土地退化评价与监测技术路线的研究

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9 4 地 理 科 学 20 卷
表 1 1996 年以来国内外主要的沙质荒漠化土地监测与评价的技术路线 Table 1 Main technical lines for monitoring and assessing sandy desertification in t he world since 1996
80 年代 ,国内外利用遥感对土地退化的监测与 评价主要处于目视解译阶段 ,即通过室内判读航片 卫片与编绘荒漠化草图 , 结合野外关键地带路线的 考察最终成图 。前面阐述的三种理论在实践上均以 目视解译为主 、依靠常规技术支持的经验性指标体 系来完成 ,只是 GLASOD 代表了国际上在土地退化 评价中普遍遵循的方法 ,简明扼要 ,操作方便 。90 年代在土地退化评价中 TM 、MSS、SPO T 、NOAA 等 多种时空分辨率遥感数据开始融合 , 遥感图象处理 软件 ERMapper 、ERDAS、ENV I 同一些 GIS 软件如 ARC/ IN FO 、PCI、M GE 也逐步集成使用 。相应地 , 基于 3S 的评价和监测的技术路线也应运而生 。目 前主要的评价方法有两种 :一是运用图象处理软件 , 通过监督与非监督分类 ,直接划分类型和程度 ;另一 种是选择几个基于 RS、GIS 的指标 ,给定不同的权 重 ,通过综合来得出结果 (表 1) 。阿根廷对荒漠化 状态的评估是完全基于遥感并利用图象处理系统完 成的 ,它代表了目前在该领域方法上的新趋势 ,因而 也提出了一套新的评价思路[4 ] 。该方法首先利用 NOAA AV HRR LAC(Large Area Coverage) 资料 ,建 立了一个与草原生态系统物候相适应的主影像系 列 , 作为镶嵌不同时代影像资料的标准 ;然后结合 野外调查与精度较高的影象 ( MSS) ,直接通过监督 与非监督分类 ,确定荒漠化的状态类型 。使用该技 术路线对土地退化评价的精度表明 , 总正确率为 71. 4 % ;从轻度 、中度 、中度 严重 、严重到极严重 ,正
表土损失 ( 部分 、全部) ; 风蚀形态 ( 洞 、 洼地 、沙丘) 面积所占比例 ( %) < 10 , 10～40 ,40～70
G K Tripathy et al 印度
1996
三级 MSS、 IRS 同 GIS 指标综合
基于 RS 的归一化 植被指数 NDV I
基于 GIS 土壤侵蚀率 (USL E) 基于 GIS 的土壤水分
利用遥感手段对土地退化的监测 ,虽成本低 ,宏 观及时 ,有广阔的应用前景 ,但目前仍有许多技术问 题需要解决 ,最突出的是植被的高波动。首先由于年 内或年际间降水的高变率 ,造成了植被盖度的强烈波 动 ,在同一年干季或一场大雨过后 ,受短命植物的影 响 ,植被盖度会有很大的差异 ,这种随机现象会干扰 一般植被盖度的确定。其次 ,总体上土地退化与植被 盖度的下降是一致的 ,但受牲畜选择性啃食的影响 , 也会使上述规律受到限制。相对高的植被盖度 ,并不 总意味着土地退化弱。最后 ,干旱区稀疏的植被增加 了土壤的信息 ,使盖度的确定较为困难 。NDV I 实际 上是盖度同绿度两者的综合 ,因此 ,用 NDV I 代表盖 度仍需进一步研究 ,许多学者为了改善监测与制图的 效果 ,提出了新的指标与概念[7～9 ] 。
体系出处
技术路线
植被盖度 ( %)
主要指标体系与量化
地表形态
作物产量下降率 ( %) 其它指标
中国 林 业 局 荒 漠 化监 测 技 术 规 定 ①,1998
四级 各指 标 得 分 之 和
在干 旱 与 半 干 旱 地 区 < 10 , 10 ～ 24 ,25～39 , ≥40 ,
> 60
地表形态和沙丘高度 ≤2 、2. 1～5 , 5. 1～10 , ≥10 m ; 覆沙厚度 ;有效土层 厚度 ;砾石含量
第20 200
卷第1 0年2
期 月
地 理 科 学
SCIEN TIA GEO GRAPHICA
SIN ICA
Vol . Feb.
