淮河干流岸邊帶生態(tài)健康遙感評(píng)估

殷守敬,吳傳慶,王 晨,馬萬(wàn)棟*,何游云(1.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心,北京 100094；2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)衛(wèi)星遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100094；.北京林業(yè)大學(xué),北京 10008)

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淮河干流岸邊帶生態(tài)健康遙感評(píng)估

殷守敬1,2,吳傳慶1,2,王 晨1,2,馬萬(wàn)棟1,2*,何游云3(1.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心,北京 100094；2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)衛(wèi)星遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100094；3.北京林業(yè)大學(xué),北京 100083)

摘要：結(jié)合高分辨率遙感影像在岸邊帶范圍提取、生態(tài)系統(tǒng)高精度分類、生態(tài)結(jié)構(gòu)特征提取方面的優(yōu)勢(shì),將景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)納入岸邊帶生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)體系,從生態(tài)功能、生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)脅迫三個(gè)方面對(duì)淮河干流岸邊帶生態(tài)健康狀況進(jìn)行全面調(diào)查評(píng)估.評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,淮河干流岸邊帶生態(tài)健康指數(shù)低于0.3,生態(tài)健康狀況總體處于較差水平,并具有明顯的空間走向特征,從上游到中游呈現(xiàn)出生態(tài)環(huán)境狀況逐漸變差、再略有改善的趨勢(shì).通過(guò)對(duì)淮河干流岸邊帶生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的分析,認(rèn)為人類開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大、植被覆蓋率低、自然岸線保有率低、人為干擾強(qiáng)度大是造成淮河干流岸邊帶生態(tài)健康狀況較差的主要原因.

關(guān)鍵詞：生態(tài)健康；岸邊帶；遙感；評(píng)估；淮河干流

* 責(zé)任作者, 高級(jí)工程師, mawd@163.com

河岸帶是河流生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)渡區(qū)域,也是水陸生態(tài)系統(tǒng)之間物質(zhì)和能量交換的緩沖帶,在污染物截留、水源涵養(yǎng)、河岸穩(wěn)固、生物多樣性維持和景觀改善等方面具有重要作用[1].近年來(lái),在人們對(duì)物質(zhì)生活條件提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的訴求下,城市化、工業(yè)化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及水利工程建設(shè)不斷推進(jìn),對(duì)河流及其周邊土地資源的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、范圍不斷擴(kuò)大,使得岸邊帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大改變,河岸帶生態(tài)系統(tǒng)健康受損、生態(tài)功能退化,對(duì)區(qū)域生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)重大隱患.

目前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)河岸帶生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)開(kāi)展了廣泛研究,主要集中在河岸帶結(jié)構(gòu)及其變化、河岸帶寬度、河岸帶功能和河岸帶修復(fù)及其維護(hù)管理等方面[2],尤其是在岸邊帶結(jié)構(gòu)對(duì)污染物去除效果的影響研究方面[3],取得了重要成果.但是,目前的研究尺度大多在微觀與中觀水平上,缺少?gòu)木坝^角度及流域尺度上對(duì)河岸帶的定量研究,河岸帶景觀格局動(dòng)態(tài)及其影響因素工作不夠深入[4],對(duì)岸邊帶生態(tài)健康研究目前還處于探索階段[5].王文杰等[6]提出的流域生態(tài)健康評(píng)價(jià)框架中將岸邊帶作為一個(gè)單獨(dú)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià),并應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)部《流域生態(tài)健康評(píng)估技術(shù)指南》[7]和相關(guān)研究[8],一般情況下,將岸邊帶作為一個(gè)指標(biāo)對(duì)流域生態(tài)健康進(jìn)行總體評(píng)價(jià)[9-10].遙感的大范圍、瞬時(shí)成像等特點(diǎn),使其成為流域和岸邊帶生態(tài)健康評(píng)價(jià)的重要數(shù)據(jù)源,而高空間分辨率、高光譜分辨率遙感技術(shù)的不斷發(fā)展,使遙感手段在岸邊帶范圍提取、精細(xì)化分類、結(jié)構(gòu)分析及其對(duì)河流健康狀況的影響研究等方面取得重要成果[11],也為河岸帶生態(tài)健康評(píng)估提供了新的思路.

