李益敏, 王東馳, 袁 靜, 劉心知

(1.云南大學 地球科學學院, 昆明 650500; 2.云南省高校國產高分衛(wèi)星遙感地質工程研究中心, 昆明 650500)

生態(tài)環(huán)境是人類生存的基本保障和社會發(fā)展的物質基礎，但隨著改革開放后我國加速的人口擴張和工業(yè)化進程，在帶來經濟高速發(fā)展的同時也導致了水土流失、土地荒漠化、生物多樣性減少等嚴重的生態(tài)環(huán)境問題[1]。為了應對這些日益突出的生態(tài)環(huán)境問題，我國進入21世紀后逐漸開始推行退耕還林這一重大生態(tài)恢復工程。經過20 a的實施歷程，這一工程已經對各地生態(tài)環(huán)境質量的恢復產生了積極的影響。在步入21世紀第3個10 a的起點，快速、有效地評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量現狀并監(jiān)測其變化過程具有突出的意義。同時，借助生態(tài)環(huán)境質量評價結果，對退耕還林工程的實施效果進行評估和檢驗，也可為該工程的進一步實施及調整提供理論支撐與指導。

評價某一區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質量通常采用建立評價指標體系、選擇綜合評價模型等方法[2]。但目前指標選取尚沒有統(tǒng)一的標準，學者們主要結合研究區(qū)特點選取合理的評價指標開展分析。如Marull等[3]從自然環(huán)境、生物環(huán)境及功能適宜性方面考慮，選取綜合植被敏感性指數、基質穩(wěn)固性指數等影響因子，評估大都市地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質量狀況；周華榮等[4]基于農業(yè)、自然、人為環(huán)境壓力3個指標子系統(tǒng)，對新疆全省的生態(tài)環(huán)境質量進行評價，并劃分出空間分布等級。近年來，隨著遙感技術的進步，評價生態(tài)環(huán)境質量的方法得以不斷改進，一些學者開始基于PSR(壓力—環(huán)境—響應)模型[5]、生態(tài)足跡[6]、層次分析法[7]等方法，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況進行綜合評價。這些研究對了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量動態(tài)變化情況提供了新的科學依據。徐涵秋[8]在前人基礎上創(chuàng)建的遙感生態(tài)指數(RSEI， remote sensing ecological index)就是其中的代表。RSEI完全基于遙感信息，權重根據各指標對各主成分的貢獻率確定，克服了人為因素的干擾，從而能夠較好地反映生態(tài)環(huán)境質量狀況及其時空分異情況，已在城市[9]、水土流失區(qū)[10]、自然保護區(qū)[11]、農牧交錯區(qū)[1]、礦區(qū)[12]等多種地區(qū)得到廣泛應用。對退耕還林的研究來說，利用RSEI作為評價參考，避免了數據統(tǒng)計的局限性，也可分析退耕還林工程對實施地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的影響，更有利于深入分析退耕還林工程的生態(tài)效果。

瀘水市地處“三江并流”世界自然遺產地的核心區(qū)，生態(tài)區(qū)位十分重要。但復雜的高山峽谷地貌，加上多變的氣候，造成人類對土地的利用十分困難，陡坡墾殖、過度砍伐、粗放建設等現象普遍，從而導致植被退化、水土流失、地質災害等生態(tài)問題頻出，對當地的生態(tài)環(huán)境造成了嚴峻壓力[13]。另一方面，退耕還林工程以及其他生態(tài)恢復工程的實施也在一定程度上改善著當地的生態(tài)環(huán)境，破壞和保護之間的博弈影響著新世紀瀘水市生態(tài)環(huán)境質量的變化。本研究將以Landsat TM/OLI影像為數據源，選用遙感生態(tài)指數(RSEI)，對瀘水市2001—2018年的生態(tài)環(huán)境質量時空變化情況進行評價分析。然后結合退耕還林數據，開展生態(tài)環(huán)境質量與退耕還林的相互關系分析，揭示退耕還林工程實施背景下的生態(tài)環(huán)境質量時空變化規(guī)律，為類似地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護和相關生態(tài)恢復工程的實施優(yōu)化提供科學依據。

