基于生態遙感的植被覆蓋變化監測與生態系統服務評估

劉宣

摘 要：基于生態遙感技術，對植被覆蓋變化進行監測，并評估了其對生態系統服務的影響。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，并結合地面調查數據，對生態系統服務進行了評估。結果表明，植被覆蓋變化對水源涵養、土壤保持、氣候調節等生態系統服務產生了一定的影響。針對這些問題，提出了相應的管理建議，以促進生態環境的持續改善。

關鍵詞：生態遙感；植被覆蓋變化；生態系統服務

中圖分類號：Q948.11 文獻標志碼：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，生態環境問題日益突出，如何有效地保護和管理生態系統成為當前亟需解決的問題。植被覆蓋是生態系統的重要組成部分，對水源涵養、土壤保持、氣候調節等生態系統服務具有重要影響[1]。植被覆蓋變化監測和評估對生態系統保護和修復至關重要。生態遙感技術是一種先進的監測手段，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，并結合地面調查數據評估生態系統服務。

1 植被覆蓋變化的監測與分析

1.1 生態遙感技術簡介

遙感技術應用在諸多方面，能夠為人們探索地理、大氣、海洋、氣候等提供大量的影像資料。遙感技術可以監測大氣、水、土壤的污染程度，實時跟蹤環境污染狀

況[2]。當前，人們要加大遙感技術研究力度，進一步提高儀器的光譜分辨率，改進遙感技術；將現代技術運用到遙感技術中，從而提高影像處理和環境監測效率[3]。

1.2 遙感影像數據獲取和處理

常見的遙感影像數據獲取和處理參數及定義如下表1～表3所示。

綜合上述1～表3，可得出遙感影像數據的獲取與處理步驟包括以下7個環節：

（1）遙感影像獲?。和ㄟ^衛星、飛機等遙感平臺獲取高分辨率的遙感影像數據[4]。

（2）遙感影像預處理：對獲取的遙感影像進行預處理，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^計算植被指數、土地覆蓋分類、物體邊界提取、紋理特征提取、形態學處理等，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行分類，常用的分類算法包括最大似然分類、支持向量機分類等。

（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：對遙感影像進行后處理，如去除孤立點、填補空洞等。

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

綜上所述，遙感影像數據的獲取與處理步驟是一個復雜的過程，需要運用多種技術手段和工具來完成。

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動機制。

綜上所述，植被覆蓋變化的驅動機制是多方面的，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，為生態系統保護和修復提供科學依據。

2 生態系統服務的評估

2.1 生態系統服務的概述

生態系統服務是對人類生存和生活質量有貢獻的生態系統產品和功能，分為支持性、調節性、供給性和文化性服務。支持性服務維持其他服務；調節性服務保持生態平衡；供給性服務提供物質資源；文化性服務則滿足精神需求等。這些服務對人類生存至關重要，但也面臨著氣候變化等威脅，需采取措施保護。

2.2 地面調查數據的獲取和處理

地面調查數據獲取和處理是獲取地理信息數據的重要手段，為生態環境管理和資源開發利用提供支持。在數據獲取和處理中，需要確保數據的可靠性和準確性，以保證數據的有效性和可信度。以下是地面調查數據獲取和處理的一般步驟：

（1）調查方案制定：依據調查目標及需要，確定調查范圍、調查內容及取樣點的位置。在此基礎上，運用計算機輔助設計的方法，構建一個基于計算機輔助設計的數據庫。

（2）數據采集：根據調查方案，選擇樣點進行數據采集，主要有土壤質地、植物種類、水文數據等。把特定的地區劃分出來，然后根據現有的數據做一些簡單的實地調查。

（3）資料處理：運用問卷、統計、文獻分析等方法，對調查對象進行科學調查，確保結果正確。本項目以植物學、生態學、植物分類為原則，通過實地考察、實驗室分析和整理，運用統計學方法，對研究區植物資源進行系統調查。

（4）資料儲存：把數據儲存在資料庫中，把植物學、生態學、植物分類等作為基本原理，采用實地考察、實驗室分析和整理的方式，并運用統計學方法，對研究區的植物資源展開系統分類。在實際工作中，主要采取了3種方式：一是實地勘測；二是以地籍調查結果為基礎的實驗室綜合法；三是基于多類型調查結果的綜合與協調。

（5）數據應用：根據研究的要求，把數據應用于生態環境的管理和資源的開發。

2.3 生態系統服務評估結果的分析

基于某市區2011—2020年的年平均NDVI數據，計算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數據計算得到的NDVI分級示例。

該表格按照NDVI值將地區劃分為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植被覆蓋的情況，為生態環境管理和可持續發展提供科學依據。例如，對于低覆蓋度的地區，可以采取相應的措施，如植樹造林、草原恢復等，來提高植被覆蓋度和改善生態環境。

表7顯示了各種生態系統服務的價值評估結果，以萬元/年為單位?？梢钥闯?，水資源調節、土壤保持和大氣調節等生態系統服務價值較高。

2.4 植被覆蓋變化對生態系統服務的影響

2.4.1 水源涵養服務的影響分析

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

2.4.2 土壤保持服務的影響分析

植被在維護水土穩定方面扮演著至關重要的角色。當植被覆蓋率下降時，其對土壤和水分的保持能力亦會相應減弱，進而誘發水土流失的現象。這種情況不僅會破壞土壤團聚體的穩定性，還可能導致土體逐漸緊實，土壤容重增加。

2.4.3 氣候調控作用的研究

植被在調節氣候方面起著重要的作用。若植被覆蓋率降低，則其調節氣候的能力也隨之降低[5]。植物通過蒸發降低溫度，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與恢復植被。

3 建議措施

3.1 加強土地利用規劃管理

土地利用規劃是保護生態環境、促進可持續發展的基礎?；谏鷳B遙感的植被覆蓋變化監測與生態系統服務評估可以為土地利用規劃提供科學依據[6]。因此，需要加強土地利用規劃管理，優化土地利用結構，嚴格管控違法用地行為，及時掌握土地資源的變化情況，為土地利用規劃和管理提供科學依據[7-8]。

假設某地區在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接嬎愀黝愑玫氐拿娣e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。

通過計算可以了解不同用地類型的變化趨勢，為土地利用規劃和管理提供科學依據。

3.2 推廣生態農業

生態農業是促進農業可持續發展、改善生態環境的重要途徑?；谏鷳B遙感的植被覆蓋變化監測與生態系統服務評估可以為生態農業的發展提供支持[9-10]。

對于評價因子的量化分值，可以采用如下公式進行計算：

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

計算量化分值時，需先歸一化原始數據至0～1范圍。接著，根據評價因子對生態環境的正向影響程度，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，確保各項目在維度上一致。在選擇二級指數因子時，優選涉及因素，避免重復計算，減少量化計算結果的誤差。

3.3 重視可利用資源保護和管理

可利用資源是生態系統服務的關鍵部分，對人類生存發展至關重要。通過生態遙感監測植被覆蓋變化與評估生態系統服務，可為資源保護和管理提供科學依據。因此，需重視資源保護與管理，加強監測調查，掌握變化情況和利用狀況，并制定保護和管理規劃，實現節約、合理利用資源[12]。

參考文獻

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[12] 蘇茂新，陳克龍，李雙成，等.西寧市城市植被生態系統服務功能價值研究[J].環境科學與管理，2010，35（5）：138-142.