不同端元模型下湿地植被覆盖度的提取方法——以北京市野鸭湖湿地自然保护区为例

植被覆盖度作为反映湿地植物生长状况的重要生态学参数,在评估和检测湿地生态环境方面起着关键的作用.以华北内陆典型的淡水湿地——北京市野鸭湖湿地自然保护区为研究对象,中等分辨率的Landsat TM影像为数据源,基于线性光谱混合模型(LSMM)对研究区的植被覆盖度进行了估算.针对湿地植被类型丰富、土地利用类型多样化的特点,利用归一化植被指数(NDVI)在反映植物生长状况、覆盖程度以及区分地表覆盖类型方面的优势,通过对原始Landsat TM影像增加NDVI数据维对影像进行维度扩展,克服了传统研究中通常从Landsat TM影像上提取3-4种端元的局限,经最小噪声分离变换(MNF变换)、纯像元指数(PPI)计算以及人机交互端元选取等一系列运算,构建以陆生植物、水生植物、高反射率地物、低反射率地物、裸露土壤为组分的五端元模型来反映研究区的地物组成;同时,以原始Landsat TM影像为基础,构建植物、高反射率地物、低反射率地物、裸露土壤为组分的四端元模型.针对两种端元模型,采用全约束下的LSMM算法进行混合像元分解以获取研究区的植被覆盖度,其次辅以研究区的纯水体信息对其进行优化.精度检验采用相同时期的高分辨率WorldView-2多光谱影像来进行.研究表明:虽然四端元模型与五端元模型对植被覆盖度的估算结果在空间上具有基本一致的分布趋势,但是前者的估算结果在数值上要普遍低于后者,在研究区的水体及其附近,四端元模型难以体现水生植物的植被覆盖信息;另外,五端元模型的估算结果与检验数据的相关系数R达到0.9023,均方根误差(RMSE)为0.0939,明显优于四端元模型的R=0.8671和RMSE=0.1711.这反映了通过对影像进行维度扩展的方法来改进端元提取的数量是可行的,而由此构建的五端元模型可以更充分的反映研究区地物之间的光谱差异,从而获得更好的估算精度.     

基于挺水植物高光谱信息的再生水总氮含量估测——以北京市门城湖湿地公园为例

高光谱信息是探测植物体内氮素含量状况的重要手段,而植物体中的氮素与水体含氮量息息相关.本研究区为以再生水为主要补给水水源的北京门城湖湿地公园,通过获取区内典型的再生水氮净化挺水植物芦苇和香蒲叶片的高光谱数据,并在室内测定对应样点的水体总氮含量指标, 探讨基于典型湿地挺水植物高光谱数据对水体总氮进行遥感探测的可行性.采用4种高光谱参数(光谱指数、归一化差值指数、“三边”参数及吸收特征参数)分别建立一元线性模型、逐步多元回归模型和偏最小二乘模型,根据决定系数(R²)和均方根误差(RMSE)进行模型精度检验.结果表明: 逐步多元回归和偏最小二乘模型的预测精度高于一元线性模型. 3种模型对芦苇的拟合效果均优于香蒲.偏最小二乘模型对芦苇的拟合效果最优(R²=0.854,RMSE=0.647).500～700 nm是反映水氮含量的最佳波段范围,绿峰与红谷反射率的比值与水体总氮含量具有较强的相关性,尤其是吸收特征参数能够较好地预测水体总氮含量.     

基于居民生态认知的非使用价值支付意愿空间分异研究——以三江平原湿地为例

在WTP距离衰减性研究基础上,将菲什拜因理论与条件价值法相结合,假设个人对于物品的认知在空间上并不是均衡分布的,不同空间内的受访者的支付意愿存在差异,以三江平原湿地生态系统为应用对象,将样本分为核心区、辐射区、外围区,采用双边界二分式CVM,探讨受访者对三江平原湿地生态环境保护的支付意愿水平及支付意愿的影响因素,建立基于居民生态认知的支付意愿空间分异模型。计算得到核心区、辐射区、外围区居民平均支付意愿分别为142.23元人-1a-1、105.01元人-1a-1、77.62元/人,总体呈递减趋势,验证了距离、认知和WTP之间相关性。研究结果表明,通过空间视角将居民的认知程度纳入支付意愿的计算,能提高CVM在环境价值评估应用中的有效性及可靠性。研究结论将为政府相关政策的制定和决策提供参考依据。     

