劉宣

摘 要：基于生態(tài)遙感技術(shù)，對植被覆蓋變化進(jìn)行監(jiān)測，并評估了其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。以某市為例，通過遙感影像處理和分析，得出該市2011—2020年植被覆蓋變化的趨勢和空間分布，并結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了評估。結(jié)果表明，植被覆蓋變化對水源涵養(yǎng)、土壤保持、氣候調(diào)節(jié)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生了一定的影響。針對這些問題，提出了相應(yīng)的管理建議，以促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善。

關(guān)鍵詞：生態(tài)遙感；植被覆蓋變化；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

中圖分類號：Q948.11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）01–000-03

隨著全球氣候不斷變化和人類活動頻繁，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，如何有效地保護(hù)和管理生態(tài)系統(tǒng)成為當(dāng)前亟需解決的問題。植被覆蓋是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對水源涵養(yǎng)、土壤保持、氣候調(diào)節(jié)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有重要影響[1]。植被覆蓋變化監(jiān)測和評估對生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)至關(guān)重要。生態(tài)遙感技術(shù)是一種先進(jìn)的監(jiān)測手段，通過遙感影像處理和分析，可得出植被覆蓋變化的趨勢和空間分布特征，并結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

1 植被覆蓋變化的監(jiān)測與分析

1.1 生態(tài)遙感技術(shù)簡介

遙感技術(shù)應(yīng)用在諸多方面，能夠?yàn)槿藗兲剿鞯乩?、大氣、海洋、氣候等提供大量的影像資料。遙感技術(shù)可以監(jiān)測大氣、水、土壤的污染程度，實(shí)時跟蹤環(huán)境污染狀

況[2]。當(dāng)前，人們要加大遙感技術(shù)研究力度，進(jìn)一步提高儀器的光譜分辨率，改進(jìn)遙感技術(shù)；將現(xiàn)代技術(shù)運(yùn)用到遙感技術(shù)中，從而提高影像處理和環(huán)境監(jiān)測效率[3]。

1.2 遙感影像數(shù)據(jù)獲取和處理

常見的遙感影像數(shù)據(jù)獲取和處理參數(shù)及定義如下表1～表3所示。

綜合上述1～表3，可得出遙感影像數(shù)據(jù)的獲取與處理步驟包括以下7個環(huán)節(jié)：

（1）遙感影像獲?。和ㄟ^衛(wèi)星、飛機(jī)等遙感平臺獲取高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)[4]。

（2）遙感影像預(yù)處理：對獲取的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，包括大氣校正、幾何校正、輻射校正、噪聲濾波、影像拼接等。

（3）遙感影像特征提?。和ㄟ^計(jì)算植被指數(shù)、土地覆蓋分類、物體邊界提取、紋理特征提取、形態(tài)學(xué)處理等，提取遙感影像中的特征信息。

（4）遙感影像分類：將遙感影像中的像素按照類別進(jìn)行分類，常用的分類算法包括最大似然分類、支持向量機(jī)分類等。

（5）遙感影像變化檢測：通過對多期遙感影像的比較，檢測出地表覆蓋變化的情況。

（6）遙感影像后處理：對遙感影像進(jìn)行后處理，如去除孤立點(diǎn)、填補(bǔ)空洞等。

（7）遙感影像結(jié)果可視化：將處理后的遙感影像以圖像形式呈現(xiàn)，方便用戶直觀地了解地表覆蓋狀況。

綜上所述，遙感影像數(shù)據(jù)的獲取與處理步驟是一個復(fù)雜的過程，需要運(yùn)用多種技術(shù)手段和工具來完成。

1.3 植被覆蓋變化的趨勢和空間分布分析

表4、表5是一些針對植被覆蓋變化趨勢與空間分布分析示例，主要涉及植被NDVI、氣候因素和人類活動等驅(qū)動機(jī)制。

綜上所述，植被覆蓋變化的驅(qū)動機(jī)制是多方面的，需要綜合考慮氣候因素和人類活動等多個因素。通過對植被NDVI的監(jiān)測和分析，可以更全面地了解植被覆蓋的變化趨勢和空間分布情況，為生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概述

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是對人類生存和生活質(zhì)量有貢獻(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和功能，分為支持性、調(diào)節(jié)性、供給性和文化性服務(wù)。支持性服務(wù)維持其他服務(wù)；調(diào)節(jié)性服務(wù)保持生態(tài)平衡；供給性服務(wù)提供物質(zhì)資源；文化性服務(wù)則滿足精神需求等。這些服務(wù)對人類生存至關(guān)重要，但也面臨著氣候變化等威脅，需采取措施保護(hù)。

2.2 地面調(diào)查數(shù)據(jù)的獲取和處理

地面調(diào)查數(shù)據(jù)獲取和處理是獲取地理信息數(shù)據(jù)的重要手段，為生態(tài)環(huán)境管理和資源開發(fā)利用提供支持。在數(shù)據(jù)獲取和處理中，需要確保數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，以保證數(shù)據(jù)的有效性和可信度。以下是地面調(diào)查數(shù)據(jù)獲取和處理的一般步驟：

