基于多元數(shù)據(jù)的黃河三角洲核心區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)研究

郎坤，趙庚星，王文倩，張素銘，常春艷，王卓然

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018)

0 引言

近年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但是許多地區(qū)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)忽視了區(qū)域內(nèi)環(huán)境的保護(hù)，因?yàn)E砍濫伐、大水漫灌、農(nóng)地?cái)R荒等造成了土地沙化、鹽漬化等土地退化問(wèn)題，制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展并威脅了人類健康。黃河三角洲地區(qū)因?yàn)槠浯嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境，特別容易受到自然和人為因素的破壞和干擾，一直是學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。

因此，環(huán)境脆弱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況的評(píng)價(jià)研究受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注，如馬榮華[1-2]對(duì)海南海島，利用RS與GIS提取生態(tài)因子信息并按景觀生態(tài)類型進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提出了海南島環(huán)境保護(hù)的建議；楊皓[3]利用RS數(shù)據(jù)，使用層次分析法對(duì)浙江省舟山群島環(huán)境脆弱區(qū)進(jìn)行了環(huán)境評(píng)價(jià)；Wang XD對(duì)青藏高原的環(huán)境脆弱性進(jìn)行了評(píng)估，Dengiz O利用多層GIS分析對(duì)土耳其的鹽湖生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行了分級(jí)和評(píng)價(jià)等[4-5]，但目前大多評(píng)價(jià)僅利用RS數(shù)據(jù)或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)[6-8]，較少采用多元數(shù)據(jù)從多角度進(jìn)行綜合的區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況的評(píng)價(jià)研究[9]。針對(duì)黃河三角洲地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況，侯學(xué)會(huì)[10]利用遙感數(shù)據(jù)提取植被綠度、干度、濕度，分析了近30年黃河三角洲生態(tài)環(huán)境狀況；王瑞燕[11]從土壤和植被角度,構(gòu)建了環(huán)境脆弱性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用遙感對(duì)黃河三角洲地區(qū)環(huán)境進(jìn)行了反演；元偉濤[12]利用GIS技術(shù)對(duì)墾利區(qū)生態(tài)敏感性進(jìn)行了評(píng)價(jià)?？傮w來(lái)看，對(duì)黃河三角洲整體生態(tài)環(huán)境狀況研究較多，但針對(duì)黃河三角洲脆弱生態(tài)環(huán)境核心地區(qū)的系統(tǒng)研究較少。因此，該研究嘗試?yán)?S數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等多元數(shù)據(jù)，對(duì)黃河三角洲核心地區(qū)的墾利區(qū)進(jìn)行綜合的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，對(duì)其生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行分級(jí)，并與現(xiàn)有的土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行比較，從而為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和土地資源持續(xù)利用與管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

該研究選擇黃河三角洲核心區(qū)東營(yíng)市墾利區(qū)，該區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，其地形自西南向東北呈遞降趨勢(shì)，春季降雨少且蒸發(fā)強(qiáng)烈，易積鹽，夏季雨水較多易發(fā)生澇災(zāi)。黃河為境內(nèi)唯一的自然淡水河流，地下水礦化度較高，水位較淺。土壤類型主要為鹽化潮土、濱海鹽土，土質(zhì)偏輕、鹽化較重。區(qū)域內(nèi)水域、農(nóng)用地、建設(shè)用地等交錯(cuò)分布，土地利用變化劇烈，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，對(duì)其生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究具有高度典型性與代表性。

2 數(shù)據(jù)及處理

2.1 遙感數(shù)據(jù)及預(yù)處理

生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)需要對(duì)地表的植被信息進(jìn)行有效的提取，因此選用2017年4月18日的黃河三角洲地區(qū)高分一號(hào)春季影像，該時(shí)段植被影像較為突出，各地物特征較為明顯，易于區(qū)分。為了更好提取各地物信息，對(duì)影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正和幾何精校正，并用墾利區(qū)的行政區(qū)劃掩膜裁剪，對(duì)海域進(jìn)行剔除，得到研究區(qū)高分影像。

