李政隆　樊彥國　王雪怡等

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；生態(tài)治理；植被指數(shù)；黃河三角洲

中圖分類號：Ｘ８２６；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０１．０１７

引用格式：李政隆，樊彥國，王雪怡，等．基于ＯＷＢＥＩ 的黃河三角洲生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時空評價［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（１）：９７－１０２．

黃河三角洲是中國暖溫帶最年輕、增長速度最快的濕地，具有原生性、脆弱性和稀有性等特點。在快速城市化過程中，資源開發(fā)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)田開墾、填海造陸等人類活動干擾不可避免地侵占自然濕地，進而導致黃河三角洲濕地景觀發(fā)生了巨大變化，生態(tài)環(huán)境遭到破壞［１－２］ 。保護黃河三角洲生態(tài)環(huán)境、促進區(qū)域經(jīng)濟綠色發(fā)展是推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展的重要內(nèi)容。

對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行準確評價是目前濕地研究的熱點。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法可分為單指標法和多指標法［３－５］ 。歸一化植被指數(shù)、地表溫度、永久性植被豐度、葉面積指數(shù)等［６－９］ 可以應用于單指標生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價。雖然單指標法可以實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的快速評價，但由于濕地環(huán)境復雜多樣，因此無法全面評價生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?；诙嘀笜说纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法綜合考慮了多個生態(tài)指標，成功解決了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估不全面的問題。如基于壓力－狀態(tài)－響應模型框架的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法主要考慮了三類因素：景觀變化、景觀生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)和人類響應［１０－１１］ 。這類方法重點考慮了與人類活動相關(guān)的指標，如地表溫度、道路密度等，但很少涉及生態(tài)指標。為提高生態(tài)指標占比，ＸＵ 等［１２－１３］ 提出了基于遙感的生態(tài)指數(shù)，從綠度、濕度、干度和熱度４ 個方面進行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價。Ｆｉｒｏｚｊａｅｉ 等［１４］ 改進了基于遙感的生態(tài)指數(shù)，采用植被－不透水面－土壤模型，從綠度、濕度、干度、熱度和不透水度５ 個方面評價了洛杉磯和芝加哥等６ 個城市的地表生態(tài)環(huán)境狀況。

上述方法雖然從不同角度考慮了多個生態(tài)指標，但忽略了開放水域?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響。顧及水效益的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù)（Ｗａｔｅｒ Ｂｅｎｅｆｉｔ?Ｂａｓｆｄ ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＩｎｄｅｘ，ＷＢＥＩ）不僅增加了水生態(tài)因子，而且還定義了與氣候資源相對應的熱環(huán)境以及土地覆蓋，使得評價結(jié)果更加全面［１５］ 。由于濕地生態(tài)系統(tǒng)組成復雜、動態(tài)性高，因此濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價在植被要素精確監(jiān)測方面還面臨難題。本文以黃河三角洲為研究區(qū)，提出改進的高光譜植被指數(shù)（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｍ?ａｇｅ?Ｂａｓｅｄ Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ，ＩＨＳＶＩ），以提高對植被要素的精確監(jiān)測能力；結(jié)合ＷＢＥＩ 和ＩＨＳＶＩ 提出優(yōu)化的顧及水效益的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ＷａｔｅｒＢｅｎｅｆｉｔ?Ｂａｓｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｄｅｘ，ＯＷＢＥＩ）進行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價，以增強濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量反演效果?；冢希祝拢牛?探究黃河三角洲近２０ ａ 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時空變化。

１ 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)處理

１．１ 研究區(qū)概況

黃河三角洲地處萊州灣與渤海灣之間，是中國面積最大、最年輕、生物多樣性最豐富的河口三角洲之一。黃河從上中游帶來的大量泥沙在此淤積形成了大面積的沖積平原和灘涂濕地景觀，為濕地植被的生長提供了良好環(huán)境［１６］ 。本文選取黃河三角洲部分濱海鹽漬土作為研究區(qū)，包括東營市河口區(qū)、墾利區(qū)和利津縣部分地區(qū)。

１．２ 數(shù)據(jù)來源及預處理

本文將Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ 影像和Ｌａｎｄｓａｔ ＯＬＩ 影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由美國地質(zhì)調(diào)查局（ＵＳＧＳ）（ｈｔｔｐｓ：／／ｇｌｏｖｉｓ．ｕｓｇｓ．ｇｏｖ／ ）提供，其中２０００ 年、２００６ 年、２０１２ 年采用Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ 影像，２０１７ 年、２０２０ 年采用ＬａｎｄｓａｔＯＬＩ 影像，分辨率均為３０ ｍ。各年份均根據(jù)影像質(zhì)量和云量篩選，為保證影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，選取目視清晰且云量小于５％的影像數(shù)據(jù)。將Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ 影像進行輻射定標、大氣校正以及裁剪等獲得研究所需數(shù)據(jù)，其中２００６ 年、２０１２ 年的影像需額外進行條帶處理。

２ 研究方法

在生態(tài)指標提取中共選擇了水環(huán)境、熱環(huán)境和土地覆蓋３ 個層面的濕地生態(tài)評價指標進行黃河三角洲的生態(tài)質(zhì)量狀況評價。其中，水環(huán)境用地表潛在水豐度指數(shù)（ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｗａｔｅｒ Ａｂｕｎｄａｎｃｅ Ｉｎｄｅｘ，ＳＰＷＩ）和歸一化潛熱指數(shù)（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ＬａｔｅｎｔＨｅａｔ Ｉｎｄｅｘ， ＮＤＬＩ） 表示， 熱環(huán)境用地表溫度（ ＬａｎｄＳｕｒｆａｃｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＬＳＴ）表示，土地覆蓋用歸一化差異土壤指數(shù)（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｏｉｌ Ｉｎｄｅｘ，ＮＤＳＩ）和ＩＨＳＶＩ 表示。在生態(tài)指標融合時，利用熵權(quán)法獲得每個指標的權(quán)重，并通過生態(tài)指標加權(quán)融合的方式獲得最終的ＯＷＢＥＩ。

