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基于GIS和RS的赤水桫椤自然保护区生态环境调查



全 文 :第31卷 第11期   中 南 林 业 科 技 大 学 学 报    Vol.31 No.11
 2011年11月 Journal of Central South University of Forestry &Technology  Nov.2011
基于GIS和RS的赤水桫椤自然保护区
生态环境调查
杨广斌,安裕伦,屠玉麟
(贵州师范大学,贵州 贵阳550001)
摘 要: 利用TM遥感影像并结合GIS技术,对赤水桫椤自然保护区内的地貌、水文、土地利用现状等状况进行
了调查。结果表明:保护区内地貌类型以中低山为主,地势起伏较大;沟谷众多,河网密度达1km/km2,河床纵比
降最高达102.6‰;土地利用方式以原生森林为主,森林覆盖率达98.7%;代表植被是亚热带湿润常绿阔叶林,主
要分布在海拔900m以上的区域,在海拔900m以下分布以毛竹林为主,而海拔较低的沟谷一带,则分布有河谷
季雨林。
关键词: 桫椤自然保护区;GIS;遥感;赤水;生态环境
中图分类号: S771.8 文献标志码: A 文章编号: 1673-923X(2011)11-0125-06
Investigation of eco-environment in Chishui Alsophila Natural
Reserve based on GIS &RS
YANG Guang-bin,AN Yu-lun,TU Yu-lin
(Guizhou Normal University,Guiyang 550001,Guizhou,China)
Abstract:Geomorphy,hydrogeological and land use in Chishui Alsophila Natural Reserve were investigated through
RS and GIS.The results show that:in the nature reserve medium mountains were the primary topography,and the
terrain shows a hypsographic feature.There were a great many of rivers and river density was so large to 1km/
km2.Between the highest riverbed and the lowest,the altitude was 102.6min the distance of 1 000m.The prima-
ry landuse was virgin forest and the percentage of virgin forest was 98.7%.Subtropic evergreen broadleaf was typi-
cal vegetation and distributed in the region up to 900m.There were many bamboo forests under 900m,and river
valey monsoon forests,distributing in low altitute riverside region.
Key words:Alsophila Natural Reserve;GIS;RS;Chishui;eco-environment
  赤水桫椤自然保护区自1984年建立以来,就
以其优美的自然环境,独具特色的保护对象,良好
的科学管理和显著的环境效益,引起了社会的关
注,并享誉于国内外[1]。2001年,保护区面积由原
来的32km2 扩展到现在的131.1km2,随着面积的
增大,保护区内各生态环境要素也发生了相应的变
化。为此我们利用遥感影像并结合GIS(地理信息
系统)技术,对保护区生态环境现状进行了调查。调
  收稿日期:2011-05-10
  基金项目:贵州省优秀科技教育人才省长专项资金项目(黔省专合字(2008)33号);教育部科学技术研究重点项目(209111);贵州省科技
厅科技基金项目(黔科合J字[2008]2271号)
  作者简介:杨广斌(1973-),男,山东聊城人,副教授,博士,主要从事地理信息系统开发与应用研究
DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2011.11.035
查主要利用2000年 TM 影像4、3、2波段并结合