2.2 野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及處理

土壤樣品采集于2017年春季，與影像時(shí)間信息大致相符，綜合考慮地形、土壤質(zhì)地和環(huán)境因素，以覆蓋全區(qū)域均勻布設(shè)為原則，以1000～1500m為采樣間距，采用棋盤(pán)型布設(shè)101個(gè)樣點(diǎn)。采樣過(guò)程中，用差分GPS確定采樣點(diǎn)的坐標(biāo)與高程，每個(gè)樣點(diǎn)采用五點(diǎn)取樣法采集4份0～15cm土層土樣，其中3份用于空間變異性分析，一份用于驗(yàn)證，每份土樣約重500g。將樣品自然風(fēng)干至恒重，撿去石塊與樣品內(nèi)的動(dòng)植物殘?bào)w，研磨過(guò)篩，進(jìn)行化驗(yàn)分析，利用質(zhì)量—電導(dǎo)率法確定土壤含鹽量，中性醋酸浸泡—震蕩后再利用pH儀測(cè)定土壤pH值。采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)分布圖

對(duì)化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并進(jìn)行經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)異常值進(jìn)行剔除，最終得到98個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。用地統(tǒng)計(jì)分析軟件模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)半方差函數(shù)和變異函數(shù)理論模型的擬合，通過(guò)采用球狀模型、高斯模型、指數(shù)模型與線性模型的變異函數(shù)理論模型，以變程、塊金系數(shù)、基臺(tái)值、塊金系數(shù)/基臺(tái)值、決定系數(shù)和殘差平方和作為模型的主要參數(shù)，根據(jù)多次變異函數(shù)理論模型擬合試驗(yàn)，根據(jù)殘差平方和(RSS)最小和決定系數(shù)(R2)最大進(jìn)行最佳模型的選擇[13]。根據(jù)區(qū)域化變量空間相關(guān)性程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，用塊金系數(shù)/基臺(tái)值的大小來(lái)判定變量的相關(guān)程度，其比值若小于25%，則為空間強(qiáng)相關(guān)，若處于25%～75%則為空間中等相關(guān)，若大于75%則為弱相關(guān)，結(jié)合Moran’s I判斷土壤性狀的空間自相關(guān)性和空間聚集程度[14]。

2.3 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與調(diào)查數(shù)據(jù)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選取2017年墾利統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，調(diào)查數(shù)據(jù)采用土壤普查、土地利用現(xiàn)狀調(diào)查及測(cè)土配方施肥項(xiàng)目等相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取墾利區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然資源、人口數(shù)量、土地利用等相關(guān)信息。

2.4 評(píng)價(jià)單元及指標(biāo)分值分級(jí)

采用格網(wǎng)法進(jìn)行墾利區(qū)評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?。縣級(jí)及以下研究區(qū)格網(wǎng)大小一般設(shè)定為20～500m[15]，結(jié)合墾利區(qū)面積與其生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)的指標(biāo)因素，以200m邊長(zhǎng)的正方形網(wǎng)格作為基礎(chǔ)評(píng)價(jià)單元，能較好反映區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境狀況差異。將各指標(biāo)在評(píng)價(jià)單元內(nèi)進(jìn)行疊加處理分析，得到墾利區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況數(shù)據(jù)，運(yùn)用MATLAB對(duì)數(shù)據(jù)量化處理，參考相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合墾利區(qū)的環(huán)境具體狀況，將墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況指標(biāo)劃分為優(yōu)(分值>80)、良(分值60～80)、中(分值40～60)、差(分值20～40)、劣(分值<20)6個(gè)等級(jí)[16-17]。得到研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況的評(píng)價(jià)結(jié)果。

在此基礎(chǔ)上，將該研究評(píng)價(jià)結(jié)果與2015年國(guó)家《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)規(guī)范(HJ 192—2015)》規(guī)定方法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)該方法結(jié)果的合理性進(jìn)行分析[18-20]。同時(shí)，基于評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況分區(qū)，并對(duì)各區(qū)土地利用進(jìn)行分析。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

