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摘 要:该文基于遥感和地理信息系统等技术,以干旱区典型荒漠—绿洲—新疆和田河西岸为研究区,利用该地区2000年、2011年两个时段的多源卫星遥感数据(TM、HRV),采用主成分分析法和分层监督分类的方法,分别解译出2个时期的荒漠林数据。并对该区2000-2011年11年间的荒漠林数量、类型及其时空变化规律进行研究,得到该区2000-2011年荒漠林变化情况及其动态变化转移矩阵。结果显示:和田河西岸近11年来荒漠林数量呈增加趋势,其中疏林地变化强度最大;其他林地向有林地转移趋势、非林地向宜林地转移趋势最为明显,荒漠林整体向有利的趋势发展;变化的主导因素是政策因素和人为因素,其次是气候因素。
关键词:和田河 多源遥感图像 荒漠林 动态变化
中图分类号:P951 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)04(a)-0-04
森林在地球占有很大的比例,陆地表面的森林是遥感观测和记录的第一表层,是遥感图像反映的最直接的信息,它与一定的气候、地貌、土壤条件相适应,受多种因素控制,对地理环境的依赖性最大,对其他因素的变化也最为敏感。因此,研究森林分布的时空变化能够客观的反映区域自然条件的变化,对区域的发展起一定的指导作用。
新疆和田地区位于塔克拉玛干沙漠南缘、昆仑山北麓,属于典型的荒漠—绿洲交错带。降水稀少,风大沙多,属典型的大陆性气候。植被通常较为稀疏,多呈斑块状分布,且时空变化幅度较大,使干旱环境中的生态系统极为脆弱,加之人类活动的干扰,极易发生荒漠化[1]。
近年来,和田河西岸以天然植被为主体的生态系统和生态过程因人为对自然水资源时空格局的改变而受到严重影响,生态环境严重退化[2]。环境的变化必将影响地表植被分布,从而影响到土地利用和土地覆盖,最终导致该地区水分循环和热量循环的改变[3]。该文以研究和田河西岸荒漠林动态变化为主,对改善西部干旱区生态环境意义深远。
目前,国内针对干旱区域荒漠—绿洲交错带的研究较多。丁建丽、孙秋梅、王兮之等分别利用不同的研究方法,探讨了和田河流域绿洲荒漠过渡带环境变化的过程[4-6]。本研究结合两期卫星遥感影像,以林地分类的角度,通过对和田河西岸荒漠林变化的研究,加深对干旱区荒漠林演变的认识,为今后的研究提供一定的理论基础,为当地的生态环境建设提供依据,促进区域经济社会的可持续发展。
1 研究区概况
研究区域为新疆和田河西岸,该区域位于昆仑山北麓,塔克拉玛干大沙漠南缘,地处东经79 °08′~80 °51′,北纬36 °36′~ 39 °38′,地面海拔1120~3600 m。东与和田县隔河相望,西临戈壁与皮山县接壤,南抵喀喇昆仑山北麓,北入塔克拉玛干大沙漠与阿瓦提县相邻。地势南高北低,地形分三个地貌单位:南部为山腰起伏势山区;中部为洪水冲积扇平原,是主要的农业种植区;西北部是冲积沙漠平原,生长着大面积原始胡杨林、柽柳。土壤主要为风沙土和棕模土,植被稀疏,覆盖度只有15%~30%,是典型的荒漠—绿洲交错地区。研究区的气候属暖温带干燥荒漠气候,四季分明,夏季炎热,干燥少雨,春季升温快,秋季降温快,降水量稀少,光照充足,无霜期长,昼夜温差大。年平均气温11.3 ℃,年平均降水量为36~37 mm,蒸发量239 mm,无霜期177 d,年日照时数为2655 h。研究该地区的荒漠化程度及发展趋势,对于该地区的荒漠化控制,经济、社会的可持续发展以及土地利用开发等方面都至关重要。
图1 研究区位置图
2 数据源及研究方法
2.1 数据源