湿地资源保护经济学分析——以北京野鸭湖湿地为例

湿地资源保护是全球生态保护的核心问题之一。在分析湿地资源保护的经济属性的基础上,以北京市野鸭湖湿地为案例,运用经济学的理论和方法以及清晰的图表重点分析了野鸭湖湿地资源保护过程中的外部性以及资源利用中成本与收益两个问题。研究结果表明:(1)从正外部性分析,个人收益小于社会收益,个人保护的湿地资源小于社会最优量,会造成湿地资源保护的不足;从负外部性分析,个人成本小于社会成本,个人对湿地资源的利用水平大于社会最优利用水平,造成湿地资源的过度利用;(2)根据湿地资源利用的成本收益分析结果,"搭便车"行为会造成湿地资源的退化甚至恶化;(3)明晰产权有利于湿地资源配置效率的提高。研究结果可以为中国湿地保护过程中出现的资源利用矛盾提供有益的借鉴,特别是为保护北京野鸭湖湿地提供理论支撑和政策建议。     

基于遥感生态指数的新疆玛纳斯湖湿地生态变化评价

以2000、2006和2016年3期的Landsat遥感影像为基础数据源,结合前人研究成果和实地考察,借助RSEI指数,对玛纳斯湖湿地生态环境进行监测和评价。结果表明:利用主成分分析技术集成植被指数、湿度分量、地表温度和土壤指数建立的RSEI指数具有一定的适用性,可较好的对玛纳斯湖湿地生态环境质量状况及其时空变化进行监测和评价。2000、2006和2016年RSEI指数均值分别为0.227、0.183、0.234,对RSEI指数进行分级处理后,发现流域生态环境质量"较差"等级居于主导地位,"优"等级有所增加,湿地生态环境质量向好的方向发展。气候变化和人类活动共同作用于玛纳斯湖湿地产生的生态环境效应,日益增强的人类活动是湿地退化的主要原因,多年来粗放型的农业发展使玛纳斯河流域人口、经济与生态环境之间的关系严重失调。从优化水资源配置角度提出对主要源流流域水土资源大规模开发的同时,应重视尾闾湖泊湿地的生态价值与可持续发展。     

一种新型的人工湿地生态工程设计--以山东省南四湖为例

本文采用了一种新的人工湿地设计理念 ,将两种类型的人工湿地有机地 ,动态地结合起来 ,设计出一套具有生态恢复和生态净化功能的工程体系。依据对湖区现状调查结果 ,按照生态学和生态经济学的基本原理 ,以保证湿地生态系统结构与功能的完整性为主要目标 ,在对湖区进行重点规划的基础上 ,提出了重点地段生态工程建设的设计方案 ,并对方案的预期目标进行了讨论     

基于水文地貌分类的滨海湿地生态功能评价——以盐城滨海湿地为例

盐城滨海湿地生态功能的空间差异对该区的保护/开发具有重要的指导意义,水文地貌分类为生态功能的评价提供了良好的前提条件。根据盐城滨海湿地2006-2007年Alos遥感影像数据制作湿地景观图,同时通过DEM和水文水动力条件图,借助Arcgis9.2的空间分析功能确定水文地貌单元(HGMU)。在此基础上,利用实地调查数据和湿地景观数据对不同水文地貌单元的湿地生态功能进行评价。结果表明:(1)盐城海滨湿地包括7类水文地貌单元(HGMU),不同HGMU生态系统类型差异较大;(2)同种HGMU生态功能基本处于同一等级,不同HGMU的生态功能差异明显;(3)盐城海滨湿地不同HGMU单元生态功能由大到小排序为:淡水双向-冲积区(河口)、海水天双向-泥粉砂带、海水月双向-泥滩带、海水年双向-草滩带、淡水单向-冲积区、淡水单向-海积区和淡水单向-冲积海积区。其中,河口湿地、淤泥质滩涂和草滩带湿地在维护盐城海滨湿地生态功能中具有重要地位。     

基于生态安全格局的山水林田湖草生态保护修复优先区识别——以四川省华蓥山区为例

优先区识别,是科学有序推进山水林田湖草生态保护修复工作的重要基础。以山水林田湖草生态保护修复工程之一的四川华蓥山区为例,基于生态系统服务重要性提取生态源地共1392.63 km²,占华蓥山区总面积的35.60%;结合土地覆被类型与地质灾害敏感性构建生态阻力面,并利用最小累积阻力模型与电路模型提取生态廊道共84条,夹点区域0.1 km²,含夹点廊道10条;生态保护优先区主要分布在景观破碎化较为严重的广安区境内,以及华蓥山西南端的夹点廊道。以生态修复模拟方法识别障碍点,确定生态修复优先区93.86 km²,大致分两片。其中,广安区境内受到人类活动干扰的破碎化生态空间,主要生态修复策略为植被恢复与退耕还林;华蓥山、铜锣山、明月山等滑坡、泥石流地质灾害频发区,主要生态修复策略是矿山地质修复与植被恢复。本研究提出生态安全格局构建与生态修复模拟的思路,为山水林田湖草生态保护修复工作提供了可行的定量方法。     