淮河是我國(guó)七大河之一,20世紀(jì)80年代以來(lái),淮河流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致區(qū)域用水量、排污量劇增,河流水質(zhì)污染形勢(shì)逐年加重,污染事件頻發(fā).到2000年以后,隨著國(guó)家投入巨額資金開(kāi)展環(huán)境綜合整治,淮河水污染形勢(shì)才得到一定緩解[12-13].岸邊帶作為截留污染物入河的重要手段,對(duì)于河流水質(zhì)改善作用明顯,但目前還未開(kāi)展相關(guān)研究和工作全面了解淮河干流全河段河岸帶的建設(shè)狀況.本文結(jié)合高分遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn),將景觀結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)納入現(xiàn)有的生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù),通過(guò)影像解譯和指標(biāo)分析,對(duì)淮河干流河岸帶的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行全面的摸底調(diào)查與評(píng)估,為淮河流域水污染防治和區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供參考.

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

淮河發(fā)源于河南省南陽(yáng)市,干流流經(jīng)河南、安徽、江蘇三省,全長(zhǎng)1000km,總落差200m,可分為上中下游三部分.洪河口以上部分為上游,長(zhǎng)360km,地面落差178m;洪河口以下至洪澤湖出口中渡為中游,長(zhǎng)490km;中渡以下至三江營(yíng)為下游入江水道,長(zhǎng)150km.整個(gè)淮河流域地跨河南、湖北、安徽、江蘇和山東五省,總面積約27萬(wàn)km2,區(qū)域人口1.65億人,86%為農(nóng)業(yè)人口.流域年均降水量約900mm,年均徑流量452億m3.研究顯示,淮河干流主要污染物為氨氮(NH3-N),干流水質(zhì)在2000年后因淮河流域污染物入河總量的大幅度消減逐漸改善.

本研究采用的數(shù)據(jù)為成像時(shí)間在2013年5～9月之間的高分一號(hào)(GF-1)和資源三號(hào)(ZY-3)無(wú)云或少云(云覆蓋比例<1%)遙感影像,影像空間分辨率分別為8m/2m和6m/2m(多光譜/全色),輔助數(shù)據(jù)包括分辨率為30m的Aster GDEM高程數(shù)據(jù)、1:25萬(wàn)比例尺國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)DLG河流數(shù)據(jù).

由于淮河橫跨多個(gè)投影分帶,因此,首先選取橫跨中央經(jīng)線條帶(WGS_1984_UTM_50N,中央經(jīng)線117°E)中心線的全色影像,利用地面控制點(diǎn)進(jìn)行幾何精校正,并以此為基準(zhǔn),對(duì)其他全色影像進(jìn)行幾何精校正,然后對(duì)多光譜影像進(jìn)行配準(zhǔn)校正,在此基礎(chǔ)上利用DEM對(duì)影像進(jìn)行正射校正.幾何校正誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi).根據(jù)影像, 對(duì)DLG河流矢量線進(jìn)行修正,然后以此為基準(zhǔn)提取河岸帶緩沖區(qū)范圍,裁剪影像,通過(guò)影像融合獲得淮河干流岸邊帶2m分辨率的多光譜影像.最后依據(jù)地面采樣數(shù)據(jù)和構(gòu)建的土地利用分類系統(tǒng).分類系統(tǒng)包括林地、草地、農(nóng)田、人工用地(居住地、建筑工礦用地和交通用地)、水體(河流和湖泊)、濕地、裸露地和其它用地等8種一級(jí)土地利用類型和在此基礎(chǔ)上細(xì)化的23個(gè)二級(jí)土地利用類型.基于易康8.7軟件,構(gòu)建影像分類規(guī)則集,通過(guò)影像分割和面向?qū)ο蠓椒?對(duì)遙感影像進(jìn)行分類,并進(jìn)行目視解譯和結(jié)果修正.最后,利用采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證,總體分類精度高于95%.

