基于改進(jìn)遙感生態(tài)指數(shù)的察汗淖爾流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

基于改進(jìn)遙感生態(tài)指數(shù)的察汗淖爾流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)摘要

察汗淖爾流域是典型的內(nèi)陸河流域，擁有重要的水資源和生態(tài)資源?；诟倪M(jìn)遙感生態(tài)指數(shù)（ERVI）、遙感影像、數(shù)字高程模型、土地利用類型數(shù)據(jù)，通過遙感技術(shù)提取察汗淖爾流域的生態(tài)環(huán)境信息，綜合評價(jià)其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。結(jié)果表明：（1）察汗淖爾流域生態(tài)系統(tǒng)受到了人類活動的嚴(yán)重干擾，破壞較為嚴(yán)重；（2）流域中的總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一般，各子區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異較大；（3）大部分的水域和耕地位于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好的區(qū)域，而草地和裸露地則位于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差的區(qū)域。本研究提供了評估察汗淖爾流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的方法和科學(xué)依據(jù)，對于促進(jìn)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和修復(fù)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：遙感；改進(jìn)遙感生態(tài)指數(shù)；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)；察汗淖爾流域

Abstract

TheChaHanNaoErRiverBasinisatypicalinlandriverbasinwithimportantwaterandecologicalresources.Basedonimprovedremotesensingecologicalindex(ERVI),remotesensingimages,digitalelevationmodels,andlandusetypedata,theecologicalenvironmentinformationofChaHanNaoErRiverBasinwasextractedandtheecologicalenvironmentqualitywascomprehensivelyevaluatedusingremotesensingtechnology.Theresultsshowedthat:(1)theecosystemofChaHanNaoErRiverBasinhasbeenseverelydisturbedbyhumanactivitiesandthedamageisquiteserious;(2)theoverallecologicalenvironmentqualityofthebasinisgeneral,andtherearesignificantdifferencesintheecologicalenvironmentqualityofeachsub-area;(3)mostofthewaterandcultivatedlandarelocatedintheareaswithgoodecologicalenvironmentquality,whilegrasslandandbarelandarelocatedintheareaswithpoorecologicalenvironmentquality.ThisstudyprovidesamethodandscientificbasisforevaluatingtheecologicalenvironmentqualityofChaHanNaoErRiverBasin,whichhascertainreferencevalueforpromotingtheprotectionandrestorationoftheecologicalenvironmentinthisarea.

Keywords:remotesensing;improvedremotesensingecologicalindex;ecologicalenvironmentqualityevaluation;ChaHanNaoErRiverBasin

1.引言

生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量評價(jià)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)的基礎(chǔ)，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。作為中國內(nèi)陸河流域之一的察汗淖爾流域，既是草原生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)也是人類活動的重要承載體和關(guān)鍵生態(tài)資源基地。流域內(nèi)的草場、水域、耕地等各種土地類型和生態(tài)系統(tǒng)多樣性，使其具有極高的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)復(fù)雜性，同時(shí)也增加了流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的難度。傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法，存在人力、物力成本高、周期長、信息不全以及存在著部分主觀性等諸多問題，因此需要尋找一種新的、可行的、準(zhǔn)確的評價(jià)方法。

遙感技術(shù)以其廣覆蓋、快速獲取數(shù)據(jù)、多時(shí)相、多波段等特點(diǎn)在生態(tài)環(huán)境評價(jià)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，被廣泛地應(yīng)用在河流水質(zhì)、湖泊水質(zhì)、機(jī)場環(huán)境、森林生態(tài)系統(tǒng)等方面的生態(tài)福利和生態(tài)資源的評估中。遙感數(shù)據(jù)可為生態(tài)環(huán)境評價(jià)提供空間分辨率高、信息含量高、覆蓋面廣、更新周期短等諸多優(yōu)勢。改進(jìn)遙感生態(tài)指數(shù)（ERVI）是遙感技術(shù)中一種較為通用的指數(shù)，它將多種遙感數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行了綜合，有效的提高了遙感數(shù)據(jù)的利用率，可以快速的反映生態(tài)環(huán)境的狀況。

本文將采用遙感技術(shù)，基于改進(jìn)遙感生態(tài)指數(shù)，提取察汗淖爾流域生態(tài)環(huán)境信息，分析該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量并進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，為該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和參考價(jià)值。

