渭源县近10年生态环境质量监测与评价

王晔立 朱燕丽 王小鹏 焦金鱼

摘 要：该文分别从2008年的陆地星5号和2018年的陆地星8号遥感数据中提取了反映自然生态环境因素的数据，在Envi5.3和Arcgis10.4的支持下，建立了渭源县2008—2018年10年自然生态环境变化评价的模型，评价了渭源县2008—2018年近10年的自然生态环境变化。

关键词：自然生态环境;植被指数;土壤指数;渭源县

中图分类号 X826 文献标识码 A文章编号 1007-7731（2018）24-0100-3

1 研究区概况

渭源县地处黄土丘陵沟壑区与西秦岭山脉的交汇地带，是渭河的发源地，素有“中国马铃薯良种之乡、中国党参之乡”之称。位于甘肃省中部，定西市西南部，县域面积2065km2，总人口34.5万人，其中农业人口32.2万人，海拔在1930～3941m，年平均降水量507mm，平均气温6.1℃，无霜期157d。地形破碎、沟深坡陡，土壤贫瘠、植被稀少。根据地形、气候、降雨量等特点，全县分为北部黄土梁峁沟壑干旱区、中部浅山河谷川（塬）区、南部高寒阴湿区3种类型。县内汉、回、藏、满等多民族和谐杂居[2]。

2 数据来源与处理方法

2.1 数据来源 研究采用的遥感图像从地理空间数据云Landsat 8 OLI_TIRS卫星数字产品Landsat4-5 TM卫星数字产品下载，30m分辨率DEM数据由地理空间数据云GDEMV2 30M数字高程数据（http：//www.gscloud.cn）下载获得。

2.2 数据处理 数据预处理的过程包括几何校正（地理定位、几何精校正、图像配准、正射校正等）、图像融合、图像镶嵌、圖像裁剪、去云及阴影处理和大气校正等几个环节。由于整景数据范围比较大，所以在做大气校正前，先将渭源县区域裁剪出来。这个过程使用ENVI中的快速大气校正工具完成，这个工具的大气校正结果一般是基于物理模型精度的±15%。

利用Envi5.3软件，File-> Open As-> Landsat-> GeoTIFF with Metadata，打开MTL.txt，运用Toolbox/Radiometric Correction/ Radiometric Calibration，进行大气校正。

通过比较大气校正前后的图像（图1），曲线发生了较大的变化，校正前波长小于0.5的区间有上升的趋势，校正后波长小于0.5的区间有下降的趋势，说明大气校正对图像的影响较大。

3 结果与分析

3.1 植被覆盖度[1-6] 在Envi5.3软件下及灵活应用Bandmath工具，以NDVI值为参数，运用基于像元二分模型设计的植被覆盖度遥感估算方法技术路线简单、可操作性强，也适用于不同分辨率的遥感数据。利用Envi5.3软件，Toolbox/Bandmath，选择MTL.txt，利用公式：

既使同一景影像，对于NDVIsoil和NDVIveg不能取固定值，2个值会随土壤类型和植被覆盖类型的变化而变化;生成MTL.txt的NDVI，利用计算统计生成不同覆盖类型对应的最大值和最小值，一般取5%～95%的区间值，本研究取NDVImax为0.75，NDVImin为0.25。

利用Envi5.3软件，Toolbox/Bandmath，输入公式：

本研究取NDVImax为0.75，NDVImin为0.25，其中b1为MTL.txt的NDVI。

利用ENVI5.3软件，Layer Manager-> Raster->Color->Slice进行植被覆盖度分级。

3.1.1 土壤指数[1，3-6] 土壤指数裸土植被指数，利用Envi5.3软件，Toolbox/Bandmath，输入公式

GRABS=B1-0.09178 B2+5.58959  （4）

B1和B2分别为穗帽变换的绿度指数和土壤亮度指数。

Envi5.3软件，执行Terrain->DEMExtraction->Extractiondem->Slope。

利用Envi5.3，Layer Manager-> Raster->Color->Slice进行土壤指数覆盖度分级。

3.1.2 坡度 在ArcGIS10.4软件中，利用地形分析--TIN及DEM的生成，TIN的显示中得到的DEM数据：TINGrid;在ArcToolbox中，执行命令3D Analyst工具——栅格表面--坡度。在Envi5.3中执行Terrain->DEMExtraction->Extractiondem->Slope利用Envi5.3软件，Layer Manager-> Raster->Color->Slice进行坡度分级。