研究所用遥感图像为覆盖研究区的2000年7月的TM全波段图像和2011年6月的XI多光谱SPOT-HRV图像。另有2000、2011年和田河西岸森林资源分布图(1∶1000000)及其矢量数据,研究区森林资源二类调查统计数据、公益林区划成果,统计资料(气象、水文、人口、土壤、社会经济等)等。数据的采集与处理采用遥感和地理信息系统方法以及数理统计方法。
2.2 研究方法
首先利用ERDAS 9.1遥感图像处理软件,分别对2个时相、2种数据源的同一研究区的遥感影像进行数据预处理,由于两种图像的空间、光谱分辨率不同以及动态分析的需要,2个时相的图像各数据层像素间需严格配准,方法是在对2种图像几何精校正后,将TM 图像放大1.5倍,再以SPOT—HRV 图像为参考图像,选取控制点,采用多项式拟合法进行影像配准,然后用双线性内插法进行重采样[7],误差小于一个像元。
其次对TM、SPOT数据进行融合、镶嵌与裁切,融合后的影像较好地保持了多光谱影像的色彩信息[8],可以清晰看见不同地物的纹理特征,经过影像融合,例如果园的树冠在融合后的影像呈现颗粒状的特征,这样原来在TM 影像上无法区分清楚的林地和耕地,可以用肉眼较好地识别出。
最后对图像进行分类处理,利用经过拉伸增强处理的RGB-543的彩色图像,以1∶1000000研究区森林资源分布图和实地调查资料作为辅助参考资料,对融合影像分别建立初始判读标志,然后到野外加以验证,最终确定各地类的解译标志。利用具有较高空间分辨率的融合影像构造的NDVI指数对研究区域的荒漠林进行监测。分类方法采用多步骤监督分类。以2000年小斑图层为本底数据,首先选择代表不同类别的林地小斑,通过空间分析分别转化为感兴趣区域。在此基础上,利用TM 和SPOT-5全色波段数据融合后的影像,进行分层监督分类,识别原有林地发生的变化;对于非林地采用小斑图层掏空研究区行政图层,结合影像监督分类,识别非林地和林地相互转化的信息;合并林地和非林地变化信息;最后通过人工目视解译等步骤排除干扰因素及遥感图片投影参数不同造成的伪信息,获得不同时期的荒漠林类
型图。
2.3 荒漠林变化强度指数 荒漠林变化强度指数是指某一区域i内,单位面积上植被类型j从a时期到b时期发生的改变。荒漠林变化强度指数的计算公式
如下。
式中、分别代表研究初期和研究末期某种荒漠林类型的面积(公顷),表示研究期时段长,FAi表示研究区面积,当的单位设定为年时,值就是该研究区域内某种植被类型的年变化强度。
3 结果与分析
3.1 荒漠林的数量结构与变化
从所研究的2个时段来看,研究区荒漠林的数量结构变化总体呈现明显增长趋势。由表1可见,2000—2011年期间,疏林地面积呈明显上升趋势,面积增加了146271.26 hm2;宜林地面积增长幅度较大,增加了17204.27 hm2;有林地和灌木林地面积也有所增长,有林地的增加量约为灌木林地的2倍。
3.2 荒漠林地类结构变化分析
荒漠林地类结构的变化对区域的可持续发展有着十分重要的意义,合理的地类结构不仅符合区域可持续发展的目标,同时也符合荒漠林生态建设目标和社会公益目标。根据和田河西岸荒漠林的两期数据,得出该研究区的荒漠林地类结构变化结果,如表2。
从表2和可以看出,2000—2011年间,该研究区的荒漠林地类结构变化十分显著。11年间,疏林地面积所占比例呈明显上升趋势,从2000年的18.91%变化到2011年的55.34%;宜林地所占比例下降幅度较大,下降了28.69%。
3.3 荒漠林类型的稳定性与转移方向
荒漠林类型之间的相互转换情况可采用马尔可夫转移矩阵来进一步描述。转移矩阵能全面而具体地刻画区域各荒漠林类型变化的方向[9]。利用2000-2011年荒漠林动态变化矢量数据求出2000年和2011年两个时期的荒漠林类型的动态转移矩阵(见表3)。
3.3.1 有林地
