(1.成都理工大学 地学空间信息技术国土资源部重点实验室 四川 成都 610059；2.天津工业大学经济与管理学院 天津 3000387)

引言：

随着工业化和城镇化的快速发展，人类对自然资源的不合理开发和利用导致了区域生态完整性破坏，区域和全球性的生态危机日益显现，自然生态系统服务功能正在迅速衰退，因此，协调人与自然的关系、加强生态保护十分重要和迫切。区域生态系统具有复杂的结构和功能，区域生态系统的研究对全球的生态研究具有重要的意义。由于人类活动的影响和全球自然气候条件的变化，生态系统正经历着巨大的变化。

近年来，AVHRR，MODIS和Landsat传感器的光学卫星数据已被广泛用于监测陆地表面植被变化。观测大数据通常以两种方式应用于评估区域环境变化，一种是针对光谱指数(如归一化植被指数(NDVI))通过时间序列分析逐步关注生态恢复的渐进变化，另一种是通过两个或多个时期的分类后比较数据来分析土地利用覆被变化。前一种方法广泛用于检测气候变化和人类活动对陆地表面的影响；后者通常用于记录人为因素对地球表面的影响，例如森林砍伐，土地荒漠化和建设用地扩张。在大数据时代背景下，将不同的数据结合起来监测区域环境变化具有重要意义，近来，已有许多学者对生态系统进行了研究，但是由于研究方法和数据来源不一致，以及人类环境耦合系统的复杂性和动态性，研究的成果有所不同。

西南地区位于我国三大灾害带中沿江灾害带与山前灾害带的交汇部位，特殊的地形和多变的气候以及快速的城镇化使生态系统面临着多种风险源的胁迫。本文以西南地区三省一市(云贵川渝)为研究对象，从地理综合角度监测土地利用覆被变化，反映西南地区生态环境变化，利用 GIS 空间分析工具对区域综合生态质量进行评价。

一、方法与数据

(一)研究区概况

该研究所指西南地区包括云南、贵州、四川和重庆四省(直辖市、自治区)，区域总土地面积约为 113.85km2，占国土面积的 11.86%。西南地区是亚洲主要河流的发源地，地处长江、珠江上游，保护良好的生态环境对下游的区域生态安全具有重要的意义，也是我国生物种类和生态系统最为丰富的地区之一，至少有 10000 多种高等植物存在。

(二)研究方法

土地覆被类型和NDVI的变化可能具有很大的空间差异，不同的土地覆被类型需要不同的处理措施。本研究评价模型评价包含四个指标，降水量(过去三年的平均值)，海拔高度(来自DEM)，NDVI(过去三年的平均值)，土地利用覆被。应用层次分析法确定所有指标的权重系数[14]。

EPIi=∑Aij×Wj

式中，EPIi表示栅格单元上的生态评价综合指数，Aij表示栅格单元上指标j的标准化值，Wj表示j的权重。该模型集成了降雨、海拔、NDVI、土地利用/覆被类型(LUCC)等4项指标，EPI值6分以上表明该区域生态较好。

根据EPI动态变化值的不同，将生态变化程度分为持平、增长、显著增长、下降、显著下降5级。-0.05< EPI <0.05值时，以持平表示；-1.5< EPI <-0.05时为生态轻度下降；EPI <-0.05时，为生态显著下降；0.05< EPI <1.5时，表示生态轻度增长；1.5< EPI时表示生态显著增长。

(三)数据获取与处理

本文采用的数据主要包括降水、NDVI、土地覆被与地形数据。降水数据为TRMM(Tropical RainfallMeasuring Mission)3B43产品，从4种不同的空间尺度开展降水与植被指数、地理因子的相关性分析，从而能保证降水降尺度的精确性。NDVI遥感数据来源于美国地质调查局所提供的产品，该植被指数经过投影转换数据预处理，用于分析研究区内的植被生态特征变化。地形数据为ASTER GDEM数字高程模型Version 2，空间分辨率为30 m，采用了30m的DEM，对其进行重采样，使其与NDVI的分辨率保持一致。土地覆被数据来源于 Landsat卫星 1 km×1 km 空间分辨率、以年为时间分辨率的 MCD12Q1 数据，研究区域的地物类型27个，将27个地物类型按照全国土地利用动态遥感监测分类系统重分类为耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地六大类。

