基于遥感生态指数的宁夏中卫沙坡头国家级自然保护区生态环境质量时空变化分析

doi:10.13466/j.cnki.lczyyj.2026.01.003

摘要/Abstract

摘要：

荒漠—绿洲过渡带是干旱区生态系统中对气候变化和人类活动响应最为敏感的区域之一,其生态环境质量的长时序动态监测对优化区域生态安全评估和保护决策具有重要意义。基于2013、2016、2019和2021年4期宁夏中卫沙坡头国家级自然保护区的遥感影像,构建遥感生态指数(RSEI),结合等级面积转移矩阵和空间重心转移模型,分析研究区生态环境质量的时空演变特征。结果表明:1)2013—2021年生态环境质量经历了“低等级内部优化—整体明显提升—局部回落波动”的阶段性演变,2013—2016年以Ⅰ级向Ⅱ级提升为主导(2 037.71 hm²),2016—2019年Ⅱ级向Ⅲ级提升的幅度最大(3 399.12 hm²),2019—2021年出现明显退化(5 203.80 hm²),主要表现为Ⅱ级回转为Ⅰ级,Ⅲ级回转为Ⅱ级;2)2013—2021年研究区生态环境质量呈清晰的空间分异,低质量区(Ⅰ级和Ⅱ级)集中在西部实验区及缓冲区,东部和南部生态环境质量优于西部,空间格局呈现“西部局部恢复—南北部扩展改善—西南部逆向衰退”的阶段性演变特征;3)中等质量过渡带是自然保护区生态环境质量变化最活跃的区域,Ⅲ级RSEI重心累计迁移距离最大(9 419.67 m)。研究结果可为荒漠—绿洲过渡带自然保护区的分区监测、差异化修复及生态管理决策提供遥感依据。

关键词: 沙坡头国家级自然保护区, 遥感生态指数, 重心转移模型

Abstract:

The desert-oasis ecotone is one of the most sensitive zones to climate change and human activities in arid ecosystems and long-term dynamic monitoring of its eco-environmental quality is of great significance for optimizing regional ecological security assessment and conservation decision-making.Based on remote sensing images of the Ningxia Zhongwei Shapotou National Nature Reserve from four periods,(2013,2016,2019 and 2021),this study constructed the remote sensing ecological index(RSEI),and analyzed the spatiotemporal evolution characteristics of eco-environmental quality in the study area by combining the grade area transition matrix and the spatial center of gravity transfer model.The results showed that:1) From 2013 to 2021,the eco-environmental quality experienced a phased evolution of internal optimization of low-quality grades,overall obvious improvement,and localized decline and fluctuation.From 2013 to 2016,the transition from Grade I to Grade II dominated the ecological improvement,covering an area of 2 037.71 hm².The most prominent upward shift from Grade II to Grade III occurred from 2016 to 2019,with an area of 3 399.12 hm².Obvious degradation occurred from 2019 to 2021 over an area of 5 203.80 hm²,mainly manifested as the reversion from Grade II to Grade I and from Grade III to Grade II.2) The eco-environmental quality of the study area showed clear spatial differentiation,with low-quality zones(Grade I and Grade II) concentrated in the western experimental zone and buffer zone.The eastern and southern parts exhibited better eco-environmental conditions than the western area.Spatially,it presented the phased evolution characteristics of localized restoration in the west,expanded improvement in the north and south,and reversed degradation in the southwest.3) The moderate-quality transition zone represented the most active of eco-environmental change,and the cumulative migration distance of the gravity center for Grade III RSEI was the largest(9 419.67 m).The research results can provide a remote sensing basis for zonal monitoring,differentiated restoration,and ecological management decision-making of nature reserves in the desert-oasis ecotone.

Key words: Shapotou National Nature Reserve, remote sensing ecological index, center of gravity shift model

中图分类号:

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图/表 9

图1

表1

表2

表3

表4

图2

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表5

参考文献 29

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年份	贡献率/%				PC1特征值	载荷
年份	PC1	PC2	PC3	PC4	PC1特征值	NDVI	WET	NDBSI	LST
2013	85.60	9.52	2.63	2.25	3.42	0.11	0.60	-0.58	-0.54
2016	74.22	14.25	9.18	2.35	2.97	0.15	0.58	-0.58	-0.54
2019	80.91	12.74	4.18	2.18	3.24	0.11	0.61	-0.60	-0.51
2021	84.90	7.69	5.35	2.05	3.40	0.09	0.56	-0.61	-0.55

等级	2013年			2016年			2019年			2021年
等级	面积/hm²		占比/%	面积/hm²		占比/%	面积/hm²		占比/%	面积/hm²		占比/%
Ⅰ	2 921.13	21.72		1 029.78	7.66		852.21	6.34		2 901.15	21.57
Ⅱ	6 753.51	50.21		8 894.25	66.13		5 771.34	42.91		6 383.79	47.46
Ⅲ	3 292.20	24.48		3 173.85	23.60		5 795.28	43.09		3 449.61	25.65
Ⅳ	451.26	3.35		327.15	2.43		961.38	7.15		651.33	4.84
Ⅴ	32.31	0.24		25.38	0.19		70.2	0.52		64.53	0.48

时段	初期等级 (转出)	末期等级(转入)
时段	初期等级 (转出)	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
2013—2016年	Ⅰ	883.62	2 035.71	1.80	0.00	0.00
	Ⅱ	146.07	6 036.66	569.07	1.71	0.00
	Ⅲ	0.09	815.40	2 382.12	94.50	0.09
	Ⅳ	0.00	6.30	215.10	215.19	14.67
	Ⅴ	0.00	0.18	5.76	15.75	10.62
2016—2019年	Ⅰ	346.41	679.32	4.05	0.00	0.00
	Ⅱ	505.80	4 976.64	3 399.12	12.69	0.00
	Ⅲ	0.00	113.67	2 367.81	688.59	3.78
	Ⅳ	0.00	1.71	22.77	246.69	55.98
	Ⅴ	0.00	0.00	1.53	13.41	10.44
2019—2021年	Ⅰ	839.79	12.42	0.00	0.00	0.00
	Ⅱ	2 060.19	3 649.41	61.29	0.45	0.00
	Ⅲ	1.17	2 720.52	2 992.77	80.73	0.09
	Ⅳ	0.00	1.44	395.55	545.22	19.17
	Ⅴ	0.00	0.00	0.00	24.93	45.27

时段	等级提升			等级退化			等级不变
时段	提升2级及以上	提升1级	合计	退化2级及以上	退化1级	合计	等级不变
2013—2016年	3.60	2 713.95	2 717.55	12.33	1 192.32	1 204.65	9 528.21
2016—2019年	20.52	4 823.01	4 843.53	3.24	655.65	658.89	7 947.99
2019—2021年	0.54	173.61	174.15	2.61	5 201.19	5 203.80	8 072.46

等级	2013—2016年		2016—2019年		2019—2021年
等级	距离/m	方向	距离/m	方向	距离/m	方向
Ⅰ	743.34	西北	708.15	东南	681.47	东北
Ⅱ	121.77	西南	363.19	东北	806.86	西南
Ⅲ	797.47	东南	4 184.71	西南	4 437.49	东北
Ⅳ	325.10	东南	1 124.93	西北	822.55	东南
Ⅴ	1 689.79	东北	2 782.40	西南	863.76	东北