由表3可见,荒漠林类型中有林地向非林地转化面积为747.93 hm2,同时,有4467.8 hm2非林地转化为有林地;有林地向疏林地转化面积为1905.18 hm2,达有林地总面积的9.21%,同时,疏林地向有林地转化面积为3374.80 hm2;有林地和宜林地相互转化面积分别为1270.20 hm2和2953.57 hm2。在该时期,虽然部分有林地退化成非林地,但是总体有林地面积增加了6872.86 hm2,说明该研究区有林地消退和增长过程同时存在,增长的速度大于消退的速度。
3.3.2 宜林地
在2000—2011年期间,宜林地的面积有所增加,其中,非林地向宜林地转化面积最多,为68180.06 hm2;同时,有38266.37 hm2的宜林地转化为疏林地,说明宜林地的稳定性不断上升,荒漠林向着有利的趋势发展。但是,仍存在不利因素,有9313.87 hm2的宜林地转化为非林地,值得引起重视。
3.3.3 疏林地
在2000—2011年期间,疏林地面积呈增加趋势,增加趋势显著。其中,非林地向疏林地转移量最大,达111481.39 hm2,其次为宜林地,转化面积为38266.37 hm2;同时,疏林地向有林地转化面积为3374.80 hm2,占疏林地面积的12.84%。
3.3.4 稳定性
不同时期内,不同类型荒漠林的稳定性是有所差异的。但是,在研究区域内,这种稳定性的差异表现不是很明显。在研究区域内,2000—2011年,荒漠林整体稳定性有所增加,表现为其他林地向有林地转移趋势、非林地向宜林地转移趋势最为明显。
如表3与表4所示,2000—2011年期间有林地未发生变化的面积占其总面积的81.03%,疏林地未发生改变的面积占其总面积的79.52%,灌木林地未发生改变的面积占其总面积的95.17%,宜林地未发生改变的面积占其总面积的38.86%。可以看出,灌木林地的稳定性最强,其次是有林地和疏林地,宜林地的稳定性
最弱。
4 结论与讨论
4.1 气候变化对荒漠—绿洲交错带的影响
目前,气候变暖已在全球范围产生影响,在我国的荒漠地区亦无例外[10]。温度与湿度的变化必然引起水循环时空的变化。该研究的研究时间段为2000—2011年,研究区的气候变化主要体现在随着温度的缓慢上升,该地区的降水量呈现减少的趋势(图2)。
图2 和田河西岸温度与降水变化趋势(2000—2011年)
从图2可以看出,研究区2000—2011年温度整体呈上升趋势,这与塔里木河流域气候变化趋势相一致[11-12]。与研究初期相比,2011年平均气温上升了0.6 ℃,年最高气温上升了2.2 ℃,气温上升趋势显著。该区2011年总降水量比2000年减少了9.2 mm,年降水平均值比2000年低38.5%。
4.2 荒漠林变化及其驱动分析
在20世纪70年代到80年代末,和田地区的植被遭受较严重的破环,植被覆盖面积急剧减少,同时该地区的环境条件也急剧恶化。至1978年政府禁止乱砍滥伐以来,经过政策的调整,和田地区的植被不仅得到很好的恢复,并且林地面积大量增加。从以上研究结果可以看出,在一系列优惠政策的指导下,人们对森林资源开始重视,采取各种防护措施,引洪灌渠,封山育林,到2011年,该地区的荒漠林面积有了大幅度的增加,自然环境条件日益好转(图3)。
图3 2000—2011年新疆和田河西岸荒漠林数量结构
4.2.1 气候因子
根据2000—2011年的气候变化曲线可见(图2),总体上,温度呈现上升趋势,降水量呈现减少趋势,对荒漠林生长起副作用。但该时期的荒漠林面积反而增加,由此看出,荒漠林数量的变化并不是随着气候的变化而变化的,气候变化并不是荒漠林数量变化的主导因素。 4.2.2 人为因素
除了气候因素对荒漠林变化有影响外,人为因素也是引起荒漠林变化的重要因素之一。2000年以前,由于人们不合理的开发利用水土资源,使得大面积的荒漠林胡杨、红柳等荒漠林快速消退,河流沿岸的植被—荒漠固定沙包带被毁坏,导致的直接后果就是绿洲失去了天然和人工荒漠林的屏障保护,加速该地区土地荒漠化进程。近年来,由于人们对森林资源的重视,采取各种防护措施,引洪灌渠,封山育林,使得大面积的宜林地转化为疏林,荒漠林面积大幅度上升。
