基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

劉曉曼 ,王 橋 ,孫中平 ,候 鵬 ,莊大方 ,王昌佐 (1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京100101；.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心,北京 10009)

基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

劉曉曼1,2,王 橋2,孫中平2,候 鵬2,莊大方1*,王昌佐2(1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京100101；2.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心,北京 100029)

以生態(tài)系統(tǒng)健康及壓力－狀態(tài)響應(yīng)模型作為研究方法,設(shè)計(jì)了一套基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)體系和技術(shù)流程.同時(shí)選擇向海濕地自然保護(hù)區(qū)為示范區(qū),以環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星 CCD影像為數(shù)據(jù)源, 對(duì)指標(biāo), 對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)健康現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià).結(jié)果表明,向海濕地自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)不健康、中等健康、較健康和相對(duì)健康的區(qū)域面積分別占整個(gè)自然保護(hù)區(qū)總面積的 46.49%、18.02%、21.18%、14.31%,整個(gè)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平一般,人類干擾嚴(yán)重,組織結(jié)構(gòu)不太合理.向海濕地自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平一般的主要原因是人類活動(dòng)日益增強(qiáng)和年降水量明顯減少.

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星影像；自然保護(hù)區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)健康；評(píng)價(jià)

自然保護(hù)區(qū)能為人類提供生態(tài)系統(tǒng)的天然“本底”,是各類自然生態(tài)系統(tǒng)和野生生物物種的天然貯存庫(kù)[1],對(duì)維護(hù)國(guó)家生態(tài)環(huán)境安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.但當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)受各種自然或人為因素干擾,超過(guò)本身的適應(yīng)能力時(shí),必然會(huì)在某些方面出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的損傷或者退化、生產(chǎn)力下降、生物多樣性減少、對(duì)環(huán)境的調(diào)節(jié)能力下降等,具有脆弱性[2].近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使,自然保護(hù)區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)和農(nóng)墾等人類活動(dòng)日漸明顯,甚至有些自然保護(hù)區(qū)被滿負(fù)荷、超負(fù)荷的開發(fā)利用,出現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)不斷退化的嚴(yán)峻局面,也導(dǎo)致自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能嚴(yán)重受損,生態(tài)系統(tǒng)健康水平下降,直接威脅到保護(hù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展.生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)是將功能完好與病態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)區(qū)分開并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析,從而診斷產(chǎn)生病態(tài)的原因,制定預(yù)防及恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的方法[3].國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者,從各個(gè)研究領(lǐng)域,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究[4－15].但將生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)理論和方法應(yīng)用于自然保護(hù)區(qū)的研究不多,總體上看,自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康研究仍處在初步階段,還沒(méi)有形成一套完整和系統(tǒng)的理論體系和可行的評(píng)價(jià)方法.

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)繼氣象、海洋、資源衛(wèi)星系列之后發(fā)射的又一新型的民用衛(wèi)星系統(tǒng),它具有中高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率、寬觀測(cè)帶寬性能,可對(duì)我國(guó)環(huán)境變化實(shí)施大范圍、全天候、全天時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),初步滿足我國(guó)大范圍、多目標(biāo)、多專題的環(huán)境遙感業(yè)務(wù)化運(yùn)行的實(shí)際需要.本研究針對(duì)2008年9月發(fā)射的環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù),以生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)理論為依據(jù),探討了一套基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)體系和技術(shù)流程,并選擇向海濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)作為示范區(qū)進(jìn)行了研究,以期為自然保護(hù)區(qū)的規(guī)劃、管理和保護(hù)提供決策依據(jù).

1 自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)理論

選擇OECD(聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作開發(fā)署)建立的壓力—狀態(tài)—響應(yīng)框架模型[16－17]作為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)健康評(píng)價(jià)的基礎(chǔ).這一框架模型具有非常清晰的因果關(guān)系,即人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境施加了一定的壓力;因?yàn)檫@個(gè)原因,環(huán)境狀態(tài)發(fā)生了一定的變化;而人類社會(huì)應(yīng)當(dāng)對(duì)環(huán)境的變化作出響應(yīng),以恢復(fù)環(huán)境質(zhì)量或防止環(huán)境退化.而這3個(gè)環(huán)節(jié)正是決策和制定對(duì)策措施的全過(guò)程.根據(jù)該模型,同時(shí)結(jié)合國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估的需要, 設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的壓力－狀態(tài)－響應(yīng)模型(圖1):錯(cuò)誤！

圖1 壓力-狀態(tài)-反映概念框架模型Fig.1 Modle of P-S-R

壓力指標(biāo):主要描述人類干擾對(duì)自然保護(hù)區(qū)帶來(lái)的影響和脅迫,其中自然干擾無(wú)規(guī)則、不穩(wěn)定、難以度量,人類干擾主要指以人類活動(dòng)為主的生態(tài)動(dòng)力源[18].

