摘 要：該文基于遙感和地理信息系統(tǒng)等技術，以干旱區(qū)典型荒漠—綠洲—新疆和田河西岸為研究區(qū)，利用該地區(qū)2000年、2011年兩個時段的多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（TM、HRV），采用主成分分析法和分層監(jiān)督分類的方法，分別解譯出2個時期的荒漠林數(shù)據(jù)。并對該區(qū)2000-2011年11年間的荒漠林數(shù)量、類型及其時空變化規(guī)律進行研究，得到該區(qū)2000-2011年荒漠林變化情況及其動態(tài)變化轉移矩陣。結果顯示：和田河西岸近11年來荒漠林數(shù)量呈增加趨勢，其中疏林地變化強度最大；其他林地向有林地轉移趨勢、非林地向宜林地轉移趨勢最為明顯，荒漠林整體向有利的趨勢發(fā)展；變化的主導因素是政策因素和人為因素，其次是氣候因素。

關鍵詞：和田河 多源遙感圖像 荒漠林 動態(tài)變化

中圖分類號：P951文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-04

森林在地球占有很大的比例，陸地表面的森林是遙感觀測和記錄的第一表層，是遙感圖像反映的最直接的信息，它與一定的氣候、地貌、土壤條件相適應，受多種因素控制，對地理環(huán)境的依賴性最大，對其他因素的變化也最為敏感。因此，研究森林分布的時空變化能夠客觀的反映區(qū)域自然條件的變化，對區(qū)域的發(fā)展起一定的指導作用。

新疆和田地區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠南緣、昆侖山北麓，屬于典型的荒漠—綠洲交錯帶。降水稀少，風大沙多，屬典型的大陸性氣候。植被通常較為稀疏，多呈斑塊狀分布，且時空變化幅度較大，使干旱環(huán)境中的生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，加之人類活動的干擾，極易發(fā)生荒漠化[1]。

近年來，和田河西岸以天然植被為主體的生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)過程因人為對自然水資源時空格局的改變而受到嚴重影響，生態(tài)環(huán)境嚴重退化[2]。環(huán)境的變化必將影響地表植被分布，從而影響到土地利用和土地覆蓋，最終導致該地區(qū)水分循環(huán)和熱量循環(huán)的改變[3]。該文以研究和田河西岸荒漠林動態(tài)變化為主，對改善西部干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境意義深遠。

目前，國內(nèi)針對干旱區(qū)域荒漠—綠洲交錯帶的研究較多。丁建麗、孫秋梅、王兮之等分別利用不同的研究方法，探討了和田河流域綠洲荒漠過渡帶環(huán)境變化的過程[4-6]。本研究結合兩期衛(wèi)星遙感影像，以林地分類的角度，通過對和田河西岸荒漠林變化的研究，加深對干旱區(qū)荒漠林演變的認識，為今后的研究提供一定的理論基礎，為當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境建設提供依據(jù)，促進區(qū)域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域為新疆和田河西岸，該區(qū)域位于昆侖山北麓，塔克拉瑪干大沙漠南緣，地處東經(jīng)79 °08′～80 °51′，北緯36 °36′～ 39 °38′，地面海拔1120～3600 m。東與和田縣隔河相望，西臨戈壁與皮山縣接壤，南抵喀喇昆侖山北麓，北入塔克拉瑪干大沙漠與阿瓦提縣相鄰。地勢南高北低，地形分三個地貌單位：南部為山腰起伏勢山區(qū)；中部為洪水沖積扇平原，是主要的農(nóng)業(yè)種植區(qū)；西北部是沖積沙漠平原，生長著大面積原始胡楊林、檉柳。土壤主要為風沙土和棕模土，植被稀疏，覆蓋度只有15%～30%，是典型的荒漠—綠洲交錯地區(qū)。研究區(qū)的氣候屬暖溫帶干燥荒漠氣候，四季分明，夏季炎熱，干燥少雨，春季升溫快，秋季降溫快，降水量稀少，光照充足，無霜期長，晝夜溫差大。年平均氣溫11.3 ℃，年平均降水量為36～37 mm，蒸發(fā)量239 mm，無霜期177 d，年日照時數(shù)為2655 h。研究該地區(qū)的荒漠化程度及發(fā)展趨勢，對于該地區(qū)的荒漠化控制，經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展以及土地利用開發(fā)等方面都至關重要。

