許寧,蔡永兵,鄔方莉,李元征

(1.商丘師范學(xué)院 測(cè)繪與規(guī)劃學(xué)院,河南 商丘 476000;2.商丘師范學(xué)院 河南省黃河故道生態(tài)保護(hù)與治理工程技術(shù)研究中心,河南 商丘 476000;3.安徽科技學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院,安徽 鳳陽(yáng) 233100;4.河南大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院,河南 開封 475004;5.河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,河南 鄭州 450046)

良好的生態(tài)環(huán)境是人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[1].區(qū)域生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣狀況準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與客觀評(píng)估是保護(hù)生態(tài)環(huán)境與保障高質(zhì)量發(fā)展的必然要求與重要手段[2].近年來,遙感技術(shù)在生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3].單一的遙感指數(shù)往往不能完全反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況,綜合評(píng)價(jià)方法也存在指標(biāo)選取和權(quán)重分配時(shí)的主觀性,或部分指標(biāo)代表性不強(qiáng)、可獲取性較差、評(píng)價(jià)結(jié)果難以進(jìn)行空間分析等問題[4,5].徐涵秋基于綠度、濕度、熱度和干度指標(biāo)建立的一個(gè)完全基于遙感信息和自然因素的遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)[4].該指數(shù)的優(yōu)勢(shì)在于利用主成分分析來確定各生態(tài)因子的權(quán)重,避免了人為確定權(quán)重的主觀偏差,計(jì)算結(jié)果具有客觀性和穩(wěn)定性,能實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量快速監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[4,6].RSEI已成功應(yīng)用于城市[7,8]、國(guó)家[9]、流域[10-12]、山地[13]、礦區(qū)[14]、干旱區(qū)[15]等不同尺度且分布于不同自然環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià).但鮮有基于遙感和GIS技術(shù)對(duì)黃河故道區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的研究.

目前基于RSEI的研究?jī)?nèi)容主要分為:生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空變化分析[11,14,15]、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化與各指標(biāo)因子關(guān)系模型分析[13,16]、區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析[17,18]、區(qū)域特色的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量模型優(yōu)化[19,20]等4方面.多是圍繞上述4個(gè)方面中的某一方面或者兩方面展開.區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制還不明確,有待進(jìn)一步深入研究.

黃河故道是歷史上黃河流域的重要組成部分.黃河改道后,缺乏水源的故道沿線面臨土地沙化、土地鹽漬化,土壤肥力下降等問題.黃河故道位于省際交接區(qū),沿線多為貧窮落后的革命老區(qū).隨著城鎮(zhèn)化的穩(wěn)步推進(jìn),人地矛盾越發(fā)尖銳、生態(tài)環(huán)境問題日益突出[21].為響應(yīng)國(guó)家加強(qiáng)“黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展”的號(hào)召,本文基于遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)對(duì)黃河故道蘭考至商丘段區(qū)域1992年、2001年、2013年與2020年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和客觀評(píng)價(jià),并利用地理探測(cè)器,從植被覆蓋度、土地利用類型、不透水面、海拔4方面探求區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的影響機(jī)理,以期為黃河故道區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作和決策提供數(shù)據(jù)支持.

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

黃河故道西自河南省開封市蘭考縣從黃河干流分出,東至江蘇省鹽城市濱海縣入海,整體呈西北至東南走向的帶狀分布.我們以黃河故道蘭考至商丘段為研究區(qū),位于114°39′E～115°46′E,34°17′N～34°56′N,總面積7500 km2.研究區(qū)地處河南省和山東省的接壤區(qū)域,位于黃淮腹地,自古就有“豫東門戶”“中原鎖匙”之稱.該區(qū)域?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫為13.9～14.3℃,年降水量約為686.5～872.9 mm[22].黃河故道區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱,是各地發(fā)展的洼地和短板.

