牛志春，侍昊，李旭文，王甜甜，张悦

(江苏省环境监测中心，江苏 南京 210036)

·环境预警·

基于遥感技术的生态保护红线区域监测与评价
——以盐城沿海地区为例

牛志春，侍昊，李旭文，王甜甜，张悦

(江苏省环境监测中心，江苏 南京 210036)

从生态保护红线区域监管需求出发，利用遥感技术建立生态保护红线区域监测方法，并采用生态保护红线区域自然生态系统构成及变化、生态景观平均斑块面积变化和NDVI植被指数变化3个评价指标，对江苏省盐城沿海地区2012—2013年各类型生态保护红线区域生态环境变化进行了评价。结果表明，水源水质保护和生物多样性保护红线区域生态环境质量综合指数相对较高；桑蚕品种多样性保护红线区域自然生态系统类型占比较低，生态景观较为破碎，生态环境质量综合指数相对较低；大部分生态红线区域生态环境质量保持稳定。

遥感；生态保护红线；盐城；沿海地区；监测与评价

生态保护红线是指依法在重点生态功能区、生态环境敏感区和脆弱区划定的严格管控边界，是国家和区域生态安全的底线[1]。划定生态保护红线是生态文明建设的关键举措，是维护国家和区域生态可持续发展的需要，是保障人民群众健康的基石[2-3]。

生态保护红线划定后需要制定并实施有效的管控措施，严守生态保护红线区域[4]。已划定的生态保护红线区域管控应满足性质不转换、功能不降低、面积不减少的要求，即生态保护红线区内的自然生态用地不可转换为非生态用地，生态保护的主体对象保持相对稳定；自然生态系统功能能够持续稳定发挥，退化的生态系统功能得到不断改善；生态保护红线区边界保持相对固定，区域面积规模不可随意减少[5-6]。针对生态保护红线区域管控要求，遥感技术所特有的宏观、快捷、动态、连续等技术特点，能够成为生态保护红线区域监管的“天眼”[7]，能够为生态保护红线区域监管提供最直观、最客观、最宏观、最准确的技术支撑。

1 研究区概况

盐城沿海地区生态保护红线区域涉及响水县、滨海县、射阳县、大丰区和东台市，总面积达2 853.8 km2，区域内有盐城湿地珍禽国家级自然保护区，主要生态功能类型包括洪水调蓄、水源水质保护、桑蚕品种多样性保护、生物多样性保护、自然与人文景观保护、湿地生态系统维护、河流生态维护及其他类型等(图1)[8]。

图1 研究区生态红线保护区域分布

2 研究方法

2.1 数据来源

生态保护红线区域生态空间变化监管需要满足遥感数据易获取、重访时间短、覆盖范围广、空间分辨率相对较高等要求。盐城沿海地区土地开发利用强度较高，生态景观格局较为破碎，因此对生态系统类型变化进行监测，应以较高空间分辨率遥感数据为主。选用2012—2013年国产资源三号高空间分辨率卫星遥感数据对生态保护红线区域内自然生态系统类型变化及生态景观平均斑块面积变化开展监测分析；选用2012—2013年美国EOS/MODIS卫星遥感数据的NDVI标准产品开展生态质量变化监测。表1为国产资源三号卫星遥感数据参数[7]。

表1 国产资源三号卫星遥感数据参数

2.2 研究方法

利用遥感数据对生态红线区域内自然生态系统类型占比变化、生态景观平均斑块面积变化及NDVI植被指数变化进行分析，综合评价生态红线区域内生态环境状况变化，为生态红线区域监管提供参考。

2.2.1 生态红线区域自然生态系统面积占比

自然生态系统所占比例对于保持生物多样性、维护生态系统健康、维持生态系统服务功能[10]、保证生态红线区域可持续发展起着至关重要的作用。利用自然生态系统面积总和占生态红线区域面积的比例，评价区域内自然生态系统的占比情况，自然占比越高说明区域内自然生态系统起主导效果越大。自然生态系统年度变化情况可以表征生态红线区域生态保护成效，其公式如下：