4.2.3 政策因素
国家政策是影响荒漠林变化的又一主要因素。自20世纪90年代中期国家逐步实施退耕还林政策以来,和田地区政府禁止乱采乱伐,并通过开展“三北”防护林建设工程、退耕还林工程、天然林保护、封育工程,建立波斯坦库勒生态治理区,使得荒漠林面积大幅度上升,大面积的宜林地转化为疏林地。
4.3 遥感影像分辨率的影响
从表1可以明显看出有林地、灌木林地和宜林地的变化强度指数相差不大,分别为0.0249%、0.5308%和0.0089%,而疏林地的变化强度指数达到0.5308%。这是因为2000年所采用的多光谱TM 图像空间分辨率较低造成边界不清,以至于该面积中丢失了部分原有信息[13]。但融合后的图像却达到卫星全色波段的空间分辨率,分辨出了细微地物,使得2011年的数据精度非常高,准确的反映了荒漠林变化的信息。因此造成疏林地的变化强度指数
异常。
5 结语
遥感技术在林业中的应用已有较长的历史。森林资源调查方法不断趋向多元化和综合化。结合地面调查数据与时间空间不断变化的遥感图像,得到和田河西岸2000—2011年荒漠林空间变化结果:荒漠林数量呈明显增加趋势,疏林地变化强度最大;其他林地向林地转移趋势、非林地向宜林地转移趋势明显;荒漠林稳定性不断上升,表现为未转移量所占比例,有林地、灌木林地、疏林地稳定性最强,宜林地稳定性最弱。从整体上看,该研究区的荒漠林变化向着可持续发展的趋势发展,但仍然存在一些不利的因素,例如由于人们不合理的土地开垦或过度开荒及水资源利用引起大面积胡杨、柽柳等荒漠植被快速消退,加速该地区土地荒漠化进程。总之,要实现区域荒漠植被的可持续发展和生态功能的良性发挥,必须注重荒漠林优化,维护生态系统的平衡发展。
参考文献
[1] 张元明,陈亚宁,张小雷.塔里木河下游植物群落分布格局及其环境解释[J].地理学报,2004,59(6):903-904.
[2] 刘建军,潘峰.塔里木河下游土地覆被动态变化分析[J].干旱环境监测,2001,15:11-19.
[3] 程苗苗,江洪,陈健,等.基于Land sat数据的新疆和田地区植被覆盖变化研究[J].安徽农业科学,2009,37(3):1239—1244,1250.
[4] 丁建丽,塔西甫拉堤·特依拜.塔里木盆地南缘绿洲植被生境质量变化的研究—以策勒县为例[J].干旱区资源与环境,2001,15(4):6-11.
[5] 孙秋梅,李志忠,武胜利,等.和田河流域绿洲荒漠过渡带土地荒漠化过程研究[J].干旱区资源与环境,2007,21(6):136-141.
[6] 王兮之,王刚,Helge Bruelheide,等.SPOT4遥感数据在荒漠一绿洲景观分类研究中的初步应用[J].应用生态学报,2002,13(9):1113-l116.
[7] 丁建丽,塔西甫拉提·特依拜,熊黑钢,等.塔里木盆地南缘绿洲荒漠化动态变化遥感研究[J].遥感学报,2002,6(1):56-57.
[8] 陈芸芝,陈崇成,汪小钦,等.多源数据在森林资源动态变化监测中的应用[J].资源科学,2004,26(4):146-152.
[9] 王金沙,王玲,赵洲,胡勇,王炬欢.基于RS和GIS的土地利用/土地覆被动态变化分析[J].黑龙江农业科学,2009(2):144-147.
[10] 薛燕,韩萍,冯国华.半个世纪以来新疆的降水和气温的变化趋势[J].干旱区研究,2005,22(4):458-464.
[11] 木沙·茹孜,白云岗,雷晓云,等.塔里木河流域气候及径流变化特征研究[J].水土保持研究,2012,19(6):122-126.
