融合多传感器时序数据的济南市生态环境时空变化监测及影响因素分析.pdf

山东农业大学学报(自然科学版),2023,54(3):420-429VOL.54 NO.3 2023Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2023.03.013融合多传感器时序数据的济南市生态环境时空变化监测及影响因素分析融合多传感器时序数据的济南市生态环境时空变化监测及影响因素分析马思克1,刘小茜1*,张雨欣1,刘春亭21.北京联合大学应用文理学院,北京 1001912.山东建筑大学测绘地理信息学院,山东 济南 250101摘摘 要要:快速的经济发展和城市化进程对区域生态环境造成了较大的影响。鉴于遥感可以实现大面积同步观测的优点，以遥感为手段评价区域生态环境，探究生态环境时空差异性，对城市的生态文明建设具有重要意义。本文以山东省济南市为例，通过构建基于绿度（NDVI）、湿度(WET)、热度(LST)、干度(NDSI)的遥感生态指数(RSEI)，评价了 1984年到 2018 年研究区生态环境的时空变化特征。结果表明：RSEI 能较好的反映济南市生态环境质量状况及时空差异；19842018 年济南市 RSEI 由 0.619 8 上升至 0.808 0，增幅为 30.36%；环境质量等级由以中等和良为主变为以良和优为主，变好的区域主要分布在济南南部丘陵地区，占总面积 82.229%，这与济南市积极推进环境保护、鼓励植树造林有关；19842018 年济南市中心城区 RSEI 由 0.588 2 上升至 0.729 6，增幅为 24.04%；但其中心位置生态环境质量变差趋势明显，城市扩张、建设用地增加、绿化面积缩减是影响环境质量变差的主要原因。关键词关键词:遥感;环境监测;主成分分析中图法分类号中图法分类号:X87文献标识码文献标识码:A文章编号文章编号:1000-2324(2023)03-0420-10MonitoringandAnalysisofInfluencingFactorsoftheSpatio-temporalChangesontheEcologicalEnvironmentinJinanCityonMulti-sensorTimeSeriesDataMA Si-ke1,LIU Xiao-qian1*,ZHANG Yu-xin1,LIU Chun-ting21.College of Applied Arts and Sciences/Beijing Union University,Beijing 100191,China2.College of Surveying and Geo-Informatics/Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,ChinaAbstract:Rapideconomicdevelopmentandurbanizationprocesshaveagreatimpactontheregionalecological environment.Inviewoftheadvantagesthatremotesensingcanachievelarge-scalesynchronousobservation,itisofgreatsignificancetoevaluatetheregionalecological environment by remote sensing and explore the spatial and temporal differences of the ecological environment for theconstruction of ecological civilization in cities.In this study,Jinan City,Shandong Province is taken as an example to evaluate thespatiotemporal change characteristics of ecological environment in the study area from 1984 to 2018 by constructing a remote sensingecological index(RSEI)based on NDVI,wet,LST and NDSI.The results show that RSEI can better reflect the status of ecologicalenvironmentqualityandtemporalandspatialdifferencesinJinanCity;from1984to2018,RSEIinJinanCityincreasedfrom0.6198to0.808 0,an increase of 30.36%;the environmental quality grade changed from medium and good to