黄土高原水土保持功能区生态环境质量遥感监测与评价.pdf

D O I:1 0.1 9 3 2 2/j.c n k i.i s s n.1 0 0 6-4 7 1 0.2 0 2 3.0 1.0 0 3h t t p s:/x u e b a o.x a u t.e d u.c n引文格式:郭力宇,孙悦悦,王涛.黄土高原水土保持功能区生态环境质量遥感监测与评价J.西安理工大学学报,2 0 2 3,3 9(1):2 1-3 1.GUOL i y u,S UNY u e y u e,WAN GT a o.D y n a m i cm o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o no f e c o-e n v i r o n m e n t a l q u a l i t yo f t h es o i la n dw a t e r c o n s e r v a t i o nf u n c t i o n a la r e ai nt h eL o e s sP l a t e a ub yr e m o t es e n s i n gJ.J o u r n a lo fX ia nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,2 0 2 3,3 9(1):2 1-3 1.收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 6;网络首发日期:2 0 2 2-0 9-1 4网络首发地址:h t t p s:/k n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/6 1.1 2 9 4.n.2 0 2 2 0 9 1 3.1 5 0 3.0 0 4.h t m l基金项目:国家自然科学基金资助项目(4 1 9 0 7 4 0 9)第一作者:郭力宇,男,副教授,研究方向为资源环境。E-m a i l:3 3 2 7 8 1 7 3 1q q.c o m通信作者:孙悦悦,女,硕士生,研究方向为资源环境评价。E-m a i l:1 5 8 4 4 7 5 6 9 1q q.c o m黄土高原水土保持功能区生态环境质量遥感监测与评价郭力宇,孙悦悦,王 涛(西安科技大学 测绘科学与技术学院,陕西 西安7 1 0 0 5 4)摘要:黄土高原水土保持功能区是全国生态功能区划定的重要功能区之一。过去以来黄土高原区内水土流失严重,生态环境脆弱,严重地制约着当地的社会经济发展,2 1世纪以来西部大开发战略和生态工程建设对该区生态系统服务功能改善发挥重要作用。由此,黄土高原水土保持功能区生态环境质量监测评价对于认识国家生态保护政策带来的影响具有重要的科学意义。本研究利用2 0 0 02 0 2 0年MO D I S数据构建遥感生态指数(R S E I),结合年降水量和年平均气温数据,对黄土高原水土保持功能区生态环境质量进行监测与分析。研究表明,2 0 0 02 0 2 0年研究区以生态用地为主,面积占比5 7.3 1%。以半生态用地转入生态用地为主,占变化总面积的5 1.7 4%,生态用地的转入改善了区域生态环境质量。2 0 0 02 0 2 0年研究区R S E I均值由2 0 0 0年的0.3 9增至2 0 2 0年的0.5 7,生态环境质量明显改善。生态环境质量等级以中等为主,平均面积占比为4 5.6 1%,优、良等级面积共增加3 8.0 8%,极差、差等级面积减少6 0.7 9%。中部区域R S E I增加速率较快,显著增加区域占总面积的1 1.5 9%。研究区热量充足,水分是限制植被生长的主要因子,R S E I与年降水量整体呈正相关关系,显著正相关面积占比2 5.3 0%。退耕还林核心区的R S E I值增长明显,说明生态恢复工程是区域生态环境质量改善的重要原因。关键词:遥感生态指数;生态空间;生态环境质量;黄土高原中图分类号:X 8 7 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 6-4 7 1 0(2 0 2 3)0 1-0 0 2 1-1 1D y n a m i cm o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o no f e c o-e n v i r o n m e n t a l q u a l i t yo f t h e s o i l a n dw a t e rc o n s e r v a t i o nf u n c t i o n a l a r e a i nt h eL o e s sP l a t e a ub yr e m o t e s e n s i n gGUOL i y u,S UNY u e y u e,WANGT a o(C o l l e g eo fG e o m a t i c s,X ia nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,X