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        洪澤湖濕地生態(tài)質(zhì)量的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素

        2025-03-27 00:00:00雷禮綱趙蕾禧邢競允張明王云云許志敏趙言郭輝
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2025年3期
        關(guān)鍵詞:灰色關(guān)聯(lián)分析

        摘要:洪澤湖濕地作為長江地區(qū)濕地的重要組成部分,具有調(diào)節(jié)氣候和涵養(yǎng)水源等生態(tài)功能,對(duì)其進(jìn)行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)具有重要意義?;贚andsat遙感影像,利用綠度、濕度、干度、熱度構(gòu)建遙感生態(tài)指數(shù)(remote sensing ecological index,RSEI),以每5年為1個(gè)間隔,綜合評(píng)價(jià)洪澤湖濕地2002—2022年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況,揭示了保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空演變規(guī)律。此外,采用灰色關(guān)聯(lián)法,分析影響洪澤湖濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的自然和人為因素。結(jié)果表明,2002—2022年洪澤湖濕地RSEI均值分別為0.659、0.749、0.594、0.648和0.660,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)出先上升后下降再上升的趨勢。洪澤湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯高于周邊城鎮(zhèn)地區(qū)。植被覆蓋度、水體面積、年平均氣溫和相對(duì)濕度等自然因素和糧食總產(chǎn)量、周邊地區(qū)總?cè)丝凇⑼恋乩酶淖兊热藶橐蛩鼐軌蛴绊懞闈珊竦氐纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量。相關(guān)研究結(jié)果闡明了洪澤湖濕地環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空變化趨勢及其影響因素,為洪澤湖濕地的合理保護(hù)和科學(xué)管理提供了研究支撐。

        關(guān)鍵詞:洪澤湖濕地;遙感生態(tài)指數(shù);灰色關(guān)聯(lián)分析;生態(tài)環(huán)境質(zhì)量;驅(qū)動(dòng)因素

        中圖分類號(hào):S127;S181" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號(hào):1002-1302(2025)03-0239-10

        雷禮綱,趙蕾禧,邢競允,等. 洪澤湖濕地生態(tài)質(zhì)量的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2025,53(3):239-248.

        doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2025.03.032

        收稿日期:2024-10-15

        基金項(xiàng)目:江蘇泗洪洪澤湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)楊毛嘴嚴(yán)重退化濕地生態(tài)修復(fù)(一期)恢復(fù)成效評(píng)價(jià)項(xiàng)目 (編號(hào):JSFH2312085FZ)。

        作者簡介:雷禮綱(1978—),男,山東威海人,博士,高級(jí)工程師,主要從事林業(yè)經(jīng)濟(jì)管理研究。E-mail:113493366@qq.com。

        通信作者:許志敏,碩士,工程師,主要從事濕地生態(tài)研究。E-mail:710345936@qq.com。

        濕地是地球上生物多樣性豐富、生產(chǎn)力較高的生態(tài)系統(tǒng),具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源和美化環(huán)境等生態(tài)功能,是陸地上的天然蓄水庫,對(duì)維持地球生態(tài)系統(tǒng)的平衡至關(guān)重要[1]。然而隨著人類活動(dòng)的增加和氣候變化的影響,濕地生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重威脅,其生態(tài)功能遭到破壞,面積也在縮?。?]。制定合理的濕地監(jiān)測和評(píng)價(jià)體系將有助于了解濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及其退化情況,能夠有針對(duì)性地保護(hù)濕地資源,進(jìn)行決策和開展?jié)竦乇Wo(hù)。

