基于RS和GIS對白洋淀生態(tài)系統(tǒng)的健康評價—周楊-副本

1、基于基于RSRS和和GISGIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的生對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康評價態(tài)系統(tǒng)健康評價匯報人：周楊匯報人：周楊指導(dǎo)老師：劉存歧教授指導(dǎo)老師：劉存歧教授專業(yè)：專業(yè)：20142014級水生生物學(xué)級水生生物學(xué)研究內(nèi)容及目標(biāo)研究內(nèi)容及目標(biāo)研究方案及技術(shù)路線研究方案及技術(shù)路線研究的創(chuàng)新性研究的創(chuàng)新性可行性分析可行性分析CONTENTS立項依據(jù)立項依據(jù)進(jìn)度安排進(jìn)度安排一、立項依據(jù)一、立項依據(jù) 1 1、研究背景、研究背景 2 2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 3、研究意義、研究意義 4 4、科學(xué)問題、科學(xué)問題基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價1 1、研究背景、研究背景 濕地

2、是人類最重要的環(huán)境資本，也是地球上最富生濕地是人類最重要的環(huán)境資本，也是地球上最富生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)。過去，由于對生態(tài)環(huán)境效益認(rèn)識物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)。過去，由于對生態(tài)環(huán)境效益認(rèn)識不夠全面，忽視了其長期利益，導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的保不夠全面，忽視了其長期利益，導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)被人類忽視甚至無視。據(jù)不完全統(tǒng)計，護(hù)被人類忽視甚至無視。據(jù)不完全統(tǒng)計，2020世紀(jì)世紀(jì)5050年來年來以來，我國濕地開墾面積約以來，我國濕地開墾面積約10.010.0萬萬km2km2，造成近，造成近10001000個天個天然湖泊消亡，大量湖泊和沼澤發(fā)生嚴(yán)重萎縮。然湖泊消亡，大量湖泊和沼澤發(fā)生嚴(yán)重萎縮。當(dāng)前，我當(dāng)前，我國現(xiàn)

3、存自然濕地總面積約國現(xiàn)存自然濕地總面積約36.236.2萬萬km2km2，占國土面積的，占國土面積的3.77%3.77%，低于世界，低于世界6%6%的平均水平（國家林業(yè)局，的平均水平（國家林業(yè)局，20032003）。）?；赗S和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價1 1、研究背景、研究背景 白洋淀自然保護(hù)區(qū)位于華北平原中部，主要承接潴龍河、白洋淀自然保護(hù)區(qū)位于華北平原中部，主要承接潴龍河、孝義河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河、白溝引河等河流的孝義河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河、白溝引河等河流的洪瀝水，洪瀝水，是華北地區(qū)最大的淡水淺湖型濕地生態(tài)系統(tǒng)是華北地區(qū)最大的淡水淺湖型濕地生態(tài)系統(tǒng)，它包括

4、，它包括水域、蘆葦沼澤、臺田以及湖濱帶等獨特的自然景觀，是許多水域、蘆葦沼澤、臺田以及湖濱帶等獨特的自然景觀，是許多珍稀鳥類、淡水魚類、水生植物等野生動植物的理想生境。珍稀鳥類、淡水魚類、水生植物等野生動植物的理想生境。獨獨特的資源與區(qū)位優(yōu)勢，使白洋淀在緩洪滯瀝、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)特的資源與區(qū)位優(yōu)勢，使白洋淀在緩洪滯瀝、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生物多樣性、維護(hù)京津及華北地區(qū)生態(tài)平衡等方面具有不可替生物多樣性、維護(hù)京津及華北地區(qū)生態(tài)平衡等方面具有不可替代的作用。代的作用。 基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價1 1、研究背景、研究背景 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康：濕地生態(tài)系統(tǒng)健康： 指系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動

5、未受到損害，關(guān)鍵生態(tài)組分指系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動未受到損害，關(guān)鍵生態(tài)組分和有機(jī)組織被保存完整且缺乏疾病，和有機(jī)組織被保存完整且缺乏疾病，對長期或突發(fā)的自然或人對長期或突發(fā)的自然或人為擾動能保持彈性和穩(wěn)定性為擾動能保持彈性和穩(wěn)定性，整體功能表現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性，整體功能表現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性和活力（蔣衛(wèi)國，和活力（蔣衛(wèi)國，20092009）?；赗S和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價1 1、研究背景、研究背景 白洋淀是華北平原最大的淡水湖泊沼澤濕地，開發(fā)歷史久白洋淀是華北平原最大的淡水湖泊沼澤濕地，開發(fā)歷史久遠(yuǎn)、開發(fā)強(qiáng)度大，遠(yuǎn)、開發(fā)強(qiáng)度大，特別是近幾十年來，受上游河道徑流量攔特別是近幾十年來