結(jié)合墾利區(qū)的區(qū)域特征與數(shù)據(jù)特征，所選擇的生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)包括環(huán)境資源約束與環(huán)境質(zhì)量約束兩類，區(qū)域環(huán)境資源的豐富程度決定著區(qū)域環(huán)境承載能力的大小，區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣也直接影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況，其準(zhǔn)則層分別包括土地資源開(kāi)發(fā)利用、水資源開(kāi)發(fā)利用和環(huán)境質(zhì)量壓力度、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定度4個(gè)方面。

土地資源開(kāi)發(fā)利用包括人類活動(dòng)指數(shù)和單位面積可利用的土地資源2個(gè)指標(biāo)。人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域的環(huán)境狀況有直接的影響，不同的土地利用方式對(duì)環(huán)境干擾的程度不同。單位面積內(nèi)可利用土地資源則直接影響區(qū)域土地資源開(kāi)發(fā)，可利用土地資源越多，其區(qū)域的開(kāi)發(fā)潛力也越大，因此，通過(guò)人類活動(dòng)指數(shù)與人均可利用土地資源可反映區(qū)域土地資源的開(kāi)發(fā)利用的約束。

水資源對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境有著重要的影響，水資源分布的均勻程度直接作用于區(qū)域環(huán)境狀況的優(yōu)劣，因此通過(guò)遙感影像提取研究區(qū)水體，并構(gòu)建水網(wǎng)密度指數(shù)指標(biāo)。另一方面，地下水的適宜開(kāi)發(fā)程度對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境亦有重要影響，墾利區(qū)緊鄰渤海，又為沖積平原，地下水水位較淺且礦化度較高，將地下水礦化度和潛水埋深結(jié)合可體現(xiàn)區(qū)域地下水適宜開(kāi)發(fā)程度。因此，利用水網(wǎng)密度指數(shù)和地下水適宜開(kāi)發(fā)程度指標(biāo)來(lái)表征墾利區(qū)的水資源約束程度。

土壤鹽漬化與土壤堿化是墾利區(qū)土地質(zhì)量退化的重要影響因素，是該區(qū)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵約束指標(biāo)，通過(guò)野外實(shí)測(cè)土壤數(shù)據(jù)，對(duì)土壤鹽分和土壤pH值進(jìn)行插值分析，通過(guò)其插值結(jié)果反映區(qū)域內(nèi)土壤的鹽堿化對(duì)環(huán)境質(zhì)量的壓力。

植被指數(shù)是反映區(qū)域環(huán)境狀況的綜合有效指標(biāo)，良好的環(huán)境必定有良好的植被覆蓋，因此選取植被指數(shù)作為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的重要因素，采用歸一化植被指數(shù)(NDVI)來(lái)表示研究區(qū)植被覆蓋信息，NDVI值越高，表示植被覆蓋程度越好，另外選取對(duì)土壤背景變化敏感的差值植被指數(shù)(DVI)，二者結(jié)合反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定度。

運(yùn)用層次分析法，確定各個(gè)指標(biāo)層的權(quán)重，最終構(gòu)建墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

4 研究區(qū)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的指標(biāo)提取

4.1 人類活動(dòng)指數(shù)

利用遙感影像提取墾利區(qū)土地利用狀況，采用能有效避免圖像破碎、改善影像分類精度的面向?qū)ο蠓诸惙╗21-22]，參考第二次全國(guó)土地調(diào)查的土地利用分類，并根據(jù)研究區(qū)土地覆被狀況對(duì)土地利用類型進(jìn)行篩選合并，將墾利區(qū)土地利用類型分為建設(shè)用地、耕地、林草地、人工水域、自然水域、鹽荒地、灘涂7類。圖2為墾利區(qū)土地利用分類圖，分類結(jié)果經(jīng)Kappa系數(shù)檢驗(yàn)，總分類精度為82%，其精度符合評(píng)價(jià)要求。