1 研究區(qū)概況

瀘水市地處云南省怒江州南部(99°34′—99°09′E，25°33′—26°32′N)，面積3 203.04 km2，轄6鎮(zhèn)3鄉(xiāng)，2018年末總人口18.9萬人。全市整體地勢北高南低，地處橫斷山脈高山峽谷區(qū)南端，最高海拔4 162.1 m，最低海拔728.5 m，境內高峰林立、溝壑縱橫，碧羅雪山與高黎貢山夾怒江由北向南縱貫全境，呈現“兩山夾一江”的格局。受特殊的地形地貌和印度洋熱帶季風的綜合作用，瀘水市從河谷至山巔的立體氣候明顯，縱跨亞熱帶、溫帶和寒帶3種氣候帶，整體具有年溫差小，日溫差大，干濕季分明，四季不明顯的氣候特點，年均氣溫21℃，最熱月均溫24.7℃，最冷月均溫9.1℃，極端日最高氣溫40.3℃，極端日最低氣溫-10.2℃；年均降雨量1 199.1 mm，年均蒸發(fā)量1 420.2 mm，無霜期279 d；年平均風速1.1 m/s，風向多為南風；年均日照時數1 576.8 h。

瀘水全市處于“三江并流”世界自然遺產區(qū)的核心地帶，森林覆蓋率達到74%，成為滇西北生態(tài)戰(zhàn)略地位重要的關鍵區(qū)域。但特殊且重要的自然稟賦極大地限制了當地的農業(yè)生產，使得耕地多分布在高山陡坡地區(qū)，55%以上的耕地為25°以上的坡耕地，產出低且破壞生態(tài)環(huán)境。因此，瀘水市根據國家戰(zhàn)略安排在2002年和2014年分別啟動實施了兩輪退耕還林工程，截至2018年累計完成約53 km2退耕面積。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與預處理

研究選用地理空間數據云(http:∥www.gscloud.cn/)提供的Landsat TM/OLI影像作為主要數據源，具體數據信息見表1，數據質量較好。根據需要在ENVI 5.3和ArcGIS 10.5平臺下分別對各時期的遙感影像進行如下預處理：(1) 對原始遙感影像進行輻射定標，并對各期影像的可見光、近紅外、熱紅外波段進行大氣校正[14-15]；(2) 使用二次多項式和最近鄰像元法配準各時期遙感影像，將均方根誤差控制0.5個像元內；(3) 統(tǒng)一遙感影像和行政邊界投影；(4) 使用瀘水市行政邊界對影像進行裁切和提取。

表1 遙感影像數據信息

本研究用到的其他數據還包括：瀘水市行政邊界，獲取自國家基礎地理信息中心數據庫；退耕還林統(tǒng)計資料，獲取自瀘水市林業(yè)局和統(tǒng)計年鑒；2001年和2018年土地利用矢量數據，由Landsat遙感影像通過支持向量機法監(jiān)督分類得到，兩個年份分類精度分別為95.50%，92.68%，Kappa系數分別為0.83，0.79，滿足研究精度要求；坡度信息提取自30 m分辨率的GDEMV2數字高程數據。

2.2 研究方法

2.2.1 遙感生態(tài)指數評價指標 遙感生態(tài)指數(RSEI)對國家環(huán)保部頒布的EI指數進行了修正，由綠度、濕度、干度和熱度這4種與人類息息相關、可由人類直觀感受來判斷生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣、易于直接從遙感影像中獲取的最重要指標構成[8]，具有數據易獲取、評價范圍受限小、指標權重不受人為干擾等優(yōu)勢。本研究利用歸一化植被指數(NDVI)、濕度分量(WET)、干度指數(NDSI)和地表溫度(LST)分別代表綠度、濕度、干度、熱度4個指標，共同構建遙感生態(tài)指數，即：

RSEI=PCA[f(NDVI,WET,NDSI,LST)]

(1)

(1) 綠度指標。植被是指示區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量的最敏感因子[11]，歸一化植被指數(NDVI)與植物的葉面積指數、覆蓋度以及生物量密切相關，是應用最為廣泛的植被指數之一[14]，通常作為綠度指標用來監(jiān)測區(qū)域植被生長狀況和生態(tài)環(huán)境的變化。計算公式為：

NDVI=(N-R)/(N+R)

(2)

