1999—2016年伊犁地区生态环境变化特征研究

郭远平

（新疆林业技术推广总站，新疆 乌鲁木齐 830001）

生态环境是人类生存与发展的基础。经济快速发展使得我国的生态环境发生了巨大的变化，对生态环境变化的监测也越来越重要，通过运用遥感技术对区域内的生态环境变化研究最为直观[1]。使用历年遥感影像数据对新疆维吾尔自治区伊犁地区的生态环境评价及其精度计算作为科学研究的必要基础数据，对伊犁地区植被、土壤和生态环境等领域的定量研究提供基本数据，使得环境监测数据能有效直观的反映区域内生态环境变时空变化特征和变化趋势，为生态环境变化区域进行科学治理提供参考[2-10]。

1 数据处理

1.1 数据来源

遥感数据选取2016年伊犁地区Landsat 8 OLI_TRIS卫星数字、1999年Landsat7 ETM SLC-on卫星数字（1999—2003）的遥感影像资料及伊犁地区30mDEM数据（见表1）。数据来源于地理空间数据云网站，此源数据经过系统辐射校正和地面控制点几何校正，并且通过DEM进行了地形校正。

1.2 数据预处理

本文所使用的遥感影像处理软件是ENVI5.1和Arc-GIS10.2，在ENVI能够直接进行拼接、裁剪、投影变换（遥感数据统一使用UTM投影WGS84坐标系统），利用像元二分法模型估算植被覆盖度，将穗帽变换工具得出的亮度值和绿度值代入波段运算工具得到土壤指数，对DEM数据进行坡度的提取，最终用波段运算工具计算伊犁地区生态环境状况。

1.3 研究路线图

图1技术路线图

2 数据研究方法

2.1 植被覆盖度

植被覆盖度是指单位面积内植被地上部分（包括叶、茎、枝）在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。容易与植被覆盖度混淆的概念是植被盖度。植被盖度是指植被冠层或叶面在地面的垂直投影面积占植被区总面积的比例。植被盖度与植被覆盖度的不同在于植被区总面积和统计区总面积。植被覆盖度常用于植被变化、生态环境研究、水土保持、气候等方面。植被覆盖度的测量可分为地面测量和遥感估算2种方法，地面测量常用于田间尺度，遥感估算常用于区域尺度[2-3]。

目前较为实用的利用遥感测量植被覆盖度的方法是利用植被指数近似估算植被覆盖度，常用的植被指数为

作者简介：郭远平（1959—），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：林业技术推广应用、森林资源保护管理与合理利用。NDVI。遥感信息是以像元为单位记录的，影像中的像元包含单一覆盖类型的纯像元和包含不同覆盖类型的混合像元。下面是在像元二分模型的基础上研究的模型：

表1 遥感数据列表

NDVImin和NDVImax分别为区域内最小和最大的NDVI值，本文用NDVImax代替 NDVIveg，用NDVImin代替 NDVIsoil。由于不可避免存在噪声，NDVImin和NDVImax通常会取一定量置信度范围内的最小值和最大值。本文根据NDVI累计频率表，提取累计频率为5%的NDVI值作为NDVImin，累计频率为95%的NDVI值作为NDVImax。

植被覆盖度编码分为10个等级，编码为1-10，编码越大质量越好。0-10为1，以此类推，90-10为10。

2.2 土壤指数

土壤指数同样通过采用对前人研究的模型裸土植被指数（GRABS）：

B1和B2指数可分别用来评价裸土和植被的标准，B1和B2分别为穗帽变换中的绿度指数和土壤亮度指数，土壤亮度对于植被指数有相当程度的影响，B1指数与不同植被覆盖有很大的相关性；裸土信息变化的主要部分是因为其亮度造成的，故由裸土植被指数可以很好地反映土壤裸露的情况［2］。

土壤指数的获取方法是将预处理后的两个时期遥感影像用ENVI运用穗帽变换工具进行处理，得出亮度值和绿度值，代入到波段运算工具，分别得出两个时期的土壤指数。

土壤指数编码分为10个等级，编码为1-10，编码越大质量越好。-165--145为1，以此类推，15-35为10。

2.3 坡度

在生态环境评价中，各指标项之间量纲无法做到一致且无法进行对比，把通过DEM数据生成的坡度放入生态环境进行评价是困难的。根据指标的量化分值对生态环境正面影响的程度，将其由低到高分为若干个等级。坡度编码分为10个等级，编码为1～10：小于5度为1，5.5～11度为2，以此类推，44～49.5度为9，大于50度为10；编码越大质量越好。

图2 伊犁地区坡度图

2.4 生态环境评价

自然生态环境评价方法有很多，常用的方法有评分迭加法、指数法、综合指数法、景观生态学法和特尔斐法等。结合伊犁地区的实际情况，本文选择的是综合指数法。

式（6）中，b1为植被覆盖度，b2为土壤指数，b2为坡度，W1、W2、W3为权重值，分别为0.7、0.2、0.1。根据上式得出不同的综合评价指数，综合评价指数值对应的评价等级如表2