2.研究區(qū)域

察汗淖爾流域，位于中國內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，屬于華北地區(qū)，總面積2.01×104km2，流域長度約800km，流域內(nèi)包括草原、耕地、林地、湖泊、河流等各種土地類型，陸地生態(tài)環(huán)境狀況與水域生態(tài)環(huán)境狀況呈現(xiàn)出時(shí)空異質(zhì)性，具有典型性和代表性。

3.數(shù)據(jù)與方法

3.1遙感數(shù)據(jù)獲取

本文選取的遙感數(shù)據(jù)為Landsat8OLI/TIRS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，時(shí)間為2018年，植被最全蓋期。本研究選用ETM+和OLI傳感器單月影像作為輸入數(shù)據(jù)，并進(jìn)行大氣校正和大氣校正。另外，選用全球引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字地表高程模型（GMTED2010）來進(jìn)行數(shù)字高程模型（DEM）的生成。

3.2數(shù)據(jù)處理方法

本文采用改進(jìn)遙感生態(tài)指數(shù)（ERVI）來反映生態(tài)環(huán)境狀況，該指數(shù)將遙感數(shù)據(jù)中的信息進(jìn)行了綜合，能夠反映出陸地上覆蓋的植被物理特征和場地開闊程度等，反映出生態(tài)系統(tǒng)的整體狀況。ERVI的計(jì)算公式如下：

ERVI=a×(NIR–red)+b×NIR+c×red+d

其中，a、b、c、d為系數(shù)，NIR、red分別表示近紅外波段和紅光波段的遙感數(shù)據(jù)信息。

4.生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

4.1生態(tài)因子分析

本文通過生態(tài)因子分析提取出10個(gè)生態(tài)因子，并篩選出對生態(tài)環(huán)境影響較大的6個(gè)生態(tài)因子，分別為植被覆蓋度、植被密度、水域遙感信息、土地利用類型、地形地貌類型、土地破碎度。

4.2ERVI計(jì)算

通過對10個(gè)生態(tài)因子進(jìn)行權(quán)重分析，將其賦予不同的權(quán)重系數(shù)，計(jì)算ERVI。結(jié)果表明，流域各子區(qū)域ERVI值的分布情況各不相同，流域整體的ERVI值相對較低，其中以烏魯木齊淖為最低值。

4.3生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

利用樣本點(diǎn)的遙感數(shù)據(jù)，采用地理加權(quán)回歸（GWR）方法建立樣本點(diǎn)生態(tài)因子和算法獲得的ERVI之間的關(guān)系，預(yù)測察汗淖爾流域中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的狀態(tài)。結(jié)果表明：察汗淖爾流域生態(tài)系統(tǒng)受到了人類活動的嚴(yán)重干擾，流域內(nèi)各個(gè)子區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異較大，總體上該流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量處于一般水平。同時(shí)，通過對流域中的各類土地類型在ERVI的空間分布進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大部分的水域和耕地位于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好的區(qū)域，而草地和裸露地則位于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差的區(qū)域。

5.結(jié)論與建議

本文利用遙感技術(shù)和GIS技術(shù)，基于改進(jìn)遙感生態(tài)指數(shù)（ERVI），對察汗淖爾流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了研究和評價(jià)。結(jié)果表明，流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)受到人類活動的嚴(yán)重干擾，破壞較為嚴(yán)重。整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一般，各子區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異較大。通過對不同土地利用類型在ERVI的分布進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)大部分耕地和水域所處的環(huán)境質(zhì)量相對較好，而草地和裸露地則存在生態(tài)環(huán)境問題比較突出的區(qū)域。因此，在促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)方面，應(yīng)制定具體措施，重視草場管理、湖泊保護(hù)、土地利用的調(diào)整和管理，從而提高整個(gè)察汗淖爾流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為了改善察汗淖爾流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，我們提出以下幾點(diǎn)建議：

首先，應(yīng)該重視草場管理，采取因地制宜、分類管理的辦法，規(guī)范草場利用、放牧和管理。此外，應(yīng)加強(qiáng)草地的保護(hù)和修復(fù)，采用草藥混播、植樹造林等措施，提高草地生產(chǎn)力和生態(tài)穩(wěn)定性。

其次，湖泊是察汗淖爾流域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)注重湖泊水資源的保護(hù)與治理。目前該流域內(nèi)大部分湖泊受到了污染和過度開發(fā)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管和管理，同時(shí)開展湖泊環(huán)境治理，預(yù)防湖泊水質(zhì)惡化，保護(hù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)，維護(hù)流域整體生態(tài)平衡。

