陇中黄土丘陵沟壑区生态系统健康评价 ——以甘肃榆中县为例

论文摘要

随着现代科学技术高速发展和全球经济的高速增长,人类正以前所未有的规模和强度影响环境,破坏和改变自然生态系统,致使生态系统的健康受到越来越大的损害,并由此危及到人类自身,引起了人类的普遍关注,生态健康和生态安全成为学者研究的热点问题。陇中黄土丘陵沟壑区在历史上曾经森林繁茂、山清水秀,但随着人类的过度开垦,植被破坏和水土流失的局面与日俱增,使该区已成为世界上水土流失最严重的地区,也是我国生态环境最脆弱的地区之一。因此,从陇中黄土丘陵沟壑区巨系统出发,综合研究把握该区域生态系统健康状态,探索与实践生态健康的研究理论与方法,不仅有重要的的科学意义,对政府部门把握黄土高原丘陵沟壑区生态系统健康的变化并及时做出控制和治理措施也具有十分重要的应用价值。本研究以榆中县为例,以生态系统健康理论为基础,将研究区生态系统的结构和功能结合起来,基于遥感影像、DEM和调查数据,在野外实地调查验证的基础上,采用“3S”技术,生成各参评因子的专题栅格图层。运用层次分析法,从影响生态系统健康的自然和人文因子的角度出发,选择活力、组织结构、负荷能力、恢复力、生态系统功能维持、外部输入及人群健康状况作为研究区生态系统健康评价的7个要素,构建了生态系统健康评价指标体系,评价该地区生态系统健康状况并探讨该地区生态系统健康的时空差异。通过深入科学、综合研究得出以下重要成果和结论:（1）主要生态系统健康评价因子的变化特征:①土地利用变化研究区土地总体利用状况主要以耕地居多,其次是草地,然后是林地。最少的土地利用类型,1991年为园地,2002年和2006年为水域。榆中县1991年到2006年土地利用的变化情况是:耕地、水域和未利用地面积持续减少;林地、园地和交通建设用地面积不断增加;草地先减少后增加。②生态系统有机质生产变化生态系统有机质生产物质总量1991年为1659476.45吨,2002年1479552.75吨,2006年1497894.53吨。③自然生态服务功能生态系统植被土壤保持量1991年为2112431.82吨,2002年2014629.39吨,2006年2081419.39吨。植被涵养水源量1991年为6990337.007吨,2002年为7334867.2吨,2006年7344755.83吨。生态系统固碳量1991年为2704946.6吨,2002年为2411671吨,2006年2441568.1吨。植被释放氧气量1991年为1991371.74吨,2002年1775463.3吨,2006年1797437.4吨。（2）生态系统健康状况1991年生态系统健康平均指数为0.4725,区域生态健康最低指数为0.2912,最大指数为0.7119;2002年生态健康平均指数为0.44304,区域最低指数为0.2655,最大为0.7115;2006年平均为0.443889,区域最低指数0.2733,最高为0.7116。1991-2006,榆中县生态健康状况基本处于中度健康状态,2002年生态系统健康状况比1991年有所下降,从2002年到2006年又略显上升。本研究在以下方面有一定的进展和创新:（1）根据黄土丘陵沟壑区客观状况,考虑到人类胁迫对生态系统健康影响,从自然和人文因子角度出发,在遵循评价指标选择原则的基础上,构建了黄土丘陵沟壑区生态系统健康评价指标体系。（2）利用3S技术,提取了陇中黄土丘陵沟壑区生态系统健康评价各指标因子,较为科学准确地反映研究区生态健康状况。（3）评价方法上,在汲取前人研究成果的基础上,对生态系统健康评价模型进行了客观修正,并对评价指标因子进行反复提炼,运用多种生态服务功能反映生态系统健康评价中的服务功能,克服了用单一因子评价服务功能的局限性。（4）运用各参评因子的专题栅格图层,在GIS和RS强大的图层叠加和模型运算功能支持下,完成生态系统健康评价的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.1.1 理论与实践意义
• 1.1.2 区域研究背景
• 1.1.3 3S技术在生态健康评价研究意义
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 生态系统健康的概念
• 1.2.2 国内外研究进展
• 1.2.3 生态系统健康评价方法
• 1.2.4 目前存在问题
• 1.3 研究的内容和目标
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究目标
• 1.4 研究方法与技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 论文拟创新处
• 第2章 研究区概况
• 2.1 地理位置
• 2.2 地貌
• 2.3 气候条件
• 2.4 土壤
• 2.5 水资源
• 2.6 生物资源
• 2.7 矿产资源
• 第3章 生态系统健康评价指标
• 3.1 生态系统健康的生态学理论
• 3.2 影响生态系统健康的因素
• 3.3 评价指标的选取原则
• 3.4 指标体系的构建
• 3.5 部分参评因子指标的含义及具体计算方法
• 第4章 数据收集与处理
• 4.1 数据的收集
• 4.1.1 遥感数据
• 4.1.2 非遥感数据
• 4.2 工作平台
• 4.3 遥感数据处理
• 4.3.1 数据导入
• 4.3.2 多波段彩色合成处理
• 4.3.3 几何精校正
• 4.3.4 投影转换
• 4.3.5 影像裁剪
• 4.3.6 波段选择
• 4.4 遥感图像解译分类
• 4.4.1 图像解译分类
• 4.4.2 分类模板
• 4.4.3 分类精度评价
• 4.4.4 分类后处理
• 4.4.5 栅格转矢量
• 第5章 信息提取及分析
• 5.1 土地利用信息提取及分析
• 5.1.1 土地利用状况分析
• 5.1.2 各乡镇土地利用变化分析
• 5.1.3 土地利用变化的区域差异
• 5.1.4 土地垦殖指数信息提取
• 5.1.5 ≥25°耕地信息提取
• 5.2 生态系统有机质生产量信息提取
• 5.2.1 测评模型
• 5.2.2 生态系统有机质生产测评结果与分析
• 5.3 生态系统多样性指数信息提取
• 5.4 生态弹性指数信息提取
• 5.5 自然生态服务功能信息提取
• 5.5.1 植被土壤保持量信息提取及分析
• 5.5.2 植被涵养水源信息量提取及分析
• 5.5.3 生态系统固碳释氧量信息提取及分析
• 5.6 社会经济信息的提取
• 第6章 生态系统健康评价
• 6.1 榆中县生态系统健康评价
• 6.1.1 指标数据无量纲化处理
• 6.1.2 指标因子权重值的确定
• 6.1.3 生态系统健康综合评价
• 6.1.4 生态系统健康评价等级划分
• 6.2 榆中县生态系统健康评价时空分析
• 6.3 生态环境建设的措施
• 第7章 结论与讨论
• 7.1 主要结论
• 7.2 创新
• 7.3 讨论
• 参考文献
• 附图
• 攻读硕士学位期间科研成果
• 致谢