表2生态环境评价表

表3 1999—2016年生态环境评级面积转移矩阵(hm2)

由于目前尚无统一的生态环境评价划分标准，本文在参照Levis S、Marion Potschin等人[3-4]文献的基础上，结合伊犁地区生态环境特点，将生态环境评价等级划分为5级：极差、差、中、良和优。

3 结果与分析

3.1 伊犁地区生态环境指数现状

通过分析可得1999年极差生态环境区域约占1 925 706 hm2，差等生态环境区域约为2 553 919 hm2，中等生态环境区域约为7 080 758 hm2，良生态环境区域约为2 646 779 hm2，优等生态环境区域约为2 251 539 hm2，中等生态环境区域最大，占本年度各类型面积的43.02%。2016年极差生态环境区域约占3 722 767 hm2，差等生态环境区域约为1 336 685 hm2，中等生态环境区域约为5 201 777 hm2，良生态环境区域约为3 938 634 hm2，优等生态环境区域约为2 258 838 hm2。中等生态环境区域最大，占本年度各类型面积的31.61%

伊犁地区河谷区域生态指数一般。河谷部分以中和优为主；河谷的山区、荒漠区域部分植被覆盖度和土壤指数都是比较低生态评价指数为差和极差；海拔较高的区域主要是森林草原，植被覆盖度高土壤指数好，生态指数比较高，生态环境比较好；人类活动的主要区域是农田和城市区域，生态评价指数较为一般；在雪线以上区域由于没有植被土壤，所以生态评价指数最低［10］。

3.2 转移矩阵分析

根据统计分析结果可知，1999—2016年研究区极差生态环境区域（0≤E＜1）变化面积2 552 087 hm2,其中：减少面积为377 513 hm2，增加面积为2 174 574 hm2，极差生态环境区域减少面积大于增加面积，面积减少明显。其中转出去向主要是转为差等生态环境区域面积为248 384.00 hm2，占转出总面积的65%；转入来源主要是差生态环境区域面积为152 220 hm2，占转入面积的70%。这表明1999—2016年研究区极差与差等生态环境区域相互影响。

差等生态环境区域（1≤E＜4）变化面积2 253 652 hm2,其中：减少面积为1 735 443 hm2，增加面积为518 209 hm2，差生态环境区域减少面积大于增加面积，面积减少显著。其中转出去向主要是转为极差生态环境区域面积为1 522 202 hm2，占转出总面积的87.71%；转入来源主要是极差生态环境区域面积为245 384 hm2，占转入面积的47.35%。这说明1999—2016年研究区差等生态环境区域面积在减少，向极差区域转移，总体生态环境在恶化。

中等生态环境区域（4≤E＜6）变化面积2 543 109 hm2,其中：减少面积为2 211 045 hm2，增加面积为332 064 hm2，中等生态环境区域减少面积大于增加面积，面积减少明显。其中转出去向主要是转为良好生态环境区域面积为1 648 585 hm2，占转出总面积的74.56%；转入来源主要是差生态环境区域面积为149 269 hm2，占转入面积的44.95%。这说明1999—2016年研究区中等生态环境区域减少明显，生态环境好转。

良等生态环境区域（6≤E＜9）变化面积2 270 383 hm2,其中：减少面积为489 264 hm2，增加面积为1 781 119 hm2，良好生态环境区域增加面积大于减少面积，面积增加显著。其中转出面积的去向主要是转为优等生态环境区域面积为265 460 hm2，占转出总面积的54.26%；转入面积的来源主要是中生态环境区域面积为1 648 585 hm2，占转入面积的92.56%。这说明1999—2016年研究区良好生态环境区域在整体增加，生态环境好转趋势显著。

优等生态环境区域（9＜E≤10）变化面积65 5951 hm2,其中：减少面积为324 326 hm2，增加面积为331 625 hm2，优等生态环境区域增加面积大于减少面积，面积有所增加。其中转出去向主要是转为差等生态环境区域面积为109 130 hm2，占转出总面积的33.65%；转入来源主要是良生态环境区域面积为265 460 hm2，占转入面积的80.05%。1999—2016年研究区优等生态环境区域面积虽有所增加，但增加不显著，总体而言本区生态环境在向好发展［10］。

表4 1999—2016年伊犁地区生态环境面积变化值及变化率

如表4所示，2016年各类型面积减1999年得到面积变化值，各类型变化面积与区域各类型面积总和之比为变化率，分析得出，极差、良好、优等区域面积有所增加，面积分别为1 797 061 hm2、1 291 855 hm2、7 299 hm2，变化率分别为10.92%、7.85%、0.04%，极差区域面积增加最为显著；差和中等区域面积有所减少，面积分别为1 217 234 hm2、1 878 981 hm2，变化率分别为7.40%、11.42%，中等区域面积减少最为显著。总体来看，极差等环境区域在增加，差和中等环境区域在减少，优质环境区域也有所增加，伊犁地区生态环境总体向好发展。