基于生态系统服务价值的湿地恢复工程效益分析——以北京市延庆县蔡家河为例

根据实地测量数据,以中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表为基础,应用经济学原理将静态的生态系统服务价值转化为动态的资金流量,核算了考虑货币时间价值的资金净现值,对北京市一处面积为37 hm2的湿地恢复工程进行了效益分析研究。结果表明,研究区域的生态系统服务价值在湿地恢复工程实施后由584478元增加至3579713元。在所考察的9项生态系统服务功能中废物处理、气候调节和水源涵养对价值变化的贡献率较大,食物生产和原材料的贡献率为负值。以3a和5a为收益期计算所得的内部收益率分别为-26.81%和-4.67%,此时湿地恢复工程亏损;以10a为收益期计算所得的内部收益率为11.43%,湿地恢复工程取得良好收益。在设定折现率为4.2%,只计算可用直接市场法核算的生态系统服务情况下,湿地恢复工程的投资回收期为14.96年。为合理评估湿地恢复工程效益,应适当延长工程验收时间。在当前基准利率水平下,湿地恢复工程具有潜在盈利能力。     

基于生态系统服务视角的山水林田湖草生态保护与修复——以洞庭湖流域为例

山水林田湖草系统保护与修复的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。基于山水林田湖草生命共同体理念,以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,提出生态系统服务视角下的山水林田湖草系统治理框架,以实现流域生态系统整体保护、质量提升和格局优化。基于该框架,以洞庭湖流域为例,通过流域生态系统格局、生态系统质量状况分析、流域生态系统服务重要性评估和生态问题识别,构建流域生态安全格局,为实现可持续的山水林田湖草生命共同体提出系统保护与修复布局建议。通过洞庭湖流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复重要区域的识别提供了可借鉴的指标和定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

基于生态安全格局的国土空间生态修复关键区域识别——以贺州市为例

国土空间生态修复是落实生态文明建设战略的重要举措。科学识别国土空间生态修复关键区域,合理布局全域生态修复空间是当前国土空间规划面临的难点之一。以广西壮族自治区贺州市为例,从生态保护重要性、景观连通性、生态功能重要区域和自然保护区四个方面识别生态源地,运用电路理论提取生态廊道,构建生态安全格局。通过电流密度诊断生态廊道中的生态"夹点"和生态障碍点,判定生态廊道宽度,识别国土空间生态保护修复关键区域,制定生态修复的空间布局策略。研究结果表明：（1）市域生态源地面积3656.89 km²,呈"东西重,中部轻"的空间分布特征;生态廊道总长度639.50 km,以中部分布为主,关键生态廊道133.96 km。（2）市域生态"夹点"共16处,面积124.24 km²,主要分布在钟山县,亟待保护修复的生态"夹点"8处,面积45.02 km²,零散分布于市域;生态障碍点共32处,面积426.56 km²,主要分布在市域东部和南部,需优先保护修复的生态障碍点6处,面积166.05 km²,集中在平桂区。通过综合分析国土生态修复关键区域土地利用现状和空间分布特征,制定了分级分类的生态修复措施,以期进一步优化生态安全格局,为国土空间生态修复区域识别和国土空间生态修复规划编制提供参考。     

基于生态功能评价的湿地景观格局优化及其效应——以江苏盐城海滨湿地为例

景观格局与生态过程是景观生态学研究的重要内容,基于生态功能和过程影响的景观格局优化是提高景观效益和稳定性重要方法之一。选择江苏盐城海滨地区为研究对象,应用遥感和GIS技术,对2007年湿地景观生态系统服务功能进行定量分析,并采用阻力面模型研究景观格局优化途径。结果显示:(1)湿地景观生态功能强度空间差异性显著,影响区域湿地景观生态过程和功能。(2)以累积耗费距离面、生态源地、耗费路径为依据,构建源地、生态廊道和生态节点等景观组分优化景观格局。(3)景观格局优化改善景观连通度和生态流,废黄河口附近和大丰港附近等关键区域对景观连通性和生态流重要值最大,景观连通性受到显著影响,是景观生态节点优化的首要对象。(4)加强保护核心斑块源地、提高景观连通度是实现景观格局优化的关键。该研究结果为区域土地利用和生态环境保护提供科学的依据。