狀態(tài)指標(biāo):反映自然保護(hù)區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能,具有活力、穩(wěn)定和自調(diào)節(jié)的能力.評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)是否健康可以從活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力等3個(gè)主要特征來(lái)定義[19].活力表示自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能,可根據(jù)新陳代謝或初級(jí)生產(chǎn)力等測(cè)量;生態(tài)系統(tǒng)的組織是指系統(tǒng)的物種組成結(jié)構(gòu)及其物種間的相互關(guān)系,反映生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能;恢復(fù)力也稱抵抗能力,根據(jù)脅迫出現(xiàn)時(shí)維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的能力評(píng)價(jià),當(dāng)系統(tǒng)變化超過(guò)其恢復(fù)力時(shí),系統(tǒng)立即“跳躍”到另一個(gè)狀態(tài),很多學(xué)者用彈性度來(lái)反映該指標(biāo)[20].自然保護(hù)區(qū)生態(tài)狀態(tài)指數(shù)表達(dá)式:

式中:NRSI為自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù);V為自然保護(hù)區(qū)生態(tài)活力指數(shù);O為自然保護(hù)區(qū)生態(tài)組織指數(shù),用0～1間的數(shù)值來(lái)表示; R為自然保護(hù)區(qū)生態(tài)彈性指數(shù),用0～1間的數(shù)值表示.

響應(yīng)指標(biāo):自然保護(hù)區(qū)受到人類干擾時(shí),會(huì)出現(xiàn)一系列的變化,包括人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的變化.反映可以通過(guò)以下指標(biāo)來(lái)體現(xiàn):一是與人類經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)有關(guān)的指標(biāo),包括人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、財(cái)政收入、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等;二是與人類健康有關(guān)的指標(biāo),包括各種污染物的排放等等[20].

2 基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法

2.1 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星遙感影像特點(diǎn)

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星是由2顆光學(xué)衛(wèi)星和1顆雷達(dá)衛(wèi)星組成的星座,2008年9月6日發(fā)射,已經(jīng)發(fā)射在軌運(yùn)行的2顆光學(xué)星擁有寬覆蓋CCD相機(jī)、超光譜成像儀和紅外相機(jī)等傳感器.環(huán)境一號(hào)A、B星各自搭載了兩個(gè)寬覆蓋CCD相機(jī)(CCD1和CCD2),空間分辨率是 30m,幅寬分別是 360km,2個(gè)單景的CCD影像拼接后,可覆蓋地面720km的空間范圍,具有很好的寬覆蓋特征,單景CCD影像覆蓋區(qū)域接近于4幅TM影像的范圍.CCD影像的重訪周期設(shè)計(jì)為4d,環(huán)境一號(hào)A、B星協(xié)同,大約 2d即可全面覆蓋地面,時(shí)間分辨率高,在獲取CCD影像有效數(shù)據(jù)能力方面具有明顯優(yōu)勢(shì).主要地物覆蓋類型在CCD影像上的光譜特征從色調(diào)、紋理、幾何特征等方面看,與 TM影像接近,能夠滿足自然保護(hù)區(qū)主要地物類型的識(shí)別.

2.2 基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.1 指標(biāo)體系的建立 根據(jù)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)理論,構(gòu)建3個(gè)層次的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.第1層次是項(xiàng)目層,即壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)項(xiàng)目;第2層次是評(píng)價(jià)因素層,即每一個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則具體通過(guò)哪些因素決定;第3層次是指標(biāo)層,即每個(gè)評(píng)價(jià)因素有哪些具體指標(biāo)來(lái)表達(dá), 同時(shí)給出每個(gè)指標(biāo)層的數(shù)據(jù)來(lái)源,構(gòu)建了 3個(gè)層次的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,同時(shí)給出每個(gè)指標(biāo)層的數(shù)據(jù)來(lái)源,見表1.

表1 自然保護(hù)區(qū)生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Assessment indicators of ecosystem health of nature reverse

2.2.2 指標(biāo)提取方法 土地利用程度:土地利用程度反映自然保護(hù)區(qū)土地利用的廣度和深度,其定量表達(dá)式為[21]:

式中:L為自然保護(hù)區(qū)土地利用程度綜合指數(shù); Ai為自然保護(hù)區(qū)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù); Ci為自然保護(hù)區(qū)內(nèi)第i級(jí)土地利用程度面積百分比; n為自然保護(hù)區(qū)土地利用程度分級(jí)數(shù).