good and excellent,and theimproved areas mainly distributed in the hilly areas of Southern Jinan,accounting for 82.229%of the total area,which is in line withJinansactivepromotionofenvironmentalprotection.From1984to2018,RSEIinthecentralurbanareaofJinanincreasedfrom0.5882to0.7296,withanincreaserateof24.04%;however,theecologicalenvironmentqualityinthecentrallocationhasa significanttrendofdeterioration.Urban expansion,increase of construction land and reduction of green area are the main reasons for the deterioration ofenvironmentalquality.Keywords:Remote sensing;environmental monitoring;principal component analysis生态环境质量的优劣直接影响人类生活质量。在生态学理论中，生态环境质量是指生态环境的优劣程度，其反映生态环境对人类生存及社会经济持续发展的适宜程度1。改革开放以来，随着经济的发展和人口的膨胀，城市扩张、土地开垦、围湖造田等一系列人类活动造成水资源匮乏、大气严重污染、城市热岛等众多环境问题，生态环境与人口、经济、资源之间的矛盾日益突出2，生态系统的稳定性与恢复能力受到干扰3。对生态环境质量的准确评价有利于明确区域生态环境状况，也有助于进行针对性生态环境修复，实现区域生态环境的可持续发展。收稿日期收稿日期:2022-12-08修回日期修回日期:2022-12-20基基金金项项目目:国家自然科学基金面上项目(42271112);北京市教委教育科学一般项目(KM202011417008)第第 1 作者简介作者简介:马思克(1999-),男,在读硕士研究生,主要研究方向城市生态与空间数据挖掘等.E-mail:*通讯作者通讯作者:Author for correspondence.E-mail:第 3 期马思克等:融合多传感器时序数据的济南市生态环境时空变化监测及影响因素分析421近年来，随着公众对环境问题的持续关注，有关区域生态环境质量及其驱动力因素探究已成为研究热点4,5。在国家生态环境政策的影响下，学者从不同研究区类型、不同数据类型、不同空间尺度、不同研究方法等方面开展大量研究工作。有学者从多个角度选取指标构建生态环境质量综合评价模型评价生态环境状况6,7和城市可持续发展8。例如，许效天等从自然生态环境质量、社会生态环境质量和经济生态环境质量 3 个方面选取 15 项指标构成生态环境质量评价体系，对漯河市城市生态环境质量进行了定量评价9；周华荣结合新疆的生态环境特点，从农田生态环境指数、自然生态环境指数、人为环境压力指数 3 个方面选取 20 项指标评价新疆的生态环境10；范萍等从环境保护、自然保护、经济发展、社会环境的角度选取 28 个指标评价泰安生态环境质量11；徐丽婷等从经济发展、生态环境保护和社会文明进步 3 个方面构建长三角城市群高质量生态化水平评价指标体系12。也有学者引入具有因果关系思维方式的 PSR（Pressure-State-Response）来研究生态环境问题13。例如，黄备等采用 PSR 筛选出 32 项指标评价椒江河口生态系统环境质量14；王贺年等采用 DPSIR 模型评价分析了衡水湖湿地生态环境质量15。遥感技术因其快速和大面积实时观测等优点被广泛应用在生态环境质量的监测和评价中，其中包括基于单一遥感指标进行的评价，如利用植被指数评价森林覆盖率16-19、利用水体指数提取不透水地表覆盖度评价城市生态环境20,21、利用地表温度评价城市热岛现象22,23、基于土地利用覆被评估湿地生态系统的人为胁迫24等，直到 2006 年国家颁发的生态环境状况评价技术规范中提出主要基于遥感技术的多指数 EI，从生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数等多方面对我国县级以上生态环境进行综合评价25。在此基础上，徐涵秋又进一步改进提出了基于遥感的生态环境指数(RSEI，Remote Sensing Ecological Index）指数，该指数耦合了绿度、湿度、热度和干度四个生态因子对城市生态环境质量进行评价26。济南市是山东省行政和经济中心，也是华东地区重要的经济核心区域，资本和人口的大量涌入给济南市带来了较大的环境压力。通过文献调研发现，关于济南市生态环境质量的研究鲜有记载。