基于遥感影像研究商洛市植被变化

王艳丽

(安徽理工大学空间信息与测绘工程学院，安徽 淮南 232000)

由于技术限制，早期国外学者在研究植被时多采用简单测量。Dymond等采取地面点采样法估算了植被覆盖度[1]；随着遥感技术的发展，大区域监测植被变化也逐渐衍生出新的方法；Purevdor等认为，大区域监测植被变化的方法包括混合模型法、覆盖度-辐射关系模型、植被指数法[2]。

国内学者对各个省植被覆盖度进行了时空变化研究。杨静雅等以GIS为平台，通过差值法计算新疆和静县4个不同时期植被覆盖度，并分析其变化特征[3]；陈楠等建立像元二分模型研究新疆开都河流域植被覆盖度时空变化[4]；刘玉安等选取差值法分析淮河上游流域植被覆盖度的变化规律[5]；王永锋等、喻素芳等以NDVI为基础，研究NDVI随时间的变化趋势，进而研究广西植被变化规律[6,7]。

陕西省植被变化已经有学者做过相关方面的研究。李登科等以归一化差值植被指数分析陕西省植被状况，这种方法精度较高[8]；崔晓临等以陕西省2000—2009年Landsat影像为数据源计算NDVI，通过差值法获得NDVI变化趋势，分析了陕西省植被覆盖时空变化特征[9]；前人对于陕西省的植被覆盖度分析指标多为归一化差值植被指数，很少有学者选择植被覆盖度作为衡量陕西省植被情况的指标。

前人对陕西省各地级市的植被变化也进行了一定程度的研究。贾宝全等以NDVI为基础，分析西安市1995—2009年植被变化[10]；沈关东等通过渭南市2007—2013年的NDVI变化趋势，研究该市植被变化[11]；翟雅倩等以归一化植被指数和像元二分模型法为基础，研究2000—2014年宝鸡市植被覆盖变化规律[12]。

对于商洛市的植被覆盖度研究，目前还没有学者进行研究，因此，本文以遥感影像为数据源，分析商洛市2007—2017年植被时空变化并为商洛市生态环境发展提供依据。

1 研究区概况

商洛市地处陕西省东南部，经纬度位置为E108°34′20″～111°1′25″，N33°2′30″～34°24′40″，辖区内包括商州区、丹凤县、洛南县、山阳县、商南县、镇安县、柞水县。商洛市地形具有一定的特点，呈现西高东低的规律，秦岭横跨其北部。植被沿山脉、山谷分布，覆盖率高。境内分布8个自然保护区，4个森林公园，总面积高达882.96km2，占商洛市国土总面积4.45%。

2 数据与方法

2.1 数据来源

2.1.1 遥感影像数据

在地理空间数据云(http://www.gscloud. cn/)平台下载2007—2017年商洛市6—8月份且影像云量覆盖在5%以下的两期3景影像数据。其中2007年影像数据来自于Landsat4-5卫星，2017年影像数据来自于Landsat8卫星。

2.1.2 矢量数据

在Arc Map10.2中矢量化全国县界行政边界图，得到商洛市行政边界图。

2.2 研究方法与过程

2.2.1 遥感影像预处理

在ENVI5.1中对商洛市2000年和2017年的3景遥感影像进行拼接，在Arc GIS 10.2中参考商洛市2007年遥感影像，几何校正2017年遥感影像，然后利用裁剪工具裁剪遥感影像，以商洛市行政边界为范围，得到商洛市遥感影像。

2.2.2 计算植被覆盖指数和植被覆盖度

归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)，是衡量植被生长情况是否良好的标志。计算归一化植被指数的公式：

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

式中，NIR为近红外波段的反射值；R为红光波段的反射值。

植被覆盖度(Fractional Vegetation Coverage，FVC)是衡量某区域植被覆盖是否良好的指标[10]。计算植被覆盖度的公式：

FVC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)[11]

