基于TM影像的重庆市县域石漠化变化研究

西南地区石漠化分布广布，重庆彭水县作为全国石漠化治理重点县，生态环境脆弱，石漠化地区广布，影响制约着当地社会经济发展，人地关系矛盾突出，研究彭水县石漠化的动态变化将为治理石漠化提供依据与理论基础。本文借助GIS与RS技术，利用植被覆盖度模型，土地利用，监督分类与人机交互相结合的手段分析了2005与2013年TM数据，并结合现有的彭水县植被恢复工程、生态移民工程、农村移民工程等资料，分析了彭水县2005至2013年彭水石漠化经初步治理后的动态变化。结果表明2005年2013年，彭水县潜在石漠化面积减少。轻度石漠化增加，中度石漠化面积得以控制减少转变为轻度石漠化，彭水县重度石漠化和极重度石漠化面积基本保持不变且呈现出轻微下降。 本文旨在为彭水县石漠化治理提供依据和技术支持。

在我国经济飞速发展，城市化进程加快的时代背景下，生态问题成为比较突出的问题。如资源匮乏，人口密集、物种灭绝生态恶化等。重庆渝东南地区生态问题主要表现为土地石漠化。石漠化是由于在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，使地表植被遭受破坏，导致土壤严重流失，基岩大面积或砾石堆积的土地退化现象，也是岩溶地区土地退化的极端形式。石漠化就是一种特殊的生态恶症，造成土里利用率下降，严重危害自然生态环境，影响经济发展。

一、研究区选取

彭水全县岩溶地区分布广泛，生态环境脆弱，再加上人们不和合理的土地利用，石漠化成为制约该地区经济发展的重要问题。彭水县是全国石漠化区域比较典型的区域，2011年被评为全国200个石漠化重点县。

二、研究区地理概况

彭水县地处中国西南重庆市渝东南苗族土家族自治县，东经108.19度，北纬29.29度，土地面积约为3950平方公里。位于武陵山脉和娄山山脉褶皱区域，彭水县地势西北高东南低，呈现凹字型地貌特征。全县平均海拔245米，无霜期311天，全省平均气候17.7度。岩溶地区分布广泛。

三、数据来源与研究方法

（一）基础数据来源

（二）研究方法

基于TM遥感影像，对研究区的石漠化信息提取并且分类，采用的指标有植被覆盖度，土地利用。由于研究需要，在解译遥感信息前，要对有关影像数据进行预处理，尽量减小误差。我们对研究区遥感影像采用envi4.8软件进行，辐射校正、几何纠正配准、裁剪等。

（三）石漠化分级指标体系

由于石漠化研究区，尺度与研究目的不同，导致石漠化分级体系存在差异。这次研究区域为彭水县县域尺度内，结合岩性，岩石，植被覆盖将石漠化程度划分为，潜在石漠化，轻度石漠化，中度石漠化，重度石漠化，极重度石漠化。根据本研究区域情况综合考虑，分别选取植被覆盖度，土地利用为影响石漠化的因子。利用GIS与RS技术，人机交互相结合获取数据，对研究区石漠化信息进行解译。

（四）数据处理信息提取获取

植被覆盖度是指绿色植被（包括叶、茎、叶）在地面垂直投影面积统计区总面积的百分比。它是表示一个地区植被状况的重要指标，可以表示这个地区生态环境变化以及现状，可用于荒漠化评价研究。本文用植被覆盖度划分出石漠化与非石漠化区域，再根据土地利用叠加，目视解译加以辅助提取石漠化遥感信息，可以有效简单准确的提取出彭水县研究区石漠化信息，目视解译标准如下所示。

1.植被覆盖度估算模型。我们采用象元线性分解模型，像元线性分解模型是一种简单实用的遥感估算模型，它假设一个像元的地表由有植被覆盖地表与无植被覆盖地表组成，而遥感传感器观测到的光谱信息也由这两个组分因子线性加权合成，各因子的权重是各自的面积在像元中所占的比例。

本文中对一个像元计算的植被指数可以表达为这个像元由绿色植被成分所贡献的植被指数与由土壤成分所贡献的植被指数这两部分组成。绿色植被成分在这个像元中所占的权重可被近似地视为该像元的植被覆盖度Fg，土壤覆盖的权重则为1.0与植被覆盖度的差值（1-Fg），则：

I=Fg*Ig+（1.0-Fg）*IO（1）

公式中I为植被指数；Io为裸土或无植被覆盖区域像元的I值，即无植被像元的I值；Ig代表完全植被覆盖区域像元的I值，即纯植被像元的I值。变换后，可得以下计算植被覆盖度的公式：

Fg=（I-Io）/（Ig-Io）（2）

归一化差值植被指数（NDVI）又称标准化差值植被指数，是近年来较为常用的一种监测植被的遥感指数，用于大区域的植被检测。绿色植被反射光谱的突出特点是红光（RED）的高吸收率和对近红外光（NIR）的高反射率，因此NDVI定义为：

NDVI=（NIR-RED）/（NIR+RED） （3）

公式中，NIR为近红外波段反射率值；RED为可见光红波段反射率值。

根据像元线性分解模型，图像中每个像元的NDVI值可以看成是有植被覆盖部分与无植被覆盖部分贡献的信息，由公式（3）变换可得利用NDVI计算植被覆盖度的公式：

Fg=（NDVI-NDVIo）/（NDVIg-NDVIo） （4）

公式中NDVIo为裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，即无植被像元的NDVI值；NDVIg代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。

参数取值

当最大植被覆盖度可以近似地取100%，最小植被覆盖度min可以近似地取0，即NDVIg=NDVImax和NDVIo=NDVImin。但是实际上Fgmax与Fgmin不能取100%，0，因此需要实测数据。只需要实测数据中的植被覆盖度的最大值与最小值，并在图像中找到这两个实测数据所对应像元的NDVI值。计算公式变为：

Fg=（NDVI-NDVImin）/（NDVImax-NDVImin） （5）

本次研究由于没有当地的实测数值，通过envi选取训练区方法获得研究区的NDVImax与NDVImin的值分别为0.903和0.038。为了增强亮度反差，对图像光谱进行线性扩展255.

