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| 內容簡介： |
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《云南岩溶石漠化区生态质量评估与驱动研究》以云南省为研究对象，以区域生态、岩溶石漠化的综合评估为出发点，重点关注云南岩溶石漠化区的绿色可持续发展，具体研究范围涉及云南省2021年第4次石漠化调查的88个县（市、区），对云南省域、岩溶石漠化区的区域生态、石漠化程度进行整体评价，以探析其时空尺度上的动态演变、关系交互、关键驱动。
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目录第1章 绪论 11.1 研究背景和意义 11.1.1 研究背景 11.1.2 研究意义 41.2 国内外研究进展 51.2.1 国外研究进展 51.2.2 国内研究进展 6第2章 研究区与数据 82.1 研究区概况 82.2 数据来源 92.3 指标信息提取 102.3.1 植被指数 102.3.2 湿度分量 112.3.3 干度指标 112.3.4 地表温度 122.3.5 生态质量 132.3.6 石漠化 152.3.7 生物丰度指数 152.3.8 土壤侵蚀指数 15第3章 研究内容与方法 163.1 研究目的及内容 163.1.1 研究目的 163.1.2 研究内容 163.2 技术路线设计 183.3 研究特色与创新点 183.4 评价指标体系 203.4.1 评价体系构建 203.4.2 指标计算权重 233.4.3 综合分析评价 243.5 分析方法 253.5.1 趋势性分析法 253.5.2 稳定性分析法 253.5.3 空间自相关分析 253.5.4 冗余分析 263.6 关系模型 273.6.1 同步性发展模型 273.6.2 耦合协调度模型 27第4章 长时序遥感影像支持云南省生态质量整体评估 294.1 云南省生态质量的动态演变特征 294.2 云南省生态质量的时空演变特征 294.2.1 时序变化特征 294.2.2 空间变化特征 304.2.3 分级变化特征 324.3 云南省生态质量的空间异质性特征 334.4 小结 34第5章 云南岩溶石漠化区石漠化动态演变整体评估 355.1 云南岩溶石漠化区石漠化程度的动态演变特征 355.2 云南岩溶石漠化区石漠化程度的时空演变特征 355.2.1 时空变化特征 355.2.2 分级变化特征 365.3 云南岩溶石漠化区石漠化程度的空间异质性特征 375.4 小结 38第6章 云南岩溶石漠化区生态质量演变与驱动机制分析 406.1 云南岩溶石漠化区生态质量的动态变化特征 406.2 云南岩溶石漠化区生态质量的时空变化特征 406.2.1 时空变化特征 406.2.2 分级变化特征 416.3 云南岩溶石漠化区生态质量的空间异质性特征 426.4 云南岩溶石漠化区生态质量的驱动机制分析 436.4.1 与模型构建因子的相关性分析 436.4.2 与地形、土壤因子的相关性分析 446.4.3 与水分、人为因子的相关性分析 456.5 小结 47第7章 区域生态质量演变与岩溶石漠化的交互关系 487.1 滇池流域生态质量的动态演变特征 487.1.1 时序变化特征 487.1.2 空间变化特征 507.2 滇池流域岩溶石漠化的动态演变特征 517.2.1 时序变化特征 517.2.2 空间变化特征 527.3 流域生态质量与岩溶石漠化时空响应关系 547.4 流域生态质量与岩溶石漠化耦合协调关系 577.4.1 协同关系 577.4.2 耦合关系 587.4.3 协调关系 607.5 小结 61第8章 基于“岩-土-水-植被”岩溶生态系统适应力评估 638.1 岩溶生态系统适应力时空演变特征 638.1.1 时序变化特征 638.1.2 空间变化特征 648.2 岩溶石漠化区人类活动强度时空演变特征 678.2.1 时序变化特征 688.2.2 空间变化特征 698.3 “适应力”与人类活动强度的胁迫耦合关系 718.3.1 协同关系 718.3.2 耦合关系 748.3.3 协调关系 778.3.4 胁迫关系 808.4 小结 81第9章 基于“4e”模型的岩溶石漠化土地承载力综合评估 839.1 岩溶石漠化区水土资源时空特征 839.1.1 耕地资源要素时空特征 839.1.2 水资源要素时空特征 969.2 岩溶石漠化区4e 单项要素评估 999.2.1 资源要素(Re) 