1∶10 000DEM(数字高程模型)对保护区内的地
貌、水文、土地利用现状等状况进行了比较详细和
深入的研究。调查结果将会使人们对桫椤自然保
护区生态环境有更进一步的认识,同时也为该自然
保护区的建设和科学管理提供了可靠的基础资料
和决策依据,有助于促进自然保护区的建设和
发展。
1 自然环境概况
赤水桫椤自然保护区位于贵州省北部赤水县
城东南44km,赤水河右岸主要支流幺站沟、金沙沟
和乾河沟中上游区域。其地理位置:105°57′~106°
07′E,28°20′~28°30′N。保护区总面积131.1km2
(其中包括闷头溪小黄花茶保护点2.5km2)。保护
区总的地势,东南高,西北低。保护区内溪沟众多,
纵比降大,其中幺站沟达1 100m。本区山岭峰峦
海拔多在1 000~1 600m,河沟谷地海拔则达300
~500m,相对高差达1 000~1 400m。因而地表
切割强烈,显示出山高坡陡谷深的特点。由于地形
崎岖闭塞,加之气候温和湿润,植物生长繁茂,具有
保存完好的中亚热带常绿阔叶林,并含有南亚热带
植物成分[1-7]。保护区受人为活动影响较小,自然
环境纯净,环境质量状况良好。
2 地 貌
山地在遥感影像上表现为地面起伏不平,形成
以岭脊为界的阴阳坡,反射强度差异明显,阴坡色调
(或灰度)较深,阳坡色调(或灰度)较浅。山地中色调
(或灰度)均匀与否能反映出山地的起伏的大小和切
割程度。色调(或灰度)均匀说明地形起伏不大,比较
平坦;反之,地形起伏大,地表切割强烈。图1显示了
保护区总体地貌特征。从影像可以看出,除闷头溪
小黄花茶保护点影像色调比较均匀外,其他地方影
像色调明暗交替分布明显,因而保护区在地貌上表
现为山高坡陡,地形破碎的地貌特征。
图2为保护区东南边界葫芦坪至西北边界金
沙沟注入赤水河汇流处地形剖面图。从图中可以
看出,保护区地势总的趋势是东南高,西北低,地势
起伏较大。保护区最高点在东南边界的葫芦坪,海
拔1 730.1m;最低点靠近金沙沟汇入赤水河的入口
处,海拔仅303.9m。区内地势最大相对高差达1
426.2m。根据保护区1∶10 000DEM生成的地势图
(图3)统计(表1),保护区内海拔高于1 200m面积
为32.2km2,占保护区总面积的24.2%;海拔在901
~1 200m面积为65.1km2,占保护区总面积的
48.9%;海拔500~900m面积为33.6km2,占保护区
总面积的25.2%;海拔低于500m的面积为2.2
km2,占保护区总面积的1.6%。保护区内海拔在
900m以上的地面面积占整个保护区面积近3/4,多
分布在沟溪的分水岭地带和河流的上游地区,海拔
低于900m的区域多分布在河流下游的沟谷地带。
图1 保护区地貌影像特征
Fig.1 Landscape image characteristic of natural reserve
图2 葫芦坪—金沙沟管理站地形剖面
Fig.2 Terrain profile of Huluping-Jinshagou manage-
ment station
表1 保护区海拔高程分级统计
Table 1 Statistical altitude classification of natural reserve
海拔/m 面积/km2 百分比/%
>1200  32.2  24.2%
901~1200  65.1  48.9%
500~900  33.6  25.2%
<500  2.2  1.6%
合计 133.1  100.0%
621 杨广斌,等:基于GIS和RS的赤水桫椤自然保护区生态环境调查   第11期
图3 保护区地势
Fig.3 Relief of natural reserve
根据保护区1∶10 000DEM 生成的坡度图(图
4)统计(表2),坡度≤5°的面积为19.9km2,占保护
区总面积的15.0%,多分布在沟溪的谷地地带;坡
度在5°~35°范围内的面积仅为12.7km2,占该区
总面积的9.5%;坡度大于35°的地面面积为100.5
km2,占该区总面积的75.5%。因此,保护区地貌
类型总的特征是山高坡陡谷深。
地貌类型特征是与地层性质、地质构造有着密
切的关系。本区属于“扬子准地台”的“四川中台
坳”的南部边缘地带。根据对地质历史的研究分
析,这个“四川中台坳”从震旦纪到三叠纪,虽然经
过了若干次海侵海退的沧桑变化,但未发生过强烈
显著的褶皱和断裂,只是一般的升降运动而已。因
而“四川中台坳”具有比较稳定的特点;而她的边缘
地带(包括本区在内),则是具有相对稳定的地槽和
沉降带;当它被挤压而褶皱后,就形成所谓的褶皱
带,本区就是属于“川东南褶皱带”的范畴[1]。
三叠纪末海退之后,“四川中台坳”乃形成与海
洋相隔离的内陆湖盆。这个湖盆就奠定了今日盆
