基于遥感生态指数的淮河流域生态环境质量时空演化及其驱动因素分析

厘清流域生态环境质量的时空演化特征及其对自然环境和人为因素的响应,对流域生态环境政策实施至关重要. 利用谷歌地球引擎建立遥感生态指数（RSEI）,结合趋势分析、变异系数和Hurst指数对淮河流域2002~2022年的生态质量时空变化进行评价,并运用地理探测器探究RSEI空间分异性的主要驱动因子. 结果表明：①近21年淮河流域RSEI总体上改善,但呈阶段性上升-下降趋势,其中差和较差等级面积呈减小趋势,中等级面积呈增加趋势,良和优等级面积呈增加趋势. 改善面积占比为55.93%,退化面积占比为22.01%. ②空间分布上,RSEI整体呈现自东向西逐渐变差的分布特征（西北和西南边缘山区除外）. 东部稳定性较好,西部和中部稳定性较差. 未来流域生态质量变化为反持续性,以改善为主. ③因子探测结果显示,淮河流域RSEI空间分异主要受到植被因子的驱动作用,其次为海拔. 双因子间的交互作用增强了对RSEI空间分异的驱动力,其中植被因子和海拔的交互作用对RSEI空间分异的驱动力最强,达到86.3%.     

东北黑土水土流失区生态环境遥感动态监测

为及时快速地监测水土流失地区的生态环境变化状况,以拜泉县为例,选取1985年、1996年、2006年和2015年Landsat影像,反演得到能反映生态环境的绿度、湿度、热度和干度指标,利用主成分分析方法,依据RSEI（遥感生态指数）对拜泉县1985—2015年的生态环境进行评价.结果表明:1985—2015年拜泉县RSEI从0.645增至0.851,增幅为31.94%,生态环境质量改善地区面积高于退化区域面积,总体上生态质量向好的方向发展;拜泉县整体生态环境质量综合指数由3.78升至4.87,各乡镇的生态环境质量综合指数均呈现不同程度的增加,从空间分布来看,西南部和南部乡镇的变幅大于北部,中部基本保持不变,水土流失重点区域生态环境质量显著提高;逐步回归分析结果表明,所选的指标均为生态环境质量的关键指标;绿度逐渐成为研究区生态环境质量正向作用的重要指标,说明植树造林等生态治理措施对环境质量的改善起到主导作用.研究显示,RSEI能够综合刻画水土流失区生态环境质量,同时拜泉县生态环境质量整体不断改善,水土流失治理成效明显.      

利用GEE进行1990~2022年小江流域生态环境质量时空格局与演变趋势分析

云南省小江流域是长江上游生态修复示范区,评估和监测该区的生态环境质量是该区生态文明建设中一项非常重要的基础工作. 选取1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2014年、2018年和2022年的Landsat遥感影像数据,提取了绿度（NDMVI）、湿度（WET）、干度（NDBSI）和热度（LST）这4个指标,采用主成分分析法构建了遥感生态指数（RSEI）,利用GEE平台、ArcGIS 10.7平台和Python平台,结合地学信息图谱、变异系数、Mann-Kendall趋势检验、Sen''s斜率估计和Hurst指数等分析方法,对1990~2022年间小江流域的生态质量时空格局和变化趋势进行分析. 结果表明：①研究区生态质量空间上具有较明显的地理分异性,到2022年生态质量等级为优、良的区域主要分布在高山植被覆盖较好的区域,生态质量较差的区域主要分布在地势相对较低的泥石流沟谷区域;时间尺度上,1990~2022年研究区的RSEI指数从1990年的0.41增长到2022年的0.55,生态环境质量整体呈波动改善趋势,平均增幅为0.048（10 a）^-1,这与近些年该区大力开展的退耕还林、泥石流防治和水土保持、重金属污染治理等一系列生态建设工程密不可分. ②相较于NDVI指标,NDMVI对地形起伏区域的植被信息更加敏感,尤其是在阴影区域,能更准确定量描述植被信息,更适合用于高山峡谷区的绿度信息表达,从而使得RSEI更适用于高山峡谷区的生态质量评价;③小江流域RSEI变异系数平均值为0.202,生态环境质量整体的波动性较小,高波动主要集中在沿小江断裂带两侧的泥石流沟谷区域中,这些区域地表由裸露岩石、泥沙构成,容易受季节、气候和人为活动的影响;④该区生态环境质量上升面积占85.72%,下降面积占10.15%,未来变化趋势将以持续改善和未来退化为主,占比分别为44.75%和39.97%,因此,需要紧密监测处于退化潜在风险的区域. 研究结果可为小江流域进一步开展生态环境保护、治理和可持续发展工作提供理论依据.     