圖1 研究區(qū)位置圖

2 數(shù)據(jù)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

研究所用遙感圖像為覆蓋研究區(qū)的2000年7月的TM全波段圖像和2011年6月的XI多光譜SPOT-HRV圖像。另有2000、2011年和田河西岸森林資源分布圖（1∶1000000）及其矢量數(shù)據(jù)，研究區(qū)森林資源二類調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)、公益林區(qū)劃成果，統(tǒng)計資料（氣象、水文、人口、土壤、社會經(jīng)濟等）等。數(shù)據(jù)的采集與處理采用遙感和地理信息系統(tǒng)方法以及數(shù)理統(tǒng)計方法。

2.2 研究方法

首先利用ERDAS 9.1遙感圖像處理軟件，分別對2個時相、2種數(shù)據(jù)源的同一研究區(qū)的遙感影像進行數(shù)據(jù)預處理，由于兩種圖像的空間、光譜分辨率不同以及動態(tài)分析的需要，2個時相的圖像各數(shù)據(jù)層像素間需嚴格配準，方法是在對2種圖像幾何精校正后，將TM 圖像放大1.5倍，再以SPOT—HRV 圖像為參考圖像，選取控制點，采用多項式擬合法進行影像配準，然后用雙線性內(nèi)插法進行重采樣[7]，誤差小于一個像元。

其次對TM、SPOT數(shù)據(jù)進行融合、鑲嵌與裁切，融合后的影像較好地保持了多光譜影像的色彩信息[8]，可以清晰看見不同地物的紋理特征，經(jīng)過影像融合，例如果園的樹冠在融合后的影像呈現(xiàn)顆粒狀的特征，這樣原來在TM 影像上無法區(qū)分清楚的林地和耕地，可以用肉眼較好地識別出。

最后對圖像進行分類處理，利用經(jīng)過拉伸增強處理的RGB-543的彩色圖像，以1∶1000000研究區(qū)森林資源分布圖和實地調(diào)查資料作為輔助參考資料，對融合影像分別建立初始判讀標志，然后到野外加以驗證，最終確定各地類的解譯標志。利用具有較高空間分辨率的融合影像構造的NDVI指數(shù)對研究區(qū)域的荒漠林進行監(jiān)測。分類方法采用多步驟監(jiān)督分類。以2000年小斑圖層為本底數(shù)據(jù)，首先選擇代表不同類別的林地小斑，通過空間分析分別轉化為感興趣區(qū)域。在此基礎上，利用TM 和SPOT-5全色波段數(shù)據(jù)融合后的影像，進行分層監(jiān)督分類，識別原有林地發(fā)生的變化；對于非林地采用小斑圖層掏空研究區(qū)行政圖層，結合影像監(jiān)督分類，識別非林地和林地相互轉化的信息；合并林地和非林地變化信息；最后通過人工目視解譯等步驟排除干擾因素及遙感圖片投影參數(shù)不同造成的偽信息，獲得不同時期的荒漠林類

型圖。

2.3 荒漠林變化強度指數(shù)

荒漠林變化強度指數(shù)是指某一區(qū)域i內(nèi)，單位面積上植被類型j從a時期到b時期發(fā)生的改變?；哪肿兓瘡姸戎笖?shù)的計算公式

如下。

式中、分別代表研究初期和研究末期某種荒漠林類型的面積（公頃），表示研究期時段長，F(xiàn)Ai表示研究區(qū)面積，當?shù)膯挝辉O定為年時，值就是該研究區(qū)域內(nèi)某種植被類型的年變化強度。