20 No . ,200
1 0
文章编号 :1000 - 0690 (2000) 01 - 0092 - 05
土地退化评价与监测技术路线的研究
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1 期 孙 武等 :土地退化评价与监测技术路线的研究 9 3
图 1 三种荒漠化评价理论的图式比较 Fig. 1 Comparison among t hree t heories in sketch map for desertification evaluation
< 5 ,15～34 , 35～74 , ≥75
土壤质地 (沙壤 土 、壤 沙 土 、粉 沙土)
高尚武等 1998
四级 基 于 TM 各 指 标得分之和
权重为 3. 6 ,得分 范围 3. 6～14. 4
裸沙地所占比例权重为 3. 8 ,得分范围 3. 6～15. 2
土壤 质 地 权 重 为 2. 6 ,得分范 围 2. 6～10. 4
荒漠化是由于气侯变化和人类活动等因素所造 成的干旱半干旱和受干旱影响的亚湿润地区的土地 退化 。土地退化的评价与宏观监测 ,直接关系到政 府部门环保政策和行动方案的制定 ,因而始终是国 家和地区生态环境优化的重点工作之一 。在我国 , 沙质荒漠化土地是各种退化土地中面积最大 ,分布 最广的类型 ,对广大北方农业生产的发展和生态环 境构成了严重的威胁 。本文就是在对 90 年代后期 国内外土地退化评价和监测主要进展分析的基础 上 ,以中国沙质荒漠化为例 ,探讨土地退化评价与监 测的技术路线框架 。
朱震达 1998
三级 综合
ห้องสมุดไป่ตู้
≤10 ,11～30 , 31～50
风蚀 、风积地表形态所占比例 ( %) ≤10 ,11～30 , ≥30 ; 沙丘高度 (m) ≤2 ,2～5 , ≥5
30 ,31～50 , > 50
地表 形 态 综 合 特征
GL ASOD Oldeman 1997
三级 综合
< 30 ,30～70 , < 70
基于 RS 的地表 反射率 ALB
H F Delvalle 阿根廷
1998
四 级 NOAA 数 据图像处理
> 50 ,50～20 , 20～5 , < 5 ; 不良 植物种入侵比例
风蚀地面积所占比例 ( %) < 10 , 10 ～ 25 ,25～40 , > 40 ;地表砾石面积所占比 例 ( %) < 10 ,10～30 ,30～50 , > 50
1 主要的评价理论
90 年代后期 ,国内外土地退化的评价与监测在 理论和方法上有了一定的进展 ,但相比而言 ,理论方 面更大一些 。进展主要反映在 1997 年出版的“世界 荒漠 化 地 图 集”和 对 其 它 地 区 土 地 退 化 的 评 价 中[1 ,2 ] 。评价理论包括退化程度 、总体退化状态 、危 险度以及相对应的指标体系多方面 ,而理论的核心 体现在退化分类分级的关键问题即退化程度和状态 的评价上 。进展体现于此 ,当然 ,区别与争论也集中 在这里 。虽然 1984 年联合国制定过具有详细量化 指标的危险度的评价条例[3 ] ,但经过实践发现可操
退化状态的评价 ,体现了各因子差异退化的思想 。 差异大 ,多样性大 ,总体退化状态低 ;差异小 ,多样性 小即景观一致性强 ,恢复和治理难度大 ,总体退化程 度就高 。此外 ,还有将土地退化的损失进行货币化 换算 ,用经济价值量的大小反映退化程度的探讨 ,但 未形成系统的方法体系 。
2 方法进展
收稿日期 :1999 - 05 - 21 ; 修订日期 :1999 - 11 - 25 基金项目 :中国科学院西安黄土与第四纪地质国家重点实验室基金项目 (LL Q G9711) 。 作者简介 :孙武 (1963 - ) ,男 ,理学博士 ,副教授 ,主要从事生态脆弱带 、资源环境方面的科研与教学工作 。