1990～2020年黄河流域典型生态区生态环境质量时空格局及驱动力分析

科学评估生态环境质量是实现区域生态可持续发展的前提.基于1990～2020年Landsat遥感影像,采用熵值法构建遥感生态指数(E-RSEI),结合Mann-Kendall趋势检验、Sen倾斜度、Hurst指数和稳定性分析,在多时空尺度下分析黄河流域典型生态区的生态环境质量时空变化格局,并利用地理探测器量化了环境和人为等8个因子对E-RSEI时空分布的影响.结果表明：(1) 31年间E-RSEI均值为67.5%,时间尺度上呈增加趋势,平均增幅为0.066·(10 a)^-1,空间尺度上呈东低西高、南高北低的分布特征;(2)研究区生态环境质量未来变化趋势将以持续性改善为主,但仍有9.33%的区域存在退化的潜在风险.(3)降水是影响该区域E-RSEI空间分布的关键环境因子,人为因子的影响力较低,同单因子相比,因子交互作用对生态环境质量的解释力更强,降水与其他因子的交互作用处于主导地位.研究结果可为黄河流域生态区生态环境质量的可持续发展提供科学参考.     

黄河流域生态质量时空变化分析

黄河流域在我国社会经济发展和生态安全格局构建方面具有十分重要的地位,流域的生态保护和高质量发展上升为国家重大战略,同时也面临着生态系统退化、水土流失、湿地萎缩等生态问题.为了解黄河流域生态质量状况及其时空变化特征,分析了黄河流域生态格局、植被、生物多样性、生态系统功能和服务价值、县域生态质量等多方面的数据和文献资料.结果表明:①黄河流域大部分县区生态质量状况一般,植被覆盖度由东南向西北递减,上游地区生态系统服务价值高于中游和下游;② 2000—2018年农田生态系统面积占比持续下降,森林、水域面积占比略有增加,聚落面积占比持续上升,20世纪80年代以来整体植被覆盖和生产力状况得到改善,重要生态功能区的生态系统服务价值明显提升;③大部分地区生态状况改善幅度有限,局部仍有退化,流域的生物多样性依然受到严重威胁.因此,建议在恢复植被覆盖的基础上,开展优化生态结构、维护生态过程的相关研究,重点关注生态敏感地区生态保护成效的评估和提升,农耕地区农田生产力对自然生态系统的影响,以及城镇化过程对生态系统服务和生态安全的影响;同时建立黄河流域生态质量综合监测体系,开展监测指标与技术方法的机理和应用研究,这不但是流域生态质量时空变化分析的基础,也是生态保护恢复和管理工作的支撑.      

重庆中梁山矿区生态环境质量时空变化分析

文章基于Landsat TM/OLI图像和各统计年鉴、公报数据,利用主成分分析法,采用遥感生态指数（RSEI）方法,对中梁山矿区2000-2020年生态环境质量变化进行评估,并与综合指数法评估结果进行对比。结果表明：（1）矿区RSEI受采矿活动和生态修复影响呈先下降后上升的趋势,由2010年的0.501上升至2020年的0.616,修复效果显著。（2）矿区不同片区生态环境质量变化呈现两极分化的趋势,等级为优的面积增加33.18%,等级为差和较差的面积没有减少。（3）矿区生态环境修复效果变好且趋于稳定。RSEI增加的面积占比和级差不超过2的面积占比均增加。（4）遥感生态指数法与综合指数法评估结果接近,皮尔逊检验相关系数为0.966,显示RSEI可以较好反映矿区生态环境质量的时空变化特征。     

区域生态环境变化的遥感评价指数

基于遥感信息技术提出一个新型的遥感生态指数(RSEI),以快速监测与评价区域生态质量.该指数耦合了植被指数、湿度分量、地表温度和土壤指数等4个评价指标,分别代表了绿度、湿度、热度和干度等4大生态要素.与常用的多指标加权集成法不同的是,本研究提出用主成分变换来集成各个指标,各指标对RSEI的影响是根据其数据本身的性质来决定,而不是由人为的加权来决定.因此,指标的集成更为客观合理.将RSEI应用于福建长汀水土流失区,并与国家环境保护部《生态环境状况评价技术规范》中的生态指数EI的计算结果相比较,发现二者的结果具有可比性.不同的是,RSEI不仅可以作为一个量化指标,而且还可以对区域生态环境变化进行可视化、时空分析、建模和预测.因此,可弥补EI指数在这些方面的不足.     

