基于遥感生态指数模型的渭南市生态环境质量动态监测与分析

本文基于1995和2015年的Landsat系列遥感影像,利用主成分分析法确定绿度、湿度、干度、热度4个指标的权重,采用遥感生态指数(RSEI)评价模型,对渭南市1995—2015年的生态环境质量进行监测与分析.结果表明: 1995—2015年,渭南市的生态环境质量总体呈上升趋势,RSEI均值由0.489上升至0.556;生态环境改善的地区主要分布在渭南市中部,占总面积的49.6%;生态环境退化的地区主要分布在韩城市部分矿区和渭南市南部区县(秦岭北麓渭南段),仅占总面积的15.4%.研究区生态环境质量受城市规划建设影响较大,但总体上其生态环境质量有所改善,得益于近年来该市对生态环境的关注与投入.     

气候变暖背景下柴达木盆地生态环境质量遥感监测

柴达木盆地为典型的高寒荒漠区, 生态环境脆弱, 快速全面地了解其在气候变暖背景下生态环境质量变化具有重要意义。以2000年、2010年和2020年Landsat TM/OLI遥感影像为数据源, 提取绿度、湿度、干度、热度和盐度作为评价指标, 在主成分分析法的基础上, 提出了柴达木盆地生态环境质量评价方法, 并对其时空变化规律进行了探讨。结果表明: (1)柴达木盆地生态环境质量整体较为脆弱, 区域差异明显, 呈东南优西北差的分布格局, 自东南向西北环状递减; (2)2000—2020年间, 柴达木盆地生态质量总体呈现改善的趋势, 遥感生态指数均值由2000年的0.330上升到2020年的0.383; (3)生态环境质量改善、退化的区域占比分别为23.97%和5.81%, 改善的地区主要分布在盆地东部、东北部和西部的山地, 退化的地区主要分布在盆地南侧的昆仑山, 以及盆地内部的都兰—诺木洪—格尔木—乌图美仁一线冲洪击扇前缘的绿洲核心区, 盆地内部的沙漠戈壁和盐碱地变化不明显。     

基于遥感生态指数的雄安新区生态质量评估

城镇化建设的持续推进给生态环境带来的压力日益增加,多方位、客观、准确、快速测算区域生态环境质量是生态学研究的一个重点.本研究从绿度、湿度、热度、干度4方面分别提取了归一化植被指数(NDVI)、湿度指数(WET)、地表温度(LST)、归一化建筑-土壤指数(NDBSI)4个分量指标,采用基于ENVI平台的主成分分析技术集成所选指标,基于新型遥感生态指数(RSEI)对1995—2015年雄安新区生态质量进行评估.结果表明: 1995、2004和2015年,雄安新区的RSEI均值分别为0.724、0.710、0.682,生态质量总体呈下降趋势;1995—2015年间,研究区RSEI主要由4、5级向1、2、3级转变,生态质量改善和恶化的面积分别占总面积的8.9%和20.9%,生态改善区域主要位于雄县东部和南部,主要原因在于该区域大面积的林地和园地受到当地政府的高度重视和严格保护,生态质量恶化区域主要位于城镇外围以及白洋淀周边,原因在于白洋淀水域面积的锐减和城市化的不断推进;RSEI与各分量指标的平均相关系数为0.804,均高于各分量指标间的平均相关系数,表明RSEI能较好地综合各分量指标信息,全面准确反映研究区生态质量状况.     

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。     

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.     

黄河流域生态环境质量时空格局与演变趋势

黄河流域是我国重要的生态功能区，在我国经济社会发展和生态安全方面的作用举足轻重。如何及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势，对黄河流域生态环境保护和建设具有重要意义。利用Google Earth Engine（GEE）平台，筛选目标年份及其前后各1年的夏季（6-9月）Landsat遥感影像，去除有云像元，掩膜水体信息，采取中值合成提取绿度、湿度、热度和干度4个生态指标，通过主成分分析快速构建遥感生态指数（RSEI）。结果表明：（1）绿度（NDVI）、湿度（Wet）、热度（LST）和干度（NDSI）4个指标在第1主成分（PC1）上的平均贡献率为89.60%，依据PC1构建遥感生态指数（RSEI）在黄河流域是可行的。（2）1990-2019年，黄河流域RSEI总体呈现出"快速变好→缓慢转好"2个阶段，1990-2000年增长趋势平均为0.005/a，增长率为11.69%，生态环境质量等级由差转为较差（10.18万km²）、较差转为中等（5.69万km²）、中等转为良（7.08万km²）贡献较大；2000-2019年增长趋势平均为0.001/a，增长率仅为3.86%，生态环境质量等级由较差转为差（6.10万km²）、良转为中等（4.09万km²）贡献较大。（3）1990-2019年，黄河流域生态环境质量提升的面积占黄河流域总面积的76.38%，其中显著提升的面积占26.14%；生态环境质量降低的面积占黄河流域总面积23.62%，其中显著降低的面积仅占1.46%。30年来黄河流域生态环境质量整体向好，实施生态工程的黄河上中游地区生态环境质量提升最快，而一些国家重点经济开发区生态环境质量有所恶化，使用GEE平台可以及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势。     