表1 淮河干流9個(gè)分段情況Table 1 Information of the nine subsections of Huaihe River

河岸帶在狹義上是指水陸交界處至河水影響消失的地帶,廣義上是指江河或溪流的河道向外圍的擴(kuò)展,包括可以被洪水泛濫淹沒(méi)的部分以及河水可以進(jìn)入河岸植被冠層之下的陸地部分.研究人員針對(duì)不同的河岸帶功能目標(biāo)給出了不同的河岸帶寬度推薦值[14],認(rèn)為實(shí)現(xiàn)減少河岸侵蝕和污染消減功能需要河岸帶寬度達(dá)到5～65m,提供良好的生物棲息地需要達(dá)到10～500m.本研究予以折中,取200m作為河岸帶理想寬度.以糾正后的DLG矢量河岸線為界,向陸域做200m緩沖區(qū)作為河岸帶范圍.

根據(jù)流域重點(diǎn)斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)設(shè)置情況,將淮河干流分成9段,每個(gè)分段作為一個(gè)評(píng)估單元.

圖1 淮河干流及分段示意Fig.1 Location of the main stream and subsections of Huaihe River

2 淮河干流岸邊帶生態(tài)健康評(píng)估

2.1 指標(biāo)體系

岸邊帶生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取,結(jié)合現(xiàn)有的研究成果和評(píng)價(jià)方法[6-9,15],在環(huán)境保護(hù)部生態(tài)司出臺(tái)的流域生態(tài)健康評(píng)估技術(shù)指南[7]的基礎(chǔ)上,從科學(xué)性、系統(tǒng)性和數(shù)據(jù)的可獲取性出發(fā),充分發(fā)揮高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在地表高精度分類和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表達(dá)上的優(yōu)勢(shì),構(gòu)建、優(yōu)化二級(jí)指標(biāo)體系,以全面反映河岸帶生態(tài)功能、生態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生態(tài)脅迫狀況.

岸邊帶在污染物截留、生物棲息地維持和水土保持等多方面具備重要生態(tài)功能,因此選擇污染阻滯功能指數(shù)和生物棲息地功能指數(shù)兩個(gè)二級(jí)指標(biāo).其中,污染阻滯功能指數(shù)=SUM(生態(tài)系統(tǒng)類型分值×類型面積比例)=自然植被或濕地面積比例×1.0+人工植被面積比例×0.6+農(nóng)田面積比例×0.3+硬化人工表面面積比例×0.生物多樣性功能指數(shù)原指岸邊帶兩棲動(dòng)物和鳥(niǎo)類的數(shù)量情況,該數(shù)據(jù)獲取較困難,在此特指生物棲息地維持功能指數(shù),用灌木和林地面積比例表示.

在生態(tài)結(jié)構(gòu)特征方面,除了考慮植被覆蓋比例和自然岸線比例兩個(gè)傳統(tǒng)指標(biāo)作為二級(jí)指標(biāo)外,引入表征景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)的景觀生態(tài)學(xué)參數(shù)––植被平均斑塊面積這一指標(biāo).斑塊面積越大,說(shuō)明植被聚集度越高,生態(tài)功能效益越明顯.

生態(tài)脅迫狀況方面,引入景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)景觀破碎度指數(shù).景觀破碎度指自然分割及人為切割的破碎化程度,是度量人為活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的重要指標(biāo),同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的可獲取性,用景觀破碎度代替濕地退化指數(shù)作為二級(jí)指標(biāo),并保留人為干擾指數(shù)指標(biāo).人為干擾指數(shù)用建設(shè)用地和農(nóng)用地面積的百分比表示;景觀破碎度是表征景觀格局的生態(tài)指標(biāo),表征景觀被分割的破碎成果,反映人類對(duì)景觀的干擾程度,計(jì)算公式為:

式中:Ci為景觀i的破碎度;Ni為景觀i的斑塊數(shù);Ai為景觀i的總面積.