人類干擾強(qiáng)度:人類干擾指數(shù)強(qiáng)度是將自然保護(hù)區(qū)土地覆蓋中的耕地、建設(shè)用地和道路提取出來(lái),計(jì)算這些人工景觀在區(qū)域內(nèi)所占的面積比,其計(jì)算公式為:

式中:HIS是人類干擾強(qiáng)度; Sc、Sa、Sr分別是建設(shè)用地、農(nóng)業(yè)用地、道路用地的面積; S是研究區(qū)總面積.

歸一化植被指數(shù):該指數(shù)能反映自然保護(hù)區(qū)植被冠層的背景影響,且與植被覆蓋度有關(guān),可以用來(lái)監(jiān)測(cè)植被生長(zhǎng)活動(dòng)的季節(jié)與年際變化.計(jì)算公式為[22]:

式中:ρNIR是環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星近紅外波段反射率,ρRED為環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星紅光波段反射率.

景觀多樣性指數(shù):景觀多樣性指數(shù)是采用生態(tài)系統(tǒng)(或斑塊)類型及其在景觀中所占面積比例,其表達(dá)式為[23]:

式中:SHDI為多樣性指數(shù), Pk是景觀類型k所占面積的比例;n為景觀類型數(shù)目.在一個(gè)景觀系統(tǒng)中,SHDI值越大,景觀類型越豐富.

景觀破碎度指數(shù):景觀破碎度指數(shù)用于描述整個(gè)景觀或某一景觀類型在給定時(shí)間和給定性質(zhì)上的破碎化程度,計(jì)算公式如下[23]:

式中:FNi為景觀破碎度指數(shù),Ni為第 i類斑塊個(gè)數(shù),Ai第i類斑塊的總面積.

生態(tài)彈性度指數(shù):健康的生態(tài)系統(tǒng)具有彈性,當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)受壓力脅迫后,有能力保持結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定.在評(píng)價(jià)過(guò)程中,根據(jù)不同地物覆蓋對(duì)生態(tài)彈性度的貢獻(xiàn)和作用不同,把不同土地覆蓋進(jìn)行生態(tài)彈性度分級(jí)用來(lái)反映生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力.生態(tài)彈性度指數(shù)(EEI)計(jì)算公式如下[20]:

式中:EEI為生態(tài)彈性度指數(shù);Si為i類土地利用類型的面積;Fi為i類土地利用的彈性度分值;S為研究區(qū)總面積.

2.3 基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法及流程

確定評(píng)價(jià)單元:以網(wǎng)格作為評(píng)價(jià)單元,不同面積大小的自然保護(hù)區(qū)根據(jù)需要采用不同大小的網(wǎng)格.每個(gè)指標(biāo)分別以單個(gè)格網(wǎng)為單元進(jìn)行提取.

確定指標(biāo)權(quán)重:根據(jù)文獻(xiàn)[5],同時(shí)結(jié)合自然保護(hù)區(qū)的實(shí)際情況,根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)健康的貢獻(xiàn)大小,對(duì)項(xiàng)目層和指標(biāo)層的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配.

指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化:對(duì)指標(biāo)因子值按該指標(biāo)的最高值或最低值處理[24],如果某評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值與保護(hù)區(qū)生態(tài)健康狀況呈正相關(guān)(如歸一化植被指數(shù)越大,生態(tài)健康水平越高),則該評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦值采用式(8);如果某評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值與保護(hù)區(qū)生態(tài)健康狀況呈負(fù)相關(guān)(如人類干擾強(qiáng)度越大,生態(tài)健康水平越低),則該評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦值采用式(9).

或

式中:Ci為評(píng)價(jià)指標(biāo)i因子的標(biāo)準(zhǔn)化值;Xmin、Xmax、Xi分別為評(píng)價(jià)指標(biāo)最小值、最大值、該指標(biāo)i因子的實(shí)際值.

確定自然保護(hù)區(qū)生態(tài)健康模型:用加權(quán)求和的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)健康評(píng)價(jià),將評(píng)價(jià)單元各因子量化值與權(quán)重相乘并求和,獲得該評(píng)價(jià)單元的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值.即:

式中:RAEHI為生態(tài)健康指數(shù);Wi為 i因子權(quán)重值;Ci為i因子無(wú)量綱量化值.