2005—2014 年疏勒河流域土地生态安全评价

针对疏勒河流域生态环境脆弱、人地矛盾突出的特点, 采用“环境-经济-社会(EES)”模型, 建立疏勒河流域土地生态安全评价指标体系, 构建土地生态安全评价的熵权物元模型, 对疏勒河流域2005—2014 年土地生态安全状况进行评价研究, 并利用主成分分析法定量研究疏勒河流域土地生态安全的限制因子。结果表明: 2005—2014 年疏勒河流域土地生态安全还存在着恶化风险, 2005—2007 年风险降低, 2007—2008 年风险小幅增加, 2008—2009 年风险降低, 2009—2013 年风险大幅增加, 2013—2014 年风险有所降低; 发展方向表现为“不安全→安全”的阶梯式上升趋势, 其中, 2005—2007 年土地生态安全状态为“不安全”, 2008—2009 年安全状态为“临界安全”, 2010—2011 年安全状态为“较安全”, 2012—2014 年安全状态为“安全”; 制约2005—2014 年疏勒河流域土地生态安全水平提升的关键因子分别是人均耕地面积、森林覆盖率、人均水资源量、产水模数、第三产业产值与GDP 占比和耗水率, 其中, 森林覆盖率和产水模数影响最大, 主成分荷载达0.973和0.968。研究结果以期为疏勒河流域土地生态治理决策和人地关系和谐可持续发展提供科学依据。     

玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境遥感监测研究

土壤盐渍化已成为全球性问题,给生态环境及农业生产带来严重的威胁。为了快速、准确评价土壤盐渍化给区域生态坏境带来的影响,该文提出了新的完全基于遥感数据的遥感生态指数(SSEI,Soil Salinization Ecology Index)来监测玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境变化。该指数利用主成分分析的方法耦合与土壤盐渍化相关的土壤盐度、地表反照率、植被覆盖度和土壤湿度四大地表参数,指数构建是数据本身性质所决定,不同于以往遥感与非遥感指数加权叠加易受人为影响。研究结果表明:耦合与盐渍化信息相关的各遥感指数得到的生态指数,能够对土壤盐渍化影响区域的生态环境进行快速、定量、客观的监测。将该指数应用到新疆玛纳斯河流域灌区,结果表明在近26年优和良等级生态环境面积增加了12.89%,这说明灌区生态环境有所改善。该研究对土壤盐渍化监测与评价具有一定参考意义。     

四川省九寨沟县地震前后区域生态环境质量评价

基于地理信息系统和遥感数据处理软件平台,对四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县在2017年8·8地震前后的生态环境质量进行了监测和分析。利用Landsat 8 OLI卫星传感器所获得的2016年(震前)和2017年(震后)的遥感影像数据,提取归一化植被指数、湿度分量、地表温度、归一化土壤指数分别作为绿度、湿度、热度、干度等4个指标,进行主成分分析得到遥感生态指数。根据该指数,可将九寨沟县生态环境质量状况分为优、良、中等、较差和差级。2016年九寨沟县有24.8%处于生态环境质量状况优,2017年震后则下降到19.84%,2017年生态环境质量状况较差和中等的面积占比呈增加趋势,分别占17.99%和33.93%;震中15.5 km缓冲区内生态环境质量状况优的面积占比下降最多,为5.01%;2017年8·8九寨沟地震对震中15.5 km缓冲区的生态环境质量状况有较明显的影响,县界内的三个自然保护区中九寨沟国家级自然保护区受到冲击最大。本研究可为九寨沟地区生态环境监测、灾害评价和恢复重建提供科学依据。     

