地球信息科学学报 ›› 2017, Vol. 19 ›› Issue (1): 70-79.doi: 10.3724/SP.J.1047.2017.00070
• 新时期中国土地利用/覆被变化时空特征与生态环境效应专栏 • 上一篇 下一篇
易凤佳1,2(), 黄端1,2, 刘建红3, 邱娟1, 施媛媛1,2, 李仁东1,**(
)
收稿日期:
2016-07-15
修回日期:
2016-10-27
出版日期:
2017-01-20
发布日期:
2017-01-13
通讯作者:
李仁东
E-mail:huangduan@asch.whigg.ac.cn;lrd@asch.whigg.ac.cn
作者简介:
作者简介:易凤佳(1985-),女,湖北黄冈,博士,主要从事遥感、GIS技术在资源环境中的应用研究。 E-mail:
基金资助:
YI Fengjia1,2(), HUANG Duan1,2, LIU Jianhong3, QIU Juan1, SHI Yuanyuan1,2, LI Rendong1,*(
)
Received:
2016-07-15
Revised:
2016-10-27
Online:
2017-01-20
Published:
2017-01-13
Contact:
LI Rendong
E-mail:huangduan@asch.whigg.ac.cn;lrd@asch.whigg.ac.cn
摘要:
湿地是土地资源类型的重要组成部分,湿地景观格局的变化与气候变化、土地利用变化密切相关。为了获取汉江流域湿地资源现状以及变化特征,科学地诊断湿地生存现状和保护湿地资源,本文基于2000、2005和2010年3期遥感卫星监测数据,分析2000-2010年来汉江流域湿地景观变化特征。运用压力-状态-响应模型分别从3个不同的角度搜集影响汉江流域湿地生态健康状况指标因子,并利用层次分析法获取评价指标权重因子,最终基于模糊层次综合分析模型定量评价汉江流域整体及上中下游湿地生态健康状况。研究结果表明:① 10年间汉江流域湿地总面积呈下降趋势,但汉江流域湿地面积随时间推移变化强度逐渐放缓;② 汉江流域湿地生态健康状况具有明显的空间差异,自西北向东南健康状况由健康向脆弱趋势变化,根据模糊层次综合评价模型得出,汉江上游流域湿地生态健康隶属于健康,中游流域湿地生态健康状况隶属于亚健康,下游区域湿地生态健康状况则隶属于脆弱状态,汉江流域湿地整体景观生态健康状况为亚健康。
易凤佳, 黄端, 刘建红, 邱娟, 施媛媛, 李仁东. 汉江流域湿地变化及其生态健康评价[J]. 地球信息科学学报, 2017, 19(1): 70-79.DOI:10.3724/SP.J.1047.2017.00070
YI Fengjia,HUANG Duan,LIU Jianhong,QIU Juan,SHI Yuanyuan,LI Rendong. The Change of Hanjiang River Basin Wetland and Its Ecological Health Assessment[J]. Journal of Geo-information Science, 2017, 19(1): 70-79.DOI:10.3724/SP.J.1047.2017.00070
表1
TM数据轨道号与成像时间"
行列号 | 年份 | 行列号 | 年份 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
2010 | 2005 | 2000 | 2010 | 2005 | 2000 | ||
123-36 | 06.21 | 06.23 | 09.13 | 126-36 | 02.02 | 06.12 | 06.30 |
123-37 | 06.21 | 06.23 | 09.13 | 126-37 | 04.23 | 06.12 | 03.26 |
123-38 | 12.30 | 06.23 | 09.13 | 126-38 | 10.16 | 06.12 | 09.02 |
123-39 | 12.30 | 06.23 | 09.13 | 126-39 | 10.16 | 06.12 | 09.02 |
124-36 | 06.28 | 08.01 | 05.31 | 127-36 | 04.30 | 10.09 | 05.20 |
124-37 | 05.11 | 06.14 | 04.13 | 127-37 | 06.17 | 11.26 | 05.20 |