ia n7 1 0 0 5 4,C h i n a)A b s t r a c t:T h e s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n f u n c t i o n a l a r e a i n t h eL o e s sP l a t e a u i s o n eo f t h e i m p o r-t a n t f u n c t i o n a l a r e a s i nC h i n ase c o l o g i c a l f u n c t i o nr e g i o n a l i z a t i o n.T h eL o e s sP l a t e a uh a sb e e nas p e c i a l r e g i o nw i t hs e v e r e s o i l e r o s i o na n db r i t t l e e c o s y s t e mi n t h ep a s t.T h ed e v e l o p m e n t o f l o c a ls o c i e t ya n de c o n o m yi ss e r i o u s l yr e s t r i c t e d.S i n c et h e2 1 s tc e n t u r y,t h e W e s t e r nD e v e l o p m e n tS t r a t e g ya n de c o l o g i c a l e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o nh a v ep l a y e d i m p o r t a n t r o l e s i n i m p r o v i n ge c o s y s-t e ms e r v i c e f u n c t i o n.T h e r e f o r e,e c o-e n v i r o n m e n t a l q u a l i t ym o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o no f t h es o i la n dw a t e r c o n s e r v a t i o n f u n c t i o n a l a r e a i n t h eL o e s sP l a t e a u i s o f s c i e n t i f i c s i g n i f i c a n c e t ok n o wt h ee f f e c t so f t h en a t i o n a l e c o l o g i c a l p r o t e c t i o np o l i c y.B a s e do nt h eMO D I Sd a t a,t h i s r e s e a r c hu s e dt h e r e m o t e s e n s i n ge c o l o g i c a l i n d e x(R S E I)m e t h o d t om o n i t o r a n da n a l y s e t h ee c o-e n v i r o n m e n t a l12 西安理工大学学报J o u r n a l o fX ia nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(2 0 2 3)V o l.3 9N o.1 q u a l i t yo f s t u d ya r e af r o m2 0 0 0t o2 0 2 0.T h e i m p a c to fh u m a na c t i v i t i e sa n dc l i m a t i cf a c t o r so nt h ee c o-e n v i r o n m e n t a l q u a l i t ya r ee x p l o r e db yac o m b i n a t i o no f l a n du s ed a t a,t h ea n n u a l p r e c i p i-t a t i o na n da n n u a la v e r a g ea i rt e m p e r a t u r ed a t a.F i n d i n g sa r ea sf o l l o w s.T h em a i ne c o l o g i c a ls p a c e t y p e i nt h es t u d ya r e ai se c o l o g i c a l l a n d,a c c o u n t i n gf o r5 7.3 1%o ft h es t u d ya r e a.T h et r a n s i