式中:N為Landsat TM/OLI數據的近紅外波段；R為紅色波段。

(2) 濕度指標。濕度分量反映了水體、土壤和植被的含水情況，與區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況密切相關。因此，以濕度分量代表濕度指標。不同Landsat的傳感器對應的濕度分量表達式不盡相同[16-17]，ETM，TM，OLI分別對應的表達式為:

WET(ETM)=0.1509B1+0.1973B2+0.3279B3+0.3406B4-0.7112B5-0.4572B7

WET(TM)=0.0315B1+0.2021B2+0.3102B3+0.1594B4-0.6806B5-0.6109B7

WET(OLI)=0.1511B1+0.1972B2+0.3283B3+0.3407B4-0.7117B5-0.4559B7

(3)

式中：B1，B2，B3，B4，B5，B7分別為各傳感器的藍、綠、紅、近紅外、短波紅外1、短波紅外2波段的反射率。

(3) 干度指標。土壤過度干化會嚴重危害區(qū)域生態(tài)環(huán)境[18]，需在評價中考慮干度的影響。造成區(qū)域地表“干化”的一般除了裸土，還包括相當一部分建筑用地。因此，本研究同時選用裸土指數(SI)和建筑指數(IBI)合成的干度指數(NDSI)作為干度指標來代表土壤干化程度，NDSI計算公式如下：

NDSI=(SI+IBI)/2

(4)

SI=[(B5+B3)-(B4+B1)]/[(B5+B3)+(B4+B1)]

(5)

(6)

式中:B1,B2,B3,B4,B5分別為TM和OLI傳感器中藍、綠、紅、近紅外、短波紅外1波段的反射率。

(4) 熱度指標。熱度指標用地表溫度來表示，它是地物熱紅外輻射的定量表達。反演地表溫度對監(jiān)測地表溫度變化所帶來的區(qū)域生態(tài)環(huán)境改變有重要意義。本研究采用輻射傳輸方程法[19]反演地表溫度。計算公式為：

Lλ=[εB(TS)+(1-ε)L↓]τ+L↑

(7)

B(TS)=[Lλ-L↑-τ(1-ε)L↓]/(τε)

(8)

式中:Lλ為熱紅外輻射亮度值;L↑為大氣向上輻射亮度；L↓為大氣向下輻射亮度;τ為大氣在熱紅外波段的透過率;ε為地表比輻射率;B(TS)為溫度為T的黑體在熱紅外波段的輻射亮度;TS為地表溫度。

根據普朗克公式的反函數，可求得地表真實溫度LST：

(9)

式中:K1和K2為定標系數。對于TM Band6,K1=607.76 W/(m2·μm·sr)；K2=1260.56 K;對于TIRS Band10,K1=774.885 W/(m2·μm·sr)；K2=1321.079 K。

根據經驗公式[20-21]計算地表比輻射率ε,當0≤NDVI≤0.157時，ε為0.92；當NDVI<0或NDVI≥0.727時，ε為1；當0.157

ε=1.009+0.047ln(NDVI)

(10)

2.2.2 遙感生態(tài)指數構建 根據以上4個指標的計算結果，分別進行標準化處理，轉為無量綱指標，避免因指標間單位的不同而造成最終結果權重失衡。標準化處理公式如下：

NI=(I-Imin)/(Imax-Imin)

(11)

式中:NI為標準化后的指標值；I為該指標的數值大?。籌max和Imin分別為該指標的最大值和最小值。

將標準化后的4個指標通過ENVI軟件合成由波段組成的新影像，輸入主成分分析模塊進行PCA處理，生成互不相關的輸出波段，而結果主要信息集中到了第一主成分中(PC1)[22]。利用第一主成分結果可以構建出原始的遙感生態(tài)指數RSEI0，公式為：

RSEI0=PCA[f(NDVI,WET,NDSI,LST)]

(12)

式中:PCA代表主成分分析。對RSEI0使用公式(11)對進行歸一化處理,得到最終的RSEI。RSEI值介于[0,1]；RSEI越大,代表生態(tài)環(huán)境越好;反之,代表生態(tài)環(huán)境越差[11]。RSEI指數不適宜具有較大范圍水域的區(qū)域,但本研究區(qū)內水體以怒江干流為主,占研究區(qū)面積比例不到0.5%,因此不需將水體單獨進行掩膜提取。