四川省九寨沟县地震前后区域生态环境质量评价

基于地理信息系统和遥感数据处理软件平台,对四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县在2017年8·8地震前后的生态环境质量进行了监测和分析。利用Landsat 8 OLI卫星传感器所获得的2016年(震前)和2017年(震后)的遥感影像数据,提取归一化植被指数、湿度分量、地表温度、归一化土壤指数分别作为绿度、湿度、热度、干度等4个指标,进行主成分分析得到遥感生态指数。根据该指数,可将九寨沟县生态环境质量状况分为优、良、中等、较差和差级。2016年九寨沟县有24.8%处于生态环境质量状况优,2017年震后则下降到19.84%,2017年生态环境质量状况较差和中等的面积占比呈增加趋势,分别占17.99%和33.93%;震中15.5 km缓冲区内生态环境质量状况优的面积占比下降最多,为5.01%;2017年8·8九寨沟地震对震中15.5 km缓冲区的生态环境质量状况有较明显的影响,县界内的三个自然保护区中九寨沟国家级自然保护区受到冲击最大。本研究可为九寨沟地区生态环境监测、灾害评价和恢复重建提供科学依据。     

黄土丘陵沟壑区撂荒地不同演替阶段植物群落的土壤抗蚀性——以坊塌流域为例

采用野外调查取样与室内试验相结合的方法,在分析土壤颗粒组成、级配状况与群体特性、团粒结构的分形特征及其稳定性变化的基础上,研究了黄土丘陵沟壑区撂荒地不同演替阶段植物群落的土壤抗蚀性.结果表明： 撂荒后植被从一年生草本群落阶段演替到多年生蒿禾类草本群落阶段的过程中,土壤的级配状况在不断改良,颗粒分形维数增大,团粒结构有所改善,土壤团粒结构的分形维数与结构体破坏率均不断减小,稳定性不断增强,从而提高了土壤的抗蚀性.实现植被的自然恢复对改善该区土壤结构、提高土壤抗蚀性、减少水土流失和促进区域生态环境可持续发展具有重要意义.     

河西走廊生态经济系统协调度评价及其空间演化

基于1985、1995、2000、2011年的Landsat TM影像解译数据,以河西走廊20个县(市、区)为基本研究单元,运用生态系统服务价值估算法,依据生态系统服务价值指数(ESV)和生态经济协调度指数(EEH),对河西走廊1985—2011年生态经济系统协调度进行评价.结果表明: 研究期间,研究区土地类型结构发生了较大变化,林草地面积减少幅度较大,建设用地和耕地面积增加较快.ESV整体呈下降趋势,研究区东、中部石羊河流域和黑河流域中游ESV变化幅度较大,经济开发方式在本时段发生过显著变化,研究区西部疏勒河流域ESV变化不大.2000年后,研究区经济增长速度明显加快,资源型城市和区域性中心城市是经济增长的热点区,整体上沿走廊中心向两侧递减.研究区生态经济关系整体上经历了“初步恶化-进一步恶化-低度协调”的演变过程,研究区东、中部的石羊河流域和黑河流域中游EEH有较大幅度的变化,生态经济经历了“冲突-进一步冲突-小幅度缓和”的过程,西部疏勒河流域EEH变化幅度较小,石羊河流域和黑河流域高强度的开发模式以及随后的流域综合治理对区域生态经济协调性产生了较大影响.
     

华北低丘山地不同退耕年限刺槐人工林土壤质量评价

以华北低丘山地退耕还林区的耕地、农田撂荒地、退耕10年刺槐林和退耕43年刺槐林为研究对象,采用土壤质量综合指数探讨退耕措施对土壤质量的影响.结果表明: 随着退耕年限的增加,退耕刺槐人工林土壤养分的表层富集作用显著,且0～5 cm土层土壤改良效果增强;与耕地相比,退耕刺槐人工林的土壤物理性状得到改善,养分含量增加,土壤微生物生物量显著提高.不同土地利用类型的土壤质量综合指数为退耕43年刺槐林(0.542)>退耕10年刺槐林(0.536)>撂荒地(0.499)>耕地(0.498),说明退耕地人工造林改善了华北低丘山地退耕地区的土壤质量.
     