地地貌基础,即四川盆地的雏形。在侏罗纪-白垩
纪时期,四川盆地一直都是处于积水成湖,又称之
为“巴蜀湖”。由于当时气候炎热,铁质的氧化作用
使得沉积物呈现红色,即通常所称的“红层”。本区
由于处在这个湖盆南部的边缘区域,因而也沉积了
3 000~4 000m厚的侏罗纪-白垩系湖泊相红色
碎屑岩建造,既砂岩与泥岩的互层。至于在湖盆南
部本区南东方的习水县城、良村至温水等地区,在
侏罗纪-白垩纪时期,一直都是一片高地,处于剥
蚀、侵蚀和夷平的地质过程,成为四川湖盆南部沉
积物质的重要来源之一[1]。
在白垩纪末、早第三纪前,四川湖盆逐渐隆升
干涸为陆。经过燕山末期的“四川运动”,使得白垩
系及其以前的地层和构造,再一次遭受褶皱和断
裂。在本区形成为线状平行的一系列狭长的对称
或不对称的、以东西纬向与南北经向相交接的褶皱
构造体系。这个体系格局就是本区地貌发育的地
质基础。
在地貌区域上,本区处于贵州高原黔北大娄山
脉北支西北坡,向四川盆地低降的斜坡地带,也可
说是四川盆地南部边缘的斜坡地带,属于剥蚀、侵
蚀、构造低中山峡谷地貌。
图4 保护区坡度
Fig.4 Slope of natural reserve
表2 保护区坡度分级统计
Table 2 Statistical slope classification of Natural reserve
坡度 面积/km2 百分比/%
≤5.0° 19.9  15.0%
5.1°~15.0° 5.0  3.8%
15.1°~25.0° 0.5  0.3%
25.1°~35.0° 7.2  5.4%
35.1°~50.0° 55.6  41.8%
>50.0° 44.9  33.7%
合计 133.1  100.0%
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3 水文特征
卫星遥感图像记载了地物对电磁波的反射信
息,以及地物自身的热辐射信息。各种地物由于其
结构、组成以及理化性质的差异,从而导致不同的
地物对电磁波的反射存在着差异,并且热辐射也不
完全相同。在近红外和中红外波段内,水体几乎吸
收了全部的入射能量,反射能量很小,而植物、土壤
吸收的能量较小,反射特性较高,因此在这两个波
段比较容易区分水体[8]。但是山体阴影与水体极
易混淆,另外水中悬浮物质和泥沙含量多少直接影
响着地物对电磁波的反射特性,这就增加水体的解
译难度。读取不同地物各波段的灰度值,对同一地
物同一波段的采样点作均值统计,采用波谱间关系
法分析不同地物在各个波段的相对关系。在调查
中,TM4、TM3、TM2合成的图像上水体总体呈蓝
色,浅水颜色较浅;含沙量较大的水体颜色发白;叶
绿素含量高的水体发红;静水和深水颜色暗蓝。在
解译过程中对图像局部范围进行直方图均衡化处
理,图像色彩丰富鲜亮,层次分明[8]。
TM4、TM3、TM2图像上河流清晰可辨,有水
河流相对背景环境饱和度最强,呈不同明暗的蓝
色;无水河流饱和度差,但河谷沟滩仍较明显,两者
形状均为线形或带状。
  本区处于河流溯源侵蚀、下切强烈的地区,沟溪
众多(图5,表3),河网密度为1km/km2,保护区内
沟溪总长度达134.5km。主要河流有幺站沟、金沙
沟和乾河沟,其中幺站沟最长,长度约17.8km;其次
是金沙沟,长约12.4km;乾河沟流经本区的长度约
为7.8km。汇入各条干流的支流众多,这些支流长
度大多为2.5~4.5km,都属于河源小溪。本区内各
条河流及其支流都具有较大的河床纵比降(图5)。
图5 保护区水系分布
Fig.5 Water system distribution of natural reserve
表3 保护区主要河流及其支流长度数据
Table 3 Length of major rivers and their tributaries of natural reserve
代码 河流名称 长度(m) 代码 河流名称 长度(m) 代码 河流名称 长度(m) 代码 河流名称 长度(m)
100 幺站沟 17 779.2  208 炭厂沟 2 718.1  121 (无名) 1 298.3  501 (无名) 865.9
101 (无名) 2 958.3  209 (无名) 767.1  122 (无名) 1 122.2  502 (无名) 532.8
102 强盗沟 1 396.3  210 板鞋沟 1 006.1  123 (无名) 886.0  1021 (无名) 538.4
103 黄莲溪 3 553.6  211 矮山沟 901.7  124 (无名) 2 457.3  1031 (无名) 307.2
