基于RSEDI的石羊河流域绿洲区生态环境质量时空演变

以石羊河流域武威和民勤两大绿洲为研究区,分别选取1995年、2006年和2016年Landsat TM/OLI遥感影像作为数据源,通过提取沙漠化指数(DI)、概括差值植被指数(GI)、盐渍化指数(MSI)、湿度指数(WI)等评价指标,构建用于生态环境质量评估的遥感生态距离指数(RSEDI),对石羊河流域两大绿洲区进行生态环境质量分析评价。结果表明:从时间变化来看,1995—2016年,石羊河流域两大绿洲生态环境质量整体上逐年变好,RSEDI均值由1995年的5.3上升到2016年的14.8,生态恢复面积大于生态退化面积;从空间变化来看,1995—2016年,民勤绿洲生态质量整体处于恢复状态,武威绿洲区在西北方向呈恢复状态,而在东南方向以退化为主;从剖面图的变化来看,两大绿洲1995年生态质量较差且绿洲内部空间分布差异显著,2006年生态质量最差但内部差异最小,2016年生态质量最好,绿洲内部生态环境质量空间分布差异也较为明显;总体来看,石羊河流域两大绿洲生态环境质量整体较差,但经过多年治理,尤其近10年来生态环境质量向好趋势明显,说明流域治理取得了阶段性成果。     

基于空间距离指数的中国西北干旱内陆河流域生态敏感性时空演变特征——以石羊河流域为例

生态敏感性是生态系统对自然环境变化和人类活动干扰的反映程度及生态环境问题发生难易程度和可能性大小的重要因素之一。以中国西北地区典型的干旱内陆河流域-石羊河流域为例,通过借鉴前人研究成果及实地调查研究,将石羊河流域生态敏感性分为生态风险敏感性、水土流失敏感性和生物多样性敏感性三个方面,并系统构建生态风险敏感性指数、水土流失敏感性指数和生物多样性敏感性指数三个定量评价指标,对石羊河流域综合生态敏感性进行研究。并通过格网编码、圈层分析,探讨近30年石羊河流域生态敏感性的时空变化。研究结果表明:(1)1987—2016年间石羊河流域生态敏感性总体上逐年降低,综合生态敏感性指数(Comprehensive ecological sensitivity index,CESI)值从1987年的1.143上升到2016年的1.287,反映出流域生态环境当前还是向着可持续发展的方向发展;(2)流域生态敏感性整体偏高,常年极度敏感区和常年重度敏感区占流域总面积的42.26%。此外,敏感性空间分异明显,流域上游及下游荒漠区敏感性相对稳定,中下游绿洲区敏感性波动变化较为频繁,且波动变化区占总面积的51.24%,这表明流域生态敏感性与人类活动及工农业生产有较为密切的关系;(3)目前流域生态敏感性整体趋于好转,但局部地区有恶化的趋势,敏感性波动降低的区域面积为11693.57km~2,占流域总面积的28.82%,敏感性波动升高的区域面积为9099.66km~2,占流域总面积的22.43%,这表明一方面在国家宏观政策的引导下,当地在生态环境保护方面做了大量工作,另一方面也表现出在全球生态环境逐渐恶化的大背景下,当地的生态环境治理工作仍然任重道远。     

1995—2018年石羊河流域下游荒漠化动态变化

以石羊河流域下游甘肃省民勤县为研究区,选取1995、2000、2005、2010、2015、2018年6期遥感影像作为数据源,利用RS和GIS理论和方法,基于归一化植被指数(NDVI)和地表反照率(Albedo)建立Albedo-NDVI特征空间,构建荒漠化差值指数,对民勤县荒漠化动态变化进行分析。结果表明: 石羊河流域下游地区荒漠化面积占民勤县总面积的90%以上,绿洲零星分布在大面积荒漠化土地中,以中度荒漠化为主,占全县总面积的70%以上;1995—2018年间,民勤县荒漠化面积整体呈减少趋势,年均减少面积为22.06 km²,年均减少0.1%。研究期间,该县各类荒漠化面积减少与扩张并存,重度、中度、轻度、微度荒漠化面积的动态度分别为-1.5%、0.2%、-0.9%、3.8%,说明荒漠化严重程度降低;研究区荒漠化总体处于稳定状态,未发生大面积并且趋势较为明显的荒漠化过程,荒漠化治理工作取得了阶段性的成果;研究区荒漠化波动下降的面积占15.2%,而波动上升的面积只占3.9%,无规律波动变化区主要分布在荒漠绿洲过渡区和绿洲边缘地区,面积达到总面积的17.7%,说明在绿洲和荒漠区交错地带,荒漠化反复变化较为活跃,是将来重点治理和修复地区之一。     