        生態(tài)環(huán)境質(zhì)量易受人類社會(huì)活動(dòng)的影響,高效、全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測和評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是保證生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)需要探究具體指標(biāo)對(duì)周圍生態(tài)系統(tǒng)的影響程度。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Co-operation and Development,OECD)在1990年首次提出了PSR模型[3]。1993年,OECD在PSR的基礎(chǔ)上提出了“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”(driving force-pressure-state-impact-response,DPSIR)概念模型,該模型能更好地反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題以及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[4]。但是,PSR模型和DPSIR模型在評(píng)估時(shí)需要大量可靠數(shù)據(jù)的支撐,數(shù)據(jù)的獲取仍存在局限性。遙感影像技術(shù)因其免費(fèi)獲取、監(jiān)測范圍廣等優(yōu)勢成為監(jiān)測濕地的主要技術(shù)手段之一[5]。遙感生態(tài)指數(shù)(remote sensing ecological index,RSEI)是基于遙感技術(shù)而提出的綜合指數(shù),該指數(shù)從耦合綠度(歸一化植被指數(shù) normalized difference vegetation index,NDVI)、濕度(WET)、熱度(地表溫度land surface temperature,LST)和干度(歸一化建筑物指數(shù) normalized differential building-soil index,NDBSI)4個(gè)方面對(duì)生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行了完整的評(píng)價(jià)[6]。與傳統(tǒng)研究相比,基于遙感數(shù)據(jù)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測具有多尺度、多視角、近實(shí)時(shí)和易于獲取的特點(diǎn)[7]。近年來,RSEI模型已經(jīng)逐漸成為應(yīng)用最廣泛的模型之一。此外,由于RSEI是通過基于協(xié)方差的主成分分析建立的,各指標(biāo)對(duì)其的影響僅僅取決于自然因素,這避免了主觀因素的影響[8]。構(gòu)建RSEI指數(shù)不僅能更加客觀地評(píng)價(jià)具體項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,還被廣泛應(yīng)用于區(qū)域尺度上(如礦區(qū)、城市、流域等)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中[9]。

        洪澤湖濕地是長江沿岸最重要的濕地之一,是南水北調(diào)東線重要的調(diào)蓄湖泊,具有調(diào)蓄洪水、維持生態(tài)平衡、調(diào)節(jié)湖區(qū)氣候和降解污染物的功能,許多學(xué)者在此開展相關(guān)研究[10]。Wang等利用Landsat遙感影像生成了1985—2022年我國71個(gè)人口超過50萬的主要城市30 m分辨率的年度濕地地圖,對(duì)長江流域的濕地進(jìn)行分析探究[11]。受20世紀(jì)水產(chǎn)養(yǎng)殖、土地圍墾等歷史遺留問題的影響,洪澤湖濕地存在局部退化和生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量降低的問題。開展洪澤湖濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測與評(píng)價(jià),能夠清楚濕地的現(xiàn)狀和恢復(fù)成效,有助于濕地恢復(fù)技術(shù)的改進(jìn)與提升,為后續(xù)濕地保護(hù)工作的發(fā)展提供建議。當(dāng)前大多數(shù)針對(duì)洪澤湖濕地的研究集中在生態(tài)系統(tǒng)和景觀指數(shù)方面,缺少利用遙感生態(tài)指數(shù)考察整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的研究[12]。因此,有必要定量分析洪澤湖濕地20年來生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素。

        本研究基于Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù),結(jié)合遙感技術(shù)和空間分析統(tǒng)計(jì)技術(shù)構(gòu)建洪澤湖濕地生態(tài)質(zhì)量指標(biāo)體系,對(duì)其生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),以期探究濕地生態(tài)質(zhì)量的時(shí)空變化和空間分布模式,厘清影響濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的因素。

        1" 材料與方法

        1.1" 研究區(qū)概況

        洪澤湖濕地位于我國江蘇省的西北部下游地區(qū)(32°02′02″~33°22′35″N,118°27′27″~118°52′13″E),地跨江蘇省內(nèi)2市1區(qū)3縣(淮安市的洪澤區(qū)、盱眙縣和宿遷市的泗洪縣、泗陽縣),是淮河流域最大的湖泊濕地。研究區(qū)總面積5.4萬hm2,其中核心區(qū)面積1.64萬hm2,試驗(yàn)區(qū)總面積 2.35萬hm2,濕地內(nèi)湖泊面積1.4萬hm2。洪澤湖濕地地處北亞熱帶江北區(qū),年平均氣溫為14.8 ℃,年平均蒸發(fā)量為1 592.2 mm,年平均降水量為925.5 mm。

        1.2" 遙感數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

        本研究所用遙感數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站(United States Geological Survey,https://earthexplorer.usgs.gov/),使用Landsat5遙感影像數(shù)據(jù)(2002年和2007年)、Landsat7遙感影像數(shù)據(jù)(2012年)、Landsat8遙感影像數(shù)據(jù)(2017年和2022年),影像空間分辨率均為30 m。為確保數(shù)據(jù)一致性,所選數(shù)據(jù)集中在不同年份的6月至9月,且選擇質(zhì)量較高、云量低于10%的數(shù)據(jù)。為減少輻射誤差,利用ENVI 5.6進(jìn)行輻射定標(biāo)與大氣校正,并進(jìn)行影像拼接和裁剪。