[12] 木塔里甫·托乎提,徐海量,刘新华.塔里木河流域径流变化趋势分析及预测[J].水资源与水工程学报,2012,23(2):77-82.
[13] 王冬梅,陈性义,潘洁晨.遥感图像融合技术在土地利用分类中的应用研究[J].工程地球物理学报,2008,5(1):115-118.
关键词:和田河 多源遥感图像 荒漠林 动态变化
中图分类号:P951 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)04(a)-0-04
森林在地球占有很大的比例,陆地表面的森林是遥感观测和记录的第一表层,是遥感图像反映的最直接的信息,它与一定的气候、地貌、土壤条件相适应,受多种因素控制,对地理环境的依赖性最大,对其他因素的变化也最为敏感。因此,研究森林分布的时空变化能够客观的反映区域自然条件的变化,对区域的发展起一定的指导作用。
新疆和田地区位于塔克拉玛干沙漠南缘、昆仑山北麓,属于典型的荒漠—绿洲交错带。降水稀少,风大沙多,属典型的大陆性气候。植被通常较为稀疏,多呈斑块状分布,且时空变化幅度较大,使干旱环境中的生态系统极为脆弱,加之人类活动的干扰,极易发生荒漠化[1]。
近年来,和田河西岸以天然植被为主体的生态系统和生态过程因人为对自然水资源时空格局的改变而受到严重影响,生态环境严重退化[2]。环境的变化必将影响地表植被分布,从而影响到土地利用和土地覆盖,最终导致该地区水分循环和热量循环的改变[3]。该文以研究和田河西岸荒漠林动态变化为主,对改善西部干旱区生态环境意义深远。
目前,国内针对干旱区域荒漠—绿洲交错带的研究较多。丁建丽、孙秋梅、王兮之等分别利用不同的研究方法,探讨了和田河流域绿洲荒漠过渡带环境变化的过程[4-6]。本研究结合两期卫星遥感影像,以林地分类的角度,通过对和田河西岸荒漠林变化的研究,加深对干旱区荒漠林演变的认识,为今后的研究提供一定的理论基础,为当地的生态环境建设提供依据,促进区域经济社会的可持续发展。
1 研究区概况
研究区域为新疆和田河西岸,该区域位于昆仑山北麓,塔克拉玛干大沙漠南缘,地处东经79 °08′~80 °51′,北纬36 °36′~ 39 °38′,地面海拔1120~3600 m。东与和田县隔河相望,西临戈壁与皮山县接壤,南抵喀喇昆仑山北麓,北入塔克拉玛干大沙漠与阿瓦提县相邻。地势南高北低,地形分三个地貌单位:南部为山腰起伏势山区;中部为洪水冲积扇平原,是主要的农业种植区;西北部是冲积沙漠平原,生长着大面积原始胡杨林、柽柳。土壤主要为风沙土和棕模土,植被稀疏,覆盖度只有15%~30%,是典型的荒漠—绿洲交错地区。研究区的气候属暖温带干燥荒漠气候,四季分明,夏季炎热,干燥少雨,春季升温快,秋季降温快,降水量稀少,光照充足,无霜期长,昼夜温差大。年平均气温11.3 ℃,年平均降水量为36~37 mm,蒸发量239 mm,无霜期177 d,年日照时数为2655 h。研究该地区的荒漠化程度及发展趋势,对于该地区的荒漠化控制,经济、社会的可持续发展以及土地利用开发等方面都至关重要。
图1 研究区位置图
2 数据源及研究方法
2.1 数据源
研究所用遥感图像为覆盖研究区的2000年7月的TM全波段图像和2011年6月的XI多光谱SPOT-HRV图像。另有2000、2011年和田河西岸森林资源分布图(1∶1000000)及其矢量数据,研究区森林资源二类调查统计数据、公益林区划成果,统计资料(气象、水文、人口、土壤、社会经济等)等。数据的采集与处理采用遥感和地理信息系统方法以及数理统计方法。
2.2 研究方法