作性差 ,且多是从速度 、趋势 、多样性等间接指标来 反映荒漠化发展的危险性 ,因而其推广受到了限制 。 目前的评价理论有三种 ,分别是全球人为作用下的 土壤退化 ( GLASOD) 、南亚及东南亚人为作用下土 壤退化 (ASSOD) 和俄罗斯科学院提出的评价方法 (RU SSIA) (图 1) 。上述理论都是联合国有关机构 所提出的评价 ,并在不同的地区进行过土地退化监 测实践 。GLASOD 的评价结果为土地的绝对退化 , 它通过一整套指标体系直接反映气候与人为共同作 用下土地退化的现实状态 。联合国 1984 年提出的 评价方法与 1992 年和 1997 年出版的“世界荒漠化 地图集”里对世界和许多地区土地退化的评价都遵 循了这一理论 。ASSOD 将土地退化的现状与人为 影响的强弱两方面结合起来 ,间接反映退化的相对 大小 ,评价的结果代表了土地的相对退化 。在绝对 退化程度相同的条件下 ,经营与投入水平的高低同 相对退化的程度成正比 ,因此 ASSOD 更能揭示退 化的实质 。RU SSIA 与前两种主要用土壤退化代表 土地退化的单因素评价不同 ,它用多样性的概念将 土壤 、植被和地形综合起来进行多因素评价 ,属于真 正综合的土地退化评价 。该方法在分别确定植被 、 土壤和地形退化程度的基础上 ,依植被 、土壤和地形 程度间变异幅度的大小 ,即多样性的大小 ,综合进行
确率分别递增到 51. 7 % ,59. 3 % ,75. 5 % ,79. 3 %和 82. 4 % ,反映了随着退化程度的增加 ,处理精度逐步 提高 , 范 围 约 在 50 %～ 80 %。Tripat hy 在 对 印 度 Gulbarga 荒漠化监控研究中 ,利用 MSS 和印度资源 卫星 ( IRS) 数据 ,通过 GIS 融合地面信息 ,完成对土 地退化的评价 。选取的指标有 4 个 :反射率 (ALB) 、 归一化植被指数 ( NDV I) 、土壤侵蚀速率和土壤水 分 。前两个来源于遥感 ,后两个由常规资料获得 。 ALB 和 NDV I 综合反映了荒漠化土壤水分 、植被 、 土壤侵蚀几方面的状态 ,具有极高的信息量 ,利于宏 观监控 。土壤侵蚀速率和土壤水分分别根据土壤通 用侵蚀方程 (U SL E) 和气象参数来计算 。这样由源 于 RS 和 GIS 的指标将荒漠化程度确定为轻 、中和 重三级[5 ] 。高尚武等在 1995～1997 年 ,按干旱 、半 干旱和受干旱影响的亚湿润区域 , 分别选取甘肃 、 宁夏和内蒙古部分旗县作为研究地点 , 通过随机抽 样设置样地 , 采用 GPS 确定样地的中心位置 , 利用 TM 遥感资料初步建立了一个植被盖度 、裸沙占地 百分比和土壤质地三个指标组成的沙质荒漠化监测 评价指标体系[6 ] 。
孙 武1 , 李 森2
(1. 华南师范大学地理系 ,广东 广州 510631 ; 2. 佛山大学地理系 , 广东 佛山 528000)
摘要 :在对 90 年代后期国内外土地退化评价与监测主要进展分析基础上 ,归纳出了绝对 、相对和差异三种退化的 评价思想 ;直接运用图象处理软件 ,通过监督非监督分类选择几个基于 RS、GIS 的指标 ,给定不同的权重综合地确 定土地退化类型和程度的两种技术监测路线 。最后 ,结合中国的实际情况 ,以沙质荒漠化为例提出了在绝对退化 思想指导下 ,通过确定土地退化生态基准的时空尺度 ,建立监测区内典型土地退化类型与程度的标准信息资源库 , GIS 数据与 RS 数据相融合的土地退化评价与监测的技术路线框架 。 关 键 词 :土地退化 ; 评价与监测 ; 技术路线 中图分类号 : F301 文献标识码 :A