        1.3" 遙感生態(tài)指數(shù)

        生態(tài)環(huán)境受多種因素影響,遙感生態(tài)指數(shù)是一種分析多個(gè)環(huán)境指標(biāo)對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響的綜合性指數(shù)。參考相關(guān)研究,本研究選取綠度、濕度、干度和熱度4個(gè)反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的指數(shù),基于遙感信息處理軟件ENVI 5.6對(duì)洪澤湖濕地的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理,在軟件中使用計(jì)算公式提取這4個(gè)指標(biāo)(表1),從而構(gòu)建遙感生態(tài)指數(shù)[6]。

        RSEI=f(NDVI,WET,NDBSI,LST)。(1)

        具體計(jì)算步驟如下:參照表1中公式,計(jì)算綠度、濕度、干度和熱度指數(shù)。式中:ρNIR、ρR分別表示近紅外和紅光波段的反射率。ρB、ρG、ρR、ρNIR、ρSWIR1分別表示藍(lán)、綠、紅、近紅外、短波紅外1和短波紅外2波段的反射率。L6表示TM6熱紅外波段在傳感器處的輻射值,gain和bias分別表示TM6熱紅外波段的增益和偏置值,DN表示灰度值,Tb表示傳感器處溫度,K1、K2表示定標(biāo)參數(shù),ε6表示TM6熱紅外波段的地表比輻射率,Ts表示地表溫度,λ為TM6熱紅外波段的中心波長。式子中各參數(shù)的取值如下:λ取值為11.5 μm,α取值為1.438×10-2 mK。K1取值為607.76 W/(m2·sr·μm),K2取值為1 260.56 K。L10表示傳感器處的輻射亮度值,τ10表示大氣在熱紅外波段10的透過率,ε10表示地表比輻射率,I10和I10分別表示大氣向上和向下的輻射亮度,B10(Ts)表示黑體的熱輻射亮度,C1、C2為常數(shù),取值分別為 14 387.7 μm/K 和1.191 08 W/(μm4·m2·sr),λ10表示波段10的中心波長,取值為10.9 μm。

        參照公式(2)和公式(3),對(duì)綠度、濕度、熱度和干度4個(gè)生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理,以統(tǒng)一指標(biāo)的單位和范圍,消除誤差。

        yi=(xi-xmin)/(xmax-xmin);(2)

        yi=(xmax-xi)/(xmax-xmin)。(3)

        式中:xi是指標(biāo)歸一化前的值,xmix和xmin是指標(biāo)在歸一化前的最小值和最大值。

        對(duì)歸一化處理后的指標(biāo),進(jìn)行主成分分析,得到第1個(gè)主成分PC1,即為原始遙感生態(tài)指數(shù)RSEI0。對(duì)RSEI0進(jìn)行歸一化處理,最終得到遙感生態(tài)指數(shù)RSEI。

        RSEI=RSEI0-RSEIminRSEImax-RSEImin。(4)

        式中:RSEImin代表原始遙感生態(tài)指數(shù)的最小值;RSEImax代表原始遙感生態(tài)指數(shù)的最大值。

        為了更直接地體現(xiàn)洪澤湖濕地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,參照HJ 192—2015《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》,以0.2為間隔將RSEI值具體分為較差、差、一般、良、優(yōu)5個(gè)等級(jí)。

        1.4" 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響因素分析

        生態(tài)質(zhì)量受到多種自然因素和人為因素的影響,為了有效地分析影響洪澤湖濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的因素,從自然因素和人為因素2個(gè)方面進(jìn)行探究。在自然因素方面,選取了濕地植被覆蓋度、洪澤湖湖泊面積、氣象條件、地形條件4類進(jìn)行分析。人為因素中選取了社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和土地利用變化這2類,探究其對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響。

        植被覆蓋度:植被信息是生態(tài)研究中重要的參考信息,可以客觀地反映生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和變化情況[13]。NDVI通常被用來評(píng)估植被生長和植被覆蓋度變化,與此同時(shí),植被覆蓋度(fractional vegetation cover,F(xiàn)VC)也被廣泛用于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估和監(jiān)測中[14]。植被覆蓋度由像元二分模型計(jì)算所得,計(jì)算公式如下:

