基于RS和GIS的土地生态环境质量研究综述

经卓玮，马友华，王 静，於忠祥，周 静

（1. 安徽农业大学，安徽 合肥 230036）

基于RS和GIS的土地生态环境质量研究是指将RS与GIS技术融入常见的土地生态环境质量研究[1-4]。RS能够准确、快速地监测和获取生态环境信息，是GIS重要的信息源。GIS与RS图像处理系统结合应用[5]，为土地生态环境质量研究提供了强有力的技术支持。土地生态环境质量研究包括监测、评价、规划、整治、管理、预警等方面。本文主要对土地生态环境质量监测、评价、预警进行了简要阐述。

1 土地生态环境质量监测

土地生态环境质量监测是一个相对复杂却必不可少的工作。由于在监测过程中会受到气候变化、自然灾害、植物生长、人类活动等因素的影响，仅靠肉眼观察和简单仪器难以完成。RS和GIS集成技术充分利用计算机技术，把遥感和地理信息系统有机地结合起来，可快速、准确地监测某一区域土地生态环境质量的变化情况，实现土地生态环境质量的动态监测[6,7]。

我国利用遥感技术进行土地质量动态监测始于1999年。国土资源部综合应用“3S”技术对全国重点城市建设占用耕地等土地利用变化情况进行了监测，累计监测275个城市，面积达到180万km2，为国土资源部开展各项工作提供了科学依据[8,9]。在监测过程中，为加强利用RS技术开展土地资源调查的标准化，国土资源部还颁布实施了《土地利用动态遥感监测规程》等标准[10]。

伍育鹏等[11]构建了适合中国国情的耕地质量动态监测体系，认为监测体系不仅要包含空间属性, 也要包含土地有效厚度、养分含量、容重、利用状况等有关土地质量的数据指标，在保留历史数据的同时不断更新，从而更加深入地了解耕地质量的变化过程,具体分析造成变化的原因，并将遥感监测数据作为建立空间数据库的基础。Kurucu Yusuf等[12]利用RS和GIS对Torbali——一个无规划的城市化和工业化导致的农业地区非农用地进行研究。1965年～2001年的监测数据表明，由于工业化发展和城市扩张，多数农业用地已经转化为工业和城市用地，农业土地流失和环境污染问题严重。5·12特大地震后，张飞等[13]以四川省北川县为例，探讨了以RS技术获取专题信息，利用GIS技术开展灾后重建生态环境质量变化的研究。结果表明，基于RS和GIS的评价避免了人为干扰，结果较为客观，对灾后生态环境的监测和恢复具有重要的意义。

2 土地生态环境质量评价

土地生态环境质量评价是以监测体系为基础的研究，它通过RS空间数据处理技术和GIS空间分析技术，提取某一区域内的土地生态环境信息，利用这些数据建立与土地生态环境质量相关的指标体系。采取层次分析法、指数评价法、模糊数学分析法、主成分分析法等先进的数学方法加以评价，使评价结果在宏观调控中得以应用[14,15]。土地生态环境质量评价可以看作是一个工具，但由于不同评价者的研究目的不一样，导致到目前为止对质量评价没有确定标准和固定的评价方法[16]。

运用RS和GIS集成技术进行土地生态环境质量评价，其结果和精度主要取决于RS和GIS自身的不断发展以及评价体系的严密性、准确性、全面性。随着相关技术的不断发展,充分利用RS和GIS技术实现土地生态环境质量综合评价，可以降低传统评价方法中存在的误差大、精度低、与实际不符、定性成分居多等问题，为评价结果的现实性、合理性提供重要保障，使评价结果更具说服力[17,18]。

刘昌蓉[19]根据泸定县的区域特点以及评价指标选取的原则，综合采用层次分析法和基于GIS的图形叠置法，建立了泸定县土地生态环境质量评价体系。通过制定各评价因子图，利用层次分析法求得各因子权重，然后充分运用GIS的缓冲分析和叠置分析等空间分析功能和处理属性数据的能力得到评价结果图，将泸定县土地生态质量分为5个等级，有效地反映出土地生态环境质量的实际情况。赵小南、赵利舜[20]利用RS和GIS技术提取黑龙江省宾县1996年和2005年的生态环境状况评价信息并加以分析。结果表明，耕地、林地和草地三者的比例之和处于绝对优势地位,区域以农林牧业生产为主；两期区域土地生态环境状况总体一般,2005比1996年相对较好。李妮娅等[21]采用遥感方法，结合评价指标体系和计算方法等要求，对白水河流域的生态环境质量进行评价，分析了该流域目前存在的主要生态问题并提出了相应的对策措施。

3 土地生态环境质量预警

为了保障土地生态环境的安全性，仅对土地生态环境质量进行监测和评价分析是远远不够的，还需要根据该区域土地现状进行预测，对未来可能会出现的土地生态环境质量问题进行防范调控，从而避免或减少相关损失[22]。土地生态环境质量预警系统是土地生态环境质量研究体系的重要组成部分之一，其技术流程可概括为发现警情、分析警兆、寻找警源、判断警度以及排除警情5个步骤。它以遥感和GIS为技术支撑，将遥感数据与自然、社会、经济等基础数据相结合，利用这些栅格数据及GIS软件建立基础空间数据库，并根据科学性、全面性、可操作性、相对独立性、动态性的原则选取指标因子，构建数学模型，模拟土地生态环境现状，预测土地生态环境质量的未来变化趋势[23-26]。

生态环境质量预警一直是环境科学的一个研究热点，从1972年的全球环境监测系统（GEMS）[27]提出至今，国内外专家针对生态环境质量预警系统开发设计及模型建立开展了大量研究。1982年，美国成功开发出AGENT系统，将美国中西部6个州的区域管理问题，在预警的基础上实施全面的优化调控和智能决策，成为联邦政府决策体系的基本组成部分[28]。张鸿辉等[29]结合WebGIS技术，对耕地预警信息系统的结构、功能进行初步设计，提出了C/S和B/S模式相结合的系统框架，并阐述了系统实现的关键技术，以期为区域耕地保护提供一个可行的系统实现方案。孟庆香[30]采用遥感和地理信息系统等手段,对黄土高原生态环境因子进行深入分析,分析并预测生态环境发展趋势,为实现我国西部大开发的协调发展提供支持。

4 展 望

纵观土地生态环境质量研究可以看出，RS和GIS技术在土地生态环境质量方面的应用已日趋成熟，两者的集成提高了土地生态环境质量研究的时效性、科学性。但在推广和应用过程中也存在不足：一是由于对遥感数据源的精度要求比较高，且研究过程比较复杂，推广速度较为缓慢；二是目前RS和GIS技术虽有了一定的发展，但仍因缺乏专业的技术人员，在专业应用软件的使用上存在困扰，给相关研究带来限制。将来的研究和应用，要不断开拓新的应用领域和研究方法，加强RS和GIS技术的融合，进一步缩小误差，提升RS和GIS的精确度，实现“3S”技术的集成；建立多个部门信息平台，为土地生态环境质量研究及时提供监测信息。同时，要完善和加强相关的技术培训以及对专业技术人员的考核机制，提高技术人员的专业素质。另外，对土地生态环境质量影响较大的重金属指标研究还较少，将是未来相关研究的发展方向。

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