t i o nf r o ms e m i-e c o l o g i c a l l a n d t oe c o l o g i c a l l a n da p p e a r e do b v i o u s l y,a c c o u n t i n g f o r 5 1.7 4%o f c h a n g ea r e a.T h e i n c r e a s eo f e c o l o g i c a l l a n dh a s i m p r o v e dt h ee c o-e n v i r o n m e n t a l q u a l i t yo f t h es t u d ya r e a.I nt h ep a s t2 1y e a r s,t h ee c o-e n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo ft h es t u d ya r e ah a sb e e ni m-p r o v e do b v i o u s l y.T h ea v e r a g eR S E I i n d e xi n c r e a s e df r o m0.3 9i n2 0 0 0t o0.5 7i n2 0 2 0.T h es t u d ya r e ao fR S E Ig r a d ei sm a i n l ym o d e r a t e,a ta p p r o x i m a t e l y4 5.6 1%.T h ea r e ap r o p o r t i o nw i t hh i g hg r a d e i n c r e a s e db y3 8.0 8%,a n dt h ea r e ap r o p o r t i o nw i t hh i g hg r a d ed e c r e a s e db y6 0.7 9%.G r o w t hi nt h ea v e r a g eR S E I i n d e xo fm i d d l er e g i o n so fs t u d ya r e a i sr e l a t i v e l yf a s t.T h es i g n i f i c a n t i m p r o v e m e n to fe c o-e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya c c o u n t e df o r1 1.5 9%o ft h et o t a la r e ao ft h es t u d y.T h es t u d ya r e ai sf u l lo fh e a ta n d m o i s t u r ei st h e m a i nf a c t o rl i m i t i n gv e g e t a t i o ng r o w t h.T h e r e i sap o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nR S E Ia n dt h ea n n u a lp r e c i p i t a t i o n.T h ea v e r a g eR S E I i n d e xf o rt h ec o r ea r e ao fr e t u r n i n gf a r m l a n dt of o r e s ti n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y,i n d i c a t i n gt h a t t h ee c o l o g i c a l r e s t o r a t i o np r o j e c t i sa n i m p o r t a n t r e a s o nf o r t h e i m p r o v e m e n to f e c o-e n v i r o n-m e n t a l q u a l i t y i nt h er e g i o n.K e yw o r d s:R S E I;e c o l o g i c a l s p a c e;e c o-e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y;L o e s sP l a t e a u 黄土高原地处我国半湿润与半干旱的过渡区域,生态环境脆弱,受到自然因素和人类活动的双重干扰,是我国水土流失最为严重的区域之一1。2 0 1 5年国家环境保护部门印发 全国生态功能区划(修编版),将黄土高原部分水土流失严重的区域划为国家重点生态功能区,其主要的生态服务功能为水土保持。该区由于过度人类生产开发活动,导致植被覆盖度低和水土保持功能弱等生态问题,严重威胁区域生态安全,制约当地经济可持续发展。针对黄土高原水土保持功能区进行生态环境质量评价可以有效监测区域生态环境质量动态变化,已成为目前研究的热点问题。