基于遥感技术的河口三角洲湿地景观生态健康评价

摘要

河口三角洲湿地位于河/海/陆/气/人类社会五大介质作用的交集点上，既是气候变化的敏感区，也是生态环境的脆弱区，在调节气候、涵养水源、分散洪水、净化环境、保护生物多样性等方面有着极其重要的作用。河口三角洲湿地的生态健康不仅关系到地区的自然环境和生态安全，也影响到人类社会的和谐发展。
　　 河口三角洲湿地的生态健康状况研究一直是国际地圈生物圈计划(IGBP)的及国际生物多样性计划(DIVERSITAS)的核心研究区域和内容之一。生态环境健康安全研究是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》的重点领域和优先支持方向。2006年国家重点基础研究“黄淮海地区湿地水生态过程、水环境效应及生态安全调控”的启动，标志着我国的湿地研究步入了一个全新的发展时期。从国家海洋局目前正在进行的第12个5年计划的科研立项工作来看，河口区生态环境遥感监测技术及脆弱生态系统遥感监测技术都将成为未来5年，乃至今后更长时期我国沿海生态环境监测的一个重要科研方向和资助重点。
　　 国内外的湿地健康研究成果颇丰，但大多数都是基于野外观测和采集生物与化学实验室数据，而通过定量遥感和景观生态学相结合的健康研究仍不多见，滨海河口湿地分布面积广，研究区域内地貌复杂，很多区域人力无法到达，使遥感监测手段成为唯一可靠且可行的研究手段，而遥感监测的生物特征指标的反演方法研究又是目前定量遥感学界的研究热点与难点。本文尝试利用现场光谱数掘建立湿地植被生物量和叶面积指数(LAI)的最佳遥感反演算法，利用景观生态学原理和方法，建立三角洲湿地生态系统健康评价体系，目的在于为将来我国沿海地区滨海湿地健康评价提供方法指导，为我国滨海湿地健康评价业务化运行提供理论和技术支持，为我国沿海生态环境监测综合集成示范研究提供相关的基础研究和信息资料支持。
　　 本文在三个研究区域内，分别开展了基于遥感技术的河口湿地景观生态健康评价研究，其中双台子河口主要是湿地植被翅碱蓬生物量和叶面积指数的遥感反演算法研究；大洋河河口湿地主要开展的是高分辨率遥感数据(精度1.5m)的景观生态健康评价研究；环渤海地区主要开展的是人类活动对滨海湿地的影响评价研究，以上研究得到的主要结论有：
　　 1).湿地敏感植被——翅碱蓬的光谱特征：在630nm红光波长出现明显的反射峰值，反射率达到了12-15％，在680～700nm，有明显的“红谷”形态，在760nm左右有明显的“红边”，反射率达到25-30％。翅碱蓬植被指数及叶面积指数的回归分析中，SAVI和MSAVI指数与LAI的相关关系较其它指数好，最高的R2值达到0.711。对比不同指数的Linear回归方程发现，SAVI和MSAVI指数与LAI的相关关系R2值达到0.696，0.695；其次为RVI值0.664，NDVI值0.649及PVI值0.466。翅碱蓬生物量与RVI、NDVI的相关关系不高，直线回归方程的相关系数R2只有0.342和0.316；对数方程的相关系数也只有0.319和0.21；二次方程相关系数分别为0.589和0.568。Biomass与PVI、SAVI和MSAVI的相关系数R2较高，直线回归方程相关系数分别达到0.626、0.698和0.679；对数方程相关系数为0.592、0.706和0.683；二次方程相关系数分别为0.688、0.711和0.683。
　　 2).从1984～2008年的景观格局数掘资料分析，大洋河河口湿地生态景观格局分布合理，主要以河口原始湿地植被和农业生产活动为主，工业生产活动相对较少，保持着较完整的河口湿地生态系统。但是近年来的围海养殖的发展使湿地——水田——水产养殖这三者之间的用地矛盾日益突出，从斑块类型的空间转移矩阵分析，围海养殖产业的开发是河口天然湿地消失的主要原因，在1984～2008年间，围海养殖分别从芦苇湿地和沿海滩涂侵占了881.5hm2和321.29hm2，分别占1984年芦苇湿地面积的17.6％和泥滩面积的19.56％，从水田侵占了870.93hm2，占1984年水田面积的9％。
　　 3).环渤海海岸带的人类活动开发强度很大，其中以渤海湾人类开发活动度最大，其次为莱州湾和辽东湾。渤海湾几乎已经没有自然原始的湿地生态环境；莱州湾西部的黄河三角洲地区的生境质量是比较理想的，而且随着黄河入海泥沙的堆积作用使得莱州湾新增的湿地面积在不断扩大，但是近年来该地区新增湿地被开发成了水产养殖场，破坏了当地海岸带的环境质量和抗风险灾害的能力。辽东湾区域海岸带仍以自然的湿地生态景观为主，并且拥有丰富的湿地资源，1995～2008年以来沿海湿地开采以及道路、管线的建设，该地区的湿地景观开始出现破碎化程度加剧的趋势，围海养殖用地规模逐渐扩大，不少海涂和泥滩都被开发成虾蟹养殖区域，破坏了当地的自然环境。