首先利用ERDAS 9.1遥感图像处理软件,分别对2个时相、2种数据源的同一研究区的遥感影像进行数据预处理,由于两种图像的空间、光谱分辨率不同以及动态分析的需要,2个时相的图像各数据层像素间需严格配准,方法是在对2种图像几何精校正后,将TM 图像放大1.5倍,再以SPOT—HRV 图像为参考图像,选取控制点,采用多项式拟合法进行影像配准,然后用双线性内插法进行重采样[7],误差小于一个像元。
其次对TM、SPOT数据进行融合、镶嵌与裁切,融合后的影像较好地保持了多光谱影像的色彩信息[8],可以清晰看见不同地物的纹理特征,经过影像融合,例如果园的树冠在融合后的影像呈现颗粒状的特征,这样原来在TM 影像上无法区分清楚的林地和耕地,可以用肉眼较好地识别出。
最后对图像进行分类处理,利用经过拉伸增强处理的RGB-543的彩色图像,以1∶1000000研究区森林资源分布图和实地调查资料作为辅助参考资料,对融合影像分别建立初始判读标志,然后到野外加以验证,最终确定各地类的解译标志。利用具有较高空间分辨率的融合影像构造的NDVI指数对研究区域的荒漠林进行监测。分类方法采用多步骤监督分类。以2000年小斑图层为本底数据,首先选择代表不同类别的林地小斑,通过空间分析分别转化为感兴趣区域。在此基础上,利用TM 和SPOT-5全色波段数据融合后的影像,进行分层监督分类,识别原有林地发生的变化;对于非林地采用小斑图层掏空研究区行政图层,结合影像监督分类,识别非林地和林地相互转化的信息;合并林地和非林地变化信息;最后通过人工目视解译等步骤排除干扰因素及遥感图片投影参数不同造成的伪信息,获得不同时期的荒漠林类
型图。
2.3 荒漠林变化强度指数 荒漠林变化强度指数是指某一区域i内,单位面积上植被类型j从a时期到b时期发生的改变。荒漠林变化强度指数的计算公式
如下。
式中、分别代表研究初期和研究末期某种荒漠林类型的面积(公顷),表示研究期时段长,FAi表示研究区面积,当的单位设定为年时,值就是该研究区域内某种植被类型的年变化强度。
3 结果与分析
3.1 荒漠林的数量结构与变化
从所研究的2个时段来看,研究区荒漠林的数量结构变化总体呈现明显增长趋势。由表1可见,2000—2011年期间,疏林地面积呈明显上升趋势,面积增加了146271.26 hm2;宜林地面积增长幅度较大,增加了17204.27 hm2;有林地和灌木林地面积也有所增长,有林地的增加量约为灌木林地的2倍。
3.2 荒漠林地类结构变化分析
荒漠林地类结构的变化对区域的可持续发展有着十分重要的意义,合理的地类结构不仅符合区域可持续发展的目标,同时也符合荒漠林生态建设目标和社会公益目标。根据和田河西岸荒漠林的两期数据,得出该研究区的荒漠林地类结构变化结果,如表2。
从表2和可以看出,2000—2011年间,该研究区的荒漠林地类结构变化十分显著。11年间,疏林地面积所占比例呈明显上升趋势,从2000年的18.91%变化到2011年的55.34%;宜林地所占比例下降幅度较大,下降了28.69%。
3.3 荒漠林类型的稳定性与转移方向
荒漠林类型之间的相互转换情况可采用马尔可夫转移矩阵来进一步描述。转移矩阵能全面而具体地刻画区域各荒漠林类型变化的方向[9]。利用2000-2011年荒漠林动态变化矢量数据求出2000年和2011年两个时期的荒漠林类型的动态转移矩阵(见表3)。
3.3.1 有林地
由表3可见,荒漠林类型中有林地向非林地转化面积为747.93 hm2,同时,有4467.8 hm2非林地转化为有林地;有林地向疏林地转化面积为1905.18 hm2,达有林地总面积的9.21%,同时,疏林地向有林地转化面积为3374.80 hm2;有林地和宜林地相互转化面积分别为1270.20 hm2和2953.57 hm2。在该时期,虽然部分有林地退化成非林地,但是总体有林地面积增加了6872.86 hm2,说明该研究区有林地消退和增长过程同时存在,增长的速度大于消退的速度。