表2 河岸帶生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)體系Table 2 Assessment index system of riparian ecological health

2.2 評(píng)估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

對(duì)植被覆蓋比例、自然岸線比例、污染阻滯功能指數(shù)、生物多樣性功能指數(shù)、人為干擾指數(shù)等以百分比度量的指標(biāo),其值域范圍期望值為[0,1],取值大小具有比較明確的意義,不做標(biāo)準(zhǔn)化處理.其中,人為干擾指數(shù)為越小越優(yōu)型,即負(fù)相關(guān)變量,用1減去該變量,便于后續(xù)計(jì)算.

對(duì)植被平均斑塊面積和景觀破碎度等指標(biāo),其值域期望值未知,度量單位不一致,含義各不相同,難以對(duì)其實(shí)際數(shù)值進(jìn)行比較分析.因此,需要對(duì)其進(jìn)行量綱統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化處理.

首先,采用極差標(biāo)準(zhǔn)化處理方法進(jìn)行歸一化處理.

對(duì)正相關(guān)變量,植被平均斑塊面積,按照式(2)處理.

對(duì)負(fù)相關(guān)變量,景觀破碎度,按照式(3)處理.

式中:xi、xmax、xmin、zi分別為第i個(gè)指標(biāo)的原值、最大值、最小值、歸一化值.

歸一化的變量,值域范圍為[0,1].由于未經(jīng)歸一化處理的變量,其實(shí)際數(shù)值的值域區(qū)間往往小于[0,1],如植被比例的實(shí)際值域范圍為[0.0018, 0.2932],歸一化后的變量在進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)導(dǎo)致權(quán)重過(guò)大.因此,選擇相同指標(biāo)類型中的其它變量,參考其值域范圍,進(jìn)行二次標(biāo)準(zhǔn)化處理.對(duì)植被斑塊平均面積指標(biāo),以權(quán)重相同的自然岸線比例為參考,對(duì)景觀破碎度指標(biāo),以人為干擾指數(shù)為參考,按照式(4)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.

式中:yi、ymax、ymin分別為參考指標(biāo)的原值、最大值和最小值Zi′為標(biāo)準(zhǔn)化值.

2.3 生態(tài)健康狀況評(píng)估

河岸帶生態(tài)健康狀況的綜合評(píng)價(jià)采取各評(píng)估指標(biāo)加權(quán)求和計(jì)算的方法獲得[式(5)].由于評(píng)估的各個(gè)指標(biāo)大多數(shù)值域范圍為[0,1],預(yù)處理過(guò)程中僅對(duì)植被平均斑塊面積和景觀破碎度2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了歸一化標(biāo)準(zhǔn)化處理,所以評(píng)估指標(biāo)的取值基本上可以直接反映生態(tài)環(huán)境狀況情況.評(píng)價(jià)指數(shù)分值的值域范圍為[0,1],值越接近1,表示生態(tài)健康狀況越好.

生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI)=0.3×生態(tài)功能指數(shù)+0.4×生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)+0.3×生態(tài)脅迫指數(shù) (5)

2.4 生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)分級(jí)

生態(tài)健康評(píng)估中的3個(gè)一級(jí)指標(biāo)生態(tài)功能指數(shù)、生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)和生態(tài)脅迫指數(shù),以及生態(tài)健康綜合指數(shù)的值域范圍均為[0,1],各指標(biāo)得分值的大小反映了生態(tài)健康狀況好壞.對(duì)各個(gè)指標(biāo)從低到高分為5個(gè)等級(jí),很差、較差、一般、良好和優(yōu)秀5個(gè)等級(jí),見(jiàn)表3.