1.2 數(shù)據(jù)

考慮到研究區(qū)農(nóng)作物的物候特征、影像質(zhì)量以及遙感生態(tài)指數(shù)的比較,本文從美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站(http://glovis.usgs.gov/)上下載了多期4月中下旬晴空無云的Landsat TM/OLI遙感影像,具體包括1992年4月16日TM數(shù)據(jù)、2001年4月25日TM數(shù)據(jù)、2013年4月26日OLI數(shù)據(jù)與2020年4月29日OLI數(shù)據(jù).并基于上述影像,通過人機(jī)交互解譯提取土地利用數(shù)據(jù),將其分為耕地、林地、水、農(nóng)村居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)用地以及未利用地.30 m空間分辨率的NASA DEM數(shù)據(jù)來自于美國(guó)航空航天局網(wǎng)站(https://search.earthdata.nasa.gov/).

為客觀真實(shí)地反映地表覆蓋情況,減少數(shù)據(jù)因素引起的誤差,對(duì)遙感影像進(jìn)行了幾何配準(zhǔn)、輻射定標(biāo)、大氣校正和裁剪等預(yù)處理.為避免大片水域?qū)χ鞒煞址治?PCA)的荷載分布造成影響[6],本文采用改進(jìn)的歸一化差異水體指數(shù)(MNDWI)[23]建立水體掩膜.

2 研究方法

2.1 遙感生態(tài)指數(shù)指標(biāo)的計(jì)算

本文采用RSEI來評(píng)價(jià)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.該指數(shù)綜合了綠度、濕度、熱度、干度四個(gè)指標(biāo),分別采用歸一化植被指數(shù)(NDVI)、濕度分量(Wet)、地表溫度(LST)、裸土指數(shù)(SI)與建筑指數(shù)(IBI)的均值來代表[4].

(1)綠度指標(biāo):采用NDVI代表綠度指標(biāo),計(jì)算方法見公式(1),NDVI是表征植物生長(zhǎng)狀態(tài)與營(yíng)養(yǎng)信息的最佳因子,與植物葉面積指數(shù)、植被覆蓋度以及生物量密切相關(guān)[24].

NDVI = (ρnir-ρred) /(ρnir+ρred)

(1)

式中:ρnir代表數(shù)據(jù)的近紅外波段,ρred代表紅色波段.

(2)濕度指標(biāo):濕度指標(biāo)由纓帽變換中的濕度分量表征.Landsat不同傳感器執(zhí)行此變化時(shí)模型計(jì)算參數(shù)不同[25,26],TM與OLI傳感器數(shù)據(jù)的計(jì)算公式分別見公式(2)與(3):

TM數(shù)據(jù):

Wet=0.0315ρblue+0.2021ρgreen+0.3102ρred+0.1594ρnir-0.6706ρswir1-0.6109ρswir2

(2)

OLI數(shù)據(jù):

Wet=0.1511ρblue+0.1973ρgreen+0.3283ρred+0.3407ρnir-0.7117ρswir1-0.4559ρswir2

(3)

(3)熱度指標(biāo):熱度指標(biāo)主要由遙感影像反演的地表溫度表征,具體計(jì)算公式[27]如下:

L=gain×DN+bais

(4)

T=K2/ln(K1/L+1)

(5)

式中:L為熱紅外輻射亮度;gain、DN、bais分別為代表熱紅外波段增益值,像元灰度值和熱紅外波段偏置值、T為傳感器溫度值,K1、K2分別為定標(biāo)參數(shù),在Landsat 5影像中K1=607.76 W/(m2·sr·μm)、K2=1260.56 K;在Landsat 8影像中K1=774.8853 W/(m2·sr·μm)、K2=1321.0789 K.計(jì)算亮度溫度T后可通過地表比輻射率計(jì)算地表溫度,計(jì)算公式[28]為:

LST=T/[1+(λT/ρ)lnε]-273

(6)

式中:LST為地表真實(shí)溫度;ρ=1.438×10-2mK,λ為中紅外波段中心波長(zhǎng),Landsat 5第6波段中心波長(zhǎng)為11.45 μm、Landsat 8第10波段中心波長(zhǎng)為10.9 μm.

