基于RS和GIS对白洋淀生态系统的健康评价—周杨-副本

1、基于基于RSRS和和GISGIS对白洋淀自然保护区的生对白洋淀自然保护区的生态系统健康评价态系统健康评价汇报人：周杨汇报人：周杨指导老师：刘存歧教授指导老师：刘存歧教授专业：专业：20142014级水生生物学级水生生物学CONTENTS一、立项依据一、立项依据 1 1、研究背景、研究背景 2 2、国内外研究现状、国内外研究现状 3 3、研究意义、研究意义 4 4、科学问题、科学问题基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价1 1、研究背景、研究背景 湿地是人类最重要的环境资本，也是地球上最富生湿地是人类最重要的环境资本，也是地球上最富生物多样性的生态系统。过去，由于对生态环境效益认识物多样性

2、的生态系统。过去，由于对生态环境效益认识不够全面，忽视了其长期利益，导致湿地生态系统的保不够全面，忽视了其长期利益，导致湿地生态系统的保护被人类忽视甚至无视。据不完全统计，护被人类忽视甚至无视。据不完全统计，2020世纪世纪5050年来年来以来，我国湿地开垦面积约以来，我国湿地开垦面积约10.010.0万万km2km2，造成近，造成近10001000个天个天然湖泊消亡，大量湖泊和沼泽发生严重萎缩。然湖泊消亡，大量湖泊和沼泽发生严重萎缩。当前，我当前，我国现存自然湿地总面积约国现存自然湿地总面积约36.236.2万万km2km2，占国土面积的，占国土面积的3.77%3.77%，低于世界，低于世界

3、6%6%的平均水平（国家林业局，的平均水平（国家林业局，20032003）。）。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价1 1、研究背景、研究背景 白洋淀自然保护区位于华北平原中部，主要承接潴龙河、白洋淀自然保护区位于华北平原中部，主要承接潴龙河、孝义河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河、白沟引河等河流的孝义河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河、白沟引河等河流的洪沥水，洪沥水，是华北地区最大的淡水浅湖型湿地生态系统是华北地区最大的淡水浅湖型湿地生态系统，它包括，它包括水域、芦苇沼泽、台田以及湖滨带等独特的自然景观，是许多水域、芦苇沼泽、台田以及湖滨带等独特的自然景观，是许多珍稀鸟类、淡水鱼类、水生

4、植物等野生动植物的理想生境。珍稀鸟类、淡水鱼类、水生植物等野生动植物的理想生境。独独特的资源与区位优势，使白洋淀在缓洪滞沥、调节气候、保护特的资源与区位优势，使白洋淀在缓洪滞沥、调节气候、保护生物多样性、维护京津及华北地区生态平衡等方面具有不可替生物多样性、维护京津及华北地区生态平衡等方面具有不可替代的作用。代的作用。 基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价1 1、研究背景、研究背景 湿地生态系统健康：湿地生态系统健康： 指系统内的物质循环和能量流动未受到损害，关键生态组分指系统内的物质循环和能量流动未受到损害，关键生态组分和有机组织被保存完整且缺乏疾病，和有机组织被保存完整且缺乏疾病，

5、对长期或突发的自然或人对长期或突发的自然或人为扰动能保持弹性和稳定性为扰动能保持弹性和稳定性，整体功能表现出多样性、复杂性，整体功能表现出多样性、复杂性和活力（蒋卫国，和活力（蒋卫国，20092009）。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价1 1、研究背景、研究背景 白洋淀是华北平原最大的淡水湖泊沼泽湿地，开发历史久白洋淀是华北平原最大的淡水湖泊沼泽湿地，开发历史久远、开发强度大，远、开发强度大，特别是近几十年来，受上游河道径流量拦特别是近几十年来，受上游河道径流量拦截，淀区地下水过度开采等因素影响，白洋淀湿地面积急剧截，淀区地下水过度开采等因素影响，白洋淀湿地面积急剧萎缩、干淀现象频