干旱内陆河流域生态安全格局的构建及优化——以石羊河流域为例

生态安全格局识别及构建是保障干旱区生态安全、实现可持续发展的基本空间途径。石羊河流域是典型的干旱内陆河流域，其生态环境极为脆弱、敏感。基于石羊河流域生态本底特征，选取并定量评估水资源、生物多样性、水土保持和沙漠化4种生态系统服务，识别生态源地；以建筑物指数和植被净初级生产力为阻力因子，应用加权叠加法构建基本阻力面，并运用最小累积阻力模型及水文分析法识别生态廊道和生态功能节点，进行生态安全格局构建及优化。结果表明：（1）2005-2015年，石羊河流域生态源地增加，生态环境质量趋于好转，特别是下游民勤绿洲区及上游祁连山区源地面积增加明显。2005、2010、2015年生态源地面积占流域总面积的比重分别为16.7%、14.7%、19.8%；（2）2005-2015年，生态廊道明显增加，流域整体生态安全格局网络趋向复杂完善。2005年和2010年提取的生态节点都为36个，2015年的生态节点为35个，生态廊道从2005年的23条增加到2015年47条，部分潜在廊道发展演化为廊道；（3）基于2005-2015年生态安全格局分析，构建了以"二带区、三绿洲、五廊道、多中心"为核心的"绿洲廊道功能区"的优化格局模式，以期为石羊河流域生态环境治理与恢复以及区域可持续发展规划提供借鉴与决策依据。     

寻乌水流域景观格局演变及其生态环境效应

土地利用变化引起的景观格局演变及其生态环境效应研究已成为诸多学者广泛关注的研究热点。为正确认识和评价土地利用变化对景观格局和生态环境的影响,以寻乌水流域为研究对象,选取1995、2005年Landsat5 TM影像和2015年Landsat8 OLI影像进行遥感解译,得到3期的土地利用数据,借助ArcGIS10.2和Frgstats4.2软件,分析土地利用动态变化与景观格局演变特征。同时运用遥感生态指数(RSEI)对寻乌水流域1995—2015年期间生态环境质量时空演变进行评价。结果表明:(1)近20年寻乌水流域园地(增加40.14%)和林地(减少33.91%)面积占比变化幅度最大,水域(减少0.1%)变化幅度最小。土地利用变化单向转换频繁,园地"涨势"和林地"落势"十分明显,整体处于不平衡状态。(2)景观水平上,流域的香农多样性指数(SHDI)、修正Simpon均匀度指数(MSIEI)分别由1995年的0.7083、0.2423上升至2015年的1.114、0.5247,景观聚集度指数(CONTAG)由1995年的72.93下降至2015年的58.13。流域的景观异质性增强,破碎化程度提高。(3)寻乌水流域1995、2005和2015年RSEI均值分别为0.554、0.544和0.550,呈先下降后上升趋势,生态环境状况恶化后得到改善。寻乌果业发展引起的园地快速扩张对林地的占用是生态环境恶化的主因,后期退果(耕)还林、保护生态林及植树造林等是生态环境改善的主因。研究成果可为流域的土地利用规划、良好的生态格局建立和生态环境保护提供重要科学依据。     

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SPCA和遥感指数的干旱内陆河流域生态脆弱性时空演变及动因分析——以石羊河流域为例