3.3.2 宜林地
在2000—2011年期间,宜林地的面积有所增加,其中,非林地向宜林地转化面积最多,为68180.06 hm2;同时,有38266.37 hm2的宜林地转化为疏林地,说明宜林地的稳定性不断上升,荒漠林向着有利的趋势发展。但是,仍存在不利因素,有9313.87 hm2的宜林地转化为非林地,值得引起重视。
3.3.3 疏林地
在2000—2011年期间,疏林地面积呈增加趋势,增加趋势显著。其中,非林地向疏林地转移量最大,达111481.39 hm2,其次为宜林地,转化面积为38266.37 hm2;同时,疏林地向有林地转化面积为3374.80 hm2,占疏林地面积的12.84%。
3.3.4 稳定性
不同时期内,不同类型荒漠林的稳定性是有所差异的。但是,在研究区域内,这种稳定性的差异表现不是很明显。在研究区域内,2000—2011年,荒漠林整体稳定性有所增加,表现为其他林地向有林地转移趋势、非林地向宜林地转移趋势最为明显。
如表3与表4所示,2000—2011年期间有林地未发生变化的面积占其总面积的81.03%,疏林地未发生改变的面积占其总面积的79.52%,灌木林地未发生改变的面积占其总面积的95.17%,宜林地未发生改变的面积占其总面积的38.86%。可以看出,灌木林地的稳定性最强,其次是有林地和疏林地,宜林地的稳定性
最弱。
4 结论与讨论
4.1 气候变化对荒漠—绿洲交错带的影响
目前,气候变暖已在全球范围产生影响,在我国的荒漠地区亦无例外[10]。温度与湿度的变化必然引起水循环时空的变化。该研究的研究时间段为2000—2011年,研究区的气候变化主要体现在随着温度的缓慢上升,该地区的降水量呈现减少的趋势(图2)。
图2 和田河西岸温度与降水变化趋势(2000—2011年)
从图2可以看出,研究区2000—2011年温度整体呈上升趋势,这与塔里木河流域气候变化趋势相一致[11-12]。与研究初期相比,2011年平均气温上升了0.6 ℃,年最高气温上升了2.2 ℃,气温上升趋势显著。该区2011年总降水量比2000年减少了9.2 mm,年降水平均值比2000年低38.5%。
4.2 荒漠林变化及其驱动分析
在20世纪70年代到80年代末,和田地区的植被遭受较严重的破环,植被覆盖面积急剧减少,同时该地区的环境条件也急剧恶化。至1978年政府禁止乱砍滥伐以来,经过政策的调整,和田地区的植被不仅得到很好的恢复,并且林地面积大量增加。从以上研究结果可以看出,在一系列优惠政策的指导下,人们对森林资源开始重视,采取各种防护措施,引洪灌渠,封山育林,到2011年,该地区的荒漠林面积有了大幅度的增加,自然环境条件日益好转(图3)。
图3 2000—2011年新疆和田河西岸荒漠林数量结构
4.2.1 气候因子
根据2000—2011年的气候变化曲线可见(图2),总体上,温度呈现上升趋势,降水量呈现减少趋势,对荒漠林生长起副作用。但该时期的荒漠林面积反而增加,由此看出,荒漠林数量的变化并不是随着气候的变化而变化的,气候变化并不是荒漠林数量变化的主导因素。 4.2.2 人为因素
除了气候因素对荒漠林变化有影响外,人为因素也是引起荒漠林变化的重要因素之一。2000年以前,由于人们不合理的开发利用水土资源,使得大面积的荒漠林胡杨、红柳等荒漠林快速消退,河流沿岸的植被—荒漠固定沙包带被毁坏,导致的直接后果就是绿洲失去了天然和人工荒漠林的屏障保护,加速该地区土地荒漠化进程。近年来,由于人们对森林资源的重视,采取各种防护措施,引洪灌渠,封山育林,使得大面积的宜林地转化为疏林,荒漠林面积大幅度上升。
4.2.3 政策因素