2.2.3 植被覆盖度的分级

参考杨胜天、苏伟对某区域植被覆盖度的分级方法，利用Arc GIS10.2计算商洛市植被覆盖指数和植被覆盖度，将植被覆盖度分为5类[12,13]。

表1 植被覆盖度分类表

2.2.4 植被覆盖度变化分类

为了更好地描述商洛市植被覆盖度时空变化情况，利用Arc GIS10.2对商洛市植被覆盖度进行动态变化分类，分为退化、稳定、改善以及明显改善4个动态变化类型[14,15]。

表2 类型动态变化分类

3 结果与分析

3.1 商洛市植被覆盖度分析

从图1和图2a可以看出，2007年商洛市植被覆盖度以低植被覆盖度和高植被覆盖度为主。其中，低植被覆盖度所占面积为5122.65km2，所占比例为26%；高植被覆盖度所占面积为5047.12km2，所占比例为25.23%；中低植被覆盖度所占面积为2642.24km2，所占比例为13.31%；中植被覆盖度所占面积为3811.79km2，所占比例为19.20%；中高植被覆盖度所占面积为3227.19km2，所占比例为16.26%。从图1和图2b可以看出，2017年商洛市植被覆盖度以中高植被覆盖度为主，其中，中高植被覆盖度所占面积为10945.37km2，所占比例为55.14%；中植被覆盖度所占面积为5864.94km2，所占比例为29.54%；高植被覆盖度所占面积为2079.23km2，所占比例为10.47%；低植被覆盖度所占面积为361.13km2，所占比例为1.82%；中低植被覆盖度所占面积为600.33km2，所占比例为3.03%。与2007年商洛市植被覆盖度情况相对比，2017年商洛市低植被覆盖度、中低植被覆盖度和高植被覆盖度所占面积比例分别减少了24.18%、10.28%、14.76%，中植被覆盖度和中高植被覆盖度所占面积比例分别增加了10.34%、38.88%，2007—2017年期间商洛市植被覆盖度由以低植被覆盖度和高植被覆盖度为主转变为以中植被覆盖度和中高植被覆盖度为主，中植被覆盖和中高植被覆盖面积在增加，低植被覆盖、中低植被覆盖和高植被覆盖面积在减少。这些数据充分说明了商洛市的植被覆盖度结构在逐步完善，植被在朝着越来越好的方向发展。

从图1和图2a可以看出，2007年商洛市低植被覆盖度集中分布于西部地区，包括商南县、丹凤县和山阳县；高植被覆盖多分布于北部和中部边缘地区，包括丹凤县、洛南县和柞水县；中植被覆盖度均匀分布于各县。从图1和图2b可以看出,2017年商洛市中高植被覆盖度分布呈现范围广、面积大的特点，大致集中于商南县、山阳县、丹凤县以及柞水县区域，在镇安县、商州市以及洛南县呈现边缘分布，其中心区域为中低植被覆盖度和中植被覆盖度。丹凤县、商州县以及柞水县中心零星分布低植被覆盖度。高植被覆盖分布于柞水县、商州市洛南县边缘，分布面积少。商南县、山阳县、丹凤县以及柞水县中植被覆盖和中高植被覆盖面积明显增加，镇安县中高植被覆盖面积有微小增加，商洛市7个县低植被覆盖度面积明显减少。这可能与商洛市退耕还林、植树造林政策有密切关系。随着国家退耕还林、植树造林政策的颁布，商洛市政府积极响应，使得商洛市各县低植被覆盖度面积减少，中高植被覆盖度面积增加。

3.2 商洛市植被覆盖度变化分析

从图1和图3可以看出，2007—2017年商洛市植被退化面积为4998.97km2，所占比例为25.18%;稳定面积为5444.56km2，所占比例为27.43%；改善面积为5056.68km2，所占比例为25.47%；明显改善面积为4350.79km2，所占比例为21.92%。商洛市植被退化面积比改善面积少4408.50km2，所占比例为22.21%，这足以说明商洛市植被整体情况在趋于改善。

