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user: 3. 研究内容 本研究主要是将梨树县的植被盖度信息和水土流失强度信息做对比，以期得到植被盖度影响水土流失的准确信息，所以本研究除了要获取梨树县的水土流失强度面积分部信息外，还要获取梨树县的植被盖度数据信息。 Table 1 The parameter of ZY-3 MU 有效载荷 波段 光谱范围 ZY-3 MUX Band 1 0.45~0.52 Band 2 0.52~0.59 Band 3 0.63~0.69 Band 4 0.77~0.89 表1. 资源三号卫星的多光谱数据参数 3.1. 植被覆盖度数据信息获取 植被覆盖度是指植被冠层或页面在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比 [ 2 ] 。目前计算植被覆盖度的方法主要有回归模型法、植被指数法、像元分解模型法 [ 3 ] 。本研究主要是利用NDVI和像元二分模型计算出梨树县的植被覆盖度。归一化植被指数(NDVI)为近红外波段与红波段的亮度值之差与其之和的比值，该指标提高了对土壤背景的鉴别能力，大大消除了地形和群落结构的阴影影响，削弱了大气的干扰，因而扩展了对植被盖度检测的灵敏度。因此NDVI是目前应用最广泛的植被指数，NDVI的变化在一定程度的能够代表植被覆盖变化情况。本文利用归一化植被指数计算公式 NDVI = ( NIR − R ) / ( NIR + R ) 其中：NIR为近红外波段的反射率；R为红波段的反射率，通过python语言写出计算归一化指数的批处理代码，对所有的影像计算出NDVI。然后利用梨树县的土地利用图，将土地利用分为农业用地、城市用地、河流、林地、其他五种类型。并利用Arc GIS软件中的掩膜功能，分别提取这五类土地利用类型的归一化植被指数。利用上一步得到的归一化植被指数，针对每一个土地利用类型的NDVI值的频率累加值，最后根据累加值取5%和95%的置信区间，即取5%的NDVI值为裸地的归一化植被指数(INDVI soil)；95%的NDVI值为全植被的归一化植被指数(INDVI veg)。最后利用像元二分模型逐个计算植被盖度。模型如下： f = ( INDVI − INDVI   soil ) / ( INDVI − INDVI   veg ) 由此得到梨树县的植被覆盖图，并根据分级标准进行分级，得到梨树县的植被盖度分布图(见图1)。另外这里的植被覆盖度根据分级标准分为五个等级，分别为低覆盖(<30%)，中低覆盖(30%~45%)，中覆盖(45%~60%)，中高覆盖(60%~75%)，高覆盖(>75%)。最后对梨树县的植被覆盖度分级图数据进行统计得到植被盖度不同等级的面积分布数据(见表2)。 图1. 梨树县植被覆盖度分布图 Table 2 Lishu County 2016 vegetation coverage area distribution tabl 项目 低覆盖 中低覆盖 中覆盖 中高覆盖 高覆盖 面积(km 2 ) 7.50 37.36 70.63 97.41 176.33 所占比例(%) 6.97 9.11 17.21 23.74 42.97 表2. 梨树县2016年植被覆盖度面积分布表 3.2. 水土流失强度信息的提取 主要可以通过两个土壤侵蚀模型进行水土流失的计算，统计结果可以按照《土壤侵蚀分类分级标准》进行水力面蚀度等级划分，以期形成可比性较高的流失数据。 第一个模型是采用土地利用、植被盖度和耕地坡度因子(即三因子模型)的叠加进行土壤侵蚀量的计算；第二个模型是借鉴美国通用水土流失方程(即USLE) [ 4 ] 该方程采用的是六因子，即降雨量R、土壤可蚀度K、坡长L、坡度S、植被盖度与管理C、水保措施P因子叠加相乘得到水土流失量，由此称为六因子模型。六因子模型适应于小范围高精度的土壤流失模数计算。本文采用的是修正后的六因子模型(即RUSLE) [ 5 ] 。首先计算出梨树县的六因子，然后利用Arc GIS软件中的叠加功能将六因子进行叠加相乘，然后对结果进行分类分级得到土壤侵蚀模数等级分类图。 RUSLE模型的基本形式为： A = R * K * L * S * C * P 通过RUSLE模型，表明了降雨量、土壤以及地形等自然因子还有植被覆盖度人为因素对水土流失的影响，C因子作为植被覆盖管理因子，可以直观的表达出植被覆盖度对水土流失的影响，因此，植被覆盖管理因子C的合理估算对本研究是非常重要的。 C因子是评价植被抵抗土壤侵蚀能力的重要指标，是指在相同的土壤、坡度和降雨条件下，有特定植被覆盖或田间管理的土地上的土壤流失量与实施清耕、无覆盖裸露休闲地上的土壤流失量之比，C值范围在0~1，C值越大说明其所对应的土地利用类型的土壤侵蚀越严重 [ 6 ] 。而且一般来说，植被覆盖度与C因子呈现负相关的形式，即植被盖度越大，C因子值越小。 蔡崇法等利用人工降雨和自然降雨的观测数据通过计算破面产沙量与植被盖度的相关关系，建立了植被覆盖度与C因子之间的数学关系 [ 7 ] ： { C = 1 ，                                                               c = 0 C = 0.6508 − 0.3436 lg c ，     0 < c < 78.3 C = 0                                                               c > 78.3 c表示植物覆盖度(%)。 