999.2.2 动力要素(De) 1029.2.3 人口要素(Pe) 1059.2.4 效益要素(Be) 1089.3 岩溶石漠化土地承载力综合评估 1119.3.1 时序变化特征 1119.3.2 空间变化特征 1129.4 小结 115第10章 “适应力-承载力-经济力”胁迫耦合关系识别优化 11710.1 岩溶石漠化区经济发展力时空演变特征 11710.1.1 时序变化特征 11710.1.2 空间变化特征 11810.2 “适应力”与“承载力”的胁迫耦合关系评估 12010.2.1 协同关系 12010.2.2 耦合关系 12310.2.3 协调关系 12610.2.4 胁迫关系 12910.3 “承载力”与“经济力”的胁迫耦合关系评估 13010.3.1 协同关系 13010.3.2 耦合关系 13310.3.3 协调关系 13610.3.4 胁迫关系 13910.4 岩溶石漠化区“人地”耦合协调关系综合评估 14010.4.1 耦合关系 14010.4.2 协调关系 14310.5 小结 146第11章 研究前景与展望 14811.1 对于模型发展及数据选择的探讨 14811.2 对于生态质量变化及原因的探讨 14911.3 对于生态质量演变驱动机制的探讨 15111.4 生态质量与石漠化交互关系探讨 15111.5 “岩-土-水-植被”有序治理思路 15311.6 岩溶石漠化土地承载力建设发展 15411.7 “适应力-承载力-经济力”关系探讨 15611.8 岩溶石漠化区“人-地”交互关系 157参考文献 159附图 技术路线图 插页
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第1章绪论 1.1研究背景和意义 1.1.1研究背景 1.生态质量评价 生态环境，是以人类社会为中心，支撑人类社会经济与农业生产可持续发展的，由一定区域范围内生物、土壤、水体、空气、地质、地貌等生态环境要素组成的整体环境综合系统[1]；而生态质量以生态学理论为基础，在特定的时空范围内，从生态系统层次上反映生态环境对人类生存及社会经济持续发展的适宜程度[2]。20世纪90年代以来，随着经济发展、科技突进，人类正以前所未有的规模和强度威胁着自然生态系统稳定、区域生态安全，导致全球性生态问题和区域性环境问题层出不穷[3]。在生存空间遭受威胁的同时，生态质量的下降直接影响着人类的生存质量的下降，更直接成为区域经济社会发展的阻碍[4]；愈发趋紧的生存威胁导致人类逐渐意识到生态质量的重要性，愈发关注自然生态系统的绿色可持续。区域生态质量成为全人类共同面对的、必须优先解决的重大基础性生存问题，继而全面客观评价区域生态质量，以协调发展与保护、经济与生态的关系成为关注的重点和热点[5]。站在党的十八大以来生态文明建设的角度，良好的区域生态环境是实现人类社会永续发展的重要本底条件，客观、科学并快速的评价方法也为生态建设成效提供定量评价的技术支撑，更有利于精准施策。 生态质量评价是评判区域生态环境优劣和影响的重要手段，是制定区域发展规划和生态保护政策的重要依据[6]；即以定性、定量或两者相结合的方式来描述生态环境所处的状态，是对由众多环境要素所组成的复合系统的综合评估，实质在于探讨生态环境与人类活动之间的相互关系[7]。具体而言，依据代表性、科学性、可比性、可度量性、可操作性，从特定目的出发选定评价指标和方法，对生态环境复合系统适应人类生存及可持续发展的程度作出评判[8]。在研究方法上，由初始阶段调查、分类、制图等定性描述逐渐向动态监测、预测模拟等定量评价方向偏移，更利于精准施策的落实。传统的生态质量评价多指静态评价[9-11]，即专注于特定区域特定时间上的评价，无法在时间序列上实现追溯和预测，更无法全面掌握生态质量的动态演变特征和规律。20世纪末，彭补拙等[12]提出用动态评价进行环境综合质量评价的初步设想，并在研究方法上作了一定的探索。而今，在计算机技术支持下，评价理论及方法随遥感和地理信息技术不断丰富、完善，为生态质量大范围长时序动态监测提供了契机，在克服传统静态评价诸多不足的基础上，逐渐向现时性好、便于可视化、人为干扰小的方向发展[13]，这为客观、科学并快速地动态评价提供技术支持。 为加强生态环境保护，科学评估区域生态质量，发挥环保部门的监管职能，《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T 192—2006)[14]于2006年颁布，并于2015年修订为《生态环境状况评价技术规范》(HJ 192—2015)[15]，下文简称《规范》。