3 結果與分析

3.1 荒漠林的數(shù)量結構與變化

從所研究的2個時段來看，研究區(qū)荒漠林的數(shù)量結構變化總體呈現(xiàn)明顯增長趨勢。由表1可見，2000—2011年期間，疏林地面積呈明顯上升趨勢，面積增加了146271.26 hm2；宜林地面積增長幅度較大，增加了17204.27 hm2；有林地和灌木林地面積也有所增長，有林地的增加量約為灌木林地的2倍。

3.2 荒漠林地類結構變化分析

荒漠林地類結構的變化對區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義，合理的地類結構不僅符合區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的目標，同時也符合荒漠林生態(tài)建設目標和社會公益目標。根據(jù)和田河西岸荒漠林的兩期數(shù)據(jù)，得出該研究區(qū)的荒漠林地類結構變化結果，如表2。

從表2和可以看出，2000—2011年間，該研究區(qū)的荒漠林地類結構變化十分顯著。11年間，疏林地面積所占比例呈明顯上升趨勢，從2000年的18.91%變化到2011年的55.34%；宜林地所占比例下降幅度較大，下降了28.69%。

3.3 荒漠林類型的穩(wěn)定性與轉移方向

荒漠林類型之間的相互轉換情況可采用馬爾可夫轉移矩陣來進一步描述。轉移矩陣能全面而具體地刻畫區(qū)域各荒漠林類型變化的方向[9]。利用2000-2011年荒漠林動態(tài)變化矢量數(shù)據(jù)求出2000年和2011年兩個時期的荒漠林類型的動態(tài)轉移矩陣（見表3）。

3.3.1 有林地

由表3可見，荒漠林類型中有林地向非林地轉化面積為747.93 hm2，同時，有4467.8 hm2非林地轉化為有林地；有林地向疏林地轉化面積為1905.18 hm2，達有林地總面積的9.21%，同時，疏林地向有林地轉化面積為3374.80 hm2；有林地和宜林地相互轉化面積分別為1270.20 hm2和2953.57 hm2。在該時期，雖然部分有林地退化成非林地，但是總體有林地面積增加了6872.86 hm2，說明該研究區(qū)有林地消退和增長過程同時存在，增長的速度大于消退的速度。

3.3.2 宜林地

在2000—2011年期間，宜林地的面積有所增加，其中，非林地向宜林地轉化面積最多，為68180.06 hm2；同時，有38266.37 hm2的宜林地轉化為疏林地，說明宜林地的穩(wěn)定性不斷上升，荒漠林向著有利的趨勢發(fā)展。但是，仍存在不利因素，有9313.87 hm2的宜林地轉化為非林地，值得引起重視。

3.3.3 疏林地

在2000—2011年期間，疏林地面積呈增加趨勢，增加趨勢顯著。其中，非林地向疏林地轉移量最大，達111481.39 hm2，其次為宜林地，轉化面積為38266.37 hm2；同時，疏林地向有林地轉化面積為3374.80 hm2，占疏林地面積的12.84%。

3.3.4 穩(wěn)定性

不同時期內(nèi)，不同類型荒漠林的穩(wěn)定性是有所差異的。但是，在研究區(qū)域內(nèi)，這種穩(wěn)定性的差異表現(xiàn)不是很明顯。在研究區(qū)域內(nèi)，2000—2011年，荒漠林整體穩(wěn)定性有所增加，表現(xiàn)為其他林地向有林地轉移趨勢、非林地向宜林地轉移趨勢最為明顯。

如表3與表4所示，2000—2011年期間有林地未發(fā)生變化的面積占其總面積的81.03%，疏林地未發(fā)生改變的面積占其總面積的79.52%，灌木林地未發(fā)生改變的面積占其總面積的95.17%，宜林地未發(fā)生改變的面積占其總面積的38.86%?？梢钥闯?，灌木林地的穩(wěn)定性最強，其次是有林地和疏林地，宜林地的穩(wěn)定性