三峡库区重庆段土地生态状况时空格局演变特征

以三峡库区重庆段为研究对象,基于“基础-结构-效益-胁迫”框架构建了土地生态状况评估指标体系,利用变异函数理论模型对研究区2000年、2009年、2014年土地生态状况综合指数进行了拟合分析,通过空间自相关、冷热点分析及转移矩阵分析方法,分析了2000—2014年研究区域土地生态状况的时空演化规律。结果表明:(1)研究区土地生态质量呈现出库区腹地、库区中部、库区尾部依次降低的分布特征,且2000—2014年呈现出快速恶化-缓慢逆转的变化过程。(2)研究区2000—2014年C0/(C0+C)先减后增,呈中等空间自相关,表明结构性因素引起的空间异质性起主要作用;但随机性因素对土地生态状况的空间分异影响亦不可忽视,这与研究区14年来经济高速发展、人类对土地资源利用强度加剧以及区域自然灾害频发的实际情况相符。(3)从Moran′sI值判断,2000—2014三峡库区重庆段的土地生态状况在区域上一直处于较高的集聚状态,2000—2009年集聚增强,2009—2014年集聚减弱。(4)从冷热点分析结果来看,2000—2014年,热点区域、冷点区域范围总体上均呈现出逐渐增加的趋势,但在空间上表现出了一定的分异特征:库区尾部的热点区域不断拓展,而库区腹地的热点区域则表现出逐年减小的趋势;且研究区热点区域主要集中分布在库区尾部的主城区和库区腹地万州区的中心城区,冷点区域主要分布在库区腹地的巫山县、巫溪县、奉节县、开州区和库区中部的石柱县、丰都县、武隆区等土地利用程度相对较弱、植被覆盖相对较好地区。     

基于元胞自动机的城市生态安全格局模拟——以东莞市为例

以城市化快速发展的东莞市为研究对象,选取景观生态安全程度为评价标准,获取生态安全的元胞1 km×1 km范围内的城市化元胞数,将其嵌入元胞自动机(CA)转换规则中作为约束条件,控制城市发展,建立生态安全的城市CA,模拟生态安全的城市发展形态.结果表明: 东莞市综合景观生态安全指数从1988年的0.497降低到2005年的0.395,景观尺度上的生态安全下降.利用生态安全的CA模拟的2005年东莞市生态安全指数由实际的0.395增加到0.479,模拟的城市景观生态压力减小、生态安全状态和综合景观生态安全程度提高.CA可以作为探索生态安全城市研究的有效工具.     

排水疏干胁迫下若尔盖高原沼泽退化评价指标体系

沼泽退化评价指标体系研究是国际湿地科学研究前沿领域的关键科学问题之一.在长期野外考察的基础上,根据2009年3个排水疏干沼泽退化研究样带20个沼泽的植物群落生态观测和土壤分析数据,基于沼泽植物群落物种重要值的双向指示种分析(TWINSPAN),将沼泽样地划分为未受干扰(A型)、受长期低强度排水干扰(B～D型)和受短期高强度排水干扰(E～G型)3类,其中又可分为7个植物群落类型.采用主成分分析法(PCA)对沼泽退化进行分级,建立了若尔盖高原沼泽评价的植被指标体系(SVEI)和土壤指标体系(SSEI).基于SVEI,将沼泽划分为原始沼泽、轻度退化沼泽、中度退化沼泽和重度退化沼泽.基于SSEI,将红原县沼泽划分为原始沼泽、轻度退化沼泽和重度退化沼泽3个等级,将若尔盖县沼泽划分为轻度退化沼泽、中度退化沼泽和重度退化沼泽3个等级.SVEI或SSEI评价结果与TWINSPAN分类结果相似度均在70%以上,说明SVEI或SSEI对沼泽退化分级均具有较好的效果,可采用不同方法相结合的方式对高原沼泽进行综合评价.     

毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征

以1991、1999和2007年TM/ETM+影像为数据源,利用RS和GIS技术提取研究区植被覆盖度信息,将其按地貌分区,计算景观格局指数,分析植被景观格局变化特征.结果表明:(1) 1999年是研究区16a植被景观结构变化的转折点,植被覆盖状况前期恶化后期好转.1991-1999年两区极低和低级植被覆盖度占绝对优势,继续增强,风沙区55％-70％,丘陵区70％-80％.高等级比例均在5％以下,持续下滑.2007年两区的优势级别提升为低级和中级,风沙区比例55％,丘陵区70％.极低级别比例减小,风沙区40％-20％,丘陵区50％-15％.高级比例不同程度增大.(2)1999年前后植被景观格局反向演变,两区变化趋势基本相同程度不同.植被多样性和均匀度先减小后增大,等级问交替分布规律先弱后强.风沙区景观形状由复杂到简单,破碎度先增后减;丘陵区破碎度持续增大,形状变化微小.整体上来看,风沙区植被多样性高整体性好,植被均匀度指数大,交替分布规律明显,丘陵区植被格局较差.但外界对风沙区的干扰比丘陵区强烈.(3)植被景观格局演变过程中始终保持多核心模式,核心面积、形状甚至类型发生不同程度的变化.风沙区核心多为无植被斑块,丘陵区多为高植被覆盖度斑块.核心外围植被分布具有梯度性.