根據(jù)分類結(jié)果可以看出，墾利區(qū)的土地利用主要以耕地為主，在中部與西南有大量分布，中北部黃河兩側(cè)有大面積的林草地，東部沿海分布有大量的養(yǎng)殖用地，內(nèi)陸人工水體集中分布在中部，自然水體以黃河為主，區(qū)域內(nèi)有大面積的鹽荒地，土地開(kāi)發(fā)潛力巨大。

根據(jù)人類活動(dòng)越強(qiáng)烈，對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)越劇烈，當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境就越脆弱的原則，參考相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)各地類進(jìn)行賦值(表3)，分值越高，人為干擾越小[23]，則從而得到研究區(qū)人類活動(dòng)指數(shù)。

表2 墾利區(qū)地類影像斑塊特征及提取規(guī)則(RGB432波段合成)

1—建設(shè)用地;2—耕地;3—林草地;4—人工水體;5—自然水體;6—灘涂;7—鹽荒地圖2 墾利區(qū)土地利用分類圖

土地利用類型林草地自然水域沿海灘涂鹽荒地耕地人工水域建設(shè)用地分值90786560534830

4.2 水網(wǎng)密度指數(shù)

從墾利區(qū)土地利用分類圖中的自然水域和人工水體提取出來(lái)，剔除沿海地區(qū)的鹽田及海水養(yǎng)殖水域，只保留淡水水體，將研究區(qū)評(píng)價(jià)單元水體面積與評(píng)價(jià)單元面積的比值作為水體密度指數(shù)，公式如下：

水體密度指數(shù)=評(píng)價(jià)單元內(nèi)水體面積/評(píng)價(jià)單元面積

墾利區(qū)水體密度指數(shù)如圖3所示，可以看出，墾利區(qū)內(nèi)陸地表水以中部水庫(kù)與黃河為主，西部地表水較匱乏，總體看墾利區(qū)水體密度較低，淡水資源比較匱乏。

1—0～20;2—20～40;3—40～60;4—60～80;5—80～100圖3 墾利區(qū)水體密度指數(shù)圖

4.3 土壤pH值與土壤鹽漬化

4.3.1 土壤數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析

土壤pH和鹽分?jǐn)?shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析，其分析結(jié)果如表4所示，墾利區(qū)pH均值為7.548，土壤偏堿性，變異系數(shù)為2.71%，表明研究區(qū)內(nèi)pH值整體變化較小。研究區(qū)土壤鹽分含量較高，最大值為1.217g·kg-1，最小值0.128g·kg-1，均值0.380g·kg-1，表明土地鹽漬化程度較為嚴(yán)重，鹽分變異系數(shù)為63.92%，說(shuō)明其區(qū)域內(nèi)鹽分?jǐn)?shù)值變化較大。土壤pH與鹽分?jǐn)?shù)據(jù)均通過(guò)K-S驗(yàn)證，其值均大于0.05，符合正態(tài)分布。

表4 土壤數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

注：鹽分(SALT)g·kg-1。

4.3.2 土壤數(shù)據(jù)的空間變異特征

因?yàn)橥寥蕾|(zhì)量指標(biāo)具有各向異性，利用GS+對(duì)土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到其半方差理論模型和參數(shù)如表5所示，可以看出，土壤的pH和鹽分指標(biāo)的半方差函數(shù)主要擬合為球狀模型，模型的決定系數(shù)均在0.8以上，說(shuō)明所選模型符合精度要求。土壤pH的塊金系數(shù)小于鹽分的塊金系數(shù)，說(shuō)明與鹽分相比，其相同空間變化幅度較小，土壤的pH與鹽分質(zhì)量指標(biāo)的變程均遠(yuǎn)大于采樣間距，說(shuō)明樣點(diǎn)能反映研究區(qū)土壤pH與鹽分指標(biāo)空間變化特征。莫蘭指數(shù)的范圍在(-1,1)，其取值接近于0，表示空間過(guò)程不相關(guān)，取正值表示正的自相關(guān)[23-25]，研究區(qū)土壤的pH和鹽分I值分別為0.495與0.668，均為中等強(qiáng)度的自相關(guān)，其結(jié)果與塊金比相一致。