ＯＷＢＥＩ 為［０，０．２）、［０．２，０．４）、［０．４，０．６）、［０．６，０．８）、［０．８，１］ 對應的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級為差、較差、一般、良好、優(yōu)秀。

３ 結(jié)果與討論

３．１ 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果驗證

為了驗證優(yōu)化的顧及水效益的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果的準確性，將本文評價結(jié)果與中國生態(tài)環(huán)境狀況公報給出的各區(qū)縣級生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果Ｐ_ＥＩ進行對比分析。２０００ 年、２００６ 年、２０１２年、２０１７ 年、２０２０ 年河東區(qū)和墾利區(qū)Ｐ_ＥＩ與ＯＷＢＥＩ 見表１。河口區(qū)各評價年份Ｐ_ＥＩ、ＯＷＢＥＩ 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果一致，都為較差。墾利區(qū)除２００６ 年、２０２０ 年外各年份Ｐ_ＥＩ、ＯＷＢＥＩ 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果一致。２００６ 年墾利區(qū)ＯＷＢＥＩ 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果為較差，但ＯＷＢＥＩ 值接近于一般等級。２０２０ 年地表溫度較往年明顯升高，而中國生態(tài)環(huán)境狀況公報生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價時缺乏對溫度的表征，生態(tài)環(huán)境評價結(jié)果為一般，ＯＷＢＥＩ 生態(tài)環(huán)境評價結(jié)果為較差。ＯＷＢＥＩ 評價生態(tài)環(huán)境質(zhì)量精確度可達８０％，較ＷＢＥＩ 原有的７５％反演精度提升［１５］ 。

３．２ 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時空變化分析

通過上述方法，實現(xiàn)了黃河三角洲生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的空間量化，得到２０００ 年、２００６ 年、２０１２ 年、２０１７ 年和２０２０ 年黃河三角洲地表假彩色影像及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布，見圖１、圖２。黃河三角洲２０ ａ 間不同等級生態(tài)環(huán)境狀況面積變化見表２，其中各生態(tài)指標變化見表３。

如圖２ 所示，中部內(nèi)陸農(nóng)村地區(qū)（圖中正方形）總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況優(yōu)于黃河沿岸及沿海地區(qū)城市（圖中橢圓）。造成這一結(jié)果的原因：一是黃河沿岸及沿海地區(qū)城市化率高，不透水面占比大；二是黃河沿岸及沿海地區(qū)受資源開發(fā)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)田開墾、填海造陸等人類活動干擾，植被覆蓋面積大幅下降，使得地表溫度升高、空氣濕度下降，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變差。此外，２０００ 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為一般、良好和優(yōu)秀的區(qū)域占３７．０６％，２００６ 年、２０１２ 年、２０１７ 年、２０２０ 年分別占４９．４３％、８８．５３％、８５．０６％、５２．６６％，黃河三角洲整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量以２０１２ 年為轉(zhuǎn)折點呈先上升后下降的變化趨勢。

２０００ 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差，可能原因是２０００ 年之前對三角洲濕地的保護未得到足夠重視，生態(tài)保護措施尚未充分實施。從２０００ 年開始植被恢復、生態(tài)補水等工程的實施改善了濕地生態(tài)狀況，２０００—２００５ 年大汶流管理站先后實施植被恢復１ 萬ｈｍ^２，極大地改善了當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境水平。從表３ 可以看出，２０００—２０１２ 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)上升且在２０１２ 年達到最優(yōu)。２０００—２０１２ 年，由于水資源量、植被數(shù)量、濕度增大，因此總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)上升。然而，２０１２—２０２０ 年研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢。原因是，為了促進經(jīng)濟發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、制鹽業(yè)的發(fā)展，東營港的大規(guī)模建設(shè)以及工礦業(yè)的發(fā)展等，使得土地利用狀態(tài)改變，生態(tài)彈性下降，最終導致濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降。２０１２—２０２０ 年，水資源量、植被數(shù)量減少，不透水面增加，造成總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)下降。

受黃河三角洲自身環(huán)境影響，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境底子較為薄弱。隨著黃河三角洲植被數(shù)量顯著增加，２０００—２０１２ 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提高。然而，近些年受城市化進程加快以及資源開發(fā)等人類活動影響，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況呈下降趨勢。因此，黃河三角洲地區(qū)的生態(tài)環(huán)境仍需加強監(jiān)管和治理，以促進黃河流域的生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展。

４ 結(jié)束語

以黃河三角洲為研究區(qū)，通過構(gòu)造ＯＷＢＥＩ 獲取了２０００—２０２０ 年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時空變化狀況。ＯＷＢＥＩ 通過將ＨＳＶＩ 應用到多光譜領(lǐng)域，解決ＷＢＥＩ在濕地區(qū)域植被要素精確監(jiān)測的問題，提高了濕地區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的反演精度，精度可達８０％。通過對２０００—２０２０ 年黃河三角洲生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行時空分析，得到生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差的地區(qū)為黃河沿岸及沿海地區(qū)城市。

【責任編輯 呂艷梅】