劉 哲，馬新萍

[1.中檢西北生態(tài)技術(shù)（陜西）有限公司，陜西西安 710168；2.咸陽(yáng)師范學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000]

森林植物主要通過林冠層、枯枝落葉層和土壤層攔截、吸收、蓄積降水實(shí)現(xiàn)對(duì)降水的再分配，從而發(fā)揮水源涵養(yǎng)功能。秦嶺森林資源豐富，被譽(yù)為天然“中央水塔”，具有重要的水源涵養(yǎng)功能。秦嶺北麓地表水源地分布眾多，其中以黑河水源地最為重要，是陜西省西安市重要的水源。黑河流域涉及多個(gè)自然保護(hù)區(qū)，區(qū)域內(nèi)植被狀態(tài)對(duì)水源地生態(tài)安全保障具有重要作用[1]。目前，關(guān)于秦嶺區(qū)域的研究多為植被覆蓋變化趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)力相關(guān)性研究分析、水資源相關(guān)研究等，針對(duì)水源地，特別是黑河水源地保護(hù)的相關(guān)研究較少。

本文以黑河水源地保護(hù)范圍為研究區(qū)域，基于遙感技術(shù)（Remote Sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（Geography Information Systems，GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning Systems，GPS）等“3S”技術(shù)，分析區(qū)內(nèi)植被覆蓋特征，劃定水源涵養(yǎng)敏感區(qū)，提出黑河水源地生態(tài)保護(hù)建議，以期為秦嶺區(qū)域水源地生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

黑河水源地位于黑河峪口以上，保護(hù)區(qū)面積1 481 km2，包括一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)；涉及6 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，上游常住人口較少；林木茂密，屬暖溫帶落葉闊葉林帶，有種子植物121 科640 屬1 550 種、苔蘚植物63 科142 屬302 種，還有大量的蕨類、地衣和菌類植物。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

選取2020年中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)http://www.gscloud.cn）Landsat-5 TM影像（空間分辨率30 m，云量小于10%）、數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、水系圖及保護(hù)區(qū)圖等，在ArcGIS、ENVI 等軟件平臺(tái)支持下，進(jìn)行數(shù)據(jù)校正、配準(zhǔn)、合成、增強(qiáng)及裁剪等處理，獲得研究數(shù)據(jù)。

2.2 植被覆蓋度

植被覆蓋度是指植被（包括葉、莖、枝）在單位面積內(nèi)的垂直投影面積所占百分比。目前，基于遙感監(jiān)測(cè)估算植被覆蓋度的方法有植被指數(shù)法、回歸模型法、機(jī)器學(xué)習(xí)法等，其中植被指數(shù)法應(yīng)用較廣泛，該方法多利用各種植被指數(shù)建立與植被覆蓋度的轉(zhuǎn)換關(guān)系，近似估算植被蓋度。歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）是常見植被指數(shù)中的一種，通過測(cè)量近紅外（植被強(qiáng)烈反射）和紅光（植被吸收）之間的差異來(lái)量化植被，作為檢測(cè)植被生長(zhǎng)狀態(tài)的重要指示因子，其靈敏度較高，應(yīng)用最為典型。一般認(rèn)為NDVI 為正值，表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大，0.2～0.8 表示有植被覆蓋。本研究采用NDVI 建立植被指數(shù)與植被覆蓋度（FractionalVegetation Cover，F(xiàn)VC）的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如公式（1）和（2）所示[2-3]。

式中：INDV為歸一化植被指數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)差植被指數(shù)；Pnir為近紅外波段的反射值；Pred為紅外波段的反射值。本文選取的Landsat-5 TM 影像，紅外波段和近紅外波段分別對(duì)應(yīng)3、4通道。

式中：FVC為所計(jì)算像元的植被覆蓋度；INDV為所計(jì)算像元的植被指數(shù)；INDVv為純植物像元的植被指數(shù)；INDVs為完全無(wú)植被覆蓋像元的植被指數(shù)。本文INDVv和INDVs取值分別為植被指數(shù)累計(jì)百分比在95%和5%的數(shù)值。

結(jié)合黑河流域植被實(shí)際生長(zhǎng)情況，將研究區(qū)植被覆蓋度分為低覆蓋、中低覆蓋、中覆蓋、高覆蓋4 個(gè)等級(jí)（見表1）[4]。

表1 黑河水源保護(hù)區(qū)植被覆蓋度分級(jí)

在ENVI 平臺(tái)利用公式（1）和（2）進(jìn)行圖像運(yùn)算得到研究區(qū)FVC柵格文件?；贏rcGIS平臺(tái)對(duì)FVC柵格文件按表1 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新分類，得到研究區(qū)植被覆蓋空間分級(jí)分布數(shù)據(jù)。

2.3 敏感區(qū)劃定

水源涵養(yǎng)能力受山地起伏、地表覆蓋差異、土壤、降雨等因素影響，如陡坡附近或地表覆蓋率較低的地方易發(fā)生水土流失[5]。本文選取坡度和植被覆蓋度2 個(gè)對(duì)水源涵養(yǎng)功能影響較大的指標(biāo)，參考土壤侵蝕劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行水源涵養(yǎng)敏感區(qū)劃定，分為低敏感區(qū)（生態(tài)環(huán)境較好、水源保護(hù)狀態(tài)較好）、中敏感區(qū)（水源保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)較明顯，較易發(fā)生水土流失等）、較高敏感區(qū)（水源保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)明顯，易發(fā)生水土流失等）、高敏感區(qū)（水源涵養(yǎng)功能損失嚴(yán)重，極易發(fā)生水土流失等），具體分級(jí)見表2[6]。