6、繁发生，其健康状态面临严重退化的威胁萎缩、干淀现象频繁发生，其健康状态面临严重退化的威胁。白洋淀健康状况受到了政府、专家学者以及公众的广泛关。白洋淀健康状况受到了政府、专家学者以及公众的广泛关注，注，如何改善白洋淀健康受损的状态成为亟待解决的问题。如何改善白洋淀健康受损的状态成为亟待解决的问题。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价2 2、国外研究现状、国外研究现状国外在湿地生态健康评价方面的研究比较早，美国在国外在湿地生态健康评价方面的研究比较早，美国在2020世纪初世纪初为了建立野生动物保护区为了建立野生动物保护区，就开展了湿地评价工作。，就开展了湿地评价工作。7070年代，年代，L

7、arsonLarson和和MazzarseMazzarse提出了第一个帮助政府颁发湿地提出了第一个帮助政府颁发湿地开发补偿许可证的湿地快速评价模型（开发补偿许可证的湿地快速评价模型（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调查。近年年代，最初用于人口普查和土地调查。近年来，随着遥感和计算机软、硬件技术的发展与完善，来，随着遥感和计算机软、硬件技术的发展与完善，利用利用RSRS和和GISGIS在生态学中的研究也取得了丰富的成果。在生态学中的研究也取得了丰富的成果。20012001年年KellyKelly等就对位

8、于北卡罗来纳州的湿地栖息地在等就对位于北卡罗来纳州的湿地栖息地在19841984到到19921992年之间的变化进行定量化研究中使用年之间的变化进行定量化研究中使用了了分类的分类的LandsatTMLandsatTM图像图像，得到了景观尺度的变化，并将其与特定地点尺度的变化，得到了景观尺度的变化，并将其与特定地点尺度的变化进行了对比分析（进行了对比分析（KellyKelly，20012001）。）。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价2 2、国内研究现状、国内研究现状 国内对湿地评价的研究相对于较晚，湿地生态健康评价国内对湿地评价的研究相对于较晚，湿地生态健康评价经历了从传统的基于实地

9、野外调查获取统计数据的定性描述到经历了从传统的基于实地野外调查获取统计数据的定性描述到定性与定量评价相结合的发展历程，但其评价指标多集中于物定性与定量评价相结合的发展历程，但其评价指标多集中于物理、化学和生物指标，这些指标需要长期实验和监测才可获得。理、化学和生物指标，这些指标需要长期实验和监测才可获得。由于湿地破碎化严重，评价方法中对于湿地生态系统结构功能由于湿地破碎化严重，评价方法中对于湿地生态系统结构功能变化的评价表达分析往往不足，缺少不同尺度的评价结果比较。变化的评价表达分析往往不足，缺少不同尺度的评价结果比较。 基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价 然而目前的白洋淀湿地健康评

10、价多是在物化指标、生物然而目前的白洋淀湿地健康评价多是在物化指标、生物指标、能流基础上进行，着眼点在于系统内部的结构、功能指标、能流基础上进行，着眼点在于系统内部的结构、功能及动态特征。及动态特征。对白洋淀自然保护区在景观和流域水平的健康对白洋淀自然保护区在景观和流域水平的健康评价较少，在空间尺度上，真正对白洋淀自然保护区生态系评价较少，在空间尺度上，真正对白洋淀自然保护区生态系统健康评价更少。统健康评价更少。而中、大尺度的自然调节过程可提供较大而中、大尺度的自然调节过程可提供较大的稳定性，更能表征湿地的发生、发展规律，体现自然与社的稳定性，更能表征湿地的发生、发展规律，体现自然与社会的相互作

11、用和联系，也能更好的分析保护区内核心区规划会的相互作用和联系，也能更好的分析保护区内核心区规划的合理性。的合理性。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价3 3、研究意义、研究意义 20022002年，河北省建立了白洋淀省级自然保护区；并年，河北省建立了白洋淀省级自然保护区；并在在20122012年对白洋淀自然保护区进行了重新规划与调整。年对白洋淀自然保护区进行了重新规划与调整。近年近年对白洋淀自然保护区合理性的分析均从理论上进行，缺少实际对白洋淀自然保护区合理性的分析均从理论上进行，缺少实际数据研究支持其合理性。数据研究支持其合理性。 故本研究将利用故本研究将利用RSRS和和GISGIS