遥感技术具有快速、实时、易于获取等优点2,已成为生态环境质量评价的重要手段。以往研究大多基于单一指标对生态环境质量进行评估,如S o n g等3利用土地利用数据分析黄土高原生态环境质量变化,X u等4利用植被净初级生产力评估京津冀地区生态系统质量,C o u t t s等5利用地表热度评估城市热岛效应。生态环境变化是由多种因素共同作用的,基于单一指标的评价虽能在特定区域内反映部分生态效应,但难以解释生态环境中多种因素的共同作用。2 0 1 3年,徐涵秋6-7提出遥感生态指数(r e-m o t e s e n s i n ge c o l o g i c a l i n d e x,R S E I),将4个与生态环境密切相关的指标,即绿度(n o r m a l i z e dd i f f e r e n c ev e g e-t a t i o n i n d e x,N D V I)、湿 度(W E T)、干 度(n o r m a l i z e dd i f f e r e n c eb u i l t-u pa n ds o i l i n d e x,N D B S I)和热度(l a n ds u r f a c e t e m p e r a t u r e,L S T),通过主成分分析进行耦合,得到可以量化的生态质量指数,为生态环境质量评价开拓了新方向。耦合R S E I的4个指标均提取自遥感影像,获取容易,避免了人为确定权重的主观性,兼具可视化表达,能有效反映区域生态环境质量状况,可对区域进行长时间序列的生态环境质量动态监测。因此被广泛应用于城市8-9、矿区1 0-1 1、流域1 2-1 3等区域的生态环境质量评价研究。遥感生态指数在生态环境质量评价研究中具有客观、便捷和快速等优点。但在实际应用中还存在一些问题,例如云遮挡区域的数据缺失,影像获取时间不一致,拼接较为困难。因此在实际的研究中通常筛选出云量少的小尺度区域的几个特征时间点的数据进行 研究,缺乏大 尺度区域的 长时序研究。G o o g l eE a r t hE n g i n e(G E E)平台可以在线处理大范围长时序的遥感数据,能有效规避上述问题,将研究者从繁复的数据处理工作中解脱出来,极大地提高了工作效率。黄土高原水土保持功能区作为黄土高原的核心区域,生态问题突出,尤其是退耕还林还草工程实施以来的生态环境质量变化受到广泛重视,目前利用R S E I对其生态环境质量进行长时间、大范围的监测评价研究较少。因此,黄土高原水土保持功能区生态环境质量监测评价对于认识国家生态保护政策带来的影响具有重要的科学意义。本文以黄土高原水土保持功能区作为研究对象,借助G E E平台,利用2 0 0 02 0 2 0年MO D I S数据构建遥感生态指数(R S E I),2 0 0 0年和2 0 2 0年两期土地利用数据,结合年降水量和年平均气温数据,利用趋势分析、相关分析等方法分析研究区遥感生态指数的时空变化,探讨人类活动和气候因子对区域生态环境质量的影响,对该地区生态环境质量状况进行动态监测与评价。22 西安理工大学学报(2 0 2 3)第3 9卷第1期 1 材料与研究方法1.1 研究区概况黄土高原水土保持生态功能区是 全国生态功能区划 划定的土壤保持重要区,位于黄土高原腹地(见图1),地理坐标为1 0 3 5 6 1 1 1 4 6 E,3 4 2 8 3 9 1 0 N,行政区划涉及山西省(忻州、吕梁、临汾),陕西省(榆林、延安),甘肃省(兰州、白银、天水、庆阳、定西、平凉),和宁夏回族自治区(固原、中卫),总面积约为1 3.31 04k m2。主要地貌类型为黄土丘陵沟壑1 4,整体地势西部高、东部低。该区域为半湿润 半干旱季风气候,多年平均气温约9,多年平均降水量为4 3 0 5 5 0m m,年内降水分配不均,多集中在7、8月份。主要植被类型为森林草原和草原。1.2 实验数据本研究使用数据包括:2 0 0 02 0 2 0年MO D I S(M o d e r a t e-r e s o l u t i o nI m a g i n gS p e c t r o r a d i o m e t e r)数据 产 品,分 别 为MO D 1 3 A 1植 被 指 数 产 品、MY D 0 9 1 A 1地表反射率产品和MY D 1 1 A 2地表反射率/发射率产品,2 0 0 0年、2 0 2 0年土地利用栅格数据,2 0 0 02 0 2 0年 逐 年 降 水 量、平 均 气 温 数 据,D EM数据、矢量边界数据。数据详细介绍见表1。图1 研究区位置图F i g.1 S t u d ya r e a注:此图基于国家自然资源部标准地图服务网站审图号为G S(2 0 1 9)1 8 2 2的标准地图制作,底图无修改。