表3 生態(tài)健康評(píng)估各評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)Table 3 Evaluation standard of ecological health index evaluation

3 結(jié)果與分析

3.1 淮河干流土地利用類型及岸線類型情況

根據(jù)遙感影像解譯結(jié)果,將河流和湖泊水體、濕地等類型排除,統(tǒng)計(jì)岸邊帶各土地利用類型面積比例,結(jié)果如表4所示.結(jié)果顯示,淮河干流整體林地、草地等植被覆蓋率較低,僅有8.2%,農(nóng)田和人工用地面積比例非常高,分別達(dá)到73.2%和18.1%,人類開(kāi)發(fā)強(qiáng)度總體較大.

在各個(gè)分段上,農(nóng)田也是面積比例最高的主導(dǎo)性土地利用類型.其中,最高的白馬湖段農(nóng)田比例高達(dá)85%,最低的關(guān)甘岸橋段也超過(guò)50%.居民地和建筑用地等人工用地是除農(nóng)田外的比例最高的土地利用地類型,在最高的東淝河段比例超過(guò)30%,最低的關(guān)甘岸橋段比例為11.2%.林地面積關(guān)甘岸橋段最高,為36.6%,其他分段均低于10%,白馬湖段等多個(gè)分段低于5%.圖2為盱眙淮河段典型區(qū)域影像與土地利用類型圖.

根據(jù)遙感影像解譯結(jié)果,淮河干流總體自然岸線率非常低,僅為6.82%,反映其岸線污染截留等功能喪失嚴(yán)重.并且在各個(gè)分段上分布(表5)不均衡,最高的關(guān)甘岸橋段僅為21.44%,最低的淮濱、洪澤湖、大埠口和沫河等分段,自然岸線比例不到1%.

表4 淮河干流土地利用類型面積比例(%)Table 4 Area ratio of different land use along Huaihe river (%)

圖2 盱眙淮河段區(qū)域遙感影像及土地利用類型Fig.2 ZY-3Image and Land use map of Xuyi section of Huaihe river

表5 淮河干流各分段自然岸線率Table 5 Natural shoreline ratio of different sections along Huaihe river

表6 淮河干流岸邊帶生態(tài)健康狀況評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)Table 6 Standard index of riparian ecological health evaluation of different sections along Huaihe River

3.2 各分段生態(tài)環(huán)境狀況總體情況

表2中涉及的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中,植被斑塊面積和景觀破碎度指標(biāo)利用景觀分析軟件Fragstat 4.0計(jì)算獲得,其它指標(biāo)均基于土地利用分類結(jié)果計(jì)算獲得.各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果如表6所示.根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重,計(jì)算生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo),結(jié)果見(jiàn)表7.

表7 淮河干流岸邊帶生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)得分情況Table 7 Scores of riparian ecosystem health assessment index of different sections along Huaihe River

從生態(tài)功能評(píng)估結(jié)果來(lái)看,淮河干流岸邊帶生態(tài)功能指數(shù)總體平均值僅為0.24,且分段最大值不超過(guò)0.4,說(shuō)明淮河干流岸邊帶生態(tài)功能總體處于較差水平.其中,關(guān)甘岸橋段和大埠口段情況相對(duì)較好,得分超過(guò)0.3;沫河段、東淝河段和洪澤湖段最差,得分在0.15左右;其它分段差別不大,得分值在0.2～0.26之間.在空間分布上沿河流走向有比較明顯的變化趨勢(shì),從上游源頭關(guān)甘岸橋段順流而下至中游洪澤湖段,除盱眙淮河段略好外,生態(tài)功能總體上呈現(xiàn)出由好變差的趨勢(shì).

從生態(tài)結(jié)構(gòu)評(píng)估結(jié)果來(lái)看,淮河干流岸邊帶生態(tài)結(jié)構(gòu)總體不理想,生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)均值不到0.1,各分段得分值多數(shù)在0.15以下,且差別較大,從高到低呈階梯狀均勻分布.其中,關(guān)甘岸橋段情況相對(duì)較好,大埠口段、盱眙淮河段、王家壩段、淮濱段、和東淝河段依次變差,至白馬湖段、洪澤湖段和沫河段情況最差,得分值在0.06以下.在空間分布趨勢(shì)上,與生態(tài)功能類似,從上游關(guān)甘岸橋段到中游沫河段逐漸變差,中下游盱眙淮河段、洪澤湖段和白馬湖段略有改善.