6、，受上游河道徑流量攔截，淀區(qū)地下水過度開采等因素影響，白洋淀濕地面積急劇截，淀區(qū)地下水過度開采等因素影響，白洋淀濕地面積急劇萎縮、干淀現(xiàn)象頻繁發(fā)生，其健康狀態(tài)面臨嚴(yán)重退化的威脅萎縮、干淀現(xiàn)象頻繁發(fā)生，其健康狀態(tài)面臨嚴(yán)重退化的威脅。白洋淀健康狀況受到了政府、專家學(xué)者以及公眾的廣泛關(guān)。白洋淀健康狀況受到了政府、專家學(xué)者以及公眾的廣泛關(guān)注，注，如何改善白洋淀健康受損的狀態(tài)成為亟待解決的問題。如何改善白洋淀健康受損的狀態(tài)成為亟待解決的問題?；赗S和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價2 2、國外研究現(xiàn)狀、國外研究現(xiàn)狀國外在濕地生態(tài)健康評價方面的研究比較早，美國在國外在濕地生態(tài)健康評價方面的研究比較早，

7、美國在2020世紀(jì)初世紀(jì)初為了建立野生動物保護(hù)區(qū)為了建立野生動物保護(hù)區(qū)，就開展了濕地評價工作。，就開展了濕地評價工作。7070年代，年代，LarsonLarson和和MazzarseMazzarse提出了第一個幫助政府頒發(fā)濕地提出了第一個幫助政府頒發(fā)濕地開發(fā)補(bǔ)償許可證的濕地快速評價模型（開發(fā)補(bǔ)償許可證的濕地快速評價模型（LarsonLarson，19941994）。）。RSRS和和GISGIS也起源于也起源于7070年代，最初用于人口普查和土地調(diào)查。近年年代，最初用于人口普查和土地調(diào)查。近年來，隨著遙感和計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展與完善，來，隨著遙感和計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展與完善，利用利用RS

8、RS和和GISGIS在生態(tài)學(xué)中的研究也取得了豐富的成果。在生態(tài)學(xué)中的研究也取得了豐富的成果。20012001年年KellyKelly等就對位于北卡羅來納州的濕地棲息地在等就對位于北卡羅來納州的濕地棲息地在19841984到到19921992年之間的變化進(jìn)行定量化研究中使用年之間的變化進(jìn)行定量化研究中使用了了分類的分類的LandsatTMLandsatTM圖像圖像，得到了景觀尺度的變化，并將其與特定地點尺度的變化，得到了景觀尺度的變化，并將其與特定地點尺度的變化進(jìn)行了對比分析（進(jìn)行了對比分析（KellyKelly，20012001）。）。基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價2 2、國內(nèi)研

9、究現(xiàn)狀、國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)對濕地評價的研究相對于較晚，濕地生態(tài)健康評價國內(nèi)對濕地評價的研究相對于較晚，濕地生態(tài)健康評價經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的基于實地野外調(diào)查獲取統(tǒng)計數(shù)據(jù)的定性描述到經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的基于實地野外調(diào)查獲取統(tǒng)計數(shù)據(jù)的定性描述到定性與定量評價相結(jié)合的發(fā)展歷程，但其評價指標(biāo)多集中于物定性與定量評價相結(jié)合的發(fā)展歷程，但其評價指標(biāo)多集中于物理、化學(xué)和生物指標(biāo)，這些指標(biāo)需要長期實驗和監(jiān)測才可獲得。理、化學(xué)和生物指標(biāo)，這些指標(biāo)需要長期實驗和監(jiān)測才可獲得。由于濕地破碎化嚴(yán)重，評價方法中對于濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能由于濕地破碎化嚴(yán)重，評價方法中對于濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能變化的評價表達(dá)分析往往不足，缺少不同尺度的評價

