GIS和遥感技术在生态安全评价与生物多样性保护中的应用

综合近年来国内外生态安全评价和生物多样性保护领域的研究成果:简要总结了地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术在生态学热点领域的应用研究现状和特点;归纳论述了GIS和RS在生态安全评价和生物多样性保护研究中存在的不足;在此基础上,尝试性地提出了可扩展的集成研究框架——"生产线"框架;最后探讨了GIS和RS技术与生态学集成研究的未来发展趋势。     

基于RS和GIS的石羊河流域生态环境质量空间分布特征及其影响因素

基于RS和GIS技术方法,选取自然资本、社会压力和经济支撑3方面的11个指标,利用空间主成分分析法、变异系数法和层次分析法,构建自然资本指数(NCI)、社会压力指数(SPI)、经济支撑指数(ESI)以及生态环境质量评价指数(EQEI),对石羊河流域生态环境质量空间分布特征及影响因素进行分析.结果表明: 石羊河流域生态环境质量整体处于较差水平,生态环境质量等级为优、良的区域主要集中在流域上游的祁连山地区,等级为较差及其以下的区域主要集中在中、下游的低山丘陵区和荒漠区.石羊河流域EQEI值在西南-东北方向上具有两极分化现象,随着距离变化,该值变化幅度较大,存在明显的空间异质性.石羊河流域生态环境质量以高-低值两种聚集模式共存,主要呈现“断裂式”分布,并具备热点高度聚集、冷点高度聚集的特征.在石羊河流域生态环境质量的影响因素中,自然资本因素占据主导地位,社会压力因素次之,经济支撑因素的影响最小.     

基于RS的湖岸带物理结构完整性评价方法——以查干湖为例

以查干湖流域为研究区,利用RS和GIS技术,基于水利部《河流(湖)健康评估指标、标准与方法 V1.0》并加以改进,以500m×1000m为评价基本单元,整个研究区共有315个物理结构基本评价单元,建立基于RS的湖岸带物理结构完整性评价体系,该评价体系由目标层、准则层和指标层构成,其中准则层由湖岸带状况、湖岸线发育率和湖泊萎缩率3项组成,指标层由地形坡度、植被覆盖率等8项指标构成。研究结果表明:38个监测点中,查干湖23个,新庙泡15个,基于RS物理结构评价结果分别为0.67—0.76和0.35—0.45,地面实测评价结果分别是0.64—0.77和0.35—0.55。两种评价方法结果一致,并表明查干湖的湖岸带物理结构健康状态属于健康,新庙泡则属于亚健康。     

西安市典型区域城市生态单元空间格局研究

综合利用遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术手段,选取西安市南郊城乡结合部为研究区,采用室内遥感影像判读、野外考察验证与室内机助制图相结合的方式,根据城市生态单元分类体系,在GIS的支持下建立了研究区城市生态单元数据库,并在此基础上,通过计算研究区城市生态单元的平均面积、形状指数、分形分维数、稳定性指数、MoranI指数这五项指数,对城市生态单元空间格局进行定量化研究.结果表明,城市生态单元主类斑块数量和斑块总面积基本保持正比例关系,形状指数和分形分维数之间、稳定性指数和MoranI指数之间均存在着正相关关系.     

基于GIS的关键性生态空间辨识——以鄱阳湖生态经济区为例

生态空间承担着维持区域生态平衡的使命,并为社会提供持续不断的生态空间服务,是区域土地生态能持续地提供自然空间服务的基本保障。以自然生态环境脆弱的鄱阳湖生态经济区为研究区,结合国内外学者的相关实践经验和研究成果,基于RS和GIS等相关空间信息技术,通过生态系统服务功能重要性评价和生态系统敏感性评价方法,因地制宜地选取了相应评价指标,以栅格为单元辨识了鄱阳湖生态经济区关键性生态空间。研究结果表明:鄱阳湖生态经济区关键性生态空间面积为27751.25 km~2,占研究区总面积的52.55%,其中底线型生态空间面积为17125.31 km~2,占研究区总面积三分之一,危机型生态空间面积为4431.19 km~2,占研究区总面积的8.39%,缓冲型生态空间面积为6194.75 km~2,占研究区总面积的11.73%。在现状土地利用生态安全冲突分析中,有14.29%的耕地、9.31%的建设用地处于关键性生态区内。     

