福建省长汀县河田水土流失区植被覆盖度变化及其热环境效应

　　摘要:南方红壤典型水土流失区———福建省长汀县河田盆地区的大片山地曾由于植被稀少、山岭裸露、气候炎热，而被称之为“火焰山”。通过20多年的水土流失治理，该区的生态环境有了很大的改善。利用遥感技术，计算了长汀县河田盆地区在1988—2010年间的植被覆盖度变化及其伴随的地表温度变化。结果表明，通过近22a的水土流失治理，该区的平均植被覆盖度有了明显的升高，从1988年的48．83%上升到2010年的59．78%;而同期盆地内外的温度差异也随之下降，盆地裸露区和周边地区的温差降低了近1°C。定量研究表明，河田盆地区的植被覆盖度每增加10%，可降低地表温度0．6—1°C。

　　关键词:遥感;植被覆盖度;地表温度;水土流失;长汀

　　福建省长汀县是南方红壤地区的典型水土流失区，其河田镇一带的水土流失之严重更是一直为各界所瞩目。早在20世纪40年代初，长汀县的河田镇就与甘肃的天水、陕西的长安一起被列为全国的3个重点水土保持试验区，开始水土流失的治理，但收效甚微［1］。长汀县以河田盆地为中心的水土流失治理一直到了80年代才逐渐起效。这主要得益于福建省政府于1983年将长汀河田定为全省治理水土流失的试点，2000年又将其水土流失综合治理列为全省为民办实事项目。经过20多年的整治，长汀县的水土流失治理取得很大的成效［2］，已成为全国有效治理水土流失的典型区。

　　1方法

　　1．1研究区概况

　　长汀县地处福建西部，地理位置为东经116°00'—116°40'，北纬25°18'—26°02'。长汀属亚热带季风气候，年平均气温18．3°C，年降雨量1500—1700mm。长汀县的地形呈四周隆起，中部下凹的盆地特征，最低海拔210m，最高海拔1459m。从该县1988年的卫星影像可以直观看出(图1)，当时该县大部分为绿被所覆盖，但中部为白中泛红的裸土区，该区即为闻名的长汀河田水土流失区，也被称之为河田盆地。因此，本次研究将主要集中在河田盆地及其周边地区，面积约869km2(图1)。通过盆地与周边地区的对比来考察它们之间的植被覆盖度和温度变化。

　　1．2遥感影像数据及其预处理

　　当前，对区域热环境的监测主要依靠的是遥感热红外数据，而唯一能够提供20世纪80年代以来连续观测的热红外数据的只有美国的Landsat系列卫星。因此，本次研究选用LandsatTM影像作为遥感数据源。通过对其热红外波段(TM6)的反演求出河田盆地区不同时期的地表温度，以考察该区的热环境变化。所用的影像的获取时间为:1988-10-16、1998-11-13、2004-10-12和2010-10-29。由于2000年之后是该县重点治理水土流失的十年，所以加入2004年时相，以加密对该时段的考察。

　　2结果与讨论

　　2．1植被覆盖度变化

　　根据Carlson模型分别反演出各研究年份的植被覆盖度(图3)，并计算出它们的植被覆盖度(表1)。从图3可以直观看出，植被覆盖度在这22年里有了明显的增加。具体表现为1988年的植被覆盖度影像最暗，说明植被覆盖度最低;盆地中心除了耕地的斑块外，几乎全为黑色和暗灰色，说明盆地中心基本裸露。而到了2010年，植被覆盖度影像明显变亮，特别是在盆地中部，说明盆地中心的植被覆盖度得以明显增加。表1、表2的数据表明，植被覆盖度影像的均值从1988年的48．83%上升到2010年的59．78%，提升了10．95个百分点，标准差也从16．21%减少到12．88%，说明在这22a里，河田盆地区的植被覆盖度在增加的同时，差异性也在逐渐减小，植被覆盖度趋于统一。如果将研究的时间段分为1988—1998年和1998—2010年两个阶段，则前一个阶段整个研究区植被覆盖度年均增加0．32%，而后一个阶段年均增加达0．65%，比前一个阶段快了1倍多。如果从1998年以后细分的两个阶段来看，1998—2004年年均增加0．68%，2004—2010年为0．62%，慢于前6a。如果单就盆地内而言，其植被覆盖度的增加幅度就更为明显，从1988年的39．09%提升到2010年的53．05%，大幅上升了13．96个百分点。而其中有近10个百分点是1998—2010年的后一阶段增加的。

　　2．2地表温度变化

　　图4和表3分别为地表温度的反演和统计结果。总的看来，随着植被覆盖度的升高，河田盆地区的热环境有明显的改善。图4表明，代表高温的亮白和浅灰色调在1988年占据了影像的大部分地区，而到了2010年，影像以灰和暗灰色调为主，亮白色的高温仅零星分布。从表3可知，河田盆地内和盆地外的平均温差从1988年的3．39°C下降到2010年的2．48°C，降低了0．91°C，盆地区的标准差也从1．48°C减少到1．4°C，说明盆地内外的温差在缩小，温度趋于统一。从1988—1998年和1998—2010年两个时间段来看，前一个时段的温差从1988年的3．39°C下降到了1998年的3．29°C，仅降低了0．1°C;而2010年则进一步下降到2．48°C，降低了0．81°C，明显多于前一个时期。如果就1998年以后来看，1998—2004年的6a间下降了0．44°C，而同样的2004—2010年的6a间只下降了0．37°C，少于前6a。

　　3结论

　　长汀县河田盆地区的水土流失治理工作已带来了明显的成效。22a里，该区的植被覆盖度有了明显的增加。整个研究区的平均植被覆盖度从1988年的平均48．83%上升到2010年的59．78%。在这期间，新增的植被大部分都在盆地内，其平均植被覆盖度的增幅明显高于整个研究区。植被覆盖度的上升，使得盆地与周边地区的地表温度差异下降了近1°C，盆地内外温度逐渐统一，盆地内外高温差情况得到改善。从所划分的两个阶段来看，1998—2010年的后一阶段，无论是植被覆盖度的升高或地表温差的降低都要比1988—1998的前一阶段明显。这表明2000年福建省政府将长汀县的水土流失治理列为为民办实事项目后，进一步推进了该区的水土流失治理工作。

　　河田盆地区的植被覆盖度和地表温度呈明显的线性负相关关系，植被覆盖度每增加10%，大致可降低地表温度0．6—1°C。

　　在现有两种常用的植被覆盖度遥感估算模型中，Carlson模型比Gutman模型更适合于中低植被覆盖地区的植被覆盖度估算，将其应用于河田盆地区的植被覆盖度反演可获得更高的精度。

　　References:

　　［1］WuGS，LinHH，ZhuHJ，ShaJM，DaiY．Spatiotemporalvariationoftypicalredsoilerodedlandscapepattern:AcasestudyinChangtingCountyofFujianProvince．ChineseJournalofAppliedEcology，2011，22(7):1825-1832．

　　［2］ZhaoZB．Studyontreatmentofsoilandwaterlossareawithforest-grassmeasuresinHetianBasinofFujianprovince．JournalofSoilandWaterConservation，1987，(1):37-40．

　　［3］WilsonJS，ClayM，MartinE，StuckeyD，Vedder-RischK．Evaluatingenvironmentalinfluencesofzoninginurbanecosystemswithremotesensing．RemoteSensingofEnvironment，2003，86:303-321．

　　徐涵秋*，何慧，黄绍霖

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