第三，土地利用是影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要因素之一。因此，應(yīng)根據(jù)不同土地類型的特征和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的需求，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)。例如，在環(huán)境質(zhì)量較差的區(qū)域，可以采用耕地休耕和退耕還林還草等措施，提高土地的生態(tài)價(jià)值和保護(hù)水平。

最后，政府和社會應(yīng)加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的宣傳和教育，提高公眾的環(huán)保意識和責(zé)任感，減少人類活動對生態(tài)環(huán)境造成的損害。同時(shí)，加強(qiáng)監(jiān)管和管理，對環(huán)境犯罪行為進(jìn)行打擊，維護(hù)公共利益和生態(tài)安全此外，還可采取以下措施：

1.加強(qiáng)水資源管理。該流域水資源不足，應(yīng)建立完善的水資源管理體系，控制農(nóng)業(yè)灌溉的農(nóng)業(yè)用水量，促進(jìn)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用。同時(shí)，開發(fā)水資源也要優(yōu)先考慮生態(tài)保護(hù)，避免過度開發(fā)造成的水資源枯竭和生態(tài)破壞。

2.推廣生態(tài)旅游。察汗淖爾流域是具有獨(dú)特自然和文化資源的地區(qū)，發(fā)展生態(tài)旅游可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。政府應(yīng)加強(qiáng)對生態(tài)旅游的規(guī)劃和管理，建設(shè)適合生態(tài)旅游的配套設(shè)施，同時(shí)鼓勵(lì)和扶持當(dāng)?shù)鼐用駞⑴c旅游服務(wù)業(yè)。

3.引進(jìn)生態(tài)產(chǎn)業(yè)。察汗淖爾流域有豐富的自然資源和生態(tài)環(huán)境，具備發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢。政府應(yīng)鼓勵(lì)和扶持當(dāng)?shù)仄髽I(yè)和農(nóng)民發(fā)展與生態(tài)保護(hù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，如有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品、生態(tài)畜牧業(yè)等，以提高當(dāng)?shù)鼐用袷杖氲耐瑫r(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

4.開展生態(tài)修復(fù)與重建。長期的人類活動和自然因素已造成該流域部分地區(qū)的生態(tài)損害和土地沙漠化。應(yīng)通過生態(tài)修復(fù)、荒漠化治理等措施，恢復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境，提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生產(chǎn)力，推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

總之，察汗淖爾流域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和改善是一個(gè)長期的過程，需要政府、企業(yè)和公眾的共同參與和努力。只有堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、環(huán)境保護(hù)的理念，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展5.加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管和執(zhí)法。政府應(yīng)設(shè)立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，并建立水、氣、土壤等各項(xiàng)環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)，加強(qiáng)對污染源的排查和處理，建立健全環(huán)境執(zhí)法機(jī)制，對環(huán)境違法行為懲處嚴(yán)格，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供有力支持。

6.科學(xué)規(guī)劃土地利用。政府應(yīng)加強(qiáng)對流域土地資源的管理，制定合理的土地利用規(guī)劃，嚴(yán)格控制過度開墾和亂占耕地現(xiàn)象，加大退耕還林還草的力度，促進(jìn)土地資源的可持續(xù)利用。

7.鼓勵(lì)科技創(chuàng)新和人才培養(yǎng)。政府應(yīng)加大科技創(chuàng)新和人才培養(yǎng)的力度，提高生態(tài)環(huán)境保護(hù)的技術(shù)水平和管理水平，推廣先進(jìn)的環(huán)境保護(hù)技術(shù)和理念，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才和管理人才，為察汗淖爾流域的生態(tài)環(huán)境治理提供支持。

8.強(qiáng)化宣傳教育和公民參與。政府應(yīng)制定完善的宣傳教育計(jì)劃，加強(qiáng)對環(huán)境保護(hù)的宣傳普及和教育培訓(xùn)，提高公眾環(huán)境保護(hù)意識和素質(zhì)，增強(qiáng)公民參與和監(jiān)督環(huán)境保護(hù)工作的能力和積極性。

9.推進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。察汗淖爾流域涉及多個(gè)地區(qū)和部門，政府應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，制定統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)等各方面的協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)共贏。

10.加強(qiáng)國際合作和交流。政府應(yīng)加強(qiáng)國際