黑河甘肅段河岸帶植被覆蓋及敏感性分析

拜亞麗，孫亞玲

(甘肅省水環(huán)境監(jiān)測中心，甘肅 蘭州 730000)

干旱區(qū)河流河岸帶植被覆蓋對于河流水生態(tài)系統(tǒng)具有十分強烈的影響作用，河岸帶植被覆蓋變化也成為河流健康評價[1-2]的重要指標(biāo)。研究表明：干旱區(qū)河流的河岸植被是荒漠區(qū)景觀格局的重要構(gòu)成[3-4]，河岸帶植被覆蓋程度不僅是計算景觀格局變化的重要因子，也是判定河流水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[5-6]。干旱平原區(qū)河流水份與流域地下水份交流受河岸帶作用[7-8]的影響，河岸帶植被提供了很好的水環(huán)境凈化與養(yǎng)份供給。因此，如何分析計算干旱區(qū)河流河岸植被的覆蓋度及其變化過程，分析計算河岸植被覆蓋對河流健康程度的敏感性影響顯得十分重要。本文以黑河為例，進行黑河河岸帶植被覆蓋及敏感性分析，提出河岸植被覆蓋對河流健康的影響評價方法，對于指導(dǎo)河長制管理和開展有效的河流水生態(tài)治理與修復(fù)都具有重要的指導(dǎo)意義。

黑河是我國西北內(nèi)陸最大河流之一，發(fā)源于青海省祁連縣，向北流經(jīng)甘肅省張掖、酒泉兩市，最后注入內(nèi)蒙古居延海，全長821 km，流域面積14.29萬 km2[9]。黑河流域干旱少雨且生態(tài)環(huán)境十分脆弱，中下游長期處于缺水狀態(tài)，河道內(nèi)和河岸帶植被稀疏，形成河流的水生態(tài)環(huán)境極度敏感[10-11]。黑河鶯落峽以上河床多為卵石結(jié)構(gòu)且兩岸植被覆蓋率較低水流湍急渾濁，黑河鶯落峽以下游河流比降減小水流平緩水質(zhì)清澈，河床多為砂礫石和泥土結(jié)構(gòu)，兩岸植被覆蓋率較高[12]。近20 a來，黑河流域?qū)嵤┝艘幌盗猩鷳B(tài)和水利工程，包括“三北防護林工程”、“節(jié)水示范工程”、“天然林保護工程”和“退耕還林還草工程”等，不同程度地提高了植被面積，黑河河流生命健康狀況越來越好。

1 研究方法

河岸帶植被的覆蓋度的分析與測算主要包括采用衛(wèi)星遙感解譯和人工現(xiàn)場取樣測量計算兩種方法[13-14]，本文采用兩種方法分別計算與進行相互驗證后對比取值。河岸帶植被敏感性分析主要是根據(jù)覆蓋度分析結(jié)果按照河流健康評價[2]等級進行敏感性分析，確定河岸帶植被對河流水生態(tài)的影響程度。

1.1 河岸帶植被覆蓋度

復(fù)雜多層次的河岸植被是河岸帶結(jié)構(gòu)和功能處于良好狀態(tài)的重要表征[1]。植被相對較好的河岸帶對河流近陸地給與河流脅迫壓力具有較好的緩沖作用。河岸帶水邊線以上范圍內(nèi)喬木(6 m以上)、灌木(6 m以下)和草本植物的覆蓋度是評估重點[1]。植被覆蓋度是指植被(包括葉、莖、枝)在單位面積內(nèi)植被的垂直投影面積所占百分比。根據(jù)公式(1)計算河岸植被覆蓋度(RVSr)。

(1)

式中：TCr為評估河段喬木覆蓋度；SCr為灌木覆蓋度；HCr為草本植物覆蓋度。計算單位為百分?jǐn)?shù)(%)。RVSr為河岸植被覆蓋度指標(biāo)賦分值。

1.1.1 野外調(diào)查分析計算法

野外調(diào)查分析樣方法是在河岸帶上隨機選取一塊10 m×10 m的樣方，將樣方平均劃分為25個小樣帶。然后記錄各網(wǎng)格內(nèi)是否有植物，對過一半的格子按照滿格計算，沒有過一半的格子按照沒有植物計算。將測量結(jié)果記錄計算，有植物格數(shù)除以總格數(shù)就能得到岸坡植被覆蓋率。

1.1.2 遙感數(shù)據(jù)分析計算法

植被指數(shù)采用歸一化植被指數(shù)(NDVI)，NDVI采用像元二分二法進行計算。計算公式如下：

fv=(NDVI-NDVI0)/(NDVIv-NDVI0)

(2)

式中：NDVI為像元NDVI值；fv為像元的植被覆蓋度；NDVIv和NDVI0分別為植被覆蓋部分和非植被覆蓋部分的NDVI值。取2%和98%頻率的NDVI值分別作為NDVI0和NDVIv值。