124-38 | 05.11 | 06.14 | 04.13 | 127-38 | 03.13 | 07.21 | 08.24 |
124-39 | 07.30 | 06.30 | 10.06 | 127-39 | 08.04 | 07.21 | 05.20 |
125-36 | 05.02 | 04.02 | 03.19 | 128-36 | 05.23 | 06.26 | 07.30 |
125-37 | 05.02 | 04.02 | 03.19 | 128-37 | 05.23 | 06.26 | 07.30 |
125-38 | 05.02 | 04.02 | 03.19 | 128-38 | 05.23 | 03.06 | 08.31 |
125-39 | 05.02 | 09.09 | 03.19 | 128-39 | 05.23 | 04.07 | 08.31 |
表2
汉江流域湿地生态健康评价体系"
目标层 | 准则层 | 指标层 | 评价指标阐释 |
---|---|---|---|
汉江 流域 湿地 生态 健康 评价 体系 | 压力 (P) | 人口密度(P1) | 压力指标主要反映区域湿地景观生态所面临生境压迫的自然变化和人为干扰因子 |
城镇化水平(P2) | |||
干旱指数(P3) | |||
湖泊数量变化率(P4) | |||
湿地面积变化率(P5) | |||
农用化肥使用量(P6) | |||
废水主要污染物排放量(P7) | |||
生活垃圾无害化处理率(P8) | |||
有效灌溉面积(P9) | |||
人均用水量(P10) | |||
人均水资源可利用量(P11) | |||
状态 (S) | 植被覆盖度(S1) | 状态指标层选取反映在区域自然资源特征、环境质量水平、社会经济发展和人口因素综合压力条件下汉江流域湿地景观生态健康状况 | |
径流深(S2) | |||
污径比(S3) | |||
灌溉水综合利用系数(S4) | |||
各类湿地景观面积比(S5) | |||
第一产业占GDP比重(S6) | |||
第三产业占GDP比重(S7) | |||
人均GDP(S8) | |||
响应 (R) | 湿地自然保护区面积(R1) | 响应指标层反映汉江流域社会系统对压力和状态系统产生的积极举措,主要从政策管理、湿地资源保护、污染防治投入等方面来考虑 | |
节水灌溉率(R2) | |||
工业污染治理投资占GDP 比重(R3) | |||
水利环保投资占GDP 比重(R4) | |||
相关政策法规颁布(R5) |
表3
汉江流域湿地景观生态健康等级划分及内涵"
健康等级 | 系统特征 |
---|---|
健康Ⅰ | 湿地生态系统保持良好的自然状态,生态功能极其完善;自然、社会、经济因素对湿地景观整体健康状况产生的压力较小;流域湿地景观结构稳定,自我修复能力强,处于可持续状态。相关政策能有效保护流域湿地景观资源,权责明晰,应急响应程度高 |
亚健康Ⅱ | 湿地生态系统自然状态较好;自然、社会、经济因素对湿地景观整体健康状况产生明显压力;流域湿地景观结构较稳定,自我修复能力一般;有相关政策法规对湿地景观进行保护,但不完善,管理响应程度一般 |
脆弱Ⅲ | 湿地景观自然状态受到破坏;自然、社会、经济因素对湿地景观整体健康状况产生较大压力;湿地景观生态功能退化严重,系统尚稳定,但已经接近生态阈值,自我修复能力弱;相关政策法规不能有效保护湿地景观的健康发展,管理滞后 |
病态Ⅳ | 湿地生态系统自然状态受到严重破坏;湿地景观的生境受到极大的外在压力,流域内湿地景观结构不合理,自我修复能力很差;影响流域内人类健康水平;相关政策法规极不完善,无保护力度 |
表5
2000-2010年汉江流域湿地面积变化及其比重(面积/km2,比例/%)"
湿地类型 | 2000年 | 2005年 | 2010年 | 2000-2005年 变化面积 | 2005-2010年 变化面积 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
面积 | 比例 | 面积 | 比例 | 面积 | 比例 | |||||
河流湿地 | 2005.15 | 8.55 | 1955.06 | 8.42 | 1933.81 | 8.39 | -50.09 | -50.09 | ||
湖泊湿地 | 2135.40 | 9.10 | 2063.37 | 8.88 | 2035.17 | 8.83 | -72.03 | -60.17 | ||
沼泽湿地 | 226.21 | 0.96 | 224.85 | 0.97 | 243.56 | 1.06 | -1.36 | 18.71 | ||