表1 数据来源T a b.1 D a t as o u r c e s数据数据来源数据时间 时间分辨率/d空间分辨率/m数据说明MO D 1 3 A 1植被指数产品MY D 0 9 1 A 1地表反射率产品MY D 1 1 A 2地 表 反 射 率/发射率产品G o o g l eE a r t hE n g i n e(G E E)平台2 0 0 02 0 2 0年1 65 0 085 0 0810 0 0用 于 计 算R S E I,其 中N D V I、WE T、N D B S I采用最大值合成,L S T采用均值合成。土地利用数据S R TM D EM数据矢量边界数据中国科学院资源与环境数据中心(h t t p:/w ww.r e s d c.c n)2 0 0 0年、2 0 2 0年-10 0 0用于划分生态用地(林地、草地、水体、未利用地)、半生态用地(耕地)和弱生态用地(建设用地)。-9 0-降水量和气温数据集国家科技基础条件平台 国家地球系统科学数据中心(h t t p:/w w w.g e o d a t a.c n)2 0 0 02 0 2 0年月数据10 0 0利用月数据提取得到逐年降水、气温数据。1.3 研究方法1.3.1 遥感生态指数构建遥感生态指数(R S E I)借助绿度(N D V I)、热度(L S T)、湿度(WE T)和干度(N D B S I)4个生态指标,通过主成分分析进行耦合得到,公式如下:R E S I=f(ND V I,L S T,WE T,ND B S I)(1)1)绿度指标归一化植被指数与植被覆盖度、叶面积指数和植物生物量密切相关,是目前应用最为广泛的植被指数。公式如下:ND V I=(bN I R-bR E D)/(bN I R+bR E D)(2)式中:bN I R和bR E D分别为近红外、红光波段。2)热度指标地表温度利用G E E平台通过白天地表温度数据转换而来,公式如下:L S T=0.0 2DN-2 7 3.1 5(3)式中:DN为陆地地表温度灰度值。3)湿度指标湿度指标采用缨帽变换后得到,公式如下:WE T=0.1 1 4 7b1+0.2 4 8 9b2+0.2 4 0 8b3+0.3 1 3 2b4-0.3 1 2 2 2b5-0.6 4 1 6b6-0.5 0 8b7(4)式中:bi(i=1,2,3,7)分别代表各地表反射波段。32 郭力宇,等:黄土高原水土保持功能区生态环境质量遥感监测与评价 4)干度指标干度指标选用裸土指数S I和建筑指数I B I合成而来,公式如下:ND B S I=(S I+I B I)/2(5)S I=(bS+bR E D)-(bB L U E+bN I R)/(bS+bR E D)+(bB L U E+bN I R)(6)I B I=2bS/(bS+bN I R)-bN I R/(bN I R+bR E D)+bG R E E N/(bG R E E N+bS)/2bS/(bS+bN I R)+bN I R/(bN I R+bR E D)+bG R E E N/(bG R E E N+bS)(7)式中:bS、bR E D、bN I R、bB L U E和bG R E E N分别为短波红外、红光、近红外、蓝光和绿光波段。为了避免4个指标量纲不统一导致权重失衡问题,在主成分变换前,需对各指标进行归一化处理,公式如下:N Ii=(Ii-Im i n)/(Im a x-Im i n)(8)式中:N Ii为4个生态指标归一化的结果;Ii为生态指标在第i个像元处的值;Im a x为最大值;Im i n为最小值。将归一化后的4个指标进行主成分转换,得到第一主成分结果(P C 1),为了便于分析,对P C 1进行正负置换,公式如下。R S E I0=1-P C1(9)式中R S E I0为正负置换后的结果。为了便于后续研究,将置换后的R S E I0值以0.2为间隔划分为5个等级:极差(0,0.2、差(0.2,0.4、中等(0.4,0.6、良(0.6,0.8、优(0.8,1.0。1.3.2 趋势分析本研 究 采 用 一 元 线 性 回 归 模 型 对 研 究 区2 0 0 02 0 2 0年R S E I、年降水量和平均气温进行趋势分析,计算公式如下:y=a x+b(1 0)a=nni=1xiyi-ni=1xi ni=1yi nni=1x2i-ni=1xi 2(1 1)b=y-a x(1 2)式中:a为斜率;b为常数;y代表2 0 0 02 0 2 0年的R S E I;x代表年份,取值为1n;y为R S E I平均值;x为年份平均值。斜率a为正表示R S E I上升,为负表示下降。对计算得到的一元线性方程进行显著性检验,具体公式如下:F=UQ/(n-2)(1 3)U=b2ni=1(xi-x)2(1 4)Q=ni=1(yi-y)2(1 5)式中:F为统计量;U为回归平方和;Q为误差平方和;y为利用线性方程得到的y的拟合值。计算出F值后,在分布表中查找=0.0 5,n=2 1时,F的临界值为4.3 8,若F4.3 8则回归方程是显著的,反之,则不显著。1.3.3 相关分析利用相关系数分析2 0 0 02 0 2 0年R S E I与年降水量、年平均气温之间的相关关系,公式如下:rx y=ni=1(xi-x)(yi-y)ni=1(xi-x)2ni=1(yi-y)2(1 6)式中:rx y为相关系数,反映R S E I与年降水量、年平均气温之间的相关程度,取值范围为-1,1,绝对值越接近1,表示关系越密切,反之,越不密切;x和y为样本平均值。