1999—2016年伊犁地區生態環境變化特征研究

郭遠平

（新疆林業技術推廣總站，新疆 烏魯木齊 830001）

生態環境是人類生存與發展的基礎。經濟快速發展使得我國的生態環境發生了巨大的變化，對生態環境變化的監測也越來越重要，通過運用遙感技術對區域內的生態環境變化研究最為直觀[1]。使用歷年遙感影像數據對新疆維吾爾自治區伊犁地區的生態環境評價及其精度計算作為科學研究的必要基礎數據，對伊犁地區植被、土壤和生態環境等領域的定量研究提供基本數據，使得環境監測數據能有效直觀的反映區域內生態環境變時空變化特征和變化趨勢，為生態環境變化區域進行科學治理提供參考[2-10]。

1 數據處理

1.1 數據來源

遙感數據選取2016年伊犁地區Landsat 8 OLI_TRIS衛星數字、1999年Landsat7 ETM SLC-on衛星數字（1999—2003）的遙感影像資料及伊犁地區30mDEM數據（見表1）。數據來源于地理空間數據云網站，此源數據經過系統輻射校正和地面控制點幾何校正，并且通過DEM進行了地形校正。

1.2 數據預處理

本文所使用的遙感影像處理軟件是ENVI5.1和Arc-GIS10.2，在ENVI能夠直接進行拼接、裁剪、投影變換（遙感數據統一使用UTM投影WGS84坐標系統），利用像元二分法模型估算植被覆蓋度，將穗帽變換工具得出的亮度值和綠度值代入波段運算工具得到土壤指數，對DEM數據進行坡度的提取，最終用波段運算工具計算伊犁地區生態環境狀況。

1.3 研究路線圖

圖1技術路線圖

2 數據研究方法

2.1 植被覆蓋度

植被覆蓋度是指單位面積內植被地上部分（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統計區總面積的百分比。容易與植被覆蓋度混淆的概念是植被蓋度。植被蓋度是指植被冠層或葉面在地面的垂直投影面積占植被區總面積的比例。植被蓋度與植被覆蓋度的不同在于植被區總面積和統計區總面積。植被覆蓋度常用于植被變化、生態環境研究、水土保持、氣候等方面。植被覆蓋度的測量可分為地面測量和遙感估算2種方法，地面測量常用于田間尺度，遙感估算常用于區域尺度[2-3]。

目前較為實用的利用遙感測量植被覆蓋度的方法是利用植被指數近似估算植被覆蓋度，常用的植被指數為

作者簡介：郭遠平（1959—），男，碩士研究生，高級工程師，研究方向：林業技術推廣應用、森林資源保護管理與合理利用。NDVI。遙感信息是以像元為單位記錄的，影像中的像元包含單一覆蓋類型的純像元和包含不同覆蓋類型的混合像元。下面是在像元二分模型的基礎上研究的模型：

表1 遙感數據列表

NDVImin和NDVImax分別為區域內最小和最大的NDVI值，本文用NDVImax代替 NDVIveg，用NDVImin代替 NDVIsoil。由于不可避免存在噪聲，NDVImin和NDVImax通常會取一定量置信度范圍內的最小值和最大值。本文根據NDVI累計頻率表，提取累計頻率為5%的NDVI值作為NDVImin，累計頻率為95%的NDVI值作為NDVImax。

植被覆蓋度編碼分為10個等級，編碼為1-10，編碼越大質量越好。0-10為1，以此類推，90-10為10。

2.2 土壤指數

土壤指數同樣通過采用對前人研究的模型裸土植被指數（GRABS）：

B1和B2指數可分別用來評價裸土和植被的標準，B1和B2分別為穗帽變換中的綠度指數和土壤亮度指數，土壤亮度對于植被指數有相當程度的影響，B1指數與不同植被覆蓋有很大的相關性；裸土信息變化的主要部分是因為其亮度造成的，故由裸土植被指數可以很好地反映土壤裸露的情況［2］。

土壤指數的獲取方法是將預處理后的兩個時期遙感影像用ENVI運用穗帽變換工具進行處理，得出亮度值和綠度值，代入到波段運算工具，分別得出兩個時期的土壤指數。

土壤指數編碼分為10個等級，編碼為1-10，編碼越大質量越好。-165--145為1，以此類推，15-35為10。

2.3 坡度

在生態環境評價中，各指標項之間量綱無法做到一致且無法進行對比，把通過DEM數據生成的坡度放入生態環境進行評價是困難的。根據指標的量化分值對生態環境正面影響的程度，將其由低到高分為若干個等級。坡度編碼分為10個等級，編碼為1～10：小于5度為1，5.5～11度為2，以此類推，44～49.5度為9，大于50度為10；編碼越大質量越好。

圖2 伊犁地區坡度圖

2.4 生態環境評價

自然生態環境評價方法有很多，常用的方法有評分迭加法、指數法、綜合指數法、景觀生態學法和特爾斐法等。結合伊犁地區的實際情況，本文選擇的是綜合指數法。

式（6）中，b1為植被覆蓋度，b2為土壤指數，b2為坡度，W1、W2、W3為權重值，分別為0.7、0.2、0.1。根據上式得出不同的綜合評價指數，綜合評價指數值對應的評價等級如表2