水田湿地 | 16 235.28 | 69.22 | 16 122.36 | 69.41 | 16 012.79 | 69.48 | -112.92 | -137.58 | ||
水库坑塘 | 2806.69 | 11.97 | 2816.76 | 12.13 | 2775.64 | 12.04 | 10.07 | -41.12 | ||
运河水渠 | 44.82 | 0.19 | 46.14 | 0.20 | 46.56 | 0.20 | 1.32 | 0.42 |
表6
各类指标对汉江流域湿地生态健康程度的响应关系"
序号 | 评价指标 | 正向指标 | 负向指标 |
---|---|---|---|
1 | 人口密度(P1) | √ | |
2 | 城镇化水平(P2) | √ | |
3 | 干旱指数(P3) | √ | |
4 | 湖泊数量年变化率(P4) | √ | |
5 | 湿地面积年变化率(P5) | √ | |
6 | 单位面积农用化肥使用量(P6) | √ | |
7 | 单位面积废水主要污染物排放量(P7) | √ | |
8 | 生活垃圾无害化处理率%(P8) | √ | |
9 | 有效灌溉面积占播种面积比重(P9) | √ | |
10 | 人均用水量(P10) | √ | |
11 | 人均水资源可利用量(P11) | √ | |
12 | 植被覆盖度(S1) | √ | |
13 | 径流深(S2) | √ | |
14 | 污径比(S3) | √ | |
15 | 灌溉水综合利用系数(S4) | √ | |
16 | 湿地景观面积比重(S5) | √ | |
17 | 第一产业占GDP比重(S6) | √ | |
18 | 第三产业占GDP比重(S6) | √ | |
19 | 人均GDP (S7) | √ | |
20 | 湿地自然保护区面积比重(R1) | √ | |
21 | 节水灌溉率(R2) | √ | |
22 | 工业污染治理投资占GDP比重(R3) | √ | |
23 | 水利环保投资占GDP比重(R4) | √ | |
24 | 科研教育经费占GDP比重(R5) | √ |
表7
汉江流域湿地景观生态健康评价标准和上、中、下游流域湿地评价指标值[18-19]"
评价指标 | 生态健康评价标准 | 上、中、下游流域湿地评价指标值 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
健康Ⅰ | 亚健康Ⅱ | 脆弱Ⅲ | 病态Ⅳ | 上游 | 中游 | 下游 | |
人口密度/(人/km2) | 300 | 500 | 700 | 900 | 132 | 268 | 728 |
城镇化水平/% | 20 | 30 | 40 | 50 | 21.70 | 31.81 | 49.70 |
干旱指数/% | 1 | 3 | 5 | 7 | 2.60 | 3.25 | 2.20 |
湖泊数量年变化率/% | 0.3 | 0.6 | 0.9 | 1.2 | 0.20 | 0.78 | 1.05 |
湿地面积年变化率/% | 0.1 | 0.3 | 0.6 | 0.9 | 0.18 | 0.46 | 0.84 |
单位面积农用化肥施用量/(kg/hm2) | 40 | 60 | 80 | 100 | 88.98 | 77.27 | 68.54 |
单位面积废水主要污染物排放量/(t/km2) | 400 | 600 | 800 | 1000 | 348.64 | 755.15 | 835.90 |
生活垃圾无害化处理率/% | 80 | 70 | 60 | 50 | 79.80 | 72 | 61.40 |
有效灌溉面积占播种面积比重/% | 40 | 30 | 20 | 15 | 30.69 | 33.53 | 29.75 |
人均用水量/(m3/人) | 200 | 400 | 600 | 800 | 223.53 | 370.42 | 503.14 |
人均水资源可利用量/(m3/人) | 2000 | 1800 | 1600 | 1400 | 1358.77 | 1891.35 | 2216.50 |
植被覆盖度/% | 70 | 50 | 30 | 20 | 78.01 | 49.84 | 8.53 |
径流深/mm | 600 | 300 | 200 | 100 | 553.13 | 350.3 | 629.43 |
污径比 | 10 | 20 | 50 | 70 | 4.25 | 9.71 | 16.70 |