(4)干度指標(biāo):干度指數(shù)是對(duì)土壤干化的量化.黃河故道河岸區(qū)域有部分裸露土地,因此采用裸土指數(shù)(SI)代表;另外研究區(qū)還包括商丘、民權(quán)、蘭考等城市的建城區(qū),故使用建筑物指數(shù)(IBI)和裸土指數(shù)(SI)二者結(jié)合生成干度指數(shù)(NDBSI)表示研究區(qū)土壤干化程度,計(jì)算公式[29]如下:

NDBSI=(SI+IBI)/2

(7)

SI=[(ρswir1×1.0+ρred)-(ρnir+ρblue)]/[(ρswir1×1.0+ρred)+(ρnir+ρblue)]

(8)

(9)

2.2 遙感生態(tài)指數(shù)構(gòu)建

利用主成分分析(PCA)計(jì)算綠度、濕度、熱度與干度等指標(biāo)貢獻(xiàn)率,構(gòu)建遙感生態(tài)指數(shù)計(jì)算模型[8],實(shí)現(xiàn)單一變量綜合表征多個(gè)生態(tài)指標(biāo)目的.

(10)

式中:n為分項(xiàng)指標(biāo)個(gè)數(shù);ai為指標(biāo)權(quán)重系數(shù);PCi為主成分分量.

因綠度、濕度、熱度與干度4個(gè)指標(biāo)的單位、量綱并不一致,在進(jìn)行主成分變換前,需要進(jìn)行歸一化處理,將它們數(shù)值映射到[0,1]范圍內(nèi).各指標(biāo)的歸一化處理公式[6]為:

NIi=(Ii-Imin)/(Imax-Imin)

(11)

式中:NIi為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)值,Ii為對(duì)應(yīng)指標(biāo)在像元處的值;Imax、Imin分別為研究區(qū)內(nèi)該指標(biāo)的最大值和最小值.

另外,由于大面積水體會(huì)對(duì)主成分分析的結(jié)果造成影響,需對(duì)各指標(biāo)水體先進(jìn)行掩膜裁剪處理.我們首先計(jì)算出改進(jìn)的歸一化差異水體指數(shù)(MNDWI)[23],然后設(shè)定合適閾值,實(shí)現(xiàn)水體掩膜.MNDWI計(jì)算公式如下:

MNDWI=(Green-MIR)/(Green+MIR)

(12)

式中:Green為綠色波段,MIR為中紅外波段.

為了便于不同年份RSEI比較分析,也需對(duì)多個(gè)年份的RSEI進(jìn)行歸一化處理[6].

2.3 不透水面信息的提取

采用歸一化差值不透水面指數(shù)(NDISI)[30]提取研究區(qū)的不透水面信息.該指數(shù)采用符合波段的形式創(chuàng)建,能夠快速自動(dòng)的提取不透水面信息.其計(jì)算公式為:

(13)

式中:NIR、MIR和TIR分別表示Landsat影像的近紅外、中紅外1波段和熱紅外波段的反射率,MNDWI為改進(jìn)的歸一化差異水體指數(shù).

2.4 地理探測(cè)器

地理探測(cè)器是探測(cè)地理現(xiàn)象的空間分異性,以及揭示其背后驅(qū)動(dòng)因子的一種新的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[31].地理探測(cè)器q統(tǒng)計(jì)量,可度量空間分異性、探測(cè)解釋因子、分析變量之間交互關(guān)系,其表達(dá)式為:

(14)

(15)

式中:L為因變量Y或因子X的分層;Nh和N分別為層h和全區(qū)的單元數(shù);σ2h和σ2分別是層h和全區(qū)的Y值的方差;SSW為層內(nèi)方差之和;SST為全區(qū)總方差.q取值范圍為[0,1],q數(shù)值越大,表示各因子對(duì)研究區(qū)RSEI的影響越大,反之則越弱.

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量模型構(gòu)建

本研究先將各期標(biāo)準(zhǔn)化后的綠度、濕度、熱度和干度4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行波段合成,然后對(duì)合成后的圖像進(jìn)行主成分分析,得到各指標(biāo)主成分分析結(jié)果,見表1.