以石羊河流域为研究区,基于干旱内陆河流域生态特征和遥感数据快速、客观、大面积观测的特点,采用遥感模型计算湿度、绿度、干度和热度等指标,并构建石羊河流域生态脆弱性评价指标体系,在此基础上运用空间主成分分析法(SPCA)对石羊河流域2000和2016年生态脆弱性时空演变及动因进行了分析。研究结果表明:(1)从各遥感指数空间分布来看,湿度和绿度指标均值在17年间呈增长趋势,证明该流域水源涵养能力变好,植被覆盖率变大;干度指标均值有所下降,表明该流域地表裸露程度有所降低;而与植被和水资源关系密切的地表温度均值呈逐年上升趋势,说明该流域水热平衡差异进一步增加,对未来生态脆弱性影响显著;(2)从全流域生态脆弱性时空演变特征来看,该流域主要以强度和中度脆弱为主,17年间生态脆弱性整体上呈缓慢降低趋势;(3)从不同的海拔生态脆弱性分布来看,中山区(1000—2000m)最高,高中山区(2000—3000m)次之,高山区(3000m)最低,17年间中山区生态脆弱性有所下降,而高中山区与高山区却呈上升的趋势;(4)从不同的行政区划生态脆弱性来看,金川区、凉州区、永昌县、民勤县和古浪县整体上处于中度和强度脆弱水平,而天祝县和肃南县处于轻度和微度脆弱水平;(5)从生态脆弱性的演变动因来看,4个指标对石羊河流域生态脆弱性影响均为显著。2000年生态脆弱性的主导影响因子依次为热度湿度绿度干度,而2016年为热度干度绿度湿度。总的来看,石羊河流域生态脆弱程度近年来有所降低,但综合治理工作仍任重道远。本文的遥感方法和分析思路对该流域生态脆弱性保护及治理提供一定的理论基础和决策依据。     

汾河流域生态敏感性综合评价及时空演变特征

基于格网尺度,在定量构建景观生态风险敏感性、水土流失敏感性、生物多样性敏感性的基础上,对汾河流域综合生态敏感性进行评价,采用空间自相关分析与圈层分析方法,揭示其时空演变特征。结果表明：2000-2018年研究区重度、极度敏感区面积减少,生态环境得到改善,生态敏感性空间分异与流域地形分布具有一致性;生态敏感性具有显著的空间正相关关系,在空间上呈连片连带式分布,具有明显的聚集性特征,随着高高、低低聚集网格数量的减少,生态敏感性空间结构逐渐趋于离散化;结合圈层分布,可将西南象限9-13圈层的吕梁山区与东南象限9-13圈层的太岳山区识别为流域生态环境治理的重点区域,此类区域地形以山地丘陵为主,体现了地形因素对流域生态敏感性空间分布的影响;研究区生态敏感性变化是生态本底与人类胁迫共同作用的结果。     

石羊河流域自然植被对生态系统服务的约束效应

石羊河流域生态环境退化,生态屏障功能减弱,提高该地区生态系统的服务功能具有重要意义。植被的生长状况是影响生态系统服务供给的重要因素,定量的探讨分析植被与生态系统服务之间的关系十分必要。以石羊河流域为研究区,采用约束线法,分析了植被对产水量、土壤保持及固碳3个生态系统服务的约束效应;同时,计算了2015年这3个生态系统服务潜力的空间分布及石羊河流域综合潜力分布格局。结果表明:(1)植被覆盖度与产水量、土壤保持之间的约束线呈开口向下抛物线型,即随着植被覆盖度的增加,约束效应逐渐减小,后逐渐增大;与固碳服务呈正凸型,即:植被覆盖度能有效的约束固碳,且成比例增加约束效应;(2)植被覆盖度对产水量、土壤保持及固碳服务的约束效应存在时空异质性;(3)石羊河流域三种服务的提升潜力均呈西南高东北低、高服务值与高潜力值并存的分布特征,其中东大河、西大河、西营河及古浪河是流域生态服务的主要供给者和服务潜力提升的主要贡献者。     