灌溉水综合利用系数/(g/(m2·a)) | 0.6 | 0.5 | 0.35 | 0.2 | 0.55 | 0.43 | 0.409 |
湿地景观面积比重/% | 40 | 30 | 10 | 5 | 10.35 | 21.43 | 46.18 |
第一产业占GDP比重/% | 10 | 20 | 25 | 30 | 12 | 16.55 | 10.20 |
第三产业占GDP比重/% | 60 | 50 | 30 | 15 | 44.05 | 31.72 | 43 |
人均GDP/万元 | 2.5 | 2 | 1.5 | 1 | 1.78 | 2.25 | 2.79 |
湿地自然保护区面积比重/% | 18 | 15 | 12 | 9 | 16.03 | 11.47 | 14.23 |
节水灌溉率/% | 70 | 50 | 30 | 10 | 62 | 54 | 52 |
工业污染治理投资占GDP比重/% | 3.5 | 3 | 2.5 | 2 | 2.02 | 2.08 | 3.76 |
水利环保投资占GDP比重/% | 4 | 3.5 | 3 | 2.5 | 1.34 | 2.64 | 3.43 |
科研教育经费占GDP比重/% | 6 | 4 | 3 | 2 | 0.05 | 2.78 | 4.58 |
表8
汉江上、中、下游各指标的隶属度矩阵"
评价 指标 | 上游隶属度矩阵(R上) | 中游隶属度矩阵(R中) | 下游隶属度矩阵(R下) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
健康 | 亚健康 | 脆弱 | 病态 | 健康 | 亚健康 | 脆弱 | 病态 | 健康 | 亚健康 | 脆弱 | 病态 | |||
P1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.860 | 0.140 | ||
P2 | 0.830 | 0.170 | 0 | 0 | 0 | 0.819 | 0.125 | 0 | 0 | 0 | 0.030 | 0.970 | ||
P3 | 0.200 | 0.800 | 0 | 0 | 0.875 | 0.125 | 0 | 0 | 0.400 | 0.6 | 0 | 0 | ||
P4 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.400 | 0.600 | 0 | 0 | 0 | 0.500 | 0.500 | ||
P5 | 0.600 | 0.400 | 0 | 0 | 0 | 0.467 | 0.600 | 0 | 0 | 0 | 0.200 | 0.800 | ||
P6 | 0 | 0 | 0.449 | 0.551 | 0 | 0.137 | 0.863 | 0 | 0 | 0.573 | 0.427 | 0 | ||
P7 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.224 | 0.776 | 0 | 0 | 0 | 0.821 | 0.179 | ||
P8 | 0.980 | 0.020 | 0 | 0 | 0.2 | 0.800 | 0 | 0 | 0 | 0.14 | 0.860 | 0 | ||
P9 | 0.069 | 0.931 | 0 | 0 | 0 | 0.353 | 0.647 | 0 | 0 | 0.975 | 0.025 | 0 | ||
P10 | 0.882 | 0.118 | 0 | 0 | 0.148 | 0.852 | 0 | 1 | 0 | 0.484 | 0.516 | 0 | ||
P11 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.457 | 0.543 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | ||
S1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0.992 | 0.008 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | ||
S2 | 0.844 | 0.156 | 0 | 0 | 0.168 | 0.832 | 0 | 0 | 0 | 0.234 | 0.766 | 0 | ||
