三峡库区植被恢复土地适宜性评价

1、三峡库区植被恢复土地适宜性评价摘要:基于不确定性及灰色系统关联度修正的土地适宜性评价模型，选取对植 被类型和植物生长影响较大的海拔、坡度、年均降水量、土层厚度、土壤类型等 5项指标作为适宜性评价因子，在三峡库区2007年LandsatTM遥感影像解译的基 础上，对三峡库区大于25的坡耕地和未利用土地的植被恢复适宜性进行了评价。 结果表明:三峡库区植被恢复的主要影响因子为坡度和土层厚度，三峡库区适宜植 被恢复的土地资源较多。通过植被恢复土地适宜性评价，可为三峡库区植被恢复 工程的定量分析和防护林结构调整提供依据。关键词:植被恢复;灰色系统关联度;适宜性评价;评价因子;三峡库区三峡库区的植被恢复是

2、该区域乃至长江流域生态环境建设与可持续发展的 重要基础。然而在植被恢复过程中，如果不能正确认识立地条件差异、植被空间 分异规律及其生态适应性,盲目进行退耕还林还草和荒山造林,不仅可能造成极大 的浪费，还可能使这一地区的生态环境遭受进一步破坏。因此，对三峡库区植被恢 复的土地适宜程度进行评价就显得至关重要。本文拟采用修正的土地适宜性评价 模型,利用三峡库区2007年LandsatTM遥感影像解译提取库区土地利用分布数据, 并以大于25的坡耕地和未利用土地为评价对象，对三峡库区植被恢复土地适宜 性进行评价，以期为三峡库区植被恢复工程的定量分析和防护林结构调整提供依 据。1、研究区概况三峡库区地处东

3、经10544,1113义北纬2832，3144东南、东北与鄂西 交界，西南与川黔接壤，西北与川陕相邻,土地总面积约5. 8万km2。库区涉及湖北 省所辖的夷陵区、秭归县、兴山县、恩施州所辖的巴东县重庆市所辖的巫山县、 巫溪县、奉节县、云阳县、开县、万州区、忠县、涪陵区、丰都县、武隆县、石 柱县、长寿县、渝北区、巴南区、江津区及重庆核心城区（包括渝中区、北碚区、 沙坪坝区、南岸区、九龙坡区、大渡口区和江北区）共26个县（区）。库区处于我 国地势第二阶梯东缘，总体地势西高东低。气候具有四季分明、雨量适中、温暖 湿润等特点,年平均气温为1719C,年降水量1 0001 600 mm,无霜期30034

4、0d。 库区土壤共有7个土类16个亚类，主要土壤类型有黄壤、黄棕壤、紫色土、石灰 土和水稻土 1。2、研究方法1 土地利用类型分类及数据提取参考中国科学院土地利用分类系统以及相关文献1, 2,以三峡库区土地利 用方式为依据并结合本研究需要,将库区土地利用类型划分为7类,即小于25的 耕地、大于25的坡耕地、灌草地、林地、未利用土地、水域和城镇。选取三峡库区2007年8、9月Landsat TM遥感影像作为本研究的信息源，空 间分辨率为30 m。在Erdas Imagine 9. 1软件中，以2000年三峡库区土地利用图为 参考,运用决策树分类法对影像进行解译，提取三峡库区土地利用分布数据。并以

5、 恢复生态学理论为基础,将大于25的坡耕地和未利用土地作为植被恢复适宜性 评价对象。2. 2植被恢复土地适宜性评价2. 2. 1评价因子选取与处理植被恢复是以植物的生长、发育来实现生态系统的修复，所以确定植物与环 境之间的相互影响因素是植被恢复的关键3 。本文根据三峡库区自然地理条件 和植被生长要求，本着可比性、可操作性、科学性、可接受性原则4,选取海拔、 坡度、年均降水量、土层厚度、土壤类型5项指标作为适宜性评价因子5- 7, 分析了自然环境因素与植被生长的关系。各评价因子数据在ARCG IS 9. 2软件中实现，并离散为100 x 100的栅格，统一 到北京1954坐标系，采用克拉索夫斯基

6、(Krassovsky)椭球体和高斯一克吕格投影 (Gauss- Kruger)。本研究以三峡库区1： 25万等高线矢量图为基础，通过Surface Ana lysis(表面分析)模块，获得三峡库区海拔和坡度分布图。利用国家气象信息中 心和重庆市气象局提供的三峡库区及其周边区域46个气象站点的年平均降水量 资料,通过引入高程因子的协同克里金(Co- Kriging，CK)插值法8，获得三峡库区 年平均降水量分布图。土层厚度资料来源于中国林科院林业科学数据中心提供的 三峡库区森林资源二类清查数据库，通过数据转换,获得三峡库区土层厚度分布 图。土壤类型矢量数据来源于中科院地理所，在ARCG IS

7、9. 2中将矢量数据转换 为栅格数据,并将其合并为水稻土、紫色土、黄壤、黄棕壤、石灰土 5种类型。2.2.2评价权重的确定采用D elphi- AHP法确定指标权重,通过综合多个专家评价意见，能够有效减 少个人主观性带来的不利影响。首先向15位专家进行咨询并打分，按9级计分法 作相对重要性判断，获得评价因子权重的判断矩阵;再采用几何平均值法计算指标 的权重;最后进行一致性检验。当CR 必 x (k)(3)式中,i为栅格编号；k为评价因子编号;n为评价因子总数;Si为第i个栅格的 综合评价值；卓(k )表示第i个栅格第k个评价因子与第k个评价因子最优值的关 联系数;wk为第k个评价因子的权重。通

