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《成都理工大学》 2016年
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基于RS、GIS的生态环境评价与生态熵研究

武锋强  
【摘要】:随着经济发展及对资源的不断索取,人类赖以生存的生态环境发生了很大变化。在此形势下,国内外许多学者从不同角度开展了大量的关于生态环境的研究。其中,生态环境评价是生态环境问题治理的基础和前提,但目前关于生态环境评价的方法与理论常常以评价生态质量好坏为研究内容,较少关注生态区域内部之间的关系以及相互影响程度,生态环境评价有待进一步发展。攀枝花地区资源丰富,矿业活动频繁,加之建立二滩水电站之后,生态环境发生了很大变化,这些变化有积极的也有消极的。但由于生态环境问题本身是一个涉及到人与生态、硬件与软件、保护与发展等的综合系统工程。因此,要掌握攀枝花地区的生态环境变化对人类生产与生活的影响,必须对其生态环境综合分析与评价。但常见的评价方法与理论多是单一的针对某一区域的生态评价,结果也多以分等定级图表示,很少涉及到生态环境内部间的相关性分析及针对这种相关性定量与定性研究。针对此问题,提出基于遥感与地理信息技术的生态熵与生态熵链的概念及方法,结合网络分析方法构建生态网络,通过生态链承接区域间生态安全关系及影响程度。利用汇流与汇出概念表达生态中心间的生态熵值的流入与流出。采用距离衰减法,描述了生态熵值在两个中心间的衰减规律;采用NDVI衰减法描述了生态安全熵随植被覆盖度的变化而变化。生态熵理论,是分析与评价生态环境的一种技术手段,藉此为攀枝花地区生态环境评价起到抛砖引玉的作用。主要研究内容和取得的成果有以下几方面:(1)首先利用遥感影像分析了研究区具有代表性的生态环境因子:土地利用类型变化、景观生态指数、植被覆盖度与NPP等。(2)以遥感解译为手段,结合社会、人文与经济数据,筛选并计算生态安全评价因子:土壤侵蚀、植被覆盖度、景观指数、生态弹性等指数。采用压力-状态-响应模型,分析攀枝花地区生态安全系数。通过计算与分析可知,攀枝花地区1995到2010年间,米易县、盐边县植被覆盖度明显提高,生态安全系数大幅度提高,但西区和东区生态安全仍不容乐观。针对二滩水电站建设前后生态健康指数的变化,采用自然限制因子(植被净生产力、地表起伏度、人均水资源量)、人类干扰影响程度指示因子(人口密度、人类干扰度)与生态健康指示因子(植被覆盖度、区域产水量、景观多样性与森林覆盖率)等综合指标,获取了雅砻江流域攀枝花段生态健康系数。(3)生态系统向人类提供各种直接或间接的物质与能量的价值是生态系统服务价值功能的体现,是人类所拥有的关键自然资本。利用USLE模型,计算了研究区土壤流失量,根据分析结果,1995-2010年间,攀枝花地区土壤流失量总体呈增加的趋势;根据区域碳存储量为地上碳、地下碳、土壤碳储量以及枯落物碳储量的总和的原理,计算了研究区15年间碳存储量的变化。总碳量曲线变化趋势与森林土地利用类型相关性较高;根据栅格产水量为降水量减去实际蒸散后的水量的原理,计算了攀枝花地区1995-2010年区域产水量的变化。分析比较,2010年相对1995年间区域产水量明显下降。从土地利用类型上来分析,出水量较多区域仍集中于林地、草地与耕地,并且受降雨量的很大影响;水体净化模型采用每个网格所留存的营养盐是保持量和输出量的差值,采用集水区为评价单元,分析比较了1995-2010年间氮与磷的输出与保持量。总体来看,研究区碳封存生态服务价值有所提高,产水量服务价值有所下降,水质净化服务功能有所减低,土壤流失量增加。(4)针对区域生态环境质量差异的情况,本文创新性的提出生态熵与熵值汇出与汇入的概念。生态熵表达了区域生态环境质量内部间的生态稳定性。熵值汇出与汇入表达了区域间生态环境的相互影响程度。引入GIS网络分析中节点、中心与障碍等概念描述生态环境中熵的来源与终点。使得生态环境中各区域的生态稳定性得以可视化表达。以此理论为依据,研究了攀枝花地区生态熵汇流与汇出系数。经计算,15年间,西区与东区生态熵汇出持续增长,生态压力不容乐观。另外,本文针对不同研究对象,采用了不同的评价单元与体系。针对水系的生态健康评价,采用了集水区为评价单元,针对生态熵值汇流研究采用了县级与乡镇级为评价单元,多角度与多层次对研究区进行了分析与评价,也为本文的特色之一。(5)针对生态熵变化规律,提出生态链作为生态熵承载体的思路与方法,通过采用多种链承载生态熵的方法,分析与研究了生态熵变化规律。设计了以水系、距离、行政区与NDVI为衰减系数的生态熵衰减模型。其中,生态中心之间距离越远,生态熵传送越小;生态中心之间植被覆盖度越大,生态熵值汇入越小;集水区离出水口沿河道距离越远,生态熵值越小。通过采用不同链表达生态熵的运移,直观的表达了生态区域间的影响程度。本文综合应用遥感、地理信息技术与生态学的知识,以分析与研究人、地与生态的耦合性及相关性为目的,系统性的评价了攀枝花地区生态环境质量。借助网络分析的手段,构建了以行政区中心与集水区中心的评价单元,通过连接中心的链表达两个中心间的相关性与影响程度。生态熵与生态链的承载研究为生态环境质量评价提供了一种新的思路与技术方法。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X826

【参考文献】
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