類型的生態環境指數;TA為研究區域總面積;n為區域內所有土地利用類型的數量。

在對公式(2)計算之前，首先要對各土地利用類型所具有的生態環境指數進行賦值，也就是得到Ci值。本研究參照李曉文等人［9］的研究方法，基于專家評分和層次分析對各個土地利用類型所具有的生態環境質量進行模糊賦值，結果見表1。

表1 土地利用類型及生態環境指數賦值

3 結果分析

3.1 植被覆蓋度變化分析

參考土壤侵蝕強度分級中對植被蓋度分級的方法，并結合研究區域實際情況，將植被蓋度進行密度分割:像元灰度值在191～250間為優等蓋度，156～190為良等蓋度，139～155為中等蓋度，129～138為差等蓋度，128以下為劣等蓋度。根據上述分級方法進行面積統計，結果見表2。

表2 子長縣2000年和2010年植被蓋度對比

從表2可看出，2000—2010年間子長縣境內植被蓋度發生了明顯變化:2000年子長縣全境39.78%為劣等蓋度，41.52%為差等蓋度，劣等和差等蓋度面積超過總面積的80%，中等蓋度只占16.24%;到2010年，劣等和差等蓋度面積占總面積的比例不到11%，中等蓋度較2000年增加了近1倍，蓋度面積變化最大的為良等蓋度，由2000年的2.30%增加到51.30%。整體來看，10年間子長縣植被蓋度由劣等和差等向中等和良等轉變。

變化量只能整體衡量變化情況。無法說明各個變量之間的變化情況，為了定量描述各蓋度級別的轉移狀況，運用ArcGIS的空間分析模塊對兩期蓋度圖進行運算，得到2000—2010年各個植被蓋度等級的面積轉移矩陣，結果見表3。由表3可知:劣等蓋度輸出明顯，轉出915.64 km2，占總面積的38.07%，主要轉出為中等和良等;差等蓋度轉出 916.08 km2，占總面積的38.09%，同樣主要轉出為中等和良等。這說明在2000—2010年間子長縣全境植被覆蓋有明顯的好轉，植被覆蓋狀況由之前的劣等和差等轉為中等和良等蓋度，表明退耕還林的實施對子長縣植被恢復起到了顯著效果。

表3 2000—2010年各植被蓋度等級面積轉移矩陣 km2

3.2 植被類型變化分析

通過對遙感影像分類結果進行統計，得到子長縣2000年和2010年各個土地利用類型的面積及其占總面積比例、變化值，見表4。從表4看出:2000—2010年間子長縣各土地利用類型變化最大的為林地，其面積大幅度增長，由 252.50 km2增加到 823.11 km2，增加570.61 km2;草地面積減少幅度最大，由占總面積的69.40%減少到48.28%，這是因為2000年的草地面積統計中，多數為低等蓋度的草地，隨著退耕還林的實施，低等蓋度的草地被改造，大部分轉向林地和高蓋度的草地，所以總草地面積有所下降;耕地面積變化較小。

3.3 生態環境質量變化分析

通過公式(2)計算得到子長縣2000年和2010年的生態環境質量指數分別為0.4484和0.5012，10年生態環境質量指數上升了0.0528，說明退耕還林的實施對于子長縣生態環境的整體質量起到了改善作用，退耕還林的生態效益基本達到。

表4 子長縣2000—2010年主要植被面積變化

4 結論

通過分析子長縣植被恢復情況，得到以下結論:

(1)2000年到2010年子長縣植被恢復效果顯著。2000年植被蓋度中的劣等和差等蓋度面積占全縣總面積的81.31%，到2010年植被蓋度中的劣等和差等蓋度面積占總面積的10.88%，劣等和差等蓋度面積大幅度減少。

(2)植被類型變化差異較大，林地面積比例從10.50%上升到34.22%，草地面積比例從69.40%減少到48.28%，耕地面積比例從16.35%減少到13.74%。

(3)生態環境質量指數10年間上升了0.0528，退耕還林對子長縣生態環境的整體改善效果顯著。

本研究主要使用兩景ETM+遙感數據分析了子長縣2000—2010年的植被恢復狀況，由于所用遙感數據分辨率的限制，因此本研究只解譯了一級土地利用類型變化。在今后的研究中，若采用更高分辨率的遙感影像，將可以更加準確、客觀地評價植被恢復動態，對進一步深入分析植被恢復狀況有很大幫助。

［1］許智超，張巖，劉憲春，等.半干旱黃土區退耕還林十年植被恢復變化分析——以陜西吳起縣為例［J］.生態環境學報，2011，20(1):91 －96.

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