10、結(jié)果比較。變化的評價表達(dá)分析往往不足，缺少不同尺度的評價結(jié)果比較。 基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價 然而目前的白洋淀濕地健康評價多是在物化指標(biāo)、生物然而目前的白洋淀濕地健康評價多是在物化指標(biāo)、生物指標(biāo)、能流基礎(chǔ)上進(jìn)行，著眼點在于系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、功能指標(biāo)、能流基礎(chǔ)上進(jìn)行，著眼點在于系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、功能及動態(tài)特征。及動態(tài)特征。對白洋淀自然保護(hù)區(qū)在景觀和流域水平的健康對白洋淀自然保護(hù)區(qū)在景觀和流域水平的健康評價較少，在空間尺度上，真正對白洋淀自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系評價較少，在空間尺度上，真正對白洋淀自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評價更少。統(tǒng)健康評價更少。而中、大尺度的自然調(diào)節(jié)過程可提供較大而中、大尺

11、度的自然調(diào)節(jié)過程可提供較大的穩(wěn)定性，更能表征濕地的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，體現(xiàn)自然與社的穩(wěn)定性，更能表征濕地的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，體現(xiàn)自然與社會的相互作用和聯(lián)系，也能更好的分析保護(hù)區(qū)內(nèi)核心區(qū)規(guī)劃會的相互作用和聯(lián)系，也能更好的分析保護(hù)區(qū)內(nèi)核心區(qū)規(guī)劃的合理性。的合理性?；赗S和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價3 3、研究意義、研究意義 20022002年，河北省建立了白洋淀省級自然保護(hù)區(qū)；并年，河北省建立了白洋淀省級自然保護(hù)區(qū)；并在在20122012年對白洋淀自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行了重新規(guī)劃與調(diào)整。年對白洋淀自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行了重新規(guī)劃與調(diào)整。近年近年對白洋淀自然保護(hù)區(qū)合理性的分析均從理論上進(jìn)行，缺少實際對白洋淀自然

12、保護(hù)區(qū)合理性的分析均從理論上進(jìn)行，缺少實際數(shù)據(jù)研究支持其合理性。數(shù)據(jù)研究支持其合理性。 故本研究將利用故本研究將利用RSRS和和GISGIS在空間尺度的基礎(chǔ)上，將白洋淀在空間尺度的基礎(chǔ)上，將白洋淀自然保護(hù)區(qū)的景觀類型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)合起來進(jìn)行生態(tài)健康評價，自然保護(hù)區(qū)的景觀類型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)合起來進(jìn)行生態(tài)健康評價，在多維要素定量表達(dá)集成的健康評價基礎(chǔ)上，分析其合理性。在多維要素定量表達(dá)集成的健康評價基礎(chǔ)上，分析其合理性?；赗S和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價4 4、科學(xué)問題、科學(xué)問題1 1、在空間尺度上，白洋淀自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀、在空間尺度上，白洋淀自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況如何；況如何；

13、2 2、白洋淀自然保護(hù)區(qū)局部之間的相互影響程度及其關(guān)、白洋淀自然保護(hù)區(qū)局部之間的相互影響程度及其關(guān)系如何。系如何。基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價二、研究內(nèi)容及目標(biāo)二、研究內(nèi)容及目標(biāo) 研究目標(biāo)：研究目標(biāo)：對白洋淀自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)做出健康評對白洋淀自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)做出健康評價，根據(jù)現(xiàn)階段健康狀況對核心區(qū)的規(guī)劃做出合理性價，根據(jù)現(xiàn)階段健康狀況對核心區(qū)的規(guī)劃做出合理性建議，為保護(hù)區(qū)可持續(xù)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。建議，為保護(hù)區(qū)可持續(xù)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價二、研究內(nèi)容及目標(biāo)二、研究內(nèi)容及目標(biāo)研究內(nèi)容研究內(nèi)容: :1 1、從從水體環(huán)境特征、景觀特征和人類擾

14、動因素水體環(huán)境特征、景觀特征和人類擾動因素3 3方面選取一方面選取一系列評價指標(biāo)因子，利用系列評價指標(biāo)因子，利用層次分析法和綜合指數(shù)方法層次分析法和綜合指數(shù)方法，將對，將對核心區(qū)由燒車淀、大麥淀、白洋淀和藻苲淀核心區(qū)由燒車淀、大麥淀、白洋淀和藻苲淀4 4部分組成的白部分組成的白洋淀自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行空間定量生態(tài)健康評價；洋淀自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行空間定量生態(tài)健康評價；2 2、根據(jù)白洋淀自然保護(hù)區(qū)健康狀況對其作出合理性分析。、根據(jù)白洋淀自然保護(hù)區(qū)健康狀況對其作出合理性分析。白洋淀濕地保護(hù)區(qū)功能分區(qū)圖白洋淀濕地保護(hù)區(qū)功能分區(qū)圖（趙志軒，（趙志軒，2012）三、研究方案及技術(shù)路線三、研究方案及技術(shù)路線采用采用E