表5 土壤質(zhì)量指標(biāo)的半方差函數(shù)的理論模型和參數(shù)

4.3.3 土壤質(zhì)量指標(biāo)

利用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)模塊中普通克里格法對(duì)土壤的pH和鹽分指標(biāo)進(jìn)行插值，用研究區(qū)掩膜裁剪，并經(jīng)驗(yàn)證點(diǎn)精度檢驗(yàn)后，生成區(qū)域?qū)?yīng)的插值結(jié)果圖。為了符合通常計(jì)算分值的習(xí)慣，利用標(biāo)準(zhǔn)化處理公式將土壤的pH和鹽分插值結(jié)果轉(zhuǎn)化到(0,100)之間：

(1)

式中:a—原區(qū)間最小值；b—原區(qū)間最大值；c—目標(biāo)區(qū)間最大值；d—目標(biāo)區(qū)間最小值。

由于墾利區(qū)土壤的pH>7，隨著pH升高，對(duì)土壤的改良和植被生長(zhǎng)壓力越大，土壤鹽分亦是如此，所以對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行逆處理，土壤的pH與鹽分含量越高，其分值越低，將轉(zhuǎn)換后的插值結(jié)果如圖4所示。

1—0～20;2—20～40;3—40～60;4—60～80;5—80～100圖4 墾利區(qū)土壤pH指標(biāo)(a)與土壤鹽漬化程度指標(biāo)圖(b)

可見(jiàn)，墾利區(qū)土壤pH值的分值由海岸線向內(nèi)陸逐漸增加，西南大部分地區(qū)與中北部黃河兩側(cè)分地區(qū)分值較高，中部、東部分值較低。土壤鹽堿化程度的分值與土壤pH值的分值大致相同，都是由海岸線向內(nèi)陸自東向西逐漸增加，有較顯著的分帶現(xiàn)象。綜合看，墾利區(qū)土壤pH值與鹽漬化程度都是由沿海向內(nèi)陸逐漸遞減，東部沿海地區(qū)的pH值較高、土壤鹽漬化程度較為嚴(yán)重，西南區(qū)pH值與鹽漬化程度較低，土壤改良利用較好。

4.4 植被指數(shù)

利用高分影像B3，B4波段的亮度值分別提取研究區(qū)NDVI{(B4-B3)/(B4+B3)}和DVI(B4-B3)值，將研究區(qū)NDVI和DVI值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到墾利區(qū)NDVI和DVI指數(shù)圖，NDVI指數(shù)圖與DVI指數(shù)圖按照相同的權(quán)重進(jìn)行疊加，得到墾利區(qū)的植被指數(shù)分布圖，計(jì)算公式如下：

植被指數(shù)=0.5NDVI+0.5DVI

圖5中可以看出，研究區(qū)植被指數(shù)東部整體偏低，西部整體較高，由東向西逐漸遞增，其西南地區(qū)植被指數(shù)最高，說(shuō)明其植被覆蓋度較高。植被指數(shù)圖與墾利區(qū)的土壤pH和鹽漬化指數(shù)圖大致一致，其值均有從沿海向內(nèi)陸逐漸增高趨勢(shì)，說(shuō)明沿海較為嚴(yán)重的土壤鹽漬化對(duì)植物生長(zhǎng)具有抑制作用，植被指數(shù)較低，而西南與北部部分地區(qū)鹽分較輕，作物生長(zhǎng)較好，植被指數(shù)較高，但總體看墾利區(qū)植被指數(shù)偏低。

1—0～20;2—20～40;3—40～60;4—60～80;5—80～100圖5 墾利區(qū)NDVI指數(shù)(a)、DVI指數(shù)(b)與植被指數(shù)(c)圖