计算得到相关系数后,在分布表中查找=0.0 5,n=2 1时,临界值为0.4 3 29,若绝对值大于0.4 3 29,相关关系显著,反之不显著。2 结果分析2.1 生态空间变化特征土地利用空间格局的变化与国家高质量发展和生态文明建设战略息息相关1 5,为了更好地解释黄土高原水土保持功能区生态环境质量变化特征与土地利用变化格局之间的关系,本研究参考殷嘉迪等1 6的研究,将6类土地利用类型划分为3类生态空间,即生态用地、半生态用地和弱生态用地。生态用地包括林地、草地、水域和未利用地,生态功能强;半生态用地指耕地,具有一定的生态功能;弱生态用地为建设用地,生态功能极弱。2 0 0 0年和2 0 2 0年黄土高原水土保持功能区以生态用地为主(见图2),平均面积占比为5 7.3 1%。2 0 0 02 0 2 0年研究以生态用地增加和半生态用地减少为主要特征,其中生态用地增加了44 2 8k m2,主要表现为草地和林地的增加,分别增加了29 0 1k m2和15 3 2k m2;半生态用地减少了58 0 7k m2,表现为耕地的减少;研究时段内弱生态用地表现为增加过程,共增加11 2 3k m2,主要为耕地向建设用地的转移。42 西安理工大学学报(2 0 2 3)第3 9卷第1期 图2 生态空间面积变化统计F i g.2 S t a t i s t i c so f e c o l o g i c a l s p a c ea r e ac h a n g e 2.2 生态环境质量变化特征2.2.1 各指标主成分分析结果对2 0 0 0年、2 0 0 5年、2 0 1 0年、2 0 1 5年和2 0 2 0年N D V I、WE T、N D B S I和L S T进行主成分分析(见表2),可知 第一主成分(P C 1)贡 献率分别为9 5.5 5%、9 6.7 0%、9 4.3 3%、9 1.2 2%和9 2.2 2%,均超过9 0%,表明第一主成分能够反映4个生态指标的大部分特征。4个指标在P C 1上贡献率相对稳定,其中N D V I和WE T为正值,表明绿度和湿度对生态环境起积极作用,N D B S I和L S T为负值,表明干度和热度对生态环境起消极作用。表2 主成分分析结果T a b.2 P r i n c i p a l c o m p o n e n t a n da n a l y s i sr e s u l t s年份指标P C 1P C 2P C 3P C 42 0 0 0N D V I0.5 3 10.8 5 50.3 6 5-0.2 3 9WE T0.5 1 10.4 3 4-0.1 3 9-0.2 2 2N D B S I-0.5 2 00.7 7 0-0.3 3 60.4 4 5L S T-0.4 3 70.1 1 9-0.3 8 8-0.3 5 2特征值0.3 4 330.1 4 040.0 0 190.0 0 03特征值贡献率/%9 5.5 54.6 92.1 40.8 82 0 0 5N D V I0.5 1 00.5 6 40.6 2 10.1 3 5WE T0.6 7 40.2 7 2-0.6 0 0-0.2 6 8N D B S I-0.5 1 9-0.4 9 30.3 8 1-0.5 4 0L S T-0.3 8 80.5 5 6-0.4 6 6-0.2 9 7特征值0.3 1 660.2 8 400.0 0 990.0 0 02特征值贡献率/%9 6.7 04.7 02.7 00.1 82 0 1 0N D V I0.4 4 50.7 7 80.1 6 4-0.3 1 4WE T0.5 6 1-0.3 0 3-0.6 9 4-0.0 5 6N D B S I-0.5 6 60.1 0 90.5 7 8-0.6 3 3L S T-0.4 2 0-0.7 8 80.2 4 70.1 9 2特征值0.3 0 020.0 1 020.0 0 990.0 0 19特征值贡献率/%9 4.3 35.5 53.4 81.1 42 0 1 5N D V I0.5 4 0-0.4 3 40.3 1 10.2 9 7WE T0.4 1 40.8 4 90.2 7 40.4 3 4N D B S I-0.2 6 80.1 8 4-0.6 5 9-0.3 8 9L S T-0.4 2 6-0.1 6 20.8 0 0-0.4 4 7特征值0.2 8 550.1 2 110.0 0 510.0 0 12特征值贡献率/%9 1.2 24.3 62.2 11.1 42 0 2 0N D V I0.4 3 40.0 3 50.9 1 5-0.4 7 1WE T0.5 3 10.6 2 2-0.6 2 80.7 7 7N D B S I-0.6 2 4-0.5 9 40.5 3 10.5 2 9L S T-0.3 7 10.6 8 20.1 5 00.2 6 1特征值0.2 3 770.0 1 360.0 0 550.0 0 07特征值贡献率/%9 2.2 27.8 93.9 60.9 352 郭力宇,等:黄土高原水土保持功能区生态环境质量遥感监测与评价 2.2.2 生态环境质量等级变化2 0 0 02 0 2 0年研究区生态环境质量整体呈增加趋势(见图3)。