（1）調(diào)查方案制定：依據(jù)調(diào)查目標(biāo)及需要，確定調(diào)查范圍、調(diào)查內(nèi)容及取樣點(diǎn)的位置。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法，構(gòu)建一個基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)采集：根據(jù)調(diào)查方案，選擇樣點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，主要有土壤質(zhì)地、植物種類、水文數(shù)據(jù)等。把特定的地區(qū)劃分出來，然后根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)做一些簡單的實(shí)地調(diào)查。

（3）資料處理：運(yùn)用問卷、統(tǒng)計(jì)、文獻(xiàn)分析等方法，對調(diào)查對象進(jìn)行科學(xué)調(diào)查，確保結(jié)果正確。本項(xiàng)目以植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物分類為原則，通過實(shí)地考察、實(shí)驗(yàn)室分析和整理，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對研究區(qū)植物資源進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查。

（4）資料儲存：把數(shù)據(jù)儲存在資料庫中，把植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物分類等作為基本原理，采用實(shí)地考察、實(shí)驗(yàn)室分析和整理的方式，并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對研究區(qū)的植物資源展開系統(tǒng)分類。在實(shí)際工作中，主要采取了3種方式：一是實(shí)地勘測；二是以地籍調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)室綜合法；三是基于多類型調(diào)查結(jié)果的綜合與協(xié)調(diào)。

（5）數(shù)據(jù)應(yīng)用：根據(jù)研究的要求，把數(shù)據(jù)應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境的管理和資源的開發(fā)。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估結(jié)果的分析

基于某市區(qū)2011—2020年的年平均NDVI數(shù)據(jù)，計(jì)算10年平均值得到平均NDVI，將NDVI分為5級：低覆蓋度（NDVI<0.30），較低覆蓋度（NDVI：0.30～<0.45），中覆蓋度（NDVI：0.45～<0.60），較高覆蓋度（NDVI：0.60～<0.75），高覆蓋度（NDVI≥0.75）。表6是2011—2020年平均NDVI數(shù)據(jù)計(jì)算得到的NDVI分級示例。

該表格按照NDVI值將地區(qū)劃分為5個不同的覆蓋度等級，從高到低依次為：高覆蓋度、較高覆蓋度、中覆蓋度、較低覆蓋度和低覆蓋度。其中，高覆蓋度的NDVI值大于等于0.75，低覆蓋度的NDVI值小于0.30。由此可以了解不同地區(qū)植被覆蓋的情況，為生態(tài)環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。例如，對于低覆蓋度的地區(qū)，可以采取相應(yīng)的措施，如植樹造林、草原恢復(fù)等，來提高植被覆蓋度和改善生態(tài)環(huán)境。

表7顯示了各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值評估結(jié)果，以萬元/年為單位?？梢钥闯?，水資源調(diào)節(jié)、土壤保持和大氣調(diào)節(jié)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高。

2.4 植被覆蓋變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

2.4.1 水源涵養(yǎng)服務(wù)的影響分析

植被覆蓋對水源涵養(yǎng)具有重要作用。隨著植被覆蓋的減少，水源涵養(yǎng)能力也會相應(yīng)下降。具體影響包括：（1）減少水文循環(huán)量。植被對雨水的截留和蒸散有很大影響，植被覆蓋減少會導(dǎo)致雨水徑流增加，水文循環(huán)量減少。（2）加劇洪澇災(zāi)害。植被能夠減少暴雨徑流，緩解洪澇災(zāi)害。植被覆蓋減少會增加暴雨徑流，加重洪澇災(zāi)害。（3）影響水質(zhì)。植被能夠減少表土侵蝕，保護(hù)水源。植被覆蓋減少會導(dǎo)致表土侵蝕加劇而影響水質(zhì)。

2.4.2 土壤保持服務(wù)的影響分析

植被在維護(hù)水土穩(wěn)定方面扮演著至關(guān)重要的角色。當(dāng)植被覆蓋率下降時，其對土壤和水分的保持能力亦會相應(yīng)減弱，進(jìn)而誘發(fā)水土流失的現(xiàn)象。這種情況不僅會破壞土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，還可能導(dǎo)致土體逐漸緊實(shí)，土壤容重增加。

2.4.3 氣候調(diào)控作用的研究

植被在調(diào)節(jié)氣候方面起著重要的作用。若植被覆蓋率降低，則其調(diào)節(jié)氣候的能力也隨之降低[5]。植物通過蒸發(fā)降低溫度，植被覆蓋率下降則溫度上升。低溫下，植物生長速度減慢，0 ℃以下大部分停止生長。低溫降低葉綠素含量，嚴(yán)重時損傷葉綠體，影響葉片的光合功能，需要采取有效措施保護(hù)與恢復(fù)植被。