8、过选取各评价因子的最优属性值作为参考值，分别计算每个栅格各评价因 子的关联系数，得到各评价因子关联系数图。再将它们与其对应的权重代入公式 (3)进行加权叠加，得到各栅格单元的综合评价值Si。根据各栅格单元的综合评价 值，利用ARCG IS中reclassify的nature break确定各适宜性等级分界点的分值，并 结合库区土地特性,同时参考相关专家意见，按适宜度值S + 0. 598、0. 598 S + 0. 491、0. 491 S+ 0.427、S 0. 427划分适宜性等级,生成三峡库区植被恢复土地 适宜性等级布局图。3、结果与分析3. 1 土地利用现状利用Erdas Imagin

9、e 9. 1遥感图像处理软件解译三峡库区2007年Landsat TM 遥感影像,提取库区土地利用分布数据，生成三峡库区土地利用现状图。据此可知, 三峡库区土地总面积5 800 268 hm2,其中,耕地面积2 283 474 hm2,占39. 4%，而大 于25的坡耕地面积为344 784 hm2;灌草地面积620 970 hm2,占10. 7%;林地面积 2 745 331 hm2,占47. 3%;未利用土地面积18 483 hm2;水域面积82 691 hm2;城镇 面积49 319 hm2。由此可见，植被恢复适宜性评价土地面积（大于25坡耕地和未 利用土地）为363 267 hm2。利

10、用Erdas Imagine 9. 1软件对遥感影像解译结果进行 精度评价和Kappa系数分析,总体精度达到了 88%,Kappa系数为0. 851 3,满足研 究精度的要求，取得了比较理想的分类结果。3. 2评价因子权重根据三峡库区植被恢复土地适宜性评价指标体系，通过问卷调查,并采用 Delphi- AHP法对各评价因子的相对重要性进行讨论，构造两两判断矩阵（表2）。表2评价因子权重判断矩阵项目海拔/m坡度，年均降水量/（ ）mni此厚度/土壤类型（in海拔1i n21/21坡度2412年均降水量1/21 /411/41/2土层厚度21412土壤类型1i n21/21通过计算判断矩阵的特征根

11、与特征向量，得到各评价因子的权重（表3）,并计 算其随机一致性比率CR= 0 25“坡耕地未利用土地而积/ liin-比例/%面积/ lin2比例/啜面积/Ilin 2比例/%最适宜 0 59879姬21 87S 40622 76793 7话宜0 598-。姻 1I7606I48 5169 150书I6 91137 4基车适宜0 491 0 42799 93927. 595 19327 64 7462S 7不适宜 0 4278 1822 20 66 14733 2合计363 267100 0344 7蹈18483100 0利用ARCG IS空间分析功能，生成三峡库区植被恢复土地适宜度等级布局图

12、, 可以看出,最适宜区分布在重庆各区县的一些低山丘陵区域。该区域海拔较低，地 形坡度较小,水分条件和热量条件均较好，土层深厚，土壤肥沃，对植被恢复基本无 限制,立地条件最好，适宜恢复以经济林为主的乔灌草植被，通过立体混交模式，建 成良好的生态系统，可在一定程度上起到增加农民收入和改善库区生态环境的双 重作用。适宜区面积最大，在整个库区的低中山地区均有分布。该区域海拔一般在1 000 m左右，坡度稍大，降水较丰富，土层较厚，土壤质地较好,对植被恢复限制因子 较少，适宜恢复以常绿阔叶林、落叶阔叶林和常绿针阔混交林等乔木及大灌木为 主的乔灌草植被，充分发挥生态效益，防治水土流失。基本适宜区主要分布在

13、库区东北部以及武隆县等地的中高山地区。该区域海 拔较高，地形坡度大,降水相对偏小，土层厚度30- 40 cm,立地条件不如前两种类型, 乔木生长受到一定的限制,宜恢复以灌草为主的稀树灌草植被，以提高土壤的保水 保肥能力。不适宜区零星分布于巴东北部以及巫山、兴山等地的高山地区。该区域海拔 高度一般在1 500 m以上,土层厚度不足25 cm,地势起伏大，坡度不小于35，降水 不丰富，这些因子对植被的生长和恢复有明显的限制作用。由于本区主要为基岩 裸露比率较大的石质裸地，不仅不适宜乔木的恢复,甚至连草灌植被也难以恢复, 只有减少人为干扰,保持原有生态，宜荒则荒。4、结论与讨论三峡库区植被恢复土地适

14、宜性评价是开展库区植被恢复工作的基础，可为三 峡库区植被恢复工程定量以及因地制宜地制定植被恢复措施提供依据。本文在 2007年LandsatTM遥感影像解译结果的基础上，通过不确定性及灰色系统关联度 修正的土地适宜性评价模型计算得到三峡库区植被恢复土地适宜性空间分布，主 要结论如下：（1）坡度和土层厚度是三峡库区植被恢复的主要影响因子,这与三峡库区地形 坡度变化大的特点以及植物生长对适宜土壤环境的需求相吻合。（2）三峡库区适宜植被恢复的土地面积（最适宜、适宜和基本适宜）355 085 hm2,占参评土地总面积的97. 8%,包括342 749 hm2的大于25的坡耕地和12 336 hm2的未利用土地，说明库区植被恢复潜力较大，应通过退耕还林（草）及荒山（荒滩） 造林植草措施将这些适宜植被恢复的土地尽快地利用起来,这可使三峡库区的植 被覆盖率提高6. 2%。（3）从空间分布来看,最适宜区分布于重庆各区县的一些低山丘陵地区，适宜 区在整个库区的低中山地区均有分布,基本适宜区主要分布于库区东北部以及武 隆县等地的中高山地区,不适宜区则零星分布于