商洛市植被覆盖度变化空间分布不均匀，整个区域植被基本呈现改善趋势。镇安县、商南县、商州市以及洛南县呈现植被明显改善的趋势，究其原因，降雨量的增加，为植被的生长提供了充分的水源和良好的生存环境，导致了植被覆盖面积的增加；商洛市政府在护林方面加大了投入力度，与此同时，退耕还林政策的有效实施一定程度上还原了部分之前被破坏的植被。

商洛市的中心地区植被覆盖的变化呈现稳定趋势。经分析主要源于3个方面：自然原因，中心地区较其它地区的气候条件稳定，土壤性能稳定，营养物质循环流动，植被的生存环境稳定良好导致2007—2017年的植被呈现稳定的状态；人为原因，由于此地区属于中心商务区，经济较边缘地区发达，部分植被有专业的园林人士定期进行打理，这就造成了商洛市植被较为稳定的情况；商洛市辖区内分布大量的自然保护区和森林公园，自然保护区和森林公园内植被种类丰富，良好的生存环境使得该区域植被覆盖较其它地方更为稳定。

3.3 商洛市各县植被覆盖度变化分析

从图1和图3可以看出，商洛市各县植被变化并不是完全相同的，呈现明显的地域差异，各县植被改善与退化情况互不相同，商南县改善面积达1829.67km2，植被覆盖情况良好，柞水县退化面积达1080.19km2，植被退化严重，其余各县情况稳定。

2007—2017年商洛市丹凤县植被退化面积为652.4237km2，所占比例为26.76%；植被稳定面积为555.4659km2，所占比例为22.78%；植被改善面积为593.1922km2，所占比例为24.33%；植被明显改善面积为636.9182km2，所占比例为26.12%。与2007年相比，商洛市丹凤县植被退化面积比改善面积少577.6867km2，所占比例为23.69%，这说明丹凤县植被整体情况在趋于改善。丹凤县北部趋于稳定，中部有类似条带状区域大面积明显改善，南部地区也在整体改善，有少量退化区域，这是因为凤冠山自然景区、商山森林公园、陕西江武关河省级自然保护区位于丹凤县中南部，政府出台政策大力保护自然景区，使得丹凤县植被整体情况在趋于改善。

2007—2017年商洛市洛南县植被退化面积为992.41km2，所占比例为35.07%；植被稳定面积为973.95km2，所占比例为34.42%；植被改善面积为646.32km2，所占比例为22.84%；植被明显改善面积为217.32km2，所占比例为7.68%。与2007年相比，商洛市洛南县植被退化面积比改善面积多128.77km2，所占比例为4.55%，这说明洛南县植被整体情况在趋于退化。洛南县北部植被退化情况严重，呈现条带状，南部也出现少部分植被退化区域，这是由于洛南县工业经济的发展，大量占用土地，大批工厂的建立，导致植被出现退化。中南部大面积区域趋于稳定，有小面积区域出现改善和明显改善的情况，植被改善区域大致位于秦岭观华山景区，景区内森林覆盖率高达95%以上，植被覆盖情况稳定且良好。

2007—2017年商洛市商南县植被退化面积为191.30km2，所占比例为8.29%；植被稳定面积为286.03km2，所占比例为12.40%；植被改善面积为672.41km2，所占比例为29.15%；植被明显改善面积为1157.26km2，所占比例为50.16%。与2007年相比，商洛市洛南县植被改善面积比退化面积多128.77km2，所占比例为4.55%，这说明洛南县植被整体情况在趋于退化。商南县植被出现大面积明显改善，这是由于金丝大峡谷国家森林公园分布于商南县中南部，森林公园内植被种类丰富。商南县西北部分布玉皇尖森林公园，原始森林面积4980hm2，公园内有各类植物1669种，资源丰富。这也正是商南县西北部和东南部出现改善的重要原因。商南县西部和北部地区比较稳定，北部边缘“三角”区域退化，是由于此区域经济发展迅速，大量工厂的建立，在经济走上坡路的同时不能为植被提供良好的生存环境。