表1 1992-2020年指標(biāo)主成分分析

由表1可知,4個(gè)時(shí)期第一主成分的貢獻(xiàn)率分別為82.76%、81.51%、85.01%與83.52%,均在80%以上,表明第一主成分因子已實(shí)現(xiàn)了多數(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的綜合,在一定程度上規(guī)避了人為干擾.另外,綠度和濕度對(duì)生態(tài)環(huán)境起積極作用,符號(hào)應(yīng)為正值;熱度和干度對(duì)生態(tài)環(huán)境起消極作用,符號(hào)應(yīng)為負(fù)值.除第一主成分之外,其它主成分的符號(hào)和大小難以解釋生態(tài)現(xiàn)象.因此,可使用第一主成分構(gòu)建RSEI.為與實(shí)際認(rèn)知相符合,在對(duì)PC1進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理之前,先對(duì)2001年、2013年、2020年P(guān)C1進(jìn)行反向處理.四個(gè)時(shí)期各指標(biāo)對(duì)PC1的貢獻(xiàn)度均表現(xiàn)為綠度指標(biāo)>濕度指標(biāo),干度指標(biāo)>熱度指標(biāo)的特征,體現(xiàn)出綠度和干度指標(biāo)是黃河故道RSEI構(gòu)建中極其重要的要素,對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣具有較大的影響.

3.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)間變化

為了定量分析生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化,分別統(tǒng)計(jì)了各期綠度、濕度、熱度、干度和RSEI的均值,并將RSEI結(jié)果以0.2為間隔等距分為差、較差、中等、良、優(yōu)5個(gè)生態(tài)等級(jí).

如表2所示,1992-2020年綠度指標(biāo)和濕度指標(biāo)均值呈增加趨勢(shì),熱度指標(biāo)和干度指標(biāo)呈現(xiàn)先減后增,整體上略微減少的趨勢(shì).黃河故道區(qū)域RSEI均值在1992-2013年間呈持續(xù)好轉(zhuǎn)趨勢(shì),由1992年的0.538上升到2013年的0.707.2013-2020年間生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所退化,降至0.683.研究區(qū)RSEI均值所處生態(tài)等級(jí)由1992的中等級(jí),上升至后3期的良等級(jí).說明了近30年研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體呈改善的趨勢(shì).

表2 1992-2020年4個(gè)指標(biāo)和RSEI均值統(tǒng)計(jì)

如圖1所示,黃河故道區(qū)域生態(tài)等級(jí)為差與較差的區(qū)域占比由1992年的27.53%,降至2020年的8.78%,呈顯著下降趨勢(shì).與此同時(shí),生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)、良面積占比由1992年的43.45%,上升至2013年的72.42%,而后下降為2020年的67.09%.研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為差的面積占比明顯減少,由1992年的2.08%降至2020年的0.01%.生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)的面積占比顯著增多,由1992年的8.82%上升至2020年36.69%.這說明隨著國(guó)家與地方各種關(guān)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策的推出和實(shí)施,黃河故道地區(qū)的生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)出整體變好的趨勢(shì).

圖1 各年份RSEI等級(jí)面積占比柱狀圖

由表3可知,1992-2001年,2001-2013年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好面積遠(yuǎn)大于變差面積,黃河故道區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)顯著變好趨勢(shì).2013-2020年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好的面積略小于變差的面積,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量趨于穩(wěn)定.

表3 1992年-2020年黃河故道區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)變化

1992-2001年,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好的面積為3514.48 km2,以輕微變好為主,其次是中等變好.變差面積為800.92 km2,主要為輕微變差.在1992-2020年期間,黃河故道區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好的面積達(dá)到4602.951 km2,所占百分比達(dá)到62.3%;生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的面積較少,僅占11.31%.生態(tài)穩(wěn)定區(qū)域面積為1949.31 km2,占總面積的26.38%.從圖中可以看出,1992-2020年各地生態(tài)指數(shù)的變化大部分在呈變好趨勢(shì).

3.3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間變化

本文結(jié)合研究區(qū)的土地利用數(shù)據(jù),對(duì)1992-2020年遙感生態(tài)指數(shù)空間分布格局分析,如圖2所示,1992年研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為差地區(qū)呈條帶狀主要集中分布在蘭考縣、民權(quán)縣、曹縣等地黃河故道兩岸.生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為較差地區(qū)除了分布在城區(qū),其余集中分布在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差的地區(qū)的周邊地區(qū).生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為中等區(qū)域主要分布在農(nóng)村居民點(diǎn).生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良、優(yōu)的區(qū)域主要分布在林地、耕地.隨著時(shí)間的推移,研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差的區(qū)域顯著減少,黃河故道蘭考縣區(qū)域其生態(tài)指數(shù)也在逐年遞增,變化較為明顯.