從生態(tài)脅迫來(lái)看,淮河干流總體生態(tài)脅迫指數(shù)平均值約為0.2,多數(shù)分段處于較差狀態(tài),但總體差別不明顯.其中,沫河段所受的生態(tài)壓力最大,生態(tài)脅迫指數(shù)得分小于0.05,與其它分段差距明顯;洪澤湖和白馬湖段生態(tài)脅迫也很大,得分值小于0.2;相對(duì)最好的大埠口段生態(tài)脅迫指數(shù)在0.26左右,其它分段略差.在空間分布上趨勢(shì)與生態(tài)功能和生態(tài)結(jié)構(gòu)相似,但是趨勢(shì)并不明顯.

從生態(tài)健康綜合評(píng)估情況來(lái)看,淮河干流岸邊帶生態(tài)健康綜合指數(shù)均值約為0.17,且最大值不超過(guò)0.3,僅有關(guān)甘岸橋段和大埠口段得分在0.2以上,最差的沫河段得分低于0.1,表明淮河干流岸邊帶生態(tài)環(huán)境狀況總體很差.在空間分布上,也呈現(xiàn)出從上游向中游逐漸變差、至下游又略有改善的趨勢(shì).上游關(guān)甘岸橋段和大埠口段情況最好,中下游洪澤湖段和沫河段最差.

3.3 各分段生態(tài)健康狀況及問(wèn)題分析

關(guān)甘岸橋段林地覆蓋率為29.32%,居各分段之首,生態(tài)功能指數(shù)最高,并且自然岸線保有率最高,生態(tài)結(jié)構(gòu)相對(duì)最為合理,盡管整體景觀破碎度較大,受到的生態(tài)脅迫較大,其生態(tài)健康狀況為較差等級(jí),但在所有各分段中總體最優(yōu).

大埠口段由于植被覆蓋率較高,達(dá)到22.06%,且植被斑塊較完整,生態(tài)功能和生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)得分相對(duì)較高,其生態(tài)脅迫雖然排名較低,但是與最好的分段白馬湖段絕對(duì)數(shù)值差別不大,其生態(tài)健康狀況較差,與其它分段相比總體相對(duì)較好.

淮濱段植被覆蓋率為14.42%,但植被斑塊較完整,分布較為集中,生態(tài)結(jié)構(gòu)較合理,除了自然岸線保有率很低之外,其它指標(biāo)都比較均衡,生態(tài)脅迫和生態(tài)功能指數(shù)相對(duì)較高,生態(tài)健康綜合指數(shù)為0.1795.

盱眙淮河段總體景觀完整性較好,生態(tài)結(jié)構(gòu)略差于關(guān)甘岸橋段和大埠口段,面臨的生態(tài)脅迫較小;但是該段自然岸線率最低,僅1.29%,其總體生態(tài)環(huán)境狀況略差于淮濱段.

王家壩段與淮濱段相比,自然岸線保有率較高,但是植被斑塊完整性相對(duì)較低,其它指標(biāo)相對(duì)均衡,生態(tài)健康狀況略差于淮濱段和盱眙淮河段.

白馬湖段雖然因濕地較多使得污染阻滯指數(shù)較高,但因周邊植被覆蓋率極低,僅0.18%,并且植被斑塊非常破碎,生態(tài)結(jié)構(gòu)很不合理,岸帶生態(tài)功能較差,總體生態(tài)健康狀況很差.

洪澤湖段同樣植被覆蓋率很低,僅3.19%,在所有分段中生態(tài)功能最差,自然岸線率很低,人類開(kāi)發(fā)力度最大,盡管其植被和總體景觀完整性較好,其生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)脅迫情況都相對(duì)較差,整體生態(tài)健康狀況很差.

