基于RS与GIS的金川河流域生态系统健康评价

摘要

流域生态系统健康研究对认识流域生态系统的健康程度，流域综合开发与管理及流域可持续发展具有重要的意义。具有重要生态系统价值的金川河流域如今面临着生态安全与区域协调发展的问题，开展金川河流域生态系统健康综合评价，可为进一步揭示其生态系统健康机理，阐明健康保护和恢复机制，为制定流域管理和保护对策提供科学依据。本文在生态系统健康的理论基础与方法的支持下，以金川河流域为研究对象，通过遥感和地理信息系统技术获取流域生态环境信息，建立流域生态系统信息数据库，利用自然条件限制因子-健康指示因子-人类活动影响因子评价模型，分析了金川河流域生态系统健康状况及特征，并对流域生态系统健康的影响因子进行分析。本文的主要工作及结论如下： (1)根据自然条件限制因子-健康指示因子-人类活动影响因子评价模型，设计了流域生态系统健康评价指标体系及综合评价方法。研究结果表明本文所给出的评价指标体系、权重体系及指标分级标准是实事求是的，也是科学合理的，主要表现在：①在前人工作的基础上，结合金川河流域生态系统的实际情祝，借鉴国内外相关研究成果，从自然限制、健康指示和人类活动影响角度提出了比较完整的生态系统健康评价指标体系；②在咨询专家和总结前人同类研究工作的基础上，对每一等级上的各个指标都赋予其相应的权重值，提出了比较合理的权重体系；③建立了比较科学的生态系统健康分级标准。 (2)利用RS&GIS技术获取了金川河流域生态系统信息数据，建立了金川河流域生态系统信息数据库：栅格数据库包括DEM、植被净初级生产力、植被指数等；矢量数据库包括研究区边界、乡镇中心及边界、农村居民点、土地利用、土壤侵蚀等；属性数据库包括景观结构指数、人口、GDP数据等。其中，植被净初级生产力NPP的计算参考唐世浩博士论文中有关地表参量遥感反演方法研究中的相关源程序与算法，以VC++6.0为平台，开发了一个各因子数据插值和计算NPP的实用程序。 (3)利用生态系统信息数据库，评价了2006年金川河流域生态系统健康状况，对全流域的生态系统健康的空间格局及典型乡镇进行了分析，结果表明：①金川河流域生态系统健康阈值在[1.48-7.98]范围，相对良好的区域占7.0％，相对一般23.3％，相对较差31.3％，相对极差38.4％，没有相对优的区域。除分值2.75和2.96出现频率较高外，其他值分布较均匀。平均值为4.42，整体状况较差。②从上游水资源产流区到中游耗散区再到下游径流散失区，得分值从高到低基本上呈梯状递减。上游山地的水资源产流区，自然资源条件良好，主要为林地、高覆盖草地，人口密度较低，人类干扰活动较小，系统弹性度较大，生态系统健康状态相对较好；中游水资源耗散区的绿洲受自然资源条件限制，以旱地为主，人口密度较高，受人类活动干扰较大，绿洲边缘区土地退化明显，目前系统尚稳定，能够发挥绿洲的基本生态功能，生态系统可持续发展；荒漠区也是水资源散失区，以裸土地、戈壁、沙地及人工绿洲为主，裸土地、戈壁、沙地区受自然资源条件限制极大，土地利用结构单一，系统弹性度极低，生态系统健康自然极差，人工绿洲区受人类活动干扰明显，系统结构不合理，已出现生态异常，生态系统健康也较差。③山地、山地-绿洲、绿洲、绿洲-荒漠、荒漠区的典型代表乡镇皇城镇、新城子、红山窑、东寨、红沙岗进行对比分析发现，其生态系统健康状态逐渐变差，荒漠区人工绿洲上的双湾镇，受人类活动干扰强烈，虽有较高的生产力，但系统弹性小，几乎不具备恢复力，生态系统健康状态很差。 (4)该研究证明，基于科学正确的指标体系和合理的指标综合方法，以遥感和GIS技术相结合的技术应用为核心，开展流域生态系统健康综合评价研究，是可行的，其评价结论可以充分分析和表达流域生态系统健康的空间特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1生态系统健康研究

1.1.2景观生态学与生态系统健康研究

1.1.3“3S”在生态系统健康评价研究中的应用

1.1.4金川河流域生态系统健康评价的研究意义

1.2研究内容与技术路线

1.2.1研究内容

1.2.2研究方法及技术路线

第二章流域生态系统健康评价的理论和方法

2.1生态系统健康概念的沿革及发展

2.2生态系统健康评价

2.3流域生态系统健康评价指标与方法

第三章研究区概况及景观生态特征

3.1研究区概况

3.1.1气候特征

3.1.2地貌特征

3.1.3植被特征

3.1.4社会经济特征

3.2景观组分与生态特征

3.21景观生态结构

3.2.2流域生态系统的基本特征

附：考察路线与照片

第四章生态系统健康评价指标体系与评价方法

4.1评价指标体系的建立

4.1.1评价指村体系建立的原则

4.1.2评价指标体系

4.1.3评价单元的确定

4.2评价指标的涵义及估算方法

4.2.1自然条件限制因子

4.2.2流域健康指示因子

4.2.3人类活动影响因子

4.3评价模型

4.3.1指标标准化

4.3.2综合评价模型

4.3.3指标权重

4.3.4评价标准

第五章数据处理与信息提取

5.1数据源与数据平台

5.2土地利用信息提取

5.2.1CBERS-02 CCD数据简介及预处理

5.2.2土地利用数据获取

5.3景观结构指数提取

5.4指标信息提取

5.4.1NNP信息的提取

5.4.2 NDVI植被指数的提取

5.4.3其他指标的信息提取

第六章生态系统健康评价与分析

6.1金川河流域生态系统建康评价

6.2评价结果分析

6.2.1限制-指示-人类活动因子分析

6.2.2流域生态系统健康综合评价结果分析

6.2.3典型乡镇健康评价结果分析

第七章结论与讨论

7.1结论

7.2讨论

参考文献

附：npp核心计算程序

攻读硕士期间发表的论文

致谢