空间信息技术与生态保护融合实践——以洱海流域为例

第一章概述

第一节研究背景与意义.第二节研究特色与技术体系

一、研究特色

二、技术体系。

第三节国内外研究现状

一、流域的相关研究现状..二、遥感信息提取

三、时空演变模拟

四、生态风险识别

五、面源污染响应

六、种植生态区划

第二章研究的相关理论

?第一节空间信息技术

一、3S技术

二、其他信息技术

第二节遥感信息提取

一、面向对象分类..

二、决策树

第三节生态环境时空演变与识别

一、土地利用动态度模型

二、土壤流失方程

三、热点分析

四、源强估算

五、生态系统服务价值(ESV)第四节面源污染响应下的种植生态区划一、复合轮作种植结构

二、结构方程模型三、种植生态区划

四、而源污染响应机制模型

第三章洱海流域概况

第一节地理位置及行政区划第二节自然地理情况

一、地形地貌

二、气候水文

三、土壤类型

四、植被情况

第三节自然资源情况一、水资源

二、矿产资源・三、动植物资源四、自然保护区

第四节社会经济概况

一、交通情况二、人口分布三、产业经济.四、土地利用情况五、种植结构情况

第四章遥感信息提取

第一节土地利用/覆被最优分类算法一、引言

二、数据来源与处理

三、研究方法

四、结果与分析

五、讨论与结论.

第二节耕地精细化分类

一、引言”

二、数据来源与处理。

三、研究方法

……

五、讨论..六、结论..

第九章结论、建议与展望

第一节结论.

一、构建遥感信息提取技术体系

二、构建时空演变模拟技术体系

三、构建生态风险识别技术体系

四、构建面源污染响应关系模型

五、构建种植生态区划技术体系

第二节建议

一、夯实空间数据在生态保护中的基础作用二、应用多种方法改进遥感信息提取质量三、生态风险识别体系助推生态保护升级四、科学合理施肥控制农业种植面源污染五、种植生态区划提高生态经济社会效益

第三节展望

一、多源遥感数据的融合

二、研究尺度的拓展

三、水质反演的研究

四、信息化新技术的协同

五、信息化新途径的探索..

第一章概一述

第一节研究背景与意义

云南省有九大高原湖泊，分别为洱海、滇池、异龙湖、星云湖、杞麓湖、程海、阳宗海、泸沽湖和抚仙湖，其中泸沽湖与抚仙湖的水质最好，为I类水质，洱海的水质常年介于I类与皿类之间。洱海是中国第七大淡水湖和云贵高原第二大淡水湖，位于中国云南省大理白族自治州，澜沧江、金沙江和元江三大水系分水岭地带，地理坐标为北纬25°36 ~25°58 ，东经10005 ~100°17 ，涉及大理市、洱源县的16个乡镇，流域面积2565.0km’。洱海湖面面积约 250km2，湖面高程1966.0m，湖泊最深处为20.7m，平均水深10.5m，蓄水量达2.96x 10 m。

洱海流域的生态保护一直受到全国人民的关注。2015年1月20日，中共中央总书记习近平来到云南省大理白族自治州考察，了解洱海生态保护情况。他同当地干部合影后说:“立此存照，过几年再来，希望水更干净清澈。”他叮嘱当地干部一定要改善好洱海水质，洱海流域的生态治理也要进一步提速。

洱海属典型的高原内陆断陷湖，具有典型的封闭和半封闭特征，容易受地形和气候的影响，主要靠降水补给，水源补给系数相对较小，水体交换周期较长，生态环境较为脆弱。同时，洱海属于城镇近郊型湖泊，是云南省经济增长快速的地区之一，对当地居民生活和社会经济发展起着重要作用，而又以传统农业和旅游业为主要产业，污染问题较为突出。此外，流域内有苍山洱海国家级自然保护区，保护区总面积7.97 x 10‘hm2,苍山十九峰对应洱海西岸十八溪，是洱海主要的水源之一,“下关风、银桥花、苍山雪、洱海月”四大自然景观更是闻名遐迩，是全国著名的旅游胜地，旅游开发与人口流动也为生态环境承载带来了巨大的压力。