受徐涵秋遥感生态指数的启发，本文通过构建 RSEI 指数评价了济南市近 30 多年生态环境的时空变化，并探索了济南市生态环境变化的影响因素，力求为济南市建设合理高效的环境保护政策体系提供数据和决策参考，为生态恢复提供思路。1研究区域与数据研究区域与数据1.1研究区概况研究区概况济南市位于山东省中部，介于北纬 3559 3732、东经 1161111757之间，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上；黄河由济南中部横穿而过，其以北地势平坦，多为平原，其以南地势崎岖，为山东丘陵部分；区域内主要种植乔木、灌木等两大类树木；属于温带大陆性季风气候，四季分明，且有“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”的美誉。由于研究时间段为 1984-2018年，本文选择原济南市的行政范围作为研究区域，现济南市莱芜区不做研究，如图 1 所示。图图 1 研究区位置示意图研究区位置示意图Fig.1 Schematic map of the location of study area422山东农业大学学报(自然科学版)第 54 卷1.2数据选择与处理数据选择与处理考虑到济南市的气候及植被生长状况，遥感影像选择植被生长相对旺盛的 9 月初，即 1984 年 9月 10 日 Landsat5 影像和 2018 年 9 月 8 日 Landsat8 影像作为数据源（轨道号 122，34；122，35），遥感影像通过地理空间数据云和美国地质勘探局官方网站获取，对遥感影像的预处理包括辐射定标、大气校正、影像镶嵌和影像裁剪等。2研究方法研究方法2.1评价指标选取评价指标选取本文选取绿度、湿度、干度和热度四个生态因子构建遥感生态指数26,34，四个指数均可通过遥感图像进行提取，具体如下：2.1.1 绿度指数(NDVI)归一化植被指数（NDVI）可以充分反应植被生物量、叶面积指数和植被覆盖度等关于植被的相关信息，使用范围较广27。鉴于此，本研究使用 NDVI 来代表绿度参与生态环境质量计算和评价。计算公式如下：NDVINIRRedNIRRed,(1)式中：NIR和Red分别代表 TM 和 OLI 近红外和红波段的反射率。2.1.2 湿度指数(WET)通过缨帽变化获取的湿度分量能够较好地反映地表植被、水体和土壤的湿度状况2。鉴于此，本研究选用缨帽变换后的湿度来参与生态环境质量计算和评价，Landsat5 TM、Landsat8 OLI 的湿度计算公式分别为28,29：12et=0.03150.20210.31020.15940.68060.6109TMBlueGreenRedNIRSWIRSWIRW,(2)120.15110.19730.32830.34070.71170.4559OLIBlueGreenRedNIRSWIRSWIRWet,(3)式中：TMWet代表 Landsat5 TM 湿度，OLIWet代表 Landsat8 OLI 湿度，Blue、Green、Red、NIR、1SWIR、2SWIR分别代表 TM 与 OLI 中蓝、绿、红、近红外、短波红外 1、短波红外 2 波段的反射率。2.1.3 干度指数（NDSI）干度是指建筑物及裸土带来的地表“干化”现象30，本研究计算了 NDSI 指数与 EBBI 指数31，通过对比分析：针对济南市，NDSI 指数的分类计算结果比 EBBI 指数分类结果准确，因此本文最终选用 NDSI 来代表干度参与生态环境质量计算和评价，计算公式如下32,33：11BISWIRRedNIRBlueSWIRRedNIRBlue,(4)1111112IBI2SWIRSWIRNIRNIRNIRRedGreenGreenSWIRSWIRSWIRNIRNIRNIRRedGreenGreenSWIR,(5)NDSIBIIBI2,(6)式中：BI 代表裸土指数，IBI 代表建筑指数，NDSI 代表干度指数，Blue、Green、Red、NIR、1SWIR、2SWIR分别代表 TM、OLI 蓝、绿、红、近红外、短波红外 1、短波红外 2 波段的反射率。2.1.4 热度指数（LST）通过影像反演所得到的地表温度可以较好的反应热度相关状况34,35，鉴于此，本文选用地表温度代表热度参与生态环境质量计算和评价，计算公式如下：采用 Landsat 用户手册的模型和 Chander G 等36修订的最新参数进行计算：6LgainDNbias,(7)216=ln1TKK L,(8)式中：6L为热红外 6 波段的像元在传感器处的辐射值；DN 为像元灰度值，gain和bias分别为 6 波第 3 期马思克等:融合多传感器时序数据的济南市生态环境时空变化监测及影响因素分析423段的增益值与偏置值，从影像的头文件获得；T为传感器处温度值；K1和K2分别为定标参数:K1=606.09W/(m2srm)，K2=1 282.71 k。经过计算得到的 T 需要进行比辐射率计算得到地表温度 LST36,37：1lnLSTTT,(9)式中：为热红外 6 波段的中心波长（=11.45 m）；=1.43810-2Mk;为地表比辐射率，其取值见参考文献36,37。