利用RSEI评估中国三北防护林工程所在地巴彦淖尔地区的生态环境质量的时空动态及其驱动因素

《Scientific Reports》：Assessing spatiotemporal dynamics and drivers of ecological environment quality using RSEI in the Bayannur region of the Three-North Shelter Forest Program, China

　　

摘要

对生态环境质量动态进行定量评估是评估大规模生态恢复效果的基础。本研究应用了遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index，简称RSEI），以2002年至2022年的Landsat和MODIS影像数据，对三北防护林工程（Three-North Shelter Forest Program）的巴彦淖尔（Bayannur）区域进行了分析。研究采用了Theil-Sen趋势分析、Mann–Kendall检验、转换矩阵（transition matrices）以及Geodetector等工具来描述时空变化并量化驱动因素。主要研究结果如下：该地区的平均RSEI值从0.46上升至0.48，但“良好”等级（Fair grade）始终覆盖了超过70%的面积，表明生态恢复效果有限。2013年夏季的RSEI最低值达到0.36，这是由于异常的水文气象条件所致；而2018年的最高值（0.52）则出现在降水量高于平均水平的时候，并且正值三北防护林工程实施力度最大的时期，这可能表明两者之间存在协同效应，需要进一步结合人工造林数据进行研究。超过70%的像素呈现出无显著变化的趋势（|Z|< 1.96），其中东部及中南部的绿洲地区改善明显；然而，无显著变化的趋势并不意味着生态系统的稳定性。处于“良好”等级的生态系统具有91.90%的自我维持能力，而“中等”等级的生态系统则具有较强的流动性。2018年至2022年间，生态系统从“良好”降级为“中等”的概率为24.47%，从“中等”降级为“良好”的概率为67.57%，凸显了生态系统的脆弱性。海拔高度对RSEI空间异质性的解释能力最强（q值介于0.270至0.494之间），其次为降水量（q值介于0.227至0.379之间），而温度的影响相对较弱。降水量与海拔高度的相互作用产生了最强的协同效应（q值介于0.578至0.750之间），表明水资源的海拔分层是影响生态环境空间分布的主要因素。这些结果为评估三北防护林工程的成效以及在干旱地区实施适应性治理措施提供了有力的证据。