数据与技术驱动下的人类活动对生态系统的影响及评价研究——“人类活动的数量化表征与生态效应”专刊序言

刘世梁

北京师范大学环境学院 水环境模拟国家重点实验室，北京 100875

数据与技术驱动下的人类活动对生态系统的影响及评价研究
——“人类活动的数量化表征与生态效应”专刊序言

刘世梁

北京师范大学环境学院 水环境模拟国家重点实验室，北京 100875

本期《科研信息化技术与应用》的“人类活动的数量化表征与生态效应”专刊刊登了 11 篇文章，涉及了不同的主题，其中综述性论文 2 篇，研究性论文 9 篇。综述文章分别对城市研究中多源地理大数据的应用和大数据在生态环境监测评价中的应用进行了总结和热点论述。研究性论文方向之一是针对人类活动的数量化表达开展分析，主要是利用灯光数据刻画建设用地的扩展、卫星数据提取干扰特征、无人机刻画公路建设与灾害监测方面的应用和通过构建人类活动强度指数分析对自然遗产地的影响。其二是生态评价和管理信息化方面的研究，主要包括自然保护区与湿地公园的信息化数据库的构建，可以体现人类活动与景观服务的数据化框架；河岸带缓冲区的地理信息图谱方法，可以较好地反应生态空间格局与土壤侵蚀之间的关系，基于 MODIS 影像和模型分析的方法能够揭示生物多样性的空间分布，用于生态保护红线的划定；城市遥感地表能量的反演与定量分级，也能很好地揭示城市开敞空间的特征与影响，为城市规划提供科学依据。

人类活动；生态干扰；生态效应；遥感影像；生态环境

人类活动塑造了不同的景观，也对区域生态环境造成了巨大影响，全球生态环境问题日趋严重。人类活动的生态环境效应一直是地理学和生态学的重点研究内容 (UNDP, 1995；Douglas, 2006；Li et al., 2017)，传统生态效应的研究往往集中在对生态系统本身的刻画，而人类活动的信息化表达更为关键，人类活动强度的定量化及其空间化可以更好地描述其时空动态，也为理解其生态环境效应提供支撑，而如何耦合两者之间的关系是目前研究的重点和难点 (Roth et al., 2016; Schroeder et al., 2017)。

人类活动作为生态环境变化的驱动力之一，其定量化和空间化的方法过去主要是以统计学的方法为主。而近 10 多年以来，空间化技术的发展，越来越多的信息化技术方法被用到具体的研究中，以地理空间自相关为基础的模拟，往往也难以很好地表达空间化差异，时序遥感数据、高分辨率影像数据、大数据分析方法在近些年越来越受到关注 (张翠云和王昭，2004；孙永光等，2012; Gandomi and Haider, 2017)。

本专刊收录了11篇文章，重点反映了我国近年来在人类活动的数据化表征与生态环境效应方面的进展。近 10年来，生态学研究中的城市化生态环境效应是最受关注的话题，朱递和刘瑜 (2017) 归纳了目前城市研究中常见地理大数据的优缺点和应用场景，提出了基于地理大数据感知城市动态的思路，强调了时空模式挖掘方法与多源地理大数据的集成，从聚合层面分析城市社会经济现象的分布、联系和过程规律。董玉红等 (2017) 综述了目前和生态环境相关的大数据的研究与应用情况，特别是大数据在生态环境监测与评价中的应用。目前，在数据的获取中，长期定位观测、卫星遥感技术、无人机技术、物联网技术的应用受到广泛关注，而大数据在生态环境质量、生态脆弱性、生态安全和生物多样性评价中的应用也越来越多，文章还给出了目前在数据应用中的问题，归纳总结了应用中的发展趋势。

对于遥感数据的应用，基于 DMSP/OLS 灯光数据的应用一直受到关注，刘芦萌等 (2017) 利用灯光数据分析了我国西南地区建设用地扩展的空间分布特征，并利用景观生态学的方法研究了建设用地的空间扩展模式，从时间和空间上揭示了人类建设活动的强度与规模，为未来区域生态环境评价研究奠定了较好的基础。吴伟和武瑞东 (2017) 分析了利用卫星遥感数据提取生态干扰信息的方法研究，系统总结了国内外相关进展，阐述了基于高分一号、Landsat 和 MODIS等三种遥感影像的生态干扰信息提取方法，并讨论了不同方法的适用性和局限性。而无人机技术近两年的大发展已经在各行各业中体现出巨大的优势，公路建设是地表的强烈干扰因素，粗分辨率的遥感影像往往对其无能为力。田冀等 (2017) 论述了无人机遥感技术在生态环境监测研究中的应用，系统地介绍了无人机在公路建设及引起的塌方监测和评估的进展与技术方法。