原《规范》提出适用于县级及以上区域生态环境年度综合评价的生态环境状况指数(ecological index，EI)，从生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数、环境质量指数等5个方面架构评价指标体系并给出相应的指标测算方法。现《规范》在优化EI评价指标体系的基础上，进一步提出专题生态区的生态质量评价，具体包括生态功能区、城市/城市群和自然保护区。EI评价指标体系的提出不仅为区域生态环境评价提供规范化的模式，也为生态环境状况的分级、变化幅度的分级提供了划分准则，在国内各层面生态质量评价方面得到广泛应用，有的用于国家尺度[16]，有的用于省级尺度[17，18]，有的用于县级尺度[19-21]，有的用于自然流域尺度[22]，有的也用于工程项目评价[23，24]。但随着评价标准在实际工作中的推广使用，其缺陷也在逐渐暴露，EI评价指标体系的数据获取主要来源于政府年度公报和统计数据，普遍存在数据更新频率低、指标获取难度大等问题，传统静态评价的不足初步得到解决，但并未完全突破时空尺度的局限性。在具体操作层面，EI评价指标体系还存在数据来源的精准性[25]、归一化系数的合理选取[25]、评价区域的范围大小及差异性[26]、指标选取的合理性及权重设置的人为性[26，27]等问题；无法实现评价结果的可视化表达，只能笼统地反映一个地区生态环境所处的状态；无法从空间分析的角度对其进行地学分析，进一步深入探究测算结果的空间格局、分布、关系、过程和趋势[28]。 近年来，计算机支持下“3S”(RS、GIS、GPS)技术的普及应用，为区域生态质量的客观快速评价提供了新的技术路径。福州大学徐涵秋教授于2013年基于生态环境状况指数在实际操作层面存在的诸多不足，在遥感信息技术的支持下，利用实时遥感影像把绿度、湿度、干度和热度等4个与区域生态质量直接相关的生态要素组合起来，提出新型遥感生态指数(RSEI)[29，30]。遥感生态指数模型在打破生态环境状况指数评价区域生态质量时空局限性的同时，有效减少评价过程的人为性，并实现评价结果的可视化表达，有效弥补了EI评价指标体系的不足，在客观、科学并快速评价区域生态质量方面可作为EI评价指标体系的辅助性参考指标。近年来，随着遥感生态指数模型的应用推广[31-33]，凭借高时效获取区域生态质量的动态变化信息并实现可视化表达、时空分析、建模预测，其评价区域不仅仅局限于中国，也在世界其他地区得到初步应用[34-36]，可见该模型在评价区域生态质量方面的优越性得到了越来越多国内外专家学者的认可。 生态环境与人类生产生活紧密相关，是人类赖以生存和发展的基础，云南省作为中国西南地区重要的生态安全屏障、生物多样性保护基地，关系着整个地区生态文明建设的发展。20世纪90年代以来，随着经济的快速发展，城镇化进程持续推进，土地利用结构日益复杂，这些都不可避免地对生态环境产生影响。本书以云南省为研究对象，基于遥感和地理信息技术，选取来自中国科学院地理空间数据云中1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年及2020年的7期Landsat(陆地卫星)系列影像作为数据源(时间2—4月，云量10.00%以下，空间分辨率为30m)，基于遥感生态指数模型从时间和空间两个维度对云南省近30年生态质量的动态演变进行全面、客观评价，并以莫兰指数和冗余分析分别探究云南省区域生态质量的空间分布特征及关键性影响因素，明晰区域生态质量变化的缘由，以期为云南省生态环境的修复，特别是岩溶石漠化的治理提供科学依据，进一步保护和建设云南省的“动物王国”“植物王国”，助力其达成“生态文明建设排头兵”的目标定位。 2.岩溶石漠化 岩溶，或称喀斯特(karst)，是岩溶地貌环境及内在地质作用的总称，是孕育石漠化的重要环境条件。岩溶地貌环境由于可溶性碳酸盐岩的岩溶作用，自然成土能力弱，再加上陡峭而破碎的地形条件，很容易在外力干扰下导致生态系统的逆向演替，进而形成生态脆弱区[37]。石漠化便是其中的极端表现形式，是岩溶地区的*要生态问题。从全球来看，15.20%的无冰大陆表面存在可溶性碳酸盐岩；其中占比最大的是欧洲(21.80%)，绝对面积最大的是亚洲(8.35×106km2)[38]。从空间分布来看，可溶性碳酸盐岩相对连续带主要集中分布于中国西南地区—中南半岛、欧洲—中亚、中美洲延伸至北美洲，与此同时，欧洲与亚洲之间还存在广袤的碳酸盐岩丰富但不连续的区域[39]。