評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):依據(jù)計(jì)算出的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)健康評(píng)價(jià)指數(shù)確定出健康級(jí)別,具體分級(jí)區(qū)間見表2[20].

表2 自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)分級(jí)Table 2 Level standard of ecosystem health index of nature reserve

建立了基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)流程,見圖2.

3 案例研究

3.1 研究區(qū)簡(jiǎn)介

向海濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于吉林省西部 通 榆 縣 境 內(nèi) (44°51′N～45°17′N,122°04′E～22°42′E),面積 105400hm2,以保護(hù)世界珍稀瀕危水禽丹頂鶴等及濕地沼澤生態(tài)系統(tǒng)為主要任務(wù),1992年被列入《國(guó)際重要濕地名錄》,同年又被世界野生生物基金會(huì)評(píng)為“具有國(guó)際意義的A級(jí)自然保護(hù)區(qū)”[25].本文以向海濕地自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū),以2008年9月23日的環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星HJ1A-CCD2-453-59影像為數(shù)據(jù)源,利用國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)技術(shù)流程,對(duì)指標(biāo)進(jìn)行提取,對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)健康現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià).

圖2 基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)技術(shù)流程Fig.2 Map of process of assessment of ecosystem health of nature reserve based on HJ-1 satellites斜框表示數(shù)據(jù)和成果,豎框表示數(shù)據(jù)處理和計(jì)算過(guò)程

3.2 評(píng)價(jià)單元

采用 500m的網(wǎng)格為評(píng)價(jià)單元,整個(gè)向海濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)共劃分為4350個(gè)評(píng)價(jià)單元.

3.3 數(shù)據(jù)來(lái)源和處理

對(duì)環(huán)境衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮、波段合成、幾何精糾正等圖像預(yù)處理.采用人工交互解譯的方法,對(duì)向海濕地自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行土地利用分類,對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行野外核查、室內(nèi)糾正,精度達(dá)到 85%以上,分類精度符合使用要求.根據(jù)該保護(hù)區(qū)實(shí)際情況,土地利用類型分為如下幾類:耕地、林地、草地、湖泊、水庫(kù)、沼澤、鹽堿地、農(nóng)村居民點(diǎn).由于整個(gè)自然保護(hù)區(qū)全部位于吉林省通榆縣內(nèi),人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、COD、SO2濃度均相同,故在本評(píng)價(jià)中不予考慮.以網(wǎng)格為單位,對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和分級(jí)賦值處理.權(quán)重分配主要依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[5],同時(shí)結(jié)合自然保護(hù)區(qū)的實(shí)際情況確定.由于響應(yīng)指標(biāo)相同,本研究不考慮,壓力和狀態(tài)指標(biāo)權(quán)重分別為:0.3、0.7.其中壓力屬下2個(gè)指標(biāo)權(quán)重為:土地利用程度(0.5)、人類干擾強(qiáng)度(0.5);狀態(tài)屬下 3個(gè)指標(biāo)權(quán)重為:活力(0.2)、組織(0.5)、彈性(0.3);組織屬下2個(gè)指標(biāo)權(quán)重為:景觀多樣性指數(shù)(0.4)、景觀破碎度指數(shù)(0.6).參考相關(guān)文獻(xiàn)[20],同時(shí)根據(jù)向海濕地自然保護(hù)區(qū)的實(shí)際情況,對(duì)其彈性度分值給予賦值,如表3所示.

圖3 向海濕地保護(hù)區(qū)人類干擾強(qiáng)度、土地利用程度、植被指數(shù)、景觀多樣性、景觀破碎度、強(qiáng)度性及生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)Fig.3 Map of human interference strength, land utilization degree, NDVI, landscape diversity index, landscape fragmentation index, flexibility index and ecosystem health status