二、结果与分析

(一)西南山地生态系统时空分异特征

2000-2015年，西南地区总体EPI显示出持平或增长状态，除个别省份EPI动态变化呈下降趋势。2000-2015年，西南地区区域EPI时空格局变化呈现出以下特征：西南地区EPI总体呈现上升趋势，具体表现为前三期EPI得分落在4分内的百分比均为20%以上，2015年仅为总面积的16.12%；四期EPI得分都落在在6分和8分这两个值内最多，表明西南地区生态状况普遍较好；极值处(EPI得分为0，2，10)EPI值在2000，2005，2010四个时期总数分别为2.71%、2.77%、2.66%、3.68%。王慧芳等研究表明邛崃山、金沙江、怒江、澜沧江、大渡河流域等地应加强生态建设。何敏等计算了西南地区生态系统的脆弱性，结果表明脆弱等级随着区域内海拔、坡度的增加而增加，与本研究结果相似。

1.重庆生态系统时空分异特征

重庆地区2000-2005,2005-2010年EPI差值持平的最多，分别占重庆区域总数的61.6%，57.47%，表明这两个时期内生态格局变化不大。其次2000-2005年重庆区域EPI呈增长趋势的占总数的30.43%，区域生态水平总体处于一个增长期，而2005-2010年却有30.19%的区域呈下降趋势，从图1可以看出在重庆的东部地区；2010-2015年EPI呈上升趋势的最多占总数的56.27%，其次为持平区域；2000-2015年EPI时空格局变化呈上升趋势的占总数的59.38%，持平的次之。综上表明重庆区域生态呈一个良性发展趋势。

2.四川生态系统时空分异特征

四川地区2000-2005,2005-2010年EPI差值持平的最多，分别占四川区域总数的69.47%,59.26%。从图2可以看出2000-2005,2005-2010两个时间段在四川省的南部有部分生态呈现出下降趋势，分别占总数的21.99%，23.02%；2010-2015年EPI呈上升趋势的最多占总数的41.27%，其次为持平区域；2000-2015年EPI时空格局变化持平上升下降区域面积差别不大。综上表明四川区域生态综合呈不变趋势。

3.贵州生态时空分异特征

贵州地区2000-2005，2005-2010年EPI差值持平的最多，分别占贵州区域总数的55.04%，57.46%。其次呈下降趋势的区域分别为总数的43.06%,38.53%，从图3可以看出此区域主要集中在贵州的中部和南部区域；2010-2015年生态总体趋势较好，无明显的生态下降区域，EPI呈上升趋势的最多占总数的47.64%，其次为下降区域，占总数的20.32%；2000-2015年EPI时空格局变化持平的占总数的46.90%，上升的次之，占总数的24.07%。综上表明贵州区域生态总体不变。

4.云南生态系统时空分异特征

云南地区2000-2005，2005-2010年EPI总体持平，但也有大部分区域生态恶化，生态下降部分主要位于云南省的中部地区。2010-2015这一时期，EPI呈明显上升趋势，生态评分不高区域仅为总区域面积的8.17%；经2005，2010两时期的生态下滑，虽在2015年有所回升但也还存在部分区域生态的不稳定，2000-2015这一时期的年EPI时空格局变化总体呈持平状态，占总数的55.79%，但与2000年的比较，其他地区生态均有增长的趋势，但北部地区却下降较多。综上表明云南区域生态正处于一个逐渐恢复的阶段。

图1 2000-2015重庆市生态格局图

图2 2000-2015四川省生态格局图

图3 2000-2015贵州省生态格局图图

图4 2000-2015云南省生态格局图

三、结论

本文选用EPI模型，综合降雨、海拔、归一化植被指数、土地覆被等数据，基于ArcGIS10.4的栅格计算器和空间分析功能计算出生态现状指数，得出如下结论：

西南地区生态状况普遍较好，表现为各地区的生态现状指数都在6分以上(最低为0分，最高为10分)，更有少数地区生态长时间在8分以上。重庆、贵州生态普遍比云南、四川的好，表现为重庆、贵州区域生态打分4分一下区域几乎没有，但呈显著上升趋势的区域也少。截至2015年，西南地区的生态有较大的回升，而2010年却处于一个相对低谷的时期，2000、2005年两个时期西南地区的生态变化均呈小幅度变化，可能是受当局政策或人民意识提高的影响。