圖2 1992年-2020年遙感生態(tài)指數(shù)分布圖

由圖3可知,黃河故道生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化呈現(xiàn)顯著的空間分異.1992-2020年,研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變差的區(qū)域主要分布在城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶.城鎮(zhèn)化建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)造成一定的負(fù)面影響.隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)化擴(kuò)張的需求不斷增大,建城區(qū)替代了原有的植被覆蓋區(qū)域,變化最為顯著的是研究區(qū)東南部的商丘市區(qū)城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶.1992-2020年,研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變好的區(qū)域主要分布在黃河故道兩側(cè).長(zhǎng)期以來,各級(jí)政府重視故道生態(tài)修復(fù),生態(tài)保護(hù)政策和項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善起到很大的促進(jìn)作用.開展植樹造林、改良鹽堿地、護(hù)堤固沙,打造黃河故道綠色生態(tài)廊道.分別修建有蘭考林場(chǎng)、民權(quán)林場(chǎng)、民權(quán)黃河故道濕地公園、商丘黃河故道國(guó)家森林公園、曹縣黃河故道濕地風(fēng)景區(qū)等,有效改善了黃河故道兩岸的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.

圖3 黃河故道區(qū)域遙感生態(tài)指數(shù)變化圖

由圖4可知,各生態(tài)等級(jí)的重心轉(zhuǎn)移波動(dòng)明顯.1992-2001年和2001-2013年各生態(tài)等級(jí)中,中等級(jí)和良等級(jí)重心轉(zhuǎn)移方向大致相同,先向東南方向轉(zhuǎn)移,再轉(zhuǎn)向西北方向;而差等級(jí)和優(yōu)等級(jí)則是先向東北方向轉(zhuǎn)移,再分別轉(zhuǎn)向西北和西南兩個(gè)相反方向.從各個(gè)等級(jí)的重心轉(zhuǎn)移路徑中可以看出,除較差等級(jí)的重心轉(zhuǎn)移幅度較小外,其他等級(jí)的重心轉(zhuǎn)移幅度均較大.其中良等級(jí)在1992-2001年重心向東南方向轉(zhuǎn)移了52.33 km,優(yōu)等級(jí)在2001-2013年重心向西南方向轉(zhuǎn)移了61.93 km,差等級(jí)在2013-2020年間重心遷移幅度最大,往東南方向遷移了77.39 km.說明1992-2020年,黃河故道不同生態(tài)等級(jí)的區(qū)域變化顯著,波動(dòng)范圍較大,從整體上來看各生態(tài)等級(jí)重心均向南移.除差等級(jí)外,其他各等級(jí)重心在2001年和2013年均在偏離1992年的重心的方向上,而2020年各等級(jí)重心卻在不斷向1992年的重心方向靠近.從中可以看出1992-2013年各生態(tài)等級(jí)變化趨勢(shì)與2013-2020年變化趨勢(shì)相反.這與前面的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化分析結(jié)果相符.

圖4 1992-2020年黃河故道各生態(tài)等級(jí)重心轉(zhuǎn)移

3.4 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化成因分析

為了定量分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的影響機(jī)理,本文將表征研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的RSEI作為因變量Y,將研究區(qū)的植被覆蓋度、土地利用類型、不透水面與海拔4個(gè)因子作為自變量,通過系統(tǒng)采樣,并提取了樣點(diǎn)的相關(guān)屬性.其中,采樣間距為500 m,共得到29949個(gè)采樣點(diǎn).利用地理探測(cè)器中的因子探測(cè)探究各影響因子對(duì)RSEI空間分異特征的解釋力q,結(jié)果見表4.植被覆蓋度對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分異的解釋力度最高,4個(gè)時(shí)間段q值分別為0.791、0.856、0.840和0.833.其次是土地利用.不透水面和海拔對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分異的影響較小.