表3 向海濕地彈性指數(shù)表Table 3 Index of ecological flexibility index of wetland

3.4 向海濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果

由圖3可見,向海濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)不健康的區(qū)域面積為 479.70km2,中等健康的區(qū)域面積為 185.89km2,較健康的區(qū)域面積為 218.55km2,相對(duì)健康的區(qū)域面積為147.59km2,分別占整個(gè)自然保護(hù)區(qū)總面積的46.49%、18.02%、21.18%、14.31%,整個(gè)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康一般,人類活動(dòng)明顯,組織結(jié)構(gòu)不太合理,濕地生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)開始退化.該保護(hù)區(qū)人類干擾強(qiáng)度和土地利用程度較高,人類干擾強(qiáng)度高的區(qū)域占整個(gè)保護(hù)區(qū)總面積的31.93%,土地利用程度高的區(qū)域占整個(gè)保護(hù)區(qū)總面積的42.67%.活力指數(shù)不高,NDVI較低的區(qū)域面積占整個(gè)自然保護(hù)區(qū)面積的26.15%,NDVI中等的區(qū)域占整個(gè)自然保護(hù)區(qū)總面積的41.26%.多樣性指數(shù)、破碎度指數(shù)和生態(tài)彈性度指數(shù)均較低,這主要是由于該保護(hù)區(qū)耕地面積不斷擴(kuò)大,在空間上日益連片,不斷侵占濕地造成.

3.5 向海濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平下降原因

通過(guò)應(yīng)用環(huán)境衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)對(duì)向海濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平進(jìn)行分析,結(jié)果表明,該自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康水平一般,這是人類活動(dòng)和自然等眾多因素共同作用的結(jié)果.

人類活動(dòng)日益增強(qiáng),隨著人口數(shù)量的持續(xù)增加,以農(nóng)牧業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)的通榆縣(保護(hù)區(qū)位于該縣),農(nóng)耕強(qiáng)度和放牧強(qiáng)度不斷增加,一方面不斷侵占濕地,導(dǎo)致濕地面積下降,另一方面,導(dǎo)致一些湖邊的草灘、沼澤地出現(xiàn)過(guò)度開發(fā)現(xiàn)象,許多濕地發(fā)生鹽沼化.

年降雨量明顯減少,有學(xué)者研究表明[25],向海地區(qū)的年降雨量呈現(xiàn)出減少趨勢(shì),且降雨量的多少與濕地總面積存在著同步關(guān)系.由于降雨量的減少,而與此同時(shí)人口數(shù)量持續(xù)增加,導(dǎo)致用水量越來(lái)越大,濕地自身的環(huán)境越來(lái)越惡化,該保護(hù)區(qū)鹽堿化現(xiàn)象嚴(yán)重.

4 結(jié)論

4.1 以生態(tài)系統(tǒng)健康理論為基礎(chǔ),以壓力－狀態(tài)－響應(yīng)模型為主線,建立了自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的方法.設(shè)計(jì)了一套基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)的自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)體系和技術(shù)流程.

4.2 選擇向海濕地自然保護(hù)區(qū)為示范,以環(huán)境衛(wèi)星CCD為數(shù)據(jù)源,對(duì)向海濕地自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明,相對(duì)不健康的區(qū)域面積為 479.70km2,中等健康的區(qū)域面積為 185.89km2,較健康的區(qū)域面積為 218.55km2,相對(duì)健康的區(qū)域面積為 147.59km2,分別占整個(gè)自然保護(hù)區(qū)總面積的46.49%、18.02%、21.18%、14.31%,該保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康一般.

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Assessment of ecosystem health of nature reserve based on HJ-1 remote sensing imagery.

LIU Xiao-man1,2, WANG Qiao2, SUN Zhong-ping2, HOU Peng2, ZHUANG Da-fang1*, WANG Chang-zuo2(1.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China；2.Environment Satellite Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029, China ). China Environmental Science, 2011,31(5)：863～870

According to the theories and approaches of the ecosystem health and the press-state-response model, the indicators, assessment method and technological process of ecosystem health of nature reserve based on HJ-1 CCD remote sensing imagery were built in this study. Meanwhile, by using HJ-1 CCD remote sensing imagery, according to the assessment cell of grid, the study assessed the present situation of ecosystem health and explores the spatial distributing rules of Xianghai wetland nature reserve. The following results were obtained: In the structure of wetland ecosystem health of Xianghai wetland nature reserve, not-healthy area 46.49%, medium-healthy area18.02%, less-healthy area 21.18%, healthy area 14.31%. The wetland ecosystem heath was ordinary. The human interference strength was very strong. The organization and structure was irrational. The main reasons were attributed to the increasing human activity and the decrease of precipitation per-year.

HJ-1 remote sensing imagery；nature reserve；ecosystem health；assessment

X820

A

1000-6923(2011)05-0863-08

2010-09-06

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAC08B02, 2008BAC34B06)

* 責(zé)任作者, 研究員, zhuangdf@igsnrr.ac.cn

劉曉曼(1979-),女,湖北宜昌人,中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所博士研究生,主要從事自然保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)以及生態(tài)遙感應(yīng)用方面的研究.發(fā)表論文近10篇.