基于RS和GIS的长沙市生态功能分区

提出了基于城市、城郊生态过渡区及其周围自然生态支持系统为统一体的城市生态功能分区思想,并建立了长沙市生态 社会 经济信息系统数据库.通过参数选取与权重确定,进行生态适宜度、生态环境敏感性、生态服务功能重要性与经济社会发展水平分区.依据生态功能的空间异质性和生态功能单元内部均质性,将长沙市划分为5类城市生态功能区：Ⅰ类区占总面积的29.47%;Ⅱ类区占总面积的32.5%;Ⅲ类区占总面积的25.95%;Ⅳ类区占总面积的9.63%;Ⅴ类区占总面积的2.45%.分区结果对长沙市发展有指导意义.该研究方法优点有：制图过程定量化、自动化;可在短期内产生最新专题图产品;结合GPS和RS,可以通过监测区域边界类型的变化,进行生态环境监控,为RS数据实时进入GIS系统提供了途径.     

基于生态敏感性评价的烟台市东部海洋经济新区起步区生态规划研究

城市新区是城镇化的重要空间载体, 其生态环境面临着开发建设所带来的巨大威胁。城市生态规划是在协同推进新型城镇化和生态文明建设的背景下, 实现绿色发展和生态空间山清水秀的重要途径。以烟台市东部海洋经济新区起步区为例, 利用RS 和GIS 技术, 对沿海新区城市生态规划进行了研究。通过分析开发建设过程中的生态敏感性因子及其空间分布特征, 对区域生态敏感性进行综合评价, 将研究区划分为生态高度、中度和轻度敏感区, 分别占总面积的48.1%、7.4%和44.5%。在生态敏感性综合评价的基础上, 构建“一核、四心、多廊”的区域景观生态格局, 并将全区划分为5 个生态功能区, 分别提出相应的发展指引, 以协调生态环境保护和城市发展之间的矛盾。     

南瓮河自然保护区生态环境质量遥感评价

运用遥感技术,科学、快速地评价区域生态环境质量,能够为区域生态环境的保护、治理和规划等提供科学依据.本研究以1990、2000和2015年的Landsat TM/OLI/TIRS为数据源,使用主成分分析方法确定湿度分量、归一化植被指数、地表温度和干度指数4个指标的权重,运用遥感生态指数(RSEI)评价模型,对南瓮河自然保护区1990—2015年的生态环境进行评价.结果表明: 遥感生态指数能够较好地反映研究区生态环境质量状况及其时空分异;1990—2015年,保护区 RSEI均值由0.55上升至0.83,生态环境质量优良以上区域面积所占百分比逐年增加,这与该等级中森林所占比例增加有关;保护区生态环境质量变好的区域所占比例高达91.4%,这与保护区的建立及相关工程与非工程防护措施的实施密切相关;核心区、缓冲区北部生态环境质量下降的主要原因是火灾的发生导致森林植被遭到破坏,而道路附近和试验区的东南部生态环境质量的下降与人类活动的干扰密不可分.     

基于RS和GIS技术的湿地景观格局变化研究进展

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观,具有独特的生态结构与功能,蕴含的丰富资源为人类生存与发展提供了物质保证.湿地景观格局是各种生态过程综合作用的结果,湿地景观格局研究是湿地生态学领域研究的热点问题,目前RS和GIS技术的结合已成为湿地景观格局变化研究的重要途径和手段.本文从RS和GIS技术支持下的湿地景观格局研究方法、湿地景观格局指数和湿地景观格局演变驱动力等方面综述了国内外湿地景观格局变化的研究进展,探讨了RS和GIS技术相结合在湿地景观格局变化监测研究、湿地景观格局指数选取与应用以及自然和人为共同作用的驱动机制问题中的应用,指出目前研究中存在的不足,并对未来的研究进行了展望.     