S3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0.330 | 0.670 | 0 | 0 | ||
S4 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.533 | 0.467 | 0 | 0 | 0.393 | 0.607 | 0 | ||
S5 | 0 | 0.018 | 0.983 | 0 | 0 | 0.572 | 0.428 | 0 | 0 | 0.451 | 0.549 | 0 | ||
S6 | 0.800 | 0.200 | 0 | 0 | 0.345 | 0.635 | 0 | 0 | 0.980 | 0.020 | 0 | 0 | ||
S7 | 0 | 0.703 | 0.298 | 0 | 0 | 0.086 | 0.914 | 0 | 0 | 0.650 | 0.350 | 0 | ||
R1 | 0 | 0.551 | 0.449 | 0 | 0.499 | 0.501 | 0 | 0.177 | 1 | 0 | 0 | 0 | ||
R2 | 0.010 | 0.090 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.823 | 0 | 0 | 0.743 | 0.257 | 0 | ||
R3 | 0.600 | 0.400 | 0 | 0 | 0.200 | 0.800 | 0 | 0.840 | 0.200 | 0.8 | 0 | 0 | ||
R4 | 0 | 0 | 0.040 | 0 | 0 | 0 | 0.160 | 0.720 | 1 | 0 | 0 | 0 | ||
R5 | 0 | 0.621 | 0.379 | 0.960 | 0 | 0 | 0.280 | 0.220 | 0 | 0.287 | 0.713 | 0 | ||
R6 | 0 | 0.536 | 0.464 | 0 | 0 | 0 | 0.780 | 1 | 0 | 0 | 0 |
表9
汉江流域湿地景观生态健康评价指标隶属度"
评价指标 | 健康Ⅰ | 亚健康Ⅱ | 脆弱Ⅲ | 病态Ⅳ |
---|---|---|---|---|
人口密度(人/km2) | 0.620 | 0.480 | 0 | 0 |
城镇化水平(P2) | 0 | 0.560 | 0.440 | 0 |
干旱指数(P3) | 0.158 | 0.842 | 0 | 0 |
湖泊数量年变化率(%) | 0 | 0.744 | 0.256 | 0 |
湿地面积年变化率(%) | 0 | 0.356 | 0.644 | 0 |
单位面积农用化肥施用量(kg/hm2) | 0 | 0.087 | 0.913 | 0 |
单位面积废水主要污染物排放量(t/km2) | 0 | 0.767 | 0.237 | 0 |
生活垃圾无害化处理率(%) | 0.107 | 0.893 | 0 | 0 |
有效灌溉面积占播种面积比重(%) | 0.132 | 0.868 | 0 | 0 |
人均用水量(m3/人) | 0.172 | 0.828 | 0 | 0 |
人均水资源可利用量(m3/人) | 0.111 | 0.889 | 0 | 0 |
植被覆盖度(%) | 0 | 0.773 | 0.227 | 0 |
径流深(mm) | 0.703 | 0.297 | 0 | 0 |
污径比 | 0.978 | 0.022 | 0 | 0 |
灌溉水综合利用系数(g/(m2·a)) | 0 | 0.753 | 0.247 | 0 |
湿地景观面积比重(%) | 0 | 0.799 | 0.201 | 0 |
第一产业占GDP比重(%) | 0.708 | 0.292 | 0 | 0 |
第三产业占GDP比重(%) | 0 | 0.480 | 0.520 | 0 |
人均GDP(万元) | 0.544 | 0.456 | 0 | 0 |
湿地自然保护区面积比重(%) | 0 | 0.637 | 0.363 | 0 |
节水灌溉率(R2) | 0.300 | 0.700 | 0 | 0 |
工业污染治理投资占GDP比重(%) | 0 | 0.240 | 0.760 | 0 |
水利环保投资占GDP比重(%) | 0 | 0 | 0 | 1 |
科研教育经费占GDP比重(%) | 0 | 0 | 0.470 | 0.530 |
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