3 建議措施

3.1 加強(qiáng)土地利用規(guī)劃管理

土地利用規(guī)劃是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。基于生態(tài)遙感的植被覆蓋變化監(jiān)測與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估可以為土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)[6]。因此，需要加強(qiáng)土地利用規(guī)劃管理，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格管控違法用地行為，及時掌握土地資源的變化情況，為土地利用規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)[7-8]。

假設(shè)某地區(qū)在2019年期初，3種用地的面積分別為耕地200 hm2、林地133.34 hm2、草地66.67 hm2。在2019年至2020年期間，耕地增加了13.34 hm2，林地減少了6.67 hm2，草地增加了3.34 hm2?？梢园凑找韵鹿接?jì)算各類用地的面積變動情況：

（1）耕地面積變動情況：期初耕地面積+耕地增加量=期末耕地面積+耕地減少量，200 hm2+13.34 hm2=期末耕地面積+0，期末耕地面積=213.34 hm2。

（2）林地面積變動情況：期初林地面積+林地增加量=期末林地面積+林地減少量，133.34 hm2+0=期末林地面積-6.67 hm2，期末林地面積=126.67 hm2。

（3）草地面積變動情況：期初草地面積+草地增加量=期末草地面積+草地減少量，66.67 hm2+3.34 hm2=期末草地面積+0，期末草地面積=70.01 hm2。

通過計(jì)算可以了解不同用地類型的變化趨勢，為土地利用規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)

生態(tài)農(nóng)業(yè)是促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境的重要途徑。基于生態(tài)遙感的植被覆蓋變化監(jiān)測與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估可以為生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供支持[9-10]。

對于評價因子的量化分值，可以采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，Si為評價因子，Xi的量化分值，Xmax、Xmin為評價因子，C1、B1的原始數(shù)據(jù)，Xmax和Xmin分別為該因子的最小值和最大值。

計(jì)算量化分值時，需先歸一化原始數(shù)據(jù)至0～1范圍。接著，根據(jù)評價因子對生態(tài)環(huán)境的正向影響程度，將其分為若干級別并分配編碼值，按影響大小從高到低排列。最后，使用公式量化各評估因素，確保各項(xiàng)目在維度上一致。在選擇二級指數(shù)因子時，優(yōu)選涉及因素，避免重復(fù)計(jì)算，減少量化計(jì)算結(jié)果的誤差。

3.3 重視可利用資源保護(hù)和管理

可利用資源是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)鍵部分，對人類生存發(fā)展至關(guān)重要。通過生態(tài)遙感監(jiān)測植被覆蓋變化與評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，可為資源保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。因此，需重視資源保護(hù)與管理，加強(qiáng)監(jiān)測調(diào)查，掌握變化情況和利用狀況，并制定保護(hù)和管理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)節(jié)約、合理利用資源[12]。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬志勇.基于遙感的耕地預(yù)警和植被動態(tài)監(jiān)測研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2007.

[2] 何東禮.基于無人機(jī)遙感技術(shù)的水土保持生態(tài)建設(shè)監(jiān)測實(shí)踐研究[J].數(shù)字通信世界，2023（8）：25-27.

[3] 李婷，黃秀清，黃曉琛.基于遙感技術(shù)的海岸帶的生態(tài)綜合評價：以象山港為例[J].海洋湖沼通報，2023，45（1）：90-97.

[4] 張春霞.遙感技術(shù)運(yùn)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的分析[J].現(xiàn)代農(nóng)村科技，2022（8）：99-100.

[5] 陳懷亮.黃淮海地區(qū)植被覆蓋變化及其對氣候與水資源影響研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2007.

[6] 于嶸.基于遙感時序數(shù)據(jù)的中國陸地植被覆蓋變化分析研究[D].北京：中國科學(xué)院研究生院（遙感應(yīng)用研究所），2006.

[7] 彭晶晶，閆如柳.湖南省植被覆蓋度動態(tài)變化監(jiān)測及影響因素分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（7）：51-54.

[8] 孟健，劉天琦，周寒，等.榆林市植被覆蓋度動態(tài)變化監(jiān)測[J].北京測繪，2021，35（11）：1400-1404.

[9] 韓富圓，王天明，孫陽.基于Landsat遙感數(shù)據(jù)武漢地區(qū)植被覆蓋度動態(tài)變化監(jiān)測分析[J].測繪與空間地理信息，2019，42 （4）：90-92.

[10] 胡鴻，許延麗，鞠洪波，等.基于遙感影像的福建省長汀縣級植被覆蓋變化監(jiān)測及分析[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，43（3）：92-98.

[11] 楊海江，勾曉華，唐呈瑞，等.2010—2021年中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2024，43 （1）：244-253.

[12] 蘇茂新，陳克龍，李雙成，等.西寧市城市植被生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2010，35（5）：138-142.