3 結果與分析

3.1 瀘水市生態(tài)環(huán)境質量評價分析

3.1.1 生態(tài)環(huán)境質量時間變化分析 瀘水市遙感生態(tài)指數計算結果表明(表2—3，圖1)，4個年份RSEI均值分別為0.750，0.759，0.667，0.683，整體表現為波動下降特征，在2001—2006年與2013—2018年兩個時期有小幅上升。以上結果表明2001—2018年瀘水市生態(tài)環(huán)境質量總體呈現波動變差的趨勢。

表2 瀘水市各指標主成分分析結果

表3 瀘水市各年份4個指標及RSEI均值

從4個指標的均值和載荷值來看，綠度、濕度對生態(tài)環(huán)境變好起著正向作用，而干度、熱度相反。瀘水市綠度指標在2001—2018年持續(xù)下降，濕度、干度、熱度在研究期內不斷波動，沒有明顯的變化趨勢，但在2001—2006年和2013—2018年兩個時段，濕度有明顯的增加，綠度減少有限，而干度和熱度有所下降，所以這兩個時段的生態(tài)環(huán)境質量有所改善。

圖1 瀘水市RSEI分布變化

為更好地分析RSEI的分布情況，參考《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術規(guī)范》，將研究區(qū)的RSEI劃分為差、較差、中等、良、優(yōu)這5個等級，分別對應RSEI的范圍為[0,0.2)，[0.2,0.4)，[0.4,0.6)，[0.6,0.8)，[0.8,1.0]，并制作生態(tài)環(huán)境等級分布變化圖和面積與比例統(tǒng)計表(圖2，表4)，直觀顯示4個時相中RSEI各等級變化情況。

圖2 瀘水市生態(tài)環(huán)境等級分布變化

表4 瀘水市生態(tài)環(huán)境各等級面積與比例

從表4可以看出，瀘水市生態(tài)環(huán)境質量由“較差”、“中”、“良”等級主導，3個等級占比之和達97%以上。RSEI中等及以下等級所占比例之和在2001年、2006年、2013年、2018年分別為66.20%，66.49%，72.67%，67.23%，呈波動上升趨勢；良及以上等級所占比例2001年、2006年、2013年、2018年分別為33.80%，33.51%，27.33%，32.77%，在2001—2013年逐漸下降，2013年以后有一定上升。RSEI各等級呈現這樣的變化趨勢也印證了2001—2018年期間瀘水市的生態(tài)環(huán)境質量總體上在逐漸惡化，但在2001—2006年和2013—2018年兩個時段又有所反彈好轉的情況。

3.1.2 生態(tài)環(huán)境質量空間分布變化分析 如圖2所示，總體來看，瀘水市生態(tài)環(huán)境質量表現出明顯的南北向狹長型分布特征。怒江作為縱向穿越瀘水市的分界中線，其東西兩岸的生態(tài)環(huán)境質量等級區(qū)域表現出較為明顯的對稱性，越靠近怒江，分布等級就越低，這與高山峽谷的地貌特征相吻合。

從各質量等級分布來看，差和較差等級主要聚集于怒江水系河谷兩岸及周圍緩坡地帶，在怒江州府駐地的六庫鎮(zhèn)市區(qū)、古登鄉(xiāng)佑雅村—臘斯底村一帶、上江鎮(zhèn)境內的小型壩區(qū)等區(qū)域有小范圍集聚。這些地區(qū)人類活動密集，建設用地擴張迅速，是全市主要的城鎮(zhèn)聚集地和耕地分布區(qū)域，而在稱桿鄉(xiāng)與古登鄉(xiāng)境內則存在大片地表裸露、水土流失嚴重、生態(tài)環(huán)境惡劣的未利用地和低覆蓋度草地，影響了區(qū)域整體的生態(tài)環(huán)境。2001年較差區(qū)域已基本覆蓋全市怒江水系河谷地區(qū)，之后河谷地區(qū)生態(tài)環(huán)境質量的惡化面積與程度逐漸加深，至2018年更是輻射影響到周邊一定范圍。