干旱荒漠区生态环境质量遥感动态监测——以古尔班通古特沙漠为例

利用遥感生态指数(RSEI)对区域生态变化进行评价,可以快速、高效、客观地获取研究区生态环境变化状况.本研究以两期Landsat数据为数据源,计算研究区绿度、湿度、热度、干度4个生态因子的遥感生态指数,并基于主成分分析法确定其权重,对古尔班通古特沙漠2006—2017年间的生态环境时空格局进行定性和定量评价.结果表明: 湿度和绿度对古尔班通古特沙漠生态环境质量起正面作用,而热度和干度对生态环境质量起负面作用,其中代表绿度指标的归一化植被指数(NDVI)的贡献最大.2006—2017年间,古尔班通古特沙漠的RSEI有所下降,其均值从0.294下降至0.243,降幅达20.1%,研究区的生态环境状况呈现整体变差的趋势.古尔班通古特沙漠中部生态环境较为稳定,东北部植被覆盖密集区及南缘灌溉区生态环境质量变好,沙漠南部及西北部区域生态环境质量变差.     

杭州市主城区居住生态环境评价

随着社会经济的快速发展和工业化、城市化的快速推进,城市生态环境日益恶化,城市生活诉求逐渐转向对居住生态环境的关注。对居住生态环境进行评价,有助于为城市发展规划、环境规划,以及城市房地产的区域开发模式和开发方向提供科学依据。采用主成分分析方法,定量研究了杭州市主城区居住生态环境质量及其空间格局。结果表明:杭州市主城区居住生态环境质量基本呈从风景旅游区向城市中心区和北部工业区递减的梯度结构;植被、交通、地表温度、人口密度和空气质量是影响居住生态环境的关键因素,决定了杭州市主城区居住生态环境的总体格局,而工业密度和水体覆盖率对少数区域的居住生态环境有着重要影响。良好的居住生态环境是未来杭州市不断增强城市竞争力的重要资本,应根据不同城市区域居住生态环境限制因素的特点,因地制宜地采取相应措施,加大居住生态环境脆弱区的保护和建设。     

城市综合生态风险评价——以淮北市城区为例

城市面临复杂的生态风险,为了保障城市安全,需要对单一灾害或污染源的生态风险评估结果进行整合。基于城市复合生态系统特性,将当前城市地域常见的生态风险区分为自然灾害、环境污染及生态退化等3种主要类型,以土地利用单元作为风险受体,整合自然、人文、景观及环境因子,在现有生态风险评价研究方法基础上,构建了城市综合生态风险评价的空间分析框架。研究中选择淮北市城区作为研究区,针对研究区内存在的洪涝、干旱、水污染、大气污染、采煤塌陷及生态服务降低等生态风险类型,定量评价其空间差异,并提出相应的风险防范措施。案例分析结果表明,研究区综合生态风险较高的区域包括龙河、岱河、龙岱河与闸河等过境河流流经塌陷密集带的河段,北湖、东湖、中湖及南湖等人工湖泊沿岸,化家湖湖岸,及土型、新蔡、北杨新杨煤矿及其外围地区。由降低生态风险保障城市生态安全角度,在未来城市的整体规划中,建议结合城市外围绿地与城市内部的高风险区域,划设禁建或限建区域,共同构建淮北城市生态风险防范的空间结构。     

发生分类半淋溶土在中国土壤系统分类中的归属特征

利用最新建立的1∶100万中国土壤数据库,研究了我国发生分类半淋溶土在中国土壤系统分类的归属及其在中国土壤系统分类下的空间和数量特征.结果表明,我国发生分类半淋溶土总面积为427 843.1 km²,可参比归属于中国土壤系统分类中的4个土纲,即淋溶土、雏形土、均腐土、人为土,分别占发生分类半淋溶土总面积的51.3%、35.2%、10.7%和2.8%,其中包含了系统分类的22个土类和38个亚类.对发生分类某一类型土壤分属于系统分类不同类型的面积比例及其标准偏差的分析表明,土壤参比归属的单元级别越低,越易于参比和把握.研究结果对于土壤类型的正确参比、中国土壤系统分类的应用具有很好的参考价值.     