式中：P——生态红线区域内自然生态系统面积占比；S——生态红线区域内自然生态系统面积，km2；TS——生态红线区域总面积，km2。

2.2.2 生态红线区域生态景观平均斑块面积

在监测自然生态系统面积变化的基础上，需进一步研究人类活动对自然生态景观的完整性和稳定性的影响，采用生态景观指数中的平均斑块面积来衡量生态红线区域内景观总体完整性和破碎化程度[11]。由于景观指数随空间幅度和粒度的变化而变化[12]，具有尺度效应，文中主要利用资源三号卫星遥感数据对不同生态功能类型的生态红线区域进行地域上的横向比较，平均斑块面积越大代表景观越完整，破碎化程度越低，其公式如下：

式中：MPS——生态红线区域平均斑块面积，km2；A——生态红线区域总面积，km2；N——斑块数量[12]。2.2.3 生态红线区域NDVI植被指数

生态系统质量及服务功能变化选取生态红线区域内植被指数变化进行表征，该指标是指评价区域植被近红外波段的反射率与红光波段的反射率之差与两者之和的比值[13]，选取5—9月份植被生长季美国地质调查局官方发布的MODIS/NDVI 16 d合成产品的平均最大值进行评价。该指标用于反映生态红线区域内植被覆盖程度和植被生长状况，植被指数越高表明区域内生态系统中植被覆盖程度越高，生长状况越好，生态系统质量越高，生态服务功能越强，其公式如下：

2.2.4 生态红线区域生态环境状况遥感综合评估

利用生态红线区域内自然生态系统面积比例、生长季自然生态系统植被的多年NDVI指数均值和自然生态系统平均斑块面积3个生态指标构建红线区域综合评价指标(EQI)。将3个指标采用离差标准化法归一到0～100后，采用专家咨询和统计分析相结合的方法确定各指标权重，利用构建的指标体系对生态红线区域生态环境质量变化进行宏观评价分析，EQI值越高，表明生态红线区域内生态环境总体状况越好，植被覆盖度高，生态系统服务功能强，生态系统稳定，其公式如下：

式中：X归一化——归一化后的指标值；max、min——样本数据的最大值和最小值。

2.3 数据处理

对选取的2012—2013年资源三号卫星遥感数据进行大气校正、几何纠正、图像融合等预处理，利用面向对象分类法提取各土地利用类型专题信息，建立影像分割尺度[14]，提取土地利用类型信息。

大气校正是利用辐射传输模型计算出气体分子、水蒸气、气溶胶等大气成分的吸收与散射的影响，进而恢复地物原来的光谱性质的过程。通过影像配准将多图像的同名影像通过几何变换实现重叠，即实现影像与影像间地理坐标及像元空间分辨率上的统一。将配准后的多波段影像与全波段影像进行像元级融合，突出专题信息，提升分类信息识别的可靠性。专题信息提取采取面向对象的分析方法，通过设定分割尺度对遥感图像进行分割，其中，分割尺度根据遥感影像空间分辨率不同分别设定，继而提取分割单元的各种特征，并在特征空间中进行对象识别和标识，从而最终完成分类。统计分析各生态系统类型空间分布现状及变化趋势，进一步分析生态红线区域生态空间变化情况和生态景观格局变化情况等。生态红线区域遥感监测技术流程见图2。

图2 生态红线区域遥感监测技术流程

3 结果分析

3.1 研究区域自然生态系统类型占比变化

2013年，盐城沿海地区生态红线区域内森林、灌丛、草地、湿地等自然生态系统类型面积总计为1 681.4 km2，占生态红线区域总面积的58.9%，其中水源水质保护、生物多样性保护、自然与人文景观保护及洪水调蓄等区域自然生态系统面积占比较高，桑蚕品种多样性保护及河流生态维护等区域占比较低。从2012—2013年比较来看，盐城沿海地区生态红线区域自然生态系统面积占比总体无明显变化。从各类型变化来看，生物多样性保护生态红线区自然生态系统面积稍有减少，减少了5.2 km2；湿地生态系统维护生态红线区自然生态系统面积略有增加，增加了1.6 km2(表2)。