2007—2017年商洛市山阳县植被退化面积为731.23km2，所占比例为20.81%;植被稳定面积为858.73km2，所占比例为24.44%；植被改善面积为925.58km2，所占比例为26.34%；植被明显改善面积为998.46km2，所占比例为28.41%。与2007年相比，商洛市山阳县植被改善面积比退化面积多1192.81km2，所占比例为33.94%，这说明山阳县植被整体情况在趋于改善。山阳县植被覆盖整体情况良好，改善和明显改善区域远远大于退化区域，植被改善区域位于天竺山省级自然保护区，位于天竺山林场的天竺山国家森林公园，面积1058km2，森林覆盖率高达88%，山阳县由于天竺山自然保护区的存在，植被覆盖情况良好。

2007—2017年商洛市商州区植被退化面积为583.23km2，所占比例为21.83%；植被稳定面积为810.56km2，所占比例为30.34%；植被改善面积为630.11km2，所占比例为23.58%；植被明显改善面积为648.10km2，所占比例为24.26%。与2007年相比，商洛市商州区植被改善面积比退化面积多694.98km2，所占比例为26.01%，这说明商州区植被整体情况在趋于改善。商州区西部边缘地区呈现退化现象，大部分区域植被覆盖稳定，中部地区植被明显改善，商州区政府为推进循环经济建设出台了环保政策，近几年此政策的大力实施使得商州区环境改善，植被覆盖明显改善。

2007—2017年商洛市柞水县植被退化面积为1080.19km2，所占比例为46.52%；植被稳定面积为621.34km2，所占比例为26.76%；植被改善面积为377.14km2，所占比例为16.24%；植被明显改善面积为243.33km2，所占比例为10.48%。与2007年相比，商洛市柞水县植被退化面积比改善面积多459.72km2，所占比例为19.8%，这说明柞水县植被整体情况趋于退化。柞水县中西部植被退化严重，东部地区呈现明显改善。近年来，随着柞水县人口的增长，环境所承载的人口压力越来越大，而柞水县的山岭地形，使得人口多集中于地势相对较低的中西部，进而人类的生产活动导致了植被的退化。东部地区植被明显改善是由于牛背梁国家森林公园、牛背梁国家级自然保护区的存在，境内茂密的原始森林有助于植被的培育和生长。

2007—2017年商洛市镇安县植被退化面积为693.23km2，所占比例为19.88%；植被稳定面积为1255.65km2，所占比例为36.01%；植被改善面积为1139.78km2，所占比例为32.69%；植被明显改善面积为398.34km2，所占比例为11.42%。与2007年相比，商洛市镇安县植被改善面积比退化面积多844.89km2，所占比例为24.23%，这说明镇安县植被整体情况在趋于改善。镇安县植被情况整体良好，整个区域大部分处于稳定和改善的状态，这是由于镇安县注重环境保护，先后建立了木王山景区、塔云山景区、木王国家森林公园、鹰嘴石省级自然保护区，景区的发展大力保护了植被，使得植被逐步改善。

4 结论与讨论

本文主要以NDVI为基础研究商洛市2007—2017年植被覆盖度变化，研究结果表明，2007年商洛市植被覆盖以低植被覆盖为主，所占面积为5122.65km2，所占比例为26%；2017年植被覆盖以中高植被覆盖为主，所占面积为10945.37km2，所占比例为55.14%；2000—2017年商洛市植被退化面积比改善面积少4408.50km2，所占比例为22.21%，植被整体趋于改善；2000—2017年商洛市各县植被覆盖呈明显的地域分异特征，商南县改善面积达1829.67km2，植被覆盖情况良好，柞水县退化面积达1080.19km2，植被退化严重，其余各县情况稳定；基商洛市脆弱、退化的生态环境现状，在新型资源开发的时候需要重视与环境的矛盾关系，尽量做到互不排斥，互利互存。在经济发展，能源开发的同时，力求环境可持续发展，为人们创造一个美好的生存家园。