生態(tài)環(huán)境質量等級中及以上的區(qū)域主要分布在瀘水市境內碧羅雪山與高黎貢山一帶的中高山地區(qū)。優(yōu)等級區(qū)域多聚集在瀘水市西北部稱桿鄉(xiāng)和洛本卓鄉(xiāng)境內，這些區(qū)域以林地為主要地類，山高林密，居民點少，基本未受到人類活動侵擾。2001年以后，生態(tài)環(huán)境質量等級為良的區(qū)域有連片趨勢，中等級區(qū)域變化不大，但也有不少靠近河谷的區(qū)域逐漸從中等級轉為較差等級。

3.1.3 生態(tài)環(huán)境質量變化成因分析 瀘水市地處怒江流域核心地區(qū)之一，根據樊輝等[23]的研究，整個怒江流域在近幾十年中，年均氣溫升高趨勢顯著、年均降水變化不顯著，總體可能會對當地生態(tài)環(huán)境產生負面影響。生態(tài)環(huán)境質量變化除了與氣候變化有關外，人為因素也會產生直接影響，進一步發(fā)掘瀘水市生態(tài)環(huán)境質量變化的驅動原因，特別是與人類活動的關系。將瀘水市2001年和2018年的生態(tài)環(huán)境質量等級分布圖進行疊加，用前期的RSEI等級減去后期的RSEI等級，等級差值為負、0、正，依次代表生態(tài)環(huán)境變差、不變和變好，得到瀘水市2001—2018年生態(tài)環(huán)境質量變化分布圖。統(tǒng)計后，瀘水市2001—2018年生態(tài)環(huán)境質量變差、不變、變好的比例分別為9.71%，77.12%，13.17%。

由于瀘水市交通運輸、工程建設、生活居住、農業(yè)耕作等人類活動主要集中在海拔2 000 m以下區(qū)域，因此，將瀘水市分為人類活動區(qū)(海拔≤2 000 m)和自然生態(tài)區(qū)(海拔>2 000 m)，分別統(tǒng)計兩類區(qū)域中RSEI等級的分布和變化情況(表5)。最后再將生態(tài)環(huán)境質量變化分布圖與2 000 m高程分界線疊加，得到圖3，可以直觀分析瀘水市生態(tài)環(huán)境質量變化區(qū)域在人類活動區(qū)和自然生態(tài)區(qū)的分布情況。

表5 瀘水市生態(tài)環(huán)境等級分布分區(qū)統(tǒng)計 km2

圖3 瀘水市2001-2018年生態(tài)環(huán)境質量變化與人類活動的關系

根據表5可知，在瀘水市人類活動區(qū)，RSEI差和較差等級的范圍在2001—2012年呈擴大趨勢，中和良等級則有明顯縮小，到2018年雖有所反彈，但相比2001年，生態(tài)環(huán)境質量已有顯著惡化；在自然生態(tài)區(qū)內，RSEI差和較差等級的面積呈波動減少的趨勢，良和優(yōu)等級的面積為波動增加趨勢，整體上在18 a中表現出生態(tài)環(huán)境質量變好的態(tài)勢。再分析圖3，瀘水市生態(tài)環(huán)境質量變好的區(qū)域主要分布在怒江西部高黎貢山和東部碧羅雪山的中高山地區(qū)，縱貫瀘水南北，這里是高黎貢山國家自然保護區(qū)的核心區(qū)域；變差區(qū)域主要聚集在怒江水系河谷地帶，較多分布在中部的魯掌鎮(zhèn)、大興地鎮(zhèn)和南部的六庫鎮(zhèn)和上江鎮(zhèn)。再結合2 000 m高程分界線，可明顯發(fā)現人類活動區(qū)與自然生態(tài)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質量變化趨勢截然不同。瀘水市生態(tài)環(huán)境質量惡化的區(qū)域絕大部分位于人類活動區(qū)范圍內，而生態(tài)環(huán)境質量改善的區(qū)域則主要分布在海拔2 000 m以上的自然生態(tài)區(qū)。