4.5 地下水適宜開(kāi)發(fā)程度

利用墾利區(qū)第二次土壤普查的地下水礦化度與潛水埋深數(shù)據(jù)分析地下水適宜開(kāi)發(fā)程度，其中潛水埋深分為1～2m，2～3m，3～4m三個(gè)等級(jí)，地下水礦化度則分為小于2g·L-1的弱礦化水、2～5g·L-1的中礦化水、5～10g·L-1的強(qiáng)礦化水、10～30g·L-1的鹽水和大于30g·L-1的高濃度鹽水5個(gè)等級(jí)，其分級(jí)如圖6所示。利用德?tīng)柗品▽?duì)潛水埋深和地下水礦化度分別賦以權(quán)重，最終得分如表6所示，進(jìn)而得到研究區(qū)地下水適宜開(kāi)發(fā)程度(圖7)。

1—0～20；2—20～40；3—40～60；4—60～80；5—80～100圖6 墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)圖

可以看出，墾利區(qū)的地下水適宜利用程度由海岸線向內(nèi)陸逐漸增加，沿海地區(qū)地下水水位低，礦化度也較高，地下水難以直接利用，其對(duì)土壤的鹽分與pH值影響也較大，進(jìn)而影響到區(qū)域的植被分布，而地下水適宜開(kāi)發(fā)分值較高的地區(qū)，土壤的pH值與鹽分值相對(duì)也較低，植被指數(shù)也較高，說(shuō)明地下水對(duì)墾利區(qū)的生態(tài)環(huán)境有較大影響。

表6 潛水埋深與地下水礦化度分級(jí)及分值

1—1～2m；2—2～3m；3—3～4m；4—弱礦化水；5—中礦化水；6—強(qiáng)礦化水；7—鹽水；8—高濃度鹽水；9—0～10；10—10～20；11—20～40；12—40～60；13—60～80圖7 墾利區(qū)潛水埋深(a)、地下水礦化度(b)及地下水適宜利用程度(c)圖

4.6 人均可利用土地資源

利用墾利區(qū)2017統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，獲取各鎮(zhèn)與辦事處人口并賦值到研究區(qū)行政區(qū)劃上，人均可利用土地資源即為行政區(qū)面積與其人口數(shù)之比，再將其按標(biāo)準(zhǔn)化公式轉(zhuǎn)到(0,100)區(qū)間內(nèi)，從而得到墾利區(qū)各鎮(zhèn)與街道人均可利用土地資源數(shù)據(jù)。

5 墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)結(jié)果分析

5.1 墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)結(jié)果

墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)結(jié)果如圖7所示，其生態(tài)環(huán)境等級(jí)比例如圖8所示。

圖8 墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況各等級(jí)面積比例表

可以看出：

(1)墾利區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況總體為中等偏低水平，環(huán)境狀況為優(yōu)的地區(qū)僅占0.1%，總體看，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況從沿海向內(nèi)陸逐漸變好，西南大部地區(qū)與中北部黃河兩側(cè)地區(qū)是研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況最佳區(qū)域。研究結(jié)果與墾利區(qū)的實(shí)際環(huán)境空間格局基本一致，證明能較好地反映墾利區(qū)的生態(tài)環(huán)境水平。

(2)生態(tài)環(huán)境狀況中等水平的區(qū)域占總體面積的30.8%，環(huán)境狀況差等水平區(qū)域占區(qū)域總面積的38.7%，生態(tài)環(huán)境狀況劣級(jí)水平區(qū)域占區(qū)域總面積的22.8%，證明區(qū)域內(nèi)大部分區(qū)域環(huán)境壓力較大，沿海區(qū)域內(nèi)土地鹽漬化程度與堿性較高，地下水礦化度也較高并且水位較高，土壤易受鹽漬化威脅，植被覆蓋度低，區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境極易受到破壞。

(3)西南大部地區(qū)與中北部黃河兩側(cè)地區(qū)其區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度高，環(huán)境穩(wěn)定度高，水資源豐富且地下水適宜開(kāi)發(fā)程度較高，土地鹽堿化程度較低，未來(lái)一方面要加強(qiáng)其區(qū)域內(nèi)的環(huán)境保護(hù)，保持其良好的生態(tài)狀況，另一方面也要加強(qiáng)其周?chē)鷧^(qū)域的環(huán)境保護(hù)力度，改善周?chē)鷧^(qū)域的環(huán)境狀況。