目录

文摘

英文文摘

前言

论文说明：图表目录

声明

第1章 绪论

1.1研究意义

1.2国内外的相关科研计划及进展

1.3未解决的科学技术问题

1.4本文的研究目的

1.5本文相关的概念与定义

1.5.1海岸带

1.5.2河口的概念及界定

1.5.3河口三角洲的定义、形成及类型

1.5.4三角洲湿地

第2章 河口湿地景观生态健康评价的理论与方法

2.1景观和景观生态学的定义

2.2景观生态学研究的对象和内容

2.3景观格局的形成及影响因素

2.4景观格局的结构、功能及其生态学意义

2.5景观格局分析方法的评价指标

2.6生态健康的定义

2.7 3S技术在景观生态健康评价中的作用

2.7.1遥感(RS)

2.7.2地理信息系统(GIS)

2.7.3全球定位系统(GPS)

第3章 研究区域特征与数据获取

3.1研究区域介绍

3.1.1双台子河口

3.1.2大洋河口

3.1.3渤海海岸带

3.2光谱数据采集与处理

3.2.1地物光谱采集

3.2.2使用仪器及主要技术标准

3.2.3操作规范及采集样本

3.3植被数据采集与处理

3.3.1生物量采集

3.3.2叶面积指数测量

3.4卫星数据与预处理

3.4.1本文采用的遥感卫星数据

3.4.2图像几何精校正

3.5航空数据与处理

3.6资料收集

第4章 湿地指示性植被——翅碱蓬卫星遥感反演方法

4.1材料与方法

4.1.1研究区域

4.1.2生物样本采集与测量

4.1.3光谱测定与处理

4.1.4叶面积指数测定

4.1.5植被指数的计算

4.2.结果与讨论

4.2.1翅碱蓬的光谱特征

4.2.2叶面指数遥感反演模型

4.2.3生物量遥感反演模型

4.3结论

第5章 河口湿地生态健康评价参数的遥感反演

5.1研究区域范围的界定

5.2技术方法与技术路线

5.2.1 PSR概念模型

5.2.2技术路线

5.3指标参数的选取及标准化

5.3.1指标选取

5.3.2评价指标的标准化

5.4大洋河河口湿地的景观分类系统

5.5景观基础数据获取

第6章 大洋河河口湿地景观生态健康空间评价

6.1湿地景观生态健康评价

6.1.1景观格局指数的计算

6.1.2层次分析法(AHP)与权重赋值

6.1.3生境质量指数计算

6.1.4湿地健康评价

6.2景观类型转移矩阵分析

6.3湿地的自然演化过程

6.3.1河道的演化与湿地的消涨关系

6.3.2河口区的冲淤对湿地面积的影响

6.4人类活动与湿地健康的关系

6.4.1农用地开发对湿地的影响

6.4.2建设用地开发对湿地的影响

6.4.3海域使用开发对湿地的影响

6.5湿地健康与政策调控

第7章 环渤海地区人类活动对湿地的影响评价

7.1景观格局指数的计算

7.2层次分析法(AHP)与权重赋值

7.3生境质量指数计算

7.4评价结果及等级划分

7.4.1环渤海地区湿地面积变化趋势分析

7.4.2环渤海地区生境质量等级评价

第8章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果