表2 2012—2013年盐城沿海地区生态保护红线区域自然生态系统占比变化

续表

3.2 研究区域生态景观平均斑块面积变化

2013年，盐城沿海地区各类型生态红线区域平均斑块面积为0.005 0 ～0.428 7 km2。其中水源水质保护生态红线区平均斑块面积最大生态格局相对稳定，平均斑块面积为0.428 7 km2，其次为生物多样性保护生态红线区，平均斑块面积为0.178 km2，桑蚕品种多样性保护生态红线区和河流生态维护生态红线区平均斑块面积较低，生态格局较为脆弱。2012—2013年，盐城沿海地区生态景观指标总体无明显变化，但洪水调蓄和生物多样性保护区域生态景观稳定性略有下降，湿地生态系统维护、河流生态维护等生态红线区域生态景观稳定性略有上升(表3)。

表3 2012—2013年盐城沿海地区生态红线区域 平均斑块面积变化 km2

3.3 研究区域NDVI植被指数变化

2013年盐城沿海地区各类型生态红线区域NDVI均值在0.51～0.85之间，自然与人文景观保护区域和河流生态维护区域自然生态系统以森林为主，植被覆盖率相对较高，生态质量较好；生物多样性保护区域主要以湿地为主，优势种群为碱蓬、互花米草等草生植被，NDVI均值相对较低。2012—2013年，生态保护红线区域自然生态系统质量无明显变化，NDVI均值略微有所下降，下降幅值为0.01～0.03(表4)。

表4 2012—2013年盐城沿海地区生态 红线区域NDVI变化

3.4 研究区域生态环境状况综合变化

利用自然生态系统类型占比、平均斑块面积及NDVI均值归一化后综合评估盐城沿海地区生态红线区域生态环境质量状况(图3)。

图3 2012—2013年盐城沿海地区生态保护红线 区域生态环境综合变化

从评价结果看，2013年盐城沿海地区水源水质保护红线区域生态环境质量综合指数相对较高，生物多样性保护红线区域次之，桑蚕品种多样性保护区域生态环境质量综合指数最低。这主要是由于该区域以农田、农村居民用地为主，森林、灌丛、草地及湿地等自然生态系统占比最低，且农村居民用地交错分布在农田中，平均斑块面积较低，生态景观较为破碎，生态服务功能较低。从2012—2013年变化来看，大部分生态红线区域生态环境质量保持稳定，但生物多样性保护红线区域与河流生态维护红线区域指标都略微有所下降，生态环境综合质量总体略有下降。

4 结语

以江苏省盐城沿海地区为研究区，研究了生态保护红线区域遥感监测技术方法，包括多源遥感数据预处理方法、面向对象的遥感解译技术方法、生态环境状况监测及评价指标体系等。分析评价了2012—2013年盐城沿海地区不同类型生态红线区域内生态系统类型、生态系统平均斑块面积及生态系统植被指数变化情况，综合评估了生态红线区域生态环境质量总体变化情况，监测及评估结果可以为生态红线区域监管提供有效的技术手段。

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Remote Sensing Monitoring of Ecological Red Lines in Yancheng Coastal Region of Jiangsu Province

NIU Zhi-chun，SHI Hao，LI Xu-wen，WANG Tian-tian，ZHANG Yue

(JiangsuEnvironmentalMonitoringCenter，Nanjing，Jiangsu210036，China)

From the ecological protection requirements， this paper attempted to use the remote sensing technology to establish the monitoring method and the three evaluation index(the composition and change of ecosystem in the region of ecological red line， the change of average patch area of ecological landscape and the change of NDVI). The change of the ecological environment in different types of ecological red lines region was evaluated from 2012 to 2013 in Yancheng coastal region of Jiangsu Province. The result shows that the ecological environmental quality remains stable and the ecological quality index is not significant changed in the ecological red lines area.

Remote sensing；Ecological red lines；Yancheng；Coastal region；Monitor with evaluation

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.02.002

2016-12-06；

2017-01-24

江苏省环境监测科研基金资助项目(1315)

牛志春(1977—)，女，硕士，高级工程师，主要从事遥感监测技术应用研究工作。

X87

A

1674-6732(2017)02-0006-04