表4 各影響因素影響力(地理探測(cè)器q值)探測(cè)結(jié)果

為進(jìn)一步定量驗(yàn)證植被覆蓋度與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系,對(duì)研究區(qū)各時(shí)段的植被覆蓋度變化和生態(tài)指數(shù)變化數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)采樣,共119913個(gè)樣點(diǎn),以確保統(tǒng)計(jì)結(jié)果的客觀性和代表性.如圖5所示,通過回歸分析發(fā)現(xiàn),各時(shí)段植被覆蓋度變化和生態(tài)指數(shù)的變化呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)皆大于0.88.說明植被覆蓋度在改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量上具有重要的作用.

圖5 植被覆蓋度變化與生態(tài)指數(shù)變化關(guān)系的回歸分析

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

本研究基于1992、2001、2013和2020年4期Landsat遙感影像數(shù)據(jù),通過計(jì)算綠度NDVI、濕度Wet、熱度LST和干度NDBSI,并利用主成分分析構(gòu)建遙感生態(tài)指數(shù)RSEI,對(duì)黃河故道近30年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià).研究發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與人類活動(dòng)強(qiáng)度關(guān)系較為密切,綠色植被主要決定了綠度、濕度指標(biāo)的高低,人為開發(fā)活動(dòng)很大程度上影響干度、熱度指標(biāo)的高低,在二者綜合影響下決定了區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的總體水平,這與薛陳利[32]、施婷婷[33]、單薇[34]等的研究結(jié)論一致.

遙感影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量與時(shí)相的差異,會(huì)影響評(píng)價(jià)精度.使用的30 m空間分辨率的Landsat衛(wèi)星遙感影像,會(huì)存在混合像元的問題.本文選擇了綠度、濕度、熱度和干度指標(biāo)構(gòu)建RSEI,可能難以充分表征區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.今后的研究應(yīng)利用更高分辨率的遙感影像,并根據(jù)黃河故道地區(qū)土地沙化、鹽堿化較嚴(yán)重的特點(diǎn),修改RSEI,綜合評(píng)價(jià)該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量.另外,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的形成與發(fā)展受自然和人為等多種因素的影響.本文利用地理探測(cè)器探求區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的影響機(jī)理時(shí),僅考慮了植被覆蓋度、土地利用類型、不透水面與海拔4個(gè)方面.年降水量和平均氣溫的變化在一定程度上影響著區(qū)域的濕度和溫度,未來研究中應(yīng)考量這方面的影響.

4.2 結(jié) 論

本文基于Landsat遙感影像,利用主成分分析構(gòu)建遙感生態(tài)指數(shù),結(jié)合地理探測(cè)器,定量分析了黃河故道區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì)及影響機(jī)理.結(jié)果表明:

(1)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)顯著的時(shí)空差異特征,在時(shí)間尺度上,1992-2013年間,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈持續(xù)好轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì),2013-2020年間生態(tài)環(huán)境質(zhì)量基本保持穩(wěn)定;在空間區(qū)域上,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的區(qū)域主要分布在城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶.1992-2020年間,黃河故道區(qū)域各生態(tài)等級(jí)的重心遷移幅度較大,時(shí)空波動(dòng)較明顯.這在一定程度上反映出該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定.

(2)綠度和干度對(duì)黃河故道地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的貢獻(xiàn)最大,這與研究區(qū)地處華北平原,區(qū)內(nèi)耕地分布廣泛,植被覆蓋度相對(duì)較高,加上近年來城市化快速發(fā)展導(dǎo)致建設(shè)用地不斷增加有關(guān).在一定程度上體現(xiàn)了研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況的優(yōu)劣與植被覆蓋度和土地利用的變化密切相關(guān).

(3)黃河故道區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化是受自然因素、人為因素的共同影響而發(fā)生的.主要受植被覆蓋度變化的影響,其次是土地利用變化的影響.黃河故道區(qū)域應(yīng)協(xié)調(diào)好土地資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系.在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí),需加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)、加快生態(tài)文明建設(shè),完善生態(tài)保護(hù)政策.