15、RDAS9.2ERDAS9.2對原始對原始OLI_TIRSOLI_TIRS影像進(jìn)行合成，對影像影像進(jìn)行合成，對影像進(jìn)行幾何糾正，建立解譯標(biāo)志。結(jié)合景觀格局?jǐn)?shù)量分進(jìn)行幾何糾正，建立解譯標(biāo)志。結(jié)合景觀格局?jǐn)?shù)量分析方法，采用監(jiān)督分類和人工目視解譯相結(jié)合的方法，析方法，采用監(jiān)督分類和人工目視解譯相結(jié)合的方法，將研究區(qū)景觀分類，生成景觀分類圖。將研究區(qū)景觀分類，生成景觀分類圖。研究區(qū)內(nèi)各景觀類型的斑塊指數(shù)將在研究區(qū)內(nèi)各景觀類型的斑塊指數(shù)將在FRAGSTATS3.3FRAGSTATS3.3景景觀指數(shù)軟件中選取斑塊層次計算得到。觀指數(shù)軟件中選取斑塊層次計算得到。運用運用ARCGIS10.2ARCGIS10.

16、2空間分析功能計算具體指標(biāo)，運用其空間分析功能計算具體指標(biāo)，運用其繪圖實現(xiàn)實測數(shù)據(jù)空間定量分布分析。繪圖實現(xiàn)實測數(shù)據(jù)空間定量分布分析。基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價2014年年OLI_TIRS遙感影遙感影像像水環(huán)境特征水環(huán)境特征斑塊特征斑塊特征人為干擾特征人為干擾特征水水質(zhì)質(zhì)綜綜合合污污染染指指數(shù)數(shù)底底棲棲動動物物多多樣樣性性浮浮游游植植物物多多樣樣性性鳥鳥類類多多樣樣性性景景觀觀類類型型斑斑塊塊密密度度周周邊邊斑斑塊塊類類型型距距農(nóng)農(nóng)田田距距離離距距公公路路距距離離信息集成信息集成自然保護(hù)區(qū)空自然保護(hù)區(qū)空間間定量分定量分析析自然保護(hù)區(qū)健康評價自然保護(hù)區(qū)健康評價指標(biāo)選取原則指標(biāo)選

17、取原則指標(biāo)篩選指標(biāo)篩選標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化計算方法計算方法指標(biāo)權(quán)重確定指標(biāo)權(quán)重確定生態(tài)健康評價綜合指數(shù)構(gòu)建生態(tài)健康評價綜合指數(shù)構(gòu)建生態(tài)系生態(tài)系統(tǒng)健康等級劃分統(tǒng)健康等級劃分濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價自然保護(hù)區(qū)合理性分析自然保護(hù)區(qū)合理性分析監(jiān)測監(jiān)測統(tǒng)計統(tǒng)計數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)技術(shù)路線技術(shù)路線四、研究的創(chuàng)新性四、研究的創(chuàng)新性 首次使用遙感和地理信息系統(tǒng)等空間信息技術(shù)首次使用遙感和地理信息系統(tǒng)等空間信息技術(shù)將白洋淀自然保護(hù)區(qū)將白洋淀自然保護(hù)區(qū)空間數(shù)據(jù)與濕地景觀整體區(qū)域和空間數(shù)據(jù)與濕地景觀整體區(qū)域和內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)域的健康評價結(jié)合起來內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)域的健康評價結(jié)合起來，在空間尺度的基在空間尺度的基礎(chǔ)上，對白洋淀自然保護(hù)

