Page 54 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2022年第3期

48 华 中 农 业 大 学 学 报 第 41 卷

本研究以武汉市蔡甸区为例，基于生态系统问 地合并为其他用地，该数据收集自地理国情监测云
题诊断与生态安全格局构建，系统提出国土空间生 平台。由于云量遮盖限制和季节一致性要求，满足
态修复关键区域识别与修复的方法路径，以期为国 要求的遥感影像数据有限，在植被覆盖度变化分析
土空间生态修复提供参考。 时其数据采用了美国地质勘探局（USGS）平台的
2013 年 8 月以及 2020 年 8 月 Landsat8 Collection1 卫
1 材料与方法
星影像数据（30 m 空间分辨率）。运用 ENVI5.3软件
1.1 研究区概况 分别对该卫星影像数据进行处理，提取出归一化植
武汉市蔡甸区位于长江与汉江交汇处，总面积 被指数（NDVI）进而计算植被覆盖度变化。

1 093.57 km²，常住人口约 55.4 万（截至 2020 年 11 选取距水源距离、土地利用类型、植被覆盖度、
月）。全区地势由中部向南北逐渐降低，中部为丘陵 高程和坡度等因子，利用 ArcGIS 软件建立最小阻力
岗地，呈三面环水之势。蔡甸区生态环境资源丰富， 模型，从而构建生态安全格局。其中，高程（DEM，
河湖水系密布，区内分布有九真山国家森林公园和 30 m空间分辨率）数据主要来自于地理空间数据云 ，
后官湖湿地公园等国家级自然保护区。 坡度因子则基于高程数据计算获得。
1.4 生态问题诊断
1.2 研究方法
1）土地利用动态变化。运用 ArcGIS 软件对土
本研究首先通过分析 2010-2020 年间土地利用
地利用数据进行提取、重分类，通过构建土地转移矩
类型转移变化、植被覆盖度（fractional vegetation cov‐
阵分析 2010 年到 2020 年期间的土地利用类型转移
er，FVC）变化和景观格局指数变化综合识别生态系
变化，从而揭示研究区生态系统的演变特征 ［11］ ，其计
统的退化区域、退化类型及退化程度。同时，基于最
算公式为：
小阻力模型（minimum cumulative resistance，MCR）
ì S 11 S 12 ... S 1n
识别生态廊道，构建生态安全格局。然后，综合生态 ï ï
S ij = í ï ï S 21 S 22 ...S 2n （1）
系统退化诊断结果和生态安全格局底图，系统辨识 ï ï ... ... ... ...
出生态修复的关键区域及其类型，并提出了相应的 ï ï î S n1 S n2 ... S nn
生态修复策略（图1）。 式（1）中，S代表面积，n代表土地利用的类型数，
i、j 分别代表研究期初与研究期末的土地利用类型。
2）植被覆盖度变化分析。植被覆盖度可以较为
准确地反映某一区域内总体植被状况，是生态系统
状况分析的重要指标。本研究首先利用归一化植被
指数（NDVI）计算获得 2013 年和 2020 年的植被覆盖
度 ［12］ ，计算公式如下：

NDVI - NDVI min
FVC= （2）
NDVI max - NDVI min
式（2）中 ，NDVI 为 混 合 像 元 的 植 被 指 数 值 。
NDVI min 为纯土壤像元的最小值，NDVI max 为纯植被
像元的最大值。
利用差值法量化 2 个时期之间植被覆盖度的变
图1 国土空间生态修复关键区域识别框架 化ΔFVC，其表达式如下：
Fig.1 Identification of key areas for ecological
ΔFVC=FVC 2020 −FVC 2013 （3）
restoration in territorial space 式（3）中，ΔFVC 表示植被覆盖度的变化趋势，
1.3 数据来源及处理 当 ΔFVC>0 时 ，表示植被覆盖度呈上升趋势；当
在生态系统退化诊断分析中，景观格局指数变 ΔFVC=0时，表示植被覆盖度保持不变；当ΔFVC<0

化和土地利用动态变化分析主要基于2010年与2020 时，表示植被覆盖度呈下降趋势。将FVC以0.2为区
年蔡甸区土地利用分类数据（30 m 空间分辨率）进 间分为5个等级，从低到高分别对应差、较差、中、良、优。
行。在土地利用动态变化分析中为区分生态系统与 3）景观格局变化分析。本研究在 Fragstats 4.2
非生态系统，基于 LUCC 分类将建设用地和未利用 软件环境下，在景观水平上选择了 7项指标对区域景