最弱。

4 結論與討論

4.1 氣候變化對荒漠—綠洲交錯帶的影響

目前，氣候變暖已在全球范圍產(chǎn)生影響，在我國的荒漠地區(qū)亦無例外[10]。溫度與濕度的變化必然引起水循環(huán)時空的變化。該研究的研究時間段為2000—2011年，研究區(qū)的氣候變化主要體現(xiàn)在隨著溫度的緩慢上升，該地區(qū)的降水量呈現(xiàn)減少的趨勢（圖2）。

圖2 和田河西岸溫度與降水變化趨勢（2000—2011年）

從圖2可以看出，研究區(qū)2000—2011年溫度整體呈上升趨勢，這與塔里木河流域氣候變化趨勢相一致[11-12]。與研究初期相比，2011年平均氣溫上升了0.6 ℃，年最高氣溫上升了2.2 ℃，氣溫上升趨勢顯著。該區(qū)2011年總降水量比2000年減少了9.2 mm，年降水平均值比2000年低38.5%。

4.2 荒漠林變化及其驅動分析

在20世紀70年代到80年代末，和田地區(qū)的植被遭受較嚴重的破環(huán)，植被覆蓋面積急劇減少，同時該地區(qū)的環(huán)境條件也急劇惡化。至1978年政府禁止亂砍濫伐以來，經(jīng)過政策的調(diào)整，和田地區(qū)的植被不僅得到很好的恢復，并且林地面積大量增加。從以上研究結果可以看出，在一系列優(yōu)惠政策的指導下，人們對森林資源開始重視，采取各種防護措施，引洪灌渠，封山育林，到2011年，該地區(qū)的荒漠林面積有了大幅度的增加，自然環(huán)境條件日益好轉（圖3）。

圖3 2000—2011年新疆和田河西岸荒漠林數(shù)量結構

4.2.1 氣候因子

根據(jù)2000—2011年的氣候變化曲線可見（圖2），總體上，溫度呈現(xiàn)上升趨勢，降水量呈現(xiàn)減少趨勢，對荒漠林生長起副作用。但該時期的荒漠林面積反而增加，由此看出，荒漠林數(shù)量的變化并不是隨著氣候的變化而變化的，氣候變化并不是荒漠林數(shù)量變化的主導因素。

4.2.2 人為因素

除了氣候因素對荒漠林變化有影響外，人為因素也是引起荒漠林變化的重要因素之一。2000年以前，由于人們不合理的開發(fā)利用水土資源，使得大面積的荒漠林胡楊、紅柳等荒漠林快速消退，河流沿岸的植被—荒漠固定沙包帶被毀壞，導致的直接后果就是綠洲失去了天然和人工荒漠林的屏障保護，加速該地區(qū)土地荒漠化進程。近年來，由于人們對森林資源的重視，采取各種防護措施，引洪灌渠，封山育林，使得大面積的宜林地轉化為疏林，荒漠林面積大幅度上升。

4.2.3 政策因素

國家政策是影響荒漠林變化的又一主要因素。自20世紀90年代中期國家逐步實施退耕還林政策以來，和田地區(qū)政府禁止亂采亂伐，并通過開展“三北”防護林建設工程、退耕還林工程、天然林保護、封育工程，建立波斯坦庫勒生態(tài)治理區(qū)，使得荒漠林面積大幅度上升，大面積的宜林地轉化為疏林地。

4.3 遙感影像分辨率的影響

從表1可以明顯看出有林地、灌木林地和宜林地的變化強度指數(shù)相差不大，分別為0.0249%、0.5308%和0.0089%，而疏林地的變化強度指數(shù)達到0.5308%。這是因為2000年所采用的多光譜TM 圖像空間分辨率較低造成邊界不清，以至于該面積中丟失了部分原有信息[13]。但融合后的圖像卻達到衛(wèi)星全色波段的空間分辨率，分辨出了細微地物，使得2011年的數(shù)據(jù)精度非常高，準確的反映了荒漠林變化的信息。因此造成疏林地的變化強度指數(shù)