利用此数学关系可根据植被盖度计算出梨树县的植被覆盖管理因子C。 另外，利用梨树县气象站的逐日侵蚀性降雨量(日降雨量大于等于12 mm)资料，得到了梨树县的降雨侵蚀力因子R为1378.2；利用梨树县的水保措施图将p值进行赋值，并矢量转栅格后得到水保措施P因子；以及水利局提供的已知数据土壤可蚀性因子K和坡度坡长因子LS。然后根据RUSLE模型通过栅格计算器得到梨树县的土壤侵蚀强度图，最后依据分级标准得到水土流失强度分布图(见图2)。对梨树县的水土流失数据进行统计得到水土流失强度面积分布数据(见表3)。 通过梨树县2016年的水土流失强度分布图，可以知道微度侵蚀占梨树县土地面积的大部分，其次为轻度侵蚀，主要集中在梨树县的中部地区，中度、强烈、极强烈以及剧烈侵蚀所占比例相差不大，在梨树县的分布位置较散。 图2. 梨树县2016年水土流失强度分布图 Table 3 Distribution table of soil erosion intensity in Lishu County in 201 项目 微度 轻度 中度 强度 极强烈 剧烈 面积(km 2 ) 2974.57 516.96 99.69 150.88 37.86 80.04 所占比例(%) 77.06 13.39 2.58 3.91 0.98 2.08 表3. 梨树县2016年水土流失强度面积分布表 3.3. 水土流失强度与植被覆盖度 将分级后的植被覆盖度数据与土壤侵蚀强度分级数据通过Arc GIS软件进行空间叠置，可以得到不同的植被覆盖度下不同的土壤侵蚀强度所占的面积分布情况，统计叠置后的数据结果(见表4)。 通过表3，我们可以看到，不同的植被覆盖度等级下，其所对应的不同水土流失强度的分布是存在一定规律的，通过对比可以发现，剧烈的水土流失强度主要发生在低植被覆盖度下，而微度侵蚀主要发生在高植被覆盖度下，并且，高植被覆盖度下的轻度往上的侵蚀强度所占面积很小，基本可以忽略不计，即在高植被覆盖度下的地方基本没有水土流失的发生。另外，可以发现随着植被覆盖度的增加强烈，极强烈，剧烈侵蚀强度所占面积呈递减形式。 为了更好的了解植被盖度对水土流失的影响，我又分别做了梨树县2015年的不同植被覆盖度面积的分布数据表和水土流失强度面积分布数据表，分别见表5和表6，虽然只有一年的时间，但是也可以发现两者的关系。 Table 4 The distribution table of soil erosion intensity in Lishu County under different vegetation coverage levels in 201 植被覆盖度 水土流失强度 微度 轻度 中度 强烈 极强烈 剧烈 低覆盖 194.53 38.67 18.58 59.05 24.53 52.07 中低覆盖 251.33 60.19 27.48 62.03 7.24 17.41 中覆盖 440.11 146.5 38.35 22.03 2.92 7.63 中高覆盖 603.84 247.01 12.8 5.48 1.51 1.73 高覆盖 1484.76 24.59 2.48 2.29 1.66 1.2 表4. 梨树县2016年不同植被覆盖度等级下的水土流失强度分布表 Table 5 Distribution table of vegetation coverage in Lishu County in 201 项目 低覆盖 中低覆盖 中覆盖 中高覆盖 高覆盖 面积(km 2 ) 29.2 37.6 69.3 95.9 170.1 所占比例(%) 7.26 9.35 17.24 23.85 42.30 表5. 梨树县2015年植被盖度面积分布表 Table 6 Distribution table of soil erosion intensity in Lishu County in 201 项目 微度 轻度 中度 强度 极强烈 剧烈 面积(km 2 ) 2974.5 507.1 97.4 149.2 37.9 81.3 所占比例(%) 77.31 13.18 2.53 3.88 0.98 2.11 表6. 梨树县2015年水土流失强度面积分布表 对比梨树县2015~2016年的植被覆盖度和水土流失强度分布数据，可以很清楚的发现，植被覆盖度和水土流失强度呈现很明显的负相关关系，随着梨树县植被覆盖度的增加，梨树县的水土流失面积正在减少，而且其土壤侵蚀模数也呈现降低趋势，梨树县2016年的总土壤侵蚀面积相对于2015年总侵蚀面积减少了4.11 km 2 ，主要是由于梨树县实施了头道沟小流域治理工程，通过实施地梗、改垄、水保林、梯田等水保措施，使梨树县的植被覆盖度增加，从而减轻了水土流失。 另外，为了能够进一步认清增加植被覆盖度对减轻水土流失有重要作用的可实施性，查阅了梨树县2011年至2014年的水土流失状况的对比情况，见图3。 通过图3可以知道，中度水蚀、极强烈水蚀面积显著减少。其中中度水蚀面积减少120.7 km 2 ，中度水蚀面积减少40.9 km 2 ，极强烈水蚀面积减少69.7 km 2 ，轻度水蚀面积增加5.9 km 2 ，强烈水蚀面积增加7.0 km 2 ，剧烈水蚀面积增加40.4 km 2 ，可以发现梨树县的水土流失治理得到很明显的效果，由此可以证明梨树县在2011~2014年间实施了的以水保林、地埂、改垄为主的水保措施，使得梨树县的植被覆盖度增加，促进了梨树县的水土流失状况得到了明显改善。