水源涵养型重点生态功能区生态状况变化研究

水源涵养型重点生态功能区对于保护中国大江大河源头区及水源补给区具有重要意义。文章以生态系统状况指数为指标,通过生态系统组成与结构、生态系统生产能力、生态系统服务功能分析了2000-2010年中国水源涵养型重点生态功能区的生态状况变化态势。结果表明水源涵养型重点生态功能区以森林和草地生态系统为主。2000-2010年,三江源区和若尔盖区生态系统状况整体表现为好转,甘南区、祁连山区和南岭山地区生态系统状况整体表现为基本稳定大小兴安岭区、长白山区和阿尔泰山地区生态系统状况整体表现为轻度退化。大小兴安岭区退化面积占该区面积的比例最大,为42.54%;三江源区和祁连山区退化面积比例较小,分别为6.26%和6.93%。大小兴安岭区、长白山区和南岭山地区以轻度和中度退化为主,阿尔泰山地区以中度和重度退化为主,甘南区以轻度退化为主。     

晋西南黄土高原区植被覆盖度变化及其生态效应评估

水土流失和生态退化是黄土高原区面临的严峻问题,已经严重制约了经济发展。基于TM和OLI数据,分别估算晋西南黄土高原区的植被覆盖度（FVC）和遥感生态指数（RSEI）,定量分析了晋西南黄土高原区的植被和生态恢复效果,并提出需要重点治理的区域。研究结果表明：（1）15年间晋西南黄土高原区的植被覆盖度和遥感生态指数都呈现增加的趋势,FVC指数从2002年的42.69%增加至2017年的47.67%,RSEI指数由2002年的45%增加至2017年的52.5%,反映出研究区生态质量有了明显提高;（2）除研究区内芝河流域、汾河谷地和沁河流域的生态质量出现严重退化外,研究区大部分区域的FVC指数和RSEI指数都呈改善趋势,因此需对芝河流域、汾河谷地和沁河流域加大生态治理力度;（3）除研究区汾河谷地外,其余地区植被覆盖度和遥感生态指数的变化趋势基本吻合,汾河谷地由于冬小麦大面积种植,植被覆盖度得到一定程度改善,但遥感生态指数并没有明显改善。     

北运河流域植被覆盖度变化及其生态环境质量评估

北运河流域作为北京城市副中心建设涉及的重要自然地理单元,流域内人类活动剧烈,生态问题突出,植被覆盖率下降.基于植被覆盖度快速实现流域内生态环境质量的全面评价,是打造生态和谐宜居示范区的重要支撑,也是实现新时期首都生态文明建设的关键.本文选取1990年、2004年、2018年时相相近的3期Landsat TM/OLI数据,首先采用线性光谱混合模型进行植被覆盖度(FVC)的计算,再利用主成分分析法构建遥感生态指数(RSEI),并对二者时空变化规律及相关性进行探究.结果表明,1990—2018年,研究区平均植被覆盖度与遥感生态指数均呈现先增后减的趋势,植被覆盖度由0.36增长至0.43再降至0.41,遥感生态指数由0.545增加为0.584后又降至0.545.1990—2004年生态质量下降的区域集中分布在北京市主城区四周,环境质量改善的区域集中分布在北运河流域北部、中心城区及东南部,而2004—2018年生态质量下降的重点区域则向东南部流域下游转移,环境质量改善的区域则大面积减少.流域内生态质量保持稳定的区域大幅增加,生态质量差与较差区域占比连续降低,表明研究区大部分区域生态系统状况趋于稳...     

黄河上游生态脆弱区城市增长边界划定——以临夏回族自治州为例

黄河流域是我国重要的生态屏障和经济区,其上游水源涵养区对黄河流域的生态可持续发展起着决定性的作用。因此,科学统筹城乡发展、合理划定城市增长边界（UGB）,对于黄河流域生态保护与城市高质量发展具有重要意义。以黄河上游典型城市临夏回族自治州为研究对象,基于土地利用及相关遥感数据,运用遥感生态指数（RSEI）、生态敏感性分析评估了临夏回族自治州的生态质量,并在此基础上,结合CA-Markov对比分析了有无生态环境质量评价条件下未来城市增长边界发展情况。结果表明：（1）2005—2015年,临夏回族自治州生态环境整体较差且逐年下降,2015年生态质量（RSEI）结果降至最低（0.38）。同时,生态敏感性也从中度敏感变为低度敏感。（2）2005—2015年,研究区城市扩张面积增长6.04 km²,通过CA-Markov模拟得到的2030年城市建设用地规模为95.88 km²,超出规划面积3.2 km²,城市扩张未得到有效约束。（3）RSEI-CA-Markov模拟2030年的城市建设用地为90.36 km²,小于政府规划面积2.32 km²,符合城市可持续发展要求。因此,基于RSEI-CA-Markov划定的黄河上游生态脆弱地区UGB具有更强的城市管理能力,有利于引导和实现城市可持续发展,也可对中国其他生态脆弱城市生态—经济协调发展提供参考依据。     