18、區(qū)進(jìn)行多維要素定量表達(dá)集礎(chǔ)上，對白洋淀自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行多維要素定量表達(dá)集成的生態(tài)健康評價并分析其合理性。成的生態(tài)健康評價并分析其合理性?；赗S和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價五、可行性分析五、可行性分析首先在首先在arcgisarcgis和和erdaserdas等軟件應(yīng)用技術(shù)上獲得等軟件應(yīng)用技術(shù)上獲得山東大山東大學(xué)張志國教授學(xué)張志國教授的支持與幫助；的支持與幫助；其次基于本人對遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)的有一定基其次基于本人對遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)的有一定基礎(chǔ)，加上對水生生物學(xué)的濃厚興趣有助于實驗的完成；礎(chǔ)，加上對水生生物學(xué)的濃厚興趣有助于實驗的完成；最重要的是本次研究實測數(shù)據(jù)由最重要的是本次

19、研究實測數(shù)據(jù)由劉存歧教授多年對白劉存歧教授多年對白洋淀區(qū)域研究洋淀區(qū)域研究所有，加上老師對白洋淀研究有多年的所有，加上老師對白洋淀研究有多年的研究經(jīng)驗，對景觀類型分類可做重要的監(jiān)督指導(dǎo)，完研究經(jīng)驗，對景觀類型分類可做重要的監(jiān)督指導(dǎo)，完成這項研究確實可行。成這項研究確實可行。基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價六、進(jìn)度安排六、進(jìn)度安排20152015年年1010月月-2016-2016年年1 1月：查閱文獻(xiàn)、基本數(shù)據(jù)收集與月：查閱文獻(xiàn)、基本數(shù)據(jù)收集與處理；處理；20162016年年2 2月月-2016-2016年年6 6月：評價指標(biāo)體系建立及指標(biāo)信息月：評價指標(biāo)體系建立及指標(biāo)信息提取與量

20、化；提取與量化；20162016年年7 7月月-2016-2016年年9 9月：后期數(shù)據(jù)處理，包括指標(biāo)權(quán)重月：后期數(shù)據(jù)處理，包括指標(biāo)權(quán)重確定與生態(tài)健康評價綜合指數(shù)構(gòu)建，并實地驗證所得確定與生態(tài)健康評價綜合指數(shù)構(gòu)建，并實地驗證所得結(jié)論；結(jié)論；20162016年年1010月月-2017-2017年年6 6月：論文攥寫、準(zhǔn)備答辯。月：論文攥寫、準(zhǔn)備答辯。基于RS和GIS對白洋淀自然保護(hù)區(qū)的健康評價 水環(huán)境特征：水環(huán)境特征：底棲動物是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的重要類群。廣底棲動物是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的重要類群。廣泛用于水質(zhì)生物監(jiān)測、水生態(tài)系統(tǒng)健康評價、毒物或污染物毒泛用于水質(zhì)生物監(jiān)測、水生態(tài)系統(tǒng)健康評價、毒物或污染

21、物毒性試驗以及河流生態(tài)修復(fù)評價等。鳥類多樣性是評價濕地生態(tài)性試驗以及河流生態(tài)修復(fù)評價等。鳥類多樣性是評價濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量極其敏感的指標(biāo)。浮游植物是測量水質(zhì)的指示生物，環(huán)境質(zhì)量極其敏感的指標(biāo)。浮游植物是測量水質(zhì)的指示生物，一片水域水質(zhì)如何，與浮游植物的豐富程度和群落組成有著密一片水域水質(zhì)如何，與浮游植物的豐富程度和群落組成有著密不可分的關(guān)系，浮游植物的減少或過度繁殖，將預(yù)示那片水域不可分的關(guān)系，浮游植物的減少或過度繁殖，將預(yù)示那片水域正趨向惡化。正趨向惡化。 考慮評價的資料獲取和實際情況，本文從水體的水質(zhì)污考慮評價的資料獲取和實際情況，本文從水體的水質(zhì)污染綜合指數(shù)、底棲動物多樣性、浮游植物生物量和鳥類多樣性染綜合指數(shù)、底棲動物多樣性、浮游植物生物量和鳥類多樣性四個方面來表征水體環(huán)境，水體綜合指數(shù)由監(jiān)測的總磷四個方面來表征水體環(huán)境，水體綜合指數(shù)由監(jiān)測的總磷(TP)(TP)、總氮總氮(TN)(TN)、高錳酸鹽指數(shù)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)(CODMn)、五日生化需氧量、五日生化需氧量(BOD5)(BOD5)、溶解氧溶解氧(DO)(DO)和和pHpH值計算而得。值計算而得。 景觀特征：景觀特征：