城市生态韧性时空变化及情景模拟研究——以杭州市为例

从韧性的特征角度研究城市生态韧性水平的变化机制,探究城市防范化解生态风险能力的时空差异,以此明确城市分区生态治理的重要任务,是实现韧性城市生态风险防控的有利途径。从抵抗力、适应力和恢复力3个方面构建了城市生态韧性评估模型,并以杭州为例,评估了其1995—2015年城市生态韧性时空变化格局,再者利用空间自相关模型对2015年杭州生态韧性分区管理模式进行了探究。最后,基于FLUS模型模拟了2035年基准和创新创业导向的两种情景下的城市土地利用空间格局,并评估了不同城市发展情景下的生态韧性水平空间分布情况。基于以上研究得到以下结论:(1)1995—2005年,生态韧性低值区域向东北和东南方向扩张,而生态韧性高值水平区域明显减少。2005—2015年,杭州西北部和西部原本存在的中等韧性水平区域也转为低等水平。(2)2015年,城市东北区域呈现低韧性水平-高排污企业密度的集聚分布,说明该区域环境生态风险防范化解能力比较低,需要加大环境监测和生态治理的资金投入,严防重大环境污染事件的发生。(3)创新创业导向的"创新天堂"城市发展情景比基准情景下2035年杭州整体生态韧性水平更高,主要影响因素在于前...     

杭州市区土生苔藓植物分布与生态因子的关系

在杭州市区设立的21个样点中,记录到土生苔藓植物22科31属47种.基于样点中苔藓植物种类的生态重要值和样点生态因子数据进行典范对应分析.结果表明:人为干扰和土壤pH是影响杭州市区土生苔藓植物分布的主要生态因子.在市区平原地势的公园和绿地,人为干扰较大,土壤呈碱性,苔藓植物种类以小羽藓属、真藓属和丛藓科为主;而在海拔较高的丘陵地区,人为干扰较小,土壤呈酸性,苔藓植物种类相对丰富,侧蒴藓类和苔类较多.对47种土生苔藓植物进行生态位宽度计测,多数苔藓植物的生态位宽度较窄.其中,东亚拟鳞叶藓的生态位宽度最大(0.3510),广泛分布在西湖西南的丘陵地区;平叶毛口藓和细叶小羽藓的生态位宽度次之,分别为0.2239和0.2185,是市区平原地势的公园和绿地中的常见种.     

上海城市绿化带土壤蜱螨目群落结构与生物指标

通过对上海城市绿化带6种典型环境土壤的调查,研究了城市绿化带土壤蜱螨目和其它小节肢类土壤动物的群落结构及其与土壤环境的关系。结果表明:城市绿化带土壤蜱螨目群落结构特征在很大程度上有别于自然土壤和农业土壤,反映了城市绿化带为一新型生态系统;城市绿化带土壤质量较差,但土壤蜱螨目仍然保持了较高的种类丰富度和密度,是恶劣环境评价的较好指示生物类群;除蜱螨目密度和种类丰富度外,甲螨亚目的无翼类、低等类和中气门亚目的种类丰富度和密度以及中气门亚目雌雄性比对环境变化敏感,且这些指标特征对不同环境土壤质量的评价结果基本一致,是较好的生物指标。     