国家政策是影响荒漠林变化的又一主要因素。自20世纪90年代中期国家逐步实施退耕还林政策以来,和田地区政府禁止乱采乱伐,并通过开展“三北”防护林建设工程、退耕还林工程、天然林保护、封育工程,建立波斯坦库勒生态治理区,使得荒漠林面积大幅度上升,大面积的宜林地转化为疏林地。
4.3 遥感影像分辨率的影响
从表1可以明显看出有林地、灌木林地和宜林地的变化强度指数相差不大,分别为0.0249%、0.5308%和0.0089%,而疏林地的变化强度指数达到0.5308%。这是因为2000年所采用的多光谱TM 图像空间分辨率较低造成边界不清,以至于该面积中丢失了部分原有信息[13]。但融合后的图像却达到卫星全色波段的空间分辨率,分辨出了细微地物,使得2011年的数据精度非常高,准确的反映了荒漠林变化的信息。因此造成疏林地的变化强度指数
异常。
5 结语
遥感技术在林业中的应用已有较长的历史。森林资源调查方法不断趋向多元化和综合化。结合地面调查数据与时间空间不断变化的遥感图像,得到和田河西岸2000—2011年荒漠林空间变化结果:荒漠林数量呈明显增加趋势,疏林地变化强度最大;其他林地向林地转移趋势、非林地向宜林地转移趋势明显;荒漠林稳定性不断上升,表现为未转移量所占比例,有林地、灌木林地、疏林地稳定性最强,宜林地稳定性最弱。从整体上看,该研究区的荒漠林变化向着可持续发展的趋势发展,但仍然存在一些不利的因素,例如由于人们不合理的土地开垦或过度开荒及水资源利用引起大面积胡杨、柽柳等荒漠植被快速消退,加速该地区土地荒漠化进程。总之,要实现区域荒漠植被的可持续发展和生态功能的良性发挥,必须注重荒漠林优化,维护生态系统的平衡发展。
参考文献
[1] 张元明,陈亚宁,张小雷.塔里木河下游植物群落分布格局及其环境解释[J].地理学报,2004,59(6):903-904.
[2] 刘建军,潘峰.塔里木河下游土地覆被动态变化分析[J].干旱环境监测,2001,15:11-19.
[3] 程苗苗,江洪,陈健,等.基于Land sat数据的新疆和田地区植被覆盖变化研究[J].安徽农业科学,2009,37(3):1239—1244,1250.
[4] 丁建丽,塔西甫拉堤·特依拜.塔里木盆地南缘绿洲植被生境质量变化的研究—以策勒县为例[J].干旱区资源与环境,2001,15(4):6-11.
[5] 孙秋梅,李志忠,武胜利,等.和田河流域绿洲荒漠过渡带土地荒漠化过程研究[J].干旱区资源与环境,2007,21(6):136-141.
[6] 王兮之,王刚,Helge Bruelheide,等.SPOT4遥感数据在荒漠一绿洲景观分类研究中的初步应用[J].应用生态学报,2002,13(9):1113-l116.
[7] 丁建丽,塔西甫拉提·特依拜,熊黑钢,等.塔里木盆地南缘绿洲荒漠化动态变化遥感研究[J].遥感学报,2002,6(1):56-57.
[8] 陈芸芝,陈崇成,汪小钦,等.多源数据在森林资源动态变化监测中的应用[J].资源科学,2004,26(4):146-152.
[9] 王金沙,王玲,赵洲,胡勇,王炬欢.基于RS和GIS的土地利用/土地覆被动态变化分析[J].黑龙江农业科学,2009(2):144-147.
[10] 薛燕,韩萍,冯国华.半个世纪以来新疆的降水和气温的变化趋势[J].干旱区研究,2005,22(4):458-464.
[11] 木沙·茹孜,白云岗,雷晓云,等.塔里木河流域气候及径流变化特征研究[J].水土保持研究,2012,19(6):122-126.
[12] 木塔里甫·托乎提,徐海量,刘新华.塔里木河流域径流变化趋势分析及预测[J].水资源与水工程学报,2012,23(2):77-82.
[13] 王冬梅,陈性义,潘洁晨.遥感图像融合技术在土地利用分类中的应用研究[J].工程地球物理学报,2008,5(1):115-118.