从人口承载来看，全球有1.18×109人生活在岩溶区；其中，绝对人口*多的是亚洲(6.62×108人)，占比*高的是欧洲(25.30%)和北美洲(23.50%)[38]。根据Ford和Williams[40]的统计数据，全球约25.00%的人口部分或全部由喀斯特淡水供应。 石漠化是指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，地表植被遭受破坏，造成土壤侵蚀程度严重，基岩大面积裸露，土地退化的表现形式，其严重制约着石漠化地区的经济社会发展[41]。以滇、黔、桂为中心的中国西南岩溶石漠化区，不仅仅是全球碳酸盐岩集中分布的三大区之一，也是发育*完全的喀斯特连续带[42]，面积超过5.40×105km2，居住人口达2.20×108人[43]，更是国家西电东送、南水北调、三峡工程等重大工程的所在地，直接影响着长江流域、珠江流域的水源涵养、水源补给以及生态安全，关系着两大流域的长治久安及长远发展[44]。截至2016年底，中国西南岩溶石漠化区石漠化土地总面积为1.01×105km2，占监测区岩溶土地面积的22.30%，占监测区土地面积的9.4%，其中重度、极重度石漠化土地面积占比分别为16.50%、1.70%[45]。2005年、2011年、2016年连续3次石漠化监测结果显示，石漠化扩展趋势整体得到遏制，面积持续减少、程度不断减轻、林草结构优化、生态状况稳步向好。 2016年第3次石漠化调查表明，云南省石漠化面积为2.35×104km2，占全国石漠化面积的23.40%，仅次于贵州省，已经严重威胁到云南省的经济社会建设和生态文明建设[46]。在岩溶石漠化区，岩溶生态系统是一个复杂的、多相多层次的、高熵岩溶环境界面，因其成土能力弱、生态容量低、变异敏感度高、承灾能力弱等脆弱的本底特点，叠加人为干扰而易发生生态退化[37]。碳酸盐岩发育形成的岩溶地貌环境为石漠化形成提供物质基础，且常因陡峭而破碎的岩溶地形而易导致水土的流失[47，48]。基岩裸露、砾石堆积是石漠化的重要表现特征，水土环境要素的缺失是岩溶生态系统出现的结构性缺损，土壤的有效营养元素供应不足且不平衡，导致岩溶环境的生态容量低、变异敏感度高[49]。另外，岩溶水也是可溶性碳酸盐岩发生溶蚀作用的外在动力条件，干湿分明的气候加速了岩溶地貌环境的发育和形成。植被是维系岩溶环境稳定性的屏障，易被破坏且难恢复，岩溶生态系统的诸多脆弱性特征都直接或间接与植被覆盖度有关[37]，岩溶土地石漠化即源于地表植被的强烈破坏[50]。强烈的人为活动干扰是岩溶生态系统逆向演替的开端，是造成岩溶石漠化区人地矛盾的外在诱因，以致影响经济发展[51，52]。综上所述，“人地”关系和谐是岩溶生态系统稳定的前提，维系“岩-土-水-植被”在岩溶生态系统中的平衡是岩溶石漠化治理的关键基础。 岩溶石漠化作为喀斯特地区土地退化的极端表现形式，还伴随着自然景观上的植被退化、土壤侵蚀、基岩裸露以致生态环境恶化等问题[44]，并且这类喀斯特地区往往也是典型的生态脆弱区、生态安全屏障区、多民族聚居区，以及曾经最大的连片贫困区[53]，可见其治理在开发与保护的突出矛盾下[54]，与区域生态安全及经济社会发展紧密相连。 *先，本书在云南省生态质量评价、驱动因子分析的基础上，以2021年云南省第4次石漠化调查范围[88个县(市、区)]为标准，应用岩石裸露率定量反演石漠化来探究云南岩溶石漠化区石漠化程度的整体演变特征及变化规律，并定量测度生态质量演变与石漠化程度的交互关系。至于云南岩溶石漠化区的治理和发展，在汲取相关石漠化综合治理经验的基础上[55，56]，参照“敏感-暴露-适应”综合生态脆弱性评估体系中的生态系统适应能力指数[57，58]，从岩溶关键带的结构研究出发[59]，提出岩溶生态系统适应力的概念，构建“岩-土-水-植被”的评价体系，并进一步结合人类活动强度分析岩溶石漠化区的“人地”关系，为区域可持续发展及实现“在治理中评价、在评价中再调整”提供科学判断。 其次，本书在环境决定论思想的指导下，依据可持续发展理论和方法深化，构建岩溶生态系统适应力、岩溶石漠化土地承载力、岩溶石漠化区经济发展力3个递进式的评价子系统，以深化概括岩溶石漠化区“人的系统”和“地的系统”，并以耦合协调度模型、交互胁迫模型来定量分析“适应力-承载力-经济力”的胁迫耦合关系，以科学描述岩溶石漠化区“人地”的复杂关系，进而寻找协调人地矛盾的科学途径，促进岩溶石漠化区的绿色可持续发展。 1.1
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