非石漠化区域主要包括纯植被覆盖区域、水体、裸岩石砾地及耕地。将所得的是植被被覆盖度，与现有的土地利用图进行叠加分析，分离出石漠化区与非石漠化区。再根据彭水县的植被覆盖度，传统经验，目视解译，划分出石漠化程度，最终得到彭水县石漠化遥感数据及分布状况，如图。

四、数据结果

分别将2013和2005年的遥感数据与现有数据相结合得到彭水县石漠化面积（表1），结合相关的彭水石漠化治理工程措施资料.对数据进行叠加分析，总结得到彭水县石漠化的成因及其治理现状变化趋势。

五、结果分析

（一）石漠化成因分析

彭水县石漠化成因大致分为两方面：人为因素和自然因素。

1.人为因素。人为因素为主要因素，其中包括过度放牧、工业污染、工业建设等。首先过牧过伐超过草场和林地的合理承载量，削弱草场和林地对生态环境的调节作用，而毁林开垦，更是直接性地破坏生态环境的平衡。如果遇到恶劣气候，人为造成自然环境破坏，造成严重的水土流失，则进一步加速土地石漠化的形成。

工矿建设需要占地天然草场植被，破坏了生态环境，间接影响土地石漠化。工矿建设废渣的乱堆乱放，造成大量的砾石堆积和基岩，直接影响土地石漠化的形成。

2.自然因素。自然因素突出表现为地质灾害。其主要表现方式为泥石流、滑坡、地震等；当然也包括长时间，集中降水，等灾害性天气。

（二）彭水县石漠化演变分析

由表可见彭水县2005年到2013年石漠化程度及其分布面积总体呈现下降趋势，这得归功于制植被恢复工程，农田建设，封山育林，生态移民，农村能源建设。石灰岩地区生态环境一般遵循灌丛草坡火烧或割草耕地撂荒草坡的过程。彭水县潜在石漠化地区主要集中林业用地和耕地。2005年到2010年期间植被恢复工程，包括封山育林育草，人工造林，人工N草，畜牧业设施，经济林果或中草药面积达到了80万亩，人为打破了这种固有的石灰岩地区生态破坏过程，同时对于基岩度较高的耕地效果也相当明显，大大的减少了潜在石漠化面积。2005年潜在石漠化面积28333.475公顷，2013年为19637.333公顷减少了30.69%。2005年到2013年彭水县轻度石漠化面积减少，从23852.199公顷减少到18567.122公顷，中度石漠化面积从57933.623公顷减少到47844.623公顷，由此我们推断，彭水县采取以植被恢复为主，兼顾生态和经济效益的治理理念，恢复措施效果显著。使原来轻度石漠化区域和中度石漠化区域均出现下降趋势，同时又有一部分中度石漠化区域下降为轻度石漠化区域。彭水县2005年到2013年重度石漠化地区分别为12733.397公顷和11506.774公顷，极重度石漠化地区分别为333.335公顷，331.356公顷。重度石漠化地区与极重度石漠化地区相比其他石漠化地区，恢复起来相对困难。因此彭水县采取生态移民等措施，根据相关资料彭水县在五年内搬迁户数4374户，搬迁人数17817，使重度与极重度石漠化面积基本上保持稳定，还有略微下降的趋势。

六、结语

（一）研究总结

本文借助GIS与RS技术，利用植被覆盖度模型，土地利用，监督分类与人机交互相结合的手段分析了2005年与2013年TM数据。结合现有的彭水县植被恢复工程、生态移民工程、农村移民工程等数据，分析了彭水县2005至2013年彭水石漠化经初步治理后的动态变化。

石漠化不管是理论研究还是实际治理都是一个长期复杂的过程，既需要对自然环境进行有效的检测，还需要石漠化治理理论的不断创新。政府应完善治理政策，加大防治力度，以恢复植被覆盖为中心，落实植被覆盖工程，建立监测点动态监测，因地制宜，具体问题具体分析。不断推进生态移民工程，植被恢复工程，加大科普宣传力度，不断完善石漠化综合治理体系。

（二）研究不足

本次研究采用的遥感影像并不是高光谱数据，对于石漠化信息遥感解译存在一定的误差，结果并不精确。

解译方式还是主要依赖目视解译，目视解译必定与实际情况有所差距，解译精度不高，容易出现误判，漏判。所以作者在以后的研究中会努力获取高质量，光谱信息更完整，更精确的数据，全面提高信息提取的准确性。本研究仅仅选取了2005年和2013年的数据进行解译，数据有限，对研究区石漠化范围的分析并不完全正确。需要在今后的研究中加以改正与补充。

土地石漠化造成自然环境破坏，人地关系不和谐，严重制约当地经济发展。正所谓绿水青山就是金山银山，自然环境改善，我们的经济才能搞上去，才能提高人们的生活水平，因此我们要在实践中探索，在探索中发现，找出病根，对症下药。提出石漠化治理有效的办法，从而保护环境，提高石漠化地区经济水平，提升居民生活质量。最后由衷的希望各位专家能对本次研究提出宝贵的建议，让笔者充分汲取经验教训，做出更高质量的研究成果。

（作者单位：重庆师范大学地理与旅游学院）