洱海流域土地利用变化及其对景观生态风险的影响

为探析高原湖泊所集成的小尺度自然流域景观空间变化及其对景观生态风险的影响,以云南洱海流域3期(1995年、2005年和2015年)Landsat遥感影像解译数据为基础,利用GIS空间分析技术和Fragstats软件计算景观格局指数,并在此基础上构建了景观生态风险指数,对洱海流域生态风险时空变化及其演化机制进行了分析。结果表明:1995—2015年,流域土地景观类型面积变化表现为林、草地和水体面积减少,耕地和湿地面积先减少后增加,建设用地面积显著增加的变化特点;景观指数定量分析表明,流域景观空间异质性下降,景观类型分布趋于从集中向分散转变,林地对流域景观的控制作用减弱;20年来,流域生态趋于恶化,生态风险指数均值由1995年的0.4998上升到2015年的0.5896,高生态风险面积所占的比重由1995年的34.0%上升到2015年的47.8%,生态风险空间分布由主要沿流域外沿分布转变为以环洱海地带为重心的多极分布;流域生态风险时空变化与土地利用类型的演变及人类活动关系密切,大规模旅游开发和城乡发展机制上的差异是导致该区域高生态风险等级区域增多和转移的重要原因。     

石羊河流域景观生态风险时空分布特征

石羊河流域地处干旱内陆河流域,是西北乃至中国重要的生态屏障.以1986、2000和2015年三期土地利用数据为基础,构建景观生态风险评价指数,研究其景观生态风险时空分布特征及其与地形因子之间的关系.结果表明:(1)石羊河流域景观生态风险空间分布呈南低北高的趋势.Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ级景观生态风险区域为石羊河流域的主要风险类型.(...     

基于RS与GIS的赣江上游流域生态系统服务价值变化

研究土地利用背景下的生态系统服务价值变化对促进区域生态建设和可持续发展具有重要意义。以赣江上游流域为例,依据1990年、1995年、2000年和2005年4期的遥感数据,利用RS和GIS手段对土地利用数据进行了处理,并分析了土地利用变化引起的生态系统服务价值变化。结果表明,1990-1995年赣江上游流域生态系统服务价值变化不大,1995—2005年生态系统服务价值总量不断增加,且各类生态服务功能价值波动较大;各土地利用类型生态系统服务价值敏感性指数都小于1,表明生态系统服务价值对服务价值指数缺乏弹性。     

可鲁克湖流域生态环境质量诊断

为查清可鲁克湖流域生态环境质量及其演化特征,依据环境生态学相关理论,运用综合调查、遥感解译与反演、统计分析等技术手段,选取自然地理、气象、土地利用/覆盖和社会经济4个方面的15个因子,采用因子分析和熵值法计算指标权重,建立流域土壤质量模型和生态环境质量诊断模型,分析2000、2005、2010和2015年可鲁克湖流域土壤与生态环境质量的变化特征。结果表明: 2000、2005、2010和2015年,可鲁克湖流域生态环境质量均值依次为21、47、54和72,呈稳定上升趋势,生态环境质量等级由较差转为良好,土壤质量整体处于中等水平;空间上,北部山区和流域下游湿地及河流周边区域的生态环境质量明显转好。流域生态环境质量变化是人类活动与自然因素共同作用的结果,土壤质量与湖泊面积是指示流域生态环境的关键因子,可鲁克湖最小生态需水量是维持流域生态环境良性发展的基本保障。     

新疆阿克苏河流域土地生态安全预警演变与时空格局分析

基于改进的NES—PSR模型建立预警指标体系, 并结合GIS技术平台, 分析了阿克苏河流域1999—2018年土地生态安全警情格局变化和区域差异特征, 最后运用障碍度模型探索其障碍因子。结果表明: (1)生态安全状况总体呈变好趋势。土地生态安全级别由“较不安全”提高至“较安全”, 警度亦由“重警”降至“轻警”。(2)生态安全格局差异明显。研究期间流域生态安全高水平区呈东部—西部—南部—北部顺序变化的空间演变特征。(3)生态环境改善是一个循序渐进的过程。流域依然处于“轻警”和“较安全”状态, 流域内生态环境改善任重道远。(4)影响阿克苏河流域土地生态安全的障碍因子是多方面的。工业废水排放达标率、造林面积占地区面积比重、环境污染治理投资占新疆GDP比重、水利环境和公共管理设施业投资是影响流域生态安全改善的主要障碍因子。研究结果可能为阿克苏河流域土地生态安全改善及资源可持续利用提供科学参考。     