R S E I均值由2 0 0 0年的0.3 9增至2 0 2 0年的0.5 7,增加率为4 3.1 5%。研究时段内R S E I均值表现为“上升 下降 上升 下降 上升”的波动上升过程,其中R S E I最低值出现在2 0 0 0年,为0.3 9,峰值出现在2 0 1 8年,为0.5 9。以2 0 0 0年、2 0 0 5年、2 0 1 0年、2 0 1 5年和2 0 2 0年5个特征年份为例(见图4),对研究区生态环境质量等级时空变化进行分析。空间格局上,2 0 0 02 0 2 0年,研究区生态环境质量等级以中等为主(见图5),多年平均占比约为4 5.6 1%。生态环境质量等级为优、良的区域主要分布在南部,包括延安、临汾、庆阳、天水及平凉等区域。生态环境等级为中的区域主要分布北部和西部,包括榆林、庆阳及定西等区域。生态环境质量等级为差的区域主要分布在北部和西北部,包括榆林市西部、中卫南部、固原北部和庆阳西北部等区域。变化趋势上,优、良等级面积明显增加,由2 0 0 0年的4.3 8%增至2 0 2 0年的4 2.4 6%,空间变化表现为由南向北逐年扩张。极差、差等级面积占比明显下降,由2 0 0 0年7 3.4 2%降至2 0 2 0的1 2.6 3%,降幅达6 0.7 9%,反映出研究区生态环境质量呈明显改善过程。图3 2 0 0 02 0 2 0年R S E I均值变化过程F i g.3 T h ec h a n g ep r o c e s so fR S E I f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0 图4 2 0 0 0年、2 0 0 5年、2 0 1 0年、2 0 1 5年和2 0 2 0年生态环境质量等级空间分布F i g.4 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y l e v e l s i n2 0 0 0,2 0 0 5,2 0 1 0,2 0 1 5a n d2 0 2 0注:此图基于国家自然资源部标准地图服务网站审图号为G S(2 0 1 9)1 8 2 2的标准地图制作,底图无修改。62 西安理工大学学报(2 0 2 3)第3 9卷第1期 图5 2 0 0 02 0 2 0年R S E I各等级面积占比F i g.5 T h ea r e ap r o p o r t i o no fR S E I i nd i f f e r e n t t y p ed u r i n g2 0 0 0-2 0 2 0 2.2.3 生态环境质量变化趋势分析R S E I增加速率较快的地区集中在研究区中部,包括延安、榆林、吕梁部分区域(见图6(a)。基于显著性检验结果将变化趋势划分为4个类型分别为显著增加、不显著增加、显著减少和不显著减少。2 0 0 02 0 2 0年R S E I显 著 增 加 区 域 面 积 占 比 为1 1.5 9%,主要分布在延安、吕梁、平凉和天水部分地区;R S E I显著减少和不显著减少分布范围较小,零星分布在各地市的主城区及其附近区域,反映出城市扩张对生态环境质量具有负向作用(见图6(b)。图6 2 0 0 02 0 2 0年R S E I结果空间分布F i g.6 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no fR S E Id u r i n g2 0 0 0-2 0 2 0注:此图基于国家自然资源部标准地图服务网站审图号为G S(2 0 1 9)1 8 2 2的标准地图制作,底图无修改。2.3 不同生态空间类型的R S E I变化2 0 0 02 0 2 0年黄土高原水土保持功能区生态用地、半生态用地和弱生态用地R S E I多年平均值分别为0.5 0、0.4 8和0.4 9,生态环境质量整体为中等。2 0 0 02 0 2 0年3类生态用地的R S E I均呈增加过程(见图7)。以2 0 0 8年为界,之前,生态用地和半生态用地区域的R S E I值低于弱生态用地,之后,高于弱生态用地。图7 不同生态空间类型R S E I变化过程F i g.7 T h e c h a n g eo fR S E I i nd i f f e r e n t e c o l o g i c a l s p a c e t y p e 用各类生态空间转移区域的R S E I均值减去保持不变区域的R S E I均值,得到发生转移后各类生态空间R S E I差值变化情况(见图8),差值为负表示发生转移后,生态环境质量比保持不变区域退化,差值为正表示发生转移后,生态环境质量比保持不变区域改善。生态用地转为半生态用地或弱生态用地导致生态环境质量下降。以2 0 0 8年为界,之前生态用地转为弱生态用地的区域,生态环境质量优于转为半生态用地的区域;之后生态用地转为弱生态用地的区域,生