東淝河段植被覆蓋率僅為5.14%,自然岸線率也僅有1.3%,人類開(kāi)發(fā)利用度較大,生態(tài)功能很差、生態(tài)結(jié)構(gòu)不合理,面臨生態(tài)脅迫較大,總體生態(tài)健康況很差,僅優(yōu)于沫河段.

沫河段植被覆蓋率只有5.15%,自然岸線率不到1%,人類開(kāi)發(fā)力度很大,并且景觀比較破碎,受到的生態(tài)脅迫最高,生態(tài)結(jié)構(gòu)最不合理,生態(tài)功能很差,生態(tài)健康綜合指數(shù)0.0789,總體排名最低.

3.4 討論

總體來(lái)說(shuō),淮河干流各分段存在的環(huán)境問(wèn)題各有側(cè)重或程度不一,植被覆蓋率低、自然岸線保有率低、人類開(kāi)發(fā)強(qiáng)度很大、人為干擾強(qiáng)度大是造成淮河干流岸邊帶生態(tài)健康狀況較差的主要原因.

淮河從上游至下游,海拔落差逐漸減小,地勢(shì)逐漸平緩,沿河區(qū)域農(nóng)業(yè)耕作和居民地建設(shè)等人工開(kāi)發(fā)活動(dòng)逐漸增多,生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)淡薄,植被保有率降低,是造成淮河干流不同分段上生態(tài)健康狀況存在差別的內(nèi)在原因.

4 結(jié)論

高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)源的出現(xiàn),為河岸線的高精度提取、岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)精細(xì)化分類和景觀格局分析提供了便利,也為河岸帶生態(tài)健康評(píng)估提供了新的思路.結(jié)合已有的生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)估體系,針對(duì)河岸帶的生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn),從生態(tài)功能、生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)脅迫三個(gè)方面出發(fā),利用高分遙感影像提供的精細(xì)化解譯成果,將植被斑塊面積、景觀破碎度等生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)納入岸邊帶生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)估指標(biāo)體系,對(duì)2013年淮河干流岸邊帶生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)估.評(píng)估結(jié)果顯示,淮河干流岸邊帶生態(tài)健康狀況總體較差,健康指數(shù)在0.3以下;并且具有明顯的空間走向特征,從上游到中游呈現(xiàn)出生態(tài)環(huán)境狀況逐漸變差、再略有改善的趨勢(shì).

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Remote sensing assessment of ecological health of the riparian buffer along Huaihe River.

YIN Shou-Jing1,2, WU Chuan-Qing1,2, WANG Chen1,2, MA Wan-Dong1,2*, HE You-Yun3(1.Satellite Environment Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100094, China；2.State Environmental Protection Key Laboratory of Satellite Remote Sensing, Beijing 100094, China；3.Beijing Forestry University, Beijing 100083, China) China Environmental Science, 2016,36(1)：299～306

Abstract：This study introduces landscape structure indices into the ecological assessment system of riparian health, taking advantage of remote sensing capabilities in the derivation of riparian zone, feature extraction of ecological structure, and high-precision classification of ecological system.An overall ecological investigation and assessment of riparian health along Huaihe River was carried out from the aspects of ecological function, ecosystem structure and ecological stress.The results showed that the health of riparian ecology along Huaihe River was generally poor, with an ecological health index less than 0.3.A significant spatial characteristic was shown that the ecological environment gradually became worse from upstream to midstream and then slightly improved.Intensive human development, low vegetation coverage, low natural shoreline rate and high human disturbance were identified as the main cause of the bad ecological condition of the riparian zone along Huaihe River, according to the analysis of ecological and environmental problems.

Key words：ecological health；riparian；remote sensing；assessment；Huaihe River

中圖分類號(hào)：X171

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-6923(2016)01-0299-08

收稿日期：2015-06-05

基金項(xiàng)目：水體污染控制與治理重大專項(xiàng)(2014ZX07508-001);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401413)

作者簡(jiǎn)介：殷守敬(1982-),男,山東鄆城人,高級(jí)工程師,博士,主要從事流域水生態(tài)環(huán)境遙感研究.發(fā)表論文20余篇.