12、在空间尺度的基础上，将白洋淀在空间尺度的基础上，将白洋淀自然保护区的景观类型和内部结构结合起来进行生态健康评价，自然保护区的景观类型和内部结构结合起来进行生态健康评价，在多维要素定量表达集成的健康评价基础上，分析其合理性。在多维要素定量表达集成的健康评价基础上，分析其合理性。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价4 4、科学问题、科学问题1 1、在空间尺度上，白洋淀自然保护区生态系统健康状、在空间尺度上，白洋淀自然保护区生态系统健康状况如何；况如何；2 2、白洋淀自然保护区局部之间的相互影响程度及其关、白洋淀自然保护区局部之间的相互影响程度及其关系如何。系如何。基于RS和GIS对白洋淀自

13、然保护区的健康评价二、研究内容及目标二、研究内容及目标 研究目标：研究目标：对白洋淀自然保护区生态系统做出健康评对白洋淀自然保护区生态系统做出健康评价，根据现阶段健康状况对核心区的规划做出合理性价，根据现阶段健康状况对核心区的规划做出合理性建议，为保护区可持续发展奠定理论基础。建议，为保护区可持续发展奠定理论基础。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价二、研究内容及目标二、研究内容及目标研究内容研究内容: :1 1、从从水体环境特征、景观特征和人类扰动因素水体环境特征、景观特征和人类扰动因素3 3方面选取一方面选取一系列评价指标因子，利用系列评价指标因子，利用层次分析法和综合指数方法层次

14、分析法和综合指数方法，将对，将对核心区由烧车淀、大麦淀、白洋淀和藻苲淀核心区由烧车淀、大麦淀、白洋淀和藻苲淀4 4部分组成的白部分组成的白洋淀自然保护区进行空间定量生态健康评价；洋淀自然保护区进行空间定量生态健康评价；2 2、根据白洋淀自然保护区健康状况对其作出合理性分析。、根据白洋淀自然保护区健康状况对其作出合理性分析。白洋淀湿地保护区功能分区图白洋淀湿地保护区功能分区图（赵志轩，（赵志轩，2012）三、研究方案及技术路线三、研究方案及技术路线采用采用ERDAS9.2ERDAS9.2对原始对原始OLI_TIRSOLI_TIRS影像进行合成，对影像影像进行合成，对影像进行几何纠正，建立解译标志

15、。结合景观格局数量分进行几何纠正，建立解译标志。结合景观格局数量分析方法，采用监督分类和人工目视解译相结合的方法，析方法，采用监督分类和人工目视解译相结合的方法，将研究区景观分类，生成景观分类图。将研究区景观分类，生成景观分类图。研究区内各景观类型的斑块指数将在研究区内各景观类型的斑块指数将在FRAGSTATS3.3FRAGSTATS3.3景景观指数软件中选取斑块层次计算得到。观指数软件中选取斑块层次计算得到。运用运用ARCGIS10.2ARCGIS10.2空间分析功能计算具体指标，运用其空间分析功能计算具体指标，运用其绘图实现实测数据空间定量分布分析。绘图实现实测数据空间定量分布分析。基于R

16、S和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价2014年年OLI_TIRS遥感影遥感影像像水环境特征水环境特征斑块特征斑块特征人为干扰特征人为干扰特征水水质质综综合合污污染染指指数数底底栖栖动动物物多多样样性性浮浮游游植植物物多多样样性性鸟鸟类类多多样样性性景景观观类类型型斑斑块块密密度度周周边边斑斑块块类类型型距距农农田田距距离离距距公公路路距距离离信息集成信息集成自然保护区空间自然保护区空间定量分析定量分析自然保护区健康评价自然保护区健康评价指标选取原则指标选取原则指标筛选指标筛选标准化标准化计算方法计算方法指标权重确定指标权重确定生态健康评价综合指数构建生态健康评价综合指数构建生态系统健康等级划