異常。

5 結語

遙感技術在林業(yè)中的應用已有較長的歷史。森林資源調(diào)查方法不斷趨向多元化和綜合化。結合地面調(diào)查數(shù)據(jù)與時間空間不斷變化的遙感圖像，得到和田河西岸2000—2011年荒漠林空間變化結果：荒漠林數(shù)量呈明顯增加趨勢，疏林地變化強度最大；其他林地向林地轉移趨勢、非林地向宜林地轉移趨勢明顯；荒漠林穩(wěn)定性不斷上升，表現(xiàn)為未轉移量所占比例，有林地、灌木林地、疏林地穩(wěn)定性最強，宜林地穩(wěn)定性最弱。從整體上看，該研究區(qū)的荒漠林變化向著可持續(xù)發(fā)展的趨勢發(fā)展，但仍然存在一些不利的因素，例如由于人們不合理的土地開墾或過度開荒及水資源利用引起大面積胡楊、檉柳等荒漠植被快速消退，加速該地區(qū)土地荒漠化進程?？傊?，要實現(xiàn)區(qū)域荒漠植被的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)功能的良性發(fā)揮，必須注重荒漠林優(yōu)化，維護生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展。

參考文獻

[1]張元明，陳亞寧，張小雷.塔里木河下游植物群落分布格局及其環(huán)境解釋[J].地理學報，2004，59（6）：903-904.

[2]劉建軍，潘峰.塔里木河下游土地覆被動態(tài)變化分析[J].干旱環(huán)境監(jiān)測，2001，15：11-19.

[3]程苗苗，江洪，陳健，等.基于Land sat數(shù)據(jù)的新疆和田地區(qū)植被覆蓋變化研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（3）：1239—1244，1250.

[4]丁建麗，塔西甫拉堤·特依拜.塔里木盆地南緣綠洲植被生境質量變化的研究—以策勒縣為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2001，15（4）：6-11.

[5]孫秋梅，李志忠，武勝利，等.和田河流域綠洲荒漠過渡帶土地荒漠化過程研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（6）：136-141.

[6]王兮之，王剛，Helge Bruelheide，等.SPOT4遙感數(shù)據(jù)在荒漠一綠洲景觀分類研究中的初步應用[J].應用生態(tài)學報，2002，13（9）：1113-l116.

[7]丁建麗，塔西甫拉提·特依拜，熊黑鋼，等.塔里木盆地南緣綠洲荒漠化動態(tài)變化遙感研究[J].遙感學報，2002，6（1）：56-57.

[8]陳蕓芝，陳崇成，汪小欽，等.多源數(shù)據(jù)在森林資源動態(tài)變化監(jiān)測中的應用[J].資源科學，2004，26（4）：146-152.

[9]王金沙，王玲，趙洲，胡勇，王炬歡.基于RS和GIS的土地利用/土地覆被動態(tài)變化分析[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學，2009（2）：144-147.

[10]薛燕，韓萍，馮國華.半個世紀以來新疆的降水和氣溫的變化趨勢[J].干旱區(qū)研究，2005，22（4）：458-464.

[11]木沙·茹孜，白云崗，雷曉云，等.塔里木河流域氣候及徑流變化特征研究[J].水土保持研究，2012，19（6）：122-126.

[12]木塔里甫·托乎提，徐海量，劉新華.塔里木河流域徑流變化趨勢分析及預測[J].水資源與水工程學報，2012，23（2）：77-82.

[13]王冬梅，陳性義，潘潔晨.遙感圖像融合技術在土地利用分類中的應用研究[J].工程地球物理學報，2008，5（1）：115-118.