章侃丰等 (2017) 针对哈尼梯田遗产开展了人类活动强度的定量化研究，基于地理信息系统方法建立了元阳县不同土地利用类型的人类影响强度系数，明确了人类活动强度的大小和空间分异。自然保护区作为一类特殊的生态系统，是全球保护生物多样性与维护自然资源可持续利用的关键，人类活动的影响尤为敏感，其信息化管理受到重视，胡佩君和武瑞东(2017) 系统分析了目前自然保护区网络空间信息库的构建技术，针对我国西南的 7 个省份，利用 GIS 技术构建了较为全面的自然保护区属性信息与空间信息库。而人工生态系统研究中，湿地公园数据库建设在湿地保护、管理与景观服务定量研究方面具有重要意义，陈凡和角媛梅 (2017) 利用景观服务来耦合人类活动与生态系统之间的关系，并提出了构建景观服务数据库的概念模型与逻辑结构，并对湿地公园数据库中各子库进行详细设计，探讨滇池湖滨湿地公园景观服务数据库的潜在应用。

对于生态效应评价来说，利用遥感和大数据的方法可以揭示其生态效应的范围和强度，而地学信息图谱的思维方式可以反映生态空间格局与关键过程之间的关系。赵清贺等 (2017) 通过构建渗透指数，分析了不同植被格局下水土保持功能的变化，对坡面植被格局的水土保持功能进行景观图谱表达，提出斑块方向和聚集程度是控制水土流失的有效格局，为有效控制河岸带缓冲区的水土流失提供了较好的思路。侯笑云 (2017) 基于 MODIS 遥感影像，通过 NPP 的计算开展了市域尺度的生物多样性保护重要性评价并对比分析了模型方法的结果，结果为市域生态保护红线的划定提供了科学依据，为生物多样性重要性评价及其生态保护红线的划分技术提供理论支撑与依据。姚武韬(2017) 利用 Landsat 和 QuickBird 识别了宜居城市开敞空间地表能量的综合响应特征、作用与影响关系特征，从其属性、体量、结构方面对城市地表能量空间分布的格局、状态、质量及其时空变化的作用与影响作出探索。

[1] Douglas I.The Human Impact on the Natural Environment: Past, Present and Future, 6th Edition - Andrew Goudie[J].Geographical Research, 2006, 44(2): 223-224.

[2] Gandomi A, Haider M.Beyond the hype: Big data concepts, methods, and analytics[J].International Journal of Information Management, 2015, 35: 137-144.

[3] Roth D, Moreno-Sanchez R, Torres-Rojo J M, et al.Estimation of human induced disturbance of the environment associated with 2002, 2008 and 2013 land use/cover patterns in Mexico[J].Applied Geography, 2016, 66:22-34.

[4] Li Z, Kang A, Gu J, et al.Effects of human disturbance on vegetation, prey and Amur tigers in Hunchun Nature Reserve, China[J].Ecological Modelling, 2017, 353: 28-36.

[5] Schroeder T A, Schleeweis K G, Moisen G G, et al.Testing a Landsat-based approach for mapping disturbance causality in U.S.forests[J].Remote Sensing of Environment, 2017, 195:230-243.

[6] UNDP.Human Development Report [M]．Oxford: Oxford University Press，1995．

[7] 张翠云, 王昭.黑河流域区域人类活动强度的定量评价[J].地球科学进展，2004，19: 386-390.

[8] 孙永光, 赵冬至, 吴涛, 等．河口湿地人为干扰度时空动态及景观响应—以大洋河口为例[J].生态学报，2012，32(12): 3645-3655.

Impacts and the Assessment of Human Activities on Ecosystem Driven by Data and Technology Development: Preface of the Special Feature on “Quantitative Characterization and the Ecological Effects of Human Activities”

Liu Shiliang
State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing, 100875, China

There are 11 articles in the special issue of "Quantitative characterization and the ecological effects of human activities"involving different topics, of which two are review articles and nine are research articles.The review articles summarize and discuss the application of multi-source geographic big data in urban research and the application of big data in ecological environment monitoring and evaluation.One research direction is the quantitative characterization of human activities.In this research field, night light data were used to depict the expansion of construction land, satellite data were used to extract human disturbance characteristics, and UAV method was used to characterize highway construction and monitor disaster, also, human activity intensity index was constructed to analyze the in fluence of human activities on natural heritage.The second research field is ecological evaluation and management.In this field, the information databases of nature reserve and wetland park were constructed to re flect human activities and landscape services.Geographic information mapping method in riparian buffer can re flect the relationship between ecological spatial pattern and soil erosion.Based on MODIS image and model analysis, the spatial distribution of biodiversity can be revealed forthe delineation of ecological red line.The inversion and quantitative classi fication of urban remote sensing surface energy can reveal the characteristics and in fluence of urban open space, and provide scienti fic basis for urban planning.

human activity; ecological disturbance; ecological effect; remote sensing image; ecological environment

国家重点研发计划项目 (2016YFC0502103)，国家自然科学基金 (41571173)

10.11871/j.issn.1674-9480.2017.03.001

2017年2月10日

刘世梁：北京师范大学环境学院，教授，主要研究方向为景观生态学、恢复生态学、环境影响评价与规划等。

E-mail:shiliangliu@bnu.edu.cn