人類活動區(qū)和自然生態(tài)區(qū)呈現出不同的生態(tài)環(huán)境質量分布變化特征，說明瀘水市在2001—2018年中生態(tài)環(huán)境質量的下降主要是受2 000 m以下人類活動區(qū)的生態(tài)環(huán)境質量惡化所致，而2 000 m以上地區(qū)受人類干擾減少，加上合理的保護，使這一區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質量反而有一定提高。進入21世紀后，退耕還林、陡坡地生態(tài)治理等一系列生態(tài)恢復工程陸續(xù)在瀘水市啟動，經過近20 a的實施，2 000 m以上中高山地區(qū)的人類活動明顯減少，陡坡耕地、草地、未利用地的植被逐漸恢復，森林覆蓋率不斷提升。但人類活動在2 000 m以上地區(qū)的退出，就不得不向著低海拔地區(qū)逐漸聚集，加上經濟社會各方面建設的快速推進，加劇了2 000 m以下河谷和低山地區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化。特別1 500 m以下的河谷生態(tài)惡化區(qū)以5.57%的國土面積集中分布了瀘水市近70%的人口，加上不合理的土地利用方式，已成為全市生態(tài)環(huán)境最惡劣的地區(qū)。以上分析在一定程度上說明了生態(tài)環(huán)境質量對人類活動反應的敏感性，人類對環(huán)境的快速改造會對生態(tài)環(huán)境產生顯著的負面影響。

3.2 瀘水市生態(tài)環(huán)境質量變化與退耕還林工程的關系分析

云南省是實施退耕還林工程的重要省份[24]，選取瀘水市在2002年和2014年分別實施了兩輪退耕還林工程，對當地地表環(huán)境產生著直接影響，是研究期內生態(tài)環(huán)境質量變化的重要影響因素之一。為了科學評估瀘水市退耕還林工程實施效果，揭示退耕還林工程與生態(tài)環(huán)境質量變化的關系，首先統(tǒng)計分析耕地在坡度梯度的面積變化情況，評價瀘水市2001—2018年退耕還林工程的效果；再進一步計算2001—2006年和2013—2018年兩個退耕還林實施期中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)退耕還林率，分鄉(xiāng)鎮(zhèn)與對應RSEI變化值進行擬合，評價瀘水市生態(tài)環(huán)境質量變化與退耕還林工程的相關性大小。

3.2.1 退耕還林工程實施效果 根據退耕還林工程主要針對25°以上的坡耕地這一特點，分析瀘水市退耕還林工程坡度分布及變化特征，以評價退耕還林工程的實施效果?？紤]到高山峽谷地區(qū)坡度陡，低坡度地區(qū)面積極小的地形特征，參考相關論文[25]，將坡度分為五級：1級(0°～8°)，2級(8°～15°)，3級(15°～25°)，4級(25°～35°)，5級(>35°)，分別統(tǒng)計2001—2018年各級耕地面積變化情況(圖4)。

圖4 瀘水市耕地在坡度梯度上的分布變化

從圖4可以看出，在小于35°的坡度區(qū)間，瀘水市耕地面積隨坡度等級的升高而逐漸增加，大于35°后又有所降低。坡度大于25°的耕地占到耕地總面積的55%以上，坡度小于8°的耕地只占到5%左右。以上統(tǒng)計說明瀘水市陡坡耕種現象十分普遍，低質量的坡耕地成為全市主要的耕地資源。大量陡坡地區(qū)被開墾為耕地后，植被覆蓋度降低，會導致水土流失加重、地質災害易發(fā)，嚴重威脅著當地的生態(tài)環(huán)境。對比2001年和2018年耕地在坡度梯度上的分布變化，不難發(fā)現各坡度等級的耕地面積均有不同程度的下降，特別是坡度大于25°的耕地面積減少尤為明顯，占總減少面積的64.74%。而在所有減少的耕地中有75.49%轉變?yōu)榱值?，說明瀘水市的耕地在18 a中發(fā)生這樣的變化與退耕還林工程密不可分。以上統(tǒng)計都證明了瀘水市退耕還林工程的效果顯著，基本達到了工程實施的預期目標。得到退耕還林的耕地在轉為林地和草地后，會對局部地區(qū)乃至怒江州的生態(tài)環(huán)境質量產生積極影響。

3.2.2 生態(tài)環(huán)境質量變化與退耕還林面積的相關性 對2001—2006年和2013—2018年兩個時段的瀘水市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)累計退耕還林面積進行統(tǒng)計，然后依據公式(13)，求出每期各鄉(xiāng)鎮(zhèn)退耕還林率(表6)。

S=(N/K)×100%

(13)

式中:S是某期該鄉(xiāng)鎮(zhèn)退耕還林率；N為某期該鄉(xiāng)鎮(zhèn)退耕還林面積;K是該鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地總面積。