5.2 評(píng)價(jià)結(jié)果與規(guī)程結(jié)果的對(duì)比分析

圖9為該評(píng)價(jià)結(jié)果與《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)規(guī)范(HJ 192—2015)》評(píng)價(jià)結(jié)果的比較，圖9(a,c)為該研究評(píng)價(jià)結(jié)果圖與面積比例，圖9(b,d)為規(guī)程評(píng)價(jià)結(jié)果與面積比例。可以看出，研究區(qū)2種評(píng)價(jià)結(jié)果生態(tài)環(huán)境狀況的等級(jí)空間分布具有較好的一致性，但規(guī)程評(píng)價(jià)結(jié)果相較于該評(píng)價(jià)結(jié)果整體偏低，且區(qū)域之間的等級(jí)変化不明顯，說(shuō)明該研究方法可以對(duì)墾利區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行有效的反演，并能更細(xì)致地反映其生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)的變化。

1—0～20；2—20～40；3—40～60；4—60～80；5—80～100圖9 研究區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果比較圖

5.3 基于評(píng)價(jià)結(jié)果的生態(tài)環(huán)境狀況分區(qū)

為更好地進(jìn)行研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)管理，對(duì)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行平滑化處理，并將破碎的小單元按大小依次合并，結(jié)果呈現(xiàn)3個(gè)明顯分帶的區(qū)域，根據(jù)3個(gè)區(qū)域的主要生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)，將其分別命名為生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū)，生態(tài)環(huán)境過(guò)渡區(qū)與生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，結(jié)果如圖10所示。

1—生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū);2—生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū);3—生態(tài)環(huán)境過(guò)渡區(qū)圖10 墾利區(qū)區(qū)域生態(tài)環(huán)境等級(jí)劃分圖

生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū)域位于內(nèi)陸地區(qū)，其區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)主要為中等級(jí)偏上，區(qū)域內(nèi)淡水資源相對(duì)較多且大部分區(qū)域地下水可被利用、植被有較好覆蓋、土壤鹽漬化程度相對(duì)較低，未來(lái)區(qū)域內(nèi)在將現(xiàn)有植被的保護(hù)與水利設(shè)施維護(hù)的條件下，宜逐步改善其邊界的生態(tài)環(huán)境，使生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū)域向沿海移動(dòng)。

生態(tài)環(huán)境過(guò)渡區(qū)位于生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū)與生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)之間，生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)向內(nèi)陸擴(kuò)張和生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū)向沿海改善的中間地帶，生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)主要為差等級(jí)，區(qū)域內(nèi)易受到土壤鹽漬化與地下水鹽分上移的影響，生態(tài)環(huán)境狀況也較為脆弱，為防止生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)向內(nèi)陸的擴(kuò)張，需加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的抗鹽堿植物的培育和區(qū)域內(nèi)的灌排設(shè)施完善，使過(guò)渡區(qū)向沿海移動(dòng)，逐步減少生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)比例，穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境。

生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)為靠近沿海區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)主要為劣等級(jí)，區(qū)域內(nèi)土壤鹽分與pH較高，地下水不適合開(kāi)發(fā)利用，易受到海水的侵蝕，植被生長(zhǎng)狀況較差并極易受到自然以及人為因素的影響，生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境較為脆弱，未來(lái)在保護(hù)好其區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有植被的前提下，減少區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，防止其脆弱的生態(tài)環(huán)境受到破壞。

5.4 區(qū)域生態(tài)環(huán)境等級(jí)的土地利用分析

將研究區(qū)生態(tài)環(huán)境等級(jí)分區(qū)與土地利用分類結(jié)果相疊加，對(duì)各區(qū)土地利用特征進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖11、圖12所示。

1—建設(shè)用地;2—耕地;3—林草地;4—人工水體;5—自然水體;6—灘涂;7—鹽荒地圖11 生態(tài)環(huán)境分區(qū)的土地利用狀況分析