赣江上游流域景观生态风险的时空分异——从生产-生活-生态空间的视角

以赣江上游流域为研究对象,利用1995年、2005年、2015年的3期遥感影像,分析1995—2015年赣江上游流域的土地利用演变特征;基于景观扰动指数与景观脆弱指数构建土地利用生态风险模型;采用半变异分析、自相关分析等方法,研究了赣江上游流域土地利用风险时空变化与驱动力。结果表明:赣江上游流域城乡生活空间面积显著增加,从三生空间看,农业生产空间面积显著减少,土地利用类型由生态、生产空间向城乡生活空间转化,土地利用程度提高。1995—2015年期间土地利用生态风险逐渐上升,高-高型聚类多分布于章贡区、南康区、信丰县等附近,低-低型聚类多分布于安远县、全南县等附近,高风险区、较高面积逐渐扩大,低风险区、较低风险区面积逐渐缩小,引起土地利用类型变化的因素主要为总人口、公路里程、城镇化率等人为因素。研究结果可为区域生态安全格局构建、土地利用的优化布局提供借鉴。     

2000—2015 年间贵州省土地生态环境质量时空演变特征

土地生态环境质量的时空演变分析旨在检验多年生态环境治理成果、优化国土空间结构、揭示喀斯特内部差异性, 并为不同类型区域生态环境治理等提供决策依据, 对生态文明建设具有重要意义。从水热、地质地貌、土壤、土地利用/土地覆盖4 个方面考虑, 对2000—2015 年贵州省土地生态环境质量时空演变特征分析, 结果表明: 1)贵州省土地生态环境质量综合指数整体平稳转好, 4 期综合指数分别为51.08(2000)、52.65(2005)、51.93(2010)、53.36(2015)。2)黔南州、遵义市以及铜仁市土地生态环境质量较稳定; 六盘水市、安顺市土地生态环境质量改善明显; 毕节市、黔西南州综合指数稳定性较差。3)丘陵土地生态环境质量综合指数增幅较大, 盆地波动较为明显。4)不同喀斯特类型区综合指数: 非喀斯特地区＞亚喀斯特地区＞典型喀斯特地区, 喀斯特地区改善幅度高于非喀斯特地区。未来应继续加强土地相对匮乏、生态环境脆弱的喀斯特地区土地生态环境治理力度; 对于人类活动影响较大的盆地地区应进一步优化开发利用方式, 实现区域生态环境、社会经济的可持续发展。     

基于RS和GIS的干旱区内陆河流域生态系统质量综合评价——以石羊河流域为例

石羊河流域是河西走廊东段重要生态区,也是用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的地区之一,对其进行生态系统质量的评价,可为干旱区内陆河流域的生态保护工作提供借鉴.依据生态系统质量概念,以统计数据、遥感数据和土地覆被数据为基础,从生态系统的3方面(生产力、稳定性和承载力)构建评价指数,基于非参数Kruskal-Wallis卡方(χ²)检验和熵值法确定指标权重,结合RS、GIS和SPSS软件对2000、2005、2010和2015年石羊河流域不同生态系统类型的质量及各指数进行综合评价及变化分析.结果表明: 2000—2015年,石羊河流域生态系统质量均值为57.76,呈现显著下降趋势,年降幅为0.72,空间分布呈上游优于中游、中游优于下游的状态;生态系统生产能力、稳定性和承载力均值分别为67.52、45.37、58.53,生产能力和稳定性小幅上升,承载力逐渐下降.就各生态系统类型来看,森林生态系统质量最高,年均值为78.12,年降幅最小,为0.28;其次是草地、农田和城镇生态系统,年均值分别为62.45、58.76、50.29;湿地生态系统质量最低,年降幅最大,达0.98.     