环杭州湾城市群生态环境与社会经济耦合协调关系及其影响因素

生态环境与社会经济之间的耦合协调关系是可持续发展关注的一个重点和热点。以环杭州湾城市群为研究对象,构建环杭州湾城市群生态环境与社会经济耦合协调度综合评价指标体系,借助ArcGIS软件,采用耦合协调度模型和Pearson相关分析,分析环杭州湾城市群在2000—2019年间生态环境、社会经济发展指数与耦合协调度的演变特征及其影响因素。结果表明：(1)2000—2019年间环杭州湾城市群的社会经济指数呈稳定上升趋势,生态环境指数呈先上下波动后逐年上升的变化趋势;(2)2000—2014年间环杭州湾城市群社会经济的发展速度大于生态环境的发展速度,2015—2019年间生态环境的发展速度大于社会经济发展速度;(3)2000—2019年,环杭州湾城市群生态环境和社会经济之间的耦合协调度从良好协调过度到了完美协调,其中,2000年上海和杭州的耦合协调度小于其它城市,2019年苏州是杭州湾城市群中唯一没有达到完美协调的城市;(4)人口密度、空气质量、工业废水排放量、工业固体废弃物是环杭州湾城市群生态环境与社会经济耦合协调度提高的主要阻碍因素。     

城市遥感生态指数的创建及其应用

城市生态与人类生活息息相关,快速、准确、客观地了解城市生态状况已成为生态领域的一个研究重点。基于遥感技术,提出一个完全基于遥感技术,以自然因子为主的遥感生态指数（RSEI）来对城市的生态状况进行快速监测与评价。该指数利用主成分分析技术集成了植被指数、湿度分量、地表温度和建筑指数等4个评价指标,它们分别代表了绿度、湿度、热度和干度等4大生态要素。通过在福州主城区的应用表明,RSEI指数可以定量地评价和对比城市的生态质量,方便地进行时空动态变化分析。由于所选的指标完全基于遥感信息,容易获得,且计算过程无需人工干预,因此结果客观可靠、可比性强。     

空间约束背景下海岸带湿地保护边界研究

湿地保护边界划定是维护湿地可持续发展的基础前提,也是协调湿地保护与农地利用、城镇发展土地配置与空间布局的必经途径。研究从湿地保护边界的"源-汇"生态景观互动视角着眼,明晰了湿地保护源及保护优先等级,建构了空间约束评价与生态断界来刻画汇景观空间层次分异,借助最小累积阻力模型测度与划分了湿地保护边界及其类型。研究发现:(1)基于多重因素的空间约束评价与湿地生态断界的划分,通过最小阻力模型有效地刻画外部因子集成对湿地保护的限制及差异,以量化方式描绘湿地保护所处阻力最小地带,为湿地保护边界划分提供了新的思路。(2)杭州湾南岸生态断界与中高约束的区域占据研究区52.69%比例,无约束地域仅为12.79%,奠定了综合因素空间约束强势的基本格局。加之低度约束区域占据34.53%,显示杭州湾南岸区域多介于高低空间约束性势转换或过渡阶段,压缩了湿地保护的空间。(3)研究划分湿地保护边界范围与缓冲区带为49.11、24.07km~2,面积总和仅占据杭州湾南岸5.47%,湿地保护拓展和弹性调整空间极为有限。除生态断界提供湿地保护的天然边界外,湿地保护界限表现为保育林区、农地延伸型和水源保护型三类。     

露天矿区景观生态风险空间分异

以露天矿区为研究对象,评价矿区景观生态风险,并采用ESDA方法定量研究矿区生态风险空间分异特征.结果表明,矿区景观生态风险空间分布以高风险区域为核心,由高到低呈环形包围特征.其中,高风险主要分布在矿业生产及城市生活区域,以土地破坏、压占及城市建设为主要风险来源;中等风险主要分布于自然、半自然功能区,以城市生活与农业生产为主要风险来源;低风险区域以林地、荒草地等植被覆盖区域为主,但大面积植被退化、水土流失导致该区域生态基底较差、环境脆弱,加之露天煤矿作业频繁,整体生态环境质量堪忧.同时,不同功能区的风险高低排序(人工区＞半自然区＞自然区)特征符合常规的区域生态风险等级差异规律.此外,基于ESDA分析矿区景观生态风险,其空间自相关性高达0.7521,风险的空间集聚效应明显;而对比矿区景观生态风险的空间分异特征发现,景观干扰度是高、低风险区域的主要驱动因子;而景观脆弱度则是中等风险区域的驱动因子;基于以上研究结果可对矿区环境管理和风险决策提供一定的数据支撑和理论依据.