圖12 生態(tài)環(huán)境分區(qū)的土地利用面積統(tǒng)計(jì)分析

生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū)土地利用方式以耕地為主，耕地面積占該區(qū)總面積的36.84%，占研究區(qū)總耕地面積的83.44%；其次為建設(shè)用地，占該區(qū)總面積18.45%，占研究區(qū)建設(shè)用地總面積的83.44%；再次為鹽荒地，占該區(qū)面積的17.17%。從空間分布看，該區(qū)耕地多圍繞建設(shè)用地分布，耕地集約利用程度較高，其人工水體占總?cè)斯にw的27.98%，以淡水資源為主，土壤鹽漬化較輕，植被指數(shù)較高，未來(lái)該區(qū)在保護(hù)好現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境的同時(shí)宜注重農(nóng)田基本建設(shè)，控制建設(shè)用地規(guī)模，加強(qiáng)區(qū)內(nèi)鹽荒地的開(kāi)發(fā)利用。

生態(tài)環(huán)境過(guò)渡區(qū)內(nèi)鹽荒地占該區(qū)總面積的31.85%，其次為耕地，占27.49%，林草地占10.51%。區(qū)內(nèi)耕地利用較為粗放，土壤易受鹽漬化的威脅，未來(lái)該區(qū)應(yīng)提高耕地集約化利用程度，加大土壤鹽漬化改良力度，同時(shí)還要杜絕耕地亂占林草地現(xiàn)象，保護(hù)區(qū)內(nèi)林草地資源，提高地表植被覆蓋。

生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)地類以灘涂為主，面積占該區(qū)總面積的47.37%，人工水體占比為32.74%，總?cè)斯にw的48.28%分布在該區(qū)，以養(yǎng)殖和鹽田為主，水體含鹽量較高，同時(shí)有少量的林草地(占總林草地面積的6.51%)分布于黃河及黃河故道兩側(cè)。未來(lái)該區(qū)應(yīng)適度水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模，防止海水侵蝕，加強(qiáng)天然林草地的保護(hù)。

6 結(jié)論

(1)該研究通過(guò)3S技術(shù)，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)等多元數(shù)據(jù)，針對(duì)黃河三角洲核心區(qū)的縣域尺度，構(gòu)建了生態(tài)環(huán)境狀況的評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行了評(píng)價(jià)結(jié)果的系統(tǒng)分析，相較于國(guó)家規(guī)程，該研究能更加細(xì)致合理地反映研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況的差異。

(2)研究結(jié)果顯示，墾利區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況總體較差，生態(tài)環(huán)境狀況優(yōu)、良的比例僅占7.7%，生態(tài)環(huán)境差、劣的等級(jí)則占61.5%，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況從沿海向內(nèi)陸逐漸變好，東部沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況較差，西南地區(qū)和中北部黃河兩側(cè)是墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況最優(yōu)的區(qū)域。

(3)將墾利區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況劃分為生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū)、生態(tài)環(huán)境過(guò)渡區(qū)與生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)3個(gè)區(qū)域，各區(qū)主要土地利用類型分別為耕地、鹽荒地和灘涂，各占其區(qū)域總面積的36.84%，31.85%和47.37%。未來(lái)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定區(qū)要強(qiáng)化農(nóng)田基本建設(shè)，控制建設(shè)用地規(guī)模，同時(shí)加強(qiáng)區(qū)內(nèi)鹽荒地的開(kāi)發(fā)利用；生態(tài)環(huán)境過(guò)渡區(qū)應(yīng)提高耕地集約化利用程度，加大土壤鹽漬化改良力度，提高地表植被覆蓋；生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)應(yīng)適度水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模，防止海水侵蝕，加強(qiáng)天然林草地的保護(hù)。

該研究較好探索了基于多元數(shù)據(jù)的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)方法，研究結(jié)果對(duì)黃河三角洲生態(tài)環(huán)境的保護(hù)管理及土地資源的持續(xù)利用有積極意義。