滇中湖泊流域生态环境质量监测与评价

九大高原湖泊流域在云南省经济发展中占有举足轻重的地位,其中,滇中五大湖泊流域(滇池、抚仙湖、星云湖、杞麓湖、阳宗海,下文称五湖流域)是云南工农业、旅游业等经济和社会发展最活跃的地区,与流域生态环境质量密切相关。本研究基于遥感生态指数(RSEI)对滇中五湖流域1988—2018年的生态环境质量进行监测和评价。结果表明: 尽管1988—2018年间研究区生态环境质量呈转好趋势,RSEI平均值由0.368增加到0.481,但流域整体生态环境质量欠佳;生态环境质量提高的面积占比57.6%,主要分布在湖泊之间的山地,下降区域主要为湖周的平地区;研究期间,滇池、抚仙湖、阳宗海的生态环境质量持续变好,但近10年,杞麓湖和星云湖的生态环境质量明显变差,各湖泊生态环境质量变化与湖泊水质变化存在一致性。未来生态环境质量的改善还需更多的社会关注和政府投入。     

流域尺度土地利用与土壤类型空间分布的相关性研究

随着人类活动日益加强,土地利用变化及其驱动力研究已经成为国际地理学界研究的热点。但目前更多的工作侧重于研究人为因子,如人口增长、政策变化等因子对土地利用变化的影响,其实土地利用在宏观尺度上的变化一定程度上取决于自然环境背景,因此研究土地利用变化的自然环境背景特征对于进一步探讨土地利用变化的自然驱动力具有重要意义。土壤类型的空间分布在一定程度将影响土地利用的空间分布格局和变化过程。本文利用遥感、地理信息系统,通过选取景观格局指标,以于桥水库流域为例,研究了土地利用与土壤类型空间分布之间的相互关系。结果表明：(1)受人类活动干扰较弱的土地利用类型,如有林地、稀疏林地、灌木林地、其他林地和草地,主要分布在淋溶褐土、褐土性土以及棕壤地区;而与人类活动密切的土地利用类型,如山区旱耕地、丘陵区水田、丘陵区旱耕地和平原区旱耕地主要分布在淋溶褐土、褐土性土和潮土地区;(2)同类地区土地利用的多样性指数要比土壤的低。并且土地利用和土壤类型多样性均表现出明显的地形梯度效应,从中低山区、低山丘陵区、丘陵平原区到山间盆地区,土壤多样性指数从小到大有规律地变化。而土地利用类型多样性变化较为复杂,反映出人类活动对土地利用格局的影响较强,而对土壤类型的影响相对较小;(3)随着平均斑块面积的增加,流域多样性指数将呈下降趋势。土地利用多样性指数与流域总面积之间的相关性较差,但土壤多样性指数与流域总面积表现出的相关性较好;(4)土地利用类型与土壤类型之间,平均斑块面积上没有明显的相关关系,但在多样性指数之间存在着较好的相关性。土壤类型丰富多样的地区,土地利用的多样性指数也相对较高。     

黄土丘陵区纸坊沟流域近70年农业生态安全评价

在国内外已有研究的基础上,结合黄土丘陵区纸坊沟流域近70a来农业生态经济系统演变过程,参考PSR模型,从生态环境、社会经济和综合功能3方面构建黄土丘陵区流域农业生态安全评价指标体系,基于层次分析法赋权的综合指数评价方法,对纸坊沟流域1938～2005年农业生态安全状况进行评价.结果表明:该流域农业生态安全状况发生了先降后升的变化,1938年处于较安全状况,1958年为极不安全状况,1975年和1985年都处于较不安全状况,1995年处于临界安全状况,2005年属于较安全状况.评价结果表明纸坊沟流域还需要进一步优化农业系统结构,实现农业生态安全.