2.2构构建建遥遥感感生生态态指指数数鉴于 RSEI 有四个指标共同对生态环境质量起作用，为便于评价区域的生态环境质量状况，本文通过主成分分析法对这四个指标进行了综合26。由于四个指标的量纲存在差异，在主成分变换之前，对各因子进行标准化处理，使其数值在0-1之间，公式为：minmaxmin=NIIIII,(10)式中：NI 为指标归一化后的值；I 为该指标的值；Imax和 Imin分别代表该指标的最大值和最小值。对标准化后的分指标波段合成并进行主成分分析，然后构建原始 RSEI0。为了便于指标的度量和比较,可同样对 RSEI0进行正规化，公式如下：00min0max0minRSEI=RSEIRSEIRSEIRSEI。(11)为了验证构建的 RSEI 能较好的反映济南市生态环境质量，对指标数据进行主成分分析，结果如表 1 所示。PC1 所选指标中代表绿度的 NDVI 和湿度的 WET 均为正值，两个因素对济南市生态环境质量起到正面作用，而代表干度的 NDSI 和代表温度的 LST 均呈现负值，其两者共同起到负面作用，这与实际情况相吻合；1984 年和 2018 年，第一主成分中的贡献率分别为 80.66%和 84.43%，表明第一主成分已经集成四个指标的绝大部分特征，因此构建的生态环境指数可用于济南市生态环境质量的评价26,34。表表 1 济南市生态环境指数各指标主成分贡献度济南市生态环境指数各指标主成分贡献度Table 1 Principal component contribution degree of eco-environmental index indicators in Jinan City指标Index19842018PC1PC2PC3PC4PC1PC2PC3PC4植被指数（NDVI）0.898 4-0.435 20.059 10.001 61.000 00.006 80.002 00.000 3湿度（WET）0.713 40.633 50.299 20.014 20.035 0-0.999 40.002 20.000 7地表温度（LST）-0.522 9-0.282 0-0.255 10.762 8-0.572 10.103 80.813 0-0.031 5裸土指数（NDSI）-0.953 2-0.271 30.133 20.001 4-0.735 70.256 50.198 70.594 5特征值0.021 00.004 40.000 60.000 10.023 20.004 20.000 10.000 0特征值贡献率%80.655 616.970 62.158 40.215 584.425 715.323 00.225 90.025 53结果与分析结果与分析3.1济济南南市市生生态态环环境境质质量量时时空空分分析析3.1.1 RSEI 均值及各指标分析由表 2 可知，1984 年和 2018 年 RSEI 均值分别为 0.619 8、0.808 0，增幅为 30.36%，说明济南市生态环境质量近 30 年呈现变好趋势。分析各指标发现：对生态环境质量起到促进作用的 NDVI 和 WET 均值较其他两个指标均值大，说明 NDVI 和 WET 对济南生态环境质量起到重要作用；LST 均值相比于其他三个指标均值偏小，两年均值分别为 0.336 8、0.326 5，说明济南市地表温度近 30 年无大波动，且对济南市生态环境质量影响较小；NDSI 均值波动较大，由 0.5566 增加至 0.814 7，增幅达到 46.37%，济南市城市扩张、建设用地逐年增加是其主要原因。424山东农业大学学报(自然科学版)第 54 卷表表 2 济南市生态环境指数各指标均值及济南市生态环境指数各指标均值及 RSEI 均值均值Table 2 Means of eco-environmental indexes and RSEI in Jinan年份Year归一化后植被指数均值NDVI归一化后湿度均值WET归一化后地表温度均值LST归一化后裸土指数均值NDSIRSEI 均值1984 年0.593 80.768 00.336 80.556 60.619 82018 年0.606 30.720 80.326 50.814 70.808 03.1.2 分级及变化监测分析为了进一步研究 RSEI 对济南市产生的生态效应，利用等间隔分级方法，以 0.2 为间隔对归一化后的 RSEI 分为 5 个等级，分别为差0.0-0.2）、较差0.2-0.4）、中等0.4-0.6）、良0.6-0.8）、优0.8-1.0。表 3 可知，1984 年济南市生态环境质量等级以中等和良为主，中等等级所占面积为 3 297.54 km2，主要分布在济南南部，占比为 41.740%；等级为良的面积为 4 600.256 km2，主要分布在济南北部，占比为 58.240%；生态环境质量等级为差、较差和优的面积较小，三类总占比在 0.2%左右。