Spatiotemporal Changes in eco-environment quality of Ningxia Zhongwei Shapotou National Nature Reserve based on remote sensing ecological index

doi:10.13466/j.cnki.lczyyj.2026.01.003

Abstract

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

CLC Number:

LI Xuewu, NIU Zhiming, FAN Yufeng, WANG Xinwei, ZHANG Bo, XU Wentong. Spatiotemporal Changes in eco-environment quality of Ningxia Zhongwei Shapotou National Nature Reserve based on remote sensing ecological index[J]. Forest and Grassland Resources Research, 2026, (1): 23-33.

Figures/Tables 9

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References 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