104 (无名) 951.5  212 (无名) 353.9  125 小沟 709.5  1071 (无名) 221.4
105 小沟 1 042.7  213 (无名) 613.3  126 蒿子坪小沟 437.4  1091 (无名) 321.3
106 窄香溪 1 773.3  300 乾河沟 7 763.3  127 小沟 787.0  1131 (无名) 168.7
107 (无名) 1 101.3  301 (无名) 1 545.8  128 (无名) 647.8  1191 (无名) 369.8
108 (无名) 788.6  302 (无名) 997.5  129 杉树沟 950.7  1192 (无名) 802.5
109 暗河溪 1239.7  303 (无名) 1 416.5  130 (无名) 1 690.8  1241 (无名) 397.3
110 (无名) 1 114.3  304 (无名) 1 630.5  131 (无名) 916.0  1242 (无名) 433.4
111 剪刀溪 1 592.6  305 (无名) 1 815.2  132 山草溪 884.8  1281 (无名) 291.5
112 小沟 1 539.7  306 (无名) 1 218.5  133 (无名) 831.8  1301 (无名) 483.6
113 山杨溪 2 035.5  307 (无名) 958.4  200 金沙沟 12 417.7 2031 (无名) 393.5
114 (无名) 6 846.3  308 (无名) 915.0  201 董家沟 2 779.8  2032 (无名) 421.0
115 (无名) 2 164.6  309 (无名) 664.4  202 红岩沟 2 019.8  2033 (无名) 169.7
116 (无名) 1 247.9  310 (无名) 938.7  203 紫黄沟 4 265.3  2071 (无名) 821.0
117 (无名) 612.5  311 (无名) 671.7  204 (无名) 763.3  2081 (无名) 1 184.1
118 (无名) 1 289.1  312 (无名) 593.7  205 甘沟 2 362.1  2082 (无名) 807.5
119 (无名) 1 349.5  400 小金鱼沟 3 122.8  206 (无名) 586.5  20811 (无名) 190.9
120 (无名) 1 130.8  500 (无名) 3 428.8  207 南厂沟 2 529.0
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图6 保护区主要河流纵剖面
Fig.6 Longitudinal profile of major river in natural reserve
幺站沟河床纵比降为80.1‰,金沙沟河床纵比
降为74.6‰,乾河沟河床纵比降为102.6‰,这比
赤水河流经本区的平均比降1.5‰都要大50倍以
上。至于各支流的纵比降更大,又为各干流的1.5
~3.0倍,为赤水河纵比降的近百倍。在河网分布
中,分布在海拔900m以下的河流长度为88.4km,
占河流总长度的65.7%,海拔在900m以上的沟溪
占河流总长度的34.3%。本保护区的主要保护对
象———桫椤主要分布在海拔低于900m 的沟谷
地带。
由于主、支流都具有极大的纵比降,因而河谷
极少有平坦的河段。河槽中堆积着巨大的砂岩块
体。每当雨季时期,河槽中处处激湍跌水,轰隆巨
响,震耳欲聋。而在枯水季节,却成细流潜伏石缝,
乍看似乎断流。这是山区常见的水文特征。
本区主要为剥蚀、侵蚀、构造山地峡谷地貌。
第四系沉积主要为残积、坡积、洪积及岩块崩积。
侵蚀基面低,河床纵比降极大,河流下切和溯源侵
蚀强烈。河网水系呈棋盘式或倒钩状式发育,这显
示了河流溯源、侵蚀和袭夺现象的加剧。河谷多呈
“V”形、“U”形、廊道式、或峡谷套嶂谷。峰峦与其
下邻谷地的相对高差达500~1000m 左右,坡陡
谷深。
从较大范围的地势来看,本区是从东南习水县
城一带向西北方向逐渐倾斜降低。大娄山脉北支
在本区一些主要山峰:葫市河河源大火土峰海拔
1 655.0m,天鹅池西侧葫芦坪峰1 730.1m,天鹅
池东侧楠木坪峰1 674.8m,大白塘之南的红岩峰1
756.0m,三岔乡的桥子山峰1 751.0m,所有这些
山峰连线与构造线基本上一致,大致为北东或北东
东向。其峰顶面可以看作是黔北这一区域最高一
级剥夷面;或可看作“大娄山期”的剥夷面。至若海
拔1 000~1 200m高度的山岭,如保护区大多数峰
峦,金沙镇之西的袁家峰海拔1 013.0m,葫市镇之
东的黄桶岩峰海拔1 016.5m,官渡之南的盘龙顶