表2 水源涵養(yǎng)敏感區(qū)劃分指標(biāo)

在ArcGIS 中對(duì)DEM 數(shù)據(jù)提取坡度，利用重分類功能將坡度分為4 個(gè)等級(jí)區(qū)，分別為[0°,5°)、[5°,15°)、[15°,25°)、[25°,90°)，將植被覆蓋度分級(jí)圖與坡度分級(jí)圖疊加，得到不同坡度等級(jí)下不同植被覆蓋度的空間分布情況，并按表2 的分類標(biāo)準(zhǔn)劃定為水源涵養(yǎng)低敏感區(qū)、中敏感區(qū)、較高敏感區(qū)、高敏感區(qū)4個(gè)區(qū)域，進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被覆蓋情況

1）水源保護(hù)區(qū)內(nèi)植被覆蓋度以高覆蓋為主，其次為低覆蓋、中覆蓋和中低覆蓋，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體較高，水源涵養(yǎng)能力較強(qiáng)。

2）低覆蓋區(qū)占8.65%，一部分集中在水庫(kù)周邊、黑河及其支流河（溝）道兩側(cè)，該區(qū)域內(nèi)多為道路、農(nóng)村居民住宅，植被以灌、草、經(jīng)濟(jì)苗木、農(nóng)作物為主。該區(qū)域受人類生產(chǎn)生活活動(dòng)影響明顯，以人工植被為主，地表覆蓋稀疏。一部分集中在高海拔的山脊或鞍部區(qū)域，分布有裸巖、高山草甸、人工植被（經(jīng)濟(jì)苗木）。

3）中低覆蓋區(qū)占4.46%，分布在低覆蓋區(qū)附近，以灌、草為主，處于人工干擾區(qū)—自然群落演替過渡區(qū)。中覆蓋區(qū)占5.74%，分布在中低覆蓋區(qū)附近，主要有針葉林、針闊混交林、闊葉林及灌叢，植被較茂密。

4）高覆蓋區(qū)占81.15%，廣泛分布，遠(yuǎn)離交通道路和居住區(qū)，受人類活動(dòng)干擾較少，保持自然群落狀態(tài)，以喬木為主，植被茂密。

3.2 水源涵養(yǎng)敏感性

如圖1 所示，保護(hù)區(qū)水源涵養(yǎng)以中、低敏感區(qū)為主；因近年來(lái)黑河流域生態(tài)保護(hù)工作力度大，植被整體生長(zhǎng)狀況較好，受坡度和植被覆蓋度影響的敏感區(qū)面積小、分布較廣。其中：低敏感區(qū)占23.57%，以植被高覆蓋度區(qū)域?yàn)橹?；中敏感區(qū)占66.58%，以植被中、高覆蓋度區(qū)域?yàn)橹?；較高敏感區(qū)占5.52%，以植被中低覆蓋度、低覆蓋度區(qū)域?yàn)橹?，分布在河道兩?cè)邊坡；高敏感區(qū)占4.33%，以植被低覆蓋度區(qū)域?yàn)橹?，主要分布于?kù)周、河道兩側(cè)及上游源頭區(qū)（裸巖），呈帶狀分布，距離河（溝）道10～200 m。

圖1 黑河水源地水源涵養(yǎng)敏感區(qū)圖

陳河至取水口段（即水源一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)），以及黑河左岸支流大蟒河與右岸支流虎豹溝、板房子河區(qū)域?qū)偎春B(yǎng)高敏感區(qū)，邊坡陡峭，植被稀疏，應(yīng)減少人為干擾，加強(qiáng)水源涵養(yǎng)能力建設(shè)，如河流生態(tài)緩沖帶建設(shè)，進(jìn)一步涵養(yǎng)水源，同時(shí)減少面源污染。

4 結(jié)論與討論

本文利用“3S”技術(shù)，以植被覆蓋度、坡度為基礎(chǔ)劃定區(qū)域水源涵養(yǎng)敏感區(qū)，提出黑河水源地生態(tài)保護(hù)建議。結(jié)果表明：1）黑河水源保護(hù)區(qū)植被以高覆蓋為主，占區(qū)域總面積的81.15%，且分布廣泛；低覆蓋區(qū)占區(qū)域面積的8.65%，主要分布在水庫(kù)周邊、黑河及其支流河（溝）道兩側(cè)；2）因近年來(lái)黑河流域生態(tài)保護(hù)工作力度大，區(qū)域植被生長(zhǎng)狀況良好，水源涵養(yǎng)以中、低敏感區(qū)為主，占區(qū)域面積的90%以上；3）水源涵養(yǎng)高敏感區(qū)占區(qū)域面積的4.33%，面積較小，但沿河（溝）道兩側(cè)10～200 m 呈帶狀廣泛分布；4）水源一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)及大蟒河、虎豹溝、板房子河應(yīng)加強(qiáng)水源涵養(yǎng)能力建設(shè)。

山區(qū)地表水水源地水源涵養(yǎng)敏感區(qū)集中在河（溝）道兩側(cè)，因此對(duì)河（溝）道兩側(cè)進(jìn)行生態(tài)緩沖帶建設(shè)，有利于提高水源涵養(yǎng)能力，攔截面源污染，保障水源安全。降雨、土壤等因子也是影響水源涵養(yǎng)的指標(biāo)，本文僅選取植被覆蓋度和坡度2 個(gè)因子進(jìn)行分析，具有一定的局限性，后期可增加影響因子進(jìn)一步研究?；贜DVI 構(gòu)建的植被遙感估算法，低覆蓋區(qū)包含水域、交通道路等，統(tǒng)計(jì)存在一定誤差，可在后期研究中進(jìn)一步修正。