        FVC=NDVI-NDVIsoilNDVIveg-NDVIsoil。(5)

        式中:FVC表示植被覆蓋度。NDVI表示混合像元的植被指數(shù)值,NDVIveg表示純植被像元的植被指數(shù)值,理論上應(yīng)為1;NDVIsoil表示純裸土像元的植被指數(shù)值,理論上應(yīng)為0。

        湖泊面積:洪澤湖濕地作為典型的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng),湖泊面積的變化可能會(huì)對(duì)濕地生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響。本研究使用2002年、2007年、2012年、2017年、2022年5個(gè)時(shí)期的遙感影像,提取水體面積,分析洪澤湖近20年來的湖泊面積情況。

        氣象因素:氣體研究選取了降水量、氣溫、日照時(shí)長、相對(duì)濕度4個(gè)因子,研究其與遙感生態(tài)指數(shù)RSEI之間的關(guān)聯(lián)性。本研究的氣象數(shù)據(jù)來自國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://data.cma.cn/),選取站點(diǎn)為洪澤湖濕地附近洪澤、淮陰和盱眙3個(gè)氣象站。

        地形因素:地形因素如高程可能會(huì)影響水文過程、植被分布、土壤類型等,進(jìn)而對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響。本研究的高程數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云官網(wǎng)(http://www.gscloud.cn/)。

        土地利用類型:土地利用數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)(https://www.resdc.cn/)和中國土地覆蓋信息(China Land Cover Dataset,CLCD)數(shù)據(jù)集,利用ArcGIS重分類工具將CLCD數(shù)據(jù)集再分類為農(nóng)田、森林、水域和不透水面4種土地利用類型。

        社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素:本研究的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自《宿遷市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《淮安市統(tǒng)計(jì)年鑒》。選取的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素指標(biāo)包括2002、2007、2012、2017、2022年洪澤湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)周邊區(qū)縣的第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、年末常住總?cè)丝?、糧食總產(chǎn)量、農(nóng)作物播種面積,共計(jì)6種指標(biāo)。

        最后,采用灰色關(guān)聯(lián)法(grey relation analysis,GRA)分析各要素與遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)之間的相關(guān)性。灰色關(guān)聯(lián)分析是一種根據(jù)各因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異的程度來進(jìn)行相關(guān)性分析的方法,用于確定各因素之間的關(guān)聯(lián)程度[15]。具體分析步驟如下:

        (1)確定分析序列:選取遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)和各影響因素?cái)?shù)據(jù),確定反映系統(tǒng)行為特征的參考數(shù)列X0和影響系統(tǒng)行為的參考數(shù)列Xi。

        (2)歸一化處理:為了排除量綱對(duì)結(jié)果帶來的影響,對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行歸一化處理。

        (3)計(jì)算遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)和各影響因素之間的關(guān)聯(lián)系數(shù):

        ρ0i(k)=minimink|x0(k)-xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)-xi(k)||x0(k)-xi(k)|+ρmaximaxk|x0(k)-xi(k)|。(6)

        式中:ρ0i(k)表示關(guān)聯(lián)系數(shù),分辨系數(shù)ρ的取值范圍處于[0,1]之間,通常情況下,ρ=0.5。

        (4)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值,即為最終的關(guān)聯(lián)度,關(guān)聯(lián)度越大說明2個(gè)因素間關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)。

        2" 結(jié)果與分析

        2.1" 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

        從2002年至2022年,洪澤湖濕地的遙感生態(tài)指數(shù)呈先上升后下降再上升的趨勢。2002年、2007年、2012年、2017年、2022年的遙感生態(tài)指數(shù)平均值分別為0.659、0.749、0.594、0.648和0.660(圖1)。遙感生態(tài)指數(shù)對(duì)洪澤湖濕地環(huán)境質(zhì)量等級(jí)的評(píng)估結(jié)果顯示,2002年、2007年、2017年和2022年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量處于“優(yōu)”“良”和“一般”的等級(jí)均超過總面積的70%。在5個(gè)時(shí)期中,“差”等級(jí)的面積占比最少。需要特別注意的是,2012年洪澤湖濕地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況在這5期研究年份中最差。盡管如此,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量處于“優(yōu)”“良”和“一般”的等級(jí)仍然占據(jù)總面積的50%以上。洪澤湖濕地生態(tài)級(jí)別較好的區(qū)域主要分布在江蘇泗洪洪澤湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi),植被覆蓋度較高??拷祟惢顒?dòng)的區(qū)域(研究區(qū)西部),生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較低,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)是“差”的地區(qū)也多集中在此,這些地區(qū)人類活動(dòng)較為頻繁,在此進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖以及土地圍墾等活動(dòng)。