3.2 生态因子归一化 生态因子归一化：利用Envi5.3软件，先对植被覆盖度做归一化（0-1），右键Raster Color Slice—右键slices—export图片格式;土壤指数归一化，自定义梯度值;坡度归一化，数值从大到小。

3.2.1 植被覆盖度 根据实际情况，植被对生态环境质量的贡献程度，依据植被的覆盖度分为5级，覆盖度越大编码值越大。

3.2.2 土壤指数 采用的是裸土植被指数作为土壤因子，同样将裸土植被指数值划分为5级，如果质量越好编码值越大。

3.3 生态环境评价[1，3-6] 按照国家环境监测总站制定的《生态环境质量评价技术规范》[6]中提出的评价指标体系，将生态环境质量状况（EI）划分为5级即优、良、中、较差和差。选择的评价模型是指数法与综合指数法：生态环境质量状况（EI）划分为5级，即好、较好、中、较差和差;

式中：b1植被覆盖度，b2土壤指数系数，b3坡度。

把生成的2008年和2018年自然生态环境评价数据导入ArcGIS10.4软件中，形成自然生态环境评价专题地图（图2、3）。

生态环境评价指标：数值为9～10区间，确定为优，环境破坏小，恢复功能好;值为7～9区间，确定为良，自然生态结构相对合理稳定，生态系统功能强，自我恢复能力强;数值为5～7区间，确定为中等，自然生态环境受到破坏，生态结构基本合理稳定，生态系统自身功能和自我恢复能力薄弱;数值为3～5区间，确定水平差，自然生态环境破坏，生态结构基本不合理，生态系统自身功能和自我恢复能力薄弱;数值为1～3区间，确定为差，自然生态环境受到严重破坏，生态结构不合理，生态系统自身功能和自我恢复能力十分薄弱。

3.4 生态环境变化状况 依据生态环境状况变化度分级，将渭源县2018年生態环境质量综合评价结果与2008年综合评价结果进行对比，得到渭源县生态环境质量状况变化结果[1，3-6]（表4）。

4 结论与讨论

运用TM影像数据和GIS与RS技术，监测了渭源县生态环境质量的现状以及动态变化情况，结果表明：

（1）渭源县2008年自然生态环境质量以“较差”和“差”为主;2018年自然生态环境质量以“较差”、“中”和“良”为主。

（2）渭源县自然生态环境质量显著变好的区域主要集中北部重点治理区、中部封治结合区。由2008年和2018年自然生态环境质量指数对比来看，植被覆盖指数大大提高。

（3）渭河河谷基本农田灌溉区、漫坝河河谷林粮发展区、南部林草封育区的生态环境呈现恶化趋势。

（4）渭源县生态环境质量在监测期间呈现改善趋势，表明政策法规在促进和保障环境保护和生态恢复方面发挥着巨大作用。

（5）为了比较渭源县生态环境的质量，有必要比较自然、区域人文和生态环境3个方面来评价环境质量。但由于缺乏自然和区域人文学科的相关统计数据，初步从生态环境的角度对研究区的生态环境质量进行了评价，导致生态环境监测评价结果与实际情况存在一定偏差。

参考文献

[1]王晔立，何启明，王小鹏，等.2000—2014年陇西县生态环境质量监测与评价研究[J].安徽农学通报，2015， 21（12）：69-72.

[2]黄彩玲.渭源县水土流失危害与综合治理成效探析[J].甘肃农业，2014，11（389）：68.

[3]李漫，胡文英.基于植被供水指数法的上蔡县农业春旱遥感监测[J].云南地理环境研究，2006，4（28）：15-17.

[4]ENVI中计算NDVI和植被覆盖度《网络（http：//blog.sina.com）》-2013.

[5]遥感NDVI估算植被覆盖度《网络（http：//blog.csdn.net）》-2017.

[6]国家环境保护总局.生态环境状况评价技术规范（试行）[S].2006.3-13.

（责编：张宏民）