如图 2（a），1984 年济南市生态环境质量存在“北好南差”的分布特征，究其原因，济南市地势南高北低，南部山区地势崎岖，树木生长状态差，经济相对落后，保持着靠山吃山的生存方式，树木砍伐严重，裸地分布广，导致该区域生态环境质量较差，而北部地势相对平坦，树木生长状态好，裸地面积所占比例小，因此生态环境相对较好。2018 年，济南市生态环境质量主要以良和优为主，等级为良的面积为 2 114.233 km2，主要分布在市中心及区县中心的周围地区，占比为26.765%，等级为优的面积为 5 385.49 km2，占比为 68.176%，差、较差和中等三个生态环境质量等级的总面积为 399.628 km2，总占比为 5.059%，主要分布在市中心及区县中心。如图 2（b），2018年济南市生态环境质量整体较好，社会各界环保意识的提高及植树造林、退耕还林、自然保护区建立、生态保护红线划定等一系列措施的实施是生态环境质量好的主要原因。表表 3 济南市济南市 1984 年、年、2018 年生态环境等级面积和比例年生态环境等级面积和比例Table 3 Area and proportion of eco-environmental grades in Jinan city in 1984 and 2018RSEI 等级1984 年2018 年面积/km2百分比/%面积/km2百分比/%1（0.0-0.2）差0.005 40.000%0.052 20.001%2（0.2-0.4）较差0.378 90.005%1.987 20.025%3（0.4-0.6）中等3 297.5441.740%397.589 45.033%4（0.6-0.8）良4 600.25658.240%2 114.22326.765%5（0.8-1.0）优1.1610.015%5 385.4968.176%（a）1984 年（b）2018 年（c）1984-2018图图 2 济南市济南市 1984 年和年和 2018 年生态环境质量分级图及变化图年生态环境质量分级图及变化图Fig.2 Grading and change charts of eco-environmental quality of Jinan city in 1984 and 2018依据上述所分五个等级，可将 1984 年2018 年的生态环境质量变化分为-44 九个变化等级，从表 4 可以看出，生态环境质量没有-4 和 4 的两个极差变化，且-3 和 3 两个极差的变化面积也较小，这说明生态环境质量的变化是长时间过程，突变现象较少。其中变差的类面积为 171.595 km2，仅占总面积的 2.172%，如图 2（c）主要分布在市中心，包括槐荫区、市中区、天桥区、历下区和历城区等五个区县，其中商河县、济阳县、章丘区的区县中心的生态环境质量相对于其周边地区较差。城第 3 期马思克等:融合多传感器时序数据的济南市生态环境时空变化监测及影响因素分析425市进程的不断加快、城市扩张导致建成区面积逐渐增加、不注重城市绿化建设是导致该区域生态环境质量差的主要原因。表 2 中 NDSI 大幅度增加，也说明城市扩张及建成区面积扩大是目前影响济南市生态环境的主要因素。未发生等级变化的类面积为 1 232.213 km2，占总面积的 15.599%。变好的类面积所占比例最高，达到 82.229%，如图 2（c）变好的区域主要分布在济南市的南部，与 1984年生态环境质量较差区域正好吻合（图 2a），这得益于政府部门积极推进环保政策及社会各界对环境的保护。表表 4 济南市生态环境等级及面积变化监测表济南市生态环境等级及面积变化监测表Table 4 Monitoring table of ecological environment grade and area change in Jinan city类别级差级面积/km2类面积/km2类面积所占比例/%变差-30.017 1171.594 92.172-20.909 9-1170.667 9不变01 232.212 51 232.212 515.599变好14 537.665 96 495.53482.22921 957.807 830.060 33.2济济南南市市中中心心城城区区生生态态环环境境分分析析3.2.1 RSEI 均值分析城市的快速发展对生态环境质量具有重要影响，为了更好的分析济南市的生态环境质量，本研究选取“十三五”规划的中心城区为局部研究区域进行研究。由表 5 可知，1984 年2018年，济南市中心城区的 RSEI 均值由 0.588 2 上升到 0.729 6，上升幅度为 24.04%，说明中心城区的生态环境近 30 年内有变好的趋势，就四个分指标来看，NDSI 均值变化最大，这与城市的扩张及建设用地的增加关联性较大。