        2.2" 影響因素分析

        2.2.1" 自然因素

        2.2.1.1" 植被覆蓋度" 2002年至2022年,研究區(qū)的植被覆蓋度呈現(xiàn)出先上升后下降再上升的趨勢,這與RSEI的趨勢一致(圖2)。2002年至2007年,研究區(qū)中高度植被覆蓋度區(qū)域減少,高度植被覆蓋度比例上升,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所改善。然而,2007年至2012年,高度植被覆蓋度比例出現(xiàn)下降趨勢,中低比例植被覆蓋地區(qū)比例明顯上升,這可能是導(dǎo)致研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的原因之一。2012年至2017年,研究區(qū)內(nèi)低植被覆蓋率上升,高植被覆蓋率下降。2017年至2022年,研究區(qū)低、中低植被覆蓋地區(qū)面積所占比例下降,而中、中高、高植被覆

        蓋地區(qū)面積所占比例上升,表明生態(tài)環(huán)境狀況往好的趨勢發(fā)展。在比較各段時(shí)期的植被覆蓋度時(shí)發(fā)現(xiàn),2012年和2017年的植被覆蓋度小于其他年份,這2個(gè)時(shí)期的RSEI也相對(duì)較小。將RSEI值與植被覆蓋度進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析后發(fā)現(xiàn),兩者之間的關(guān)聯(lián)度系數(shù)為0.607,大于0.5,表明生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與植被覆蓋度之間存在緊密的聯(lián)系。

        2.2.1.2" 湖泊面積" 2002年至2017年,洪澤湖湖面的面積基本保持不變,2007年湖面面積達(dá)到最大(1 517 km2)。然而,2017年至2022年湖面面積明顯下降(圖3)。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果顯示,湖泊面積與遙感生態(tài)指數(shù)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.602,超過了0.5的閾值,這表明湖泊面積與遙感生態(tài)指數(shù)存在一定程度的關(guān)聯(lián)性。2012年和2022年的湖泊面積相對(duì)較小,這2個(gè)時(shí)期的遙感生態(tài)指數(shù)RSEI也相對(duì)較小,這意味著湖泊面積的變化可能會(huì)對(duì)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響[16]。洪澤湖保護(hù)區(qū)建立早期漁業(yè)較為發(fā)達(dá),即使進(jìn)行了大量退漁還濕工程,但局部濕地仍殘留有養(yǎng)殖塘埂,導(dǎo)致水系連通性差,水體退化(圖3)。

        2.2.1.3" 氣象因素" 2002年至2022年,各氣象因素均存在著明顯的波動(dòng)。其中2007年的年降水量最高,2022年年平均降水量最低。2017年的年平均氣溫最高,2012年的年平均氣溫最低(表2)。以2002年、2007年、2012年、2017年和2022年的RSEI作為參考序列,對(duì)所有因子進(jìn)行處理,然后進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析,用于估算4個(gè)氣象因子與RSEI之間的關(guān)聯(lián)程度。其中,年平均氣溫與RSEI的關(guān)聯(lián)度最高為0.811,其次是相對(duì)濕度(0.784)、日照時(shí)長(0.705)和年降水量(0.646)。這些關(guān)聯(lián)度值均大于0.5,表明選取的4項(xiàng)氣候因素均與RSEI之間存在顯著關(guān)聯(lián)關(guān)系。