17、分生态系统健康等级划分湿地生态系统健康评价湿地生态系统健康评价自然保护区合理性分析自然保护区合理性分析监测监测统计统计数据数据技术路线技术路线四、研究的创新性四、研究的创新性 首次使用遥感和地理信息系统等空间信息技术首次使用遥感和地理信息系统等空间信息技术将白洋淀自然保护区将白洋淀自然保护区空间数据与湿地景观整体区域和空间数据与湿地景观整体区域和内部结构区域的健康评价结合起来内部结构区域的健康评价结合起来，在空间尺度的基在空间尺度的基础上，对白洋淀自然保护区进行多维要素定量表达集础上，对白洋淀自然保护区进行多维要素定量表达集成的生态健康评价并分析其合理性。成的生态健康评价并分析其合理性。基于R

18、S和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价五、可行性分析五、可行性分析首先在首先在arcgisarcgis和和erdaserdas等软件应用技术上获得等软件应用技术上获得山东大山东大学张志国教授学张志国教授的支持与帮助；的支持与帮助；其次基于本人对遥感与地理信息系统技术的有一定基其次基于本人对遥感与地理信息系统技术的有一定基础，加上对水生生物学的浓厚兴趣有助于实验的完成；础，加上对水生生物学的浓厚兴趣有助于实验的完成；最重要的是本次研究实测数据由最重要的是本次研究实测数据由刘存歧教授多年对白刘存歧教授多年对白洋淀区域研究洋淀区域研究所有，加上老师对白洋淀研究有多年的所有，加上老师对白洋淀研究有多年

19、的研究经验，对景观类型分类可做重要的监督指导，完研究经验，对景观类型分类可做重要的监督指导，完成这项研究确实可行。成这项研究确实可行。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价六、进度安排六、进度安排20152015年年1010月月-2016-2016年年1 1月：查阅文献、基本数据收集与月：查阅文献、基本数据收集与处理；处理；20162016年年2 2月月-2016-2016年年6 6月：评价指标体系建立及指标信息月：评价指标体系建立及指标信息提取与量化；提取与量化；20162016年年7 7月月-2016-2016年年9 9月：后期数据处理，包括指标权重月：后期数据处理，包括指标权重确定

20、与生态健康评价综合指数构建，并实地验证所得确定与生态健康评价综合指数构建，并实地验证所得结论；结论；20162016年年1010月月-2017-2017年年6 6月：论文攥写、准备答辩。月：论文攥写、准备答辩。基于RS和GIS对白洋淀自然保护区的健康评价谢谢谢谢请各位老师同学批评指正请各位老师同学批评指正! 水环境特征：水环境特征：底栖动物是湿地生态系统中的重要类群。广底栖动物是湿地生态系统中的重要类群。广泛用于水质生物监测、水生态系统健康评价、毒物或污染物毒泛用于水质生物监测、水生态系统健康评价、毒物或污染物毒性试验以及河流生态修复评价等。鸟类多样性是评价湿地生态性试验以及河流生态修复评价等

21、。鸟类多样性是评价湿地生态环境质量极其敏感的指标。浮游植物是测量水质的指示生物，环境质量极其敏感的指标。浮游植物是测量水质的指示生物，一片水域水质如何，与浮游植物的丰富程度和群落组成有着密一片水域水质如何，与浮游植物的丰富程度和群落组成有着密不可分的关系，浮游植物的减少或过度繁殖，将预示那片水域不可分的关系，浮游植物的减少或过度繁殖，将预示那片水域正趋向恶化。正趋向恶化。 考虑评价的资料获取和实际情况，本文从水体的水质污考虑评价的资料获取和实际情况，本文从水体的水质污染综合指数、底栖动物多样性、浮游植物生物量和鸟类多样性染综合指数、底栖动物多样性、浮游植物生物量和鸟类多样性四个方面来表征水体环境，水体综合指数由监测的总磷四个方面来表征水体环境，水体综合指数由监测的总磷(TP)(TP)、总氮总氮(TN)(TN)、高锰酸盐指数、高锰酸盐指数(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值计算而得。值计算而得。 景观特征：景观特征：景观格局