目前，洱海治理虽然取得一些成绩，但以产业结构调整、保护性耕作、生态补偿等源头治理，湿地建设、水土保持、环湖截污等过程治理，以及蓝藻去除的末端治理的方式效果仍不理想。2017年年初，洱海部分水域集中爆发了蓝藻，大理白族自治州也打响了洱海抢救“七大行动”攻坚战。可见，洱海水质保护面临的局面仍不乐观，亟待提出洱海水环境保护治理的新理念与新方法。

空间信息技术，传统的定义主要包括卫星定位系统、遥感系统、地理信息系统等的理论与技术，即3S技术，以遥感技术为核心的应用端如GEE、谷歌地球、奥维地图BIM等在人们日常生活中发挥了极大的作用。随着信息技术发展的日新月异，现代信息技术又出现了大数据、云计算、物联网、数字李生等数据采集、处理、分析的理论与方法，且与3S技术深度融合，进一步拓展了空间信息技术的内涵与发展。

空间信息技术在自然资源、农业、林业、环境保护、水利、交通等领域已进行了广泛的应用，但尚存在地区发展不平衡、信息化技术不深人、社会服务应用不够、覆盖范围仍待加强、数据共享难、信息标准制定滞后等问题，亟待进一步开展空间信息技术与资源环境的交叉融合研究，提高资源环境数据采集的精度与效率，加强资源环境数据挖掘与空间分析能力，发展数据管理与支持决策水平，为新时代流域的生态环境保护添砖加瓦。因此，依托国家自然科学基金项目“基于面源污染‘源一汇’风险空间格局的流域上游种植生态区划 (41961040)”与云南省农业联合专项项目“近30年来洱海流域生态风险及土地利用冲突时空演变(202101BD070001-101)”，创新地开展空间信息技术在洱海流域生态保护中的学科交叉实践，通过遥感信息提取、时空演变模拟、生态风险识别、面源污染响应和种植生态区划研究，构建了5种技术体系:①研究长时序土地利用数据最优分类算法的筛选，提出耕地精细化分类方法，创新了复合轮作种植结构提取方法，构建了“土地利用一耕地精细化一种植结构”遥感信息提取体系;②模拟流域土地利用、土壤侵蚀及其景观格局过程，创新地融合多种生态指标相结合的方法模拟流域生态环境状况，构建了“土地利用一土壤侵蚀一生态环境”时空演变模拟体系;③分析流域氦磷污染空间分布规律，探讨土地利用分异下流域“源一汇”风险格局，明确生态系统服务价值动态趋势及其相互影响，构建了“氨磷分布一源汇风险一生态价值”生态风险识别技术体系;④在提取复合轮作作物的基础上，探讨不同农作物的施肥水平对洱海流域上游面源污染影响，构建低纬高原气候下洱海流域农业种植结构、施肥水平与面源污染响应关系模型;⑤采用德尔菲(Delphi)法、构建 ECM模型实现基于面源污染关键源区识别的种植生态分区，采用熵值法确定指标权重，建立种植适宜性评价指标体系，构建了“关键源区识别一种植适宜性评价”的种植生态区划体系，以期为流域生态环境保护提供技术支撑。

洱海流域在点源污染得到有效遏制后，上游种植业非点源污染成为最大污染源。农作物种类、施肥处理、土壤和地形是种植业非点源污染排污量的决定性因素，种植生态区划在非点源污染治理中起关键作用，据此特提出本研究项目。结合土壤图、土地利用图、地形图等数据，选取不同自然环境下农作物减施化肥实验区，以常规施肥为对照，利用获取的径流量、水质等数据，修正非点源污染产污与流失系数，核算农作物不同施肥处理排污量，揭示农作物产污时空分布规律；进一步构建种植结构、施肥处理与非点源污染的关系模型；分析非点源污染土地利用、景观格局的“源-汇”结构，基于最小累计阻力模型的“源-汇”风险识别方法，构建流域非点源污染的“源-汇”风险格局；分析地形、土壤、水资源等影响因素，建立控制非点源污染的种植生态区划指标体系，结合“源-汇”风险分区，运用空间分析方法，完成农业种植生态区划。为流域上游非点源污染治理提供新思路。