        2.2.1.4" 地形因素" 高程分布圖顯示,洪澤湖濕地地勢趨于平坦,地形高程分布在5~42 m之間。利用ArcGIS 10.2中的自然斷點(diǎn)法,將高程分為5個(gè)等級(jí)(5~11、11~13、13~19、19~28、28~42 m),其占比分別為76.23%、17.71%、4.58%、0.94%和0.54%(圖4)。高程5~11 m和11~13 m 的地區(qū)集中在洪澤湖濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部,高程12~42 m的區(qū)域集中在保護(hù)區(qū)外部(保護(hù)區(qū)西北部), 靠近人類活動(dòng)的區(qū)域。通過對(duì)2002年至2022年的RSEI進(jìn)行均值處理,并結(jié)合不同高程進(jìn)行疊加分析,從中可以觀察到不同高程區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢(圖4)。高程為5~11 m的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)主要集中在“優(yōu)”和“良”;高程為 11~13 m時(shí),主要以“一般”和“較差”等級(jí)為主;當(dāng)高程為13~19 m時(shí),生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)主要是“差”“較差”和“一般”;高程為19~28 m和高程為 28~42 m時(shí),這些區(qū)域集中在研究區(qū)的最外部,因此生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)主要集中在“差”“較差”和“一般”這3個(gè)等級(jí)。在該研究區(qū)內(nèi),高程只是間接影響了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,并不是影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的決定性要素,高程 5~11 m和11~13 m的地區(qū)即保護(hù)區(qū)內(nèi)部受到人類活動(dòng)影響不顯著的區(qū)域,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量更好。

        2.2.2" 人為因素

        2.2.2.1" 土地利用變化" 從表3可以觀察到,研究區(qū)的土地利用類型在2002年至2022年期間出現(xiàn)了一定的波動(dòng)和變化。農(nóng)田面積在2002年至2022年期間出現(xiàn)了波動(dòng)變化,呈現(xiàn)出先下降后上升再下降再上升的趨勢。森林面積相對(duì)較小且變化不大,從2002年至2022年間基本保持穩(wěn)定。水體仍然是研究區(qū)的主要特征,其占比在70%以上,總體上有所減少,從2002年的397.18 km2減少到2022年的 357.98 km2。不透水面積在這段時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定,占比在1.50%~1.65%之間,整體變化不大。通過比較不同土地利用類型的RSEI值發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)森林和水體的RSEI均值較高,這表明森林和水體與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間存在著密切的關(guān)聯(lián)(表4)。與此相比,農(nóng)田和不透水面的RSEI均值相對(duì)較低。此外,森林和水體的RSEI均值呈現(xiàn)出先上升后下降再上升的趨勢,與總體RSEI值的變化趨勢相一致。這進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了土地利用類型與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的相關(guān)性,表明森林和水體在維護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。

        2.2.2.2" 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素" 選取的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素指標(biāo)是2002年至2022年洪澤湖濕地自然保護(hù)區(qū)附近區(qū)縣的第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、 年末常住總?cè)丝凇⒓Z食總產(chǎn)量、農(nóng)作物播種面積,共計(jì)6個(gè)指標(biāo)(表5)。對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和遙感生態(tài)指數(shù)RSEI進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析,得出各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度以及關(guān)聯(lián)度排名。首先,糧食總產(chǎn)量具有最高的關(guān)聯(lián)度,為0.964,表明糧食總產(chǎn)量與RSEI值之間存在著較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的變化對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有較大影響。年末常住總?cè)丝诤娃r(nóng)作物播種面積與RSEI值的關(guān)聯(lián)度均為0.962,排名第二和第三。這說明人口數(shù)量的變化和農(nóng)作物的種植面積變化對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響也非常顯著。第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值和第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值與RSEI值的關(guān)聯(lián)度為0.853。雖然與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)聯(lián)度略低于前3項(xiàng)指標(biāo),但仍然表明了工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值對(duì)RSEI的影響最小,關(guān)聯(lián)度僅為0.808。

        3" 討論與結(jié)論

        本研究運(yùn)用生態(tài)遙感指數(shù)對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果表明洪澤湖濕地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈先上升后下降再上升趨勢,2002年至2007年這一階段中,研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境大部分能維持原樣。與上一階段相比,2007年至2012年洪澤湖濕地自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善面積減少了98.82%,而退化區(qū)域的面積增長約65.26倍,生態(tài)環(huán)境趨于惡化。2012年至2017年,研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善面積是退化區(qū)域面積的6.42倍,在此期間,洪澤湖濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)推行退漁還濕、十年禁漁等生態(tài)恢復(fù)措施,在人為因素和生態(tài)修復(fù)共同的作用下,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸上升。2017年至2022年研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步好轉(zhuǎn)。