峰1 201.0m,这一高度可视为大类山脉北支西北
坡向四川盆地递降的又一级剥夷面,这与四川盆地
南部边缘中低山山地同一高度的剥夷面是相连的。
至于海拔1 000m以下的丘陵河谷盆地地区,有的
地方峰峦岭脊海拔仍达800~1 000m,而其下河谷
的海拔却降低到400~500m以下,相对高差达400
~500m;河流纵比降仍然较大,河流下切较强,形
成低山峡谷地貌;如保护区金沙沟下游区就是这种
景观。
4 土地利用现状
土地是人类赖以生存和活动的场所,“土地利
用”即指人类活动对地面的正常利用,也指未经人
类作用过的土地的天然状态。遥感图像是地球表
面的缩小了的客观影像,各种土地资源以其特有的
属性在图上反映出各自的影像标志[1](表4)。因此
利用影像标志的差别是在遥感图像上区分各类土
地资源的基本依据。
表4 各类土地利用类型遥感解译影像标志
Table 4 Remote sensing image interpretation signs of
land use types
土地利用类型 影像标志(TM4、3、2)
水田
在蓄水期为湖蓝色、翻耕后呈青色,色调随水
分多少深浅不同。
旱地
有作物生长影像呈粉红色、个别鲜红色;无作
物生长时视水份含量等影响色调变化大,呈亮
白、灰白、亮青、灰色等色调。影像结构比较粗
造、不均一。
林地
有林地一般呈色调较饱和的红色,针叶林-针
阔混交林-阔叶林色调依次由冷到较暖;覆盖
度越高色调越深;灌木林地色调一般为较浅的
红色,在冬季影像中落叶灌丛可以为暗青等色
调;疏林地淡红或略带红色,色调变化大,与草
地色调界限不够清楚。
保护区处于比较封闭的区域,山高坡陡,人畜
难以攀登,大面积地区无人居住,土地利用方式以
原生森林为主(图7),森林覆盖率达98.7%(表5)。
在林地中,代表植被是亚热带湿润常绿阔叶林,主
要分布在海拔900m以上的区域,在海拔900m以
下分布以毛竹林为主,而海拔较低的沟谷一带,则
分布有河谷季雨林。金沙沟、幺站沟沿岸和公路两
旁,由于原生森林遭到不同程度的破坏出现次生灌
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木林甚至是草坡。在农户分布较多的赵家坡、五柱
峰坡底处,有少量水田分布。旱地主要分布于环路
上、小岩坡和五柱峰山顶处。保护区内没有面积较
大的水域,但其河网密度较大,达1km/km2。此外
还有小部分居住用地和道路用地,居住用地主要分
布在幺站沟、金沙沟、乾河沟沟口和五柱峰山顶处。
图7 保护区土地利用现状
Fig.7 Land use map of natural reserve
表5 保护区土地利用统计
Table 5 Statistical land use classification of natural reserve
土地类型 面积/hm2 百分比/%
有林地 12 998.9  97.7%
灌木林地 137.8  1.0%
水田 52.7  0.4%
旱地 122.4  0.9%
合计 13 311.9  100.0%
5 结 语
在RS和GIS技术的支持下,通过对保护区生
态环境调查,为保护区建设提供了较为详细的基础
数据。保护区地形切割强烈,山高坡陡,原生森林
赖以生存的土层薄,生态系统十分脆弱。一旦森林
遭到破坏,水土流失随之发生,桫椤将难以生存。
为了保护桫椤的生存繁衍,必须保护其生态环境,
加强现有森林资源的保护工作。
参考文献:
[1] 贵州省环保局.赤水桫椤自然保护区科学考察集[M].贵阳:
贵州民族出版社,1990.
[2] 梁 盛,金芳梅.赤水桫椤物候初探[J].环保科技,2010,(2):
46-48.
[3] 邱兴春,屠玉麟.赤水桫椤保护区生物多样性的经济价值评估
[J].贵州师范大学学报:自然科学版,2005,23(1):23-27.
[4] 孙亚莉,屠玉麟.赤水桫椤自然保护区受危物种现状及保护
[J].贵州师范大学学报:自然科学版,2004,22(4):22-26.
[5] 赵心益.贵州赤水桫椤国家自然保护区周围地区社会经济环
境研究[J].环保科技,1994,(2):16-20.
[6] 张家贤,周 伟,李 跃.贵州省赤水县桫椤调查初报[J].生
态学杂志,1989,8(2):10-13.
[7] 王 密,屠玉麟,何谋军.赤水桫椤自然保护区植物和植被多
样性现状及特点分析[J].贵州师范大学学报:自然科学版,
2005,23(1):19-22.
[8] 周成虎,骆剑承,杨晓梅,等.遥感影像地学理解与分析[M].
北京:科学出版社,2001.
[本文编校:吴 毅]
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