基于遥感信息的吕梁山贫困区生态安全评价

本文基于四个时段的遥感影像光谱信息计算了吕梁山连片贫困区的遥感生态指数（RSEI）及植被覆盖度（FVC）,分析了其生态环境时空变化规律.结果表明：（1）1993~2018年间研究区FVC整体呈下降趋势,FVC由1993年0.65下降到2018年0.55;而RSEI整体上亦呈下降趋势,由1993年的0.47下降到2018年的0.40.（2）研究区整体生态环境呈退化趋势,其中北部、南部退化最为严重,除黄河沿岸外,其他河道沿线区域的FVC及生态环境退化明显.（3）研究区RSEI值整体偏低且区域差异性显著,其中部地区是生态环境最为脆弱,北部忻州及南部临汾地区近年来生态环境退化尤为显著.（4）FVC变化趋势与RSEI变化趋势基本一致,FVC的增加对生态环境产生积极影响,而经济快速发展带来的道路、建筑用地、农田的增加对生态环境产生消极影响.区域扶贫发展的过程中应注意平衡经济发展与生态环境保护间的关系,避免进一步损害该区脆弱的生态环境.     

基于格局-质量-服务的生态保护修复成效评估:以额尔齐斯河流域为例

建立生态保护修复工程实施成效评估方法体系,掌握“山水林田湖草”生态保护修复试点工程实施成效,分析评估结果中发现的问题,对于提出新时期生态环境保护修复的对策与建议具有重要意义. 额尔齐斯河流域具有极其典型的“山水林田湖草”生命共同体特征,额尔齐斯河流域生态保护修复工程的实施为探索西北干旱地区生命共同体保护修复模式提供了示范作用. 基于“山水林田湖草”生命共同体理念,从生态系统格局、质量和服务三个角度建立评价指标体系,通过对比非生态保护修复期和生态保护修复期内评估指标的时空变化情况,综合评估额尔齐斯河流域“山水林田湖草”生态保护修复工程实施生态环境成效. 结果表明:①生态系统类型的生态级别整体由“低”向“高”转变,草地生态系统退化趋势得到遏制且面积得到恢复,水域生态系统面积由2010年的1 802.02 km2持续增至2020年的1 994.84 km2,林地生态系统面积仍有所减少. ②工程建设区生态系统质量指数先降后增,其中生态保护修复期内生态系统质量指数增长相对明显. ③生态保护修复工程实施后,各生态系统服务指标变化率均有所增长,其中防风固沙指数增长最为显著. 研究显示,额尔齐斯河流域“山水林田湖草”生态保护修复工程成效显著,但由于工程建设区内生态本底的差异性,整体上各工程分区生态保护修复成效由北向南逐渐递减. 在后续生态保护修复工作中,建议基于额尔齐斯河流域中部和南部自然地理单元分布等区域特征,采取有针对性的对策措施,进一步恢复生态用地和提升生态系统服务.      

黄河流域高质量发展的生态保护与国土空间利用策略

研究面向黄河流域高质量发展的生态保护与国土空间利用策略,对推进黄河流域生态文明建设和促进全国区域平衡发展具有重要现实意义。以高质量发展为导向,基于“压力—状态—响应”关系,提出黄河流域高质量发展的生态保护与国土空间利用策略研究框架;分析黄河流域城镇化发展压力带来的土地开垦、生态退耕和建设占用等生态建设与土地开发行为,及其对国土空间格局和生态系统的影响;并从国土空间开发利用限制和资源环境承载能力的视角揭示了黄河流域生态保护、农业生产与国土空间开发的限制性差异;根据目前黄河流域存在的突出问题和独特的“自然—人文”特征,提出面向黄河流域高质量发展的生态保护与国土空间利用策略;实施黄河流域“水资源保护—绿色发展—文化传承”建设协同发展战略,开展黄河流域国家自然保护区保护、生态基础设施网络建设、绿色产业发展与特色文化传承战略部署,并制订相关引导政策与保障措施,为黄河流域高质量发展提供支撑保障。     