表2生態環境評價表

表3 1999—2016年生態環境評級面積轉移矩陣(hm2)

由于目前尚無統一的生態環境評價劃分標準，本文在參照Levis S、Marion Potschin等人[3-4]文獻的基礎上，結合伊犁地區生態環境特點，將生態環境評價等級劃分為5級：極差、差、中、良和優。

3 結果與分析

3.1 伊犁地區生態環境指數現狀

通過分析可得1999年極差生態環境區域約占1 925 706 hm2，差等生態環境區域約為2 553 919 hm2，中等生態環境區域約為7 080 758 hm2，良生態環境區域約為2 646 779 hm2，優等生態環境區域約為2 251 539 hm2，中等生態環境區域最大，占本年度各類型面積的43.02%。2016年極差生態環境區域約占3 722 767 hm2，差等生態環境區域約為1 336 685 hm2，中等生態環境區域約為5 201 777 hm2，良生態環境區域約為3 938 634 hm2，優等生態環境區域約為2 258 838 hm2。中等生態環境區域最大，占本年度各類型面積的31.61%

伊犁地區河谷區域生態指數一般。河谷部分以中和優為主；河谷的山區、荒漠區域部分植被覆蓋度和土壤指數都是比較低生態評價指數為差和極差；海拔較高的區域主要是森林草原，植被覆蓋度高土壤指數好，生態指數比較高，生態環境比較好；人類活動的主要區域是農田和城市區域，生態評價指數較為一般；在雪線以上區域由于沒有植被土壤，所以生態評價指數最低［10］。

3.2 轉移矩陣分析

根據統計分析結果可知，1999—2016年研究區極差生態環境區域（0≤E＜1）變化面積2 552 087 hm2,其中：減少面積為377 513 hm2，增加面積為2 174 574 hm2，極差生態環境區域減少面積大于增加面積，面積減少明顯。其中轉出去向主要是轉為差等生態環境區域面積為248 384.00 hm2，占轉出總面積的65%；轉入來源主要是差生態環境區域面積為152 220 hm2，占轉入面積的70%。這表明1999—2016年研究區極差與差等生態環境區域相互影響。

差等生態環境區域（1≤E＜4）變化面積2 253 652 hm2,其中：減少面積為1 735 443 hm2，增加面積為518 209 hm2，差生態環境區域減少面積大于增加面積，面積減少顯著。其中轉出去向主要是轉為極差生態環境區域面積為1 522 202 hm2，占轉出總面積的87.71%；轉入來源主要是極差生態環境區域面積為245 384 hm2，占轉入面積的47.35%。這說明1999—2016年研究區差等生態環境區域面積在減少，向極差區域轉移，總體生態環境在惡化。

中等生態環境區域（4≤E＜6）變化面積2 543 109 hm2,其中：減少面積為2 211 045 hm2，增加面積為332 064 hm2，中等生態環境區域減少面積大于增加面積，面積減少明顯。其中轉出去向主要是轉為良好生態環境區域面積為1 648 585 hm2，占轉出總面積的74.56%；轉入來源主要是差生態環境區域面積為149 269 hm2，占轉入面積的44.95%。這說明1999—2016年研究區中等生態環境區域減少明顯，生態環境好轉。

良等生態環境區域（6≤E＜9）變化面積2 270 383 hm2,其中：減少面積為489 264 hm2，增加面積為1 781 119 hm2，良好生態環境區域增加面積大于減少面積，面積增加顯著。其中轉出面積的去向主要是轉為優等生態環境區域面積為265 460 hm2，占轉出總面積的54.26%；轉入面積的來源主要是中生態環境區域面積為1 648 585 hm2，占轉入面積的92.56%。這說明1999—2016年研究區良好生態環境區域在整體增加，生態環境好轉趨勢顯著。

優等生態環境區域（9＜E≤10）變化面積65 5951 hm2,其中：減少面積為324 326 hm2，增加面積為331 625 hm2，優等生態環境區域增加面積大于減少面積，面積有所增加。其中轉出去向主要是轉為差等生態環境區域面積為109 130 hm2，占轉出總面積的33.65%；轉入來源主要是良生態環境區域面積為265 460 hm2，占轉入面積的80.05%。1999—2016年研究區優等生態環境區域面積雖有所增加，但增加不顯著，總體而言本區生態環境在向好發展［10］。

表4 1999—2016年伊犁地區生態環境面積變化值及變化率

如表4所示，2016年各類型面積減1999年得到面積變化值，各類型變化面積與區域各類型面積總和之比為變化率，分析得出，極差、良好、優等區域面積有所增加，面積分別為1 797 061 hm2、1 291 855 hm2、7 299 hm2，變化率分別為10.92%、7.85%、0.04%，極差區域面積增加最為顯著；差和中等區域面積有所減少，面積分別為1 217 234 hm2、1 878 981 hm2，變化率分別為7.40%、11.42%，中等區域面積減少最為顯著?？傮w來看，極差等環境區域在增加，差和中等環境區域在減少，優質環境區域也有所增加，伊犁地區生態環境總體向好發展。