        自然因素中,植被覆蓋度與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量存在相關(guān)關(guān)系,可能原因是植被覆蓋度高的地區(qū)通常具有更高的水土保持能力,能夠更加有效地抑制土壤侵蝕和洪澇災(zāi)害等問題的發(fā)生,使生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定[17]。湖泊面積也與研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量存在相關(guān)性,可能原因是湖泊面積擴(kuò)大導(dǎo)致湖岸帶范圍擴(kuò)大,從而使得植被種類和數(shù)量更為豐富,提升濕地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[18]。與此同時(shí),水體面積直接關(guān)系到水環(huán)境容量,水環(huán)境容量增加有助于維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定,提高生物多樣性,從而改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[19]。氣候變化影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,從而可能對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響。降水、溫度和日照時(shí)間可為植被和作物生長提供水分和光照條件,進(jìn)而影響土壤濕度。相對(duì)濕度也是環(huán)境評(píng)價(jià)的重要因素[20]。本研究發(fā)現(xiàn),年平均氣溫以及相對(duì)濕度等氣候因素與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性較高,關(guān)聯(lián)度分別為0.811和0.784。地形因素如高程和坡度等可能會(huì)影響水文過程、植被分布、土壤類型等,進(jìn)而對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響[21]。然而,在本研究中高程、坡度和坡向等地形因素對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響較小,這可能是由于研究區(qū)的地形較為平坦,高程集中于5~11 m范圍,坡向大多數(shù)為平坡,地形因素沒有明顯的階梯區(qū)別,對(duì)氣候特征和生物多樣性的影響較小。綜上所述,植被覆蓋度、水體面積等自然因素顯著影響了洪澤湖地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

        社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和政策變化等人為因素對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。2002—2007年,洪澤湖濕地外圍靠近城鎮(zhèn)的地區(qū)(研究區(qū)西部)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差,但分布較為零星,這可能與當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到的地域限制有關(guān)[22]。2007—2012年,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,城鎮(zhèn)化和圍網(wǎng)養(yǎng)殖導(dǎo)致了研究區(qū)靠近城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境較差的地區(qū)范圍擴(kuò)大。2007—2012年,在洪澤湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)附近,人口增長導(dǎo)致資源需求增加,部分濕地被圍墾用于水產(chǎn)養(yǎng)殖等活動(dòng),附近區(qū)縣第二產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,使研究區(qū)生態(tài)環(huán)境遭到破壞[23]。自2012—2022年洪澤湖濕地推行退漁還濕、十年禁漁、增殖放流和生態(tài)移民等生態(tài)恢復(fù)措施,這些措施有效地促進(jìn)了洪澤湖濕地的生態(tài)恢復(fù),在人為因素和生態(tài)修復(fù)共同作用下,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸上升[24]。保護(hù)政策完善實(shí)施后,RSEI值有所上升,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)。此外,土地利用變化也可能通過土地利用實(shí)踐活動(dòng)改變生態(tài)系統(tǒng)空間,引起生境破碎化、環(huán)境污染等問題,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降。本研究發(fā)現(xiàn),在洪澤湖濕地,森林和水體的遙感生態(tài)指數(shù)RSEI明顯高于農(nóng)田和不透水面,這表明森林和水體能夠顯著提升洪澤湖的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

        江蘇泗洪洪澤湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)近年來開展了“楊毛嘴嚴(yán)重退化濕地生態(tài)修復(fù)(一期)”等多個(gè)生態(tài)修復(fù)工程項(xiàng)目,主要通過關(guān)鍵水道的清淤和疏浚,增加水系聯(lián)通性;利用生態(tài)邊坡修復(fù)等技術(shù),增加當(dāng)?shù)刂脖坏幕謴?fù)和物種多樣性;并開展外來入侵植物(如喜旱蓮子草)的防治,提升生態(tài)系統(tǒng)的功能。這些生態(tài)修復(fù)措施的實(shí)施,使洪澤湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量顯著高于周邊城鎮(zhèn)地區(qū)。

        綜上所述,洪澤湖濕地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在過去20年呈現(xiàn)出先下降后上升再下降的趨勢。植被覆蓋度、水體面積、年平均氣溫等自然因素和土地利用變化和政策實(shí)施等人為因素是洪澤湖濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要影響因素。洪澤湖濕地進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)并厘清其影響因素,有助于洪澤湖濕地的合理保護(hù)和科學(xué)管理,為后續(xù)保護(hù)政策的實(shí)施提供重要參考。

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