三江源区生态系统状况变化及其成因

三江源区是黄河、长江和澜沧江的发源地.为研究三江源区生态系统状况变化及其可能成因,利用InVEST（Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）、RUSLE（Revised Universal Soil Loss Equation）和RWSQ（Revised Wind Erosion Equation）模型模拟,结合实地观测数据,系统全面地评估2000年以来三江源区生态系统构成、质量和服务功能变化,并揭示其成因.结果表明:① 2000—2010年三江源区生态系统结构基本稳定.草地退化状况轻微好转,产草量和生产力微弱增加.植被生长季水热条件的改善是促使产草量增加和草地退化态势趋缓的重要原因,同时生态工程的实施也发挥了积极作用.② 2005—2010年局部重点生态工程区的水土流失状况轻微好转,但区域整体好转趋势不明显.土壤中w（有机质）明显增加,但对于土壤保持功能起到关键作用的植被根系层的恢复却比较缓慢,降雨侵蚀力的增强加速了土壤侵蚀过程,生态系统的土壤保持功能基本上没有提高.③ 2000—2013年地表水、地下水资源量和土壤湿度均呈明显增加趋势,水质稳定在GB 3838—2002《地表水环境质量标准》划定的Ⅰ~Ⅱ类.降水量和冰川/积雪融水量增加导致径流量增大,气候变暖引起的冻土退化导致地下水库枯水季径流调节作用增强.④ 生态工程实施后,生物栖息地的生境退化状况轻微改善,野生动物的分布范围和种群数量都有了较为明显的增加.      

玛曲高寒湿地生态服务价值研究

甘肃玛曲高寒湿地是我国青藏高原具有极高生态价值和社会效益的大型多功能高寒湿地,是全人类宝贵的自然财富。结合甘肃玛曲湿地的自然地理概况,在提出高寒玛曲湿地的生态服务功能分类系统的基础上,对玛曲高寒湿地的生态系统服务价值进行了简单的估算,结果显示玛曲高寒湿地具体很大的生态服务价值,所以保护玛曲湿地是整个黄河流域经济建设和保障国家生态安全的需要。     

黄河流域生态保护与高质量发展的耦合关系及交互响应

在分析生态保护与高质量发展耦合机理的基础上,以省域为研究单元评价黄河流域生态保护与高质量发展的耦合协调度,并与长江经济带进行对比;利用面板VAR模型定量考察黄河流域生态保护与高质量发展的交互响应关系。主要结论如下：（1）研究期内黄河流域生态保护指数和高质量发展指数均呈现增长的趋势,总体均呈现中下游地区高于上游地区的格局。（2）研究期内黄河流域生态保护与高质量发展的耦合协调度整体呈现增长的态势,其中2003—2011年耦合协调度小于0.5,属于拮抗阶段;2012—2017年耦合协调度处于0.5~0.7之间,属于磨合阶段;耦合协调度总体呈现下游>中游>上游的空间格局,在省域层面山东和陕西的耦合协调度最大,宁夏和青海的耦合协调状况最差。（3）黄河流域的生态保护指数略高于全国平均水平,但低于长江经济带;高质量发展指数和耦合协调度都低于全国平均水平,与长江经济带的差距更大。（4）黄河流域生态保护与高质量发展两个子系统都存在正向累进效应和惯性发展特征,并且两者对于自身的影响程度都呈现逐步下降的态势,其中高质量发展对自身的影响程度下降更为明显;黄河流域生态保护与高质量发展具有正向促进作用,但由于生态保护和高质量发展水平偏低且内部发展不均衡,造成二者的作用机制不显著。     

历史时期黄河流域城市空间格局演变与影响因素

研究历史时期黄河流域城市的空间格局演变,能够更好地理解人居环境的特点和发展脉络,对当今黄河流域生态保护、城镇发展有重要的现实价值。采用哈佛大学CHGIS数据库中城市时间序列数据,以及历史人口数据、流域和高程数据,通过实证分析,梳理黄河流域城市时空格局演变过程与影响因素。研究发现：（1）城市数量变化可划分为五个阶段。（2）一级延续稳定区,以今安阳为中心的河南北部城市高密集区和以今西安为中心的关中城市高密集区;以今济南、太原、洛阳为中心的次高密集区。二级延续稳定区分为五条重要的城市带,即渭河城市带、汾河城市带、鲁中山地北麓城市带、太行山东麓城市带及运河城市带。（3）城市重心迁移的平均距离为32 km,人口重心迁移的平均距离为95.78 km,城市和人口的分布有着较密切的联系。（4）气温、降水、高程、与河流的距离、黄河下游河道的变迁等自然因素,以及战争、都城转移和人工运河等人文因素共同影响了历史时期黄河流域城市的时空格局。