表6 瀘水市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)累積退耕還林面積、退耕還林率和RSEI變化

分別將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計結果序列與對應區(qū)域的RSEI期內差值在SPSS 26統(tǒng)計軟件中進行斯皮爾曼相關性分析，結果見圖5。2001—2006年，退耕還林率與遙感生態(tài)指數RSEI變化在0.05級別顯著性水平下，相關系數為0.767，為強相關；2013—2018年，退耕還林率與遙感生態(tài)指數RSEI變化在0.01級別顯著性水平下，相關系數為0.817，為強相關?？梢姡瑸o水市退耕還林率與生態(tài)環(huán)境質量變化的相關性較高，也說明退耕還林工程對實施地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質量有著積極影響。

圖5 瀘水市RSEI變化和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)退耕還林率關系

4 結論與討論

(1) 從時間變化上看，瀘水市2001年、2006年、2013年、2018年RSEI均值分別為0.750，0.759，0.667，0.683，總體呈小幅波動下降趨勢。生態(tài)環(huán)境質量良及以上等級所占比例分別為33.80%，33.51%，27.33%，32.77%。瀘水市2001—2018年期間的生態(tài)環(huán)境質量總體上逐漸惡化，但在2001—2006年和2013—2018年兩個時間區(qū)間又有所反彈好轉。

(2) 從空間分布上看，瀘水市生態(tài)環(huán)境質量呈現明顯的南北向狹長型分布特征，且怒江東西兩岸的生態(tài)環(huán)境質量等級區(qū)域表現出一定的對稱性，這與其高山峽谷的地貌特征吻合。分析生態(tài)環(huán)境質量變化成因后發(fā)現，瀘水市總體生態(tài)環(huán)境質量的惡化除了與怒江流域氣候的變化有一定關系外，更與2 000 m以下區(qū)域人類活動的活躍和干擾密切相關，說明了生態(tài)環(huán)境質量對人類活動反應的敏感性。

(3) 退耕還林工程的實施，對工程實施期內瀘水市的生態(tài)環(huán)境產生著積極影響。統(tǒng)計分析發(fā)現，瀘水市退耕還林工程效果顯著，大量坡耕地得到退耕。在2001—2006年和2013—2018年兩輪退耕還林工程主要實施期內的相關性分析中，生態(tài)環(huán)境質量變化也與退耕還林工程有較高的相關性。

進入21世紀后，瀘水市響應國家發(fā)展戰(zhàn)略方針，重點開展了退耕還林工程，并配合天然林保護、陡坡地生態(tài)治理、自然保護區(qū)建設、林業(yè)改造等其他生態(tài)恢復工程，主要修復了怒江流域生態(tài)脆弱區(qū)、生態(tài)重要區(qū)的生態(tài)環(huán)境。各項生態(tài)恢復工程互為配合、多頭并進，有助于調節(jié)氣候環(huán)境、增加植被覆蓋度、優(yōu)化利用林業(yè)資源、遏制水土流失和自然災害，提升生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)服務功能，促進形成有效的國土生態(tài)安全體系。

但是從本研究的生態(tài)環(huán)境質量變化分析不難發(fā)現，瀘水市退耕還林工程及其他生態(tài)恢復工程對生態(tài)環(huán)境的恢復效果依然有限，綠度等指標在18 a中依然呈小幅下降趨勢，且2 000 m以下人類活動活躍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境變化形勢也不容樂觀。今后應擴大生態(tài)環(huán)境保護的范圍，并加大投入，將保護工作的重心向2 000 m以下人類活躍地區(qū)傾斜，制定出針對性的生態(tài)修復方案。同時，也應及時調整經濟社會發(fā)展方式，保護與減少破壞并行，通過優(yōu)化資源利用模式，降低對生態(tài)環(huán)境的破壞。

由于在數據、技術等方面的限制，本研究會存在一些不足之處，如遙感影像時相無法完全一致、影像分辨率不高、影像中山體光照陰影的存在等問題都會對RSEI結果產生影響。此外，雖然對生態(tài)環(huán)境質量變化的成因進行了一定分析，但對氣候、人類活動等因素的驅動內因未有深入的探討，因此也將進一步加深這方面的研究。