1.2 河岸帶敏感性分析

河岸帶敏感性分析是對植被覆蓋度進行賦分，見表1。

表1 河岸帶敏感性評估賦分標(biāo)準(zhǔn)[2]

2 結(jié)果及討論

2.1 黑河河岸帶植被覆蓋度總體偏低

黑河處于西北干旱區(qū)域，河岸帶的植被成為干旱區(qū)綠洲嵌入戈壁荒漠生態(tài)屏障的重要組成成分，也是綠洲空間格局中相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。黑河河岸帶植被總體上仍然是以草本為占比最大，其次是灌木和喬木。草本覆蓋度占到總覆蓋度的55.35%，灌木覆蓋度占到總覆蓋度的34.99%，喬木覆蓋度占比只有9.66%。從各類植被的分布情況看，黑河張掖段植被覆蓋度要高于酒泉段，呈現(xiàn)出從上游到下游的遞減趨勢。喬木主要分布在黑河中游的張掖段，以高大的楊樹柳樹為主，下游也有胡楊為主的片段分布。灌木主要分布在黑河中游的臨澤高臺縣境內(nèi)的河道內(nèi)漫灘地，酒泉段的金塔縣境內(nèi)河道也有分布。草本廣泛分布在黑河河道內(nèi)以及河岸帶，覆蓋度因年際河流水量的變化而變化。分析計算黑河甘肅境內(nèi)覆蓋度結(jié)果表明總覆蓋度為32.88%，黑河張掖段和酒泉段的不同植物覆蓋度分別是49.81%和15.95%，見表2。

表2 黑河河岸帶植被覆蓋度

2.2 黑河河岸帶NDVI植被指數(shù)偏差較高

利用2020年6-9月份遙感影像數(shù)據(jù)對甘肅境內(nèi)黑河干流河岸帶NDVI植被指數(shù)進行提取(圖1)，計算黑河干流左右岸分別取1 km緩沖帶植被歸一化指數(shù)(NDVI)。取值0.04以下的柵格數(shù)幾乎為零，取值0.04～0.08之間的柵格數(shù)平均在3 000左右，取值0.04～0.72之間的柵格數(shù)平均在1 000以下，取值0.06的柵格數(shù)達到最大的7 680。從遙感影像數(shù)據(jù)分析結(jié)果也應(yīng)證了黑河河岸帶植被覆蓋度總體不高，且高覆蓋度的區(qū)域占比偏低，形成了河岸帶NDVI植被指數(shù)偏差較高，見圖2。

圖1 甘肅境內(nèi)黑河干流植被縱向分布圖

圖2 黑河流域2020年NDVI直方圖

2.3 黑河河岸帶敏感性賦分

按照上述方法可以分析計算黑河張掖段的植被覆蓋度在40%～75%之間，在西北地區(qū)屬于重度覆蓋，敏感性賦分75分。酒泉段植被覆蓋度在10%～40%之間，屬中度覆蓋，敏感性賦分應(yīng)50分。綜合兩段采用河長加權(quán)平均法計算，黑河甘肅段的植被覆蓋度是32.9%，屬中度覆蓋，敏感性賦分50分。從河流健康指標(biāo)體系中的河岸帶健康程度分析，黑河河岸帶植被覆蓋度32.9%處于亞健康狀態(tài)，敏感性響度較高。黑河是我國西北內(nèi)河中較大的河流，黑河相對穩(wěn)定的年際水來和中游走廊平原區(qū)較好的自然地理形態(tài)對于形成黑河河岸帶相對較好的植被覆蓋起到關(guān)鍵作用，黑河中游河岸帶植被覆蓋度是西北內(nèi)陸河流的標(biāo)準(zhǔn)，也是分析西北內(nèi)陸河流河岸植被敏感性的重要標(biāo)志。

3 結(jié)語

通過對黑河河岸帶植被覆蓋率分析計算認(rèn)為黑河甘肅段的河岸帶穩(wěn)定性較好，特別是黑河張掖段的河岸帶植被在西北內(nèi)陸河屬于十分穩(wěn)定且完整的狀態(tài)，植被覆蓋度達到了最高的49.8%，成為西北內(nèi)陸河流的最高標(biāo)準(zhǔn)。從河岸帶的敏感性分析來看也是處于亞健康狀況，比其它河流的不健康狀況要好。建議在今后的西北內(nèi)陸河流健康修復(fù)過程中將黑河張掖段河岸帶植被覆蓋度49.8%的結(jié)果作為重要建設(shè)參考指標(biāo)，達到45%即為良好的河岸帶建設(shè)修復(fù)目標(biāo)。以黑河甘肅段平均植被覆蓋度32.88%作為河流健康修復(fù)合格標(biāo)準(zhǔn)，達到30%即為合格的河岸帶建設(shè)修復(fù)目標(biāo)。