表表 5 济南市中心城区生态环境指数各指标均值及济南市中心城区生态环境指数各指标均值及 RSEI 均值均值Table 5 Means of eco-environmental index and RSEI in Jinan central district年份Year归一化后植被指数均值NDVI归一化后湿度均值WET归一化后地表温度均值LST归一化后裸土指数均值NDSIRSEI 均值1984 年0.73690.69510.96830.53630.58822018 年0.72960.69580.93990.81630.72963.2.2 分级及变化监测分析由表 6 所示，1984 年，济南市中心城区 RSEI 等级主要以中等和良为主，所占面积分别为 576.047 km2、425.598 km2，两个等级所占比例之和达到 99.993%，值得注意的是 1984年中心城区等级为优的区域面积为零，如图 3(a)所示，1984 年中心城区的槐荫区和历城区的西北部较其他区域生态环境质量好，而市中区、历下区、槐荫区、天桥区交界的区域明显较差，该区域城市化率较大，建筑物面积大，绿化率较低，对生态环境质量影响较大。而到 2018 年，RSEI 等级为优的区域面积达到 374.936 km2，占整个中心城区面积的 37.433%，等级为中等的面积减少了 399.824km2，降幅较大，等级为良的面积几乎无变化，如图 3（b）所示，2018 年中心城区的生态环境质量明显改善，相对较好的区域分布在中心城区的周围，相对较差的区域主要在中心城区的中心位置，这也充分印证了城市的发展和建筑面积的增加对生态环境质量的影响较大。表表 6 济南市中心城区济南市中心城区 1984 年、年、2018 年生态环境等级面积和比例年生态环境等级面积和比例Table 6 Area and proportion of eco-environmental grades in central district of Jinan city in 1984 and 2018RSEI 等级1984 年2018 年面积/km2百分比/%面积/km2百分比/%1（0.0-0.2）差0.000 90.000%0.00270.000%2（0.2-0.4）较差0.068 40.007%0.3960.040%3（0.4-0.6）中等576.046 857.512%176.222 717.594%4（0.6-0.8）良425.497 542.481%450.056 744.933%5（0.8-1.0）优00.000%374.935 537.433%426山东农业大学学报(自然科学版)第 54 卷（a）1984 年（b）2018 年（c）1984-2018 年图图 3 济南市中心城区济南市中心城区 1984 年和年和 2018 年生态环境质量分级图及变化图年生态环境质量分级图及变化图Fig.3Gradingmapsandchangemapsofeco-environmentalqualityincentralurbanareaofJinanCityin1984and2018由表 7 可知，中心城区生态环境质量变差的面积为 74.714 km2，所占比例为 7.459%，而未发生变化的区域面积为 284.257 km2，所占比例为 28.380%，相比表 4 济南市整体变化中变差和不变的比例较高，说明中心城区是整个济南市生态环境质量重点关注区域，应采取相应的措施保护生态环境，提高生态环境质量，生态环境质量变好的区域面积为 642.642 3 km2，所占比例为 64.161%。如图 3（c）所示，变好的区域主要分布在中心城区东部、南部、西部的周边地区，较差的区域主要分布在中心城区的中心位置。由此可见，中心城区经济发展较快，人口密度较大，相应的环境压力也就越大，不仅导致了区域的生态环境状况变差，还辐射影响到周边区域生态环境质量，因此要加大中心城区的生态环境保护力度。表表 7 济南市中心城区生态环境等级及面积变化监测表济南市中心城区生态环境等级及面积变化监测表Table 7 Monitoring table of ecological environment grade and area change in central district of Jinan city类别级差级面积/km2类面积/km2类面积所占比例/%变差-30.000 074.714 47.459%-20.190 8-174.523 6不变0284.256 9284.256 928.380%变好1436.282 2642.642 364.161%2206.358 330.001 83.3土土地地利利用用与与 RSEI 变变化化分分析析将土地利用类型变化与 RSEI 进行结合，可以更好的探讨土地利用状况对生态环境的影响。由于RSEI 不适宜于大面积的水域使用，因此仅对建设用地、耕地、林地、草地、未利用地 5 大类土地利用类型进行分析。表 8 为不同生态质量等级下土地利用类型面积变化，图 4 是 1984-2018 年土地利用类型转移图，图表结合可见，30 多年来土地利用现状发生巨大改变，相较于 1984 年，2018 年建设用地和林地面积大幅增加，耕地面积明显减少，草地及未利用地面积小幅度减少。其中建设用地面积由 585.54 km2增长到 1 391.73 km2，扩张率达 137.68%，主要从耕地类型中开发转化而来，而耕地面积因快速的城市发展和扩张而减少，林地、草地也有一小部分被占用；林地面积由 1 061.26 km2增大至 3 348.25 km2，增长率为 215.50%，除原有的林地外，南部山区荒山被绿化，新增了大片林地，是生态环境改善的重要举措。