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为明确水位与生态环境质量关系以维持湖泊生态可持续发展，研究人员基于遥感数据正反演构建 LECEI 框架，整合 RSEI 与 LWQIs 指标。对乌梁素海研究发现，LECEI 与水位相关系数 0.77-0.79，确定上下限及最优生态水位分别为 1018.77m、1019.23m、1019.13m，为湖泊管理提供依据。
湖泊作为陆地生态系统的 “肾脏”，在维持生物多样性、调节区域气候等方面扮演着关键角色。然而，全球变暖与人类活动的双重压力下，湖泊水位波动加剧，由此引发的生态问题日益凸显。例如，水位下降可能导致水生栖息地萎缩、陆地植被退化，甚至通过氧化还原作用驱动富营养化，威胁湖泊生态系统的结构与功能。但长期以来，湖泊环境质量对水位变化的响应机制尚不明确，如何科学界定生态水位阈值成为全球湖泊管理的难题。
为破解这一困境，中国研究人员针对位于内蒙古的乌梁素海（Wuliangsuhai Lake）开展了深入研究。乌梁素海作为典型的干旱半干旱区湖泊，受河套灌区农业用水影响显著，水位波动与水质变化的耦合关系复杂。研究团队在《Ecological Indicators》发表的成果中，构建了湖泊生态综合评价指数（Lake Ecological Comprehensive Evaluation Index, LECEI）框架，通过整合陆地生态指标（遥感生态指数 Remote Sensing Ecological Index, RSEI）与水体质量指标（Lake Water Quality Indicators, LWQIs），系统评估湖泊生态质量对水位的响应，最终精准确定了该湖泊的生态水位阈值。
研究主要采用以下技术方法：首先利用 Google Earth Engine（GEE）平台获取 1990-2017 年 Landsat 卫星影像，通过随机森林回归模型反演水体透明度、总氮（TN）、总磷（TP）等 LWQIs；同时基于归一化植被指数（NDVI）、湿度分量（WET）、干度指数（NDBSI）和地表温度（LST）计算 RSEI，评估湖岸带生态质量。通过 Pearson 相关分析确定各指标与水位的权重，构建 LECEI。最后结合概率密度分布与曲线拟合（如 Boltzmann 模型），定量识别水位阈值。
3.1 湖岸带生态质量评估
- 时空变化：1990-2017 年，湖岸带 RSEI “poor” 和 “fair” 等级面积呈先稳后变趋势，2012 年后 “poor” 面积骤降至 30 km2，“moderate” 等级占比最大（1000-1500 km2），空间上湖岸带 RSEI 显著高于其他区域，东南部最低。
- 与水位关系：RSEI 与水位呈显著正相关（Pearson 系数 0.79，P<0.01），水位每上升 0.1m，RSEI 增加 0.01，表明水位升高促进湖岸带生态改善。
3.2 水体质量指标分析
- 反演精度：随机森林模型对透明度、TN、TP 的反演 R2 分别为 0.77、0.80、0.69，显示较高预测准确性。
- 时空特征：透明度在湖中部和南部较高（最大 1.52m），北部较低（最小 0.07m）；TN 浓度北部边缘最高（18.32mg/L），随水位上升呈下降趋势；TP 浓度呈弱上升趋势，可能与农业面源污染输入有关。
3.3 生态质量综合评价
- 指标响应：LECEI 由 RSEI 与 LWQIs 加权得到，2012 年后显著提升（0.61-0.74），与水位的相关系数达 0.77-0.79。RSEI 对水位响应强于 LWQIs，其中干度指数（NDBSI）与水位负相关最显著（R2=0.38），湿度分量（WET）正相关显著（R2=0.32）。
3.4 生态水位阈值确定
- 阈值界定：基于 LECEI 概率密度双峰特征（峰值 0.4 和 0.7），确定生态水位下限为 1018.77m，上限为 1019.23m。通过分析水位升降过程中 LECEI 的斜率变化，发现当水位为 1019.13m 时，LECEI 增速显著提升（斜率 k=1），确定为最优生态水位。
讨论与结论
研究首次整合陆 - 水生态指标构建 LECEI 框架，突破了单一水文或水质指标的局限性。结果表明，乌梁素海生态水位存在显著滞后响应特征，水位上升初期 LECEI 改善缓慢，超过 1019.13m 后生态质量加速提升，而下降过程响应较为平缓。这一发现为干旱区湖泊的生态补水策略提供了科学依据 —— 当水位维持在 1019.13m 左右时，可实现生态效益的最大化。
该研究不仅为乌梁素海的水资源管理提供了精准的阈值参考，更构建了普适性的湖泊生态水位评估模型。通过遥感技术与机器学习的结合，实现了长时间序列、大尺度的生态质量动态监测，为全球类似湖泊（尤其是数据匮乏的干旱半干旱区湖泊）的生态保护与可持续发展提供了新范式。未来研究可进一步纳入生物栖息地指标（如鸟类、鱼类分布），完善生态水位的多维度评估体系。