从 1984 年到 2018 年，林地中，中等和良的面积逐渐减少，优等级的面积大幅度增加，耕地、草地与林地变化趋势相同；建设用地的中等面积减少，良等级大面积上升。因此可以说济南市生态环境状况总体改善，其优劣变化与土地利用布局基本一致，生态环境质量优和良等级的主要在耕地、林地、草地增多的区域，生态环境中和差等级的主要为建设用地和以裸地为主的未利用地。第 3 期马思克等:融合多传感器时序数据的济南市生态环境时空变化监测及影响因素分析427表表 8 RSEI 分级与不同土地利用类型面积变化分级与不同土地利用类型面积变化/km2Table 8 Ecological environment grade and area change of different land use typesRSEI 等级建设用地耕地林地草地未利用地1984201819842018198420181984201819842018差0.000 00.001 80.0000.000 00.001 80.020 70.000 00.000 00.003 60.029 7较差0.259 61.537 50.009 50.009 60.046 80.347 40.000 00.006 30.063 00.000 0中等542.695 26352.405 81 783.566 025.829 2350.098 97.121 7478.897 94.425 2142.278 67.806 6良42.550 2970.429 53 371.507 1164.384 1710.983 9395.220 2473.787 8583.357 91.423 80.828 9优0.038 767.358 70.932 41 813.696 00.124 22 945.536 40.054 9558.891 90.010 80.004 5总计585.544 11 391.733 3 5 156.015 0 2 004.005 3 1 061.255 6 3 348.246 4952.740 61 146.681 3143.779 88.669 7图图 4 1984 年年-2018 年济南市土地利用类型转移图年济南市土地利用类型转移图Fig.4 Transfer process of land use types in Jinan from 1984 to 20184讨讨 论论RSEI 指数从绿度、湿度、干度、热度 4 个自然因素的角度评估了生态环境状况，但区域的生态状况受到气候条件、人类生产生活等多方面的共同影响。4.1政策政策区域开发强度是生态环境变化的重要推动力38，国家和地区的政策影响下的土地利用格局对生态环境的发展与治理起到关键作用。1983 年 12 月，国务院召开第二次环境保护会议标志着环境保护工作进入了发展时期，山东省积极响应国务院号召，针对当地实际状况开展工作。先后发布了山东省环境保护条例、山东省环境保护标准制修订工作管理办法、山东省省级以上自然保护区生态补偿办法、山东省生态保护红线规划等相关文件，不但明确了环境保护的内容，同时也规范了环境保护的行为，调动了政府部门及群众保护环境的热情。随着发展战略的实施以及生态文明理念的提出，济南市将全市划分为南部山区水源涵养区、中心城城市建设区、山前平原农业区、黄河沿岸湿地保育区、北部平原农林区 5 个生态功能区，通过退耕还林、荒山绿化等治理，林地、耕地、草地等绿地面积逐渐恢复，未利用地减少，城区内绿地、绿道延伸至每个角落，建设用地与生态用地协调发展。4.2经济发展经济发展改革开放以来，济南市生产总值从 1978 年的 23.60 亿元大幅增长至 2018 年的 7856.56 亿元，经济发展速度明显提升，生态环境状况不可避免的受到影响。近年来，济南市不断优化产业结构，经济发展的同时注重生态环境的建设。针对钢铁、化工、火电等污染严重行业可持续发展的环境瓶颈，428山东农业大学学报(自然科学版)第 54 卷环保部门联合相关高校，聘请环保专家进行科研攻关，积极探索代价小、效益好、排放低、可持续发展的模式，培育出一批“低（零）排放型”环保科技示范区，积极推动环境科技产业发展，力求经济增长与生态保护协调发展。4.3人口增加人口增加人口的快速扩张给生态环境带来巨大压力，80 年代以来，济南市人口规模从 1984 年的 483.85万人扩大到 2018 年的 746.04 万人，增幅为 54.19%。对居住环境及基础设施的需求不断增加，使得建设用地面积不断增加，从 1984 年的 583.53 km2扩张到 2018 年的 1 592.50 km2，尤其是中心城区内未利用地、耕地、草地多被占用，扩张的过程向自然环境索取更多资源，同时产生较多污染物，生态环境受到较大影响。5结结 论论本文基于 Landsat 数据对 1984 年-2018 年济南市生态环境质量进行评价分析，得到的主要结论如下：（1）通过主成分分析，所选